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La importancia de medir el pH en la industria

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  • En un amplio abanico de aplicaciones industriales, disponer de una medición precisa de los valores de pH resulta fundamental para garantizar el cumplimiento normativo y la calidad del producto final.
  • Nikodem Siwek, responsable general de productos analizadores de agua en ABB, explica la importancia de contar con una buena medición de pH y cómo lograrlo.

Sobre la Entidad

ABB
Líder tecnológico que impulsa la transformación digital de las industrias. Posee una trayectoria de innovación de más de 130 años y 4 negocios globales enfocados a Electrification, Industrial Automation, Motion y Robotics & Discrete Automation.

Prácticamente todas las industrias necesitan algún tipo de tratamiento de aguas limpias y residuales en su proceso de producción. Medir la calidad del agua tanto influente como efluente es un factor elemental a la hora de determinar la eficiencia de cada proceso, mantener la calidad general y verificar que los procesos cumplen las estrictas normas reguladoras que los gobiernan.

Una de las métricas clave que sirve para cumplir estas normas hace referencia a la medición y el análisis de los niveles de pH. La medición de pH suele asociarse con la industria de tratamiento de agua, pero, en realidad, desempeña un papel vital en un gran número de sectores. En la industria alimentaria, por ejemplo, puede afectar al sabor y a las propiedades de conservación de un producto. En otros sectores, como el textil, el agrícola y el de producción de pasta y papel, la medición de pH también puede tener un papel decisivo.

¿Qué es el pH? Un repaso rápido...

El pH describe el potencial de hidrógeno de una sustancia, en otras palabras, la concentración de iones de hidrógeno que hay en una solución. Se expresa con la escala de pH, donde los valores de las soluciones van de 0 a 14. Una solución con un pH bajo, de 0-6 (es decir, con un número elevado de iones de hidrógeno) es ácida, mientras que una solución con un pH de 8-14 (es decir, con un número reducido de iones de hidrógeno) es considerada básica. Según la escala, se considera neutra una solución con un pH de 7, equivalente a agua pura a una temperatura de 25 °C.

¿Por qué es importante el pH?

La escala de pH es logarítmica, por lo tanto, pequeños cambios en el valor de pH pueden expresar variaciones mucho mayores en la práctica. Por ejemplo, una solución con un valor ph4 es diez veces más ácida que una solución con un valor ph5, y 100 veces más ácida que un ph6. Por eso es tan importante vigilar los valores de pH en tantos procesos industriales, ya que una pequeña desviación puede afectar seriamente a la calidad del producto, la eficiencia de los procesos y la seguridad tanto de empleados como de clientes finales.

Uno de los usos más comunes de la medición de pH se da en el tratamiento de agua potable y aguas residuales. El agua que se encuentra en la parte más baja de la escala de pH puede deteriorar tuberías y grifos, lo que permitiría la filtración de materiales tóxicos en el suministro de agua. Si el nivel de pH es demasiado alto, puede provocar un sabor desagradable. En el tratamiento de aguas residuales, es necesario controlar los niveles de pH a fin de garantizar unas condiciones óptimas para conseguir las reacciones químicas o microbianas oportunas y que el proceso funcione de manera eficiente.

En aplicaciones del sector de alimentación y bebidas, los niveles de pH resultan esenciales para crear las reacciones físicas y químicas correctas, y asegurarse de que el sabor de los productos sea agradable y uniforme. El control de ingredientes como levaduras y mohos, que reaccionan de forma diferente según el nivel de pH, es básico para garantizar la calidad del producto final, además de impedir el desarrollo de patógenos perjudiciales. También hay que controlar los niveles de pH en el suministro de agua empleada en tareas de lavado para garantizar que es segura.

En el sector textil y en el de pasta y papel, los valores específicos de pH afectan al color y las propiedades de decoloración de los tintes, mientras que las aguas residuales generadas por los procesos de elaboración de papel pueden contener partículas que estropearán la maquinaria si llegan a acumularse con el paso del tiempo.

La agricultura es otro sector que precisa una buena gestión del pH ya que es un factor importante cuando se trata de confirmar que el suelo presenta las condiciones adecuadas para el cultivo de plantas. Si el pH se encuentra fuera del rango óptimo, se debe modificar añadiendo material ácido (como azufre nativo) o alcalino (como cal). Las condiciones óptimas dependerán del tipo de cultivo que se esté trabajando.

En la industria de petróleo y gas, las mediciones de pH se emplean en una serie de aplicaciones, por ejemplo, para optimizar el proceso de separación empleado en la desalinización y, al mismo tiempo, reducir la probabilidad de que las aguas residuales presenten oxidación.

¿Cómo se mide el pH?

Para controlar los niveles de pH en un proceso, primero hay que poder medirlos. Existen varias formas de medir el pH, desde soluciones sencillas como tiras de papel indicadoras, hasta métodos electroquímicos más sofisticados y exactos, entre ellos, transmisores y sensores digitales.

Los tipos de medición digital de uso más común incorporan dos electrodos (un electrodo de vidrio para la medición y un electrodo de referencia), por los que pasa la solución que se ha de medir. Los electrodos generan una diferencia de tensión entre sí que es directamente proporcional al nivel de pH de la solución. El resultado es un valor de pH preciso. Los actuales sistemas de medición pueden ofrecer una medición continua, además de incorporar otras prestaciones especialmente indicadas para aplicaciones industriales, como la compatibilidad con bus de campo y el diseño a prueba de explosiones.

Elección del sensor correcto

Obviamente, el sensor más apropiado dependerá de la aplicación en cuestión y otros factores a tener en cuenta: ¿Dónde irá instalado el sensor? ¿Qué características tiene la solución a medir? ¿Se puede acceder fácilmente al sensor para realizar labores de mantenimiento o una recarga electrolítica?

Los electrodos de pH se hacen con un vidrio especial compuesto por iones de metales alcalinos. Estos iones reaccionan con los iones de hidrógeno presentes en la solución para generar la diferencia de potencial que, a su vez, genera la medición de pH. Hay diferentes tipos de vidrio para temperaturas altas o bajas, o con una mayor resistencia a la acumulación de ácidos o fibras.

Los sensores de pH suelen ser frágiles y tienen una vida útil limitada. El nivel de exigencia al que se somete a muchas aplicaciones de medición de pH puede estropear incluso los sensores de pH más resistentes. Es complicado predecir la vida útil de los electrodos. Puede que los fallos del sensor empiecen a darse poco a poco, como la contaminación gradual del electrodo de referencia, o que ocurran de repente, por ejemplo, si se avería el electrodo de pH. Actualmente, los sensores modernos incluyen diagnósticos inteligentes para maximizar la duración de los electrodos. Los operadores reciben un aviso temprano sobre la contaminación de los electrodos u otros problemas antes de que vayan a más y causen fallos.

La temperatura de prueba variable es una de las causas más habituales de error en la medición de pH. En este caso, un sensor con compensación de temperatura puede mejorar la precisión. En los sensores de ABB, esto se consigue colocando en el extremo del electrodo un sensor de temperatura integrado, el electrodo de pH y el electrodo de referencia, con lo que se mejora la calidad de las mediciones para aplicaciones con temperaturas de muestra variables y, además, se reducen los costes de calibración.

La duración y la eficiencia del sensor son dos aspectos muy importantes, pero el análisis de los datos generados también es una parte fundamental del proceso de detección. Con innovaciones como EZLink, la tecnología de ABB que facilita la conexión plug-and-play de sensores, es fácil configurar el sensor y conectarlo al transmisor para reducir el tiempo de instalación, además de minimizar la interferencia de ruidos eléctricos para lograr la máxima intensidad de señal. La salida digital elimina la necesidad de tener cables de alta impedancia, por lo que es posible tener distancias mayores entre sensor y transmisor sin que la precisión se vea afectada.

Con tantas variables en juego, a veces elegir el sensor correcto puede resultar una tarea abrumadora. Por ello, ABB ha simplificado su gama de sensores en tres grupos definidos según el tipo de aplicación. El primero de ellos incluye electrodos básicos para aplicaciones de baja conductividad o en procesos generales. El segundo incluye electrodos más resistentes para procesos rigurosos. Presentan una mayor resistencia a la contaminación y certificado ATEX/IECEx para usos en instalaciones peligrosas, como procesos químicos y petroquímicos. El tercer grupo incluye electrodos especiales para las aplicaciones más exigentes que precisan una gran pureza.

Alto rendimiento cuando más se necesita

Para ser un instrumento tan sencillo, los sensores de pH pueden influir mucho tanto en la eficiencia de los procesos como en la calidad del producto final que se está tratando o produciendo. Gracias a los avances en diagnósticos de sensores y tecnologías de analizadores, cada vez es más fácil confirmar que los sensores actuales ofrezcan los máximos niveles de rendimiento, cuando y donde más se necesita.

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