Condutivímetro Didático (EduCond / UFPR)

O que é a Condutividade Elétrica?

A condutividade elétrica da água corresponde à capacidade de uma solução transmitir corrente elétrica em função da presença de substâncias dissolvidas que se dissociam em íons (cátions e ânions). Em termos práticos, mede-se a facilidade ou dificuldade para a passagem de eletricidade através da água.

A condutividade é o oposto da resistividade e costuma ser expresso em microSiemens por centímetro ($\mu S/cm$) ou em unidades equivalentes de leitura analógica pelo microcontrolador.

Importância e Origem dos Íons na Água

A presença de íons está diretamente relacionada à adição de substâncias chamadas eletrólitos. As fontes desses compostos na água podem ser naturais ou antrópicas (causadas pelo homem):

• Fatores Naturais: Sais minerais e erosão natural do solo.
• Atividades Humanas e Poluição: Fertilizantes agrícolas, metais dissolvidos (como cloretos, sulfatos, sódio, cálcio, ferro e alumínio), efluentes industriais e lançamento de esgoto doméstico.

Como os compostos geram íons?

A capacidade de condução depende do tipo de ligação química da substância dissolvida:

1. Substâncias Iônicas (Ligações Iônicas): Formadas pela atração entre metais e não-metais (ex: Cloreto de Sódio – Sal de cozinha, $NaCl$). Ao entrarem em água, sofrem dissociação iônica, separando-se completamente em cátions ($Na^+$) e ânions ($Cl^-$), o que gera alta condutividade por serem eletrólitos fortes.
2. Substâncias Moleculares (Ligações Covalentes): Compostos formados por não-metais (como ácidos, ex: $HCl$). Sofrem ionização ao reagirem com a água, que quebra suas ligações covalentes e libera íons livres.
3. Substâncias Orgânicas: Compostos como óleos, graxas, álcool e açúcar possuem baixo potencial de ionização e geram pouca ou nenhuma condutividade.

Por que Monitorar a Condutividade?

O monitoramento da condutividade funciona como um “termômetro” químico da água. Embora não indique diretamente a toxicidade, ele traz inúmeras vantagens:

• Detecção de Contaminações Invisíveis: Identifica rapidamente poluições por esgoto, fertilizantes ou salinização que não podem ser vistas a olho nu.
• Controle de Processos e Abastecimento: Ajuda a verificar se sistemas de tratamento de água funcionam corretamente ou se há problemas estruturais (como corrosão em tubulações).
• Aplicações Específicas: Avaliação da água para irrigação (relacionada a salinização e sólidos totais dissolvidos) e processos industriais.
• Detecção de Anomalias na Tubulação: Em protótipos de monitoramento residencial, variações bruscas ou queda para zero na tensão indicam irregularidades no abastecimento ou a presença de ar na tubulação (já que o ar é isolante e a água é condutora).

Como Funciona o EduCond? (Tecnologia de Baixo Custo)

Equipamentos comerciais de laboratório (como condutivímetros de bolso e turbidímetros digitais) costumam ter custos elevados, o que dificulta o seu uso cotidiano e em escala. O EduCond propõe uma alternativa acessível baseada na plataforma Arduino e em materiais de baixo custo (como o uso de um par de escovas de carvão paralelas distantes a 15 mm para atuar como eletrodos duráveis e seguros contra contaminação).

O Princípio de Funcionamento:

1. Imersão: Os eletrodos são inseridos na amostra de água ou acoplados diretamente em tubulações.
2. Divisor de Tensão: A água atua como meio condutor fechando o circuito com um resistor de referência, alterando a corrente elétrica de acordo com a concentração de íons.
3. Processamento pelo Arduino: O conversor analógico-digital (ADC) lê a variação de tensão (mapeando valores de 0 a 1023).
4. Indicação Visual e de Dados: O sistema exibe os dados via Monitor Serial e pode modular a intensidade de um LED (através de PWM), onde maior brilho indica maior presença de íons e condutividade mais elevada.