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Sensores amperométricos con membrana

Cloro combinado

Al referirse a la desinfección, la mayoría de las personas piensan inmediatamente en cloro. Pero no se tiene en cuenta que en muchos casos el cloro está presente en diferentes formas, ya sea por ejemplo como cloro libre o como cloro combinado.

Este cloro combinado causa un sabor desagradable y un olor en el ambiente, y no aporta mucho a la desinfección o a nuestra protección. Los sensores con membrana también pueden detectar esta forma del cloro.

Como en muchos otros casos, es muy ventajoso poder medir todos los parámetros de un proceso en línea y con precisión. Una cantidad insuficiente de desinfectante puede arriesgar la salud o la producción industrial. Igualmente, un exceso de desinfectante también puede poner en peligro a las personas, pero aún más frecuentes son las pérdidas económicas debido a una sobredosificación. Los sistemas seguros con sensores amperométricos con membrana están homologados por las autoridades alemanas en piscinas públicas y son utilizados en todo el mundo.

Efectividad

El cloro libre puede estar presente en diferentes formas, incluso simultáneamente. La composición depende del valor pH del agua. Las membranas y los electrolitos hacen posibles mediciones con diferentes valores pH, y bajo ciertas circunstancias, incluso con valores pH cambiantes. En combinación con un controlador, como el DCW 400ip, los sensores amperométricos con membrana pueden dar incluso una indicación sobre la efectividad del cloro libre bajo las condiciones actuales.

Muchos desinfectantes, muchas variaciones

Ya se explicaron los subgrupos del cloro. Sin embargo, es solo un primer indicio de la posible variabilidad de los sensores amperométricos con membrana. El cloro libre también puede estar combinado al ácido isocianúrico, el cual perturba la medición sin membrana. Además, en algunos procesos es también necesario que no haya presencia de desinfectantes. En algunas instalaciones se deben proteger las membranas sensibles de los filtros. Pero el mundo de los desinfectantes no acaba con el cloro.

Mediciones posibles:

- cloro

- bromo

- dióxido de cloro

- ozono

- clorito

- peróxido de hidrógeno

- ácido peracético

Empleo sin controlador

Los sensores amperométricos con membrana poseen además una tecnología de medición de la temperatura actual del líquido y ya la integran internamente. De esta manera, estos sensores son utilizables en todo el mundo sin necesidad de un controlador especial, también en combinación con instalaciones fotovoltaicas.

Las siguientes señales pueden ser transmitidas a los periféricos:

- 0 … -2000 mV,

- 4 ... 20 mA,

- ModBus RTU

Mantenimiento sencillo

Los sensores amperométricos con membrana tienen una vida útil ilimitada si se emplean correctamente. Requieren solo el recambio periódico del electrolito y de la cubierta de membrana. 

Sistemas de 2 electrodos

Una tobera en el porta-sondas de flujo continuo con 6 mm de diámetro a aproximadamente 15 mm de distancia dirige un chorro constante del líquido (indicado con la flecha azul en la gráfica) con el desinfectante en dirección vertical sobre la membrana (1).

La membrana deja pasar sobre todo moléculas del desinfectante. Estas moléculas recorren un trayecto dentro del líquido del electrolito (2) hasta el electrodo de trabajo (3). El electrodo de trabajo (3) es de un metal precioso (oro o platino) para evitar su corrosión y se encuentra bajo una tensión eléctrica muy baja pero muy exacta. Debido a ello, el desinfectante suelta electrones a la superficie del electrodo de trabajo. Estos electrones se mueven hacia el electrodo de referencia (4) y generan una corriente de trabajo eléctrica muy pequeña. Esta corriente de trabajo eléctrica es medida y transformada, junto con la temperatura, en una señal eléctrica (6). Esta señal puede ser una señal de tensión estándar de 0 hasta -2000 mV o una señal de corriente estándar de 4 hasta 20 mA o una señal bus estándar "Modbus RTU". 

El electrodo de referencia (4) está recubierto por una capa muy delgada de plata-cloruro de plata. Juntos, este recubrimiento y el electrolito conforman un punto cero de tensión muy exacto. Solamente este punto cero exacto permite ajustar la tensión eléctrica exacta para la superficie del electrodo de trabajo.

Ademas de la conexión de la señal (6) se necesita, dependiendo del tipo de la señal de salida, una alimentación de tensión (7).

Sistema de 3 electrodos

Una tobera en el porta-sondas de flujo continuo con 6 mm de diámetro a aproximadamente 15 mm de distancia, dirige un chorro constante del líquido (indicado con la flecha azul en la gráfica) con el desinfectante en dirección vertical sobre la membrana (1).

La membrana deja pasar sobre todo moléculas del desinfectante. Estas moléculas recorren un trayecto dentro del líquido del electrolito (2) hasta el electrodo de trabajo (3). El electrodo de trabajo (3) es de un metal precioso (oro o platino) para evitar su corrosión. El electrodo de trabajo (3) se encuentra bajo una tensión eléctrica muy baja pero muy exacta. Debido a ello, el desinfectante suelta electrones a la superficie del electrodo de trabajo. Estos electrones se mueven en el sistema de 3 electrodos hacia el contraelectrodo (5) y forman una corriente de trabajo eléctrica muy baja. El contraelectrodo (5) se reconoce como un anillo en acero inoxidable. Por medio de este método, el electrodo de referencia (4) es mantenido libre de corriente. La corriente de trabajo eléctrica es medida y procesada, junto con la temperatura, para producir una señal eléctrica (6). Esta señal puede ser una señal de tensión estándar de 0 hasta -2000 mV o una señal de corriente estándar de 4 hasta 20 mA o una señal Bus estándar "ModBus RTU". 

El electrodo de referencia (4) está recubierto por una capa muy delgada de plata-cloruro de plata. Juntos, este recubrimiento y el electrolito conforman un punto cero de tensión muy exacto. Solamente este punto cero exacto permite ajustar la tensión eléctrica exacta para la superficie del electrodo de trabajo.

Ademas de la conexión de la señal (6) se necesita, dependiendo del tipo de la señal de salida, una alimentación de tensión (7).

Sensores amperométricos sin membrana

La membrana deja pasar sobre todo moléculas del desinfectante deseado. Esta posibilidad de selección no es posible sin membrana. Sin membrana, el electrolito no puede cumplir tampoco una parte de su función de amortiguar el valor pH o también, de diferenciar entre diferentes desinfectantes. El electrodo de trabajo importante está expuesto además a suciedades del agua, lo que puede hacer necesario el uso de dispositivos de limpieza o de una limpieza mediante aplicación de corrientes eléctricas.

Los sensores sin membrana son menos sensibles a la presión. En los sensores de la serie DOSASens AS no se requiere un sistema electrónico especial específico en el transmisor de señal.

Sensores de cobre y platino

Las ventajas de la membrana y del electrolito no las ofrece el sensor de cobre y platino, debido a que no posee ninguna de las dos. Para medir un desinfectante, el principio amperométrico empleado requiere una tensión eléctrica muy exacta entre el electrodo de referencia y el electrodo de trabajo. En el sensor con membrana, dicha tensión es suministrada directamente por la electrónica y ajustada con gran precisión. 

En el sensor de cobre y platino, se aprovecha la diferencia de tensión natural entre los metales cobre y platino. La tensión natural depende adicionalmente del tamaño de las superficies, de la velocidad del agua y del estado de oxidación. Generalmente, unas perlas de vidrio limpiadoras en constante movimiento limpian el óxido de la superficie de cobre. 

La tensión resultante de todos los factores no puede ser atribuida a ningún desinfectante específico. Las corrientes eléctricas, las cuales corren entre el cobre y el platino, son por ello muy pequeñas y requieren un procesamiento muy complejo. El sensor de cobre y platino no puede ser utilizado sin un transmisor especial. 

Medición con fotómetro y reactivo DPD

Este procedimiento conocido consiste en una medición manual mediante un fotómetro o mediante una comparación visual del color. Pero también se obtienen mediciones continuas. Este procedimiento no permite diferenciar entre desinfectantes, debido a que siempre se mide o se compara el mismo color. Debido a su ejecución manual, ocurren considerables errores individuales. La persona encargada de la medición puede influenciar involuntariamente el resultado. Sin embargo, este procedimiento se utiliza como comparación necesaria para "calibrar" el transductor.

La medición DPD es un procedimiento patentado, el cual aprovecha el efecto del desinfectante sobre un colorante. Dicho colorante se llama  Dipropil-p-fenilendiamina (DPD). A través de factores de conversión y sustancias adicionales el procedimiento DPD es ajustado al desinfectante que supuestamente está presente.

Legionelas

En cada tubería existe una biopelícula, en la cual a su vez viven legionelas. La legionela es una bacteria muy resistente de aprox. 1 µm, la cual se reproduce sobre todo en agua tibia. Vive y también se reproduce en amebas más grandes. Estas bacterias son transmitidas a los humanos a través de aerosoles y son un peligro sobre todo para personas mayores o con sistemas inmune débiles. 

Cuando el agua es dispersada en forma de aerosol en el aire, las legionelas ingresan al cuerpo humano a través de las vías respiratorias y causan la "enfermedad del legionario" o "legionelosis". La enfermedad del legionario se descubrió en 1976. Durante una reunión de veteranos de guerra en Filadelfia se enfermaron 221 personas, 34 de ellas fallecieron. De ahí nació el nombre de "Enfermedad del legionario". Después de este suceso se investigó intensivamente y se descubrió, que la bacteria legionela había causado la enfermedad. 

La norma alemana (Normativa para aguas potables TrinkwV §14, párrafo 3) exige controlar la cantidad de legionela en sistemas de abastecimiento. Obliga a los explotadores a tomar medidas técnicas cuando se supera el valor límite de 100 UFC por cada 100 ml.