Comprender para qué se utiliza la conductividad en las tecnologías e innovaciones cotidianas

Indudablemente, innumerables procesos invisibles facilitan la existencia del mundo moderno. Uno de los más básicos de todos es la conductividad. Si bien el término y el principio de la conductividad han dado lugar a legendarios experimentos escolares que probablemente se hayan realizado una y otra vez utilizando solo cables y bombillas, forman la base de innumerables tecnologías de las que dependemos en nuestra vida diaria. Medir lo que esencialmente son conductividades se relaciona con industrias que requieren la necesidad de innumerables procesos, desde la purificación del agua potable hasta la maximización de la productividad agrícola. Este será una guía sobre qué es la conductividad, por qué es de suma importancia realizar mediciones y sobre los diversos campos de su aplicación: en la ciencia ambiental, la industria del agua y, finalmente, en las nuevas tecnologías que están dando forma al futuro. Al final de nuestro recorrido, tendrás un conocimiento profundo de cómo este fenómeno aparentemente trivial tiene un impacto gigantesco en otro mundo, aparentemente distante.

Introducción a la conductividad

¿Qué es la conductividad?

La conductividad, o más precisamente la conductividad eléctrica, es la regla que se refiere a la capacidad de los materiales para conducir la corriente eléctrica. Cuando hablamos de conductividad en agua, "nos referimos a iones, es decir, partículas cargadas capaces de moverse mientras transportan la carga. Estos iones provienen de sales disueltas, minerales y otros productos químicos.

Un material con mayor conductividad permite un mejor flujo de electricidad a través de él, mientras que un material con menos conductividad se opone al buen flujo de electricidad. El agua pura es un mal conductor de electricidad. Las sales alcalinas como el cloruro de sodio disueltas en ella, se disocian en iones positivos (Na+) y negativos (Cl-). Una solución de iones en movimiento libre transporta electricidad a través del agua. La conductividad aumenta a medida que hay más iones presentes en la solución.

¿Por qué es importante la medición de la conductividad?

La medición de la conductividad es una forma rápida, económica y precisa de determinar la cantidad de sustancias ionizadas en una solución. Es un parámetro extremadamente útil para numerosas aplicaciones. Se utiliza para monitorear procesos y garantizar la calidad del producto en las industrias, mientras que los científicos ambientales la utilizan para evaluar la contaminación del agua y la salud del ecosistema acuático.

Dado que la medición es no específica, es decir, mide la concentración total de iones y no hace distinción entre alérgenos y reactivos, puede dar una imagen rápida del estado general del sistema. Un cambio repentino en la conductividad debe ser motivo de preocupación y ser investigado. Por ejemplo, podría significar una derrama química en el río o un fallo en el sistema de purificación de agua. Por lo tanto, la conductividad sirve como un diagnóstico de primera línea.

Conductividad y calidad del agua

Efectos de la conductividad en la calidad del agua

La conductividad del agua muestra directamente la pureza del agua. Los contaminantes que se clasifican como sales disueltas, diluciones industriales o incluso aguas residuales se asocian con valores más altos de conductividad. Una lectura constante de conductividad a lo largo del tiempo en ríos y lagos indica un ecosistema equilibrado. Un aumento nuevo en la conductividad podría anunciar una contaminación de la que la vida acuática puede verse afectada. Para el agua potable, una menor conductividad indica menos minerales disueltos y posibles contaminantes.

El efecto de los sólidos disueltos totales (TDS) en la conductividad del agua

La conductividad tiene una relación directa con los sólidos disueltos totales (TDS), que caracterizan las sustancias inorgánicas y orgánicas disueltas en el agua. Estas sustancias incluyen minerales, sales y otros compuestos químicos con la capacidad de separarse en iones en el agua. Los iones en el agua permiten la conducción de electricidad, por lo que cuanto mayor sea el TDS, mayor será la conductividad.

Por lo general, se toman lecturas de conductividad alternativamente para encontrar el nivel de TDS. Un factor de conversión sencillo dará un valor aproximado de TDS a partir de una lectura de conductividad. Esto ahorra mucho tiempo y esfuerzo en comparación con la medición tradicional de TDS, que implica pesar el residuo después de evaporar una muestra de agua. Por este motivo, los medidores de conductividad encuentran una amplia aplicación en las pruebas de calidad del agua.

Medición de la conductividad: Métodos y equipos

Por lo general, se utiliza un medidor de conductividad para medir la conductividad del agua. Para esto, tenemos una sonda con dos o más electrodos. Se inserta en el agua y se aplica una ligera tensión entre los electrodos internos.

Según los flujos de corriente que pasan a través, el medidor determina la conductividad de la muestra proporcionada. Los resultados a menudo se expresan en unidades estándar de Siemens por metro (S/m) o, más generalmente, se escalan para aguas en microsiemens por centímetro (µS/cm) o milisiemens por centímetro (mS/cm). Los medidores de conductividad de la era moderna son unidades digitales directas, robustas y portátiles que proporcionan resultados instantáneos y precisos para pruebas de campo o in situ.

Niveles de salinidad y su impacto

Comprender la salinidad y su medición

La salinidad es la propiedad del agua que comprende todas las sales disueltas. Es un parámetro importante para la oceanografía, la biología marina y la hidrología costera. Aunque constituye una parte de la SST (Sólidos Totales Disueltos), la salinidad se refiere principalmente a las sales, cuya cantidad influye en gran medida en las características físicas del agua, como la densidad y el punto de congelación.

La salinidad se expresa comúnmente en partes por mil (ppt), que representa los gramos de sal por kilogramo de agua. La conductividad es una forma rápida y confiable de determinar la salinidad. Dado que en el agua de mar el contenido de sal es el principal contribuyente a la conductividad, las dos mediciones tienen una relación directa y confiable entre sí. Los perfiles CTD, instrumentos oceanográficos bien conocidos, utilizan sensores de conductividad para medir la salinidad en la columna de agua.

Efectos de la salinidad en la conductividad

Existe una relación directa entre la salinidad y la conductividad: a medida que aumenta la salinidad, también lo hace la conductividad. Esto se debe a que una mayor concentración de sales disueltas implica que hay más iones (por ejemplo, Na⁺ y Cl⁻) que pueden transportar la corriente eléctrica. Dada su fuerte correlación, los científicos pueden utilizar mediciones simples de conductividad para determinar la salinidad en los estuarios y monitorear la variación de las corrientes oceánicas, así como el efecto de la escorrentía de agua dulce en el entorno marino.

Aplicaciones de la medición de la salinidad en la ciencia ambiental

La medición de la salinidad juega un papel muy importante en una serie de actividades relacionadas con el medio ambiente:

Ecosistemas marinos: La mayoría de los organismos marinos tienen una tolerancia a la salinidad estrecha. Las mediciones de salinidad ayudarán a salvaguardar hábitats sensibles como los arrecifes de coral y los estuarios.

Acuicultura: Las granjas de peces/camarones deben mantener niveles de salinidad adecuados para la salud y el crecimiento de sus existencias.

Gestión costera: Es importante entender cómo los ríos de agua dulce se mezclan con el agua salada del océano para gestionar los recursos costeros y estimar los efectos del aumento del nivel del mar.

Agricultura: La intrusión de agua salada a través del agua subterránea puede aumentar la salinidad del suelo, haciéndolo inadecuado para muchos cultivos en una zona costera. Por lo tanto, monitorear la salinidad es importante para gestionar el riego.

Conductividad en las tecnologías cotidianas

Conductividad en los sistemas de tratamiento de agua

En la práctica de tratamiento de agua, la conductividad es una determinación importante.

Osmosis inversa (RO): La RO es la eliminación de sólidos disueltos del agua a través de una membrana semipermeable. Se instalan medidores de conductividad aguas arriba y aguas abajo de la membrana para comprobar su rendimiento. Una mayor diferencia entre las conductividades de las corrientes de alimentación y de permeado reside en la pureza del sistema. Un valor decreciente puede requerir la limpieza o reemplazo de la membrana.

Desalinización: La conductividad se monitoriza continuamente en las plantas de desalinización que convierten el agua de mar en agua potable para garantizar que el proceso de eliminación de sal funcione y que el agua sea potable.

Industrias: El agua utilizada en las calderas industriales debe ser altamente pura. Las impurezas provocan la formación de incrustaciones o corrosión, lo que hace que el sistema sea ineficiente y eventualmente conduce a la falla total de la unidad. Un aumento anormal en los niveles de conductividad en el agua de alimentación de la caldera desencadenará un ciclo de purga, que elimina el agua con alto contenido de minerales.

Las prácticas agrícolas afectan la conductividad

La conductividad es uno de los parámetros básicos en la agricultura moderna y especialmente en la hidroponía y la agricultura de precisión para la producción de cultivos.

Hidroponía: En la agricultura sin suelo, las plantas se les da una solución nutritiva. La conductividad de la solución nutritiva, más correctamente conocida como conductividad eléctrica, es un indicador de su fuerza. Los agricultores la verifican regularmente para asegurarse de que las plantas reciban la cantidad correcta de nutrientes, no demasiados que podrían ser dañinos y no demasiado pocos, que no serían suficientes para el crecimiento.

Gestión del suelo: Las mediciones de conductividad del suelo pueden proporcionar información valiosa sobre las propiedades del suelo, incluyendo la salinidad, el contenido de humedad y la textura. Los agricultores utilizan estos datos para elaborar mapas precisos de zonas de campo para que el agua y los fertilizantes se apliquen con alta precisión. Una aplicación bastante precisa ayuda a aumentar los rendimientos, reducir los costos y tener menos impacto ambiental.

Tecnologías emergentes que utilizan la medición de conductividad

Los sensores de conductividad se integran en nuevas tecnologías.

Monitores de salud portátiles: Algunos dispositivos más recientes están explorando la conductividad de la piel (respuesta galvánica de la piel) como indicador de estrés y excitación emocional.

Electrodomésticos inteligentes: Las lavadoras de platos y las máquinas de lavar ropa utilizan sensores de conductividad para medir los niveles de suciedad en el agua y optimizar sus ciclos de lavado, ahorrando agua y energía.

Industria de alimentos y bebidas: La conductividad se utiliza en cervecerías y industrias lácteas como parámetro de monitoreo para los sistemas de limpieza in situ (CIP). Diferencias significativas en la conductividad indican que la solución de limpieza se ha enjuagado completamente, asegurando que no queden residuos químicos que contaminen el producto.

Tendencias futuras en la investigación de conductividad

Tecnologías emergentes en la medición de conductividad

Los científicos han estado desarrollando sensores de conductividad pequeños, robustos y sensibles.

Sensores microfabricados: Utilizando procesos de semiconductores, científicos externos están desarrollando sensores miniaturizados que podrían integrarse en un dispositivo de laboratorio en un chip para diagnósticos médicos rápidos o análisis ambiental.

Sensores no contactivos: Los sensores de conductividad inductiva miden la conductividad sin entrar en contacto con la solución. Esto es adecuado para líquidos corrosivos o altamente contaminados donde los sensores convencionales basados en electrodos simplemente se degradarían demasiado rápido.

Con tecnología IoT: Los sensores de conductividad habilitados con tecnología IoT permiten el monitoreo en tiempo real de la calidad del agua de ríos, lagos y redes de distribución a una escala sin precedentes.

Innovaciones potenciales en el monitoreo de la calidad del agua

El monitoreo de la calidad del agua parece estar dirigiéndose hacia enormes redes de sensores inteligentes que proporcionan datos continuos y de alta resolución. Estas redes podrían proporcionar alertas tempranas sobre eventos de contaminación, optimizar las operaciones de las plantas de tratamiento de agua y brindar una comprensión más profunda de la salud de nuestros ecosistemas acuáticos.

Conductividad y cambio climático: Una perspectiva de investigación

Las mediciones de conductividad y salinidad son variables esenciales para las investigaciones sobre el cambio climático. Con el aumento de la temperatura global, el hielo glaciar y las capas de hielo se derriten y vierten una gran cantidad de agua dulce en los océanos. Eso cambiaría la salinidad de los océanos y, por lo tanto, afectaría las corrientes oceánicas, un factor importante en los patrones climáticos globales. Por lo tanto, el monitoreo a largo plazo de la conductividad oceánica es obligatorio para desentrañar estos cambios complejos y definir adecuadamente los modelos climáticos.

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