Medición y monitoreo de pH en la industria de bebidas y/o líquidos químicos: principios y métodos, instrumentación y equipos, y proceso de industrial

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

“Medición y monitoreo de pH en la industria de bebidas y/o líquidos químicos: principios y métodos, instrumentación y equipos, y proceso de industrial.”

FELIPE SEBASTIAN RIOS TEREUCAN

Rodrigo Carrasco Zambrano

Niklas Mättig Butendieck

Schirley Painemal Curin

2022

                                                                                                                                        Página

Capítulo 1. Introducción………………………………………………..………………………………………..        3

Capítulo 2. Desarrollo……………………………………………………………………………………………        4

2.1. Principios y métodos de medición del parámetro………………………………..………..….        4

2.2. Instrumentación y equipos de medición…………………………..………………………….        5

2.3. Monitoreo en el proceso industrial………………………..………………………………….        7

Capítulo 3. Conclusiones……………………………………………………………………………………….        9

Bibliografía…………………………………………………………………………………………        10

Capítulo 1. Introducción

El término pH de una disolución se define como el logaritmo negativo de la concentración del ion hidrógeno (en mol/L)(Chang ,College ,2002).

El término pH es utilizado universalmente para determinar si una solución es ácida o básica. La escala de pH está comprendida entre los valores de 0 a 14, ya que esta escala se deriva de la disociación del agua pura. Los valores mayores a 7 determinan aumento de basicidad de una solución, los valores menores a 7 indican aumento de acidez y cuando el valor es 7 indica la neutralidad, que corresponde al pH del agua pura( Chang ,College,2002).

La acidez en la solución de agua se debe a la presencia de hidrógeno.Por lo tanto, el grado de acidez se expresa en términos de concentración de (H+)(Korib ,1979)

La determinación del pH puede realizarse por un método colorimétrico utilizando indicadores, pero resulta inexacto porque solo da valores aproximados(Ojeda,2011).

En la mayoría de los procesos industriales el control de los niveles de pH que presentan los productos o soluciones elaboradas es un factor muy relevante. Su medición se emplea normalmente como indicador de calidad, por lo que su medición no puede ni debe pasar desapercibida, encontramos su uso frecuentemente en plantas que realizan tratamiento de aguas residuales (neutralización) antes de retirarla de la planta, en industrias alimentarias para las bebidas gaseosas, cervezas, yogurt, embutidos, alimentos, salsas, mermeladas, en la industria farmacéutica, para jarabes y medicamentos, en la industria cosmética, para controlar el nivel de pH de los productos que tendrán contacto con la piel(Hoffman, 1988).

Hay varias formas de medir el nivel de pH. Esto depende de la aplicación, del medio ambiente (esto es, en un laboratorio, en sólidos, en disolventes, directamente en el suelo, etc.) y de la disponibilidad de recursos(Korib ,1979).

En la industria, la medición de pH se realiza usualmente por un  sistema de medida por electrodo de vidrio, el cual  está prácticamente aceptado como el único medio exacto, preciso y duradero para las medidas industriales de pH. Se empezó a usar en los 1900, cuando se encontró que ciertos tipos de vidrio daban una diferencia de potencial cuya magnitud depende del valor del ácido de la solución en la que el vidrio se sumergía (Ojeda, 2011). Su uso es adecuado y está sujeto a pocas interferencias que afectan a otros electrodos sensibles al pH. Los electrodos de vidrio están disponibles a un coste relativamente bajo y se ofrecen en muchas formas y tamaños (Skoog ,2001).

Capítulo 2. Desarrollo

2.1. Principios y métodos de pH

Para un adecuado entendimiento del concepto pH es necesario partir de los conceptos ácido y base como sustancias que pueden disociarse.  Friedenthal recomendó el uso de la concentración del ion hidrógeno para caracterizar disoluciones como ácidas, básicas o neutras según la concentración de [H+ ] igual, superior o inferior a 10-7, por tanto, propuso que la reacción de un líquido sea referida siempre a la cantidad de iones [H+] que contenga aunque se trate de soluciones alcalinas. (aquí me falta agregar el formato de cita)

A partir del concepto de pH como el logaritmo negativo de la actividad del ion hidrógeno se establece una escala con valores de 0 a 14, según el valor de la constante de disociación del agua 1x10-14=[H+][OH-]. Un pH de 7 corresponde a la neutralidad, la acidez a un pH menor de 7 (mayor actividad del H+) y la alcalinidad a un pH mayor de 7 (menor actividad del H+).

El pH de una solución puede medirse de distintas maneras y usando distintos instrumentos. Entre ellos encontramos:

- Papel indicador: También conocido como papel tornasol, es el método más barato e inexacto respecto a los demás. El papel está impregnado con indicador universal que al ser introducido en la solución a analizar, toma un color diferente que luego debe compararse con un diagrama de colores para obtener el valor aproximado de pH de la solución. El más conocido es el papel tornasol o papel de litmus.

- Uso de sustancias químicas: Estas sustancias adquieren un color distinto a cada valor diferente de pH. Es por ello que estas sustancias se agregan a las soluciones de pH desconocido para luego compararlas con soluciones estándar de pH conocido que también han sido afectadas por este indicador químico. Se usan frecuentemente el naranja de metilo y la fenolftaleína.

- pH-metro: Es un sensor que realiza internamente una medida de la diferencia de potencial entre dos electrodos, uno de referencia (generalmente 7) y otro de medida (externo). Por lo tanto, se tiene un preciso valor de diferencia de potencial y con un amplificador se puede obtener la medida exacta del valor de pH de una solución. (“pH en la producción de alimentos y bebidas”)

2.2. Instrumentación y equipos de medición 

 Un sensor de pH básico incluye un electrodo de medida y electrodo de referencia, un sensor de temperatura y un analizador o transmisor (Aparna, 2014). Como electrodo de medida se utiliza un electrodo de vidrio, que es una herramienta versátil para la medida de pH en diversas condiciones. Este electrodo se puede utilizar sin interferencias en disoluciones que contienen oxidantes fuertes, reductores, gases y proteínas: puede determinar el Ph de líquidos, fluidos viscosos, y hasta semisólidos (Skoog, Holler,Crouch,2001).

Hay cierta diversidad de electrodos de referencia, y se puede definir como el ideal aquel que es reversible, obedece a la ecuación de Nernst, presenta un potencial que es constante en el tiempo, y retorna a su potencial original después de haber estado sometido a corrientes pequeñas. Aunque ningún electrodo de referencia satisface completamente estos ideales (Skoog, Holler,Crouch,2001). Hay dos electrodos de referencia que son de uso cotidiano: el de calomelanos y el de plata-cloruro de plata (Robinson y Robinson, 2001). Los electrodos de calomelanos están formados por mercurio en contacto con una solución saturada de cloruro de mercurio que contiene también una concentración conocida de cloruro de potasio. El contacto eléctrico con el mercurio se realiza por medio de un hilo de platino . Mientras que los electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) está formado por un hilo de plata sobre el cual se deposita cloruro de plata, generalmente por vía electroquímica, en una solución de cloruro de sodio, NaCl o cloruro de potasio KCl, en la cual el hilo de plata actúa como ánodo(Skoog, Holler,Crouch,2001).

La elección del electrodo de referencia se debe realizar según las características de la disolución a medir, por ejemplo, si se está en presencia de proteínas se utiliza, normalmente, un electrodo de referencia de calomelanos en vez de un electrodo de referencia de plata/cloruro de plata por que los iones plata reaccionan con las proteínas. Además cuando se quiere tomar la medición a un líquido se debe tomar en cuenta también la viscosidad de la solución (Skoog, Holler,Crouch,2001)

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