Sistema dosificador de reactivos líquidos para análisis de propiedades fisicoquímicas del agua : Automatización industrial aplicada en análisis de calidad de agua

Abstract

El presente proyecto tiene como objetivo principal la implementación de un sistema dosificador de reactivos líquidos, orientado al análisis automático de muestras de agua. Esta iniciativa surge ante la necesidad de automatizar procesos de medición en entornos donde se desea monitorear en tiempo real ciertas propiedades físico-químicas del agua, tales como la concentración de compuestos específicos. Dispositivos de estas características pueden utilizarse en plantas de tratamientos de agua y efluentes industriales. El empleo de sensores y dosificación automática, representa una alternativa cada vez más utilizada frente a los métodos tradicionales de muestreo, que implican altos costos, necesidad de personal capacitado y transporte hacia laboratorios especializados. Los sistemas automáticos permiten obtener datos continuos con una frecuencia de muestreo mucho mayor, lo cual es especialmente útil para el análisis de series temporales y para la detección temprana de cambios en el entorno. Por decisión de los tutores, el alcance del proyecto se ha centrado en el diseño e implementación del sistema físico, el desarrollo del sistema de control con su respectiva interfaz de usuario, y la realización de pruebas preliminares utilizando colorantes comerciales. Esta estrategia permite validar el concepto del sistema en condiciones controladas, facilitando una posterior transición hacia aplicaciones reales con muestras y reactivos específicos. Desde el punto de vista técnico, se diseñó e integró un sistema completo. El sistema físico permite aislar una muestra de agua dentro de una cápsula de medición, utilizando bombas peristálticas calibradas para dosificar los volúmenes necesarios con precisión. Esta cápsula deja pasar la luz emitida por un diodo emisor a través de un cristal de cuarzo y la solución dosificada, cuya intensidad es captada por un fotorreceptor en el otro extremo. Esta configuración posibilita detectar los cambios de color resultantes de la reacción. Se desarrolló una interfaz de usuario capaz de integrarse a una red LAN privada, permitiendo la comunicación bidireccional con los controladores del sistema en tiempo real. Esta interfaz no solo facilita la supervisión del proceso, sino que también permite la configuración de parámetros y el monitoreo de variables críticas desde un entorno gráfico amigable. Además, se implementó un sistema de control automatizado mediante un PLC y una tarjeta Raspberry Pi. Se integra la lógica de funcionamiento del proceso, coordinando la operación de los distintos actuadores. Para ello, se integraron drivers específicos que permiten el accionamiento preciso de válvulas, bombas y otros elementos del sistema, lo que hace posible la ejecución automática de ciclos de medición, garantizando precisión, repetibilidad y seguridad operativa. En aplicaciones concretas, el análisis requiere la incorporación de uno o más reactivos que, al mezclarse con la muestra, generan una reacción química que modifica su color. Este cambio cromático es indicativo de la presencia o concentración de determinadas sustancias, y permite inferir propiedades relevantes de la calidad del agua. A nivel práctico, se ha optado por una estrategia de pruebas que incluye el uso de colorantes domésticos como sustitutos de reactivos reales, con el objetivo de validar el funcionamiento del sistema sin necesidad de manejar compuestos costosos o peligrosos en etapas tempranas del desarrollo. El equipo a diseñar dispone de dos bombas peristálticas, una de ellas tomará la muestra de agua que se desea estudiar y otra estará encargada de dispensar el reactivo para realizar la mezcla con el agua. La masa de los líquidos involucrados será medida con balanzas analíticas durante la calibración del equipo, para tener el factor de escala de los pasos de dosificación. Finalmente, la muestra será analizada con un sensor óptico que realizará una medida de colorimetría. Los principales objetivos planteados se pueden resumir en la aislación de la muestra por medio del control de bombas peristálticas y la dosificación del químico reactivo a incluir en la solución. También registrar las medidas para poder comparar con una lectura sin reactivo el cambio de color y construir un dispositivo fácilmente controlable por un operario sin amplios conocimientos técnicos.