¿Cuál es el rango de los transmisores de conductividad? Factores clave que influyen en su rendimiento y Ver

El rango de transmisores de conductividad es relevante para las industrias que dependen de ciertos análisis de líquidos. Desde la purificación del agua hasta los procesos químicos, estos dispositivos son cruciales. Esta guía explica los conceptos básicos de la conductividad, el funcionamiento del transmisor y los factores que afectan el rango del transmisor, por nombrar algunos.

Comprender la conductividad y su importancia

Definición de conductividad

Entonces, la conductividad es simplemente la capacidad de cualquier material para conducir electricidad. En el caso de los líquidos, es la capacidad de la solución para conducir el paso de corriente eléctrica a través de ella. Esta capacidad depende casi en su totalidad de la concentración de iones disueltos en la solución.

Iones: Son átomos o moléculas que han ganado o perdido electrones, obteniendo así una carga eléctrica neta positiva o negativa.

Agua pura: El agua que está intensamente purificada o ha sido completamente desionizada tiene muy pocos iones, lo que la convierte en un mal conductor con baja conductividad.

Agua contaminada: Estas sustancias son sales, ácidos y álcalis que, cuando se disuelven en agua, se disocian en iones (NaCl en Na⁺ y Cl⁻). Siempre que haya iones móviles en la solución, conducirá electricidad y tendrá una conductividad más alta.

Por lo general, se expresa en Siemens por centímetro; sin embargo, para muestras con conductividades más bajas, se utilizan unidades más pequeñas, como microSiemens por centímetro.

Aplicaciones de la medición de conductividad

La medición de conductividad es una técnica analítica no destructiva que proporciona una lectura de la concentración total de iones en una solución sin revelar qué iones están presentes. Aún así, ofrece velocidad, fiabilidad y procedimientos simples para monitorear los cambios en la composición de una solución.

Importancia en diversas industrias

La medición de conductividad se utiliza y es importante en una amplia variedad de procesos industriales.

Depuración de agua: Asegurar la máxima pureza del agua para prevenir la corrosión y la contaminación en centrales eléctricas y instalaciones de fabricación farmacéutica. Los transmisores de conductividad monitorean la pureza del agua en todas las etapas de producción, detectando incluso los más mínimos rastros de impurezas iónicas.

Agricultura: La conductividad del agua del suelo se utiliza comúnmente para analizar la salinidad del suelo. Los niveles altos de salinidad dificultan el crecimiento de los cultivos; por lo tanto, los agricultores utilizan estos datos para gestionar el riego y la fertilización.

Alimentos y bebidas: La medición de la conductividad en cervecerías, lecherías y plantas de procesamiento de alimentos se utiliza para monitorear los sistemas CIP. Garantiza el enjuague completo de los agentes de limpieza para prevenir la contaminación de los productos.

Fabricación química: Estos transmisores monitorean las reacciones químicas y mantienen las concentraciones de las soluciones para garantizar la calidad del producto y la eficiencia del proceso.

Transmisores de conductividad: Una descripción general

¿Qué es un transmisor de conductividad?

Un transmisor de conductividad es un dispositivo electrónico conectado a un sensor de conductividad. Su uso principal es adquirir la señal eléctrica de este sensor, procesarla y, en consecuencia, transformarla en una señal de salida más estándar, que puede ser una señal analógica de 4-20 mA o una señal digital a través de protocolos como HART o PROFIBUS. Esta salida estandarizada luego llega a un PLC, un DCS o algún otro equipo de monitoreo.

El principio de funcionamiento de un transmisor de conductividad

Los pasos involucrados son los siguientes:

Detección: El sensor de conductividad tiene electrodos que se sumergen en el líquido. Se aplica un voltaje alterno conocido entre ellos.

Medición: Se mide el flujo de corriente a través de la solución. De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente es inversamente proporcional a la resistencia de la solución (Corriente = Voltaje/Resistencia).

Cálculo: El transmisor calcula el valor de la conductancia (inverso de la resistencia) y, a partir de ello, determina la conductividad considerando la constante de celda del sensor que corresponde a la geometría física de la celda.

Compensación de temperatura: Dado que la conductividad varía significativamente con la temperatura, el transmisor utiliza su sensor de temperatura interno para compensar tales cambios, normalizando la lectura a alguna temperatura de referencia (generalmente 25°C).

Transmisión: El valor final de la conductividad, con compensación, se transmite como señales estándar al sistema de control.

Tipos de transmisores de conductividad

Los transmisores de conductividad pueden clasificarse según la tecnología del sensor utilizada:

Transmisores conductivos (o de contacto): Estos transmisores tienen electrodos de detección sumergidos directamente en el fluido de medición. Son muy precisos en el rango de conductividad bajo a medio y, por lo tanto, son excelentes para consideraciones de agua pura. Por lo general, vienen en configuraciones de dos electrodos o cuatro electrodos.

Transmisores inductivos (o toroidales): Estos consisten en dos bobinas enrolladas de alambre (toroides) encerradas en una carcasa de plástico resistente. La primera bobina induce un voltaje en la solución, completando un circuito de corriente. La segunda bobina mide la magnitud de la corriente inducida, que es proporcional a la conductancia de la solución. La ausencia de electrodos metálicos expuestos significa que estos instrumentos están libres de incrustaciones o corrosión, lo que los hace adecuados para soluciones agresivas, viscosas o altamente conductivas.

Factores que influyen en el rango de conductividad

Efectos de la temperatura en la conductividad

La temperatura sigue siendo el factor más influyente que afecta la conductividad. Un aumento en la temperatura de la solución aumenta la energía cinética de los iones; por lo tanto, la conductividad aumenta. El efecto es poderoso, cambiando de 2-3% por cada grado Celsius.

Los transmisores de conductividad realizan una compensación automática de temperatura (ATC) para garantizar lecturas precisas y comparables. Ya sea por diseño o en su software, ajustan la conductividad medida a lo que sería a una temperatura de referencia determinada, generalmente 25°C. Dado que diferentes soluciones tienen diferentes coeficientes de temperatura, los transmisores sofisticados permiten al operador establecer el adecuado para la aplicación, desde agua pura hasta ácidos fuertes.

Efecto de la composición de la solución

La naturaleza y la concentración de las sustancias disueltas dictan la conductividad.

Baja conductividad: El agua desionizada, el agua de alimentación de calderas y el agua de enjuague se consideran estar en este rango de baja conductividad porque tienen una concentración de iones muy baja (por ejemplo, 0-20 µS/cm).

Conductividad media: El agua potable, el agua superficial y muchas soluciones de procesos industriales tienen niveles medios de sales disueltas y se clasifican en esta categoría (por ejemplo, 20-2.000 µS/cm).

Conductividad alta: El agua de mar, las soluciones químicas concentradas y las aguas residuales industriales tienen una concentración de iones muy alta que produce un valor de conductividad elevado (por ejemplo, desde más de 2.000 µS/cm hasta 2.000.000 µS/cm o 2 S/cm).

Elegir el sensor adecuado es fundamental. En otras palabras, un sensor conductivo para agua pura perderá rápidamente precisión al medir soluciones de alta conductividad. Por el contrario, los sensores inductivos carecen de sensibilidad para medir tratamientos de ultrapureza.

Calibración y su importancia

La calibración es el proceso de comprobar y ajustar el sistema de medición (sensor y transmisor) para garantizar la exactitud de las lecturas. Incluye el uso de soluciones estándar que tienen valores conocidos de conductividad.

¿Por qué calibrar? Con el tiempo, las características del sensor pueden cambiar debido a la incrustación, la abrasión o el ataque químico. Este efecto se elimina mediante la calibración periódica.

Procedimiento de calibración: Para la calibración de un solo punto, el sensor se sumerge en una solución estándar y luego se ajusta la lectura del transmisor para que coincida con el valor estándar. Se pueden utilizar más puntos durante la calibración para mejorar la precisión en un rango de funcionamiento más amplio.

Frecuencia: Con qué frecuencia se requiere la calibración depende de cuán crítico sea para la aplicación real y de cuán hostil sea el entorno real del proceso.

Sensores de conductividad: Tecnología e innovaciones

Avances en la tecnología de sensores

Los sensores de conductividad modernos están diseñados para ser aún más duraderos y precisos.

Sensores conductivos de cuatro electrodos: Dos electrodos en el exterior llevan la corriente a la solución, mientras que el par interno de electrodos mide el voltaje entre ellos. Al hacerlo, reduce los errores derivados de la polarización o el ensuciamiento, extendiendo así el rango efectivo del sensor y mejorando la precisión en comparación con los sensores convencionales de dos electrodos.

Materiales duraderos: A diferencia de antes, los sensores inductivos ahora se fabrican con materiales altamente resistentes, como PEEK y PVDF, por lo que pueden soportar productos químicos agresivos y altas temperaturas típicas en muchos procesos industriales.

Integración digital: Los sensores modernos ya han incorporado electrónica digital. Esto ha hecho posible muchos diagnósticos a bordo y ha enviado la información de diagnóstico directamente al transmisor.

Tecnología Memosens explicada

La tecnología Memosens es otro salto considerable en el ámbito de la conectividad de sensores. Desarrollada por Endress+Hauser, es un estándar de transmisión digital sin membrana para sensores en análisis de líquidos.

¿Cómo funciona? Los sensores Memosens contienen un microchip dentro de la cabeza del sensor que registra los datos de calibración, las horas de funcionamiento y alguna otra información de diagnóstico. Se establece una conexión inductiva sin contacto para que sea 100% a prueba de agua y corrosión.

Ventajas de Memosens:

Pre-calibración: Los sensores se pueden pre-calibrar en un laboratorio controlado y luego reemplazar rápidamente en el campo, lo que reduce el tiempo de inactividad del proceso.

Fiabilidad: Debido a su naturaleza sin contacto, se eliminan la humedad, la corrosión y las conexiones defectuosas que afectan a los sistemas analógicos convencionales.

Prediagnotics: Los datos de diagnóstico almacenados pueden ser utilizados por los usuarios para predecir cuándo el estado de funcionamiento de un sensor requerirá mantenimiento o reemplazo, evitando así fallas repentinas.

Tendencias futuras en la medición de conductividad

Desarrollo de tecnologías de sensores

Además, es bastante probable que los futuros desarrollos se centren en hacer sensores "más inteligentes". Es probable que estos sensores tengan capacidades mejoradas de medición de múltiples parámetros, lo que permitiría a un solo dispositivo medir, por ejemplo, la conductividad, el pH y la temperatura simultáneamente. Utilizando técnicas de inteligencia artificial y aprendizaje automático, estos sensores pueden ser capaces de auto-diagnosticar problemas o modificar su rendimiento según las condiciones cambiantes del proceso.

Predicciones para el crecimiento del mercado

Es probable que el mercado mundial de transmisores y sensores de conductividad continúe su tendencia de crecimiento constante. Este crecimiento está impulsado por las estrictas regulaciones ambientales, la creciente necesidad de gestión de recursos hídricos y el impulso global hacia una mayor automatización y eficiencia perseguido por las industrias de todo el mundo. La Internet Industrial de las Cosas (IoT) también generará una creciente necesidad de transmisores inteligentes y conectados que transmitan datos a plataformas de análisis basadas en la nube.

Desafíos y oportunidades por delante

A pesar de los avances significativos en ingeniería, todavía quedan problemas. La detección en temperaturas extremadamente altas y altas presiones o en medios corrosivos es un área de investigación activa. Al mismo tiempo, estos desafíos presentan oportunidades para nuevas innovaciones y el desarrollo de soluciones de próxima generación que abran nuevas aplicaciones y mercados.

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