Dicas e Soluções > Como e porque medir a Condutividade Elétrica com sondas muiltiparâmetros?

*Por Mariana Villas e Mauro Banderali, da Ag Solve

O que é condutividade elétrica em amostras de água e como mensurá-la com sondas multiparâmetros?

A condutividade elétrica da água representa a facilidade ou dificuldade de passagem da eletricidade na água.  Os compostos orgânicos e inorgânicos contribuem ou interferem na condutividade, de acordo com sua concentração na amostra, e a correta representação da temperatura possui um fator preponderante na medição correta da condutividade elétrica.

Valores de condutividade elétrica da água são utilizados há décadas como indicativos da qualidade da água, com sua representação pelo Sistema Internacional em unidades  miliSiemens por cm2 (mS/cm2) ou micro Siemens por cm2 (uS/cm2).

Na “água destilada” ou “água deionizada”, conceito de água isenta de outros componentes que não seja H2O, a condutividade é praticamente zero uS/cm2, o que indica que a água é um isolante elétrico.  Portanto a obtenção de “água destilada” originária da simples evaporação e condensação da água utiliza conceitos simples e pode ser obtida por qualquer estudante de ensino médio, desde que utilizando técnicas e equipamentos adequados.  Porém, a água é um solvente universal e em interação com o meio acaba por incorporar compostos gasosos em sua composição, pelo simples contato com o ar o que altera sua composição até a obtenção do equilíbrio com os gases do meio. O mais comum é utilizarmos água destilada (processo de condensação) ou deionizada (quando os sais são removidos), onde a condutividade está em valores entre 0,5 uS/cm2 a 5 uS/cm2.

O que representa a Condutividade Elétrica em uma amostra de água?

A condutividade elétrica em uma água é representada em sua maioria por sólidos dissolvidos em água, dos quais se destacam dois tipos: compostos iônicos e compostos catiônicos. Os compostos iônicos (cargas negativas, que possuem elétrons livres na camada de valência) são sólidos que se dissolvem em água e caracterizados como sendo cloretos, sulfatos, nitratos e fosfatos.  Os compostos catiônicos (cargas positivas, que perderam elétrons na camada de valência) também interferem na condutividade elétrica da água e  possuem cátions de sódio, magnésio, cálcio, ferro, alumínio e amônio.  Desta forma, quando mensuramos a condutividade elétrica de uma amostra, estamos na realidade quantificando uma grande quantidade de compostos nela contidos - uns positivos, outros negativos - e que, em solução, permitem a passagem da eletricidade. Materiais orgânicos, como óleos, graxas, álcool, fenóis não possuem a capacidade de conduzir eletricidade. Assim quando se apresentam na forma dissolvida na água, a condutividade elétrica é severamente reduzida;  e chega a zero, quando o produto está em fase livre (presença do produto em camada).

Qual a diferença dos diversos compostos minerais na condutividade elétrica da água?

Compostos catiônicos e aniônicos permitem a passagem da eletricidade, porém em quantidades diferentes para cada material.  Compostos de Hidrogênio são aqueles que melhor conduzem essa eletricidade, seguidos dos peróxidos e cloretos.  Porém os bicarbonetos metálicos dissolvidos possuem características totalmente diferentes dos compostos até aqui mencionados.  Os Bicarbonatos de Cálcio e Magnésio, quando dissolvidos na água, são facilmente notados.  Bicarbonatos dissolvidos na água a tornam “água dura” -- termo que define águas que não fazem espuma --,  que, quando evaporadas, deixam materiais sólidos nas superfícies, os carbonatos.  Outro efeito muito conhecido é a extrema redução da condutividade elétrica da água, tornando-a isolante como a água destilada.

O que indica a condutividade elétrica da água?

Seus valores representam a carga mineral presente na água, a geologia local ou regional.  Assim, em formações predominantemente de granito, ou arenitos, a condutividade elétrica é extremamente baixa.  Esse tipo de formação geológica não possui sais em sua formação. De forma totalmente contrária, solos de elevada concentração de argilas, os valores de condutividade são bastante altos.  Como exemplo, o Rio Negro e Solimões, onde em estudos recentes foram verificados valores de         10 uS/cm2 e 30 uS/cm2 naquelas águas, comprovando que na Floresta Amazônica, o teor de sais nestas águas é bastante baixo.  Já em águas de rios do Nordeste e do Sul do país, em razão da geologia local, as condutividades elétricas verificadas naquelas regiões atingem ou superam a marca dos 400 uS/cm2.

O que pode interferir na medição da condutividade elétrica da água?

A condutividade elétrica da água possui a temperatura como um grande interferente na sua medição, assim, quatro são as representações possíveis:

• Condutividade elétrica absoluta, representando o valor lido pelo sensor sem qualquer correção da temperatura da amostra;

• Resistividade Absoluta, com valores de Ohm/cm;

• Condutividade elétrica a 25° C, na qual a medição é corrigida para a temperatura de 25° C ;

• Condutividade elétrica a 20° C, corrigindo os valores para a temperatura da amostra a 20° C.

A interferência e necessidade da correção da temperatura é um dos pontos mais críticos da medição da condutividade, sua configuração equivocada pode trazer erros bastante elevados, visto que em condições ambientais normais, a cada grau de temperatura, o erro da medição pode atingir 2% em águas superficiais, e até 6% em águas de condutividade muito baixa, perto da concentração de águas puras.  Outra fonte de erro é aquele na qual o operador não aguarda a estabilização da temperatura na sonda multiparamétrica.  Neste caso, operar com sondas que ficam expostas ao sol ou armazenadas em veículos quentes pode trazer um grande potencial de erro na medição.  A inércia térmica da sonda multiparamétrica também deve ser respeitada; assim, para equipamentos maiores e com águas mais paradas, o tempo de estabilização pode ser crítico para uma boa medição deste parâmetro.

Outra questão que deve ser observada pelo usuário de sondas multiparâmetros é a questão do isolamento do instrumento e da amostra.  Segundo recomendações da USGS, (empresa de estudos geológicos americanos), é sempre recomendado o uso de luvas de látex quando mensurando a condutividade elétrica, particularmente em águas de baixa condutividade, isso porque o próprio corpo do operador da sonda pode ser um interferente na medição.

Quais são as demais medidas secundárias originárias da condutividade elétrica da água?

Através da medição direta da condutividade elétrica da água é possível obter-se valores como:

• TDS (Total de Sólidos Dissolvidos): que busca representar quantas miligramas de sal resultaria na evaporação de um litro de água

• Salinidade: que indica a quantidade total de sais dissolvidos na água, em miligramas por litro

• Resistência elétrica, onde contrariamente a condutividade, representa o isolamento da eletricidade que a água propicia, representado pela unidade de Ohms (resistência).

• Densidade da água do mar: onde através do teor de sais, estima o incremento da densidade da água

E como deve ser realizada a calibração da condutividade elétrica em sondas multiparamétricas?

A condutividade elétrica das amostras de água deve ser medida em tempo real, diretamente no corpo d'água. A medição pode ser adiada até um mês, se a amostra ficar refrigerada (mas não congelada) imediatamente após ser realizada e, se o frasco de amostra for preenchido por completo, sem folga na parte superior.  Note que, comumente, quando a sonda é operada na posição vertical, os sensores de condutividade elétrica são aqueles mais altos quando comparados com os demais.  Isso se deve ao fato de demandarem uma construção diferenciada do sensor.

Um medidor de condutividade elétrica utiliza dois eletrodos, um que detecta uma corrente eléctrica enviada por outro. O medidor também deve medir a temperatura com precisão e automaticamente compensá-la na leitura de condutividade, mas medidores sem compensação estão disponíveis no mercado, tornando necessária a tomada da temperatura por outros equipamentos e compensando os dados manualmente.   Tenha bastante calma na medição, pois a estabilidade térmica da sonda e dos sensores nem sempre é rápida.

Quais são os principais cuidados na operação?

Procedimento

1. Antes de ir ao campo, calibre seu medidor;

2. No local, lavar o eletrodo com água deionizada;

3. Coletar uma amostra de água utilizando a técnica de amostragem normal;

4. Mergulhe o eletrodo na amostra e,assegure-se que o nível da amostra ultrapassou o ponto mínimo de submergência.  Faça movimentos para cima e para baixo para eliminar quaisquer bolhas de ar que tenham aderido ao sensor de condutividade elétrica.

5. Mova o eletrodo lentamente em um círculo por um minuto até que a leitura digital se estabilize ou se mantenha entre dois números;

6. Repita o teste com uma amostra de replicação;

7. Grave os dois resultados na memória do equipamento

8. Descarte a amostra a jusante de seu ponto de coleta;

9. Lave o eletrodo com água deionizada antes de testar a amostra seguinte.

Manutenção

Sempre lave os eletrodos com água deionizada de uma garrafa tipo “Squeeze”. Seque os eletrodos com uma toalha de papel. Eletrodos de aço inoxidável têm de ser mantidos limpos e secos.

Calibração

Use uma solução de calibração de condutividade, normalmente cloreto de potássio (Kcl), para calibrar o eletrodo no range de sua medição. Por exemplo, uma solução 0,01 molar de KCl vai ter uma condutividade de 1,473 mS / cm, e uma solução 0,001 molar de KCl vai ter uma condutividade de 147 mS / cm.

Reserve um pequeno volume da solução de calibração em um recipiente pequeno e limpo. Não mergulhe o sensor ou sonda na solução estoque porque isso vai contaminá-la, tornando-a inutilizável. Sempre enxague os elétrodos com água desionizada.   Utilize luvas de látex para proteção da mão contra os produtos químicos e para isolamento do seu corpo e a sonda.

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Interpretando os resultados

Cada rio ou corpo dáguad’água tende a ter uma gama relativamente consistente de valores de condutividade elétrica que, uma vez conhecidos, podem ser utilizados como base de comparação para medições regulares de condutividade. Desta forma, alterações significativas na condutividade pode indicar que uma descarga ou alguma outra fonte de contaminação tenha entrado no corpo hídrico.

Tabela: Algumas faixas de condutividade elétrica

Tipo de água                          Condutividade elétrica (uS / cm)
Água deionizada                                                                0,5-3
Pura água da chuva                                                              <15
Rios de água doce                                                               0-800
Água do rio Marginal                                                    800-1600
Água salobra                                                                1600-4800
Água salina                                                                        > 4.800
A água do mar                                                                    51.500
Águas industriais                                                         100-10.000