Medidor de conductividad eléctrica

Un medidor de conductividad eléctrica ( medidor de CE ) mide la conductividad eléctrica en una solución . ^[1] Tiene múltiples aplicaciones en investigación e ingeniería, con un uso común en hidroponía , acuicultura , acuaponía y sistemas de agua dulce para monitorear la cantidad de nutrientes, sales o impurezas en el agua.

Los conductímetros de laboratorio comunes emplean un método potenciométrico y cuatro electrodos . A menudo, los electrodos son cilíndricos y están dispuestos de forma concéntrica ^{[ cita requerida ]} . Los electrodos suelen estar hechos de metal platino. Se aplica una corriente alterna al par exterior de los electrodos. Se mide el potencial entre el par interior ^{[ cita requerida ]} . En principio, la conductividad podría determinarse utilizando la distancia entre los electrodos y su área de superficie utilizando la ley de Ohm , pero generalmente, para mayor precisión, se emplea una calibración utilizando electrolitos de conductividad bien conocida.

Las sondas de conductividad industriales suelen emplear un método inductivo, que tiene la ventaja de que el fluido no humedece las partes eléctricas del sensor. En este caso, se utilizan dos bobinas acopladas inductivamente. Una es la bobina de accionamiento que produce un campo magnético y se alimenta con un voltaje conocido con precisión. La otra forma una bobina secundaria de un transformador . El líquido que pasa a través de un canal en el sensor forma una espira en el devanado secundario del transformador. La corriente inducida es la salida del sensor.

Otra forma es utilizar sensores de conductividad de cuatro electrodos fabricados con materiales resistentes a la corrosión. Una ventaja de los sensores de conductividad de cuatro electrodos en comparación con los sensores inductivos es la compensación de escala ^{[ aclaración necesaria ]} y la capacidad de medir conductividades bajas (por debajo de 100 μS/cm) (una característica especialmente importante cuando se mide ácido fluorhídrico cercano al 100%).

La conductividad de una solución depende en gran medida de la temperatura , por lo que es importante utilizar un instrumento con compensación de temperatura o calibrar el instrumento a la misma temperatura que la solución que se está midiendo. A diferencia de los metales, la conductividad de los electrolitos comunes generalmente aumenta con el aumento de la temperatura.

En un rango de temperatura limitado, la forma en que la temperatura afecta la conductividad de una solución se puede modelar linealmente utilizando la siguiente fórmula:

${\displaystyle \sigma _{T}={\sigma _{T_{cal}}[1+\alpha (T-T_{cal})]}}$

dónde

T es la temperatura de la muestra,

T _cal es la temperatura de calibración,

σ _T es la conductividad eléctrica a la temperatura T ,

σ _{T cal} es la conductividad eléctrica a la temperatura de calibración T _cal ,

α es el gradiente de compensación de temperatura de la solución.

El gradiente de compensación de temperatura para la mayoría de las muestras de agua que se encuentran en la naturaleza es de aproximadamente 2 %/°C; sin embargo, puede variar entre 1 y 3 %/°C. Los gradientes de compensación para algunas soluciones de agua comunes se enumeran en la siguiente tabla.

La medición de la conductividad es una herramienta versátil en el control de procesos. La medición es sencilla y rápida, y la mayoría de los sensores avanzados requieren poco mantenimiento. La lectura de conductividad medida se puede utilizar para realizar diversas suposiciones sobre lo que está sucediendo en el proceso. En algunos casos, es posible desarrollar un modelo para calcular la concentración del líquido.

La concentración de líquidos puros se puede calcular midiendo la conductividad y la temperatura. Las curvas preestablecidas para varios ácidos y bases están disponibles comercialmente. Por ejemplo, se puede medir la concentración de ácido fluorhídrico de alta pureza utilizando la medición de concentración basada en la conductividad [Zhejiang Quhua Fluorchemical, China Valmet Concentration 3300]. Una ventaja de la medición de concentración basada en la conductividad y la temperatura es la velocidad superior de la medición en línea en comparación con un analizador en línea.

La medición de la concentración basada en la conductividad tiene limitaciones. La dependencia de la concentración-conductividad de la mayoría de los ácidos y bases no es lineal. La medición basada en la conductividad no puede determinar en qué lado del pico se encuentra la medición y, por lo tanto, la medición solo es posible en una sección lineal de la curva. ^{[ cita requerida ]} Las fábricas de pulpa Kraft utilizan la medición de la concentración basada en la conductividad para controlar las adiciones de álcali en varias etapas de la cocción. La medición de la conductividad no determinará la cantidad específica de componentes alcalinos, pero es una buena indicación de la cantidad de álcali efectivo (NaOH + 1 ⁄ 2 Na ₂ S como NaOH o Na ₂ O) o álcali activo (NaOH + Na ₂ S como NaOH o Na ₂ O) en el licor de cocción. La composición del licor varía entre las diferentes etapas de la cocción. Por lo tanto, es necesario desarrollar una curva específica para cada punto de medición o utilizar productos disponibles comercialmente.

La alta presión y temperatura del proceso de cocción, combinadas con una alta concentración de componentes alcalinos, ejercen una gran presión sobre los sensores de conductividad que se instalan en el proceso. Es necesario tener en cuenta la formación de incrustaciones en los electrodos, ya que de lo contrario la medición de la conductividad se desvía, lo que requiere una mayor calibración y mantenimiento.

• Factor de conductividad
• Salinómetro
• Sólidos disueltos totales
• Medidor de TDS

• Métodos de prueba estándar ASTM D1125-23 para conductividad eléctrica y resistividad del agua
• ASTM D5682
• DIN 55667