La conductividad del agua es un parámetro fundamental para evaluar su calidad, tanto en aplicaciones domésticas como industriales. La conductividad es la capacidad que tiene el agua para conducir la electricidad.
La conductividad del agua es una propiedad físico-química que mide la capacidad del agua para conducir electricidad. Esta capacidad depende de la presencia de iones disueltos, como sales, minerales y otros compuestos. La conductividad del agua es un parámetro esencial para evaluar la calidad del agua en diversos ámbitos, desde el consumo humano hasta su uso industrial.
Monitorear la conductividad de las aguas subterráneas y superficiales es una tarea esencial para mantener la calidad y seguridad de nuestros recursos hídricos. El monitoreo continuo de la conductividad puede ayudar a identificar tendencias a largo plazo y variaciones estacionales en la calidad del agua, que se utilizan para predecir cambios en la disponibilidad y calidad del agua a lo largo del tiempo.
Qué mide la conductividad del agua
La conductividad del agua es una medida de qué tan bien una muestra de agua puede transmitir una corriente eléctrica medida en Siemens por metro (S/m).
La conductividad de una sustancia se define como "la habilidad o poder de conducir o transmitir calor, electricidad o sonido". Las unidades son Siemens por metro [S/m] en sistema de medición SI y micromhos por centímetro [mmho/cm] en unidades estándar de EE.UU.. Su símbolo es k or s.
La corriente eléctrica resulta del movimiento de partículas cargadas eléctricamente y como respuesta a las fuerzas que actúan en estas partículas debido a un campo eléctrico aplicado. En el agua y materiales iónicos o fluidos puede generarse el movimiento de una red de iones cargados. Este proceso produce corriente eléctrica y se denomina conducción iónica.
El agua conduce la electricidad a través de los iones disueltos en ella, y el agua pura es un conductor pobre de la electricidad. La mayoría de las aguas naturales, sin embargo, contienen iones disueltos, y como resultado, su conductividad aumenta con mayor concentración de iones.
Agua pura no es un buen conductor de la electricidad. Debido a que la corriente eléctrica se transporta por medio de iones en solución, la conductividad aumenta cuando aumenta la concentración de iones.
La mayoría de los sólidos que permanecen en el agua después del proceso de filtración son iones disueltos, por ejemplo el cloruro de sodio se encuentra como Na+ y Cl-.
Conductividad eléctrica, TDS y salinidad
Los datos de conductividad son fundamentales para los parámetros de calidad del agua derivados de los sólidos disueltos totales (TDS) y la salinidad. Al tomar medidas de conductividad, obtenemos más información sobre la dinámica química única de un sistema de agua.
Índice TDS o Sólidos totales disueltos (siglas en ingles de Total Dissolved Solids) es una medida de la concentración total de iones en solución. EC es realmente una medida de la actividad iónica de una solución en términos de su capacidad para transmitir corriente.
A medida que aumentan el TDS y la salinidad en un sistema, la conductividad también aumenta porque compuestos como la sal disuelta (NaCl) conducen la electricidad.
La conductividad indica una mayor o menor concentración de sales disueltas en el agua. Cada agua natural tienen una conductividad que la caracteriza, pero la presencia elevada de concentraciones de sólidos disueltos pueden dar lugar a sabores desagradables.
En general, el monitoreo continuo de los niveles de conductividad, TDS y salinidad puede ayudar a identificar la intrusión de agua salada, la contaminación de las aguas superficiales y las tendencias a largo plazo en la calidad del agua.
Relación entre conductividad y TDS
Para propósitos de uso en agua en agricultura e irrigación los valores de EC y TDS están relacionados y se pueden convertir con una precisión de aproximadamente un 10% usando la siguiente ecuación:
TDS (mg/l) = 640 x EC (ds/m or mmho/cm)
El factor que debe multiplicarse por la conductancia específica para obtener la concentración total de iones varía de aproximadamente 0,55 a 0,8 a través de todas las aguas dulces. Este factor suele estar alrededor de 0,65 a 0,7 para las aguas oceánicas y el agua de las áreas más bajas de los estuarios.
A pesar de la variación en la relación entre la conductividad y la concentración total de iones en diferentes aguas, la conductancia específica es un buen indicador del grado de mineralización de diferentes aguas oceánicas, estuarinas y de agua dulce.
No se aplica en agua residuales crudas sin ningún tratamiento o en aguas residuales industriales con amplia contaminación. Esto es porque, cuando la solución esta mas concentrada (TDS > 1000 mg/l, EC > 2000 ms/cm), la proximidad de los iones en solución entre ellos inhibe su actividad y en consecuencia su habilidad de transmitir corriente, a pesar de que la concentración física de sólidos disueltos no queda afectada.
A amplios valores de TDS, la relación TDS/EC aumenta y la relación tienen a ser en torno a TDS = 0.9 x EC. En estos casos, la relación anterior no debe usarse y cada muestra debe caracterizarse de manera separada.
Diagrama orientativo de potabilidad por conductividad
Los valores de conductividad pueden variar mucho según el tipo de agua, ya que dependen de su contenido en sales y minerales.
| Tipo de agua | Conductividad habitual | Interpretación orientativa |
|---|---|---|
| Agua destilada | < 2 mmhos/cm | Muy baja concentración de sales y minerales |
| Agua de lluvia | < 50 mmhos/cm | Baja mineralización |
| Aguas interiores en regiones húmedas | < 500 mmhos/cm | Mineralización generalmente baja |
| Aguas interiores en regiones áridas | 500 a > 5.000 mmhos/cm | Mineralización variable y potencialmente elevada |
| Aguas potables de mejor calidad | 50-500 mmhos/cm | Rango habitual de buena calidad |
| Agua potable | 200 y 1.000 µS/cm | Rango habitual según origen y tratamiento |
| Agua de mar | »50.000 mmhos/cm | Concentración muy elevada de sales |
| Agua de mar | Superior a 50.000 µS/cm | Alta salinidad |
| Estuarios | 1.500 a > 50.000 mmhos/cm | Mineralización variable y posible influencia marina |
| Valor de no aptitud | 4.000 | Valor indicado como referencia de no aptitud |
Las aguas potables de mejor calidad tienen una conductividad de 50-500 mmhos/cm, pero algunas pueden tener valores de hasta 1.000-1.500 mmhos/cm.
La conductividad del agua potable varía según su origen y tratamiento, pero normalmente se sitúa entre 200 y 1.000 µS/cm. Depende de la zona, pero suele estar entre 200 y 1.000 µS/cm.
El agua de mar presenta una conductividad muy alta, generalmente superior a 50.000 µS/cm, debido a su elevada concentración de sales.
El agua destilada tiene una conductividad muy baja, cercana a 0 µS/cm, ya que prácticamente no contiene sales ni minerales disueltos.
Las aguas dulces no tendrán valores de conductancia específicos por encima de los 1.500 mmhos/cm.
Estas referencias permiten construir un diagrama orientativo, pero la conductividad por sí sola no determina de manera absoluta la potabilidad. Es un indicador de la cantidad de contaminantes disueltos presentes.
Cómo interpretar el diagrama
- Conductividad muy baja: indica una cantidad reducida de iones disueltos, como ocurre normalmente en el agua destilada y el agua de lluvia.
- Conductividad baja o moderada: es compatible con muchas aguas dulces y con determinados rangos de agua potable.
- Conductividad elevada: indica una mayor concentración de sales, minerales u otros iones disueltos.
- Conductividad muy elevada: puede asociarse con agua salobre, agua marina, intrusión salina o contaminación por sustancias disueltas.
- Valores próximos o superiores al valor de no aptitud: requieren una evaluación adicional de la muestra y de las condiciones de uso.
La conductancia específica suele ser un método bastante fiable para estimar el grado relativo de mineralización (concentración total de iones) de las aguas dulces.
En el océano y en las áreas inferiores de los estuarios, las proporciones iónicas tienden a ser similares en todo el mundo, y persiste una relación bastante constante entre la concentración total de iones y la conductividad.
Por el contrario, en agua dulce, las proporciones iónicas varían mucho entre las diferentes aguas. Como resultado, dos aguas con la misma concentración de iones totales rara vez tendrían la misma conductividad.
Factores que modifican la conductividad
Temperatura
Otro factor determinante en la conductividad del agua es la temperatura: a mayor temperatura mayor conductividad.
Sin embargo, la conductancia específica varía con la temperatura. Por ejemplo, a 25 grados-C, una solución de cloruro de potasio 0,01 N tiene una conductancia específica de 1,413 mmhos/cm (Tabla 1), pero a 20 grados-C y 30 grados-C, los valores son 1,273 y 1,547 mmhos/cm, respectivamente.
Tipo y concentración de los iones
El aumento de la conductividad causado por 1 mg/L de diferentes especies de iones disueltos difiere entre las especies de iones como se ilustra en la Tabla 2 para los siete iones principales que son responsables de la mayor parte de la conductividad en aguas naturales.
Por ejemplo, 1 mg/L de magnesio (Mg2+) resulta en una conductividad más de cinco veces mayor que la de 1 mg/L de bicarbonato (HCO3-).
Los valores de la Tabla 2 pueden utilizarse para calcular la conductividad de una solución a partir de sus concentraciones iónicas, pero los valores de conductancia equivalentes se aplican estrictamente sólo a las concentraciones iónicas a dilución infinita (concentración muy baja).
La conductividad medida será menor que la conductividad calculada con valores de conductancia equivalentes en la Tabla 2, debido a la formación de pares de iones y otros complejos iónicos en el agua.
Estas asociaciones de iones no conducen electricidad apreciable, y reducen la conductividad sin afectar las concentraciones de iones medidas.
Principios físicos de la medición
La ley de Ohm es la base para la medición de la conductividad en el agua. Esta ley define la resistencia al flujo de electricidad entre dos puntos en un circuito; una fuerza electromotriz (E) de 1 voltio hará que una corriente (I) de 1 amperio fluya contra una resistencia (R) de 1 ohm.
La ecuación de la ley de Ohm es E = I ´ R o V (voltios) = I ´ R.
La cantidad de resistencia impuesta por el alambre en un circuito simple es directamente proporcional a la longitud (L) del alambre e inversamente proporcional al diámetro del alambre (A) o R = L/A.
Diferentes sustancias, por ejemplo, alambres hechos de diferentes metales, tienen capacidades y características diferentes para resistir el flujo de electricidad.
La resistencia característica de una sustancia se llama su resistencia específica (r); por lo tanto, R = r (L/A).
Las sustancias distintas al alambre también causan resistencia, y el agua misma es la resistencia con respecto al flujo de electricidad en el agua.
Una resistencia también es un conductor de electricidad, y la conductancia (K) es el recíproco de la resistencia o K = 1/R.
Un conductor también tiene una conductancia específica (k), y k = 1/r o k = (1/r) (L/A).
La unidad de medida para la conductancia es recíproca de ohms, o 1/ohms, pero para hacer una unidad más conveniente, ha sido tradicional referirse a 1/mhos como mhos - ohms deletreado hacia atrás.
Instrumentos y procedimiento de medición
Existen varios métodos para medir la conductividad en aguas superficiales y subterráneas, desde muestreo aleatorio hasta sistemas sofisticados.
La conductividad eléctrica del agua, usualmente llamada conductancia específica o simplemente conductividad, se puede medir rápidamente con medidores de laboratorio o medidores portátiles (Fig. 1) para proporcionar una evaluación de la concentración total de iones disueltos.
Un medidor de conductividad para uso en agua es una modificación del puente de Wheatstone tradicional usado para determinar la resistencia de un resistor de resistencia desconocida.
En un medidor de conductividad para el agua, la resistencia desconocida es la del agua en la que se inserta la sonda del medidor.
El componente puente de Wheatstone del medidor determina la resistencia a través de un cubo de agua de 1-cm3.
A diferencia de un puente de Wheatstone que muestra resistencia, un medidor de conductividad muestra la conductividad del agua en mhos/centímetro (mhos/cm).
Este valor es un número muy pequeño en agua débilmente mineralizada, y para evitar puntos decimales engorrosos, los medidores de conductividad generalmente también aparecen en micromhos/centímetro (mmhos/cm).
Hoy en día, muchos medidores de conductividad se muestran en la unidad científica internacional (SI) de conductancia de los siemens.
La lectura en unidades SI de microsiemens por centímetro (mS/cm) es para todos los propósitos prácticos equivalentes a los micromhos tradicionales por centímetro.
El cloruro de potasio (KCl) es el estándar utilizado en la medición de la conductividad.
Las conductancias específicas de diferentes concentraciones acuosas de cloruro de potasio a 25 grados-C se proporcionan en la Tabla 1.
Existe una relación definida entre el aumento de la concentración de cloruro de potasio y una mayor conductividad (Tabla 1).
Aplicaciones en aguas subterráneas y superficiales
La intrusión de agua salada es un proceso común que puede alterar la calidad del agua en los sistemas acuíferos de agua dulce.
La escorrentía de aguas superficiales puede afectar significativamente la calidad del agua subterránea.
Contaminantes como fertilizantes, pesticidas y otras sustancias químicas, como la sal para carreteras, pueden penetrar en las fuentes de agua superficial y filtrarse en las aguas subterráneas, lo que provoca la contaminación de los acuíferos.
Al recopilar y analizar datos de conductividad del agua, los científicos, ingenieros y administradores de recursos pueden comprender y gestionar mejor el agua.
El monitoreo continuo de la conductividad puede ayudar a identificar tendencias a largo plazo y variaciones estacionales en la calidad del agua.
1.3 Laboratorio para Análisis de Agua. Conductividad.
Conductividad, dureza y mantenimiento de instalaciones
Otro problema que puede indicar la conductividad es una excesiva dureza del agua.
El agua dura o agua calcárea es aquella que contiene un alto nivel de minerales disueltos, especialmente sales de calcio y magnesio por litro de agua.
Las aguas duras se comportan como incrustantes, al precipitar carbonato cálcico y otras sustancias que se adhieren a las paredes internas de equipos e instalaciones, dificultando el mantenimiento de los equipos de tratamiento de aguas y de los electrodomésticos de limpieza domésticos o industriales.
Con los procesos de osmosis inversa el agua se fuerza a través de membranas semi-impermeables dejando las impurezas atrás.
Limitaciones de la interpretación
La conductividad es un indicador de la cantidad de contaminantes disueltos presentes.
Sin embargo, una conductividad determinada no identifica por sí misma qué sustancias están presentes en el agua.
Las conductividades de las diferentes especies de iones también difieren (Tabla 2).
Dos aguas con la misma concentración de iones totales rara vez tendrían la misma conductividad.
Por esta razón, el diagrama de potabilidad debe utilizarse como una herramienta de evaluación inicial y complementarse con otros análisis de calidad del agua, especialmente cuando los valores son elevados, cambian rápidamente o se aproximan al valor de no aptitud.
La relación TDS/EC no debe usarse en muestras muy concentradas o con contaminación compleja, y cada muestra debe caracterizarse de manera separada.
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