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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Bienvenidos a nuestra entrega final de una serie de tres blogs de preguntas y respuestas basados en nuestro webinar en inglés: "Desbloqueando la eficiencia: perspectivas del índice de refracción para aplicaciones de concentración en la industria química." 

Los dos primeros blogs de esta serie:

• Sistemas de lavado de prismas y refractómetros en aplicaciones químicas 
• Desbloqueando la eficiencia en aplicaciones de ácido sulfúrico: perspectivas de expertos

En este blog, Kevin Green de Vaisala y Dave Lobach de Rocky Mountain Instrumentation’s discutirán varias aplicaciones avanzadas que se benefician de las mediciones del índice de refracción, así como la precisión de los refractómetros de proceso.

Pregunta: ¿Cómo puede el índice de refracción optimizar los procesos de recuperación en la industria del papel?

Respuesta: En la industria del papel, los refractómetros son cruciales para mantener la concentración del licor negro dentro de límites seguros. Normalmente, las concentraciones de licor negro varían entre el 60 % y el 80 %. Los refractómetros de Vaisala están diseñados para cumplir con los estándares BLRBAC y cuentan con numerosas instalaciones a nivel mundial, garantizando operaciones seguras y eficientes.

Pregunta: ¿Cómo se utiliza el índice de refracción en la investigación, desarrollo o fabricación farmacéutica?

Respuesta: Los refractómetros se utilizan ampliamente en las industrias farmacéutica y de ciencias de la vida. Supervisan la fabricación de alcohol, soluciones intravenosas, plasma, procesos de fermentación y diversos productos químicos precursores. Los refractómetros se instalan en distintas etapas de producción donde la eficiencia y el control de calidad son fundamentales. Ya sea monitoreando el índice de refracción de los productos o asegurando condiciones óptimas de proceso, los refractómetros desempeñan un papel crucial. Para aplicaciones específicas, se recomienda contactar a su Gerente Regional de Vaisala local para discutir sus necesidades en detalle. Puede encontrar más información aquí. 

Pregunta: ¿Los materiales del refractómetro Vaisala pueden resistir productos químicos agresivos con el tiempo? 

Respuesta: Respuesta: Vaisala garantiza que todas las nuevas aplicaciones se sometan a un análisis riguroso antes de la fabricación. Este proceso asegura que los materiales en contacto con el producto utilizados en los refractómetros puedan resistir productos químicos agresivos a lo largo del tiempo. Para requisitos específicos, es recomendable consultar con un contacto regional para obtener la orientación y el apoyo necesarios.

Pregunta: ¿Qué nivel de turbidez afecta al refractómetro Vaisala?

Respuesta: La turbidez, que mide la presencia de sólidos, no afecta las mediciones del refractómetro. Los refractómetros miden específicamente la concentración de sólidos disueltos, lo que los hace confiables para diversas aplicaciones sin interferencias derivadas de la turbidez.

Pregunta: How would one apply refractive index measurements in chloralkaline sector?

Respuesta: En el sector cloroalcalino, los refractómetros Vaisala pueden instalarse en diversos puntos críticos, como la alimentación a la celda electrolítica, la línea de recirculación de salmuera, la línea de ácido clorhídrico hacia el almacenamiento, y antes y después de los evaporadores. Estas instalaciones permiten monitorear con precisión las concentraciones, garantizando operaciones eficientes y seguras.

Existen varias unidades de medida que pueden utilizarse para indicar la concentración de un proceso, como centipoises, Brix, viscosidad, Baume, entre otras. Estas unidades pueden corregirse según la temperatura y correlacionarse directamente con el índice de refracción. Estas unidades de ingeniería pueden configurarse en el transmisor del refractómetro, de modo que el índice de refracción se muestre en valores familiares del proceso. Contamos con una nota de aplicación sobre procesos de cloroalcalinos.

Pregunta: ¿Cuál es la precisión de los refractómetros Vaisala?

Respuesta: La precisión de los refractómetros Vaisala es destacable, con una exactitud de ±0.00014 nD (0.1 °Bx) y una repetibilidad de ±0.00002 nD. Este alto nivel de precisión es fundamental para mantener el control de calidad y optimizar los procesos de producción en diversas industrias. Puedes obtener más información sobre los refractómetros en este FAQ. 

Pregunta: ¿Qué hay sobre la aprobación CRN para los refractómetros Vaisala?

Respuesta: Para líquidos no acuosos con una presión superior a 15 PSI, la aprobaciòn CRN es obligatoria, especialmente para sustancias peligrosas como el ácido sulfúrico. Todos los refractómetros Vaisala cuentan con aprobación CRN, cumpliendo con estrictos estándares de seguridad y normativas, lo que garantiza su instalación segura en entornos exigentes.

Pregunta: ¿Existen usos del índice de refracción en terminales de plantas químicas? 

Respuesta: Los refractómetros Vaisala son aplicables en operaciones de terminales para monitorear productos almacenados o transportados. Comprender el tipo específico de aplicación en la terminal es crucial para ofrecer soluciones personalizadas y garantizar un rendimiento óptimo. Contamos con una nota de aplicación sobre este tema: “Identificación química en tiempo real y detección de interfaces en operaciones de carga y descarga”.

Pregunta: ¿Cómo justificamos el uso de mediciones de índice de refracción en aplicaciones químicas si existen métodos de medición más económicos disponibles? 

Respuesta: Aunque los refractómetros de proceso en línea de alto rendimiento pueden ser más costosos que los instrumentos tradicionales, como sensores de pH y conductividad, sus beneficios a menudo justifican la inversión. Los refractómetros ofrecen un rendimiento superior en aplicaciones de alta temperatura y alta presión, mejoran el control de calidad y reducen interrupciones en el proceso. Estas ventajas, junto con su capacidad para complementar tecnologías existentes, los convierten en una valiosa adición para cualquier configuración industrial.

Contáctanos para conocer más sobre cómo las mediciones de índice de refracción pueden mejorar tus procesos en múltiples aplicaciones industriales.
 

En este blog, Kevin Green de Vaisala y Dave Lobach de Rocky Mountain Instrumentation responden a varias preguntas recibidas durante su webinar "Desbloqueando la eficiencia: información sobre el índice de refracción para aplicaciones de concentración en la industria química". Si aún no lo has visto, puedes acceder a la grabación.

Pregunta: ¿Los refractómetros necesitan un sistema de lavado de prisma?

Respuesta: Una pregunta común que surge en diversas aplicaciones químicas desafiantes es la necesidad de sistemas de lavado de prisma. Estos sistemas suelen ser necesarios cuando hay acumulación o depósitos en las tuberías o recipientes que requieren mantenimiento regular. Identificar la necesidad de un sistema de lavado de prisma es crucial para mantener la eficiencia y la vida útil del equipo. Determinar esta necesidad en aplicaciones químicas implica evaluar si existe acumulación o depósitos.

Al decidir reemplazar las mediciones de pH o conductividad por el índice de refracción, la necesidad de un sistema de lavado de prisma a menudo puede determinarse a partir de las condiciones del proceso y los requisitos de mantenimiento de las sondas existentes.

Para más información, tenemos un blog sobre este tema: "Cómo el lavado de prisma en aplicaciones desafiantes puede crear una ventaja competitiva".

Pregunta: ¿El ángulo crítico cambia con la concentración o está determinado por el prisma?

Respuesta: El ángulo crítico varía dependiendo de la concentración de la solución. Además, el número de facetas y los ángulos en los que estas están cortadas en el prisma determinan el rango del índice de refracción. Esta relación es fundamental para realizar mediciones precisas y garantizar el rendimiento óptimo de los refractómetros. Aprende más sobre las especificaciones mecánicas del prisma en esta hoja de datos.

Pregunta: ¿Cuántos refractómetros se pueden conectar a un transmisor Indigo?

Pregunta: ¿Podemos monitorear la cantidad de sólidos no disueltos observando el lado oscuro de la reflexión? (Es decir, el número de manchas o la intensidad de brillo).

Respuesta: Si bien los refractómetros miden la concentración de sólidos disueltos totales, los sólidos no disueltos generalmente se miden con un instrumento de densidad. Esta medición puede utilizarse para determinar la cantidad de producto insoluble presente en el proceso.

Pregunta: ¿Se puede utilizar la medición del índice de refracción en una mezcla de hidrocarburos y lodo con polvo mineral?

Respuesta: La refractometría es una herramienta valiosa para analizar mezclas de hidrocarburos y lodo con polvo mineral. Puede evaluar la viscosidad de los hidrocarburos mientras ignora los sólidos presentes en el proceso. Al proporcionar información detallada sobre la mezcla química, los refractómetros ofrecen mediciones precisas y confiables, esenciales para optimizar la producción y garantizar el control de calidad.

Contamos con una nota de aplicación relacionada: "Líquidos de gas natural (NGL): Identificación de hidrocarburos líquidos".

Aprende más sobre la medición de concentración de líquidos para el control y la optimización de procesos en aplicaciones químicas.

Procesos químicos líquidos que se benefician de las mediciones de índice de refracción son variados y abarcan desde una amplia gama de sales dentro de la industria química, tanto en productos químicos a base de agua como en productos químicos derivados del petróleo. En diversas industrias, el IR es relevante para productos químicos a base de agua como glicoles, resinas y polímeros; productos químicos derivados del petróleo como plásticos y solventes; y en aditivos industriales derivados del petróleo, lubricantes, ceras y similares.

En este blog, respondemos a las preguntas que no tuvimos tiempo de abordar durante nuestro seminario web "Mediciones de líquidos en aplicaciones químicas exigentes: Densidad vs. Concentración". Si aún no has visto el webinar, puedes ver la grabación en cualquier momento.

Pregunta: ¿En el futuro será posible medir cantidades muy pequeñas de agua (nivel de ppm) en solventes orgánicos? Esto sería muy útil para aplicaciones de química orgánica, como la destilación o evaporación de solventes orgánicos para eliminar la mayor cantidad de agua posible.

Respuesta: Sí. El refractómetro Vaisala puede medir pequeñas cantidades de agua en solventes si están disueltos en la solución. Actualmente, el límite de detección es de alrededor de 100 ppm, pero depende de parámetros del proceso como la temperatura y el medio en sí.

Pregunta: Mezclamos dos productos en línea mediante mezcladores estáticos y presión. ¿Puede un refractómetro en línea ayudarnos a determinar el porcentaje de cada material presente durante todo el proceso de mezcla? Actualmente tomamos muestras al principio, a la mitad y al final del proceso de mezcla. Utilizamos cromatografía de gases para determinar la concentración de cada material en estos puntos de muestreo, pero puede tardar entre 1 y 2 horas por muestra.

Respuesta: Sí. Podemos calcular la relación de concentración si conocemos la concentración de los productos de alimentación. Por favor, envíenos más información sobre sus productos químicos específicos y podremos verificar la idoneidad en detalle.

Pregunta: ¿Existe una correlación entre la concentración y el pH en el ácido sulfúrico usado?

Respuesta: Sí. Por favor, contáctenos para hablar con un ingeniero de aplicaciones y obtener más información.

Pregunta: ¿Este sensor puede enviar una señal de 4-20 mA a un dispositivo?

Respuesta: Los refractómetros Vaisala Polaris tienen salidas integradas de 4-20 mA y Modbus RTU.

Pregunta: Veo muchas instalaciones de paso. ¿Pueden los refractómetros de Vaisala instalarse en aplicaciones de inmersión en un tanque u otro recipiente?

Respuesta: Sí. Puede instalar el refractómetro en línea Vaisala Polaris directamente en un tanque o recipiente. Contamos con conexiones de brida estándar para sensores. Consulte más detalles en la página del producto PR53 GP.

Pregunta: A menudo recibo preguntas sobre las precisiones comparadas entre los medidores Coriolis y los refractómetros. ¿Puede abordar esto?

Respuesta: Sí, tenemos una tabla completa en nuestro eBook que compara las características clave de los métodos comunes de medición de líquidos: Coriolis, microondas, ultrasonido y nuclear. A continuación se muestra parte de la tabla. Para ver la tabla completa, incluidas las comparaciones de opciones de instalación, temperatura máxima de operación, presión de operación, precisión típica, estabilidad a largo plazo, verificación y más, descargue el PDF.

Pregunta: ¿Funcionan las mediciones del índice de refracción para fluidos oscuros?

Respuesta: Sí. Debido a que el refractómetro mide la luz reflejada, el medio de proceso puede ser completamente oscuro, claro o cualquier cosa intermedia. Esta es una de las propiedades únicas de los refractómetros en línea y las mediciones del índice de refracción, lo que los hace flexibles en aplicaciones de medición de productos químicos líquidos.

Obtén más información sobre los refractómetros de Vaisala en procesos químicos líquidos.