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Medición Analítica de Líquidos
•Ph - Redox
•Conductividad
•Oxígeno disuelto
•Turbidez
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PHRedoxPHRedox
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¿¿Qué es Qué es pH?pH?
• pH es la medida de acidez o alcanilidad de una solución acuosa
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Acido AlcalinoNeutro
CervezaJugo de Limón
Jabón 5% NaOHLeche5% HCl
pH
Ginebra
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¿¿Acido Acido o Base?o Base?
NEUTRO
ACIDO
BASE
1.00.10.010.0010.00010.000010.0000010.00000010.000000010.0000000010.00000000010.000000000010.0000000000010.00000000000010.00000000000001
[H+ ].00000000000001.0000000000001.000000000001.00000000001.0000000001.000000001.00000001
.0000001.000001.00001.0001.001.010.11.0
[OH- ]01234567891011121314
pH
pH = -log [H+](Concentración de ion hidrógeno)
Moles/Liter
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¿¿Por qué medimosPor qué medimos pH?pH?
�La mayoría de las reacciones inorgánicas consisten en neutralización de pH
�Reacciones controladas por la disponibilidad de iones H+ o OH-
�Control de la Calidad de producto �Control de la Corrosión
�Crecimiento de Bacterias sensible al pH
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Medición Medición de pHde pH
• Lazo básico de pH– Analizador (electrónica)– Electrodos
• Medición (Vidrio)• Referencia• Temperatura• Puesta a tierra
– Cable– Porta Electrodo (si se utilizan
electrodos separados)
O UT
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MediciónMedición de pHde pH•Cómo funciona el lazo de pH
–El electrodo de medición (vidrio) desarrolla un potencial mV a través de sumembrana.
Cuerpo de Vidrio
Ag/AgClCable interno
Solución de llenado
Protección
Vidrio sensible al pH
7 8pH
mV
6
0
59.16
-59.16
OH-
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+H+
H+H+
OH-
OH-
OH-
OH-
OH-
OH-
OH-
OH-OH-
Solución Acida Solución Alcalina
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MediciónMedición de pHde pH•Cómo funciona el lazo de pH
–El electrodo de referencia provee un potencial mV constante el cual esindependiente del pH. Este potencial de referencia se compara con el potencial generado por el electrodo de vidrio.
–El electrodo de referencia además completa el circuito de medición de pH.
Pin- Ag/AgCl
Electrolito- KCl
Membrana
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MediciónMedición de pHde pH•Circuito de medición de pH
Potenciales involucrados:
R
R
R
R
R
Et
E1
E4
E3
E2
E5
ElectrolitoElectrolito
DiafragmaDiafragma
MembranaMembrana
ElectrolitoElectrolito
LíquidoLíquido
E1E4
E3E2
E5
Et
E1 = Potencial entre pH Vidrio y Proceso
E2 = Potencial entre pH Vidrio y Electrolito
E3 = Potencial entre Pin de medición y Electrolito
E4 = Potencial entre Pin de referencia y Electrolito
E5 = Potencial entre Electrolito y Proceso (Potencial de difusión)
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Sistema Sistema de de Amplificador Amplificador DualDual
YOKOGAWAREF. ELECTRODE
OKOGAWApH ELEC TROD E
MODE CONTACTS
22.1925.ooC
v
v
YES
ENT
NOS 1S 2WASHFAIL
����������pH/ / ORP
� �
HTEMPER ATUR E
AM
DISPLAY
O L D
UT. C AL E A S UR E
M AN. C AL
MODE CONTAC TS
2.1925.ooC
v
v
YES
ENT
NOS1
S2
W ASH
FAIL
����������pH/ / ORP
� �
HTEMPER ATUR E
AM
DISPLAY
OL D
UT. C AL E A SUR E
M AN. C AL
OKOGAWApH ELEC TROD E
YOKOGAWAREF. ELECTRODE
Con un sistema de amplificación dual, la entrada del Electrodo de Medición y el Electrodo de Referencia son amplificados en forma SEPARADA contra una referencia a tierra.
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• Electrodo dañado• Fisuras • Cable • Falla en conexiones
• Membrana bloqueada• Ensuciamiento• Envenenamiento• Electrodo Vacío
Cehqueo de electrodos en solución
Chequeo de Impedancia delelectrodo de Vidrio
Chequeo de Impedancia delelectrodo de referencia
Diagnóstico completo on-line
BeneficiosBeneficios del del AmplificadorAmplificador DualDual
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Beneficios Beneficios de la de la referencia referencia a a tierratierra
YOKOGAWAREF. ELECTRODE
OKOGAWApH ELEC TROD E
MODE CONTAC TS
2.1925.ooC
v
v
YES
ENT
NOS1
S2
W ASH
FAIL
����������pH/ / ORP
� �
HTEMPER ATUR E
AM
DISPLAY
OL D
UT. C AL E A SUR E
M AN. C AL
Sin una referencia a tierra, el electrodo de referencia, absorverá cualquier carga que pueda existir en la solución (carga estática)
Causa ruidos, Medición inexacta
Reduce la vida útil del electrodo de referencia
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YOKOGAWAREF. ELECTRODE
OKOGAWApH ELEC TROD E
MODE CONTACTS
22.1925.ooC
v
v
YES
ENT
NOS 1S 2WASHFAIL
����������pH/ / ORP
� �
HTEMPER ATUR E
AM
DISPLAY
O L D
UT. C AL E A S UR E
M AN. C AL
El elemento de menor resistencia es la varilla a tierra, aislando el circuito de medición de pH.
Exactitud en la medición
Aumento de la vida del electrodo de referencia
Beneficios Beneficios de la de la referencia referencia a a tierratierra
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Analizadores Analizadores de de pHpH
-Transmisor de 2 hilos
- 24 VDC
- HART or Fieldbus
- 4-20 mA
- Class I, Div I FM & CSA
- Class I, Div II FM
- Transmisor de 4 hilos
- 110 VAC
- NEMA 4X
- Dual 4-20 mA
- 4 Relays
- Control PI
-1/4 DIN Montaje en Panel
- Touch-Screen
- Gráfico de tendencia
- 2x 4-20mA / 2 Contactos
- HART
- Control PID
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Sensores pHSensores Combinados: pH / Referencia / Temperatura
Instalación Simple para “Aplicaciones Generales”: Torre de enfriamiento, Agua de red, Efluentes cloacales, etc.
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Sensores Sensores de de pHpHSensores: Retraíbles bajo presión
•316SS o Titanio
•Válvula esférica bridada o roscada
•Para aplicaciones severas (doble membrana)
•Simple, diseño robusto
•Titanio
Sensor removible para mantenimiento / calibración sin interrumpir el proceso
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Sensores Sensores de de pHpHSensores: Porta electrodos y electrodos separados
![Page 18: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/18.jpg)
Porta electrodosPorta electrodos
Flujo pasanteInmersión Inserción
Sensores: Porta electrodos y electrodos separados
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¿¿Qué es Qué es ORP?ORP?
• Potencial Oxido Reducción (Redox)
• Mide el potencial del equilibrio químico de un sistema
• El potential es generado por la concentración relativade oxidantes y reductores
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OxidantesOxidantes y y ReductoresReductores
OXIDANTES• Crea un potencial positivo (acepta electrones)• ej: Cloro
REDUCTORES• Crea un potencial negativo (dona electrones)• ej: Bisulfato de Sodio
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¿¿CómoCómo se se midemide??
E = E0 + RT lnz F
[Oxidantes][Reductores]
Ecuacion de Nernst
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MediciónMedición de ORPde ORP
E1 - E3-(E2 - E3)
(E1 - E2)
Compensación de Temperatura
Electrodoa tierra
E1
Electrodo deReferencia
Electrodo de medición
Preamplifier
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Aplicaciones Aplicaciones ORPORP
�Tratamientos Cloacales
�Destrucción de Cromo
�Destrucción de Cianuro
� Decoloración de pulpa de papel
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ConductividadConductividad
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ConductividadConductividadEs la capacidad de una solución de transportar una corriente eléctrica.
E I
R
Ley de Ohm
E = I • R or R = E / I Conductividad (G) = 1 / R
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ConductividadConductividad y y ResistividadResistividad
Agua
RESISTIVIDAD
OHM/ CM
100 Meg. 10 Meg. 1 Meg. 100 K 10 K 1 000 100 10 1
CONDUCTIVIDAD
0.01 0.1 1 10 100 1,000 10,000 100,000 1,000,000
Agua UltraPura
Agua destilad
a
10 PPMNaCl
Agua de mar(3.5% NaCl)
3% NaOH
10% H2SO4
µS/ CM
Conductividad G = I/E = 1/R
Siemen (Conductividad) = 1/OHM (Resistividad)
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PolarizaciónPolarización
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Medición Medición de de ConductividadConductividad
A
Corriente
Alterna
B
• Se aplica un voltaje a través de las dos placas, generando la celda de conductividad.
•La corriente a través de la celda depende de la resistencia del líquido (ley de ohm)
•Conductividad es inversamente proporcional a la resistencia.
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ConstanteConstante de de CeldaCelda
1 cm
1 cm
1 cm
Cte de Celda =Longitud----------Area
=cm----cm-2
A B
A
B
Caudal
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ConstanteConstante de de CeldaCelda
BA
BA
CONSTANTE ADECUADA
CONSTANTE DEMASIADO PEQUEÑA
POLARIZACION
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Distintas constantesDistintas constantes de de CeldaCelda
Resistencia IonesAgua ultra Muy Muy
pura Alta pocos
Agua Moderada Mayor cantidad
Agua de mar Baja Muchos
Acido Muy MuchosSulfúrico Baja
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Conductividad por InducciónConductividad por Inducción
El sensor se encuentra encapsulado y consiste en 2 bobinas: Una transmisora y otra receptora.
La bobina transmisora genera un campo magnético el cual es transportado por el fluido a través del sensor hasta bobina receptora. Luego se mide la diferencia entreambas bobinas.
Bobina transmisora
PEEK
Bobina receptora
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¿¿Cómo funcionaCómo funciona??
DRIVE
COIL
PICKUP
COIL
Fluido de Proceso
Corriente inducidadependiente de la conductividad de la muestra
Entrada de Voltaje
A la bobinaMuestra
(Liquid Loop)
Muestra(Liquid Loop)
PICK-UPCOIL
DRIVECOIL
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Beneficios Beneficios
�No hay presencia de electrodos metálicosen el proceso (resistente a la corrosión)
�No es afectado por sólidos o suciedad.
� 1 to 2,000,000µScm
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InductivoInductivo vs. vs. ContactoContacto
Agua Pura o Ultra Purar
No – Pierde sensibilidad Si - Puede medir ambas
Proceso corrosivo o con suciedad:
Si – Resistente al ensuciamiento, materiales disponibles para distintas aplicaciones
No – Muy susceptible al ensuciamiento. Los electrodos metálicos se pueden corroer.
Soluciones concentradas:
SI – Puede medir conductividades muy altas.
No – Puden ocasionar efectos de polarización. Soluciones concentradas tienden a ser corrosivas.
Ventajas: Bajo Mantenimiento Amplio rango de medición
Sensibles a bajas conductividades Pequeños y fácil de montar.
Inductivo Contacto
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CompensaciónCompensación de de TemperaturaTemperatura
� Compensación de Temperatura: Crítico en medición de conductividad.
� Un cambio en la temperatura de 1ºC, puede significar una variación de la conductividad entre un 3-7%.
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Conductividad vs.
Temperaturade
Agua PuraC
ondu
ctiv
ity (m
icro
Siem
ens/
cm)
Temperature (ºC)
Res
istiv
ity
Sodium ChlorideHydrochloric AcidAmmoniaPure Water
10
5
2
1
.5
.2
.1
.05
.02
.010 20 40 60 80 100
.1
.2
.5
1
2
5
10
18
50
100
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Concentración Concentración vs. vs. ConductividadConductividad
HCI
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
HNO3
KOH
KCI
H2SO4NaCl
NaOH
Concentration Weight %
mS/cmat 25ºC
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AnalizadoresAnalizadores de de ConductividadConductividadAnalizadores
-Transmisor de 2 hilos
- 24 VDC
- HART o Fieldbus
- Salida 4-20 mA
- Class, Div I FM & CSA
- Class I, Div II FM & CSA
- Analizador 4 hilos
- 110 VAC
- NEMA 4X
- Doble salida 4-20 mA
- 4 Relays
- PI Control
- Doble entrada
- Four-Wire Analyzer
- 110 VAC
- NEMA 4X
- Doble salida 4-20 mA
- 4 Relays
- PI Control
-1/4 DIN para panel
- Touch-Screen
- Gráfico de tendencia
- 2 4-20mA / 2 Relays
- Communication HART
- PID Control
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SensoresSensores de de ConductividadConductividad
YEWMo
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AplicacionesAplicaciones
� Control de purga en caldera
� Control de Condensado en caldera
� Osmosis Inversa
� Detección de pérdidas en Intercambiadores de Calor
� Diluciones Acidas o básicas
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Oxígeno DisueltoOxígeno Disuelto
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¿¿QuéQué eses OxígenoOxígeno disueltodisuelto??
�Es la medición de calidad de agua indicando
el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa.
�ppm para efluentes cloacales
�ppb para procesos industriales
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Medición Medición en en efluentes cloacalesefluentes cloacales
� Mantener vivos a los µo
� Reducción de Energía
![Page 45: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/45.jpg)
� Celda Galvánica
� Celda Polarográfica
Tipos Tipos de de celdas celdas de de MediciónMedición
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Celda GalvánicaCelda Galvánica
FeAnodo
AgCátodo
Fe2+
e-
Reacción en el ánodo
2Fe → 2Fe2+ + 4e-
Reacción en el Cátodo
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
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Celda PolarográficaCelda Polarográfica
AgAnodo
AuCátodo
Ag+
Voltaje
Reacción en el ánodo4Ag + 4Cl- → 4AgCl + 4e-
Reacción en el Cátodo
O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
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Diseño Diseño del sensordel sensor
� Membrana
� Electrodo Desnudo
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Sensor Sensor TipoTipo MembranaMembrana
O2O2
O2O 2
O2O
2
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Sensor Sensor ElectrodoElectrodo DesnudoDesnudoAmalgama
de plata
Hierro oZinc
Aislante
Grindstone
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Planta Planta de de TratamientoTratamiento de de Efluentes Efluentes CloacalesCloacales
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Sensor “Sensor “desnudodesnudo””Ventajas� Robusto
� Auto limpiante
� Larga vida útil
� Bajo costo de mantenimiento
� Frecuencia de limpiezareducida
� No hay membrana o electrolito que reemplazar
Desventajas� Alto costo inicial
� Suceptibles a metales pesados
� Peso y Volumen mayor
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Sensores de tipo MembranaVentajas
� Bajo Costo
� Sin Partes móviles
� Resistentes a metales� Bajo Peso
Desventajas
� Puede dañarse facilmente � Dificultad en el reemplazo de
la membrana � Suceptible al ensuciamiento
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AplicacionesAplicaciones
� Efluentes Cloacales Municipal (ppm)� Efluentes Industriales (ppm)� Agua de entrada a Caldera (ppb)� Farmacéutica (ppb)� Fábrica de Semiconductores (ppb)
![Page 55: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/55.jpg)
TurbidezTurbidez
![Page 56: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/56.jpg)
QuéQué eses TurbidezTurbidez??
Turbidez es la medida de la claridad de una muestra
Unidad de Medida : NTU
Turbidez es la medida de la claridad de una muestra
Unidad de Medida : NTU
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¿¿Por quéPor qué medirmedir turbidezturbidez??
�Aumentar la eficiencia de una planta
�Monitoreo de Filtro
�Cumplimiento de Regulaciones
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MediciónMedición de de TurbidezTurbidez
• Número de Partículas en Suspensión
• Tamaño de Partículas en Suspensión
• Color de Partículas en Suspensión
• Forma de Partículas en Suspensión
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Teoría Optica Teoría Optica de la de la luzluz
![Page 60: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/60.jpg)
MétodoMétodo BásicoBásico del del HazHaz de Luzde Luz
![Page 61: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/61.jpg)
TamañosTamaños de de PartículasPartículas
Small Particle Medium Particle
Large Particle
![Page 62: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/62.jpg)
PrincipioPrincipio de de OperaciónOperación
LIGHTSOURCE# 1
PHOTODETECTOR# 2
LIGHTSOURCE# 2
PHOTODETECTOR# 1
FASE 1 FASE 2
LIGHTSOURCE# 1
PHOTODETECTOR# 2
LIGHTSOURCE# 2
PHOTODETECTOR# 1
![Page 63: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/63.jpg)
AplicacionesAplicaciones
�Plantas de Agua Potable
�Industria alimenticia
�Packaged Water Systems
![Page 64: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/64.jpg)
TécnicasTécnicas de de muestreomuestreo
Presencia de burbujas.
No recomendado
Process (Water)
Sediment
Air
ProcessPipe
Sample Line
Presencia de sedimentos
No recomendado
Process (Water)
Sediment
Air
ProcessPipe
Sample Line
Buena representación de la
muestra
Process (Water)
Sediment
Air
ProcessPipe
SampleLine
Mejor representación de la
muestra
Process(Water)
Sediment
Air
ProcessPipe
SampleLine
MejorBueno
![Page 65: •Ph - Redox •Conductividad •Oxígeno disuelto •Turbidezaadeca.org/pdf/apuntes_cursos/instrumentacion_analitica_2006... · el oxígeno libre disuelto en un solución acuosa](https://reader031.vdocuments.co/reader031/viewer/2022021906/5bb252eb09d3f285758c70e8/html5/thumbnails/65.jpg)
�Detecta, mide, y cuenta particulas individuales
� Provee información acerca del número y tamañode partículas por unidad de volumen.
�Ejemplo. . . �1,132 particulas por ml entre 2 and 7 µ�543 particulas por ml entre 7 and 12 µ
ContadoresContadores de de PartículasPartículas
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�Las Partículas son iluminadasindividualmente por un láser.
�Cada partícula proyecta o propaga la luz en proporción a su tamaño.
�Cada partícula genera un único voltaje que esmedido y contadoindividualmente.
PrincipioPrincipio de de OperaciónOperación
Laser
LaserBeamTrap
Lens
PhotoDiode
Particles
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� Turbidímetros: Miden la refracción de la luzproyectada por un grupo de partículas.
� Contadores de partículas: Miden la refracción de la luz proyectada por partículas individuales.
TurbidímetrosTurbidímetros vs. vs. ContadoresContadores
Light Bulb
Lens
Photo Diode
Particles
Laser
LaserBeamTrap
Lens
PhotoDiode
Particles
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TurbidímetrosTurbidímetros vs. vs. ContadoresContadores
• Mide la claridad relativadel agua
• No indica distribución de tamaños de partículas.
• NTU
• Mide cuantitativamente la claridad del agua.
• Cuenta y Mide partículas desde 1 a 200 micrones.
• Partículas por ml.
• Los Turbidímetros proveen una indicación general de la calidad de agua (desde filtrada a cruda)
• Los contadores de partículas proveen una mejorinformación acerca del tratamiento, analizando tamañosespecíficos de partículas en agua limpia. (to 10-20 NTU).
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PREGUNTAS ?!
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