1. Productos
Soluciones
Servicios
Calibración de sistemas de
medición Cloro Libre
Memosens - Liquiline
26-11-2013 (DRAFT)

2. Alcance
El presente documento se enmarca en los
programas de capacitación y entrenamiento de
Endress+Hauser Chile. Para obtener la
información actualizada de los equipos y
procedimientos de operación por favor acceda a la
página web www.endress.com.
En los modelos de equilibrio químico también
participa la concentración de cloruros, la que
puede ser considerada constante en la mayor
parte de las aplicaciones. En el caso de que exista
un cambio relevante en la concentración de
cloruros, esto se puede ajustar mediante una
nueva calibración.
100%
Introducción
90%
El Hipoclorito de Sodio es un compuesto químico
oxidante de fórmula NaClO. Se utiliza
comúnmente como desinfectante debido a su bajo
costo, otras aplicaciones son blanqueamiento y
tratamiento de aguas servidas. El hipoclorito es
+1
-2
un ion compuesto por Cl y O . Deriva del ácido
hipocloroso y es inestable, por lo que es
almacenado y distribuido en solución acuosa.
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Concentración mg/L
Concentración de Cloro Libre
Cl2
5
4
Figura 2 Fracciones
dependiendo del pH
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Días
Figura 1 Decaimiento del Cloro Libre en el tiempo
(Gráfico referencial, el decaimiento depende de la
temperatura y otros compuestos presentes en la
solución)
El Cloro Libre se puede presentar de 3 formas en
solución: como cloro gas disuelto Cl2 (aq), ion
hipoclorito OCl y como ácido hipocloroso HOCl.
Dependiendo del pH del medio, se pueden
encontrar distintas proporciones de estas formas.
El cloro gas disuelto puede abandonar la solución,
por lo que su presencia en el líquido depende de
la concentración de saturación.
HOCl
de
formas
OCl
de
Cloro
Libre
Debido a que el equipo de análisis es selectivo
sólo para los iones HOCl, se debe considerar los
efectos antes descritos en el proceso de
calibración y medición. El pH puede ser medido
en línea y se puede realizar la operación de ajuste
del cloro libre a través de un sensor de pH.
Los equipos de la plataforma Liquiline incluyen
ajuste automático de los siguientes parámetros:
-
Ajuste automático de Temperatura para
pH.
Ajuste automático de Temperatura para
medición de Cloro Libre.
Ajuste Automático/Fijo de pH para la
medición de Cloro Libre.
Es el ajuste de todos estos parámetros lo que
permite realizar una buena estimación de Cloro
Libre equivalente a la realizada con el método
DPD.
2/7

3. Para comenzar la calibración se debe comenzar
con la calibración de temperatura. Debido a que
esta medición es estable en el tiempo y su periodo
de calibración es largo, no se requiere realizar
calibración de temperatura de los equipos
durante comisionamiento.
en una solución. La relación entre la actividad y la
concentración de una determinada especie se
realiza mediante la ecuación 2.
En el caso de que se requiera ajuste automático
por pH, se debe comenzar el proceso de
calibración del sensor de Cloro Libre con la
calibración del sensor de pH.
a
: Actividad del ion hidrógeno en la
solución (gmol/l)
En caso de que el pH sea estable en el tiempo, se
puede utilizar un valor fijo de pH en el
transmisor, y utilizar esa corrección en todas las
mediciones de Cloro Libre. Es importante que este
valor de pH sea verificado en el tiempo.
: Coeficiente de actividad del
γ
hidrógeno en la solución (adimensional)
Calibración de
Temperatura
sensor de pH
Calibración del
sensor de pH
(ATC activo)
Calibración de
Temperatura
sensor de Cloro
Libre.
pH
a
log
(1)
a
(2)
γ ∙ C
: Concentración del ion hidrógeno en la
C
solución (gmol/l)
ion
Bajo determinadas circunstancias se puede
considerar que el coeficiente de actividad del ion
hidrógeno en la solución es 1. Para soluciones
concentradas, el coeficiente de actividad del
hidrógeno es menor que 1, por lo que la actividad
es menor que la concentración real de H+. Para
soluciones con menos del 90% por peso de agua,
o más de un 5% en peso de sales, el pH se
convierte en una función de la concentración de
sales y agua además de la concentración de H+.
Ciertas sales como el NaCl también afectan el
potencial de los electrodos utilizados en la
medición, agregando interferencia.
La temperatura no afecta directamente el pH, si
no que la medida en mV de la solución en la que
se está midiendo el pH. Por esto siempre se debe
considerar la corrección por temperatura en los
valores medidos. La relación entre el valor de pH
y el potencial medido por el electrodo de pH está
dada por la ecuación 3.
Calibración del sensor de Cloro
(ATC activo y ajuste por pH)
Figura 3 Esquema de dependencia de Calibraciones
para Cloro Libre con corrección automática de pH
2,303 ∙
∙
(3)
/ ∙
E
Principio de medición de pH
+
Un electrodo de pH mide la actividad del ion H
en solución, y representa este valor en una escala
logarítmica de acuerdo a la ecuación 1. La
actividad es una medida de la concentración
efectiva en condiciones ideales de una molécula
: Potencial medido por el electrodo (mV)
E0
Principios teóricos
: Potencial estándar del electrodo (mV)
R
: Constante
(J/(gmol⋅K))
T
de
los
gases
ideales
: Temperatura absoluta de la solución (K)
F
: Constante de Faraday (9,648 x 104
C/gmol)
3/7

4. Principio de Medición de Cloro Libre
La medición de Cloro Libre se realiza mediante
una
medición
amperométrica.
El
ácido
hipocloroso presente en la solución difunde a
través de la membrana selectiva del electrodo y se
reduce en el cátodo de oro. El ánodo de plata es
oxidado a cloruro de plata. Los electrones que son
liberados en el cátodo de oro y los electrones que
son aceptados en el ánodo de plata generan una
corriente eléctrica la que es proporcional al cloro
libre presente en el medio bajo condiciones
estables.
En Entradas podemos
configurar los
parámetros de la
medición del sensor de
Cloro Libre
Figura 5 Pantalla Menú Configuración
Configuración del Equipo
Para comenzar la configuración del equipo se
deben conectar los sensores de pH y cloro libre al
transmisor. En este caso se utilizará un
transmisor CM442.
Para iniciar la
configuración del
sensor de cloro se debe
acceder al menú de
Configuración.
Figura 6 Entradas conectadas al Transmisor
En el menú de cloro libre (Figura 7) podemos ver
los siguientes parámetros:
Figura 4 Pantalla de Menú Principal
En el Menú de Configuración, accedemos a
entradas. Debido a que el configuraremos el
sistema con corrección automática de pH, ambas
entradas deben estar operativas. En nuestro caso
tenemos en el CH1 un electrodo de vidrio pH
conectado y en el CH2 el sensor de Cloro Libre.
Canal: puede seleccionarse On/Off para el
canal de entrada.
• Tipo de sensor: a pesar que el transmisor en
su versión en español clasifica el sensor como
Cloruro, la medición que realiza el sensor es
Cloro Libre. Esto cambiará en futuras
versiones del software del trasmisor.
• Código de Pedido: Corresponde al código del
sensor de Cloro Libre conectado.
• Valor Principal: variable asignada al valor
principal transmitida por el sensor. En el caso
•
4/7

5. del sistema de medición de Cloro Libre este
debe ser concentración.
• Amortiguación de Cloro y Temperatura: se
puede agregar un tiempo de amortiguación en
el caso de que se requiera unir el sistema a un
lazo de control.
• Hold Manual: por lo general se debe
mantener en Off. Corresponde al Hold de las
señales de salida.
• Unidades: aquí se puede seleccionar las
unidades con las que se calibrará y operará el
equipo.
Por lo general se debe mantener la configuración
de fábrica de los parámetros antes expuestos.
Vale la pena destacar que la mayor parte de los
equipos de medición de DPD para Cloro Libre
entrega valores en mg/l, por lo que se tienen que
mantener la misma unidad en el transmisor.
Figura 7 Parámetros del Sensor de Cloro Libre
Haciendo click en esta
línea se puede acceder
a la configuración
extendida y modificar
el ajuste por pH
Figura 8 Acceso a la configuración extendida del
transmisor
En el menú de Configuración extendida podemos
cambiar el formato en que se muestra la
temperatura y la medida principal.
Figura 9 Menú de configuración extendida
Adicionalmente se puede desactivar y activar la
compensación por medición de pH. En la línea
número 4 de la Figura 9 se puede escoger qué
tipo de compensación se utilizará. En el caso de
que se utilice un electrodo de pH para realizar el
ajuste, se debe seleccionar “Valor de medida”. En
la línea 5 de la misma figura se debe definir el
electrodo que se utilizará para realizar dicha
corrección.
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6. Figura 10 Selección de Modo de compensación
Figura 11 Menú de Configuración extendida con valor fijo
de pH
En el caso de seleccionar “Valor fijo” de pH como
modo de compensación, se debe ingresar el valor
de pH que se utilizará. En la Figura 11, en la línea
5 se debe ingresar este valor.
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7. Conclusiones y Recomendaciones
Debido a que la medición de Cloro Libre depende
de la medición de pH, siempre se debe verificar
que las mediciones de pH se encuentran
calibradas. En el caso de utilizar ajuste
automático de pH, se debe calibrar el sensor de
pH primero.
En ocasiones hay problemas para poder
estabilizar la medición de Cloro Libre durante la
calibración. Esto se puede deber a que no se ha
alcanzado una temperatura estable en los
sensores. Antes de realizar la calibración,
verificar que los sensores hayan estado en el
medio de medición por el tiempo necesario para
estabilizar su temperatura.
Otra razón por la cual el sensor de Cloro Libre
puede no llegar a estabilidad de calibración, es
producto que no hay una señal bruta de corriente
suficiente para pasar el criterio de estabilidad de
la calibración. Para solucionar este problema lo
recomendado es utilizar una solución de Cloro
Libre entre 2,5 y 3,5 mg/L. Con esto se atenúa el
efecto del ruido del equipo y se puede realizar la
calibración. (Esta solución puede ser preparada a
partir del Hipoclorito de Sodio 10% que es
utilizado típicamente en potabilización de agua.)
Si bien los criterios de estabilidad del equipo se
pueden modificar, esto no es recomendado,
puesto que aumenta la incertidumbre de la
medición.
Debido a que el sistema de ajuste de pH es
relevante para obtener valores comparativos con
el DPD, es necesario sumergir el sensor de pH
utilizado para la compensación en la misma
solución de referencia que es utilizada para
calibrar el sensor de Cloro Libre.
En el caso de que se utilice un valor fijo de pH
para la compensación, el pH de la solución
utilizada en la calibración del electrodo de Cloro
Libre tiene que ser medido y esta medición debe
ser ingresada al transmisor antes de iniciar la
calibración.
Contacto
Fabrizio Venturini
Product Manager Analysis
Endres+Hauser Chile
Teléfono: +56 2 2784 9810
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E-mail: fabrizio.venturini@cl.endress.com
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