Equipo y procedimiento con detección amperométrica para aplicaciones de control de calidad de aguas aplicable a la medida de detergentes.

El equipo (100) y procedimiento con detección amperométrica para aplicaciones de control de calidad de aguas aplicable a la medida de detergentes es de utilidad para determinar las características físicas y químicas de una muestra de agua,

especialmente en una lavadora. El procedimiento comprende los pasos de alojar una muestra de agua (1) en una cámara (2); aplicar una señal eléctrica de activación (S1) a un contraelectrodo (6) dispuesto en dicha cámara (2). El procedimiento además comprende los pasos de detectar la corriente eléctrica (I) generada en un electrodo (3); muestrear dicha corriente eléctrica generada en respectivos instantes (t1...tn) para determinar un conjunto de valores instantáneos (I1...In) de dicha corriente eléctrica; ponderar cada valor instantáneo de dicha corriente con un respectivo valor de ponderación (β1...βn) previamente determinados de modo estadístico; y obtener mediante fórmula una predicción del valor del parámetro (Y) que se desea cuantificar en la muestra de agua.

EQUIPO Y PROCEDIMIENTO CON DETECCIÓN AMPEROMÉTRICA PARA APLICACIONES DE CONTROL DE CALIDAD DE AGUAS APLICABLE A LA MEDIDA DE 5 DETERGENTES

Sector técnico de la invención El equipo y procedimiento con detección amperométrica para aplicaciones de control de calidad de aguas aplicable a la medida de detergentes es de utilidad para determinar las características físicas y químicas de una muestra de agua, especialmente en una lavadora de ropa.

Antecedentes de la invención El lavado e higienización de los tejidos en una máquina lavadora de ropa consume grandes cantidades de energía, agua y productos químicos que son necesarios para la realización de los procesos de higienización y limpieza. En este momento la población mundial supera ya los 8600 millones de habitantes. El consumo medio de agua por persona para necesidades domésticas ronda los 160 Litros/día. En una familia típica, la lavadora suele trabajar entre 2 y 3 veces por semana, y dependiendo del modelo doméstico de máquina, por cada lavado con un programa típico de algodón a 60ºC se consumen aproximadamente 100 litros de agua, y entre 1-2 KWh de energía (buena parte de la energía se emplea en calentar el agua y no en el giro del tambor) . Este consumo medio de agua y energía varía mucho de un programa a otro, resultando en una diferencia de consumo de agua de 20-50 litros entre un programa de algodón a 90ºC y un sintético a 40ºC, con un incremento exponencial del

consumo de energía de hasta 6 veces más KWh cuando se utiliza un programa frente a otro.

La situación de escasez de recursos por la que se pasa en este momento hace necesario que todas las actuaciones sociales e individuales minimicen el impacto energético y ecológico sobre el entorno que nos rodea.

Es por tanto necesario disponer de equipos que permitan medir las características de las aguas que usan las máquinas lavadoras para así poder determinar el grado de suciedad de la ropa, la dureza del agua o la concentración de detergente para controlar la dosificación de detergente o incluso poder aprovechar el agua entre las últimas fases de un lavado –

aclarado – y las primeras del próximo – prelavado –.

Para solventar esta necesidad son conocidos equipos como el descrito en la patente ES2166358T3 que mide el tiempo de carga de un condensador a través del agua de la cámara de lavado para determinar sus características. No obstante, esta solución solamente permite evaluar la resistividad del agua, sin poder discernir entre los diferentes componentes en disolución.

Es por tanto un objetivo de la presente invención dar a conocer un equipo y procedimiento que permita discernir los diferentes componentes en disolución de una muestra de agua y medir, a la vez, diferentes parámetros de interés de la muestra de agua.

Explicación de la invención El procedimiento con detección amperométrica para aplicaciones de control de calidad de aguas aplicable a la medida de detergentes de la presente invención es de los que comprende los pasos de alojar una muestra de agua con compuestos disueltos en una cámara y aplicar una señal eléctrica de activación a un contraelectrodo dispuesto en dicha cámara en contacto con la muestra de agua.

En esencia el procedimiento se caracteriza porque comprende además el paso de detectar la corriente eléctrica generada en un electrodo provisto de un metal noble, también dispuesto en dicha cámara y en contacto con la muestra de agua al oxidarse o reducirse los compuestos disueltos en la muestra de agua en dicho electrodo; muestrear dicha corriente eléctrica generada en respectivos instantes para determinar un conjunto de valores instantáneos de dicha corriente eléctrica; ponderar cada valor instantáneo de dicha corriente con un respectivo valor de ponderación previamente determinados de modo estadístico; y obtener una predicción del valor del parámetro que se desea cuantificar en la muestra de agua mediante la fórmula N

Y = ∑ βi ⋅ Ii i=1

permitiendo ventajosamente obtener el valor del parámetro sin tener que añadir reactivos u otros componentes a la muestra de agua. Naturalmente es posible obtener el valor de varios parámetros aplicando simultáneamente la misma fórmula con diferentes valores de ponderación.

En otra variante de realización, el procedimiento comprende el paso previo de predeterminar estadísticamente los valores de ponderación (β1… βn) mediante un algoritmo de regresión PLS (Partial Least Square) para mediciones del parámetro.

Se da a conocer también que la señal eléctrica de activación que se aplica en el contralectrodo es un tren de pulsos, realizando alternativamente la oxidación y reducción de los compuestos disueltos en la muestra de agua en el electrodo, con amplitudes adaptables en función del tipo y tamaño del electrodo dentro del rango +2V y -2V, siendo esta tensión suficiente para causar la oxidación y reducción de los compuestos disueltos en la muestra de agua en el electrodo.

Se da a conocer también que tras detectar la corriente eléctrica generada en el electrodo para determinar el valor del parámetro que se desea cuantificar y antes de volver a realizar la detección se realiza una etapa de regeneración del electrodo y del contraelectrodo para 15 eliminar productos que hubieran quedado quimisorbidos o fisisorbidos sobre su superficie que comprende los pasos de remplazar la muestra de agua por agua limpia en la cámara; aplicar una señal eléctrica de limpieza entre el contraelectrodo y el electrodo eliminando productos que hubieran quedado quimisorbidos o fisisorbidos sobre su superficie, de esta manera se consigue regenerar el electrodo y devolverlo a su estado inicial para poder

realizar mediciones posteriores sin que éstas queden afectadas por las mediciones realizadas hasta el momento.

En una variante de interés, la señal eléctrica de limpieza comprende un pulso de tensión positivo y un pulso de tensión negativo que preferentemente tienen una amplitud mayor a la 25 tensión que se aplica en el contraelectrodo anteriormente para detectar la corriente eléctrica generada en el electrodo, comprendiendo dicha señal eléctrica de limpieza, en una variante de realización, al menos un primer pulso de 1, 6V de duración entre 2 y 3 segundos seguido de un segundo pulso invertido al primer pulso que permite que los productos que hubieran quedado quimisorbidos o fisisorbidos sobre su superficie tras la detección se separen del

electrodo, quedando en suspensión o disueltos en la muestra de agua que será posteriormente cambiada.

El procedimiento de la presente invención es especialmente útil para obtener predicciones de parámetros relacionados con un parámetro físico de los compuestos disueltos en la 35 muestra de agua que se desea cuantificar tales como la demanda química de oxígeno, la conductividad, la turbidez, el pH, la dureza, la concentración de nitrógeno total o la concentración del detergente disuelto. Naturalmente, el procedimiento también podría utilizarse para predecir otros parámetros relacionados con uno o más parámetros físicos de los compuestos disueltos en la muestra de agua.

El equipo para llevar a cabo el procedimiento con detección amperométrica para aplicaciones de control de calidad de aguas aplicable a la medida de detergentes de la presente invención es de los que comprende una cámara dispuesta en el interior de unos medios de apantallamiento eléctrico para albergar una muestra de agua; unos medios de llenado y unos medios de vaciado de la muestra de agua en dicha cámara; un contraelectrodo dispuesto en dicha cámara y conectado a unos medios de generación eléctricos, en contacto con la muestra de agua cuando la cámara alberga una muestra de agua; y un electrodo dispuesto también en dicha cámara y conectado a unos medios para detectar una corriente eléctrica generada en dicho electrodo y adaptado para estar en contacto con la muestra de agua cuando la cámara alberga una muestra de agua.

En esencia el equipo se caracteriza porque el electrodo comprende un metal noble en el que se genera una corriente eléctrica debido a la presencia de compuestos disueltos en la muestra de agua que oxidan o reducen dicho metal noble cuando se aplica una señal

eléctrica de activación en el contraelectrodo.

Según otra variante de realización, el contraelectrodo también comprende un metal noble, que permite que el electrodo se pueda regenerar mediante la señal eléctrica de limpieza, es decir eliminar los productos que hubieran quedado quimisorbidos o fisisorbidos sobre su superficie, sin necesidad de eliminarlos mecánicamente. Se ha comprobado que cuando dicho metal noble...

1. Procedimiento con detección amperométrica para aplicaciones de control de calidad de aguas aplicable a la medida de detergentes que comprende los pasos de:

- alojar una muestra de agua (1) con compuestos disueltos en una cámara (2) ;

- aplicar una señal eléctrica de activación (S1) a un contraelectrodo (6) dispuesto en dicha

cámara en contacto con la muestra de agua; caracterizado porque comprende además los pasos de:

- detectar una corriente eléctrica (I) generada en un electrodo (3) que comprende un metal noble (5) al oxidarse o reducirse los compuestos disueltos en la muestra de agua en dicho electrodo, estando dispuesto dicho electrodo también en dicha cámara y en contacto con la muestra de agua;

- muestrear la corriente eléctrica generada en respectivos instantes (t1…tn) para determinar un conjunto de valores instantáneos (I1…In) de dicha corriente eléctrica;

- ponderar cada valor instantáneo de dicha corriente con un respectivo valor de ponderación (β1… βn) previamente determinados de modo estadístico a partir de muestras de referencia; y

- obtener una predicción del valor de un parámetro (Y) relacionado con un parámetro físico de los compuestos disueltos en la muestra de agua que se desea cuantificar mediante la fórmula:

N

Y =βi ⋅ I

∑ i i=1

2. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende el paso previo de predeterminar estadísticamente los valores de ponderación (β1… βn) para mediciones del parámetro (Y) .

3. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque los valores de ponderación (β1… βn) se determinan mediante un algoritmo de regresión PLS.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la señal eléctrica de activación (S1) que se aplica en el contraelectrodo (6) es un tren de pulsos, realizando alternativamente la oxidación y reducción de los compuestos disueltos en la muestra de agua en el electrodo (3) .

5. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque el tren de pulsos tiene amplitudes entre +2V y -2V.

6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tras detectar la corriente eléctrica (I) generada en el electrodo (3) para determinar el 5 valor del parámetro (Y) y antes de volver a realizar una nueva detección, se realiza una operación de regeneración del electrodo (3) que comprende los pasos de:

- remplazar la muestra de agua (1) por agua limpia en la cámara (2) ; y

- aplicar una señal eléctrica de limpieza (S2) entre el electrodo (3) y el contraelectrodo (6)

para eliminar productos que hubieran quedado quimisorbidos o fisisorbidos sobre su 10 superficie.

7. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la señal eléctrica de limpieza (S2) comprende un pulso de tensión positivo y un pulso de tensión negativo.

8. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la señal eléctrica de limpieza (S2) comprende un primer pulso de 1, 6V de duración entre 2 y 3 segundos, seguido de un segundo pulso invertido al primer pulso y de duración entre 2 y 3 segundos.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque 20 el parámetro (Y) es la demanda química de oxígeno.

10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el parámetro (Y) es la conductividad.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el parámetro (Y) es la turbidez.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el parámetro (Y) es el pH.

3.

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el parámetro (Y) es la dureza.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque 35 el parámetro (Y) es la concentración de nitrógeno total.

15. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el parámetro (Y) es la concentración del detergente disuelto.

16. Equipo (100) para llevar a cabo el procedimiento para la medida de detergentes basado 5 en la detección amperométrica para aplicaciones de control de calidad de aguas según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende:

- una cámara (2) dispuesta en el interior de unos medios de apantallamiento eléctrico (9) para albergar una muestra de agua (1) ;

- unos medios de llenado (7) y unos medios de vaciado (8) de la muestra de agua en dicha 10 cámara;

- un contraelectrodo (6) dispuesto en dicha cámara y conectado a unos medios medios de generación eléctricos (10) , en contacto con la muestra de agua cuando la cámara alberga una muestra de agua;

- un electrodo (3) dispuesto también en dicha cámara y conectado a unos medios para

detectar una corriente eléctrica generada (11) en dicho electrodo en respectivos instantes (t1…tn) y adaptado para estar en contacto con la muestra de agua cuando la cámara alberga una muestra de agua; caracterizado porque el electrodo comprende un metal noble (5) en el que se genera una corriente eléctrica (I)

debido a la presencia de compuestos disueltos en la muestra de agua que oxidan o reducen dicho metal noble cuando se aplica una señal eléctrica de activación (S1) en el contraelectrodo.

17. Equipo (100) según la reivindicación anterior, caracterizado porque el contraelectrodo 25 (6) también comprende un metal noble (5) .

18. Equipo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 17, caracterizado porque el metal noble (5) es Oro, Rodio, Iridio o Platino 19- Equipo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque la cámara (2) es metálica y actúa de contraelectrodo (6) .

20. Equipo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, caracterizado porque el contraelectrodo (6) y el electrodo (3) tienen forma cilíndrica, siendo uno de ellos 35 hueco y estando el otro dispuesto en su interior de modo concéntrico; y estando el espacio de separación entre dicho electrodo y contraelectrodo en el hueco relleno con un material dieléctrico.

21. Equipo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, caracterizado 5 porque los medios de generación eléctricos (10) para aplicar señal de activación (S1) al contraelectrodo (6) están formados por un procesador (22) conectado a un amplificador (24) .

22. Equipo (100) según la reivindicación anterior, caracterizado porque la salida del amplificador (24) está realimentada en el procesador (22) .

1.

23. Equipo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 22, caracterizado porque comprende además una sonda de temperatura (26) conectada al procesador (22) .

24. Equipo (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizado porque las conexiones con el procesador (22) están provistas de unos medios de aislamiento eléctrico (23) .

25. Equipo (100) según la reivindicación anterior, caracterizado porque los medios de aislamiento eléctrico (23) son seguidores de tensión.

2.

26. Lavadora (200) que comprende un equipo (100) para la medida de detergentes según una cualquiera de las reivindicaciones 16 a 25, caracterizado porque los medios de llenado (7) de la cámara (2) están adaptados para llenar dicha cámara con una muestra de agua (1) procedente del tambor (201) de lavado de la lavadora para realizar el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, y porque los medios de vaciado (8) están adaptados para vaciar la muestra de agua de la cámara y devolverla al tambor o desecharla según se determine en el procedimiento.

8

15

12

Fig. 1

Fig. 2

100

Fig. 3

Corriente (mA)

Fig. 5

22

Fig. 6

100

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 11

Samples/Scores Plot

Y CV Predicted 1

-

Y Measured 1

Fig. 12

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

Concentración Real mg O2/ml)

Fig. 13

Concentración Predicha (mg O2/ml)

102030 40506070 Concentración Real (mg/ml)

Fig. 14

Fig. 15