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21/04/2016

Mediciones de pH en Industrias: Claves para la selección y buen funcionamiento

Las mediciones relacionadas con acidez o alcalinidad de los líquidos en las industrias se remontan a los mismos comienzos de la revolución industrial. En realidad, el conocimiento de la acidez y su opuesto (alcalinidad, basicidad) viene de mucho antes, ya que es importante tanto en los procesos biológicos individuales (digestión, equilibrios internos orgánicos, etc) como en la preparación y conservación de alimentos o el medio ambiente (desagües, posibilidades de vida, etc..)

En la industria, muchos procesos requieren de la medición de la acidez o alcalinidad de soluciones. La medida de esta característica se conoce como pH (potencial de Hidrógeno) y por definición, está vinculado con la concentración de iones hidrógeno positivos (más precisamente iones hidrónios) que se encuentran en la solución.

El valor de estas concentraciones tiene una amplio rango en las soluciones que normalmente se miden en la industria (desde 10-14 (0,00000000000001) a 1 en moles por litro) . Estos valores pueden ser mayores o menores que el rango mencionado, por lo que la escala que se utiliza no es lineal sino logarítmica.

La escala logarítmica fue introducida en 1909 por Sorensen quien definió el término pH como el valor negativo del logaritmo de la concentración de Hidrógeno. Y eso permite que los valores indicados de concentración (en realidad actividad)  se midan en rangos comunes desde pH = 0 a pH = 14.
Las mediciones se pueden realizar en forma discontinua a través de papeles (tiras) con preparados que cambian de color con el pH y que por comparación con colores conocidos de pH permite determinar el pH de la solución.

Muchas  mediciones de ciertos procesos industriales requieren mediciones de pH en forma continua por ejemplo:

Efluentes a verter en cursos de agua (ríos, lagos, etc ),
Medios de ciertos procesos de la industria alimenticia, farmacéutica, etc
Acidez de alimentos para conservación
Crecimiento de levaduras,
Reacciones que se producen en ciertos rangos de pH, etc.

Las mediciones de pH en forma continua puede hacerse por distintos métodos, pero las mediciones potenciométricas, basadas en electrodos de vidrio son las más ampliamente utilizadas (otras técnicas como colorimétricas o de electrodos de óxidos de metales se usan solamente en algunos casos específicos o particulares).

El sistema basado en electrodos de vidrio es robusto y confiable si se tienen en cuenta una serie de recomendaciones de selección, instalación y mantenimiento.
Dos electrodos inmersos en la solución son requeridos para medir el potencial generado por los iones H+: El electrodo de medición y el electrodo de referencia. (existen algunas construcciones donde ambos elementos están combinados en una sola unidad)

El principio de funcionamiento del electrodo de medición se basa en la selectividad que tienen ciertos vidrios (hechos de muy bajo espesor)  al ion H+
El electrodo de referencia mantiene un potencial estable para servir de algún modo de comparación con el potencial generado del electrodo de medición. El resultado de la medición es una fuerza electromotriz que es función de la concentración del ion H+ y en consecuencia  del pH

La temperatura a la que está la solución también influye en el potencial, por lo que medir la temperatura adecuadamente es indispensable si se requiere exactitud (algunos conjuntos de  medición basados en electrodos de vidrio, vienen equipados con los sensores de temperatura que realizan la medición).

Pero no todo es tan simple: Para asegurar una buena medición, además  de conocer los fundamentos y principios mencionados se requieren conocer las características del proceso y/o características de los  productos a medir, ya que aspectos de posibles suciedades, depósitos, cuidado de los electrodos y otros pueden influir muy negativamente en la medición.

No son extraños errores de medición que van de 0,25 a 1 ó más en pH,  en instalaciones reales.  Traduzco a continuación un párrafo del Instrument Engineers' Handbook de Bela Liptak en su capítulo referido al tema:
“El error en la medición de pH en aplicaciones de procesos es un orden de magnitud mayor que el normalmente establecido para el electrodo de vidrio… “
“… Usuarios y Proveedores optimistas, que instalan un electrodo por punto en el proceso, pueden creer que alcanzan exactitudes de 0,02 de pH o mejor. Resultados de mediciones de 3 electrodos por punto en el proceso muestran que al cabo de un mes la exactitud es a lo sumo  de 0,25 de pH y esa exactitud solo se puede alcanzar después de varios y frecuentes ajustes de  calibración… “

La velocidad de respuesta de los electrodos también es un factor importante, ya que por ejemplo en el tratamiento de efluentes, las variaciones pueden ser frecuentes y periódicas, con lo que una alta constante de tiempo puede dar lugar a enmascaramientos que pueden producir vuelcos indebidos y afectaciones importantes. Dado que las calibraciones se suelen realizar en condiciones estables y de equilibrio, las consideraciones dinámicas  (respuesta en el tiempo) suelen no ser consideradas en toda su magnitud, produciendo importantes inconvenientes.


Conclusiones:
Por todo lo expuesto, se refuerza la idea de que para lograr una buena medición de pH, se requiere:
Un conocimiento del Proceso donde se realiza la medición
Las características de los productos donde se realiza la medición
El conocimiento de los principios de funcionamiento de los elementos de medición
Realizar una adecuada selección del elemento de medición
Realizar una adecuada instalación: ubicación adecuada del elemento en la corriente o recipiente, eventuales elementos de limpieza automáticos en línea, etc.
Realizar un mantenimiento adecuado de la instalación: Inspecciones y verificaciones periódicas del estado de los elementos de medición, y de limpieza.
Métodos de calibración y verificación del buen funcionamiento del sistema de medición..


Y todo esto es solo medir el pH …. Controlar en línea pH es otro tema de igual o mayor complejidad (pero eso es tema de otro artículo)

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