Nuevo método de medición de cloro libre

medición de cloro
Nuevo método de medición de cloro libre
José Diego Lebrón, especialista en Instrumentación de Emerson Process Management.
La búsqueda del mejor método para medir el cloro libre en agua potable ha sido
un tema de discusión durante años. ¿Qué es mejor? ¿Usar un método con reactivo
o un método sin reactivo con el consabido problema de la dependencia del pH?
La experiencia de la principal Compañía de Distribución Agua del Sudeste de los
Estados Unidos demuestra las ventajas económicas de un método que no utiliza
reactivos y que es además independiente del pH. Un sistema sin reactivos,
ni sensores de pH, proporciona la solución en una planta.
Medición del cloro libre
a EPA (Protectora del Medio Ambiente de los Estados
Unidos) exige a las plantas de aguas la supervisión del
cloro libre en el agua producida. Hay dos métodos disponibles para este caso: el colorimétrico y el amperométrico.
L
En el primero, las sustancias químicas añadidas a la muestra reaccionan con el cloro mostrando un color proporcional a la cantidad de cloro libre, de forma que el instrumento de proceso mide el color y convierte el resultado en partes de cloro por millón.
Por el contrario, el método amperométrico es electroquímico. El
sensor produce una corriente directamente proporcional a la
concentración de cloro en la muestra y el analizador mide la corriente y convierte el resultado en partes de cloro por millón.
Pero todos los instrumentos amperométricos sufren el mismo
problema: la respuesta del sensor depende del pH.
do hipocloroso, por lo que las variaciones de pH provocan un
cambio en la intensidad del sensor, incluso si la concentración
de cloro libre permanece constante.
Así, si el pH de la muestra varía su valor respecto al valor que tenía en el momento de la calibración, la lectura de cloro será
errónea. El error puede ser importante, pudiendo llegar hasta el
20% por unidad de pH (véase Figura 1).
Existen dos caminos para solucionar el problema del pH. Uno
consiste en tratar la muestra con un ácido, que convierte el hipoclorito en ácido hipocloroso (la forma de cloro libre que mide
el sensor). Otro mide el pH de la muestra, mientras que el analizador utiliza un algoritmo de corrección del pH para calcular la
concentración real de cloro libre.
Uso de los analizadores colorimétricos
Esta dependencia del pH existe porque el cloro libre es una mezcla de ácido hipocloroso e ion hipoclorito, y la proporción de cada uno de ellos depende del pH. El sensor responde solo al áci-
técnicas de LABORATORIO
Hasta hace aproximadamente un año, la compañía de distribución de agua del sudeste de los Estados Unidos utilizaba exclusi-
1
Nº 339 MARZO 2009
medición de cloro
% de cambio, en la respuesta del sensor
Métodos amperométricos
La compañía analizó los instrumentos amperométricos existentes en el mercado. Los instrumentos basados en reactivos fueron rechazados porque usaban ácido para ajustar el pH y no
ofrecían una ventaja real sobre los analizadores colorimétricos.
Por otra parte, los instrumentos amperométricos libres de reactivos fueron considerados, dado que usaban la medida de pH
para corregir la lectura de los sensores. Sin embargo, esos instrumentos tenían un elevado coste añadido: requerían un sensor de pH por cada unidad, un sensor que conllevaba continuos
gastos de mantenimiento.
100
90
80
70
60
50
40
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
Lo mejor de ambos
pH a 25ºC
Después de una extensa evaluación, se decidió por una nueva
tecnología que suministra un ajuste de pH en las muestras
dentro del sensor. El sistema no requiere ni reactivos ni sensores de pH.
Figura 1.
vamente el método colorimétrico. Sin embargo, el método tenía un número considerable de inconvenientes. Uno era el consumo de reactivo, ya que los reactivos duran un mes y, para un
solo sistema el coste está entre los 750 y los 1.000 dólares
anuales. Otro era que las plantas tienen más de 200 sistemas de
suministro de agua, por lo que el coste anual del reactivo era de
unos 200.000 dólares.
Por otra parte, el coste más importante de un sistema basado en reactivos no está solo en los materiales, sino también
en la mano de obra necesaria para ordenar, cambiar, almacenar y trazar los reactivos. Muchos de los sistemas no están
cerca de las carreteras principales, por lo que la pérdida de
tiempo para llegar al emplazamiento era considerable. Los
analizadores colorimétricos tienen un sistema de acondicionamiento de la muestra: bomba para inyectar reactivos, tubería para transportarlos y un dispositivo mezclador. Y estas
partes requieren un mantenimiento mensual regular, que incluye limpieza, reposición de tuberías, calibración y verificación del sistema.
La Figura 2 compara la nueva tecnología con un sensor de cloro
libre amperométrico tradicional. Como se ve en la figura, la
muestra contiene ácido hipocloroso (HOCI) e ion hipoclorito
(OCI–). Ambos se difunden a través del sensor, pero en el sensor
tradicional solo el HOCI contribuye a la corriente. Cualquier variación de pH en la muestra alterará la cantidad de HOCI, y por tanto la intensidad del sensor. En la nueva tecnología, una solución
ácida en el interior del sensor convierte todo el OCl– en HOCI, haciendo que la respuesta del sensor sea independiente del pH de
la muestra.
El sensor de cloro independiente del pH necesita algo de
mantenimiento. La solución y la membrana necesitan sustituirse cada tres meses, pero este trabajo toma solo cinco minutos y supone una reducción drástica frente al tiempo de
mantenimiento necesitado anteriormente. La reducción de
mantenimiento y la eliminación del coste de los reactivos
(aproximadamente 760 dólares por sistema) han ahorrado
Asimismo, es interesante que se descubriera también un coste
oculto asociado a los analizadores colorimétricos. Cuando los
reactivos se agotan, el cloro residual queda bajo el nivel de regulación y el sistema pasa a modo alarma.
e–
solución
e–
Cátodo
Membrana
Finalmente, el sistema telemétrico mostró que la planta no
cumplía las exigencias de las administraciones locales y regionales, por lo que la planta estaba sujeta a multas y penalizaciones. Todos estos motivos provocaron que uno de los principales objetivos de las plantas fuera la mejora en
infraestructura e instrumentación, para conseguir mayor fiabilidad en los medidores de cloro.
HOCl
HOCl
OCl
–
Sensor tradicional
Figura 2.
técnicas de LABORATORIO
solución
ácida
2
Nº 339 MARZO 2009
OCl–
Nueva tecnología con
corrección interna del pH
medición de cloro
Emerson Process Management
La compañía Emerson Process Management
(www.EmersonProcess.com), empresa de Emerson,
presta ayuda a las empresas para automatizar su
producción, procesamiento y distribución en los
sectores de productos químicos, petróleo y gas, refinerías, pasta y papel, energía eléctrica, alimentos
y bebidas, productos farmacéuticos, etc. Combina
productos y tecnologías superiores con servicios de
ingeniería, consultoría, gestión de proyectos y
mantenimiento específicos para cada sector. Las
válvulas de control de Fisher GX realizan un papel
clave, ya que combinan productos superiores y tecnología con la ingeniería específica de industria, la
consulta, la gestión de proyecto y servicios de mantenimiento. Sus marcas son PlantWeb ®, Fisher ®,
DeltaV™, Micro Motion ®, Rosemount ®, Mobrey ®,
Bristol®, Daniel®, Ovation® y AMS™ Suite.
Figura 3. El Modelo FCLi de Rosemount Analytical
Emerson
mide el cloro libre sin reactivos o necesidad de correcciones
del pH.
Emerson, con sede en St. Louis, ofrece soluciones
innovadoras a clientes a través de sus empresas,
dedicadas a: redes, energía eléctrica, gestión de
procesos, automatización industrial, tecnologías
del clima y aparatos y herramientas. Sus ventas en
el ejercicio fiscal de 2008 alcanzaron los 24.800 millones de dólares.
unos 61.000 dólares a la planta por región y año, sin incluir el
coste de combustible y otros gastos de los vehículos utilizados.
La compañía ha mejorado la fiabilidad de un parámetro crítico
en la distribución segura de agua potable a 3,7 millones de
personas. Las infracciones han cesado, el mantenimiento se ha
reducido un 75%, los costes de los reactivos han sido eliminados y los resultados analíticos han cumplido todos los requerimientos. A la pregunta: “una planta de agua ¿debería utilizar
reactivos o comprar sensores de pH para medir el cloro libre?”,
la respuesta es clara: “Ninguna de las dos”.
técnicas de LABORATORIO
Fisher, PlantWeb, DeltaV, Micro Motion, Rosemount,
Mobrey, Bristol, Daniel, Ovation y AMS son marcas
propiedad de una de las entidades jurídicas de
Emerson Process Management. Otras marcas son
propiedad de sus respectivos propietarios.
3
Nº 339 MARZO 2009