¿Qué es un sensor de conductividad y cuáles son sus aplicaciones?
 

En la era digital, la recopilación y análisis de datos se han convertido en pilares fundamentales para comprender y mejorar el entorno. En este contexto, los sensores de conductividad emergen como herramientas claves que permiten capturar información sobre la composición y calidad de diversos medios

---

Los sensores de conductividad son herramientas fundamentales en una amplia gama de industrias y campos de investigación, brindando una forma eficiente y precisa de medir la conductividad eléctrica de las soluciones. De esta manera, es importante explorar la importancia de los sensores de conductividad, sus aplicaciones clave y cómo se utilizan para garantizar la calidad y eficiencia en diversas áreas.

¿Qué es la conductividad?

Es una propiedad fundamental en química que se refiere a la capacidad de una solución líquida para conducir electricidad. Esta medida está estrechamente relacionada con la presencia de ácidos, bases, sales y otros sólidos disueltos en el líquido. La conductividad eléctrica proporciona información sobre la pureza del líquido y se utiliza comúnmente para evaluar la calidad del agua, identificando la presencia de posibles contaminantes.

Además, es una herramienta importante para determinar la concentración de ácidos o bases en una solución. Las mediciones de conductividad permiten trazar una curva que muestra la relación entre la concentración de un ácido o base añadido al agua pura. Este tipo de análisis es esencial en la formulación de soluciones, como el hidróxido de sodio (NaOH), utilizado en diversas aplicaciones de limpieza.

¿Qué es un sensor de conductividad?

Este es un dispositivo diseñado para evaluar la capacidad de un líquido o solución para conducir electricidad. Esta capacidad está estrechamente relacionada con la presencia de iones disueltos en la solución; cuantos más iones estén presentes, mayor será la conductividad eléctrica del líquido.

Básicamente, un sensor de conductividad consiste en dos electrodos sumergidos en la solución a medir. La corriente eléctrica fluye a través de estos electrodos y la solución, y la resistencia eléctrica medida proporciona una indicación indirecta de la conductividad de la solución.

Es fundamental destacar que las mediciones de conductividad se expresan en unidades tales como Siemens por metro (S/m) o microsiemens por centímetro (μS/cm). Estos sensores juegan un papel crucial en garantizar la calidad y eficiencia en una variedad de procesos industriales y ambientales.

¿Cómo funciona un sensor de conductividad?

El sensor consta de dos electrodos sumergidos en la solución de interés. Estos electrodos están fabricados con materiales conductores, como acero inoxidable o platino, y se encuentran separados por una distancia específica. Al aplicar una corriente eléctrica a través de los electrodos, se genera un campo eléctrico en la solución, lo que induce el movimiento de los iones presentes en ella.

La conductividad se evalúa midiendo la resistencia eléctrica entre los electrodos. Esta resistencia se determina al medir la cantidad de corriente que fluye a través de los electrodos y dividiéndola por el voltaje aplicado. En otros términos, cuanto más baja sea la resistencia eléctrica medida, mayor será la conductividad de la solución. Esto se debe a que una mayor cantidad de iones presentes en la solución facilita el paso de la corriente eléctrica. Por lo tanto, el sensor de conductividad proporciona una medida precisa de la capacidad de la solución para conducir la electricidad, lo que resulta fundamental en numerosas aplicaciones industriales y ambientales.

¿Qué hace que una solución sea conductora?

Una solución se vuelve conductora cuando contiene iones disueltos en ella. Los iones son átomos o moléculas cargados eléctricamente debido a la pérdida o ganancia de electrones. Cuando estos iones están presentes en una solución, pueden moverse libremente dentro de ella, transportando carga eléctrica. Este movimiento de cargas permite que la solución conduzca electricidad.

Las sustancias iónicas, son típicamente conductoras cuando se disuelven en agua o en otros solventes polares, ya que se disocian en iones positivos y negativos. Por otro lado, las sustancias covalentes no iónicas, como la mayoría de los compuestos orgánicos, no son conductores en su forma pura, ya que no contienen iones libres. Sin embargo, algunas sustancias covalentes pueden volverse conductoras si se ionizan o disocian en iones en presencia de ciertos solventes o condiciones específicas.

¿Cómo usar un sensor de conductividad?

• Asegúrate de que el sensor de conductividad esté en buenas condiciones y correctamente calibrado antes de su uso. Si es necesario, realiza una calibración según las instrucciones del fabricante.
• Prepara la muestra de la solución que deseas medir. Asegúrate de que la muestra esté a temperatura ambiente y, si es necesario, mezcla bien para garantizar una distribución uniforme de los componentes.
• Enciende el sensor de conductividad según las instrucciones del fabricante. Esto puede implicar presionar un botón de encendido o activar un interruptor de alimentación.
• Antes de sumergir el electrodo en la muestra, enjuágalo con agua destilada para eliminar cualquier residuo o contaminante que pueda afectar las mediciones.
• Sumerge el electrodo del sensor en la muestra de solución. Asegúrate de que el electrodo esté completamente sumergido y que no toque el recipiente.
• Espera unos segundos a que la lectura en el medidor se estabilice. Durante este tiempo, el sensor puede ajustarse a las condiciones de la muestra y proporcionar una lectura precisa de la conductividad.
• Una vez que la lectura se haya estabilizado, registra el valor de conductividad que muestra el medidor. Esto puede ser en unidades como microsiemens por centímetro (μS/cm) o milisiemens por centímetro (mS/cm), dependiendo de la escala de medición utilizada.
• Después de usar el sensor, enjuaga el electrodo con agua destilada y sécalo suavemente con un paño limpio. Almacena el sensor según las recomendaciones del fabricante para protegerlo y mantener su precisión.

¿Cómo calibrar un sensor de conductividad?

• Se prepara una solución de referencia con una conductividad conocida. Esta solución estándar se utilizará como punto de referencia para calibrar el sensor de conductividad, se debe colocar en dos vasos de precipitación  de 100 ml. Es importante tener la solución a temperatura ambiente.
• Se enciende el conductímetro y se enjuaga el electrodo del conductímetro con agua destilada para eliminar cualquier residuo 
• Posteriormente se seca suavemente con un pañuelo de papel. Es importante no frotar ni golpear el electrodo durante el secado para evitar daños.
• Se sumerge el electrodo del conductímetro en el primer vaso de precipitado que contiene la solución estándar. Se remueve suavemente durante unos segundos para asegurar que el electrodo esté completamente en contacto con la solución.
• Se retira el conductímetro del primer vaso y se sumerge en el segundo vaso con la misma solución estándar. Se espera a que los valores en la pantalla del conductímetro se estabilicen, lo que indica que se ha alcanzado una lectura constante de la conductividad de la solución.
• Si la pantalla del conductímetro no muestra el valor correcto de la conductividad de la solución estándar, se realiza un ajuste en el instrumento. Esto se logra mediante un destornillador de precisión que se utiliza para ajustar el tornillo de calibración del conductímetro hasta que la pantalla muestre el valor correcto de la solución estándar.
• Una vez que se ha obtenido la lectura correcta de la solución estándar, se enjuaga nuevamente el electrodo con agua destilada y se seca con un pañuelo de papel suave. Se apaga el conductímetro y se coloca la tapa para proteger el electrodo.

Características de los sensores de conductividad

• Tipo de electrodo: Los electrodos pueden variar en su composición material, pudiendo estar fabricados de platino, grafito o acero inoxidable, entre otros. La selección del material del electrodo se realiza en función de las necesidades específicas de la aplicación y las condiciones de la muestra a medir.
• Precisión y rango: La precisión y el rango de medición son características cruciales que varían según el diseño y la tecnología del sensor. Algunos sensores están optimizados para medir niveles muy bajos de conductividad, mientras que otros son más adecuados para muestras con concentraciones más altas. La capacidad de adaptarse a diferentes rangos de conductividad permite una amplia aplicabilidad en diversos entornos y aplicaciones.
• Calibración: La calibración regular es esencial para mantener la precisión de las mediciones a lo largo del tiempo. Muchos sensores de conductividad están equipados con funciones de calibración automática o semiautomática, simplificando el proceso para el usuario y asegurando resultados confiables. La calibración periódica garantiza que el sensor esté correctamente ajustado para las condiciones de medición específicas, lo que optimiza su rendimiento y confiabilidad.
• Durabilidad y resistencia: Los sensores de conductividad suelen estar diseñados para ser duraderos y resistir condiciones adversas. Esto incluye resistencia a la corrosión en entornos agresivos y la capacidad de soportar cambios de temperatura y presión sin comprometer su funcionamiento. Esta durabilidad garantiza una larga vida útil del sensor y una operación confiable en una variedad de situaciones.

Aplicaciones de los sensores de conductividad

• Control de calidad del agua: Se utilizan extensamente en la industria del agua para monitorear y controlar la calidad del agua potable, así como en el tratamiento de aguas residuales y la detección de contaminantes.
• Industria alimentaria: Se emplean para garantizar la calidad y seguridad de los productos alimenticios, así como para controlar la concentración de soluciones en procesos de fabricación.
• Agricultura: Se utilizan para medir la salinidad del suelo y del agua de riego, lo que ayuda a optimizar las condiciones de cultivo y prevenir la salinización del suelo.
• Industria farmacéutica: Son utilizados para controlar los procesos de fabricación y garantizar la calidad de los productos farmacéuticos.
• Acuicultura y piscicultura: Se utilizan para monitorear y controlar la salinidad del agua en los tanques de cultivo, lo que ayuda a mantener un ambiente óptimo para el crecimiento y la salud de los organismos acuáticos.
• Monitoreo ambiental: Se emplean para medir la salinidad y la contaminación en cuerpos de agua naturales, así como en la evaluación de la calidad del agua en ecosistemas acuáticos.

Tipos de corriente en los sensores de conductividad

En los sensores de conductividad, se emplean dos tipos principales de corriente eléctrica para determinar la conductividad de una solución: corriente alterna (AC) y corriente continua (DC).

La corriente alterna es preferida en la mayoría de los sensores de conductividad debido a su capacidad para evitar la polarización de los electrodos. La polarización ocurre cuando se acumulan iones en la superficie de los electrodos, lo que puede distorsionar las mediciones de conductividad. La corriente alterna revierte periódicamente la dirección de la corriente, impidiendo que los iones se acumulen en los electrodos y garantizando mediciones más precisas y estables.

Por otro lado, la corriente continua se utiliza en ciertos sensores de conductividad, especialmente aquellos destinados a medir la conductividad en soluciones de baja conductividad o en medios no acuosos. En estos casos, la corriente alterna puede introducir ruido eléctrico en la señal de medición, lo que puede afectar la precisión de las mediciones. La elección entre corriente alterna y corriente continua depende de las características específicas de la solución que se va a analizar y de las especificaciones del sensor de conductividad utilizado.

Tipos de sensores de conductividad

1. Sensores de conductividad de dos electrodos

Estos sensores son los más comunes y simples. Consisten en dos electrodos sumergidos en la solución que se va a medir. La medición se realiza midiendo la diferencia de potencial entre estos electrodos.

Ventajas:

• Son fáciles de usar y mantener debido a su diseño sencillo.
• Suelen ser más económicos en comparación con otros tipos de sensores.
• Son adecuados para una variedad de aplicaciones de medición de conductividad.

Desventajas:

• En comparación con los sensores de cuatro electrodos, pueden ofrecer mediciones menos precisas, especialmente en soluciones con alta conductividad.
• Pueden ser más susceptibles a la contaminación de los electrodos, lo que puede afectar la precisión de las mediciones.

2. Sensores de conductividad de cuatro electrodos

Utilizan cuatro electrodos, dos para enviar una corriente eléctrica a través del líquido y dos para medir la diferencia de potencial entre ellos. Este diseño proporciona mediciones más precisas, especialmente en soluciones con alta conductividad.

Ventajas:

• Debido a su diseño con cuatro electrodos, proporcionan mediciones más precisas, especialmente en soluciones con alta conductividad.
• Tienden a ser menos afectados por la polarización de los electrodos, lo que garantiza mediciones más estables y precisas a lo largo del tiempo.
• Pueden medir una amplia gama de conductividades con precisión.

Desventajas:

• Suelen ser más costosos que los sensores de dos electrodos debido a su diseño más complejo.
• Debido a su estructura con cuatro electrodos, pueden requerir un mantenimiento más frecuente para garantizar mediciones precisas.

3. Sensores de conductividad inductiva 

Estos sensores utilizan un campo magnético para medir la conductividad. Un electrodo induce una corriente eléctrica en el líquido, y la resistencia al campo magnético generado se utiliza para determinar la conductividad.

Ventajas:

• Al no requerir contacto directo con la solución, son ideales para entornos corrosivos o con partículas en suspensión.
• Al evitar el contacto directo con la solución, son menos susceptibles a la contaminación de los electrodos.
• Pueden proporcionar mediciones rápidas debido a su diseño sin contacto.

Desventajas:

• Suelen ser más costosos que otros tipos de sensores debido a su tecnología más avanzada.
• En ciertas situaciones, especialmente en soluciones con baja conductividad, pueden ofrecer mediciones menos precisas en comparación con los sensores de contacto directo.