Un medidor de conductividad eléctrica ( medidor de EC ) mide la conductividad eléctrica en una solución . Tiene múltiples aplicaciones en investigación e ingeniería, con uso común en hidroponía , acuicultura , acuaponía y sistemas de agua dulce para monitorear la cantidad de nutrientes, sales o impurezas en el agua.
Principio
Los medidores de conductividad de laboratorio comunes emplean un método potenciométrico y cuatro electrodos. A menudo, los electrodos son cilíndricos y están dispuestos concéntricamente [ cita requerida ] . Los electrodos suelen estar hechos de metal platino. Se aplica una corriente alterna al par exterior de electrodos. Se mide el potencial entre el par interno [ cita requerida ] . En principio, la conductividad podría determinarse usando la distancia entre los electrodos y su área superficial usando la ley de Ohm, pero generalmente, para mayor precisión, se emplea una calibración usando electrolitos de conductividad bien conocida.
Las sondas de conductividad industrial a menudo emplean un método inductivo, que tiene la ventaja de que el fluido no moja las partes eléctricas del sensor. Aquí, se utilizan dos bobinas acopladas inductivamente. Una es la bobina impulsora que produce un campo magnético y se alimenta con un voltaje conocido con precisión. El otro forma una bobina secundaria de un transformador. El líquido que pasa a través de un canal en el sensor forma una vuelta 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 escalado [ 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%).
Dependencia de la temperatura
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 mide. A diferencia de los metales, la conductividad de los electrolitos comunes generalmente aumenta al aumentar la temperatura.
En un rango de temperatura limitado, la forma en que la temperatura afecta la conductividad de una solución se puede modelar linealmente usando la siguiente fórmula:
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 de origen natural es de aproximadamente 2% / C °; sin embargo, puede oscilar entre 1 y 3% / C °. Los gradientes de compensación para algunas soluciones de agua comunes se enumeran en la siguiente tabla.
Solución acuosa a 25 ° C | Concentración ( porcentaje de masa ) | α (% / C °) |
---|---|---|
HCl | 10 | 1,56 |
KCl | 10 | 1,88 |
H 2 SO 4 | 50 | 1,93 |
NaCl | 10 | 2.14 |
HF | 1,5 | 7,20 |
HNO 3 | 31 | 31 |
Aplicaciones de medición de conductividad
La medición de la conductividad es una herramienta versátil en el control de procesos. La medición es simple y rápida, y la mayoría de los sensores avanzados solo requieren un pequeño mantenimiento. La lectura de conductividad medida se puede utilizar para hacer varias 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 cuando se miden 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 una 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 concentración basada en 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 plantas de celulosa Kraft utilizan una medición de 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; de lo contrario, la medición de la conductividad se desvía, lo que requiere una mayor calibración y mantenimiento.
Ver también
Referencias
Olor de Wilfred
enlaces externos
- Documento IEEE que explica cómo funciona un medidor de cuatro electrodos
- Una página web de Horiba que habla sobre la compensación de temperatura [ enlace muerto permanente ]
- Un libro que incluye una discusión sobre la compensación de temperatura.
- Celda de resistividad coaxial de alta precisión del sistema Milli-Q
- ASTM D1125 - 95 (2009) Métodos de prueba estándar para conductividad eléctrica y resistividad del agua
- ASTM D5682
- DIN 55667
- Analizador de concentración en línea sin mantenimiento para líquidos corrosivos
- Medidor de licor de cocción en línea para mediciones de álcali residual y licor blanco