REVISIÓN DE TIPOS DE SENSORES QUE DETERMINAN LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOLÓGICAS DEL AGUA

Cajero Lázaro María Isabel
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Hernández Bolaños Miguel
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Herrera Lozada Juan Carlos
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Instituto Politécnico Nacional
Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo

Resumen

En el presente documento hace una revisión de los sensores existentes utilizados para determinar las características del agua en sus aspectos físico, químico y biológico. El conocimiento y valoración de estas características tiene diversas aplicaciones que abarcan desde los aspectos militares, hasta el cuidado y remediación del ambiente. La diversidad de sensores no sólo radica en la constitución y el funcionamiento de los mismos, sino también en el tipo de contacto que con ella tienen, y en la especificidad o generalidad de sustancias que le evalúan. Esta revisión no pasa por alto las diferencias en costo y la precisión de dichos sensores, pues esto resulta de importancia cuando hay que decidir la utilización de los mismos para el desarrollo de las investigaciones.

Introducción

El agua es un recurso indispensable no sólo para el desarrollo de las actividades de la vida moderna [1, 2], sino para la existencia de la vida en general [3]. Es tal su importancia que, debido a su carencia, muchos países atraviesan por crisis sociales y económicas que detienen su desarrollo [4, 5] y además ponen en riesgo la salud de sus habitantes y el equilibrio de sus ecosistemas naturales [6, 7]. Tales problemas están relacionados en mayor o menos medida, con el creciente incremento poblacional, que ejerce una presión cada vez mayor sobre este recurso y lo impacta en formas muy variadas a través de las diversas actividades del género humano [8].

Actualmente, en el ámbito de la investigación, encontramos una evidente preocupación por el cuidado y uso racional del agua, que se ve reflejada en el constante surgimiento de proyectos de investigación relacionados con dicho recurso, cuyas perspectivas proponen desde aspectos de prevención de los problemas asociados a ella, hasta la restauración de sus características y ciclos naturales, pasando por la optimización en su utilización [6, 8, 9, 10].

Algunas de estas investigaciones centran su atención en determinar la calidad del agua a través de la detección y cuantificación de los elementos y sustancias presentes en dicho medio [11, 12, 13], pues la información recabada por tal aproximación es necesaria para tomar decisiones apegadas a las circunstancias específicas y brindar los elementos necesarios para el consecuente proceso de planeación sobre dicho recurso, ya sea de carácter restaurativo o de utilidad específica [14, 15].

La investigación de estas y otras características exige no sólo diferentes enfoques, sino también, el desarrollo de herramientas capaces de detectar las sustancias identificadas como potencialmente peligrosas [13] y aquellas cuyos efectos nocivos están siendo actualmente descubiertos [16].

Es así, la intensión de este documento en brindar un panorama de los sensores existentes utilizados en la determinación de las características físicas, químicas y biológicas del agua, que sirva de apoyo en la selección de los mismos durante la planeación de las investigaciones relacionadas a este recurso.

I. Clasificación de Sensores para el Agua

Los sensores utilizados para medir alguna característica del agua, pueden ser clasificados de diversas maneras [17]. A continuación, presentamos nuestra propuesta de clasificación, basada en las características que consideramos más recurrentes, para determinar los sensores a utilizar en nuestros propios proyectos de investigación.

Clasificación de acuerdo a su constitución y funcionamiento

Esta clasificación toma en cuenta el mecanismo que los sensores utilizan para realizar la detección y la medición de alguna (s) de las características del agua, entre ellos podemos encontrar:

Figura 1. Esquema general de un microelectrodo de fosfato (o sensor electroquímico de fosfato). [17]

Figura 2. Diagrama esquemático de un biosensor. [17]

Clasificación de acuerdo al contacto que mantienen con el agua

Podría pensarse que, al ser sensores para el agua, necesariamente deben tener contacto con ella, sin embargo, no siempre se toma en cuenta que el tipo de contacto depende también de lo que de ella se pretenda medir. Así, encontramos sensores sumergibles a profundidades que rebasan incluso las dos atmósferas de presión, sensores que requieren de un contacto superficial con ella e incluso de sensores en pleno desarrollo que serán capaces de detectar las sustancias que hay en el agua sin siquiera tocarla.

Sensores sumergibles Sensores de contacto Sensores a distancia
	Figura 3. Sensor y analizadores sumergibles Contros. [18]

Clasificación de acuerdo a las sustancias que evalúan

En este grupo se encuentran tanto los sensores que se pueden conseguir de manera individual para detectar una sustancia, elemento específico o característica físico-química, así como las sondas, que son dispositivos que incluyen diferentes sensores integrados en una misma estructura.

Dentro de los sensores individuales tenemos los siguientes [19,]:

Dentro de las sondas, encontramos aquellas que miden parámetros comunes (temperatura, conductividad, pH) más otras características físico-químicas como la turbiedad y la colorimetría del agua, característica que puede estar también relacionada a la presencia de organismos vivos como algas, protozoarios o bacterias. La mayoría de estossensores pertenecen a la categoría de sensores electroquímicos.

Figura 4. Sensor de pH.		Figura 5. Sensor de oxígeno disuelto.

II. Discusión

Es importante reconocer que tanto el mecanismo, como la precisión de los sensores determinan en gran medida el precio que estos alcanzan, sin embargo, en diversas investigaciones se ha buscado que esto no necesariamente sea así, al menos con respecto a la precisión. Se puede encontrar así, sensores de bajo costo que reportan una precisión aceptable y en algunos casos muy similar incluso a las pruebas de laboratorio aplicadas sobre muestras similares de agua, y también se encuentran sensores altamente especializados y comercializados por empresas muy específicas que alcanzan precios de alrededor de los miles de dólares.

La elección de los sensores adecuados da a la investigación realizada, la robustez necesaria para que los datos recabados puedan ser utilizados con la confianza de su certidumbre. Es por ello que utilizar sensores que pueden ser inadecuados (de acuerdo al planteamiento de nuestro problema), impacta en el replanteamiento de las investigaciones y en el mejor de los casos promueve la creación de nuevos tipos de sensores debido a la incapacidad que tienen los actuales para determinar sustancias o cantidades muy especiales. Conocer la diversidad de los sensores existentes nos brinda de antemano una idea muy general de las aplicaciones que pueden surgir a partir de su uso.

III. Conclusiones

Resulta evidente que el objetivo de las investigaciones y los recursos asignados a las mismas, determinan en gran medida la selección de los dispositivos que se utilizarán. Sin embargo, también consideramos que la ingeniería en la resolución de problemas es una de las habilidades que más se desarrollan cuando los recursos económicos no permiten la adquisición de equipos costosos. Creemos que esta revisión apoya no sólo en la divulgación de los tipos de sensores que existen para determinar las características del agua, sino también da pauta para que los estudiantes e investigadores interesados exploren nuevos nichos en el desarrollo de esta tecnología.

Referencias