Sensor de condutividade para água: como selecionar, instalar e calibrar o RK500-13

1. O que a condutividade mede?

A condutividade (condutividade elétrica, CE) mede a capacidade da água de conduzir corrente elétrica, o que na prática reflete a concentração total de íons dissolvidos. Quanto mais pura a água, menor a quantidade de íons e menor a condutividade; quanto maior a quantidade de sais, ácidos e bases dissolvidos, maior o valor. As unidades comuns são microsiemens por centímetro (µS/cm) e milisiemens por centímetro (mS/cm).

1 mS/cm = 1.000 µS/cm

A condutividade não é uma concentração de poluentes e não indica quais íons estão presentes. O que ela faz é responder rapidamente a mudanças no conteúdo iônico total, razão pela qual funciona como um indicador de alerta primário: descargas industriais ilegais, vazamentos de esgoto, intrusão de água do mar, escoamento de fertilizantes e concentração por evaporação tendem a aparecer na curva de condutividade antes de qualquer outra coisa.

1.1 Condutividade Específica: Por que toda leitura precisa de uma temperatura de referência

A condutividade aumenta com a temperatura da água. A regra geral é de cerca de 2% por °C, e o valor real varia de 2% a 4%, dependendo da composição iônica. Em um lago, a leitura bruta ao meio-dia e antes do amanhecer pode diferir em mais de 5%, portanto, um valor de condutividade sem uma temperatura especificada é difícil de comparar com qualquer outra informação.

A convenção é compensar o valor medido para 25 °C e reportá-lo comocondutância específica, escrito em µS/cm a 25 °C. Ao comparar locais, estações ou anos, confirme se o instrumento aplica a compensação de 25 °C e se o coeficiente de compensação corresponde ao corpo de água.

No modelo RK500-13, os modelos A, B e C aplicam compensação automática de temperatura de 0 a 60 °C; o modelo D abrange de 0 a 100 °C.

1.2 Condutividade, TDS e Salinidade: Conversíveis, não intercambiáveis

Os três estão intimamente relacionados, mas servem a propósitos diferentes:

• TDS (sólidos totais dissolvidos)é reportado em mg/L e geralmente é estimado a partir da condutividade:TDS ≈ CE × 0,55–0,7, com 0,65 como o valor padrão comum. Água com alta salinidade, ou água rica em sulfato de cálcio ou cloreto, pode justificar um fator de 0,8. Para um valor de TDS preciso, utilize o método de evaporação gravimétrica.
• SalinidadeÉ derivado da condutividade e da temperatura por meio de equações empíricas como a PSS-78, normalmente expressa em psu ou ‰. É importante principalmente em estudos oceânicos, estuarinos e de aquicultura.
• CondutividadeÉ a medição direta: a mais rápida para responder e a mais adequada para identificar tendências e alertas.

Um erro comum é tratar a leitura de uma caneta medidora de TDS como condutividade, ou multiplicar a condutividade por 0,5 e chamar o resultado de TDS. Com o coeficiente errado, o erro pode ultrapassar 30%.

1.3 Faixas típicas de condutividade por tipo de água

A tabela abaixo apresenta as faixas de valores mais comuns a 25 °C. Os valores reais variam de acordo com a geologia, a estação do ano, as marés e as fontes de poluição; portanto, use esses valores apenas como estimativas para fins de seleção, nunca como substituto para uma medição no local.

2. Princípio de Medição: Dois Eletrodos, Excitação de Frequência Variável e Antipolarização

O RK500-13 utiliza umcélula de condutividade de dois eletrodoscom ométodo de conversão de frequência, juntamente com um design antipolarização que aborda a fragilidade da polarização em células de dois eletrodos. O material do eletrodo varia conforme o modelo: os tipos A e C utilizam grafite, o tipo B utiliza aço inoxidável 316 e o ​​tipo D utiliza uma construção em 316L/PEEK.

A medição pode ser reduzida a três etapas:

1. Uma tensão de excitação alternada é aplicada aos eletrodos da célula imersos na água.
2. A corrente resultante é medida; sua magnitude depende da concentração de íons na água.
3. A constante da célula e a compensação de temperatura são aplicadas para converter o resultado em condutividade.

Polarizaçãoé o principal problema que uma célula de dois eletrodos precisa gerenciar. Se a excitação não for controlada corretamente, os íons se acumulam perto da superfície do eletrodo e formam uma camada polarizada, a resistência efetiva aumenta e a leitura fica negativa.baixo e à deriva lentamenteAs contramedidas usuais são a alternância de polaridade e a excitação de frequência variável, para que a polarização não tenha tempo de se acumular, combinadas com materiais de eletrodo quimicamente inertes e resistentes à incrustação.

Eletrodos de grafiteOferecem estabilidade química, resistência a ácidos e álcalis, custo moderado e pouca passivação por contaminantes comuns. Combinados com uma carcaça de fibra de nylon, proporcionam isolamento, resistência à corrosão e resistência mecânica. É por isso que os modelos A e C utilizam grafite.

Isolamento galvânicoAborda outro problema de campo: bombas, inversores de frequência e grandes contatores podem injetar interferência de modo comum no circuito de sinal, o que se manifesta como jitter na saída de 4–20 mA. O isolamento interno do sinal reduz substancialmente esse efeito.

Uma ressalva importante: uma célula de dois eletrodos apresenta melhor desempenho em baixas condutividades, especialmente em água ultrapura, enquanto em altas condutividades os efeitos da polarização e da incrustação dos eletrodos aumentam. Os designs de quatro eletrodos e toroidais são mais robustos em amplas faixas de condutividade e em condições de incrustação. É por isso que o RK500-13 é indicado para faixas padrão de até 20 mS/cm, em vez de salmoura.

Regras práticas da indústria: confirme a faixa de valores real consultando a ficha técnica de cada fabricante.

3. Visão geral das especificações do RK500-13

3.1 Diferenças entre os quatro modelos

3.2 Especificações Gerais

Desenhos com todas as dimensões, detalhes da rosca e acessórios de montagem estão disponíveis na ficha técnica:Baixe a ficha técnica do RK500-13 (PDF).

O que significa, na prática, ±1% FS:FS significa escala completa. Uma precisão de ±1% FS é relativa ao limite superior da escala, não à leitura atual. Esse detalhe determina como a escala deve ser escolhida, conforme explicado na próxima seção.

3.3 Limites de Aplicação

• Dentro do intervalo:Água com viscosidade de 0 a 20 mS/cm — água doce, aquicultura, esgoto municipal, água de nascente e água industrial em geral — com A/B/C/D selecionados de acordo com o material e os requisitos de higiene.
• Além do alcance:Água do mar com concentração total (cerca de 50 mS/cm), salmoura e soluções salinas concentradas excedem o limite padrão de 20 mS/cm e ficam fora do escopo de aplicação padrão. O Tipo C suporta faixas personalizadas adicionais sob encomenda, sujeitas à confirmação técnica; sensores de quatro eletrodos ou toroidais são a escolha apropriada quando a aplicação os exige.
• Condições especiais:A manutenção de temperaturas da água acima de 60 °C requer confirmação com a RIKA — o ambiente de medição padrão é de 0 a 60 °C; o modelo D oferece compensação de temperatura até 100 °C, mas não é classificado para operação a 100 °C; eletrodos para altas temperaturas estão disponíveis mediante solicitação; meios com alta incrustação ou sujidade exigem um intervalo de limpeza mais curto ou um sensor toroidal; linhas higiênicas para alimentos e produtos farmacêuticos exigem a versão com fixação por grampo D3.

4. Um método de seleção em cinco etapas

Passo 1: Adequar o modelo à corrosividade da água

• Uma economia:Água superficial, água subterrânea e água de circulação levemente corrosiva. A caixa em ABS reduz os custos, o que é ideal para projetos com muitos pontos de monitoramento.
• Padrão B:Monitoramento convencional de água doce e tubulações ou tanques com pressão ligeiramente superior. O eletrodo 316 e a carcaça de fibra de nylon combinam resistência à corrosão com resistência à pressão.
• C. Anticorrosão de alta resistência:Aquicultura, águas residuais agressivas e efluentes industriais de composição complexa. O grafite tolera bem ácidos, álcalis e sais, e as roscas NPT3/4 em ambas as extremidades simplificam a instalação em linha.
• Grau alimentício D:Linhas de produção de alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos e produtos de higiene que são limpas e esterilizadas. A construção em aço inoxidável 316L + PEEK, a compensação de temperatura de 0 a 100 °C e a braçadeira de 50,5 mm no modelo D3 permitem a remoção e a remontagem rápidas.

Etapa 2: Escolha o intervalo e calcule o erro absoluto.

Uma amplitude excessiva é o erro mais comum e mais facilmente ignorado em campo. Como a precisão é de ±1% da escala completa, quanto maior a amplitude, maior o erro absoluto.

Por exemplo: a amostra permanece a 800 µS/cm durante todo o ano. Na faixa de 0 a 2.000, o erro é de aproximadamente ±20 µS/cm; na faixa de 0 a 20.000, é de aproximadamente ±200 µS/cm — dez vezes maior.Contanto que o valor de pico permaneça dentro da faixa, quanto mais próxima a faixa estiver da carga de trabalho real, melhor.

Um ponto de partida prático é dimensionar o alcance em 1,5 a 2 vezes o máximo esperado. Isso deixa uma margem para a variação normal sem desperdiçar precisão em alcance não utilizado.

Passo 3: Verifique a temperatura

• Água constantemente acima de 60 °C: confirme a temperatura operacional permitida com a RIKA. O modelo D oferece compensação automática de temperatura entre 0 e 100 °C, mas isso não garante, por si só, uma classificação de operação de 100 °C; eletrodos para altas temperaturas estão disponíveis mediante solicitação.
• Água com grandes variações de temperatura (tanques de aeração, saídas de trocadores de calor): confirme se a compensação de temperatura está ativada e coloque a sonda onde a temperatura esteja relativamente estável.

Passo 4: Verifique a pressão

• O modelo A tem uma classificação de 0,8 MPa, os modelos B e C de 1,0 MPa e o modelo D de 2,0 MPa.
• Embora o modelo D tenha uma classificação de 2,0 MPa, o fabricante recomenda manter a pressão de operação a longo prazo em ou abaixo de um determinado valor.1,6 MPaDimensionamento para pressão de trabalho contínua, não para a pressão de pico.

Etapa 5: Verifique a instalação e o resultado.

• Tanques abertos, canais e viveiros de aquicultura: montagem por imersão com suporte de 1 m.
• Tubulação fechada: rosqueie a rosca NPT3/4 diretamente na tubulação e permita trechos retos a montante e a jusante.
• Linhas higiênicas: a conexão de fixação D3.
• Sistema de controle: se o painel tiver apenas uma placa de entrada de 4–20 mA, use a saída analógica; se um CLP ou RTU estiver disponível, prefira RS485 para melhor imunidade a ruídos e mais informações por cabo. Ambos podem ser usados ​​simultaneamente.

Configurações típicas por aplicação

5. Instalação: As bolhas de ar vêm primeiro

As orientações de instalação abaixo são práticas gerais de engenharia; siga o manual do modelo selecionado e as condições do local para o layout final.

A folha de dados contém uma instrução que pode passar despercebida:Independentemente do método de montagem utilizado, evite bolhas de ar dentro da célula de condutividade.

Bolhas aderidas à superfície do eletrodo reduzem a área condutora efetiva, fazendo com que a leitura caia e se torne instável — sendo frequentemente diagnosticada erroneamente como um sensor com defeito. Em campo, bolhas e incrustações são as duas causas mais comuns de leituras de condutividade instáveis.

5.1 Montagem por imersão

• Utilize o suporte de aço inoxidável de 1 m e fixe a sonda verticalmente ou em um ângulo.
• Mantenha a sonda a pelo menos 20 cm acima do fundo do tanque e 20 cm abaixo da superfície da água, livre de lodo e espuma no fundo.
• Não o instale diretamente acima de um difusor de ar, abaixo de um vertedouro ou cascata, ou em frente a um misturador — essas posições produzem mais bolhas.
• Em rios e canais, evite zonas mortas e zonas de recirculação e assegure-se de que um fluxo lento passe pelos eletrodos.

5.2 Montagem em linha

• Enrosque a rosca NPT3/4 na parede do tubo ou em uma conexão em T.
• Prefira olado ou lado inferior de uma extensão horizontalA parte superior coleta ar, a parte inferior coleta sedimentos.
• Evite as saídas das bombas e a turbulência e pressão negativa a jusante das válvulas; instale-as a uma distância suficiente a jusante de curvas e redutores para garantir um fluxo estável.
• Com roscas em ambas as extremidades, o modelo C pode ser configurado como uma célula de fluxo contínuo com entrada de ar pela parte inferior e saída pela parte superior, o que facilita a ventilação do ar.

5.3 Montagem com Flange e Higiênica

• O D3 utiliza uma braçadeira de 50,5 mm, ideal para remoção rápida e limpeza no local em linhas de produção de alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos.
• O material da vedação deve ser compatível com a temperatura de limpeza.

5.4 Instalação Elétrica

• Utilize cabo blindado tanto para a alimentação de 4–20 mA quanto para a conexão RS485, com a blindagem aterrada emapenas uma extremidade.
• Passe o cabo de sinal separadamente do cabo de saída do inversor de frequência e do cabo de alimentação do motor; evite longos trechos paralelos.
• A alimentação de 7 a 30 VCC e o consumo inferior a 0,2 W permitem que o sensor compartilhe energia com uma estação remota alimentada por energia solar.
• Após ligar o equipamento, confirme se a faixa de 4–20 mA corresponde às configurações do sistema de controle (o mapeamento de faixa é fixo na configuração de fábrica) antes de colocar o circuito em funcionamento.

6. Calibração e Manutenção

Os intervalos de calibração e manutenção abaixo são recomendações; os procedimentos reais devem seguir o manual do modelo selecionado e as condições do local.

6.1 Verifique primeiro e depois decida se deve ajustar.

Os sensores são normalmente calibrados na fábrica para a faixa de medição encomendada. Verifique a leitura em relação a uma solução padrão antes da instalação e a cada um a três meses, em vez de recalibrar a cada vez. A recalibração frequente pode introduzir erros humanos em vez de eliminá-los.

Padrões comuns de condutividade a 25 °C:

Faixas baixas (por exemplo, 0–50 µS/cm) exigem um padrão diluído abaixo da escala completa; confirme o procedimento de calibração com o fabricante.

Pontos a observar durante a verificação:

• Deixe o padrão estabilizar próximo a 25 °C ou use um padrão com correção de temperatura.
• Enxágue a sonda com água limpa e seque-a com um pano macio; não risque os eletrodos de grafite.
• Mergulhe a sonda completamente, sem deixar bolhas ao redor dos eletrodos.
• Registre a leitura somente depois que ela se estabilizar, geralmente em dezenas de segundos a alguns minutos.

6.2 Configurações de compensação de temperatura

Confirme se o coeficiente de compensação de temperatura definido no instrumento corresponde ao da massa de água; cerca de 2% por °C é o valor comum na indústria. Água ultrapura, ácidos e bases fortes e água com alta salinidade podem diferir substancialmente da água superficial típica, portanto, determine o coeficiente a partir de uma amostra representativa, quando necessário.

6.3 Frequência de limpeza

A frequência de limpeza depende da qualidade da água:

Método de limpeza: enxágue com água limpa, limpe os eletrodos delicadamente com uma escova macia ou pano, mergulhe brevemente em ácido clorídrico diluído para incrustações persistentes (somente quando compatível com os materiais em contato com o líquido e aprovado pela RIKA) e enxágue bem em seguida, depois deixe secar ao ar ou seque com uma toalha.Nunca raspe a superfície do eletrodo de grafite com um objeto duro.

6.4 Resolução de problemas

7. Aplicações típicas

Aquicultura.A condutividade reflete a salinidade e o conteúdo iônico total da água e é usada para determinar a troca de água, o ajuste de sal e as mudanças na fonte de água. Os eletrodos de grafite do modelo C resistem à corrosão e são adequados para imersão prolongada em água de cultivo; em sistemas de recirculação, a saída de 4–20 mA pode alimentar os controles de aeração e reposição de água.

Esgotos municipais e industriais.Um aumento repentino na condutividade na entrada pode indicar uma mudança no conteúdo iônico dissolvido, por exemplo, a entrada de um fluxo com alta salinidade na rede de esgoto. Trata-se de um alerta precoce útil, mas medições adicionais e uma investigação no local são necessárias para determinar a causa. Os dados contínuos do tanque de aeração e do emissário submarino auxiliam no ajuste do processo e nas verificações de conformidade.

Fontes de água e rios.Uma vez estabelecida uma linha de base, um desvio sustentado na condutividade pode indicar intrusão de água do mar, drenagem de minas ou poluição difusa agrícola. O Modelo B é adequado para esse tipo de implantação a longo prazo.

Redes de monitoramento ambiental e estações remotas.Com consumo de energia inferior a 0,2 W e alimentação de ampla faixa de 7 a 30 VCC, o sensor é ideal para estações solares com baterias não tripuladas; a conexão RS485 permite o envio de dados diretamente para a nuvem por meio de uma DTU.

Alimentos, bebidas e produtos farmacêuticos.A construção em aço inoxidável 316L + PEEK, a compensação de 0 a 100 °C e a conexão por grampo do modelo D permitem o monitoramento da concentração da solução de limpeza, da água do processo CIP e da condutividade da linha de produção.

Monitoramento da corrosão em oleodutos e gasodutos.O modelo C pode monitorar a condutividade do fluido em um desvio de tubulação, juntamente com a avaliação da taxa de corrosão.

8. Perguntas Frequentes

A condutividade é o mesmo que TDS?

Não. A condutividade é uma medida elétrica; o TDS é a concentração de massa de sólidos dissolvidos. Os dois são convertidos por um fator empírico (TDS ≈ CE × 0,55–0,7) que varia com a composição da água, e um valor preciso de TDS requer o método de evaporação gravimétrica.

Por que o mesmo corpo d'água apresenta leituras tão diferentes em momentos diferentes?

Primeiro, descarte a temperatura: sem uma compensação de 25 °C, a diferença de temperatura entre o dia e a noite pode, por si só, alterar a leitura em mais de 5%. Em seguida, verifique a presença de bolhas e incrustações e se o ponto de amostragem é afetado por marés, vazão ou chuva.

O sensor precisa de compensação de temperatura? E a que temperatura?

Sim. A indústria compensa a temperatura em 25 °C para que os resultados sejam comparáveis. O RK500-13 possui compensação automática de temperatura integrada: 0–60 °C nos modelos A, B e C, e 0–100 °C no modelo D.

Devo escolher 0–2.000 ou 0–20.000 µS/cm?

Um ponto de partida prático é de 1,5 a 2 vezes o máximo esperado. A precisão é de ±1% da escala completa (FS), portanto, quanto maior a faixa de valores, maior o erro absoluto: cerca de ±20 µS/cm em 0–2.000 e cerca de ±200 µS/cm em 0–20.000.

Ele consegue medir a água do mar?

A água do mar com salinidade total conduz a cerca de 50 mS/cm, o que excede o limite padrão de 20 mS/cm do RK500-13 e está fora de sua faixa de aplicação padrão; o modelo C suporta faixas personalizadas adicionais sob encomenda, sujeitas à confirmação técnica. Águas estuarinas e salobras com condutividade inferior a 20 mS/cm podem ser medidas; o modelo C é a escolha usual, desde que o pico real seja confirmado. Para água do mar com salinidade total contínua, utilize um instrumento de quatro eletrodos ou toroidal com uma faixa de medição mais ampla.

As saídas de 4–20 mA e RS485 podem ser usadas simultaneamente?

Sim. O RK500-13 suporta ambas as saídas simultaneamente: o sinal analógico pode ser enviado para uma placa de entrada de PLC, enquanto o sinal digital pode ser enviado para uma RTU ou DTU, de modo que cada um atua como backup do outro.

Com que frequência a sonda deve ser limpa?

Depende do tipo de água: a cada 3 a 6 meses em água limpa, a cada 1 a 3 meses em água de aquicultura, a cada 2 a 4 semanas em águas residuais e a cada 1 a 2 semanas em água com alta formação de incrustações. Verifique imediatamente se a leitura oscilar ou diminuir.

Pode ser instalado em um cano? E a que devo ter cuidado?

Sim, usando a rosca NPT3/4. Observe três coisas: evite a turbulência a jusante de bombas e válvulas; monte na lateral ou na parte inferior de um trecho horizontal para que o ar não se acumule na parte superior; e certifique-se de que os eletrodos estejam totalmente imersos, com um trecho razoavelmente reto a montante e a jusante.

É necessário um transmissor externo?

Não. O RK500-13 possui um design integrado: o processamento de sinal e os circuitos de saída estão integrados ao sensor, que emite sinais de 4 a 20 mA e RS485 diretamente.

O que significa exatamente ±1% FS?

FS significa escala completa. Uma precisão de ±1% FS é referenciada ao topo da faixa, não à leitura atual. Em uma faixa de 0 a 2.000 µS/cm, o erro máximo é de aproximadamente ±20 µS/cm, e o mesmo valor de ±20 µS/cm se aplica a uma leitura de 800 µS/cm.

9. Lista de verificação de seleção

Confirme estes oito pontos antes de fazer o pedido; eles evitam a maioria dos retrabalhos:

1. Tipo de água e corrosividade (água doce / águas residuais / aquicultura / alimentos)
2. Faixa de condutividade esperada e valor de pico (isso define a faixa)
3. Temperatura máxima de operação (acima de 60 °C ou não)
4. Pressão de operação a longo prazo (acima de 1,6 MPa ou não)
5. Método de montagem (imersão / em linha / fixação por grampo) e especificação da rosca
6. Requisitos de saída (4–20 mA / RS485 / ambos)
7. Fonte de alimentação (24 VCC / solar)
8. Comprimento do cabo (5 m padrão ou mais)

Exemplo de código de ordenação:RK500-13BAN5000É uma unidade padrão modelo B, com alimentação de 7 a 30 VCC, sem suporte de montagem e com um cabo de 5 m.

Monitoramento da condutividade da água com o sensor RIKA

A RIKA SENSOR fornece soluções de detecção de condutividade online para aplicações de monitoramento da qualidade da água e aplicações industriais.

OSérie de sensores de condutividade RK500-13Inclui configurações de imersão, roscadas e com abraçadeira higiênica para aplicações convencionais em água, águas residuais, aquicultura, água de fonte e alimentos, dependendo da versão selecionada.

Para a seleção do projeto, é útil fornecer: tipo de água, faixa de condutividade esperada, temperatura e pressão de operação, método de instalação, produção necessária e ambiente de aplicação.