PROTOCOLO CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

Calidad de Agua

Protocolo de Prctica: Conductividad elctrica

Catedrtico

PhD. Guadalupe Hernndez Eugenio

Presenta:

Barrales Fernndez Christell

Corts Soriano Isa

Lucas Jacobo Jetzahel

Torrez Lpez Osmar

Chapingo, Edo. Mex., a 18 de noviembre de 2015

P o s t g r a d o e n I n g e n i e r a A g r c o l a y U s o

I n t e g r a l d e l A g u a

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PROTOCOLO CONDUCTIVIDAD ELCTRICA

Introduccin

El agua es un recurso indispensable para las actividades humanas, para el

desarrollo econmico y el bienestar social. En promedio se necesitan 3.000 L de

agua por persona para generar los productos necesarios para la alimentacin diaria.

Aunque la irrigacin para fines agrcolas representa apenas 10% del agua usada,

sta es la actividad de mayor consumo de agua dulce del planeta (FAO y FIDA,

2006).

El crecimiento acelerado de la poblacin, especialmente en pases en va de

desarrollo; la contaminacin de los cuerpos de agua superficial y subterrnea; la

distribucin desigual del recurso hdrico y los graves perodos secos; han forzado a

buscar nuevas fuentes de abastecimiento de agua, considerndose a las aguas

residuales una fuente adicional para satisfacer la demanda del recurso. Sin

embargo, el uso de agua residual puede presentar riegos por la presencia de

agentes contaminantes biolgicos, qumicos y fsicos (Nabulo et al., 2008).

La preservacin del medio ambiente se favorece al evitar el vertimiento directo de

las aguas residuales o al reducir los costos de su tratamiento, conservando la

calidad del agua y la recarga de los acuferos de aguas subterrneas (Moscoso,

1993; Cepis, 2004). Por esta razn se debe realizar un anlisis exhaustivo del agua

residual, identificando su procedencia y la determinacin de los parmetros

fisicoqumicos, biolgicos y microbiolgicos.

Uno de esos parmetros es la conductividad elctrica, la cual es una expresin

numrica de la capacidad de una solucin para transportar una corriente elctrica.

Esta capacidad depende de la presencia de iones, de su concentracin total, de su

movilidad, valencia e concentraciones relativas, as como la temperatura de

medicin (NMX-AA-093-SCFI-2000, 2000).

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Objetivo

Comprobar la relacin entre el contenido de slidos inicos disueltos y la capacidad

de conducir la electricidad.

Fundamento terico

Conductividad elctrica

La conductividad elctrica se define como la capacidad que tienen las sales

inorgnicas en solucin (electrolitos) para conducir la corriente elctrica. Los iones

cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente, y la cantidad

conducida depender del nmero de iones presentes y de su movilidad (Rosn,

2006).

Para su determinacin se hace referencia a la Norma Oficial Mexicana NMX-AA-

093-SCFI-2000, cuyo mtodo se basa en la propiedad que adquiere el agua de

conducir la corriente elctrica cuando tiene iones disueltos.

La conduccin de la corriente elctrica en agua, puede explicarse por medio de la

disociacin electroltica. Cuando se disuelve en agua un cido, una base o una sal,

una porcin se disocia en iones positivos y otra en negativos.

+ +

Los iones se mueven independientemente y se dirigen a los electrodos de carga

opuesta mediante la aplicacin de un campo elctrico.

La cantidad de molculas que se han disociado depende de la concentracin de la

solucin. Las soluciones, al igual que los conductores metlicos obedecen a la Ley

de Ohm, excepto en voltajes muy elevados y corrientes de frecuencia muy alta.

Si en una solucin electroltica se colocan dos electrodos de rea A separados por

una distancia d, y se aplica un campo elctrico E, la diferencia de potencial V entre

los electrodos ser proporcional a la distancia d y al campo elctrico E.

= (1)

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donde:

V es la diferencia de potencial entre los electrodos en volts;

E es el campo elctrico aplicado en amperes, y

D es la distancia de separacin entre las placas en cm.

La conductancia especfica o conductividad es inversamente proporcional a la

resistencia elctrica y est definida por la relacin:

=

(2)

donde:

J es la densidad de corriente, y

E es la carga elctrica.

La densidad de corriente J se define a su vez por la ecuacin:

=

(3)

donde:

I es la intensidad de corriente, y

A es el rea.

Combinando las ecuaciones (1), (2), y (3) se obtiene que la diferencia de potencial

V es:

=

(4)

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Al valor d/ A se le conoce como la resistencia que presenta la disolucin al paso

de la corriente y se denota por la letra R.

=

(5)

Por lo que la ecuacin (4) se transforma en la ley de Ohm.

=

(6)

De la ecuacin (5) se obtiene que las unidades de la conductancia especfica son:

=

=

2=

1

=

(7)

La ecuacin anterior permite el clculo de la conductancia especfica de la

disolucin conociendo su resistencia y las dimensiones de la celda de

conductividad.

Se define como constante K de la celda de conductividad a la relacin existente

entre la distancia de los electrodos d, y su rea A

=

(8)

Por lo que la frmula de conductividad est dada por:

=

(9)

Una vez medida la resistencia de la solucin o su inverso la conductividad y

conociendo la constante de la celda se conoce la conductancia especfica de la

solucin .

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Sensores de celdas de dos o ms electrodos

El sistema amperimtrico diseado por Neil Brown en 1974 consiste en dos cables

paralelos de platino espaciados unos pocos milmetros de diferencia (Hill et al.,

1988). En estos conductores se aplica una diferencia de potencial conocida y se

mide la corriente que pasa a travs de ellos. Finalmente se calcula la resistencia

segn la ley de Ohm (Lawson, et al., 2001). La resistencia, sin embargo, depende

de la distancia entre los dos electrodos y sus superficies, las cuales pueden variar

debido a posibles depsitos de sales u otros materiales (electrlisis).

Por esta razn, se recomienda limitar el uso del sistema amperimtrico para

soluciones con baja concentracin de slidos disueltos (Brown, 2005). En la prctica

no se mide la conductividad entre electrodos de igual geometra sino con electrodos

de diferente tamao, rectangulares o cilndricos, porque al hacer la medicin, en

lugar de la conductividad, se mide la conductancia.

Brown describe principalmente dos fuentes de errores en este dispositivo. La

primera debido a la mayor sensibilidad de los electrodos en los extremos, esto hace

que el electrodo no presente una distribucin de corriente uniforme, lo que implica

una frecuente calibracin y limpieza de los electrodos. La segunda fuente es la

contaminacin de los electrodos por sustancias que se adhieren a ellos, en su

mayora no conductoras, lo que aumenta el dimetro y asla el electrodo,

produciendo errores en la conductividad medida (Brown, 1988).

Materiales, equipo y reactivos

Los reactivos que a continuacin se mencionan deben ser grado analtico a menos

que se especifique otra cosa.

Antes de preparar las disoluciones patrn el agua debe prepararse como a

continuacin se indica: hervir el agua bidestilada o desionizada durante 15 min y

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enfriarla en condiciones de proteccin contra la redisolucin de CO2 atmosfrico.

Minimizar el contacto con la atmsfera.

- Agua: Debe entenderse agua que cumpla con las siguientes caractersticas:

a) Resistividad: megohm-cm a 25C: 0,2 min; b) Conductividad: S /cm a 25C: 5,0

Mx.; c) pH: 5,0 a 8,0;

- Alcohol, 95% Alcohol Etlico, Alcohol Isoproplico, o Alcohol Metlico;

- Agua regia. Mezclar 3 volmenes de cido Clorhdrico concentrado, (HCl, 38%, d=

1,19) con 1 volumen de cido Ntrico concentrado, (HNO3, d= 1,42);

- ter Etlico;

- cido Clorhdrico concentrado (HCl, 38 %, d= 1,19);

- Acido Cloroplatnico (H2PtCl6 6H2O);

- Acetato de Plomo Pb (C2H3O2);

- HCl (1+1). Mezclar 1 volumen de cido Clorhdrico concentrado con 1 volumen de

agua;

- Disolucin de platinizacin. Disolver 1,5 g. de cido Cloroplatnico en 50 mL de

agua conteniendo 0,0125 g de Acetato de Plomo;

- Cloruro de Potasio;

- Cloruro de Sodio;

- Disolucin A, patrn de Cloruro de Potasio 0,1 mol/L: secar el Cloruro de Potasio,

disolver 7,456 g en agua a 25 C y aforar a 1 000mL. La conductividad de la solucin

a 25C es de 1 290 mS/m;

- Disolucin B, patrn de Cloruro de Potasio 0,01mol/L. Diluir 100mL de la disolucin

de 0,1 mol/L con agua a 1 000mL a 25C. La conductividad de la disolucin a 25C

es de 141 mS/m;

- Disolucin C, patrn de Cloruro de Potasio 0,001mol/L. Diluir 100 mL de la

disolucin B con agua a 1 000mL a 25C. La conductividad de la solucin a 25C es

de 14,7 mS/m, y

- Disolucin D, patrn de Cloruro de Sodio 1 000mg/L. Secar a 105 C durante 2 h.

Pesar 1,0000 g de NaCl y disolver en agua a 25 C, aforar a 1 000mL. La

conductividad de la disolucin a 25C es de 199 mS/m.

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TABLA 1.- Conductividad electroltica de disoluciones de Cloruro de Potasio

Concentracin de Cloruro de Potasio (KCl) mol/L

Conductividad electroltica a 25C mS/m

0,000 5 7,4

0,001 14,7

0,005 72

0,01 141

0,02 277

0,05 670

0,1 1 290

0,2 2 480

TABLA 2.- Conductividad electroltica de soluciones de Cloruro de Sodio

Concentracin de Cloruro de Sodio (NaCl) mol/L

Conductividad electroltica a 25C mS/m

0,001 12,4

0,01 118,6

0,1 1 066

0,5 4 665

Equipos y materiales:

Termmetro de 0 a 110 C

Celda de conductividad

Electrodos

Puente de conductividad

Balanza analtica con precisin de 0,1 mg.

Vaso de precipitado 100 mL

Muestreo y almacenamiento

La determinacin de conductividad debe realizarse lo ms pronto posible, en

especial cuando existe la posibilidad de un intercambio de gases tales como Dixido

de Carbono (CO2) y Amonio (NH4+) con la atmsfera, o una posible actividad

biolgica. Si no es posible la determinacin en el sitio de muestreo tomar la muestra

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en un recipiente de polietileno de alta densidad, con sello hermtico, y llenar

completamente el recipiente.

Interferencias

I. Cuando el agua contenga grandes cantidades de material en suspensin es

preferible dejarla sedimentar antes de medir la conductividad con objeto de

disminuir la posibilidad de ensuciar el electrodo de la celda.

II. Evitar que las grasas y aceites cubran el electrodo, porque afectan la

precisin de la lectura.

III. Eliminar las burbujas de aire presentes en la celda de medicin.

IV. La exposicin de muestras a la atmsfera puede causar cambios en la

conductividad/ resistividad, debido a la prdida o ganancia de gases disueltos

(CO2 y NH4). En caso de aguas de bajas concentraciones de materiales

disueltos ionizados. El CO2, normalmente presente en el aire puede

drsticamente cambiar la conductividad/ resistividad del agua pura.

V. El contacto con aire puede evitarse usando celdas en lnea o de flujo

continuo.

Procedimiento

Calibracin:

Calibracin del medidor de conductividad: Si el equipo no se usa frecuentemente,

calibre el instrumento antes de cada determinacin.

a) El instrumento debe ser calibrado con una disolucin patrn de Cloruro de

Potasio (KCl) o de Cloruro de Sodio (NaCl) cuyo valor de conductividad sea

conocido y est cercano al intervalo de la conductividad esperada y de la

amplitud de resistencia del instrumento, cada vez que se cambie de celda,

se platinizen los electrodos o exista alguna causa para dudar de la precisin

de las lecturas.

Nota: Las tablas 1 y 2 muestran concentraciones de disoluciones que pueden ser

usadas como patrones para la calibracin del instrumento.

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b) Enjuagar la celda con porciones de la disolucin patrn antes de realizar la

calibracin para evitar contaminacin por electrolitos.

c) Sumergir la celda en la disolucin patrn, el nivel de la disolucin debe cubrir

los orificios de ventilacin de la celda, agitar la celda verticalmente para

expulsar las burbujas de aire.

d) Seleccionar el rango adecuado de medicin en el instrumento, si la lectura

no es la correspondiente a la disolucin patrn, ajustar con el control de

calibracin hasta que la lectura del instrumento corresponda al valor de la

disolucin.

Determinacin de la constante de celda:

Enjuagar la celda de conductividad al menos con tres porciones de disolucin de

Cloruro de Potasio (KCl) 0,01 M. Ajustar la temperatura de la cuarta porcin a 25C

0,1 C, medir la resistencia y anotar el valor de la temperatura. Calcular la

constante de celda con la siguiente ecuacin:

K = (0,001413) (RKCl) 1 + 0,0191 (t - 25)

donde:

RKCl es la resistencia medida en ohms a 25C;

t es la temperatura observada, C;

0,001413 es la conductividad de la disolucin de KCl en S/cm, y

0,0191 es la constante para correccin de temperatura en C-1.

Medicin de la conductividad

a) La celda deber estar limpia antes de hacer cualquier medicin.

b) La cantidad de la muestra depende del equipo por usar.

c) Determinar la temperatura de la muestra.

d) La celda debe de estar suspendida en la solucin de tal manera, que los

orificios de venteo estn sumergidos. La cmara del electrodo no debe

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tener aire entrampado (esto se logra inclinando ligeramente la celda y

golpeando suavemente los lados).

e) Seleccionar el rango adecuado de medicin en el instrumento, una vez que

se estabilice la lectura, anotar el valor de conductividad.

f) Despus de cada determinacin, retirar la celda de la disolucin y

enjuagarla con agua desionizada.

g) Reportar los resultados como conductancia especfica o conductividad,

mS/m a 25C.

Clculos

Si se cuenta con un conductmetro con compensador de temperatura no se requiere hacer clculos.

Cuando se mide la resistencia de la muestra, la conductividad a 25C es:

=(1106)

1 + 0.0191( 25)

donde:

es la conductividad, S/cm;

K es la constante de celda, cm-1;

Rm es la resistencia medida de la celda, ohms, y

T es la temperatura de medicin, C

Cuando se mide la conductividad de la muestra, dicha conductividad a 25C es:

=(1106)

1 + 0.0191( 25)

donde:

m es la conductividad medida, a t C.

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Referencias bibliogrficas

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