Mediciones de conductividad vs. medición del índice de refracción para aplicaciones con ácido sulfúrico

La medición precisa de las concentraciones químicas es fundamental en los procesos industriales, especialmente cuando se trabaja con sustancias altamente corrosivas como el ácido sulfúrico. El uso de sensores de conductividad y refractómetros desempeña un papel importante para garantizar la precisión y la seguridad. Sin embargo, cada método presenta sus propios desafíos y casos de uso ideales.

Sensores de conductividad: versátiles pero limitados

Los sensores de conductividad miden la capacidad de una solución para conducir una corriente eléctrica, la cual varía según la concentración de iones en la solución. Estos sensores se utilizan ampliamente debido a su bajo costo y eficacia en diversas aplicaciones, como el monitoreo de agua potable, torres de enfriamiento y procesos que involucran productos químicos menos agresivos.

El problema de la no linealidad

Cuando se trata de medir concentraciones de ácido sulfúrico, los sensores de conductividad enfrentan desafíos importantes debido a la relación no lineal entre la concentración y la conductividad eléctrica. Esta no linealidad implica que, en ciertos puntos, el sensor puede mostrar la misma lectura para diferentes concentraciones, lo que dificulta determinar con precisión la concentración real.

Por ejemplo, un sensor podría indicar 1,1 micromho tanto para soluciones de ácido sulfúrico al 20% como al 50%. Esta ambigüedad surge porque la curva de conductividad del ácido sulfúrico no aumenta de manera lineal con la concentración. Como resultado, un sensor de conductividad por sí solo no puede diferenciar de manera confiable entre estas concentraciones sin información adicional o métodos de corrección.

Compensación de temperatura

La temperatura afecta significativamente las lecturas de conductividad. Un sensor de conductividad sin una compensación de temperatura adecuada puede arrojar resultados erráticos, como se observa con diferencias sustanciales en las lecturas a 70 grados frente a 180 grados. Garantizar mediciones precisas requiere mecanismos de compensación de temperatura, lo que añade complejidad y posibles puntos de fallo al sistema.

Refractómetros: precisión en entornos exigentes

Los refractómetros miden el índice de refracción de una solución, el cual varía con la concentración. Este método resulta especialmente ventajoso en aplicaciones donde las mediciones de conductividad no son suficientes, como ocurre con el ácido sulfúrico.

Ventajas en la medición de ácido sulfúrico

Los refractómetros ofrecen una medición más confiable para el ácido sulfúrico debido a su capacidad para manejar la curva de conductividad no lineal. A diferencia de los sensores de conductividad, los refractómetros no se ven tan afectados por las variaciones de temperatura, lo que los hace más estables en condiciones exigentes.

Limitaciones y mantenimiento

Sin embargo, los refractómetros también presentan desafíos. Generalmente son más costosos y requieren un mantenimiento regular debido a la naturaleza agresiva del ácido sulfúrico, que puede erosionar los sellos del prisma. Estos sellos, a menudo fabricados con teflón u otros materiales similares, son esenciales para evitar que el ácido ingrese al sensor. Una vez que los sellos se ven comprometidos, es necesario reemplazar el sensor para evitar la contaminación y garantizar lecturas precisas.

También es importante asegurarse de que la metalurgia de la sonda del refractómetro sea compatible con el proceso. Algunos ácidos altamente agresivos requieren materiales como Hastelloy o Alloy 20 para una mayor durabilidad. Un producto como el refractómetro Polaris^TM de Vaisala, que cuenta con capacidades de lavado del prisma, puede ser una excelente solución.

Ejemplos de aplicaciones

Torres de enfriamiento y aplicaciones con cianuro

Los sensores de conductividad destacan en entornos menos agresivos, como las torres de enfriamiento y las operaciones mineras de oro. En las torres de enfriamiento, los sensores de conductividad monitorean la concentración de productos químicos para prevenir la formación de incrustaciones en las membranas de intercambio de calor, automatizando así el proceso de mantenimiento de la calidad óptima del agua. En la minería de oro, los sensores de conductividad facilitan el proceso de lixiviación con cianuro al monitorear la concentración de las soluciones de cianuro utilizadas para disolver el oro del mineral.

Producción de ácido sulfúrico y minería de cobre

En la producción de ácido sulfúrico y la minería de cobre, donde la concentración del ácido debe ser monitoreada meticulosamente, los refractómetros ofrecen una precisión superior. Por ejemplo, en las minas de cobre se captura el dióxido de azufre de las chimeneas de las fundiciones para producir ácido sulfúrico. Los refractómetros aseguran una medición precisa de la concentración del ácido, lo cual es fundamental tanto para la seguridad como para la eficiencia del proceso.

Conclusión

Si bien los sensores de conductividad son rentables y adecuados para muchas aplicaciones, sus limitaciones para manejar curvas de conductividad no lineales y variaciones de temperatura los hacen menos ideales para medir sustancias altamente corrosivas como el ácido sulfúrico. Los refractómetros, aunque son más costosos y requieren mantenimiento, proporcionan la precisión y confiabilidad necesarias en entornos exigentes. Además, las sondas de conductividad requieren calibraciones periódicas para corregir la desviación del sensor.

En entornos industriales, la elección entre sensores de conductividad y refractómetros depende de los requisitos específicos del proceso. Para aplicaciones que involucran productos químicos agresivos o que requieren alta precisión, los refractómetros suelen ser la mejor opción, a pesar de su mayor costo y necesidades de mantenimiento. Por el contrario, para aplicaciones menos exigentes, los sensores de conductividad ofrecen una solución práctica y económica. La clave está en comprender las fortalezas y limitaciones de cada método para garantizar un rendimiento óptimo y la seguridad en los procesos industriales.

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¡Muchas gracias a Dave Lobach por ser nuestro bloguero invitado!
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