Universitatea Politehnica Bucuresti

Facultatea de Mecanica si Mecatronica

Mijloace pentru masurarea salinitatii apei

Profesor Constantin Bucsan

Masterand Topor Claudia

2012-2013

Salinitatea

Salinitatea desemneaza continutul in saruri al unei solutii, al unei ape (marine, oceanice, lacustre sau subterane),precum si al unui sol. Se exprima cantitativ drept concentratie masica si procent masic, fiind exprimata de obicei in grame pe litru (g/l) sau in promile (‰). Diferenta de salinitate poate fi exploatata ca potential energetic regenerabil prin energie potentiala osmotica (Energia potentiala osmotica sau energia gradientului de salinitate este energia disponibila din diferenta de concentratie de sare intre apa de mare si apa de rau. Este o energie regenerabila. Doua metode practice pentru acest lucru sunt electrodializa inversa (EDÎ) și osmoza intarziata de presiune (OÎP)).

Salinitatea apelor

Dupa gradul de mineralizare lacurile pot fi:

dulci (salinitatea sub 0,5‰) salmastre (salinitatea intre 0,5 si 30‰) sarate (salinitatea intre 30 si 40‰) hiperhaline (suprasarate, cu salinitatea mai mare de 40‰).

Pe masura ce au inceput sa se topeasca din ce in ce mai multi ghetari, a scazut nivelul salinitatii apei din oceanul planetar.

Fata de gradul de toleranta al organismelor la diverse amplitudini ale salinitatii, acestea se diferentiaza in doua grupe ecologice:

stenohaline, care suporta variatii inguste ale salinitatii si eurihaline, care suporta variatii largi ale acestui factor.

Pentru masurarea cu usurinta a greutatii specifice ale apei sarate, de foloseste un aparat denumit salimetru sau salinometru. Acesta este, de fapt, un densitometru (hidrometru, areometru). In functie de densitatea apei si de temperatura acesteia, se poate stabili salinitatea apei, cu ajutorul unor tabele. Daca salimetrul este dotat si cu un termometru, acesta se numeste termosalimetru.

Alt aparat, mai complex, care masoara concentratia de sare din apele sarate sau apa de mare este refractometrul pentru salinitate. Acesta se bazeaza pe fenomenele fizice ale reflexiei totale si refractiei luminii (o raza de lumina care trece dintr-un mediu A intr-un mediu B, fiecare avand un indice de refractie diferit, nu va urma o linie dreapta ci va suferi o abatere de la traiectoria initiala).

Măsurarea salinităţii

Metoda clasică (Knudsen) de măsurare este aceea de a determina clorurare prin titrare cu soluţie de nitrat de argint (Strickland şi Parsons, 1972) şi apoi de a calcula salinitatea după o formula.

În practică este considerată rezonabilă o precizie de ± 0,02 care poate fi îmbunătăţită dacă se are grijă în special şi se dublează numărul titrărilor. Un operator grijuliu poate titra 50 de mostre pe zi. Trebuie amintit că această metodă este una volumetrică de aceea salinitatea este definită gravimetric (prin masă). În consecinţă este necesar fie să corectăm deviaţiilor temperaturii soluţiilor de la standard, fie să facem titrările într-o cameră cu temperatură controlată. Această metodă de titrare este practică, dar nu este convenabil de folosit la bordul unei nave.

Estimarea salinităţii din conductivitatea electrică prin metoda unei punţi de curent alternativ era folosită de Paza de Coastă a Americii pentru Internaţional See Patrol în partea de vest a Atlanticului de Nord încă de prin 1930. Această metodă n-a mai fost folosită pe scară largă de mulţi ani datorită costului ridicat pe care-l cere echipamentul. Acest lucru se întâmplă datorită faptului că conductibilitatea este o funcţie de temperatură şi de salinitate care necesită păstrarea mostrelor la o temperatură constantă (± 0,001 K) în timpul măsurătorii.

Totuşi, îmbunătăţirile aduse circuitelor şi echipamentelor au încurajat un anumit număr de laboratoare să folosească această metodă din 1956 la o acurateţe de ± 0,003. Această metodă este cu mult mai bună decât metoda titrării şi dă posibilitatea de a distinge masele de apă care nu puteau fi distinse anterior. Unul din avantajele mari ale salinometrului electric este acela că foloseşte o metodă care

este mult mai puţin obositoare pentru operator decât metoda titrării. Totuşi folosirea variaţiei caracteristicilor electrozilor de platină a pus anumite probleme la primele salinometre.

În 1957 Esterson de la Chesapeake Bay Institute descrie un salinometru electric care evită problema electrozilor folosind o metodă inductivă. În 1961 Brown  şi Hamon, în Australia, descriu un model de salinometru inductiv care acum este folosit la scară largă. La acest instrument efectele termice sunt luate în considerare nu prin păstrarea mostrelor la o temperatură constantă, ci măsurând temperatura în acelaşi timp cu conductivitatea şi corectându-se efectele automate în circuitul electric. Salinitatea poate fi măsurată cu o precizie de ± 0,003 pe o scală de la 32 la 39 şi cu puţină practică, un operator poate măsura salinitatea la 4-5 probe pe oră.

Indicele de refracţie al apei marine este legat şi el de salinitate (şi de temperatură) şi acest lucru a fost folosit în trecut cu o acurateţe de ± 0.02. Recent a fost dezvoltat un refractometru care poate fi instalat într-un instrument de profil pentru a măsura salinitatea la locul observaţiei, nu în laborator.

Trebuie observată o anumită trăsătură a metodelor  prezentate anterior – toate sunt comparative (relative) şi nu absolute.

Metodele prezentate sunt toate folosite în laborator, dar măsurătorile la locul prelevării a fost întotdeauna un scop pentru care s-a luptat. S-a dezvoltat un astfel de salinometru încă din 1948, dar o mulţime de substanţe şi organisme din apa oceanului alterau electrozii şi aceştia trebuiau mereu recalibraţi. La jumătatea anilor ’50 s-au dezvoltat salinometrele inductive pentru folosirea la locul prelevării (Hanon – 1955, Hanon şi Brown – 1958) şi asemenea instrumente se folosesc şi astăzi. La un instrument CTD, o unitate care cuprinde senzori pentru conductivitate, temperatură şi presiune este coborâtă în apă la capătul unui cablu electric care transmite  informaţia la bordul vasului. Senzorul central al unui instrument Guildline foloseşte o celulă de electrozi pentru măsurarea conductivităţii.

Instrumentele descrise sunt folosite pentru măsurători repetate şi sunt destul de scumpe. Altă clasă de instrumente pentru măsurarea temperaturii, salinităţii au alte proprietăţi, instrumente care sunt mai puţin precise, dar şi mai ieftine.

Principiul de functionare al senzorului de conductivitate

Senzorul de conductivitate are doi electrozi intre care se aplica a diferenta de potential electric. Introducandu-l in solutie, intre electrozi va circula un curent proportional cu conductivitatea

solutiei.

Domeniile de valori:

In general, senzorul poate fi folosit pentru a afla concentratia solidelor dizolvate in apa, fiind astfel un instrument de testare a calitatii apei.

Refractometru Salinitate

Model: Goldberg

Caracteristici generale:

obtinerea unor rezultate comparabile cu cele date de refractometrele Abbe standard compensare automata  temperaturii ce va da rezulatate exacte, rezultate

reproductibile, utilizand o prisma umpluta cu lichid ce va schimba indicele cu temperatura

Aplicatii testere de salinitate:

verificati solutiile stoc si cele de dilutie in industria alimentara, utilizata in special la pregatirea legumelor congelate,a 

fructelor, fructelor de mare etc. utilizat la studiul apelor sarate pentru determinarea calitatii solului

 Caracteristici tehnice:Model Tester salinitate

Numar catalog 13104190

Domeniu0-160 ppt salinitate, 1.3330 la 1.3730 nD

Diviziuni scala 2 ppt, 0.0002 nD

Acuratete ±0.3 ppt1

Indice de refractie 1.3330-1.3730

Lichid de calibrare apa distilata 

Conductometru

Model: HI 98188

Instrument pentru conductivitate, TDS, NaCl, rezistivitate şi temperatură în conformitate cu normele USP

HI 98188 este un conductometru conceput pentru a oferi rezultate şi acurateţe de laborator în condiţii dificile, industriale.Conformitatea cu standardul USP face ca instrumentul să fie ideal pentru măsurători de determinare a purităţii apei.Aparatul este prevăzut cu o serie de noi caracteristici de diagnosticare ce adaugă o nouă

dimensiune pentru măsurarea conductivităţii, permiţând utilizatorului să îmbunătăţească semnificativ fiabilitatea măsurătorilor:

• 7 valori standard memoratepentru calibrare (0.00 µS/cm, 84.0 µS/cm,1.413 mS/cm, 5.00 mS/cm, 12.88 mS/cm, 80.0 mS/cm şi 111.8 mS/cm).

• Calibrare EC în până la 5 puncte.

• Calibrare ghidată prin mesaje afişate pe display

• Funcţie de diagnosticare pentru avertizarea utilizatorului asupra necesităţii curăţării electrodului.

• Avertisment pentru depăşirea domeniului de calibrare (“Outside Calibration Range”) selectabil de către utilizator.

• Avertisment pentru expirarea calibrării (“Calibration time out”) selectabil de către utilizator.

În plus, aparatul dispune de un domeniu extins de temperatură, de la –20 la 12ºC, măsurată cu ajutorul unui senzor încorporat în sonda de conductivitate.

Instrumentul permite de asemenea efectuarea măsurătorilor de rezistitivitate, TDS şi salinitate.

Pentru salinitate sunt disponibile trei moduri de măsurare: % NaCl, Salinitate practică şi Apă de mare naturală.

Salinitatea

Salinitatea este derivată din conductivitatea probei.% NaCl. Percentul de salinitate dintr-o probă depinde de probă şi de coeficientul de salinitate utilizat. 11Din raţiuni practice, salinitate a unei soluţii este derivată din salinitatea apei de mare. Sunt disponibile două metode de calcul a salinităţii din conductivitate:

• Apa de mare naturală

•Salinitatea practică

Apa de mare naturală (UNESCO 1966)

Conform definiţiei, salinitatea unei probe în ppt este calculată folosind următoarea formulă:

unde:

RT - coeficient;

CT (probă) - conductivitatenecompensatălaT°C;

C(35;15)= 42914 mS/cm - conductivitatea corespunzătoare unei soluţii de KCl conţinând o masă de 32.4356 g KCl/1 Kg soluţie;

rT - polinomul de compensare a temperaturii.

Salinitatea practică

Aceasta este o scală practică ce are la bază măsurarea precisă a conductivităţii electrice pentru o serie de soluţii cu salinitate cunoscută. Relaţia care rezultă pune în legătură, între ele, valorile de salinitate, conductivitate, temperatură şi presiune şi utilizează o soluţie cu o salinitate de 35 ‰ ca punct de pornire pentru a avea o conductivitate de 42.914 mS/cm la 15 °C şi presiune atmosferică.

Conformdefiniţiei,salinitateauneiprobeînPSU (PracticalSalinity Units)este calculată folosind următoarea formulă:

RT- coeficient;

CT(probă) - conductivitate necompensată la T°C;

C(35,15)= 42.914 mS/cm - conductivitatea corespunzătoare unei soluţii de KCl conţinând o masă de 32.4356gKCl/1 Kg soluţie;

rT - polinomul de compensare a temperaturii

a0 = 0.008 b0=0.0005

a1 = -0.1692 b1= -0.0056

a2 = 25.3851 b2= -0.0066

a3 = 14.0941 b3= -0.0375

a4 = -7.0261 b4= 0.0636

a5 = 2.7081 b5= -0.0144

c0 = 0.008 c1 = 0.0005

X = 400RT

Y = 100RT

f (T)= (T-15)/[1+0.0162(T-15)]

Traductor de conductivitate

Model: Greisinger GLMU 400mp

Traductor de conductivitate, inclusiv electrod cu 4 poli.Traductor electronic de conductivitate cu izolatie, cu microprocesor de control şi de funcţionalitate sporită. Alternativ, poate masura salinitate (conţinutul de sare din apă de mare), , TDS  sau Rezistivitatea specifica.

Intrari cu izolatie celula de masura de calitate, rezistenta la contaminare si colmatare Semnal de ieşire scalabil Constantei celulei reglabila K = 0,30 ... 1.20 Compensare cu temperatura Afisaj de conductivitate şi temperatură

Specificatii: 

 

Gama de măsurare (opţional):

Conductivitate:

0,0 ... 200,0 µS/cm, 0...2000µS/cm,0,00...20,00mS/cm or 0,0...200,0mS/cm0 ... 500 mS/cmScalarea în aceste intervale

Rezistenta:

0,0 ... 200,0 kOhm*cm; 0,00 ... 20,00 kOhm*cm1 ... 5000 kOhm*cm; 1,0 ... 500,0 kOhm*cm1,00 ... 50,00 kOhm*cm;

TDS:0.0 ... 200.0 mg / l; 0 ... 2000 mg / l 0.00 ... 20.00 g / l; 0.0 ... 200.0 g / l; 0 ... 500 g / l

Salinitate: 0.0 ... 70.0

Temperatura:-5.0 ... +140 ° C (dispozitiv), 0.0 ... 80.0 ° C (celule)

Precizie Conductivitate:

± 0,5% din citire ± 0,3% FS

Precizia temperaturii:

± 0.2 ° C ± 1 digit

Semnal de ieşire:

4 - 20mA (2 fire), standardul Opţional: 0-1V sau 0-10V, 3-fire

Compensare temperatura:

off: nicio compensaţie LIN: compensare liniara (0,3 ... 3,0% / K) NLF: non-liniar funcţie pentru apele naturale 

în conformitate cu EN27888 (DIN 38404)

Alimentare:12 ... 30 V DC sau 18 .. 30V DC (pentru tensiune de ieşire)

Temperatura de lucru:

-25 ... +50 ° C (traductor), 0 .. +80 ° C (celule)

Conexiune electrică:

Mufă în unghi DIN 43650 (IP65)

Dimensiuni:82 x 80 x 55mm, cu nici o mufa unghi şi de priză

Celulă de măsurare

Conexiune Senzor:

şurub pe 7-pini DIN soclu conectat

Celulă:

4-pini. Celula de conductivitate cu electrozi de grafit şi senzor de temperatura integrat; de celule în arborele de plastic de break-dovada rezistent la temperaturi de până la 80 ° C

Constantă de celule:

K = 0,30 ... 1.2 - liber reglabil

Dimensiuni:12mm diametru, 120mm lungime ax, 1m cablu lung de conectare

 

Bibliografie

http://ro.wikipedia.org/wiki/Salinitate

http://www.presalocala.com/2011/09/22/masurarea-salinitatii/

http://education.inflpr.ro/res/Caragiale2005/Conductivitatea_Solutilor.pdf

http://www.sepadin.ro/refractometre-de-mana-analoage-cu-compensarea-temperaturii-REICHERT

http://www.hannainst.ro/Document_Files/Produs/00002192/13wne_man98188_rom_2011-11.pdf

http://txp.ro/site/traductoare-menu/conductivitate/152-traductor-de-conductivitate-greisinger-glmu-400-mp.html