PROBLEMAS TIPICOS CON LA MEDICION Y EL CONTROL DE PH A NIVEL INDUSTRIAL

Supervisar la calidad del agua es uno de los muchos aspectos importantes del control del medio ambiente. Con el constante crecimiento de la población, el agua para consumo humano se volvió escasa y cada vez más contaminada. Existen muchos parámetros que definen la calidad del agua pero quizás el más importante sea el pH.
 

Interferencia eléctrica

El pH no es una medida tan simple como aparenta. Sin embargo, son muchos los factores necesarios para lograr una lectura confiable. La característica más importante de los electrodos de pH es su impedancia extremadamente alta, en el orden de los 109 ohms. Esto se combina con fábricas muy ruidosas y con las largas distancias que hay entre el electrodo y el controlador. 

Un medidor de pH típico está normalmente configurado para operar en modo común, también conocido como el modo asimétrico. Quiere decir que el electrodo de referencia se conectaría a la conexión a tierra del amplificador. Esta configuración funciona muy bien en tanto y en cuanto el ambiente se encuentre libre de sonidos eléctricos. En un ámbito industrial no se da esta situación. Es muy común ver fluctuaciones en las lecturas de los controladores de pH, incluso por encima o por debajo del rango. Esta situación se da cuando, por ejemplo, se enciende el motor de mezcla. Un antiguo motor con pérdidas puede inyectar interferencias eléctricas de 1 a 2 voltios al líquido cuyo pH se está supervisando. Este sonido es una señal común y la recogen tanto el electrodo de pH como el de referencia. En el modo asimétrico, el electrodo de referencia se conecta a tierra, el ruido eléctrico sólo está presente en el electrodo de pH. Este ruido se amplifica junto con la señal de pH y por eso flutúan las lecturas. Si el ruido eléctrico proviniera de una fuente de CD, como las de eléctrolisis de tanques, las fluctuaciones en las lecturas no serían el problema, sino los valores incorrectos.
 

Fluctuación del relé

La fluctuación del relé en torno al punto de ajuste es un problema común que enfrentan las industrias. Es posible que hasta ocasione la avería de costosas bombas dosificadoras y solenoides. Estudiemos las causas de este problema. Supongamos que en un caso típico el punto de ajuste es de 6 pH. Quiere decir que cuando el pH sea menor de 6, se activa la bomba dosificadora de soluciones cáusticas. Al agregar la solución cáustica aumenta el pH. La bomba se detiene cuando el pH llega a 6. La bomba de mezcla sigue funcionando y por lo tanto el pH vuelve a ser menor de 6, lo que activaría el ciclo nuevamente, y así sucesivamente. Esto lleva a que el relé fluctúe en torno al punto de ajuste.

Una manera de resolver este problema consistiría en dejar que la bomba continúe la dosis y supere el punto de ajuste, hasta 6,5 pH siguiendo el ejemplo anterior. En tal situación, cuando se detenga la bomba, es posible que el pH baje a 6,2 pH que sigue estando por encima del punto de ajuste y evite así la fluctuación del relé. A esta banda extra que se introdujo se la conoce como la banda de histéresis. En los controladores modernos, las bandas de histéresis independientes y ajustables pueden utilizarse para puntos de ajuste altos y bajos.

Control de límites y control proporcional

La función principal de un controlador de pH consiste en supervisar el pH, activar las bombas si el pH se sale de sus puntos de ajsute y dosificar los químicos que correspondan para que el pH vuelva a los límites dados. Esta acción correctiva puede suceder de dos maneras, control de límites y control de proporciones.

El control de límites es un método áspero dado que mantiene las relés constantemente activadas si el pH se sale de sus límites. La dosificación de los químicos no se regula en base a la desviación del pH de su punto de ajuste sino según un ritmo fijo y parejo. Esto causaría aumentos y disminuciones del proceso y por lo tanto el control no sería parejo.

En aplicaciones donde se requiere un control detallado, como los de los alimentos o de aplicaciones farmacológicas que suelen operar dentro de una banda delgada, no se aceptaría el control de límites. La mejor opción sería cambiar al "Control proporcional" Como el nombre sugiere, el control es proporcional a la deviación del pH de su punto de ajuste. En otras palabras, cuanto más se aleje el pH del punto de ajuste, mayor será la dosis. La dosis se va reduciendo hasta detenerse cuando el pH llega al punto de ajuste.

Hay dos métodos para aplicar este "control proporcional", longitud de pulsos y frecuencia de pulsos En la longitud de los pulsos, el usuario puede fijar el tiempo total del pulso entre 0,5 y 20 segundos. El tiempo en que un pulso está "CONECTADO" varía según la desviación del pH. Cuánto más se aleje el pH, más tiempo estará "CONECTADO" y mayor será la dosis. Cuanto más se acerque el pH al punto de ajuste, menores serán el tiempo de conexión y la dosis.

En la frecuencia de pulsos, el usuario puede fijar la frecuencia entre 60 y 120 pulsos por minuto. La frecuencia de un pulso varía según la desviación del pH del punto de ajuste. Cuanto más alejado esté el pH, mayores serán la frecuencia y la dosis. Cuanto más se acerque el pH al punto de ajuste, menores serán la frecuencia y la dosis.

Calibración en línea

En la mayoría de las calibraciones industriales, el controlador de pH se calibra al principio del proceso. Al avanzar el proceso, se toman muestras de sangrado y se analizan por separado en el laboratorio. A veces se observa que no hay coincidencias entre los resultados del laboratorio y lo que muestra el controlador. Es posible que esto se produzca debido a la suciedad del electrodo de pH en un ámbito hostil como puede ser, en algunos casos, la ejecución extendida de un proceso durante varios días. Para corregir este problema, debe retirarse al electrodo fuera del tanque de procesos, lo que inplica su detenimiento. En la mayoría de los casos, esto no se acepta. Una manera sencilla de solucionar este problema sería una función de un solo punto de calibración que puede obtenerse en línea. No se afecta la pendiente original de calibración pero compensa la línea. El controlador alpha-pH1000 permite la calibración en línea de un solo punto sin tener que desarmar la carcasa del electrodo.

Transmisión de corriente —4/20 mA

En la actualidad, en la mayoría de las industrias es esencial tener un original del parámetro que se supervisa por sobre todo el marco de tiempo del proceso. El modo más sencillo y económico de lograr esto consiste en conectar el controlador a un registro de cuadro. Por lo tanto, es necesario que el controlador tenga una capacidad de transmisión de 4/20 mA. Hoy en día la, la mayoría de los controladores cuentan con esta función. Sin embargo, son pocos los que ofrecen muchas funciones en este modo.

Convencionalmente, en los controladores 4 mA corresponden a 0 pH y 20 mA corresponden a 14 pH. Cuando tal dispositivo se conecta a un registro de cuadros con panel de 1/4 DIN, el valor pH se puede supervisar constantemente. Si el proceso requiere un control riguroso y además opera dentro de una banda angosta de puntos de ajuste, por ejemplo 1 pH; el registro en los cuadros no estará bien resuelto. Esto se debe a que en los controladores convenciales el rango de 14 pH se distribuye en 16 mA. Por lo tanto, se observa que para una variación de 1 pH la corriente varía sólo en aproximadamente 1,15 mA. En el papel de cuadros esto es un movimento a través de un ancho de menos de 1/2 cm para el registro mencionado. Queda claro en el ejemplo que el registro no estaría bien resuelto y por lo tanto no sería de mucha utilidad.

Una solución sencilla y económica sería un controlador con aumento para la salida de corriente. En términos simples, significa que el usuario debe tener la instalación para fijar los valores pH que quiera a la salida de 4 y 20 mA. Consideremos un proceso que opera dentro de la banda de 1 pH, por ejemplo 6 y 7 pH. Si fuera posible utilizar el controlador para liberar 4 mA a 6 pH y 20 mA a 7 pH, se observa que ahora tenemos los 16 mA por sobre una banda de sólo 1 pH. Esto nos dio un aumento de casi 14 veces. Sería una ventaja adicional si la banda de aumento pudiera instalarse en cualquier parte de la escala de pH.

Medición de pH en líquidos con ácido hidrofluórico

Es posible que haya hidrofluóricos (HF) en ciertos procesos. Los casos típicos son las industrias cristaleras. Las mediciones de pH en tales situaciones son problemáticas. Dado que los electrodos de pH convencionales son de cristal, en especial la "bombilla", el electrodo muere al poco tiempo segun la concentración de HF. La mayoría de las veces la solución sería utilizar electrodos de un cristal altamente resistente al HF. Pero, como se puede observar, esto no elimina el problema por completo. La mejor solución lógica sería utilizar un material que no se dañe con el HF. Se puede utilizar un electrodo de antimonio, basicamente un electrodo ORP. La solución no es tan simple como suena. Esto se debe a que la propiedad del electrodo de cristal es muy distinta a la del electrodo de antimonio. Por lo tanto, estos electrodos no son fáciles de intercambiar.

El controlador alpha-pH1000 tiene la capacidad de cambiar de uno a otro además de, en el mismo proceso, intercambiar todos los valores predeterminados que se asocian al tipo de electrodo, ya sea cristal o antimonio. Aunque no es el mejor método, es una buena y sencilla manera de medir el pH en un ámbito de HF.

Alarma

En la actualidad, la mayoría de los controladores de medio rango vienen con un relé por separado con la función de alarma. Por lo general, este relé se activa si el parámetro se encuentra fuera de los puntos de ajuste. Esto indica que, si se lleva a cabo un control, el relé de la alarma también está activa y su dispositivo puede ser una sirena o una luz intermitente. Como consecuencia, en general no se le presta mucha antención a las luces o a las sirenas. Hay un botón de reinicio conectado en la parte externa que se opera para detener el ruido. Por lo tanto, notamos que en tales situaciones la alarma es más una molestia que una ventaja. ¿Cómo podemos darle mejor uso a esta función?

Observemos una situación práctica. Supongamos que el punto bajo de ajuste es de 6 pH. Cuando el pH baja de 6, el relé se activa y comienza la dosificación de químicos. En circunstancias normales, el relé de la alarma también se activa y la sirena suena durante el tiempo que dure la situación de alarma. Si alguien supiera por experiencia cuánto tarda la acción de dosificación en corregir la situación, 2 minutos en este ejemplo, sería una gran ventaja poder programar un retraso de 2 minutos en la función de alarma del relé. En realidad esto quiere decir que una vez que se exceda el punto de ajuste, sólo se activará la bomba dosificadora y el circuito del relé de alarma comienza el conteo. Si el problema no se corrigió en 2 minutos, quizás debido a esclusas en la bomba o a que el tanque de químicos esté vacío, el relé de la alarma se activa y la sirena o la luz también. Esto tendría más sentido.

Prevención contra deshechos químicos

En ciertas industrias es esencial supervisar los dos parámetros en manera simultánea y corregirlos en base a un primer parámetro y luego al otro. Las mediciones de pH y ORP serían un buen ejemplo en "eléctrolisis" y "piscina". Primero se ajusta el pH a un nivel específico y luego se controla el ORP. El problema práctico de este caso es que el pH y el ORP son independientes. Mientras se corrige el pH, se afecta al ORP y viceversa. Si fuera posible DETENER el controlador de ORP mientras se corrige el pH y que el control comience cuando el pH se encuentre dentro de los límites aceptados, se ahorraría mucho en químicos. Si este proceso se pudiera realizar de manera automática, sería una ventaja adicional.

Mediciones de ORP

ORP o Redox es el potencial de reducción de óxido que suele medirse en millivoltios. Esta no es una medición específica de iones dado que los iones del líquido contribuyen al potencial de ORP. Por lo tanto, puede verse que en áreas como el tratamiento del agua residual, el ORP en millivioltios reales no tendría mucho sentido. En cambio, si fuera posible que el controlador midiera los millivoltios y los mostrara como un porcentaje relativo, entonces la transición de un estado a otro se puede observar con mayor facilidad. Para que esto sea posible, el controlador debe poder operar en lo que se conoce como el modo % ORP, que se encuentra en el controlador alpha-pH1000. El usuario puede calibrar la unidad con dos líquidos cuyos niveles de tóxicos relativos son conocidos y luego utilizarlo para medir y controlar el valor % ORP del agua que se procesa.

Compensación manual de temperatura

Hay muchos casos donde no se utiliza la sonda de temperatura. Esto ocurre cuando existe gran variación en las temperaturas del proceso. Sigue siendo necesario compensar para corregir el efecto de la temperatura si la del proceso no va a ser 25ºC. En la actualidad, la mayoría de los controladores cuentan con la función de Compensación de Temperatura Manual (CTM). Sin embargo, la desventaja de la mayoría de ellos es que sólo cuentan con un sólo valor predeterminado para la CTM. Por ejemplo, si la CTM esta predeterminada en 40ºC y se realiza una medición, se aplicaría la compensación que corresponde a tal temperatura. Ahora bien, si el usuario decide realizar una calibración, se debe reiniciar la CTM a 25ºC. Si no se realiza este paso, la calibración será incorrecta. En el caso de mediciones de pH, este error no es muy grave. Pero en mediciones de conductividad y resistividad, si el coeficiente de temperatura del líquido es de un 2% por ºC, el error para una variación de 15ºC puede subir hasta un 30%. En absoluto puede aceptarse una situación así. Una solución simple consiste en dos valores predeterminados para la CTM, uno para la temperatura del proceso y otro para la calibración. De esta manera el cotrolador puede aplicar la compensación correcta en base al modo, "medición" o "calibración", en que opere.