La medición de la conductividad es un proceso crítico que cuantifica la capacidad de una solución para conducir corriente eléctrica, correlacionándose directamente con la concentración de las especies iónicas del fluido.
Esta métrica es esencial en varias industrias, incluidas el tratamiento de agua, los semiconductores, la generación de energía, los productos farmacéuticos, los productos químicos y la producción de alimentos y bebidas, ya que desempeña un papel fundamental en la evaluación de la pureza del agua, el control de procesos industriales y el análisis químico.
Estas lecturas de medición trascienden los controles de rutina, formando una parte vital de las estrategias integrales para el control de calidad, el cumplimiento normativo y la optimización de procesos, donde incluso las imprecisiones más leves pueden tener consecuencias significativas, desde el deterioro del producto hasta las sanciones reglamentarias. Por lo tanto, la selección del sensor de conductividad adecuado, adaptado al rango de conductividad de la aplicación específica, las demandas ambientales y la compatibilidad del material, es primordial para garantizar tanto la precisión como el cumplimiento de estrictos estándares de calidad.
A medida que examinamos los diversos tipos de sensores de conductividad, desde sensores de dos electrodos hasta sensores inductivos, exploraremos cómo las opciones correctas pueden capacitar a las industrias para mantener estos estándares críticos y mejorar su efectividad.
Un sensor de conductividad mide la capacidad de una solución para conducir corriente eléctrica, que es directamente proporcional a la concentración de iones en la solución. Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos del sensor, los iones de la solución transportan la corriente eléctrica.
La conductividad se calcula en función de la corriente y el voltaje medidos, lo que permite determinar la resistencia y, posteriormente, la conductividad.
Dada la diversidad de aplicaciones, ninguna tecnología de medición es ideal para cada situación. Las siguientes tres tecnologías se utilizan comúnmente para mediciones de conductividad de procesos industriales y de laboratorio:
• Sensores de conductividad de dos electrodos
• Sensores de conductividad de cuatro electrodos
• Sensores de conductividad inductiva (sin contacto)
Los sensores de conductividad clásicos de dos electrodos consisten en dos electrodos paralelos soportados por aislantes estructurales que evitan cortocircuitos y mantienen una celda estable constante al garantizar una distancia adecuada entre los electrodos. Los primeros diseños a menudo usaban electrodos de platino, que eran susceptibles a la flexión, lo que resultaba en cambios constantes en la celda con un mal manejo menor. Los diseños más nuevos ahora incorporan electrodos de acero inoxidable o titanio.
Un diseño concéntrico ampliamente adoptado, introducido por Thornton en 1964, presenta un electrodo central rodeado por un electrodo externo. Estos sensores concéntricos están fabricados con materiales robustos como el titanio o el acero inoxidable, que proporcionan resistencia a los cambios en la constante de la celda, al daño mecánico y a las influencias de la temperatura.
Se aplica un voltaje de CA a través del fluido entre los dos electrodos y se determina la resistencia del fluido.
La resistencia combinada con un cálculo utilizando la constante de celda nos da valores de conductividad y resistividad.
El sensor de conductividad de dos electrodos es particularmente efectivo para medir conductividad baja a media (alta resistividad) con alta precisión, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones.
Además, estos sensores son valorados por su simplicidad y facilidad de uso, lo que los convierte en una opción práctica para mediciones de rutina
Como mencionamos, los sensores de dos electrodos se destacan en la medición de conductividad baja a media con alta precisión. Esto los hace ideales para aplicaciones de laboratorio o en proceso como:
El sensor de resistividad UPW UniCond de 2 electrodos se desarrolló en colaboración con socios de la industria de semiconductores para proporcionar la mejor precisión, estabilidad y aislamiento ambiental de su clase en aplicaciones de agua ultrapura.
Los sensores de conductividad de cuatro electrodos incluyen un par adicional de electrodos para mejorar la precisión de la medición.
Los sensores de conductividad de cuatro electrodos funcionan aplicando una corriente alterna a los electrodos externos y midiendo el voltaje resultante entre los electrodos internos.
Esto permite un cálculo preciso de la resistencia de la solución, que luego permite determinar su conductividad teniendo en cuenta la constante de la celda.
Una ventaja notable del sensor de cuatro electrodos es que la corriente insignificante fluye a través de los electrodos internos durante la medición, lo que reduce los efectos de polarización que de otro modo podrían sesgar los resultados.
Este diseño también reduce los errores de medición debidos al ensuciamiento de los electrodos. La combinación de estos dos factores hace que cuatro sensores de electrodos sean especialmente adecuados para mediciones de alta conductividad.
El sensor de cuatro electrodos es adecuado para mediciones de conductividad media a alta, lo que lo hace ideal para:
Análisis de agua de mar, soluciones de limpieza y ácidos/bases en experimentos de laboratorio.
Aplicaciones de investigación en las que la medición precisa de la conductividad es fundamental para los estudios de intercambio iónico y formulación.
En aplicaciones industriales, los sensores de cuatro electrodos destacan en:
Monitoreo de aguas de proceso y efluentes en tiempo real, como para la medición de sólidos disueltos totales en agua de enfriamiento y detección de fugas.
Proporcionar retroalimentación continua en sistemas que requieren regeneración de intercambio iónico, donde los niveles de conductividad indican la eficiencia del proceso (ampliamente utilizado en las industrias farmacéutica, de alimentos y bebidas y de fabricación de semiconductores para el tratamiento del agua).
Aplicaciones de alimentos y bebidas, como la producción de queso.
Tanques discontinuos CIP y otras aplicaciones de limpieza industrial.
En esta guía, encontrará los conceptos fundamentales de la medición de la conductividad junto con algunas buenas prácticas de medición.
Nuestros expertos lo guían a través de los siguientes temas:
Los sensores inductivos funcionan según el principio de inducción electromagnética y proporcionan un método sin contacto para medir la conductividad.
Construidos como bobinas de transformador, los sensores inductivos consisten en bobinas paralelas estrechamente espaciadas e incrustadas dentro de un cuerpo de polímero que se asemeja a una rosquilla. Una bobina se energiza con corriente alterna, esta corriente induce una corriente adicional en el fluido circundante a través del campo magnético que aplica la bobina energizada.
Los campos magnéticos combinados de las dos corrientes inducen una corriente en la bobina receptora. Dado que se conoce la corriente en la bobina energizada, se pueden restar sus efectos y el cálculo de corriente resultante es directamente proporcional a los iones en el fluido circundante.
Los sensores inductivos sobresalen en aplicaciones donde el ensuciamiento de los electrodos es una preocupación, ya que no tienen electrodos en contacto con la solución. Este diseño también permite la medición en medios agresivos.
Además, son adecuados para mediciones de conductividad media a muy alta.
Aunque suelen ser más comunes en entornos industriales, los sensores inductivos también se pueden emplear en laboratorios para:
Medición de la conductividad en productos químicos agresivos donde los sensores tradicionales pueden fallar debido a incrustaciones o corrosión.
Los sensores inductivos son particularmente ventajosos para:
Medición continua en entornos hostiles como el procesamiento químico, donde el ensuciamiento de los electrodos es una preocupación.
Monitoreo de altos niveles de conductividad en procesos como el tratamiento de aguas residuales y las operaciones de limpieza industrial.
Aplicaciones de alimentos y bebidas, como separación de medios, monitoreo de productos.
Tanques discontinuos CIP y otras aplicaciones de limpieza industrial.
Control químico en sistemas de dispensación de lodos y control de concentración de soluciones de revelado, grabado y limpieza en aplicaciones de microelectrónica.
METTLER TOLEDO ofrece una amplia gama de sensores de conductividad diseñados para satisfacer las diversas necesidades de nuestros clientes. Para ayudarlo a navegar por este rango y elegir el sensor perfecto para su aplicación, también ofrecemos un servicio dedicado de selección de sensores. Al explorar nuestras ofertas de productos o ponerse en contacto con nuestros expertos, puede encontrar sensores que se alineen con sus requisitos de medición específicos.
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