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(1)

Módulo: Contaminación de las aguas

INSTRUMENTACION

(2)

Índice

1 INTRODUCCIÓN... 3

2 MEDIDA DE PARÁMETROS... 5

2.1 MEDIDADECAUDAL ... 5

2.1.1 CONDUCCIONES ABIERTAS... 5

2.1.2 CONDUCCIONES CERRADAS ... 9

2.2 MEDIDADENIVEL... 14

2.2.1 ULTRASÓNIDOS ... 15

2.2.2 SISTEMAS

CAPACITIVOS ... 16

2.2.3 SISTEMAS

CONDUCTIVOS ... 17

2.2.4 SISTEMA DE PRESIÓN DIFERENCIAL ... 18

2.2.5 RADAR ... 19

2.2.6 MEDIDOR

DE BOYA... 20

2.2.7 NIVEL

DE CRISTAL ... 20

2.2.8 NIVEL

DE

BURBUJEO... 21

2.3 MEDIDADEPRESION... 23

2.3.1 MANÓMETROS... 23

2.3.2 TRANSMISOR DE PRESIÓN NEUMÁTICO ... 24

2.3.3 TRANMISOR DE PRESIÓN ELECTRÓNICO ... 25

2.4 MEDIDADE PH ... 28

2.5 MEDIDADETEMPERATURA... 30

2.5.1 TERMÓMETROS LOCALES ... 30

2.5.2 TERMÓMETROS

ELÉCTRICOS... 31

2.6 MEDIDADECONDUCTIVIDAD... 33

2.7 MEDIDADETURBIDEZ... 35

2.7.1 METODO

NEFELOMETRICO ... 36

2.7.2 METODO

DE

ABSORCIÓN DIRECTA... 37

2.8 MEDIDADEOXIGENODISUELTO ... 38

2.9 ELECTRODOSDEIONSELECTIVO... 39

2.10 MEDIDADECOT ... 42

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1 INTRODUCCIÓN

Los sistemas de medida dentro de las Plantas de Tratamiento de Aguas son un elemento clave para asegurar el correcto funcionamiento de los diversos tratamientos que se llevan a cabo en las mismas.

Diversos parámetros son medidos en las distintas áreas de las plantas de Tratamiento. La medida y control de dichos parámetros permite mejorar el rendimiento de los procesos de depuración, optimizar el consumo de reactivos y energía, así como alargar la vida útil de las instalaciones.

Existen una serie de parámetros que se miden en la práctica totalidad las instalaciones de depuración, ya que son claves para llevar el correcto control de la Planta. Mientras que otra serie de parámetros son medidos en función del origen de las aguas residuales y de los procesos que se llevarán a cabo para su depuración.

A su vez para conocer la calidad del vertido antes de su vertido final, se miden un conjunto de parámetros que normalmente fija la Administración.

Parámetros habitualmente medidos en una EDAR urbana:

Caudal, nivel, pH, conductividad, temperatura, presión, turbidez, oxígeno

disuelto, DQO, DBO, COT, nitratos, fosfatos, amonio, cloruros, metano.

En una EDAR industrial, los parámetros que son medidos, dependen de la procedencia de las aguas residuales, pudiéndose medir además de los parámetros medidos en una EDAR urbana, los siguientes parámetros:

Aceites y grasas, fluoruros, metales pesados, potencial redox.

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REJAS DESARENADO DECANTADOR PROCESO AEROBIO DECANTADOR DESINFECCIÓN NIVEL ARQUETA ENTRADA PRESIÓN DIFERENCIAL CAUDAL SÓLIDOS SUSPENSIÓN CONDUCTIVIDAD

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN pH TEMPERATURA AMONIO NITRATOS FOSFATOS CONDUCTIVIDAD DQO OXÍGENO DISUELTO CAUDAL AIRE CLORO SOLIDOS SUSPENSION DQO pH NITRATOS FOSFATOS ARQUETA FANGOS ESPESADOR CALENTAMIENTO FANGOS DIGESTORES FANGOS

NIVEL CAUDAL TEMPERATURA TEMPERATURApH

GASOMETRO

% METANO CAUDAL

PRESION LINEA DE AGUA

LINEA DE FANGOS

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2 MEDIDA DE PARÁMETROS

A continuación se describen los métodos de determinación de los parámetros habitualmente medidos en las Plantas de tratamiento de aguas.

2.1 MEDIDA DE CAUDAL

La medida de caudal tiene como finalidad conocer la cantidad de un fluido que pasa por una conducción durante un determinado periodo de tiempo.

En el ámbito de tratamiento de aguas residuales la medida del caudal de agua de entrada al tratamiento sirve para ajustar una serie de parámetros críticos para el tratamiento del agua residual.

Con la medida del caudal, actuaremos sobre el arranque/parada de bombas, ajustaremos su caudal, dosificaremos más o menos reactivo, abriremos o cerraremos compuertas, etc.

El caudal de agua en una planta residual se puede medir en conducciones abiertas o en conducciones cerradas (tuberías).

2.1.1 CONDUCCIONES ABIERTAS

El agua residual en las conducciones abiertas circula por acción de la gravedad, no soliendo estar la conducción completamente llena.

(6)

Para generar una aceleración del caudal se emplean los siguientes elementos:

• Canales Venturi • Vertederos

Canales Venturi

Un canal Venturi es un estrechamiento de la sección transversal de un canal.

(7)

La formula que rige el cálculo del caudal es la siguiente: 2 / 3

h

*

cte

Q

=

Donde:

Q: Caudal de líquido Cte: cte. Constructiva canal h: altura medida

Para asegurar una correcta medida del nivel de líquido deberán seguirse unas recomendaciones constructivas:

• Deberá mantenerse un tramo recto de canal, previo al venturi, de al menos 10 veces la anchura del canal.

• A la salida del venturi debe mantenerse un tramo recto de canal de al menos 5 veces la anchura del canal.

• El punto de medida se localizará a una distancia de 3 veces la altura máxima de líquido, del inicio de la sección convergente del canal.

• La velocidad de paso del agua en el canal deberá ser mayor de 0.6 m/s para que no existan deposiciones de sólidos que provoquen perturbaciones en el flujo del líquido

• La relación entre el ancho de la garganta y el ancho del canal deberá ser menor o igual a 0,7.

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arriba de la restricción.

Este sistema se utiliza en canales donde se pueda efectuar un salto en la corriente de líquido.

Existen distintos tipos de vertederos en función de su geometría. Estos pueden ser:

Sin contracción lateral: la restricción se aplica a todo el caudal.

Con contracción lateral en forma de V.

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El cálculo del caudal mediante el uso de vertederos se lleva a cabo con las siguientes fórmulas:

Q = cte * h3/2 vertederos sin contracción lateral o con contracción lateral trapezoidal

Q = cte * h5/2 vertederos con contracción lateral en forma de V

Donde:

Q: caudal de líquido

Cte: constante de proporcionalidad del vertedero H: altura medida nivel líquido

Para asegurarnos una correcta medida de caudal, el punto de medida del nivel de líquido deber realizarse a una distancia no menor a cuatro veces la altura máxima de líquido en el salto.

2.1.2 CONDUCCIONES CERRADAS

En las conducciones cerradas el caudal suele ser medido en función de la velocidad. Para ello se puede utilizar métodos directos, que son los que miden directamente la velocidad, como son los medidores magnéticos y ultrasónicos. O también se pueden emplear métodos indirectos, que requieren de un elemento que provoque una restricción al flujo para así medir el caudal en función de la presión diferencial.

Medidor magnético

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El sistema consta de dos bobinas situadas en extremos opuestos de la tubería y dos electrodos situados también a ambos extremos de la tubería pero a 90º de las bobinas.

Cuando se alimentan con corriente alterna las dos bobinas, estas generan un campo magnético que es cortado por el líquido que fluye por la tubería. Al cortar el campo magnético se genera una fuerza electromotriz inducida que es detectada mediante los dos electrodos, que es proporcional al valor del campo magnético, a la velocidad del líquido y a la distancia entre los electrodos. Debido a que la distancia entre los electrodos y el valor del campo magnético son constantes, la fuera electromotriz inducida es proporcional a la velocidad.

Conociendo la sección de la tubería y la velocidad calculada, se obtiene el caudal de líquido.

Este método de medida, tiene una serie de ventajas que han de ser tenidas en cuenta:

• No genera perdida de carga

• No se ve afectado por variaciones de densidad y viscosidad • No le afecta la variación de presión y temperatura

• Tiene elevada precisión

Medidor de ultrasonidos

Este sistema de medida se basa en el principio Doppler, que establece que cuando se emite una frecuencia constante a través de un fluido en movimiento, la frecuencia recibida varía proporcionalmente a la velocidad del fluido en movimiento.

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en frente del otro en la tubería. El emisor generará una frecuencia que atravesará la corriente de líquido y será detectada mediante el receptor. La variación entre la frecuencia emitida y la detectada es proporcional a la velocidad del fluido.

Debido a la difracción entre superficies, el ángulo de entrada de la señal de frecuencia ha de ser de 15º.

Este sistema tiene la limitación de que solo es aplicable a fluidos que tengan partículas en suspensión, puesto que lo que mide es el movimiento de partículas. Debido a esto, este método no es útil para la medida en líquidos limpios.

Medidor Vortex

Este sistema se basa en los vórtices que se generan el un fluido cuando se coloca un obstáculo en su camino. La frecuencia de generación de estos vórtices es directamente proporcional a la velocidad del fluido.

Debido a que el volumen y la distancia entre vórtices es constante, midiendo el número de vórtices generados se conocerá el caudal del fluido.

b

v

s

f

=

*

donde:

f: frecuencia de vortex s: factor adimensional v: velocidad fluido b: anchura obstáculo

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Medidor de presión diferencial

Este método se basa en el teorema de Bernoulli, que indica que al realizar una restricción en una tubería, la disminución del diámetro genera un aumento de la velocidad del fluido. Por el principio de conservación de la energía, la energía potencial se transforma en energía cinética:

Ec = Ep

0.5 * m * v2 = m * g * h

h g v= 2* *

donde:

v: velocidad fluido g: cte gravedad

h: diferencia manométrica entre ambos lados de la restricción

El valor del caudal del líquido tras la restricción es igual a la velocidad del líquido multiplicada por la sección de la tubería y multiplicada por una la constante de descarga de la restricción.

De esta forma el caudal tiene la siguiente expresión:

h g S

K

Q= * * 2* *

donde: Q: caudal

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En la expresión, K, S, y g son valores constantes, por lo que el caudal es proporcional a la variación de la altura manométrica.

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2.2 MEDIDA DE NIVEL

La medida del nivel es otra de las operaciones que se realizan habitualmente en una Planta depuradora. La medida de nivel se puede realizar en conducciones abiertas y/o en tanques, depósitos o arquetas.

La medida de nivel en conducciones abiertas se utiliza por ejemplo para medir el caudal de líquido que circula por la conducción o para medir una pérdida de carga en la conducción que por ejemplo en el caso del paso a través de unas rejas, active el mecanismo de limpieza automático de las mismas.

La medida de nivel en tanques, depósitos o arquetas sirve para conocer la cantidad de líquido o sólido almacenado, para bien tener un registro de la capacidad restante de un tanque, bien conocer la cantidad de reactivo que queda en un tanque o bien poner en arranque o paro un sistema de bombeo o dosificación.

Existen diversos sistemas de medida de nivel tanto para conducciones cerradas como para tanques o depósitos.

Los sistemas de medida de nivel habitualmente utilizados en las Plantas depuradoras son los siguientes:

SISTEMA DE MEDIDA UBICACIÓN MEDIDA TIPO DE MEDIDA

ULTRASONIDOS CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

CAPACITIVO CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

CONDUCTIVO CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA LÍMITE

PRESION DIFERENCIAL DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

RADAR CANAL ABIERTO/ DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

DE BOYA DEPÓSITOS MEDIDA LÍMITE

NIVEL DE CRISTAL DEPÓSITOS MEDIDA CONTÍNUA

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2.2.1 ULTRASÓNIDOS

Este sistema de medida utiliza pulsos de sonido que son enviados desde un emisor hacía la superficie cuyo nivel se quiere medir. Estos pulsos son reflejados por dicha superficie y su eco es recogido por un receptor situado junto al emisor. De esta forma el sistema mide el tiempo utilizado en la propagación del sonido, siendo proporcional a la distancia entre el emisor y la superficie.

s

v

t

h

=

*

h: altura

t: tiempo de propagación

vs: velocidad del sonido (331 m/s a 0º C)

La velocidad del sonido varía con la temperatura, por lo que los sensores deben tener una compensación de la temperatura. La variación es de 0.17% por ºC.

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2.2.2 SISTEMAS CAPACITIVOS

Este sistema de medida utiliza un condensador para medir las variaciones de nivel. Estas variaciones provocan cambios en la capacidad del condensador.

Un condensador consta de dos placas metálicas separadas a una distancia y mediante un dieléctrico. Cuando a estas dos placas se les aplica tensión en corriente continua y luego se desconecta la tensión, esa tensión permanece entre las dos placas conductoras un determinado periodo de tiempo.

La capacidad de un condensador depende de la cte dieléctrica del aislante y de la distancia entre las placas.

Si el producto a medir es un conductor, el condensador estará formado por un electrodo recubierto de un aislante y del propio producto a medir.

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dos electrodos actuando el producto a medir como aislante.

Los sistemas capacitivos que utilizan al producto como aislante, presentan la limitación de que un cambio en su constante dieléctrica motivado por un cambio en sus propiedades, generará errores en la medida.

Entre las ventajas que presenta este sistema están su coste, precisión y facilidad de instalación.

2.2.3 SISTEMAS CONDUCTIVOS

Este sistema de medida se emplea para el control del nivel, no siendo posible la indicación de nivel en continuo. Este sistema de medida solo se puede utilizar con líquidos conductivos.

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Dependiendo de los niveles que se quiera controlar, la longitud de los electrodos variará.

Este sistema se utiliza muy a menudo para controlar el arranque/paro de una bomba. La bomba arrancará cuando el líquido alcance el electrodo de medida de nivel máximo y parará cuando el nivel baje por debajo del electrodo de nivel mínimo.

2.2.4 SISTEMA DE PRESIÓN DIFERENCIAL

Este sistema se emplea para la medida de nivel en depósitos a presión atmosférica o a presión.

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situada en el depósito, de esta manera la diferencia entre la medida de presión en la cámara de alta y de baja es proporcional a la altura del líquido en el depósito.

ca

Patmosféri

P

1

=

P

=

P

2

P

1

=

ρ

g

h

= cteh

h

g

ca

Patmosferi

P

2

=

+

ρ

2.2.5 RADAR

El sistema Radar para la medida de nivel emplea las ondas de radio para llevar a cabo la medida.

Las ondas de radio son transmitidas mediante una antena situada por encima del producto a medir su nivel. Cuando las ondas de radio alcanzan un medio con distinta constante dieléctrica, parte de la energía de las ondas de radio es reflejada.

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2.2.6 MEDIDOR DE BOYA

El sistema de nivel de boya se trata de un sistema mecánico de control de nivel. Su uso habitual es para el arranque/paro de bombas situadas en una arqueta.

La boya permanece flotando en la superficie de líquido y se encuentra conectada con un actuador. Según varíe el nivel del líquido en la arqueta la boya alcanzará un nivel definido en el que actuará sobre el sistema de arranque/paro de las bombas.

Este sistema de control tiene la ventaja de ser barato y de fácil instalación.

2.2.7 NIVEL DE CRISTAL

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líquidos. Se trata de un sistema visual de indicación, en el que es el líquido almacenado el que indica su nivel en el tanque.

El sistema de medida se trata de un tubo transparente conectado al tanque mediante dos bridas. El líquido sube por el tubo hasta alcanzar el nivel del tanque.

Si al tubo se le incorpora una escala, el sistema da una medida de la cantidad de líquido almacenada en el tanque.

2.2.8 NIVEL DE BURBUJEO

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a formar burbujas dentro del líquido. La presión requerida para la formación de burbujas es proporcional al nivel de líquido.

H

*

g

*

P

=

ρ

P: presión de aire inyectado

ρ : densidad de líquido H: Nivel de líquido

Si el nivel del líquido varia, la presión de aire inyectado también variará hasta que las presión de aire inyectado se iguales a la presión ejercida por la columna de líquido. De esta forma el nivel de líquido vendrá determinado por la medida de la presión de aire introducido.

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2.3 MEDIDA DE PRESION

La medida de presión en las Plantas de tratamiento de aguas se utiliza habitualmente como medida de control de los equipos que trabajan a presión.

Existes diversos elementos de medida de presión, siendo las más habituales los siguientes:

• Manómetros

• Transmisores de presión neumáticos • Transmisores de presión electrónicos

2.3.1 MANÓMETROS

Estos equipos indican localmente la medida de presión. Existen distintos modelos, aunque los más empleados son los manómetros Bourdon.

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2.3.2 TRANSMISOR DE PRESIÓN NEUMÁTICO

Este sistema se emplea para transmitir la medida de la presión a cierta distancia (sal de control). Para ello se requiere la conversión de la señal de presión en una señal neumática, que suele ir de 0.2 a 1 bar.

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2.3.3 TRANMISOR DE PRESIÓN ELECTRÓNICO

Estos sistemas son mucho más precisos que los transmisores neumáticos, por lo que se usan cuando se requiere gran precisión y una rápida respuesta.

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unos diafragmas aisladores que contiene el líquido de llenado y están en contacto con el fluido de medida.

El diafragma sensor flexiona en función de las variaciones de presión y generan una variación en la distancia que separa dos circuitos magnéticos situados a cada lado. De esta forma variará la inductancia diferencial siendo esta variación proporcional a la variación de presión.

Mediante un conversor se convertirá la señal de inductancia a una señal 4-20 mA que se transmite a la sala de control.

• Capacitivos

La medida se basa en la variación de capacidad que sufre un condensador en función de las variaciones mecánicas. Estas variaciones mecánicas se generan por la flexión de un diafragma que está sometido a las variaciones de presión.

Las variaciones en la capacidad son detectadas por un circuito electrónico, y son transformadas en una señal de salida de 4-20 mA.

• Piezoeléctricos

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sometidas a presión.

• Células extensiómetricas

Se basan en las variaciones en la resistencia de un hilo conductor cuando se su longitud varia por torsión o presión, alterando el diámetro del hilo.

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2.4 MEDIDA DE pH

El pH se define como el menos logaritmo de la concentración de iones hidronio en el agua.

[ ]

+

=

H

pH

log

El agua es una sustancia químicamente neutra, en la que alguna de sus moléculas se disocia espontáneamente:

H2O

H

+

+

OH

La constante de disociación del agua (Kw) a 22º C es de 10-14, de donde:

Kw=CH+*COH− =10−14

En una solución neutra de agua, las concentraciones de H+ y OH- son iguales a 10-7.

Por lo tanto el pH de una solución neutra es:

pH

=

log

[ ]

10

−7

=

7

Un ácido es una sustancia que proporciona iones H+ al agua, aumentando su

concentración y por lo tanto disminuyendo su pH.

Una base es una sustancia que proporciona iones OH- al agua, aumentando su

concentración y por lo tanto aumentando su pH.

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este parámetro. A su vez la legislación determina un rango de pH en los que el agua tratada puede ser vertida a un cauce.

Existen ciertos procesos químicos que deben llevarse a cabo a determinados pH (tanto ácidos como básicos) por lo que la medida de pH es indispensable para ajustar el pH del agua a las necesidades del cada proceso que se vaya a llevar a cabo en la depuradora.

El pH se suele medir mediante un método potenciométrico. En este método el electrodo de medida dispone de un cristal especial que es sensible al pH. Este electrodo genera un potencial cuando se pone en contacto con iones H+. Comparando

esta respuesta con la de un electrodo de referencia se obtiene la medida de pH.

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2.5 MEDIDA DE TEMPERATURA

La medida de la temperatura del agua residual se suele llevar a cabo en el vertido final, para controlar la temperatura de vertido, cuyo valor está limitado por la Administración a un valor máximo.

La temperatura también puede medirse a la entrada de la Planta, para predecir la influencia que va a tener este parámetro en los distintos procesos que se van a llevar a cabo en la Depuradora.

Un punto crítico donde debe efectuarse la medida de temperatura es en los procesos de digestión anaerobios. En estos procesos la velocidad de reacción es directamente proporcional a la temperatura, por lo que una alta temperatura va a favorecer que las reacciones se lleven a cabo en el menor tiempo posible. Por otro lado, los microorganismos que llevan a cabo estas reacciones son de tipo mesofílico, y tienen un límite superior de temperatura que se encuentra alrededor de los 40º C, por lo que el control de la temperatura es imprescindible para evitar que los microorganismos se mueran y el proceso anaerobio no tenga lugar.

La medida de la temperatura puede realizarse de forma local, o bien transmitirse a la sala de control para registrar su valor.

2.5.1 TERMÓMETROS LOCALES

Termómetros de bulbo

Los termómetros de bulbo están formados por una vaina conectada mediante un capilar a un tubo Bourdon en forma de espiral.

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contracción de un fluido, que provoca una variación en la presión interior que hace que el tubo Bourdon se enrolle o desenrolle, lo que hace que una aguja acoplada al mismo, indique la temperatura sobre una escala.

Termómetros bimetálicos

Estos termómetros están formados por dos láminas de metal con diferente coeficiente de dilatación, una con un coeficiente muy alto y la otra con el coeficiente más bajo.

Cuando se calientan las láminas de metal, una se dilata más que la otra con lo que se consigue que uno de los lados se alargue más que el otro. Si las láminas de metal se arrollan en espiral, la diferencia de dilatación hace que el sistema se torsione, transmitiéndose esta torsión mediante una aguja que indica la medida sobre una escala adecuada.

2.5.2 TERMÓMETROS ELÉCTRICOS

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Termopares

Los termopares miden la diferencia de potencial que se genera entre dos metales situados juntos y sometidos a calor.

Termorresistencias

Las termorresistencias se basas en la resistencia eléctrica de los metales que son sometidos a temperatura. Esta resistencia aumenta según aumenta la temperatura.

De radiación

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2.6 MEDIDA DE CONDUCTIVIDAD

La conductividad se define como la capacidad que tiene una sustancia para conducir la corriente eléctrica. Su valor es el inverso de la resistencia.

La capacidad de conducir la corriente eléctrica por el agua, varía en función de su pureza. Cuanto más pura sea el agua, menor es su conductividad. Y de forma contraria, cuanto mayor contenido en ácidos, bases o sales tenga el agua, mayor será su conductividad.

Cuando se aplica un potencial a un conductor, se generará una corriente eléctrica inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Para medir la conductividad de un líquido se sumergen en él dos electrodos a los que se les aplica una corriente alterna. La intensidad de la corriente generada es proporcional a la conductividad del líquido.

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(35)

2.7 MEDIDA DE TURBIDEZ

La medida de la turbidez en las plantas de tratamiento de aguas sirve para conocer la cantidad de partículas en suspensión presentes en el agua. Estas partículas que generan turbidez pueden ser materia orgánica, inorgánica, bacterias, etc.

En una Planta depuradora, la medida de turbidez puede llevarse a cabo en distintos puntos de la misma, como son la entrada y salida de la Planta, la salida de los decantadores, salida de las etapas de filtración, etc.

De esta forma se puede conocer los rendimientos de los distintos procesos destinados a la eliminación de las partículas que generan la turbidez del agua, medir la cantidad de sólidos en los fangos activos, determinar la dosis de reactivos (coagulante y floculante) necesarios para el proceso de depuración.

Los sistemas de medida de sólidos en suspensión, utilizan los procesos de absorción, dispersión y transmisión de un rayo de luz cuando atraviesa un líquido que contiene sólidos en suspensión.

Cuando una luz de una determinada longitud de onda atraviesa una solución con partículas en suspensión, parte de esa luz se absorbe por las propias partículas en suspensión, por los sólidos disueltos y por el propio líquido.

Otra parte de la luz es dispersada en todas las direcciones por las partículas. Dependiendo del tipo y tamaño de la partícula, la dispersión se producirá de una determinada forma y en una determinada dirección, así las partículas grandes dispersan la luz hacia delante, mientras que las pequeñas lo hacen uniformemente hacia delante y hacia atrás.

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recoge la señal de luz y un transductor que se encarga de convertir la señal luminosa en eléctrica para poder ser indicada y registrada.

La concentración de sólidos en suspensión es una función logarítmica de la luz captada por la célula fotoeléctrica.

⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = 2 1 ln * I I K Cs Donde:

Cs: Concentración sólidos

K: constante

I1: Intensidad de luz emitida

I2: Intensidad de luz detectada por la célula fotoeléctrica

Algunos sistemas para la mediad de la turbidez son los siguientes:

2.7.1 METODO NEFELOMETRICO

Se basa en la medida de la luz reflejada por las partículas hacia un receptor situado a 90º de la fuente emisora. La ubicación del emisor y receptor a 90º se debe a que ubicándolos en esta posición, la precisión de la medida es más elevada que en otras configuraciones.

La señal recogida por el receptor es proporcional a la concentración de sólidos en suspensión presentes en el líquido.

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2.7.2 METODO DE ABSORCIÓN DIRECTA

Este método se usa para medir altas concentraciones de sólidos en suspensión (mayores de 500 mg/l).

En este método el receptor y el emisor se encuentran uno en frente del otro, y la señal de luz recogida por el receptor es inversamente proporcional a la concentración de sólidos en suspensión.

Cuanto más separados estén el emisor y el receptor, el sistema tiene mayor sensibilidad en la variación de concentraciones de sólidos, pero mide menor cantidad de los mismos.

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2.8 MEDIDA DE OXIGENO DISUELTO

La medida de oxigeno disuelto en el agua residual, se lleva a cabo en los procesos biológicos aerobios, en los que es necesario la presencia de una determinada cantidad de oxígeno disuelto en el agua para que la oxidación biológica tenga lugar correctamente.

La medida del oxígeno disuelto se lleva a cabo mediante un proceso electroquímico, en el que se produce la reducción del oxigeno disuelto generando una corriente eléctrica que es proporcional a presión parcial de oxígeno disuelto en el agua.

La celda electrolítica está formada por un ánodo de plata, un cátodo de oro, una membrana permeable al oxígeno y una solución tampón alcalina que separa los electrodos.

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2.9 ELECTRODOS DE ION SELECTIVO

Estos electrodos tienen la particularidad de responder selectivamente a la actividad de una determinada especie iónica en disolución.

Para efectuar la medida de una determinada especie iónica, se utiliza una celda electroquímica compuesta por el electrodo selectivo de la especie a medir, y un electrodo de referencia.

La calibración de la pareja de electrodos se lleva acabo mediante soluciones patrón que contengan el ión que se quiere medir y un reactivo (que puede ser una solución patrón de pH).

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x

a

zF

E

E

=

0

+

2

.

3

log

Donde:

E: potencial generado

E0: potencial cte determinado por el electrodo de referencia y la construcción interna

del electrodo de medida R: cte de los gases T: temperatura

z: cantidad de cargas de cada ion F: cte de Faraday

ax: actividad del ion . Es un valor proporcional a la concentración del ion

Debido a E0,R, T, z y F son constantes, se tiene que el potencial generado es

proporcional a la concentración del ion que se quiere determinar.

Existen distintos tipos de electrodos de ion selectivos:

Electrodo de vidrio

La membrana está construida de un vidrio especial. La superficie de la membrana actúa como intercambiadora de iones, cambiando iones de sodio o litio por los iones que se quieren medir.

Los electrodos de pH, de sodio, de amonio y potasio pertenecen a este tipo de electrodos.

Electrodos en estado sólido

La membrana esta formada por una sal inorgánica en la que en su superficie se produce el intercambio de iones.

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Electrodos de membrana líquida

La membrana está formada por un material soporte inerte impregnado con una sustancia intercambiadora de iones. Al entrar en contacto el líquido a medir con la sustancia intercambiadora, se producirá un intercambio iónico.

Los electrodos de nitrato y calcio pertenecen a este tipo de electrodos.

Sondas sensoras de gas

Estas sondas disponen de una membrana hidrófoba y permeable al gas. Dentro de la membrana hay una solución electrolítica y un electrodo, generalmente de pH, con su extremo situado casi en contacto con la membrana.

El gas difunde a través de la membrana hasta que se igualan las presiones parciales a ambos lados de la membrana. El gas se disuelve en el electrolito y varía su pH, cuya variación es detectada por el electrodo de pH.

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2.10 MEDIDA DE COT

El carbono orgánico total (COT) se define como la cantidad de carbono, contenida en el agua residual, determinada por oxidación catalítica de los compuestos del carbono presentes. El COT es igual al carbono total menos el carbono inorgánico.

Para la medida del COT el caudal de muestra se acidifica has alcanzar pH inferior a 3, con lo que se consigue que el carbono inorgánico pase a CO2, siendo purgado mediante una columna desgasificadora.

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2.11 ANALISIS DE GASES

En una Planta de tratamiento de aguas residuales, en la que se utilice un proceso anaerobio, se generará gas metano. Este gas se quema para obtener la energía necesaria para mantener la temperatura óptima de los procesos anaerobios.

Por lo tanto, es necesario conocer la riqueza en metano del gas generado en los procesos anaerobios. Para ello se suele utilizar un analizador de gases por absorción de infrarrojos.

Las moléculas tienen un determinado espectro de absorción en el rango de infrarrojos que está relacionado con el número, configuración y tipo de átomos.

El equipo de medida por absorción de infrarrojos consta de un emisor de rayos infrarrojos (2.5-15 micrones) que emite dos rayos paralelos que atraviesan dos celdas, una contiene el gas a medir y la otra un gas de referencia. Los infrarrojos tras pasar por las celdas son recogidos por un detector que contiene otro gas en su interior. Cuando el gas absorbe los rayos infrarrojos, se produce un incremento de presión y temperatura. El aumento de presión se transmite a una membrana que hace que varíe la capacidad de un condensador.

El paso del haz de infrarrojos por las celdas de medida y referencia es alterno, por lo que la diferencia entre la intensidad de luz detectada por el rayo de medida y el de referencia se detecta como una señal de corriente alterna.

Referencias

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