Oxígeno Disuelto: Su Medición

En este artículo vamos a ver cómo los sensores miden oxígeno disuelto (DO, de Dissolved Oxygen en inglés). Además, vamos a hablar del rango (partes por billón vs. partes por millón) en el cual debemos poder medir en distintos momentos del proceso de elaboración y de paso vamos a ver que los equipos de medición de bajo precio no nos sirven para medir niveles de oxígeno post fermentación.

Medición de Oxígeno Disuelto

Entonces, empecemos por lo primero: ¿qué es el oxígeno disuelto y cómo se mide? El oxígeno disuelto no es ni más ni menos que a la cantidad de oxígeno libre (es decir como el gas O2 y no oxígeno enlazado a otro compuesto) en un líquido. Hasta ahí, simple.

Próxima paso: ¿cómo lo medimos? Hay dos tipos de sensores: los que miden por polarografía y los que miden por principios ópticos. Si bien ambos funcionan por principios diferentes, en ambos casos consisten de una cámara con algún instrumento de medición que está aislado de la muestra por una membrana que es semi-permeable (al oxígeno).

En el caso de los que miden por polarografía, lo que ocurre es que el oxígeno que pasa a través de la membrana es consumido en una reacción (dictada por los electrodos presentes en la cámara) que genera una cierta corriente de forma proporcional a la cantidad de oxígeno utilizado. Además, la tasa de difusión de oxígeno a través de la membrana está vinculada con la cantidad de oxígeno presente en la muestra y por lo tanto podemos vincular la medición eléctrica con la cantidad de oxígeno presente en la muestra. Una cuestión importante a notar: el hecho de que el oxígeno sea consumido implica que para obtener una lectura estable es necesario que muestra «fresca» (es decir, que no interactuó) sea presentada de forma constante a la membrana durante el proceso de medición. Es decir, la membrana debe estar expuesta durante el proceso de medición a un flujo de la muestra.

En el caso de los sensores que miden por propiedades ópticas, lo que ocurre es que en lugar de una reacción química que produce una corriente (que es medida), en la cámara (es decir del otro lado de la membrana) hay un gel con un colorante que emite luz al ser estimulado por luz azúl, un diodo que emite la luz azúl y un fotodetector que mide la luz emitida. La intensidad y duración de la luz emitida son proporcionales, inversamente, a la concentración de oxígeno (que atravesó la membrana). Dado que el principio de medición no consume el oxígeno siendo medido no es necesario que la membrana «vea» muestra «fresca», como en el caso anterior.

¿ppm o ppb?

En el proceso de elaboración de cerveza hay tres puntos donde es necesario medir la cantidad de oxígeno disuelto: al oxigenar (o airear) el mosto, post-fermentación justo antes del empaquetado y en el envase. Los instrumentos de medición para poder medir la cantidad de oxígeno disuelto en el envase van a quedar pendientes para un futuro artículo, por el momento nos concentraremos en los primeros dos casos.

Durante la oxigenación del mosto es necesario lograr 8-10 ppm de oxígeno disuelto (dependiendo de la cepa y gravedad del mosto) (White & Zainasheff, 2010). Para el caso de envasado, se busca estar debajo de 40-50 ppb (es decir 0.04-0.05 ppm) post fermentación justo antes del envasado (o sea si se usa BBT se mediría allí o se filtra sería post-filtrado).

Recomendaciones Generales de Uso de un Sensor de Oxígeno Disuelto

Más allá de la obviedad, que hay que decir y hacer que es leer el manual del fabricante (les juro que el fabricante conoce mejor su producto que cualquier integrante de un foro, grupo de WhatsApp o similar), hay que considerar lo siguiente:

  • Diseñar el protocolo de muestreo considerando si es o no necesario un flujo de muestra sobre la membrana y de tal forma que se evite la incorporación de oxígeno del aire.
  • Utilizar un sensor que se encuentre en el rango de trabajo, con la precisión suficiente y con un margen de error adecuado según la muestra a medir.
  • Calibrar el sensor (siguiendo las indicaciones del fabricante).
  • Realizar las tareas de mantenimiento (siguiendo las indicaciones del fabricante); depende de cómo se realice la medición puede ser que ciertas partes sufran desgaste y entonces deban ser reemplazadas o limpiadas de una forma particular.

Sensores de Oxígeno Disuelto

A continuación vamos a hablar de varios medidores de oxígeno disuelto que se consiguen a un precio accesible para algunas microcervecerías y veremos que NO son apropiados para medir pre-envasado; sólo sirven para validar nuestros niveles de oxigenación del mosto.

Marca y modeloRango de mediciónResoluciónPrecisión
Milwaukee MW6000.0 a 19.9 ppm0.1 ppm±1.5% Full Scale
Hanna HI 91460.00 a 45.00 ppm0.01 ppm±1.5% F.S. ±digit (la mayor)

Empecemos por el Milwaukee: mide hasta 20 ppm, pero con una resolución de 0.1ppm, es decir 100 ppb, o sea que lo mínimo que podría medir es 100 ppb (y eso sin considerar el margen de error), o sea que no nos sirve para medir post-fermentación para el envasado.

Ahora veamos el de Hanna. Tiene mejor resolución, 0.01 ppm es decir 10 ppb. Ergo, en teoría nos permite medir en el rango que nos interesa (0-50 ppb). Ahora, ¿qué quiere decir ese error, 1.5% F.S.? F.S. viene de escala completa (Full Scale en inglés) y nos indica que el margen de error es 1.5% de la escala, es decir en este caso 1.5 % de 45 (45-0) , o sea .675 ppm, que equivale a 675 ppb. O sea que podría decirnos que tenemos 0.01 ppm, en cuyo caso estaríamos contentos, pero en realidad ser más de 600 ppb… Ergo, tampoco nos sirve para medir pre-envasado. Es importante notar que cualquier instrumento cuyo error se mide en full scale va a ser más preciso hacia el extremo de la escala, en este caso por ejemplo en 45 ppm el error al medir es que podríamos estar entre 44 y 46 ppm (redondeando), e irse volviendo más impreciso hacia el inicio de la escala (dónde el % FS representa un % mayor de la medición).

La pregunta es qué alternativas nos quedan. Tristemente los únicos sensores diseñados para medir en el rango necesario post-fermentación son instrumentos caros (varios miles de USD), como el Anton-Paar OxyQC o el Beverly Portable DO Meter… y por ende fuera del alcance de la mayoría de las microcervecerías.

Moraleja

Ojo con que instrumento usamos para tomar una medición, no sólo basta saber utilizarlo sino cerciorarse que es apropiado para la medición que estamos realizando. Una medida que no es representativa nos puede dar una falsa confianza o llevarlos a ajustar nuestros procesos en base a información equívoca.

Referencias

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