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DPD frente a sensores amperométricos
Alimentación de reactivos en línea (DPD)
Hay dos métodos disponibles para la medición del oxidante residual total (TRO): El sensor de potencial de reducción de oxidación (ORP) y el sensor amperométrico. Hasta ahora, no ha habido sensores amperométricos que hayan sido prácticos en una aplicación de agua de lastre. Este documento examinará las ventajas y limitaciones relativas de ambos métodos.
Las plantas de tratamiento de agua suelen utilizar uno de estos dos métodos para controlar y supervisar la alimentación de cloro: la alimentación de reactivos en línea (DPD) y los instrumentos amperométricos. Estos sistemas requieren una costosa sustitución mensual de reactivos. Mientras que los sensores amperométricos no requieren reactivos, es necesario calibrarlos con frecuencia. Sufren de dependencia del caudal y los pequeños cambios provocan pérdida de calibración, dependencia del pH y ensuciamiento de la membrana.
“Water utilities now have a better choice for chlorine monitoring that measures four additional water parameters and provides better information for a fraction of the cost. Our NSF 61 certification allows for direct insertion of the sensor into a pipe. The MP-5 can be installed in virtually any location. There is no need for a waste line, lower maintenance results in labor savings, reagent-free operation, and water savings reduce cost. This sensor is a new option for water treatment problems.” – Michael Silveri, Halogen Systems
Halogen Systems has created a sensor that cures all the struggles with catering accurate readings with consistency and minimal maintenance. Our flow-independent sensor technology overcomes many limitations of the existing old amperometric systems with far less maintenance. Besides amperometric chlorine measurement, this sensor measures pH, conductivity, temperature, and ORP (oxidation reduction potential).
Sensores amperométricos existentes
Todos los sensores amperométricos "existentes" necesitan un flujo constante, normalmente mediante el uso de una corriente residual, para mantener su precisión y calibración. Cualquier pico de presión o cambio de caudal provoca una pérdida total de la calibración. Estos sensores producen un flujo de residuos de hasta 65.000 galones al año, por instrumento. Los efectos de la fluctuación de la temperatura provocan cambios de señal no lineales debido a las características de la membrana y provocan una pérdida de calibración. Una planta de tratamiento de la ciudad de Lakewood (California) ha informado de que es necesario realizar una calibración frecuente (semanal o quincenal) de los sensores amperométricos de cloro que han utilizado en el pasado. Además, cuando el electrolito se diluye, hay que recalibrar el sensor, reponer el electrolito y sustituir la membrana. La mayoría de los diseños de sensores amperométricos de cloro disponibles limitan el funcionamiento por encima del pH 7,5. En los sistemas de agua potable se observan con frecuencia valores de pH superiores a 7,5. Los cambios en la conductividad también influyen en estos sensores. (Australia, 2010)
Limitaciones de los sensores amperométricos "antiguos"
- Altamente dependientes del flujo: esto significa que no pueden instalarse directamente en una tubería. Requieren elaboradas columnas de flujo que utilizan una corriente de residuos
- Es necesario sustituir la membrana y los electrolitos
- Calibración frecuente
- Dependiente del pH
- En función de la temperatura
Tecnología colorimétrica
En el método colorimétrico, las sustancias químicas añadidas a la muestra reaccionan con el cloro para producir un color. La oscuridad del color es proporcional a la cantidad de cloro. Estos instrumentos se conocen como instrumentos DPD en línea (DPD). El color se mide y el resultado se convierte en una lectura de ppm de cloro. Este es el instrumento de cloro más utilizado por las autoridades del agua, sin embargo, tienen inconvenientes. Uno de ellos es el coste de los reactivos. Los reactivos suelen durar 30 días. Según una página web, los reactivos para un solo sistema pueden costar entre 750 y 1.000 dólares al año, gastos de envío incluidos. Como la mayoría de las autoridades del agua tienen muchos de estos sistemas, el coste anual de los reactivos puede ser significativo. Estos sistemas son complejos y requieren un mantenimiento mensual por parte del personal de servicio.
Tecnología "antigua" de sensores de cloro amperométricos
Todos los sensores de cloro amperométricos son dispositivos electroquímicos que se basan en esta reacción para medir el cloro: Los electrones fluyen desde la reducción del ácido hipocloroso a cloruro en el cátodo. El sensor mide este flujo de electrones. Existen dos diseños básicos: Desnudo y de Membrana. En un sistema de electrodo desnudo, se utiliza el método de medición amperométrica de tres electrodos (véase más abajo). Se aplica tensión entre dos electrodos utilizando un potenciostato que compensa la resistencia de la solución. La corriente medida es proporcional al nivel de cloro.
WE = Electrodo de trabajo
RE = Electrodo de referencia
CE = Contraelectrodo
En un sistema de tipo membrana, se utiliza el método de dos electrodos. Es esencialmente el mismo que el método de tres electrodos, sin embargo, los Contraelectrodos y el Electrodo de Referencia están combinados y separados de la solución por una membrana. El electrolito se difunde lentamente en la solución y debe reponerse periódicamente. Los sensores amperométricos están libres de muchas interferencias como el manganeso, el hierro y el nitrato; sustancias que interfieren con los métodos colorimétricos.
Las características únicas incluyen:
- Medición de cloro independiente del caudal: este sensor no se ve afectado por los cambios de velocidad del caudal de 0 a 12 m/s.(HSI 06, 2020). Nuestro estilo de sensor de cloro tiene una bomba integrada, que utiliza un motor sin escobillas de larga duración para suministrar una velocidad fija a través de los electrodos, creando una medida de la independencia del flujo - el flujo de alta velocidad a través de la sensibilidad de los electrodos y la relación señal-ruido.
- Conexión directa a un sistema SCADA:el sensor puede conectarse directamente a un sistema de control y adquisición de datos (SCADA) o a un controlador lógico programable a través de Modbus, lo que nos permite reducir el coste de un módulo de visualización opcional independiente.
- Autolimpieza- Un método de limpieza electroquímica resiste la polarización y la adsorción de sustancias orgánicas. Las perlas de limpieza integradas limpian continuamente el sensor, manteniendo las superficies de los electrodos, incluido el sensor de pH, libres de la acumulación de dureza y bioincrustaciones. Los sólidos electrodos metálicos duran toda la vida útil del sistema.
- Largo intervalo entre calibraciones-Estas características se combinan para permitir largos intervalos entre calibraciones. En nuestras pruebas en agua dulce, las calibraciones se mantuvieron estables durante más de tres meses.
Halogen Systems Inc. - MP5™
Dado que este sensor se instala en conducciones de agua donde se requiere la certificación NSF 61. El sensor utiliza métodos y componentes comunes de instalación en húmedo. Este sensor también cumple la normativa, al igual que otros instrumentos DPD amperométricos. La versión de corriente lateral del sensor puede instalarse para la monitorización temporal o permanente de ramales de tratamiento de agua. El sensor sólo requiere un pequeño caudal de 0 a 0,5 GPH para funcionar. Se puede utilizar alimentación de 12 ó 24 VCC. El sensor también puede conectarse a un sistema SCADA para monitorización en tiempo real. Se utiliza un tubo de ¼" ID para el muestreo de agua. Dado que el sensor no requiere caudal, puede instalarse en un depósito.
Reducción del coste total de propiedad
Los instrumentos DPD en línea que miden el cloro necesitan reactivos químicos con reposición mensual. Ambos métodos necesitan regulación de caudal y producen un flujo de residuos con un caudal de unos 500 mL por minuto que suma hasta 69.204 galones al año por instrumento. (Emerson, 2018) Dependiendo de la fuente de agua, esto cuesta 191 dólares al año (según las tarifas del MWD) por instrumento. Estos sistemas también necesitan la infraestructura para drenar este flujo de residuos. En muchos lugares, esto no es práctico. Nuestro analizador de cloro independiente del caudal ofrece la posibilidad de instalar un analizador de cloro en cada ubicación sin todas las infraestructuras, lo que da lugar a una fiabilidad mucho mayor y a la protección del público al que sirven. A continuación se muestra un resumen de los costes relativos del sensor colorimétrico y del sensor independiente del caudal.
Facilidad de servicio
Nuestro sensor de cloro con certificación NSF-61 puede instalarse con el método de instalación de grifo húmedo. Esto permite a una empresa de servicios públicos insertar directamente nuestro analizador de cloro en una tubería de distribución sin ninguna infraestructura de apoyo. El diseño altamente integrado reduce el coste y el tamaño a la vez que aumenta la fiabilidad.
Mejor información con parámetros adicionales
Nuestro analizador multiparamétrico de cloro mide cuatro parámetros adicionales en un único paquete compacto. Un total de cinco mediciones proporcionan al usuario información que va mucho más allá del nivel de cloro libre. No es necesario recalibrarlo si cambian las condiciones del agua.
Los sistemas de sensores discretos tradicionales con un número similar de parámetros suelen costar cinco o seis veces más que el Halogen Systems Inc. MP5™.
Parámetros medidos
- Cloro libre amperométrico - Nuestro sensor patentado mide el cloro libre cada 55 segundos. Las lecturas se compensan con el pH, la temperatura y la conductividad.
- Sensor de pH integrado: El MP-5 tiene una vida útil de dos años, frente a la media del sector de seis meses. Nuestro cartucho sensor es una parte integral del sensor. Por ello, hemos diseñado nuestro sensor de cloro para que se autolimpie continuamente. Utilizamos un sensor de pH único que tolera presiones de hasta 150 PSI. El sensor de pH se envía seco, se limpia en cuestión de minutos y no necesita calibración frecuente.
- Sensor de conductividad integrado: Los cambios en la conductividad del agua son una forma integral de que las empresas de suministro de agua determinen la calidad del agua. Estos cambios pueden indicar contaminación, un episodio de polución u otros problemas.
- Potencial de oxidación-reducción (ORP): La medición del ORP en el agua potable es otro indicador de una posible contaminación o fallo de las tuberías. Nuestro sensor de cloro tiene un método único para medir el ORP y mantiene limpios los electrodos.
Referencias:
Australia, W. Q. (2010). Desarrollo de herramientas para mejorar el control de la desinfección en los sistemas de distribución. WQRA.
Departamento de Defensa. (2020, julio 07). SBIR-STTR-Sucess: Halogen Systems, Inc. Obtenido de sbir.gov: https://www.sbir.gov/node/1704083
Emerson. (2018). https://www.emerson.com/documents/automation/white-paper-effective-chlorine-analysis-for-disinfection-en-5463798.pdf. Recuperado de Emerson.com: https://www.emerson.com/documents/automation/white-paper-effective-chlorine-analysis-for-disinfection-en-5463798.pdf
HSI 04. (2020). Ensayo de campo de la norma ISO 15839 sobre halógenos. Libro Blanco 04
HSI 06. (2020). Informe de ensayo del sensor de caudal amperométrico. Libro Blanco 06