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