13 agosto, 2023 / 0 comments

Sensor PH 014

Sensor PH 014

PH

El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una sustancia, como el agua. Se refiere a la concentración de iones de hidrógeno (H⁺) presentes en una solución. La escala de pH va desde 0 (muy ácido) hasta 14 (muy alcalino), con 7 considerado neutral. Valores por debajo de 7 indican acidez, mientras que valores por encima de 7 indican alcalinidad.

El pH es una variable importante en la calidad del agua por varias razones:

  1. Influencia en procesos químicos y biológicos: El pH afecta muchos procesos químicos y biológicos en el agua, incluyendo la solubilidad de minerales y nutrientes, la disponibilidad de metales pesados, la formación de compuestos orgánicos, y la actividad de microorganismos.
  2. Efecto en la vida acuática: Los organismos acuáticos, tanto plantas como animales, tienen rangos de pH óptimos para su supervivencia y reproducción. Cambios significativos en el pH pueden afectar negativamente la vida acuática y los ecosistemas acuáticos en general.
  3. Tratamiento de agua potable: El pH del agua puede influir en la eficacia de los procesos de tratamiento de agua potable, como la coagulación, la desinfección y la eliminación de contaminantes. Un pH adecuado puede mejorar la eficiencia de estos procesos.
  4. Corrosión y incrustaciones: El pH puede afectar la corrosión de tuberías y equipos en sistemas de distribución de agua, así como la formación de incrustaciones en tuberías y superficies.
  5. Control de procesos industriales: En muchas industrias, el control del pH es esencial para optimizar procesos químicos y de fabricación, así como para prevenir daños a equipos.
  6. Indicador de contaminación: Cambios significativos en el pH pueden ser indicativos de la presencia de contaminantes en el agua, como productos químicos tóxicos o desechos industriales.

Proceso de calibración

Se adquirió un sensor de pH con la designación «PH-014», con la finalidad de realizar mediciones de acidez o alcalinidad en soluciones líquidas. Sin embargo, el proceso de calibración inicial se encontró con obstáculos que impactaron en la exactitud de las mediciones. Afortunadamente, a través de un proceso riguroso de análisis y pruebas, se logró resolver esta problemática y se alcanzó una solución adecuada.

La variante de la sonda «PH-014» incorpora dos potenciómetros que desempeñan un papel crucial en el proceso de calibración. Uno de ellos permite la modificación del offset de la sonda, lo cual es de vital importancia para la corrección de cualquier desviación presente en las mediciones. Es de relevancia señalar que este potenciómetro se encuentra emplazado en las proximidades del conector BNC de la sonda.

El segundo potenciómetro ostenta la función de calibrar una salida digital específica de la sonda. Esta salida digital es configurada de tal manera que su activación o desactivación depende de si el valor medido supera o se sitúa por debajo de un umbral predeterminado.

El esquema de conexiones de la sonda «PH-014» se dispone de la siguiente manera:

  • VCC: Conexión destinada a la alimentación con una fuente de 5 voltios.
  • GND: Conexión a tierra.
  • GND: Otra conexión a tierra.
  • P0: Salida principal de la sonda, la cual aporta la medición del pH.
  • D0: Salida digital, cuyo voltaje aparenta encontrarse en la mitad del valor total.
  • T0: Conexión asociada a un sensor de temperatura incorporado en la placa.

Con el propósito de llevar a cabo el proceso de calibración, se requiere de dos soluciones con valores de pH conocidos, específicamente pH 7 y pH 4. Estas soluciones desempeñan un papel fundamental como puntos de referencia para la calibración de la sonda.

La operatividad del proceso de calibración se despliega por medio del siguiente código en el entorno de programación Arduino:

int ph_pin = A0; // Este es el número de pin conectado a Po

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int medida = analogRead(ph_pin);
  Serial.print("Medida: ");
  Serial.print(medida);

  double voltaje = 5 / 1024.0 * medida; // Conversión clásica de digital a voltaje
  Serial.print("\\\\tVoltaje: ");
  Serial.print(voltaje, 3);
}

Siguiendo los procedimientos delineados, se ejecutan las siguientes acciones:

  1. Se introduce la sonda en la solución con pH 7 y se registra el correspondiente valor de voltaje (en mi caso, 3.76V).
  2. La sonda se introduce en la solución con pH 4 y se registra nuevamente el valor de voltaje (en mi caso, 4.07V).

A continuación, aplicaremos el código proporcionado, el cual hace uso de los valores obtenidos en la calibración previa, con las modificaciones correspondientes en los parámetros «VOLTAGEPH7» y «VOLTAGEPH4». El propósito es efectuar mediciones de pH más precisas utilizando estos valores de calibración previamente determinados. Se señala que, para una validez científica óptima, los líquidos utilizados deben mantenerse en condiciones controladas y libres de contaminación.

#define VOLTAGEPH7 3.76
#define VOLTAGEPH4 4.07
#define PH1 7
#define PH2 4

int ph_pin = A0;  //This is the pin number connected to Po

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int measure = analogRead(ph_pin);
  Serial.print("Measure: ");
  Serial.print(measure);

  double voltage = 5 / 1024.0 * measure;  //classic digital to voltage conversion
  Serial.print("\\tVoltage: ");
  Serial.print(voltage, 3);

  float PH_step = (VOLTAGEPH7 - VOLTAGEPH4) / (PH1 - PH2);

  float Po = 7 + ((VOLTAGEPH7 - voltage) / PH_step);
  Serial.print("\\tPH: ");
  Serial.print(Po, 2);

  Serial.println("");
  delay(2000);
}

Es importante destacar que, para obtener mediciones de pH rigurosas y confiables, se debe tener en consideración la pureza de los líquidos utilizados. En especial, al dejar los líquidos al aire libre y al introducir la sonda en cada uno, existe el riesgo de contaminación, lo cual puede afectar la precisión de los resultados. Para llevar a cabo una prueba definitiva y científicamente robusta, se recomienda utilizar líquidos directamente de la fuente original, como los contenidos en sus botellas originales, para asegurar la integridad de los valores de pH medidos.

Resultados

Cómo proteger la sonda en el mantenimiento diario:

  1. Al utilizar la sonda por primera vez o cuando no se utiliza durante un período prolongado, sumerja el bulbo de la sonda y el núcleo de arena en una solución de 3NKCL durante 8 horas.
  2. Después de retirar la cubierta de la sonda, tenga cuidado de que las burbujas de vidrio sensibles en la barrera protectora de plástico no entren en contacto con objetos duros. Cualquier daño o rotura invalidará la sonda.
  3. Después de completar la medición, coloque la funda de protección de la sonda sobre la cubierta. Coloque una pequeña cantidad de solución de cloruro de potasio 3.3mol/L en la funda protectora para mantener húmedo el bulbo de la sonda.
  4. El extremo del cable de la sonda debe mantenerse limpio y seco, evitando absolutamente el cortocircuito en ambos extremos de la salida, ya que de lo contrario el resultado de la medición será inexacto o inválido.
  5. Evite sumergir la sonda durante mucho tiempo en soluciones proteicas destiladas y soluciones ácidas de fluoruro, y evite el contacto con grasa de silicona.
  6. Después de un uso prolongado de la sonda, si el gradiente está ligeramente desgastado, el extremo inferior de la sonda puede sumergirse en ácido fluorhídrico (HF) al 4% durante 3-5 segundos, enjuagarse con agua destilada y luego sumergirse en solución de cloruro de potasio para rejuvenecerla.
  7. Si la solución medida contiene sustancias que puedan contaminar fácilmente las burbujas sensibles de vidrio, la sensibilidad de la sonda se verá afectada. El fenómeno es que el gradiente sensible disminuye y la lectura no es precisa. En este caso, debe limpiarse con una solución adecuada según la naturaleza de los contaminantes, para que pueda renovarse.
  8. Al utilizar un agente de limpieza, si puede disolver la solución de limpieza de resina de policarbonato, como tetracloruro de carbono, tricloroetileno, tetrahidrofurano, etc., puede disolver la resina de policarbonato y hacer que el bulbo de vidrio sensible sea inválido. ¡Úselo con precaución!

Lecturas digitales y en vida real

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