¿Cómo calcular la válvula de pH? Conceptos básicos y funcionamiento del sensor de pH

¿Cómo calcular la válvula de pH? Conceptos básicos y funcionamiento del sensor de pH

Definición de pH

El pH es la representación numérica del equivalente en gramos por litro de concentración de iones de hidrógeno en cualquier solución. Varía entre 0 y 14. Es la medida logarítmica de moles de iones de hidrógeno por litro de solución. Las soluciones que tienen un valor de pH entre 0 y 7 son soluciones ácidas con una gran concentración de iones de hidrógeno, mientras que las soluciones que tienen un valor de pH entre 8 y 14 son soluciones básicas con una pequeña concentración de hidrógeno. Las soluciones que tienen un valor de pH de 7 son soluciones neutras. La medición del pH da la medida de alcalinidad o acidez de una solución.

¿Por qué es esencial la medición del pH?




  • Para controlar el nivel de pH de la sangre, que debe estar entre 7,35 y 7,45
  • Monitorear el nivel de pH del suelo para un óptimo crecimiento de los cultivos de acuerdo a los requerimientos.
  • Monitorear el pH de la lluvia para que podamos detectar los contaminantes en el aire, si el agua de lluvia se vuelve más ácida.
  • Para controlar el pH de muchos otros productos de uso diario como leche, champú, etc.

Tres formas de medir el pH de una solución



  • Usando una tira indicadora que cuando se coloca en una solución, cambia su color en consecuencia. Luego se saca la tira y su color se empareja con un color en la tabla de colores para decidir el valor de pH correspondiente.
  • Usando un líquido indicador de pH donde la solución desconocida se agrega al líquido y el color cambiado del líquido se empareja con un color ya disponible en la rueda de colores para decidir el valor de pH.
  • Usando un sensor de pH donde una sonda se puede insertar simplemente dentro de la solución y se puede hacer la lectura del pH.

5 Ventajas de usar un medidor de pH sobre otros métodos

  • Dan medidas más precisas.
  • Se pueden utilizar fácilmente.
  • La lectura del pH es más fácil comparativamente.
  • Dan medidas más precisas ya que pueden medir hasta 1/100thde unidad de pH.
  • Son reutilizables.

Principio de pHmetro o sensor de pH

Básicamente, el medidor de pH se basa en el hecho de que una interfaz de dos líquidos produce un potencial eléctrico que se puede medir. En otras palabras, cuando un líquido dentro de un recinto hecho de vidrio se coloca dentro de una solución diferente a ese líquido, existe un potencial electroquímico entre los dos líquidos.



Componentes del sensor de pH

Básicamente es un electrodo que consta de 4 componentes:


  • Un electrodo de medición : Es un tubo hecho de vidrio y consiste en un bulbo de vidrio delgado soldado a él, lleno de solución de Cloruro de Potasio de pH conocido de 7. También contiene un bloque de cloruro de plata unido a un elemento de plata. Genera el voltaje utilizado para medir el pH de la solución desconocida.
Un electrodo de medición

Un electrodo de medición

  • Un electrodo de referencia : Es un tubo de vidrio que consiste en una solución de cloruro de potasio en íntimo contacto con un bloque de cloruro de mercurio al final del cloruro de potasio. Se utiliza para proporcionar una conexión estable de voltaje cero para completar todo el circuito.

    Un electrodo de referencia

    Un electrodo de referencia



  • Preamplificador : Es un dispositivo de acondicionamiento de señal y convierte la señal del electrodo de pH de alta impedancia en una señal de baja impedancia. Fortalece y estabiliza la señal, haciéndola menos susceptible al ruido eléctrico.
Preamplificador

Preamplificador

  • Transmisor o analizador : Se utiliza para mostrar la señal eléctrica del sensor y consta de un sensor de temperatura para compensar el cambio de temperatura.
Transmisor o analizador

Transmisor o analizador

Funcionamiento del sensor de pH:

Funcionamiento del sensor de pH

Funcionamiento del sensor de pH

El electrodo se coloca dentro del vaso de precipitados lleno de una solución cuyo pH se va a medir. El bulbo de vidrio soldado al final del electrodo de medición consiste en iones de litio dopados a él, lo que lo hace actuar como una barrera selectiva de iones y permite que los iones de hidrógeno de la solución desconocida migren a través de la barrera e interactúen con el vidrio, desarrollando una potencial electroquímico relacionado con la concentración de iones de hidrógeno. los potencial del electrodo de medición por tanto, cambia con la concentración de iones de hidrógeno. Por otro lado, el potencial del electrodo de referencia no cambia con la concentración de iones de hidrógeno y proporciona un potencial estable contra el cual se compara el electrodo de medición. Consiste en una solución neutra a la que se le permite intercambiar iones con la solución desconocida a través de un separador poroso, formando así una conexión de baja resistencia para completar todo el circuito. La diferencia de potencial entre los dos electrodos da una medida directa de la concentración de iones de hidrógeno o pH del sistema y primero se preamplifica para fortalecerlo y luego se le da al voltímetro.

U = EpH- ESref

ESpH- Potencial de tensión del electrodo de medida

ESref- Potencial de tensión de un electrodo de referencia

El pH se calcula en base a la ecuación de Nernst que establece que el cambio en el potencial total para cada cambio en el pH es

U = -kTpH

k- constante de Boltzmann, T- temperatura.

Precauciones en la medición del pH:

  • El potencial del electrodo del electrodo de medición tiende a variar con la temperatura, lo que puede afectar la medición del pH. Por esta razón, se debe proporcionar una técnica de compensación de temperatura. Esto se logra manualmente haciendo una medición de temperatura separada e ingresando el valor en el medidor de pH o usando una compensación automática de temperatura, que consiste en un sensor de temperatura alimentado al medidor de pH.
  • Dado que el vidrio es en realidad un mal conductor de la electricidad, el electrodo de medición proporciona una alta resistencia en comparación con la del electrodo de referencia, lo que provoca una gran caída de voltaje que afecta la medición de salida. Una solución a este problema es usar un medidor amplificado con alta resistencia o usar una configuración de medición de voltaje de balance nulo.
  • El ácido fluorhídrico no debe usarse en ninguna solución, ya que disuelve el vidrio.

Sensores de pH modernos disponibles en el mercado:

  • PHE-45P : Puede medir el pH en el rango completo con una sensibilidad de 0.02pH y trabaja en el rango de temperatura de -5 a + 95⁰C. Consta de un compensador de temperatura Pt1000 RTD.
PHE-45P

PHE-45P

  • Sensor de pH WQ201 : Es medido por Global Water Instrumentation Inc y está montado en 25 pies de cables de grado marino de hasta 500 pies de largo, con una salida de 4-20 mA.
Sensor de pH WQ201

Sensor de pH WQ201

Aplicaciones que involucran sensor de pH

Control de pH

La medición del pH juega un papel importante en muchas aplicaciones industriales, como el control de productos químicos en depuradores industriales, la medición de dióxido de azufre en refinerías de azúcar y la optimización de la coagulación en la clarificación del agua. Proporciona un punto de control para neutralizar ácidos y bases.

El sistema de control de pH se utiliza para medir el pH de la solución y también controla la adición de un agente neutralizante para mantener la solución a un pH definido neutro. Consta de analizador de pH y dos o más sensores de pH.

Control de pH

Control de pH

Ahora que teníamos un conocimiento básico del sensor de pH y su aplicación en el control del pH, háganos saber sobre algunas otras aplicaciones de este sensor. Si además ha consultado sobre este tema o sobre la electricidad y proyectos electronicos deje los comentarios a continuación.

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