Carga eléctrica
Las moléculas producidas por una oxidación constituirán cationes (tienen carga positiva), ya que perdieron electrones. Las moléculas producidas por una reducción, al haber ganado electrones, constituirán aniones (tienen carga negativa).
Por tanto, podemos decir que el potencial redox del agua mide la cantidad de cargas positivas y negativas (las moléculas oxidadas y reducidas) presentes en el agua. La cantidad de moléculas oxidadas y reducidas presentes en una solución darán un valor del potencial redox expresado en milivoltios (mV).
Si impera un medio reductor, el potencial redox será negativo, mientras que, si el medio es oxidante, el potencial redox será positivo. Por tanto, un residual de desinfectante tipo oxidante en el agua siempre mantendrá un valor redox positivo.
- De manera intuitiva cuanta más cantidad del desinfectante oxidante hay en el medio el redox medido es positivo y mayor. En el caso del cloro a mayor cantidad de cloro libre mayor valor redox, aunque no está relacionado directamente con las ppm de cloro activo como veremos más adelante.
- Mientras en un agua fuertemente cargada de materia orgánica putrefacta el valor redox es muy próximo a cero incluso negativo.
¿Qué mide el potencial redox?
Se emplea un electrodo de metal que posee la capacidad de tomar o entregar electrones. Como el electrodo no es capaz de reaccionar por sí solo con el medio, hace falta añadir al sistema algún metal noble, como el platino, la plata o el oro, ya que éstos no intervienen en la reacción química que se llevará a cabo.
Si entre el electrodo y el metal noble se encuentran sustancias oxidantes o reductoras, se produce un intercambio de electrones, siendo ese intercambio el que provocará a su vez una tensión eléctrica que podrá ser medida en un rango +/- 2.000 mV.
Los electrodos de ORP fueron estudiados en la Universidad de Harvard en 1936. Estos estudios demostraron una fuerte correlación de ORP y la actividad bacteriana.
Imanen de artículo “Potencial REDOX de oxidación- reducción ORP, para la Bioseguridad de nuestras granjas” por: Jose Luis Valls -, publicado aviNews en febrero 2020.
En realidad, es una medida de la actividad del electrón comparada con la actividad del electrodo de referencia, que mantiene siempre el potencial constante. Por tanto, no es necesaria la compensación de temperatura en la medición del potencial Redox.
La palabra “potencial” se refiere a la capacidad en lugar de la acción. La energía potencial es la energía almacenada y lista para ponerse en acción. Dicha energía no está en acción, pero sabemos que existe y que está lista para cuando se la necesita. Cuando hayan reaccionado todos los materiales oxidantes y reductores, se alcanza el equilibrio y suele haber un sobrante. Este sobrante es lo que crea el potencial de oxidación o de reducción en una solución.
Sistema oxidante/ reductor práctico para valorar la calidad del agua
La línea divisoria entre ambos se considera en los +75 mV. Por tanto, un sistema será oxidante cuando su potencial redox supere los 75 mV, siendo reductor cuando se encuentre por debajo de esa tensión, considerándose por tanto valores positivos para la oxidación y negativos para la reducción a partir de la línea de +75 mV. En resumen:
- <+75 mV agua reductora y presumiblemente contaminada por microorganismos y materia orgánica.
- >+75mV agua oxidante. A mayor valor positivo menor cantidad de materia orgánica y microorganismos.
Niveles ORP para la vigilancia microbiológica del agua
Es decir, el ORP indica si los microorganismos han sido destruidos independientemente de los niveles ppm del biocida.
Hecho que ya se demostró en un estudio de 1966 de Carlson y colb. del Instituto de Higiene del Agua de la Oficina Alemana de Salud Federal, en el cual demostraron que el nivel de E.coli en el agua era dependiente del potencial Redox y no del nivel de cloro residual libre.
Imanen de artículo “Potencial REDOX de oxidación- reducción ORP, para la Bioseguridad de nuestras granjas” por: Jose Luis Valls -, publicado aviNews en febrero 2020.
Por tanto, un buen control de la desinfección exigirá una monitorización no del cloro sino del potencial redox del medio.
¿Y por qué decimos del “cloro” y no de otro biocida oxidante como los peróxidos? El paradigma del oxígeno
El oxígeno, a pesar de ser el elemento oxidante más abundante e importante del medio ambiente, sirve también para alimentar a los compuestos reductores, los cuales consumen oxígeno. Estos compuestos suelen ser sustancias orgánicas primarias, hechas de proteínas, que forman parte de la cubierta de los microorganismos, sustancias de desecho y restos, lo que llamaríamos materia orgánica.
Los compuestos oxidantes, como el Peróxido, se consumen con estos elementos reductores. Generando por tanto menor potenciales redox en el medio. Considerando niveles próximos a +250 mV como adecuados para los peróxidos como desinfectantes oxidantes para el agua, ya que han eliminado los microorganismos vivos del medio y reaccionado con la materia orgánica inerte disuelta.
Vigilancia del tratamiento desinfectante del agua
La medida en continuo del potencial Redox del agua tratada permite el ajuste de la cantidad de agente desinfectante oxidante añadida al agua, requerida para reaccionar con sustancias orgánicas e inorgánicas, y disminuir las concentraciones de las poblaciones bacterianas contenidas en el agua hasta los niveles deseados.
El agua de bebida es el elemento más crítico para permitir que los animales en producción alcancen su máximo potencial. La medición de la desinfección del agua de bebida ha ido evolucionando. Desde reacciones con unas gotas de reactivo, a medidas con tiras reactivas colorimétricas o mediciones de energías químicas.
El uso de potencial Redox (ORP) como medida asegura un sistema de tratamiento microbiológico de bajo coste y efectividad garantizada.
Desinfectantes oxidantes clorados
Cuando desinfectamos el agua con productos a base de cloro es muy importante conocer tanto la concentración de cloro libre como el tiempo de contacto con el agua, así como el pH y la temperatura, pues le afectan. Un buen control de la desinfección exigiría una monitorización no solo del cloro libre sino del potencial Redox del medio.
El valor de ORP se incrementa al incrementarse la concentración de cloro, sin embargo, un incremento regular en la concentración de cloro en ppm no origina un incremento lineal del valor en mV de ORP. De igual modo, a una concentración constante de cloro total, los valores de ORP aumentan cuando el pH de la solución es más bajo y disminuyen cuando el pH es más alto.
Imagen obtenida del aguapotable.com
Cuando se usan productos clorados, el cloro disponible para la desinfección está presente en dos formas químicas en el agua, como Ácido Hipocloroso (HOCl) y como ión Hipoclorito (OCl-). El ácido hipocloroso presenta 100 veces mayor capacidad desinfectante que el ión hipoclorito. La presencia en mayor o menor proporción de una u otra forma química del cloro desinfectante en el agua depende del pH. Siendo en un pH cercano a 5 donde se presenta la mayor concentración de ácido hipocloroso.
Esta relación con el pH es crítica cuando usamos moléculas de Hipoclorito cálcico o sódico, como la Lejía, pero no lo es cuando se usan otras fuentes de Cloro como el Dióxido o Dicloroisocianurato de sodio, este último en solución acuosa genera directamente ácido hipocloroso.
En relación con lo anteriormente explicado cabe presentar CLEANWATER, producto basado en Dicloroisocianurato de sodio totalmente novedoso para su uso en ganadería. La galénica en forma de pequeñas pastillas efervescentes junto con ácido estabilizante le confieren el manejo y estabilidad ideal del ácido hipocloroso en solución que necesita una explotación ganadera para garantizar la desinfección del agua. Su dosificación puede ser directa al agua a tratar o a través de bombas dosificadoras preparando una solución madre concentrada. No depende de la dureza y pH del agua para actuar de manera que dosificaciones entre 3 y 10 ppm garantizan niveles ORP de 650 mV en agua limpias de materia orgánica hasta altos niveles de contaminación.
CLEANWATER está registrado como desinfectante multiusos virucida, bactericida y fungicida incluido dentro de los productos aptos para COVID-19. Constituyendo así una herramienta de bioseguridad para el ganadero por su sencillo manejo y uso para pulverizar, baldear, fregar y limpiar: Información CLEANWATER
En la siguiente gráfica se muestra la estabilidad en el tiempo de CLEANWATER manteniendo un nivel ORP mayor de 600 mV por más de 10 días.
Ventajas respecto al Hipoclorito sódico:
- Facilidad de manejo.
- Menor peligrosidad para el manipulador.
- No le afecta la dureza del agua.
- Sencilla distribución y manejo.
- Menor coste/ efectividad.
Caso del Hipoclorito: la concentración de ácido hipocloroso es totalmente dependiente del pH necesitándose una regulación de este hacia niveles ácidos para garantizar la efectividad de la desinfección. En la siguiente gráfica se puede observar cómo niveles medidos de cloro libre no garantizan la óptima desinfección ya que dependiendo del pH tendremos mayor o menor concentración la forma activa ácido hipocloroso.
Un incremento regular en la concentración de cloro en ppm no origina un incremento lineal del valor en mV de ORP, ya que las sondas de ORP se aproximan a su capacidad de saturación y alcanzan una meseta. De igual modo, a una concentración constante de cloro total, los valores de ORP aumentan cuando el pH de la solución es más bajo y disminuyen cuando el pH es más alto.
Siempre hay que recordar que “La medición del cloro libre residual no equivale a DESINFECCIÓN” El conocimiento convencional sostiene que mientras se mantenga la lectura del cloro libre en un sistema, la desinfección está completa. Lo más lejos de la realidad, la comunidad científica ya no acepta esto como válido o suficiente. El problema es que no existe un kit que diferencie la forma más activa de ácido hipocloroso en el agua de la forma iónica OCl-, por lo cual se hace necesario controlar adicionalmente el pH de forma paralela al cloro, de tal forma que se asegure una adecuada desinfección a niveles de cloro libres de 0,5-1 ppm y de pH ácido o neutro. Sin embargo, la medición del ORP directamente nos asegura un nivel óptimo de desinfección en valores aproximados de +650mV.
Por tanto, las medidas de ORP permiten que se evalúe la eficacia del tratamiento del agua, sin importar el tipo de oxidante ni la combinación de la fórmula desinfectante, y sin importar otras condiciones variables del agua que puedan existir. Lo importante es que indica si el proceso de higienización del agua en realidad está funcionando como debiera. El potencial de óxido reducción ofrece muchas ventajas en el monitoreo en tiempo real y registro de potenciales de desinfección de agua, un parámetro crítico de calidad del agua. Una ventaja primordial del uso de ORP en el monitoreo de sistemas de agua es que provee al operador de un rápido y único valor que asegura el potencial de desinfección del agua.
¿Cómo se mide el ORP de manera práctica en campo?
El potencial Redox es fácil de medir con una sonda autocalibrada portátil. El electrodo es idéntico a uno de pH, excepto que usa un metal noble en vez de vidrio como elemento de medición. Los metales nobles son utilizados porque estos no intervienen en la reacción química que se está llevando a cabo.
Los electrodos ORP modernos son una combinación de ambos electrodos + y -, es decir, ambos electrodos se alojan en un instrumento, así que parece que fuera solo una sonda. Lo que medimos es el pequeño voltaje que se genera cuando el metal se coloca en agua en la presencia de agentes oxidantes y reductores.
Usos del ORP
El ORP del agua se puede medir en cualquier punto del sistema. Puede determinar la limpieza de la fuente del pozo, de las líneas de agua que van a la nave o de las que están dentro, incluso por su diferencia valorar el estado de limpieza. Cuando se mide el ORP del agua en los conductos que están al frente y en la parte de atrás de la nave, se puede determinar si el proceso de limpieza y desinfección de los conductos de agua tuvo efecto por el diferencial entre ambos puntos. Si el valor del ORP en el conducto al final de la nave es menor que el valor de los conductos del frente, eso indica que los conductos no se han limpiado completamente y que con seguridad habrá una alta probabilidad de biofilm orgánico.
La protocolorización de la medida del potencial redox permite realizar una medida y control de la desinfección que se lleva a cabo pudiéndose mantener los valores mínimos de biocida para una completa y duradera desinfección de las aguas optimizando así los costes con la mayor garantía de eficacia.
Equipos para medir ORP
Los medidores de mano son los más económicos y portátiles con una vida útil del electrodo de 1 a 2 años. Sus resoluciones pueden ser de 0,01 mV con unas precisiones de +- 0,02 mV, según el aparato, miden valores de +-2000 mV.
Se recomienda limpiar y mantener todos los electrodos periódicamente. Un simple procedimiento de limpieza consiste en sumergir la punta del electrodo en una solución ácida diluida (1:100) durante dos minutos y luego limpiarla con agua.
Imagen de medidor redox/ ORP de bolsillo HANNA
Conclusiones:
- La medición ORP debe ser la principal herramienta de monitorización para sistemas que utilizan cloro como desinfectante del agua de bebida.
- La eficacia de la cloración clásica esta íntimamente relacionada con el pH del agua.
- Existen formas alternativas de cloración a la Lejía/ Hipoclorito que pueden mejorar el rendimiento para la explotación ganadera, como CLEANWATER.
Autor de la publicación
Pablo Manrique Vergarap.manrique@nutrofar.es
