Ηλεκτρική Αγωγιμότητα – Electrical Conductivity

[Aquazone Team]

Ηλεκτρική Αγωγιμότητα – Electrical Conductivity
του Μιχάλη Πλαδέλη

Πολλοί θεωρούν ότι ο εξειδικευμένος ηλεκτρονικός εξοπλισμός είναι υπερβολικός και μη αναγκαίος προκειμένου να παρακολουθούμε τις διάφορες παραμέτρους στα ενυδρεία μας. Σε αυτό το άρθρο θα κάνω μία προσπάθεια να εξηγήσω την χρησιμότητα του αγωγιμόμετρου (conductivity meter) και των tds meters τα οποία τελευταία χρησιμοποιούνται από αρκετούς χομπίστες καθώς υπάρχει πλέον η δυνατότητα να αποκτηθούν με σχετικά χαμηλό κόστος.

Εισαγωγή
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μία εγγενής ιδιότητα των περισσότερων υλικών στη φύση και αναφέρεται ως η ικανότητα να άγει (να μεταφέρει) ηλεκτρικό φορτίο.

Καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού είναι κυρίως τα μέταλλα, ενώ το γυαλί, το ξύλο και το πλαστικό, θεωρούνται κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Μεταξύ αυτών των δύο ακραίων (καλών και κακών) μορφών αγωγών του ηλεκτρισμού βρίσκεται το νερό.

Στα μέταλλα το ηλεκτρικό ρεύμα μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια ενώ στα υγρά από τα ιόντα. Σε κάθε περίπτωση η αγωγιμότητα ορίζεται από την παρουσία και τον αριθμό των φορτισμένων ιόντων, τη συγκέντρωσή τους , την κινητικότητά τους, το σθένος τους και τη θερμοκρασία.

Έτσι, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των διαλυμένων αλάτων στο νερό, τόσο περισσότερα είναι τα ιόντα άρα και υψηλότερη η αγωγιμότητα. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται έως ότου η συγκέντρωση ανέβει σε πολύ υψηλές τιμές καθιστώντας το διάλυμα υπέρκορο, εμποδίζοντας τα ιόντα να κινηθούν και ως αποτέλεσμα αυτού να μειώνεται ο βαθμός της αγωγιμότητας.

Η αγωγιμότητα (G) μετριέται σε Siemens και συμβολίζεται ως εξής: mS/cm ή mho/cm. Είναι το αντίστροφο της αντίστασης (ohm) ή το Siemens/m.

Επίσης 1 mS/cm = 1000 μS/cm , όπου mS=milisiemens και μS=microsiemens.

Οτιδήποτε προσθέτουμε στο νερό του ενυδρείου, όπως χημικά, πρόσθετα ή τροφές, καθώς διαλύεται επηρεάζει την ποιότητα του νερού και αυξάνει την αγωγιμότητα.

Παρακάτω φαίνονται κάποιες ενδεικτικές τιμές αγωγιμότητας στο νερό:

Υπερκάθαρο νερό 0,055 μS/cm
Νερό από αντίστροφη όσμωση 5-15 μS/cm
Ελληνικές λίμνες 40-1500 μS/cm
Εμφιαλωμένο νερό 350-450 μS/cm
Ελληνικά ποτάμια 400-800 μS/cm
Θαλασσινό νερό Ωκεανού 53 mS/cm
Ενυδρεία reef 50-54 mS/cm

Τονίζεται πως οι μετρήσεις αγωγιμότητας μας δείχνουν τη συγκέντρωση των ιόντων που περιέχονται στο νερό, δεν μας δίνουν όμως πληροφορίες για τη σύσταση και την προέλευσή τους δηλαδή πόσο ασβέστιο (Ca), μαγνήσιο (Mg) κλπ.

Αγωγιμότητα και TDS (Total dissolved solids-ολικά διαλυτά στερεά)

Η αγωγιμότητα πρακτικά χρησιμοποιείται ως συνώνυμο των ολικών διαλυτών στερεών ή TDS (Total dissolved solids) τα οποία μετράμε σε ppm (parts per million-μέρη στο εκατομμύριο). 1 ppm ισούται με 1 mg/λίτρο. Ουσιαστικά TDS είναι η ποσότητα (συγκέντρωση) των ολικών διαλυτών στερεών σε ένα διάλυμα. Πρακτικά αν εξατμίσουμε το νερό τότε το βάρος του στερεού υπολείμματος που θα μείνει εκφράζεται σε TDS.

Προκειμένου να μετατρέψουμε τα TDS σε αγωγιμότητα, τα πολλαπλασιάζουμε με κάποιον αντίστοιχο συντελεστή αναλόγως της σύστασης του διαλύματος, καθώς το κάθε διάλυμα περιέχει διαφορετικά συστατικά.

Για καθαρά πρακτικούς λόγους και για χρήση που προορίζεται για ενυδρεία ισχύει η παρακάτω σχέση: 33μS=17.9 ppm= 1 dh (βαθμός σκληρότητας)

Όργανα μέτρησης αγωγιμότητας και ΤDS

Η αγωγιμότητα και τα ολικά διαλυτά στερεά μετρώνται με αγωγιμόμετρο (conductivity meter) ή TDS meter ή και όργανα που μετρούν και τα δύο. Τα όργανα μέτρησης TDS μετράνε αγωγιμότητα αλλά την μετατρέπουν αυτόματα σε συγκέντρωση (ppm) χρησιμοποιώντας κάποιον αλγόριθμο σύμφωνα με τις ρυθμίσεις του κατασκευαστή. Αυτά τα όργανα λειτουργούν μετρώντας το ηλεκτρικό φορτίο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων και κάνουν αυτόματη αντιστάθμιση θερμοκρασίας. Η εκάστοτε μέτρηση που δίνει το όργανο σε αγωγιμότητα αντιστοιχίζεται σε σκληρότητα κάποιου άλατος (KCl, NACl) ανάλογα με την ρύθμιση του οργάνου.

Υπάρχουν αγωγιμόμετρα μονού εύρους (π.χ. 0-1999 μS/cm) και πολλαπλού εύρους (π.χ. 0-200 mS/cm) ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζονται.

Διάφορες εφαρμογές για τα ενυδρεία

Έλεγχος της κατάστασης της μεμβράνης της r/o

H μεμβράνη της συσκευής αντίστροφης όσμωσης ανάλογα με τη χρήση έχει μία διάρκεια ζωής μεταξύ 2-4 ετών. Μετρώντας την αγωγιμότητα του καθαρού νερού που παράγεται από μια συσκευή αντίστροφης όσμωσης μπορούμε να ελέγχουμε ανά πάσα στιγμή την κατάσταση της μεμβράνης της προκειμένου να δούμε την κατάστασή της και αν χρειαστεί να αντικατασταθεί.

Αποφυγή οσμωτικού σοκ

Με το αγωγιμόμετρο μπορούμε να ελέγξουμε το νερό από όπου προέρχεται ένα ψάρι σε σχέση με το νερό στο οποίο εισάγεται. Η αγωγιμότητα πρακτικά εκφράζει την ποσότητα της οσμωτικής πίεσης που ασκείται εξωτερικά από το νερό στα ψάρια. Καθώς το ψάρι πιθανόν να προέρχεται από νερό με διαφορετική σύσταση και συγκέντρωση σε άλατα , θα πρέπει να εγκλιματιστεί για ένα ικανό χρονικό διάστημα προκειμένου να εξισορροπήσει την οσμωτική πίεση (οσμωρύθμιση).

Μέτρηση της αλατότητας

Μετρώντας την αγωγιμότητα με κάποιο όργανο πολλαπλού εύρους, μπορούμε με εύκολα να μετρήσουμε την αλατότητα του θαλασσινού νερού του ενυδρείου μας. Πρακτικά μετρώντας αγωγιμότητα π.χ. 53 mS/cm (53000 μS/cm) στο ενυδρείο μας μπορούμε εύκολα να καταλήξουμε στο συμπέρασμα ότι έχουμε αλατότητα 1.0264. Σε χαμηλότερα επίπεδα αγωγιμότητας αντιστοιχεί χαμηλότερη τιμή αλατότητας κ.ο.κ.. Οι αντιστοιχία προκύπτει από σχετικούς πίνακες μετατροπής στους 25oC όπως ο παρακάτω:

Πυκνότητα Αλατιού g/cm3 Αγωγιμότητα mS/cm
1.0000 0
1.0226 46,2
1.0233 47,6
1.0241 49,0
1.0249 50,4
1.0256 51,7
1.0264 53,0
1.0271 54,4
1.0279 55,7
1.0286 57,1
1.0294 58,4


Μέτρηση της σκληρότητας του νερού

Με κάποιο όργανο μέτρησης αγωγιμότητας ή TDS μπορούμε να έχουμε μια ακριβή μέτρηση της σκληρότητας (GH) του νερού σε ppm. Αυτό απαιτείται όταν θέλουμε π.χ. να μαλακώσουμε το νερό αρκετά, προκειμένου να επιτύχουμε αναπαραγωγές σε κάποια είδη που προέρχονται από μαλακά νερά π.χ. ψάρια Αμαζονίου. Η αντιστοιχία μS/cm και ppm αν δεν γίνεται αυτόματα από το όργανο που χρησιμοποιούμε είναι περίπου 1 πρός 2 δηλαδή 1 ppm = 2 μS/cm χωρίς όμως να είναι απόλυτη, είναι όμως ενδεικτική για τις μετρήσεις που απαιτούνται στα ενυδρεία μας. Επίσης η σχέση TDS με βαθμούς σκληρότητας υπολογίζεται από τον τύπο ppm x 0.056 = dH. Δηλαδή αν μετράμε π.χ. 100 ppm τότε έχουμε αντίστοιχη σκληρότητα GH=5,6 δηλαδή περίπου 6.

Ενδεικτικός πίνακας αντιστοιχίας μετρήσεων TDS/Αγωγιμότητας και σκληρότητας νερού:

TDS(ppm) Αγωγιμότητα (μS/cm) Βαθμοί dh Σκληρότητα
0-70 0-140 0-4 Πολύ μαλακό
70-150 140-300 4-8 Μαλακό
150-250 300-500 8-14 Ελαφρά Σκληρό
250-320 500-640 14-18 Αρκετά Σκληρό
320-420 640-840 18-24 Σκληρό
Πάνω από 420 Πάνω από 840 Πάνω από 24 Πολύ Σκληρό

Συντήρηση

Καλό είναι τα αγωγιμόμετρα και tds meters να βαθμονομούνται (calibration) ανά τακτά χρονικά διαστήματα, κάθε 1-2 μήνες προκειμένου να εξασφαλίσουμε την αξιοπιστία των μετρήσεων. Ειδικά για τα όργανα πολλαπλού εύρους είναι καλό όταν γίνονται διαδοχικές μετρήσεις (π.χ. νερό από α/ο και στη συνέχεια θαλασσινό νερό) να βαθμονομούνται με το αντίστοιχο διάλυμα που ταιριάζει στο επίπεδο αγωγιμότητας του νερού που μετράμε προκειμένου να υπάρχει μεγαλύτερη ακρίβεια.

Μετά από κάθε χρήση τα αγωγιμόμετρα και tds meter χρειάζονται καθάρισμα του ηλεκτροδίου χρησιμοποιώντας είτε διάλυμα υδροχλωρικού οξέος ή κάποιο άλλο οξύ όπως π.χ. ξύδι. Στη συνέχεια πρέπει να ξεπλένονται καλά σε νερό χωρίς άλατα (απεσταγμένο) και να στεγνώνουν καλά ώστε να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα να παραμείνουν πάνω άλατα.