Medidor de ORP – ORPSense

Toda la gama ORPSense de medidores de ORP puede equiparse con sensores adicionales, como los sensores de cloro o de pH. Te recomendamos contactar con tu distribuidor local para obtener más detalles.

Chlorine is often removed from a process and there are a number of potential reasons why. Chlorine might damage an RO membrane or turn food brown in an unsightly manner. Chlorine removal presents several challenges to instrumentation manufacturers and engineers, but…

… did you know that ORP can effectively control sodium bisulphite dosing to remove chlorine?
… did you know that ORP can limit the dose of excess sodium bisulphite which can lead to problems later in the process?
… did you know that ORP is very sensitive to changes in chlorine at very low levels?

How do you effectively control chlorine removal?

Logically, it would be perfectly reasonable to take a standard chlorine probe and dose a reducing agent such as sodium bisulphite until the probe gets to zero. Then if the probe does increase from zero, dose more reducing agent.

Unfortunately due to the inherent electrochemical properties in chlorine sensors, this perfectly logical solution won’t work. This is because amperometric chlorine probes require the presence of some chlorine in order to function properly. This is generally called polarisation and the longer a probe has been in water without chlorine, the longer it will take to see chlorine when it is reintroduced. This isn’t due to manufacturing quality or to design flaws. This is a fundamental electrochemical property that is hard to engineer out.

Some amperometric probes are more resistant to this effect than others. They are suitable for applications where chlorine may intermittently reach zero, or where the probe can be periodically reset in chlorinated water (typically potable water). Pi’s HaloSense Zero has been built with this in mind. This amperometric zero chlorine sensor is being successfully used in RO membrane applications and many other low-level chlorine processes.

However, in applications where reducing agents are used to remove chlorine, a more elegant solution is to use ORP. An ORP sensor measures oxidation reduction potential.

The reaction between chlorine and a reducing agent is a reduction-oxidation (redox) reaction. This means that ORP can be used to control this process and can ensure the removal of chlorine, whilst simultaneously preventing the overdosing of a reducing agent.

Below is a simplified example of the reaction between HOCl (free chlorine) and NaHSO₃ (sodium bisulphite).

2NAHSO₃ + 2HOCl → H₂SO₄ + 2HCl + Na₂SO₄

When free chlorine is in excess, the ORP is raised and when sodium bisulphite is in excess, the ORP is lowered.

At low levels, a very small change in the concentration of chlorine will result in a large change in ORP. This is because the relationship between ORP and the concentrations of oxidants and reducing agents is logarithmic. The same also goes for the concentration of reducing agent (such as bisulphite), once an excess has been reached.

The ORPSense from Pi can be used to control chlorine removal. An ORP titration curve is necessary to choose a setpoint for ORP. The graph shows a typical ORP titration curve, though the exact values will be different for each process. It is important to test each new installation and to adjust the ORP setpoint accordingly. Once this titration curve has been determined, there is no continual calibration involved with ORP sensors.

It is worth acknowledging that ORP can be affected by many other variables in the process water, such as conductivity, pH or temperature, and that this method of control won’t be suitable for all processes. Combined with Pi’s CRONOS^® or CRIUS^® controller, Pi’s ORPSense can be installed alongside other sensors like the zero chlorine sensor, pH or conductivity sensors to help give you a more complete picture of your process.

If you need to control a process where chlorine is removed with chemicals, a carbon filter or even with UV, Pi can help you by providing world class instrumentation and application expertise.

NB. This Focus On is about the removal of chlorine, however, many principles in this Focus On can be applied to other oxidants such as chlorine dioxide.

Es probable que sepas que algunos dispositivos utilizan ORP para controlar la dosificación de cloro, y que otros utilizan sensores de PPM de cloro, pero sabías que…

… el ORP superior a 3 ppm no funciona?
… las piscinas estadounidenses utilizan sensores de ORP y las europeas, sensores de ppm de cloro?
… el ORP de aguas municipales puede variar mucho?

En los EEUU, casi todas las piscinas y spas utilizan sensores de ORP para controlar la dosis de cloro, mientras que en el Reino Unido y en Europa Occidental la mayoría de sistemas de ORP han sido sustituidos por sistemas que miden la concentración de cloro libre en el agua. Pi ofrece sistemas que utilizan una de estas tecnologías o ambas.

ORP

Los sensores de potencial de reducción-oxidación (ORP o REDOX) miden la tendencia del agua a ganar o a perder electrones procedentes de cualquier fuente. Cuanto más positivo sea el análisis de un sensor de ORP, mayor será la tendencia del agua a oxidar (ganar electrones) organismos u otros materiales presentes en ella, matándolos o destruyéndolos.

¿Por qué tantas piscinas utilizan ORP en los EEUU?

Piscina

Cuando se dosifica cloro en una piscina, se forma OCl– y HOCl. La desinfección la realiza en gran parte el HOCl, mientras que el ORP responde a la concentración de esta sustancia en el agua, lo que sirve para medir, de forma general, la tendencia a matar organismos del cloro que está presente en el agua. Pese a esto, el ORP es una medida secundaria del HOCl y se afectado por diversos factores (más abajo nos referiremos a algunos de ellos). Las mayores ventajas del ORP son sus bajos costes de adquisición, que no necesita calibración y que apenas requiere de mantenimiento.

¿Cuáles son los problemas de los sensores de ORP?

Sensor de ORP

Por desgracia, lo que los sensores de ORP miden es la tendencia y no la capacidad (por ejemplo, el ORP mide la probabilidad o la capacidad del agua para matar organismos, pero no cuántos organismos puede eliminar ese agua; una diferencia sutil pero importante). Una muestra con un ORP alto puede ser capaz de matar un número pequeño de organismos muy rápidamente, pero no ser capaz de eliminar contaminaciones futuras. De hecho, aunque el cloro afecta fuertemente al ORP, no se trata de la única variable. El pH del agua, por ejemplo, afecta directamente al ORP y también influye en la tasa de concentración de OCl–/HOCl, los dos componentes principales de los desinfectantes. Un pH más bajo (con más acidez) causará un incremento de la concentración relativa de HOCl, llevando a un aumento del ORP.

Quizá el mayor problema que plantea el ORP es que arroja diferentes resultados en agua sin cloro dependiendo de la fuente de la que procede dicha agua. Esto significa que un ORP de 750mV no tiene la misma concentración de cloro en un lugar del país que 750mV en otro lugar del país. Además, la respuesta del ORP al HOCl no es lineal y el cloro residual en aumento que se encuentre por encima de 3 ppm apenas afecta los resultados del ORP, dificultando muchísimo el control por encima de 3 ppm. Estos problemas suelen conducir a una sobredosificación de cloro en el agua con el objetivo de compensar estos efectos; algo que se puede ver fácilmente en las piscinas estadounidenses, que normalmente presentan más de 2 ppm de cloro en comparación con las europeas, que suelen operar en un rango que ronda los 0.8-1.5 ppm (la Organización Mundial de la Salud recomienda 1 ppm residual).

PPM de cloro

Estos sensores emplean la electroquímica para medir directamente la concentración de cloro libre. Suelen ser dispositivos ligeramente más caros que los sensores de ORP, pero también son más reproducibles y precisos, ofreciendo un mejor control (y, por lo tanto, reduciendo los costes químicos). Son unos sensores específicos para el cloro libre (el desinfectante) que pueden calibrarse con facilidad utilizando un test DPD para cloro libre. Mientras que el coste capital de un sensor de cloro de ppm es más alto, el coste total de propiedad tiende a ser menor, ya que los sensores de ORP se suelen sustituir cada año y los sensores de ppm duran diez años o más.

Los problemas de los sensores de PPM de cloro

Un sensor de ppm mide la capacidad del agua de matar organismos. El problema que plantea es que no pide la velocidad a la que se matan dichos organismos, ya que esta variable depende en gran medida del pH. Existen dos tipos de sensores de ppm: los primeros sólo miden HOCl y presentan problemas similares a los de los sensores de ORP. Los segundos miden tanto HOCl como OCl^– en pHs inferiores a 8.0. Pi sólo recomienda el uso de sensores para su uso en piscinas que sean independientes del pH y que estén acompañados de un dispositivo de control del pH que no dependa de la dosificación de cloro. Esto permite un control más preciso tanto del pH como del cloro libre, controlando y reduciendo mucho mejor los residuos de cloro; lo que reduce los costes y crea una experiencia de baño más agradable.

Conclusión

En muchas instalaciones de la industria del agua se tienen dificultades diarias para que la instrumentación siga funcionado correctamente a pesar de la contaminación. Pero ¿sabías que…

… Process Instruments dispone de sistemas de auto-limpieza y de limpieza automática para la mayoría de los sensores?
… que estos sistemas de eliminación de contaminantes pueden extender la vida útil de los sensores y reducir drásticamente la necesidad de mantenimiento constante?
… que los sistemas de auto-limpieza/limpieza automática de Pi son asequibles, sencillos y no dan problemas gracias a su diseño?

¿Cuál es el problema?

Contaminación de sensores

Independientemente del proceso que se esté controlando, a menudo la muestra de agua puede contaminar el sensor y generar resultados erróneos. La solución obvia a este problema es limpiar el sensor. Sin embargo, ¿cada cuánto deberían inspeccionarse y limpiarse cada uno de los dispositivos? La necesidad de limpieza es demasiado frecuente: un régimen de inspección y limpieza habitual requiere de tiempo y de mucho dinero. Y si se opta por no limpiar los sensores lo suficientemente a menudo, los dispositivos pueden arrojar resultados erróneos y acabar estropeándose antes de tiempo.

¿Qué solución ofrecemos?

Sistemas de limpieza Autoclean y Autoflush de Process Instruments

Los sistemas de limpieza automática Autoclean/Autoflush de Process Instruments son sencillos, confiables y fáciles de mantener, además de una alternativa ideal a los mecanismos mecánicos de limpieza, que pueden taponar los dispositivos y romperse. Con nuestros sistemas, el sensor se mantendrá limpio y sin contaminación durante largos períodos de tiempo. Lo único que tendrás que hacer es pulverizar el sensor/sonda con agua limpia o aire. El ciclo de limpieza del sensor se activa a través del controlador de Pi, desde el que el usuario puede seleccionar la duración y frecuencia del lavado para que, independientemente de la suciedad que se haya acumulado en la sonda, ésta permanezca impoluta. Ni el armazón del sensor ni el dispositivo de limpieza cuentan con piezas extraíbles, por lo que no será necesario sustituir ni revisar nada: lo único que necesitarás es colocar una sencilla válvula en un lugar fácilmente accesible.

Con los sistemas de limpieza automática Autoclean y Autoflush de Pi no sufrirás problemas de contaminación en tus sensores durante semanas, ¡e incluso durante meses!

Una solución para cada aplicación

Autoclean

Este dispositivo puede incorporarse a nuestros sensores de pH, ORP, de turbidez, de sólidos en suspensión y de oxígeno disuelto (DO). Está formado por un tapón que dirige el flujo del agua limpia (o del aire, en el caso de los sensores de oxígeno disuelto) a lo largo de todo el sensor, retirando la suciedad. Una única válvula ubicada en un lugar fácilmente accesible se encarga de controlar la limpieza.

Equipado con autoverificación

Si se utiliza aire para limpiar un sensor de oxígeno disuelto, el sistema también puede verificar de forma automática que el sensor sigue respondiendo correctamente. Esto hace que no sea necesario retirar el sensor de la muestra durante meses.

Autoflush

El sistema Autoflush está recomendado para sensores que requieren el montaje de celdas, como los sensores de cloro, ozono y dióxido de cloro. El dispositivo dispone de válvulas integradas que inician/paran el flujo de la muestra de forma automática y que controlan el flujo de agua limpia más allá de la sonda. El usuario puede configurar el intervalo de limpieza, así como la duración de ésta, con el objetivo de evitar la contaminación de la célula de flujo y del sensor. En el caso de contaminantes que ensucien mucho o que sean particularmente difíciles de retirar, se puede utilizar un flujo de agua tibia para facilitar la limpieza.

Gracias a las opciones presentadas arriba, y sea cual sea la aplicación o el parámetro que se esté midiendo, en Process Instruments seremos capaces de ofrecerte un sistema de control que no sólo será preciso, exacto y duradero, sino que también se mantendrá limpio y libre de contaminación, lo que ahorrará tanto tiempo como dinero al operador.