¿Cómo calcular la conductividad eléctrica a partir de TDS?

¿Sabías que el Mar Muerto tiene 200,000 km²?000 µ¿Conductividad eléctrica (CE) S/cm? Es la masa de agua natural más conductiva del mundo. La salinidad del Mar Muerto supera el 34%. Las sales del Mar Muerto provocan altos niveles de sólidos disueltos totales (TDS) y conductividad eléctrica (CE), estableciéndose una estrecha relación entre ellos. Este artículo explorará cómo se relacionan estos términos y cómo los sensores de conductividad eléctrica pueden calcularlos.

Nuestro objetivo es desarrollar una comprensión profunda de CE y TDS, parámetros críticos para todas las principales industrias que utilizan agua en sus procesos. La medición de CE y TDS en un entorno industrial requiere una estimación rápida que proporcione resultados más cercanos a los valores reales. Sensores CE Ofrecemos un método confiable y rápido para calcularlos. Por el contrario, los métodos de mayor precisión y exactitud son tediosos y consumen mucho tiempo. Este artículo explorará todas nuestras opciones para calcular la conductividad eléctrica a partir de TDS y viceversa, comenzando con cómo la CE representa la calidad del agua.

1. Relación de la calidad del agua con la conductividad eléctrica

El agua es un elemento vital para los seres vivos y un material vital para las industrias. Los mecanismos humanos y de la Tierra giran en torno al agua. Es una fuente de hidratación para todos los organismos vivos y un disolvente universal igualmente crucial para los procesos químicos.

Considerando la amplia gama de usos del agua, la definición de calidad del agua cambia según la aplicación. Si bien es seguro para los humanos consumir entre 100 y 500 ppm de agua, en la fabricación de chips se utiliza 1 ppm controlada con precisión mediante sensores EC, lo que la hace apenas conductora. El artículo explicará por qué la fabricación de chips requiere agua con una CE tan baja. Primero necesitamos entender las definiciones básicas.

1.1. Comprensión de los sólidos disueltos totales (TDS)

TDS es un término que es más relevante para el agua para los organismos vivos. Organizaciones como la OMS ofrecen directrices completas sobre agua potable segura para los seres humanos. De manera similar, utilizando sensores de conductividad eléctrica Aproximar los TDS en aplicaciones industriales es fundamental para garantizar un funcionamiento seguro y evitar la formación de incrustaciones o corrosión.

1.1.1. Definición y composición de TDS

TDS representa la cantidad de sólidos orgánicos e inorgánicos en el agua. Estos pueden ser minerales, sales, metales y otros iones. El TDS se expresa en miligramos por litro (mg/L) o ppm (partes por millón).

Un sensor de conductividad eléctrica puede proporcionar TDS utilizando una fórmula de conversión. Sin embargo, la fórmula cambia según el tipo de líquido, por lo que se requiere una evaluación cuidadosa del líquido. Un método más preciso y exacto es evaporar el agua de una muestra de 0,1 litros y pesar los minerales residuales que quedan en la superficie.

1 .1.2. Fuentes de TDS en el agua

Existen diversas fuentes de TDS en el agua. Algunos ocurren de forma natural, mientras que otros son resultado de la contaminación industrial o de procesos. Aquí están sus detalles.:

• Escorrentía urbana: Durante la temporada de lluvias, el agua que inunda las ciudades puede contener productos derivados del petróleo, fertilizantes, pesticidas, metales, sales y más. Estos contribuyen al aumento del TDS en el agua.
• Aguas residuales industriales: Los procesos industriales pueden requerir la adición de productos químicos que pueden aumentar los TDS del agua. Por ejemplo, los tintes sintéticos, los metales pesados, las sales, los sólidos suspendidos, los ácidos, los álcalis y las microfibras pueden aumentar los TDS del agua en las aguas residuales de las fábricas de ropa.
• Tubería: En plomería, los herrajes, incluidas las tuberías y accesorios, pueden contribuir al aumento de los niveles de TDS, especialmente las tuberías de metal, que pueden agregar óxidos metálicos debido a la naturaleza corrosiva del agua.
• Agua de mar: El agua de mar es una vasta masa de agua con un alto contenido de sal. El nivel promedio del agua de mar es de 35.000 ppm de TDS.
• Riego y agricultura: Los fertilizantes y pesticidas pueden agregar nitratos y fosfatos, comunes en las tierras agrícolas. Algunos sistemas de riego pueden utilizar agua de pozo, lo que puede aumentar el contenido de sal del campo, contribuyendo así al aumento del TDS del agua.

1 .2. Explicación de la conductividad eléctrica (CE)

La CE también cambia a medida que cambia el número de sólidos inorgánicos u orgánicos en el agua. Un mayor contenido de sólidos, como metales, sales e iones, puede contribuir al aumento de la CE, lo que lo convierte en un método confiable para evaluar la calidad del agua.

1 .2.1. Definición y medición de CE

La conductividad eléctrica es la capacidad de un material para conducir electricidad. Está escrito en microSiemens por metro (mS/m). Los materiales que pueden pasar electricidad se llaman conductores. El agua, en su forma más pura, no es un conductor. Sin embargo, la adición de sólidos disueltos lo hace conductor.

La conductividad eléctrica se puede medir utilizando sensores CE, que pueden ser portátiles o instalados en una línea para una medición continua. Estos sensores pueden tener electrodos separados por 1 cm y pasar pequeñas corrientes a través del líquido. El medidor mide la resistencia entre las sondas, que está directamente relacionada con la conductividad del líquido.

1 .2.2. Factores que afectan la CE

El sensor de conductividad eléctrica puede proporcionar valores variables dependiendo de la condición del líquido. Las moléculas y su comportamiento pueden cambiar debido a variaciones en las propiedades químicas y físicas. A continuación se presentan algunos factores que pueden afectar la CE::

• Temperatura: A medida que aumenta la temperatura de un líquido, como el agua, aumenta la conductividad eléctrica. La tasa de aumento es del 2% anual. °C. Por lo tanto, los sensores CE o los programas de control incorporan compensación de temperatura para obtener lecturas precisas.
• Concentración de iones: La CE puede aumentar si la concentración de iones aumenta debido a los factores mencionados. Algunos ejemplos son la presencia de Na⁺, Cl⁻, Ca²⁺, Mg²⁺, y SO₄²⁻ en agua.
• Materia orgánica: Agregar aceite y sustancias orgánicas al agua puede disminuir su CE, ya que estos materiales no son conductores.
• Efectos geológicos: El agua que pasa a través de piedra caliza y rocas puede recoger calcio y bicarbonato, modificando su CE.
• Limitaciones del instrumento: La polarización y la interferencia de la sonda también pueden afectar el valor de CE. La instrumentación moderna elimina imprecisiones mediante el uso de métodos de conversión de frecuencia.

1.3. Correlación entre TDS y CE

El tema central de nuestro artículo es que TDS y EC están estrechamente relacionados. Estos términos son convertibles utilizando una fórmula simple. Sin embargo, el factor de conversión puede cambiar dependiendo de varios factores.

1 .3.1. La relación directa: más iones, mayor CE y TDS

Es posible que haya establecido una relación directa entre EC y TDS. A medida que aumenta la conductividad eléctrica, el TDS también aumenta. En casos como aguas residuales y escorrentía urbana, la materia orgánica puede aumentar los TDS mientras que la CE comienza a disminuir. En la mayoría de los entornos industriales, la adición de sólidos está controlada; por lo tanto, la correlación también está bien establecida para obtener resultados precisos.

1 .3.2. Limitaciones de la correlación (tipo de agua, tipos de iones)

Antes de profundizar en la correlación entre TDS y EC, es vital comprender sus limitaciones. La correlación puede proporcionar resultados rápidos y precisos si las limitaciones no suponen una amenaza de error.

• Factor de conversión: El factor de conversión cambiará según la presencia de iones en el agua. Por lo tanto, la correlación no es simplemente la multiplicación o división por el mismo número para todos los casos.
• No todos los sólidos conducen la electricidad: Los sólidos disolubles como azúcares, alcoholes, aceites y materia orgánica pueden aumentar los TDS pero pueden provocar que la CE disminuya. Por lo tanto, la correlación es válida para escenarios fijos.
• La temperatura afecta la CE pero no el TDS: A medida que aumenta la temperatura de un líquido o del agua, la CE aumentará, pero el TDS permanecerá igual, ya que no se agregan sólidos al líquido.
• Tipos de iones: La presencia de diferentes tipos de sólidos puede tener efectos variables en la CE. Algunos iones pueden afectar al CE más que otros.
• Salinidad y TDS: El TDS equivale a la salinidad en agua limpia, ya que las sales son los únicos sólidos. Sin embargo, en agua contaminada, la presencia de sólidos orgánicos puede cambiar los valores de salinidad y TDS.
• Los sólidos suspendidos no cambian la CE: Los sólidos suspendidos, como sedimentos, arcilla y plásticos, aumentan la presencia de sólidos pero no afectan la CE, invalidando así la correlación.

2 . ¿Cómo calcular la conductividad eléctrica a partir de TDS?

2 .1. El factor de conversión

La conversión de TDS a conductividad eléctrica requiere un factor de conversión. Como comentamos anteriormente, esta fórmula tiene limitaciones. La relación sigue siendo válida si la conductividad eléctrica y el TDS están directamente relacionados. Sin embargo, todavía necesitamos tener una idea aproximada de la naturaleza del agua.

2 .1.1. Comprensión del factor K (valores típicos)

El factor K en la fórmula de conversión utiliza la naturaleza directamente proporcional de CE y TDS. La mayoría de los medidores TDS son sensores CE que verifican la conductividad eléctrica del líquido y aplican una fórmula de conversión para dar el resultado en ppm o ml/g.

2 .1.2. Variaciones del factor K según el tipo de agua

El valor del factor K cambia según el tipo de agua. A continuación se muestran algunos ejemplos.:

• Agua de mar (~0,5 K) → Más NaCl conduce la electricidad de manera eficiente.
• Agua subterránea (~0,65 K) → Incluye Ca y Mg, que se conducen de forma menos eficiente.
• Agua pura (~0,7 K) → Menos sales, más bicarbonatos y materia orgánica.

2 .2. La fórmula

EC (µS/cm) = TDS (ppm) / Factor de conversión (K)

La fórmula simplemente divide TDS por un factor de conversión, lo que da como resultado CE. La mayoría de los sensores CE tienen esta fórmula incorporada en su hardware o software. El software puede ajustar el factor de conversión en función de los valores de otros sensores para obtener valores más precisos.

2.3. Consideraciones para un cálculo preciso

Como mencionamos anteriormente, algunos factores pueden afectar la conversión. Debemos asegurar una compensación adecuada de las lecturas del sensor de conductividad eléctrica para un cálculo preciso. Estos son los dos factores principales que pueden afectar la precisión:

2 .3.1. Compensación de temperatura

La conductividad eléctrica aumenta a medida que aumenta la temperatura, mientras que el TDS permanece igual. En este caso, el valor del factor de conversión (K) debe disminuir para garantizar que la relación entre TDS y CE sea precisa.

2 .3.2. Calibración de instrumentos de medición

Los sensores de conductores eléctricos requieren calibración. Cada fabricante puede utilizar diferentes frecuencias de calibración, o el usuario puede establecer una frecuencia él mismo para garantizar la precisión de los resultados. La calibración se puede realizar utilizando diferentes lotes de solución estándar con conductividad eléctrica variable y TDS conocido. Verificará el rendimiento y permitirá calibrar el equipo. El sensor CE debe dar el mismo valor que la CE de la solución conocida.

3 . Proceso de cálculo

3 .1. Medición de la conductividad eléctrica

El primer paso para calcular la conductividad eléctrica a partir de TDS es medir la CE utilizando cualquiera de los dos métodos.:

3 .1.1. Uso de un medidor de CE

Los medidores de CE pueden ser de grado industrial o de uso doméstico. Dependiendo del diseño, estos medidores pueden tener una sonda desmontable o incorporada. Proporcionan valores directos con una pantalla incorporada. La mezcla debe estar bien mezclada y la muestra debe representar todo el lote. Simplemente inserte la sonda y siga el manual de instrucciones del sensor CE para obtener los resultados.

3.1.2. Uso de un sensor de conductividad eléctrica en línea

Un sensor de conductividad eléctrica en línea Es la forma más rápida y eficiente de monitorizar y controlar un proceso. Los sensores CE más modernos están compensados ​​​​de temperatura y utilizan el método de conversión de frecuencia para obtener resultados precisos. También consideran la polarización de los electrodos y la interferencia externa que pueden afectar las lecturas. Sus salidas son generalmente señales analógicas (4-20 mA) o digitales (RS485) con un rango de detección de 0–200,000 µMedidas corporales: Una sola sonda puede proporcionar CE, salinidad y TDS. Son ideales para plantas de proceso, tratamiento de aguas residuales, plantas de purificación de agua o cualquier otra industria que requiera monitoreo y control en línea.

3 .2. Selección del factor de conversión adecuado

Como se mencionó anteriormente, seleccionar el factor de conversión apropiado garantiza resultados precisos. Estos son los factores a considerar:

3 .2.1. Determinación del tipo de agua y la composición iónica

Determinar el tipo de agua, si agua de mar, agua subterránea o agua pura. Utilice el factor de conversión adecuado según la observación.

3 .2.2. Consulta de tablas y directrices de referencia

Consulte la siguiente tabla para conocer el factor de conversión adecuado.:

3 .3. Realización del cálculo e interpretación

Finalmente, puedes aplicar la fórmula para obtener el TDS o CE requerido. Si su sensor CE proporciona conductividad, conviértalo en TDS; en otro caso, si su medidor de TDS proporciona ppm, puede convertirlo fácilmente en µMedidas corporales:

4 . Usos del sensor de conductividad eléctrica/EC

4 .1. Monitoreo de la calidad del agua

4 .1.1. Evaluación de la calidad del agua potable

Los valores de CE y TDS deben medirse para garantizar la seguridad del agua potable. La OMS recomienda un TDS de 300 partes por millón (ppm) y un nivel de conductividad eléctrica (CE) de menos de 400 micro Siemens por centímetro (µS/cm).

4 .1.2. Monitoreo de aguas residuales industriales

Los desechos industriales pueden contener contaminantes que pueden resultar peligrosos para los seres vivos. El monitoreo en línea puede ayudar a abordar de frente la entrada de contaminantes. En industrias como la de la ropa y la minería, el monitoreo en línea mediante sensores EC es un requisito esencial.

4 .1.3. Monitoreo ambiental (ríos, lagos)

En el caso de lagos y ríos, que se convierten en el consumo de agua para los seres vivos, monitorear su CE y TDS puede brindar información útil. Para garantizar que el agua sea segura para el consumo es necesario realizar mediciones que los sensores CE pueden realizar con rapidez y precisión. Sin embargo, todavía debemos considerar los criterios de selección del factor de conversión.

4 .2. Agricultura e hidroponía

4 .2.1. Manejo de la solución nutritiva

En la agricultura, monitorear los nutrientes en una solución para mejorar el crecimiento de las plantas puede tener beneficios financieros y de salud. El uso de TDS y EC para garantizar la mezcla adecuada de nutrientes para las tierras agrícolas puede generar altos rendimientos. Los sensores y medidores CE pueden ayudar a gestionarlos de manera efectiva.

4 .2.2. Medición de la salinidad del suelo

La salinidad del suelo se mide utilizando un medidor de salinidad, una parte inherente de los sensores CE. El método moderno de conversión de frecuencia permite que el sensor CE detecte TDS, CE y salinidad modificando ligeramente los métodos de cálculo y las fórmulas.

4 .3. Aplicaciones industriales

4 .3.1. Monitoreo del agua de la caldera

Las calderas utilizadas en las operaciones de plantas de energía industriales necesitan un suministro de agua de alta calidad. Los solventes altamente disueltos pueden provocar la formación de babosas, lo que dificulta la eficiencia y la vida útil de la caldera. Por lo tanto, los sensores CE en la línea de agua de alimentación son fundamentales para monitorear la salud de la planta.

4 .3.2. Control de procesos químicos

Industrias como la textil, la de teñido, la de bebidas consumibles y la de salsas para mojar necesitan medidores de CE y TDS para monitorear sus procesos en curso. Cualquier cambio en la CE y el TDS puede generar variaciones en la producción, lo que genera un alto nivel de desperdicio y un funcionamiento ineficiente.

Palabras finales: Cálculo de CE a partir de TDS utilizando sensores de CE

Para calcular la conductividad eléctrica (CE) y los sólidos disueltos totales (TDS) se requiere un medidor de CE o un sensor de CE en línea. El valor que produce se puede convertir en TDS y viceversa. Sin embargo, el usuario debe incorporar todos los factores que pueden afectar el factor de conversión dentro de la fórmula. Factores como la temperatura, el ion, el tipo de sólido, el tipo de agua, la materia orgánica, etc., son vitales a considerar antes de hacer cualquier aproximación. Finalmente, después de incluir y comprender todos los factores, el usuario puede utilizar la fórmula de forma segura para obtener la conversión deseada de CE a TDS utilizando un sensor de CE simple.

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