Download conductividad eléctrica

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SANTO DOMINGO
(UASD)
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
26 de mayo del 2011
Sustentantes:
Wender Mata y Amílcar Jacobs
Matriculas:
CG-9463 y 95-6398
Profesor:
Ing. Fernando López
Índice.
 Introducción
 Conductividad Eléctrica
 Conductividad eléctrica en diferentes
medios
 Conductividad eléctrica en medios
líquidos
 Conductividad en medios sólidos
 Conductividad en metales
 Medida de la conductividad
 Conductividad y dureza del agua
Introducción.
La conductividad es una variable que se controla en muchos
sectores, desde la industria química a la agricultura. Esta
variable depende de la cantidad de sales disueltas presentes en
un líquido y es inversamente proporcional a la resistividad del
mismo.
La conductividad se define como la capacidad de una
sustancia de conducir la corriente eléctrica y es lo contrario de
la resistencia.
Esto lo trataremos más detalladamente a continuación en el
siguiente informe sobre lo que es la conductividad eléctrica.
LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo o medio para
conducir la corriente eléctrica, es decir, para permitir el paso a través de él
de partículas cargadas, bien sean los electrones, los transportadores de
carga en conductores metálicos o semimetálicos, o iones, los que
transportan la carga en disoluciones de electrolitos.
La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto
, y su
unidad es el S/m (siemens por metro). Usualmente la magnitud de la
conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico y la
densidad de corriente de conducción
CONDUCTIVIDAD EN DIFERENTES MEDIOS
Los mecanismos de conductividad difieren entre los tres estados de la
materia. Por ejemplo en los sólidos los átomos como tal no son libres de
moverse y la conductividad se debe a los electrones. En los metales existen
electrones cuasi-libres que se pueden mover muy libremente por todo el
volumen, en cambio en los aislantes, muchos de ellos son sólidos iónicos,
apenas existen electrones libres y por esa razón son muy malos
conductores.
CONDUCTIVIDAD EN MEDIOS LÍQUIDOS
La conductividad en medios líquidos (Disolución) está relacionada con la
presencia de sales en solución, cuya disociación genera iones positivos y
negativos capaces de transportar la energía eléctrica si se somete el líquido
a un campo eléctrico. Estos conductores iónicos se denominan electrolitos o
conductores electrolíticos.
Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de
determinaciones conductométricas y tienen muchas aplicaciones como, por
ejemplo:



En la electrólisis, ya que el consumo de energía eléctrica en este
proceso depende en gran medida de ella.
En los estudios de laboratorio para determinar el contenido de sales
de varias soluciones durante la evaporación del agua (por ejemplo en
el agua de calderas o en la producción de leche condensada).
En el estudio de las basicidades de los ácidos, puesto que pueden ser
determinadas por mediciones de la conductividad.

Para determinar las solubilidades de electrólitos escasamente
solubles y para hallar concentraciones de electrólitos en soluciones
por titulación.
La base de las determinaciones de la solubilidad es que las soluciones
saturadas de electrólitos escasamente solubles pueden ser consideradas
como infinitamente diluidas. Midiendo la conductividad específica de
semejante solución y calculando la conductividad equivalente según ella, se
halla la concentración del electrólito, es decir, su solubilidad.
Un método práctico sumamente importante es el de la titulación
conductométrica, o sea la determinación de la concentración de un
electrólito en solución por la medición de su conductividad durante la
titulación. Este método resulta especialmente valioso para las soluciones
turbias o fuertemente coloreadas que con frecuencia no pueden ser
tituladas con el empleo de indicadores.
La conductividad eléctrica se utiliza para determinar la salinidad (contenido
de sales) de suelos y substratos de cultivo, ya que se disuelven éstos en
agua y se mide la conductividad del medio líquido resultante. Suele estar
referenciada a 25 °C y el valor obtenido debe corregirse en función de la
temperatura. Coexisten muchas unidades de expresión de la conductividad
para este fin, aunque las más utilizadas son dS/m (deciSiemens por metro),
mmhos/cm (milimhos por centímetro) y según los organismos de
normalización europeos mS/m (miliSiemens por metro). El contenido de
sales de un suelo o substrato también se puede expresar por la resistividad
(se solía expresar así en Francia antes de la aplicación de las normas INEN).
CONDUCTIVIDAD EN MEDIOS SÓLIDOS
Según la teoría de bandas de energía en sólidos cristalinos, son materiales
conductores aquellos en los que las bandas de valencia y conducción se
superponen, formándose una nube de electrones libres causante de la
corriente al someter al material a un campo eléctrico. Estos medios
conductores se denominan conductores eléctricos.
La Comisión Electrotécnica Internacional definió como patrón de la
conductividad eléctrica:
Un hilo de cobre de 1 metro de longitud y un gramo de masa, que da
una resistencia de 0,15388 Ω a 20 °C al que asignó una conductividad
eléctrica de 100% IACS (International Annealed Cooper Standard,
Estándar Internacional de Cobre no Aleado). A toda aleación de
cobre con una conductividad mayor que 100% IACS se le denomina de
alta conductividad (H.C. por sus siglas inglesas).
EXPLICACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD EN METALES
Antes del advenimiento de la mecánica cuántica, la teoría clásica empleada
para explicar la conductividad de los metales era el modelo de DrudeLorentz, donde los electrones se desplazan a una velocidad media
aproximadamente constante que es la velocidad límite asociada al efecto
acelerador del campo eléctrico y el efecto desacelerador de la red
cristalina con la que chocan los electrones produciendo el efecto Joule.
Sin embargo, el advenimiento de la mecánica cuántica permitió construir
modelos teóricos más refinados a partir de la teoría de bandas de energía
que explican detalladamente el comportamiento de los materiales
conductores.
Con los instrumentos convencionales, la medida de la conductividad se
obtiene aplicando un voltaje entre dos electrodos y midiendo la resistencia
de la solución. Las soluciones con conductividad alta producen corrientes
más altas. Para contener la intensidad de la corriente en una solución
altamente conductiva, es necesario disminuir la superficie de la sonda o
incrementar la distancia entre los polos. Por esta razón se deben usar
sondas diferentes para rangos de medida diferentes.
Sólo el método de 4 anillos puede medir distintos rangos usando una única
sonda. Las ventajas de este método respecto al de dos puntas (método
amperímetrico) son numerosas: lecturas lineales en un amplio rango, sin
ninguna polarización, y sin necesidad de limpiezas exhaustivas por las
incrustaciones.
Unidad de medición de la conductividad eléctrica.
La unidad de medición utilizada comúnmente es el Siemens/cm (S/cm), con
una magnitud de 10 elevado a -6 , es decir microSiemens/cm (µS/cm), o en
10 elevado a -3, es decir, miliSiemens (mS/cm).
Conductividad del agua
Agua pura: 0.055 µS/cm
Agua destilada: 0.5 µS/cm
Agua de montaña: 1.0 µS/cm
Agua para uso doméstico: 500 a 800 µS/cm
Máx. para agua potable: 10055 µS/cm
Agua de mar: 52 µS/cm
En el caso de medidas en soluciones acuosas, el valor de la conductividad es
directamente proporcional a la concentración de sólidos disueltos, por lo
tanto, cuanto mayor sea dicha concentración, mayor será la conductividad.
La relación entre conductividad y sólidos disueltos se expresa, dependiendo
de las aplicaciones, con una buena aproximación por la siguiente regla:
grados ingleses
grados americanos
1.4 µS/cm = 1ppm o 2 µS/cm = 1 ppm (partes por millón de CaCO3)
Donde 1 ppm = 1 mg/L es la unidad de medida para sólidos disueltos.
Además de los normales conductivímetros, existen instrumentos que
convierten automáticamente el valor de conductividad en ppm, ofreciendo
directamente las medidas de la concentración de sólidos disueltos.
La conductividad de una solución se determina por un movimiento molecular.
La temperatura influye en dicho movimiento, por lo que es necesario tomarla
en cuenta cuando se realizan mediciones de precisión. Generalmente, para
realizar mediciones comparativas, la temperatura de referencia es de 20 ºC
ó 25 ºC. Para corregir los efectos de la temperatura, se utiliza un factor de
compensación ß. Se expresa en % / ºC que varía de acuerdo con la
composición de la solución que se está midiendo. En la mayor parte de las
aplicaciones, el coeficiente ß se fija en 2% / ºC.
MEDIDA DE LA CONDUCTIVIDAD
Es posible diferenciar los distintos conductivímetros según el método de
medición que utilicen, es decir, amperímetrico o potenciométrico. El sistema
amperimétirco aplica una diferencia potencial conocida (V) a dos electrodos
y mide la corriente alternada (?) que pasa a través de ellos. Según la ley de
Ohm, las dos dimensiones está sujetas a la relación: I = V / R.
Donde R es la resistencia, V es el voltaje conocido e I es la corriente que va
de un electrodo a otro. Por lo tanto, cuanto más elevada sea la corriente
obtenida, mayor será la conductividad. La resistencia, sin embargo, depende
de la distancia entre los dos electrodos y sus superficies, las cuales pueden
variar debido a posibles depósitos de sales u otros materiales (electrólisis).
Por esta razón, se recomiendo limitar el uso del sistema amperimétrico para
soluciones con baja concentración de sólidos disueltos, 1 g/L
(aproximadamente 2000 µS/cm).
El sistema potenciométrico de 4 anillos está basado en el principio de
inducción y elimina los problemas comunes asociados al sistema
amperimétrico, como los efectos de la polarización. A los dos anillos
externos va aplicada una corriente alterna; mientras que , los dos anillos
internos miden la diferencia de potencial inducida por el flujo de corriente,
que depende de la conductividad de la solución donde se ha sumergido la
sonda.
Una pantalla de PP mantiene el flujo de corriente fijo y constante. Con este
método es posible medir la conductividad con rangos de hasta 200000
µS/cm y 100 g/L.
CONDUCTIVIDAD Y DUREZA DEL AGUA
Utilizando medidores de conductividad o sólidos disueltos, es posible
obtener con muy buena aproximación, el valor de la dureza del agua, incluso
en grados franceses. La dureza del agua está determinada por la
concentración de carbonato de calcio (CaCO3), la que constituye el 90%
aproximadamente de los sólidos disueltos en el agua. La unidad de medición
de dureza más común es el grado francés (of), definido como:
1 ºf = 10 ppm de CaCO3
Dividiendo por 10 las medidas en ppm obtenidas con un medidor de sólidos
disueltos, se obtiene el valor de dureza del agua en of. Como se señalaba
anteriormente, 1 ppm = 2 µS/cm de conductividad, por lo tanto:
1 ºf = 20 µS/cm
Dividiendo por 20 las medidas en µS/cm, se obtiene el valor de dureza del
agua en grados franceses.
IMPORTANTE: Las mediciones de dureza del agua por medio de
conductivímetros o medidores de TDS deben ser realizadas antes de los
tratamientos de descalcificación del agua. De hecho, estos dispositivos
sustituyen el calcio (carbonato) con el sodio, disminuyendo el grado de
dureza del agua, sin variar las concentraciones de sólidos disueltos.
Conclusión
Para concluir con este tema podremos decir que el
tema de la conductividad eléctrica es muy importante en
la actualidad debido a que a diario vemos como se utilizan
en todas las partes donde se encuentran conexiones
eléctricas, tanto a nivel industrial, residencial o en el
campo de la agricultura por eso debemos tener en cuenta
los diferentes medios de conductividad, ya sea en sólidos
o en líquidos
y sus medidas de medición y todo lo
referente con esta.
ANEXOS.
Bibliografía.
La información tratada en este tema fue
encontrada en los diferentes sitios web a
mencionar a continuación:
 www.wikipedia.com
 www.buenastareas.com