Diseño de un dispositivo para la realización de valoraciones ácido-base con un presupuesto reducido

El proyecto que se presenta realiza un estudio de los procesos de valoraciones acido base para implementar un dispositivo automatizado capaz de llevar a cabo valoraciones de manera autonoma y facilitar los resultados obtenidos a traves de una interfaz grafica creada con Matlab, programa que tambien se emplea para controlar el dispositivo. Los motivos que llevan a realizar este trabajo se centran en facilitar el acceso a una tecnologia muy empleada en los laboratorios de quimica implementando un dispositivo de bajo coste cuya adquisicion sea asequible para todo tipo de usuarios. Durante el desarrollo del proyecto ha sido necesario profundizar en la naturaleza del fenomeno quimico que se produce durante un proceso de valoracion acido-base para disenar el dispositivo y seleccionar los materiales y componentes empleados, asi como para entender la manera de reflejar dicho fenomeno a traves de entornos de programacion que permitan dar las instrucciones necesarias al conjunto para llevar a cabo un control, una toma de datos y una presentacion de los mismos sencilla y eficaz. Se ha trabajado con dos programas informaticos, Matlab y Arduino, a traves de los cuales se ha llevado a cabo el control de los componentes electronicos en las distintas fases del proyecto. Por otro lado, se han desarrollado procedimientos experimentales adaptados a las distintas fases que han permitido la prueba, la calibracion y la validacion de los resultados obtenidos con los principales componentes como el electrodo y la bomba dosificadora antes de comenzar a trabajar de forma coordinada con todo el conjunto. En todo momento se ha mantenido la intencion de desarrollar el dispositivo a bajo coste y se ha intentado reflejar este aspecto en la compra de componentes y en las plataformas utilizadas. Es por este motivo que se utiliza Arduino como soporte para comunicarse con el dispositivo, ya que su bajo coste y su sencillez avalan el uso de esta plataforma para el desarrollo del proyecto. La realizacion de una valoracion acido-base permite conocer la concentracion de una muestra al reaccionar con un volumen de una disolucion de concentracion conocida. Los resultados experimentales obtenidos se representan graficamente a traves de las curvas de valoracion, en las que se representa el pH en funcion del volumen reaccionado de la sustancia de concentracion conocida. La determinacion de las curvas de valoracion con medidas de potencial o voltaje se basa en establecer una relacion entre la tension medida a traves del electrodo introducido en la disolucion y el pH al que esa magnitud equivale. Para obtener las medidas de tension se emplea un electrodo de vidrio, en el cual se genera un desequilibrio de cargas a ambos lados de la membrana de vidrio que produce una diferencia de potencial electrico a traves del material. Al ser la concentracion constante en el interior de la membrana de vidrio del electrodo, cualquier variacion en la disolucion analizada que suponga una diferencia de cargas se traduce en una diferencia de potencial. Esta medida de potencial es captada por el electrodo y enviada mediante un cable BNC a una etapa que amplifica la senal antes de pasar al pin correspondiente de la placa de Arduino. Una vez que la medida ha llegado al pin analogico esta es captada y procesada por el programa correspondiente, ya sea Arduino o Matlab, para obtener el valor de pH mediante la relacion establecida entre las medidas de voltaje y pH. Los resultados obtenidos en el proceso experimental para determinar el caudal de trabajo del dispositivo a partir de la senal de voltaje suministrada desde el pin digital 9 de la placa de Arduino al motor determinan que lo mas aconsejable es trabajar con una senal de 550 mV. Al principio, se trabaja con Arduino para controlar el electrodo de pH y la bomba dosificadora por separado. Posteriormente, cuando se ha logrado el control de ambos componentes por separado, se traducen las instrucciones empleadas en Arduino a una funcion en el programa de Matlab que al ser llamada realiza el control de ambos componentes de forma coordinada y permite obtener y representar la curva de valoracion de forma automatica. Los resultados obtenidos en este proyecto cumplen las expectativas planteadas. Se ha logrado desarrollar un prototipo capaz de realizar una valoracion acido-base de forma automatizada con una precision adecuada y capaz de mostrar los parametros mas significativos del proceso de una manera sencilla que facilita su interpretacion por parte del usuario a traves de una interfaz grafica. Lineas futuras de investigacion en torno a este proyecto permitiran en el futuro implementar un dispositivo de coste reducido capaz de competir con otros valoradores comerciales de mayor coste.