Sensores de conductividad: Control de la calidad del agua

¿Qué es la conductividad?

La conductividad es la capacidad del agua para conducir la electricidad. Esta conducción requiere que los iones del agua sean portadores de carga. El agua pura no contiene iones (salvo alguna molécula de agua extraña), por lo que es muy mala conductora de la electricidad. Pero a medida que el agua absorbe sales químicas, esas sales añaden iones al agua cuando se disuelven. Por tanto, a medida que aumenta la fuerza iónica del agua, también lo hace la conductividad: cuanto más «salada» sea el agua, mayor será la conductividad.

Ten en cuenta que una medición de la conductividad no te indica necesariamente la concentración de iones en el agua, porque los distintos iones tienen distintas contribuciones a la conductividad. Los iones grandes y poco agraciados, como el acetato, no contribuyen a conducir bien la electricidad. Los iones pequeños y rápidos, como el H+, contribuyen mucho más a la conductividad. Como las aguas naturales suelen ser mezclas siempre cambiantes de iones, la lectura de la conductividad es sólo una medida relativa de la concentración de iones.

La salinidad suele calcularse a partir de la conductividad, suponiendo que el agua tiene una composición química muy similar a la del agua de mar. En el agua de mar, una conductividad de 55.000 µS/cm equivale aproximadamente a una salinidad de 35 PSS (PSS es la escala práctica de salinidad, que ha sustituido a las unidades tradicionales de salinidad en ppt). La salinidad sólo se define técnicamente para pequeñas diluciones y concentraciones de agua salada, por lo que rara vez se utiliza en el trabajo con agua dulce.

¿Por qué es importante la conductividad en el control de la calidad del agua?

Desde un punto de vista químico, las lecturas de conductividad pueden utilizarse para controlar la estabilidad de una masa de agua. Una conductividad invariable suele significar que no se están añadiendo ni sustrayendo sustancias químicas al agua. Un pico de conductividad puede indicar un aumento de iones procedentes de una fuente de contaminación, como un vertido de aguas residuales, una escorrentía agrícola o la intrusión de la marea. Un descenso de la conductividad puede indicar una reducción de los aportes químicos y/o un aumento de los aportes de agua dulce (por ejemplo, de un episodio de lluvias).

Las lecturas de conductividad también pueden utilizarse para juzgar la salud biológica, porque algunas especies vegetales y animales son sensibles a conductividades altas o bajas. A las ostras, por ejemplo, no les va bien el agua de mar muy diluida. A los peces de agua dulce no les van bien las aguas saladas.

Las lecturas de conductividad también pueden utilizarse de forma inferencial. Por ejemplo, en el control de las playas de agua dulce es habitual suponer que un aumento repentino de la conductividad se debe a la contaminación por aguas residuales o a la escorrentía de las lluvias, dos factores que suelen asociarse a un recuento elevado de bacterias. Así, el pico de conductividad puede ser motivo para cerrar las playas.

Por último, las lecturas de conductividad se utilizan para corregir las mediciones del nivel del agua y las lecturas del oxígeno disuelto. Aumentar la conductividad significa aumentar la densidad del agua, por lo que las mediciones del nivel del agua deben disminuirse para compensar. El aumento de la conductividad también reduce la solubilidad del oxígeno en el agua, por lo que los cálculos del porcentaje de saturación de oxígeno deben aumentarse para compensar.

¿Cómo se mide la conductividad?

Hay dos tipos de sensores utilizados habitualmente para medir el OD. La célula Clark tradicional consta de dos electrodos rodeados por una solución electrolítica a base de agua y cubiertos por una membrana permeable al oxígeno. Cuando el oxígeno atraviesa la membrana para disolverse en el electrolito, se consume en una reacción química que genera una pequeña corriente eléctrica entre los dos electrodos. Esa corriente es directamente proporcional a la cantidad de oxígeno en la muestra de agua. Este método se describe con más detalle en el método estándar 4500-O G. Eureka ya no ofrece este tipo de sensor.

El segundo tipo de sensor de OD es el sensor óptico de OD, como el HDO de Eureka, en el que se dirige una luz azul a un compuesto activo de oxígeno que se ha estabilizado en un polímero permeable al oxígeno. La luz azul provoca la fluorescencia del compuesto activo en oxígeno – es decir, absorbe energía en forma de luz azul y luego emite energía en forma de luz roja. La fluorescencia se apaga con el oxígeno, es decir, la emisión de luz roja se reduce si hay moléculas de oxígeno presentes que interfieran con el compuesto oxigenoactivo. Cuanto más oxígeno haya, menor será la cantidad de luz roja producida.

Cuando la superficie sensora polimérica se expone al agua, el oxígeno se difunde en la superficie sensora en función de la cantidad («presión parcial») de oxígeno en el agua. Así, la cantidad de luz roja recibida por el sensor es directamente relacionable con la cantidad de oxígeno en el agua. La señal de luz roja se calibra en las unidades de OD adecuadas.

Los sensores ópticos de OD se han convertido en la norma, y se prefieren a las Células Clark, porque tienen poca deriva de calibración sobre el terreno, no son sensibles al flujo (no necesitan circulador) y no requieren difíciles cambios de membrana que molestan a los usuarios de sensores Clark. El 1 de julio de 2007, la EPA aprobó el Método Internacional ASTM D888-05, Métodos de Prueba Estándar para el Oxígeno Disuelto en el Agua para medir el OD según 40 CFR 136, lo que hace que los sensores ópticos de OD sean aceptables para su uso por los organismos gubernamentales.

La cantidad de oxígeno disuelto en, por ejemplo, un lago o un río, depende de varias variables. Cuanto mayor es la presión barométrica, más oxígeno puede disolverse en el agua. Y cuanto mayor sea la temperatura del agua, menos oxígeno puede disolverse en ella.

Si el agua ha absorbido todo el oxígeno que puede para una combinación concreta de temperatura y presión barométrica, se dice que el agua está saturada de oxígeno. Si, por término medio, no entra ni sale oxígeno del agua, se dice que el oxígeno del agua está en equilibrio con el oxígeno de la atmósfera.

El oxígeno disuelto (OD) se suele indicar en dos unidades. La concentración de OD es el peso del oxígeno disuelto en el agua y se expresa en mg/l o ppm. El porcentaje de saturación de OD es la relación entre el oxígeno del agua y la cantidad máxima de oxígeno que puede disolverse en una muestra de agua en las mismas condiciones, y se expresa en % de saturación.

Los sensores Clark Cell más antiguos se calibraban tradicionalmente en aire saturado de agua, pero la calibración en agua saturada de aire está ganando cada vez más adeptos. Esto último se hace agitando medio litro de agua en un recipiente de un litro durante un minuto, y luego esperando un minuto a que las burbujas suban a la superficie y desaparezcan. El sensor de OD se sumerge en esa agua y se le da tiempo para que se estabilice. Conociendo la temperatura del agua y la presión barométrica, el instrumento puede calcular el nivel de OD en el agua porque sabe que el agua está saturada de oxígeno. El instrumento ajusta la lectura del sensor de OD en consecuencia.