Experimento 42 Turbiedad INTRODUCCION La turbiedad es una medida de la falta de transparencia del agua. El agua con elevada turbiedad es opaca, mientras que el agua con baja turbiedad es clara. La opacidad está producida por el reflejo de la luz en las partículas suspendidas en el agua; por lo tanto, mientras más partículas haya en el agua, mayor es la turbiedad. Muchos factores pueden contribuir a la turbiedad del agua. Un incremento del flujo de la corriente debido a fuertes lluvias o una disminución en el banco de vegetación de la corriente pueden ser las causas de la aceleración de la erosión del suelo. Esto agregará al agua partículas en suspensión, como arcilla o limo. Los residuos de diverso tipo contienen sólidos suspendidos que se pueden agregar a la turbiedad de una corriente. Los residuos agrícolas contienen partículas sólidas en suspensión. Otros tipos de residuos pueden ser desperdicios industriales, efluentes de las plantas de tratamiento de agua y residuos urbanos de los estacionamientos de vehículos, carreteras y techados. Fuentes de Turbiedad Erosión del suelo - arcilla - limo Residuos urbanos - suciedad de carreteras - tejados - estacionamientos de vehículos Desperdicios Industriales - efluentes de tratamiento de aguas residuales - particulados Abundancia de organismos de profundidad - remueven y elevan sedimentos Orgánicos Los organismos acuáticos de profundidad, como el - microorganismos siluro o bagre, pueden contribuir a la turbiedad del - plantas y animales en agua agitando y elevando los sedimentos que yacen descomposición en el fondo de una corriente. La materia orgánica - gasolina o aceite de los caminos como el plancton o la materia en descomposición de plantas y animales que está en suspensión en el agua, pueden también incrementar la turbiedad de una corriente. Efectos de la Turbiedad Reduce la transparencia del agua Efecto antiestético Disminuye la tasa de fotosíntesis Aumenta la temperatura del agua La elevada turbiedad disminuirá la cantidad de luz solar capaz de penetrar el agua, lo que hace disminuir la tasa de fotosíntesis. La reducción de la transparencia del agua la hace estéticamente menos agradable. Aunque esto no es directamente dañino, ciertamente es indeseable para muchos usos del agua. Cuando el agua está opaca, la luz solar la calentará con mayor eficiencia. Esto ocurre debido a que las partículas suspendidas en el agua absorben la luz solar, calentando el agua del entorno. Esto puede conducir a otros problemas asociados con el incremento de la temperatura. Aunque el agua con alta turbiedad puede deteriorar un ecosistema acuático, no es correcto asumir que el agua transparente y clara es siempre sana. El agua ligeramente turbia puede ser perfectamente sana, mientras que el agua clara pudiera contener toxinas invisibles o insanos niveles de nutrientes. Ciencias con lo mejor de Vernier 42 - 1 Experimento 42 Tabla 1: Niveles de Turbiedad en algunos ríos Niveles Esperados Sitio Turbiedad (NTU) La turbiedad se mide en Unidades Río Sacramento, Keswick, CA 4 Nefelométricas de Turbiedad, NTU. De acuerdo con USGS, la turbiedad del agua Río Hudson, Poughkeepsie, NY 15 superficial usualmente está entre 1 NTU y 50 NTU. La turbiedad es a menudo más alta Río Mississippi, Memphis, TN 39 que esto, especialmente luego de fuertes lluvias cuando los niveles del agua suben. La Río Grande, El Paso, TX 80 turbiedad puede ser menos de lo esperado en aguas tranquilas debido a que las partículas Río Colorado, CO-UT línea estatal 180 suspendidas pueden sedimentar. En la Tabla 1 se indica la turbiedad de algunos ríos. El agua es visiblemente turbia a niveles por sobre los 5 NTU. El estándar para el agua potable está entre 0.5 NTU y 1.0 NTU. Resumen del Método La turbiedad se mide usando un a Sensor de Turbiedad Vernier. Se coloca una cubeta de muestra de agua en el Sensor de Turbiedad y el valor en NTU se lee directamente del computador. Las mediciones se pueden hacer en el sitio o en el laboratorio en un momento posterior. 42 - 2 Ciencias con lo mejor de Vernier Turbiedad TURBIEDAD Lista de Verificación de Materiales computador interfaz Vernier para computador Logger Pro Sensor de Turbiedad Vernier botella con agua destilada Estándar de Turbiedad (StableCal® Estándar de Formazina 100 NTU) cubeta de Turbiedad paño suave libre de hilachas o papel absorbente botella para muestras con tapa Recolección y Almacenamiento de Muestras 1. Este ensayo se puede hacer en el laboratorio o en el sitio. Obtenga una muestra en una botella que tenga tapa para permitir una mezcla enérgica justo antes del ensayo. Se requieren aproximadamente unos 100 mL de agua. 2. Es importante obtener la muestra de agua de debajo de la superficie del agua y tan lejos como se pueda de la orilla, mientras sea seguro. Si las zonas adecuadas de la corriente son inalcanzables, se puede construir un toma muestras con una barra y un contenedor. 3. evita cualquier actividad en la corriente que pudiera originar movimiento de sedimentos que al ascender pudieran afectar sus lecturas. Mantén la botella de muestras lejos de tu cuerpo, corriente arriba. 4. Si no se puede realizar el ensayo en unas pocas horas, coloca la muestra en un recipiente con hielo o en un refrigerador. Procedimiento de Ensayo 1. Coloca el computador en un lugar seguro lejos del agua. Mantén el computador siempre alejado del agua en todo momento. 2. Conecta el Sensor de Turbiedad en el Ch 1 de la interfaz Vernier. 3. Prepara el computador para la adquisición de datos abriendo el archivo “03 Turbiedad” en la carpeta Calidad del agua con Computadores en el Logger Pro. 4. Ahora estás listo para calibrar el Sensor de Turbiedad. Primer Punto de Calibración a. Elige Calibrar CH1: Turbiedad (NTU) del menú Experimento y luego haz clic en . b. Prepara un blanco lavando la cubeta de vidrio de turbiedad con agua destilada, luego llenándola con agua destilada de modo que el fondo del menisco coincida con el borde de la línea blanca. Coloca la tapa en la cubeta. Seca bien el exterior con un paño suave, libre de hilachas o con papel absorbente. c. Revisa que la cubeta no tenga burbujas de aire. Si hay burbujas de aire, golpea con fuerza el fondo de la cubeta sobre una superficie dura para que salgan las burbujas. Ciencias con lo mejor de Vernier 42 - 3 Experimento 42 d. Sujetando la cubeta por la tapa, colócala en el Sensor de Turbiedad. Asegúrate que la marca en la cubeta esté alineada con la marca en el Sensor de Turbiedad. Cierra la tapa. e. Escribe “0” (el valor en NTU) en la caja de edición. f. Cuando la lectura de voltaje mostrada en Lectura 1 se estabilice, haz clic en . g. Retira la cubeta y colócala aparte para usarla en el Paso 5. Segundo Punto de Calibración h. Toma la cubeta que contiene el Estándar de Turbiedad (100 NTU) e inviértelo con energía unas cuatro veces para lograr la mezcla de las partículas que pudieran estar depositadas en el fondo. Importante: No sacudas el estándar. Al sacudir se pueden crear pequeñas burbujas de aire que afectarán la turbiedad. i. Seca el exterior con un paño de tela suave libre de hilachas o con papel absorbente. j. Sujetando el estándar por la tapa, colócalo en el Sensor de Turbiedad. Asegúrate que la marca en la cubeta esté alineada con la marca en el Sensor de Turbiedad. Cierra la tapa. k. Escribe “100” (el valor en NTU) en la caja de edición. l. Cuando la lectura de voltaje en Lectura 2 se estabilice, haz clic en y luego haz clic en . 5. Ahora estás listo para tomar los datos de turbiedad. a. Invierte con energía la muestra de agua para mezclar las partículas que pudieran estar depositadas en el fondo. Importante: No sacudas la muestra. Al sacudir se pueden crear pequeñas burbujas de aire que afectarán la turbiedad. b. Vacía el agua de la cubeta utilizada en el Paso 4. c. Enjuaga la cubeta con la muestra de agua, luego llénala con la muestra de agua de modo que el fondo del menisco esté justo sobre la línea blanca. Coloca la tapa en la cubeta. Seca bien el exterior con un paño de tela suave libre de hilachas o con papel absorbente. d. Revisa que la cubeta no tenga burbujas de aire. Si hay burbujas de aire, golpea con fuerza el fondo de la cubeta sobre una superficie dura para que salgan las burbujas. e. Sujetando la cubeta por la tapa, colócala en el Sensor de Turbiedad. Asegúrate que quede en la misma orientación en el espacio para la cubeta que la que tuvo anteriormente. Cierra la tapa del Sensor de Turbiedad. f. Observa el valor de turbiedad en el medidor digital. Si este valor está estable, regístralo en la hoja de Datos y Cálculos y continúa con el Paso 7. Nota: Las partículas en el agua se asentarán en el fondo con el tiempo y mostrarán una lenta disminución en los valores de las lecturas de turbiedad. Por ello, toma tus lecturas rápidamente después de colocar la cubeta en el sensor. 6. Si el valor de turbiedad que se muestra en el medidor está fluctuando, determina la media (o promedio) de la turbiedad. Para hacer esto: a. Haz clic en para iniciar una medición de 10 segundos. b. Cuando termine la medición, haz clic en el botón Estadísticas , para visualizar la caja de estadísticas en el gráfico. c. Registra el valor medio de la turbiedad en la hoja de Datos y Cálculos. 7. Retorna al Paso 5 para obtener una segunda lectura. Cuando hayas tomado ambas lecturas, lava la cubeta con agua destilada. 42 - 4 Ciencias con lo mejor de Vernier Turbiedad DATOS Y CÁLCULOS Turbiedad Corriente o lago: ___________________________ Hora del día: ____________________________ Nombre del Sitio: ___________________________ Nombre del Estudiante: ___________________ Número del Sitio: ___________________________ Nombre del Estudiante: ___________________ Fecha: ___________________________________ Nombre del Estudiante: ___________________ Columna A Lectura Turbiedad (NTU) 1 2 Promedio de Turbiedad (NTU) Procedimiento de Columna: A. Registra la turbiedad según la lectura en el computador. Observaciones de campo (por ejemplo: clima, geografía, vegetación a lo largo de la corriente) _________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________ Ensayo Hecho: __________________ Fecha: ____________ Ciencias con lo mejor de Vernier 42 - 5 Experimento 42 INFORMACIÓN ADICIONAL Consejos al Profesor 1. Muchos factores pueden alterar las lecturas de la turbiedad, tales como rayones o huellas digitales en el exterior de la cubeta, burbujas de aire en el interior de la cubeta, o la orientación de la cubeta dentro del sensor. Aunque estos aspectos se han mencionado en el procedimiento, puede ser recomendable que se insista en ellos con los estudiantes. 2. Si el agua que va a medir es muy clara, debe dejar que el Sensor de Turbiedad se caliente por unos minutos antes de iniciar las mediciones. Hay un pequeño periodo de calentamiento que puede ser innecesario para la mayoría de las lecturas, pero que puede ser un factor importante para una turbiedad muy baja. 3. Es importante tener mucho cuidado con sus cubetas y el Estándar de Turbiedad. Su integridad es esencial para las mediciones precisas de la turbiedad. Si se presentan rayones o se rompen, se puede comprar en Vernier un Juego de Accesorios de Turbiedad que incluye una cubeta vacía y una cubeta con el Estándar de 100 NTU (código de orden TRB-ACC). Hach, 1-800227-4224 www.hach.com, vende un paquete de 6 cubetas, código de orden 24347-06. 4. La turbiedad se medía originalmente usando un instrumento llamado Turbidímetro con Vela de Jackson. Este instrumento óptico funcionaba colocando una vela especial debajo de un tubo de vidrio calibrado de fondo plano. La muestra de agua se vertía lentamente dentro del tubo hasta que, al mirar desde el extremo abierto del tubo, la imagen de la vela se difuminaba a un brillo uniforme. Este método medía la turbiedad en unidades llamadas Unidades de Turbiedad de Jackson, JTU. Cuando la formazina, una suspensión orgánica, se usó por primera vez como estándar en 1926, las unidades se cambiaron a Unidades de Turbiedad de Formazina, FTU. El turbidímetro al estilo Jackson no era muy exacto para bajos niveles de turbiedad y por ello se remplazó eventualmente por el nefelómetro. El nefelómetro mide la dispersión de la luz por las partículas en el agua a un ángulo de 90°. Las unidades entonces se denominaron Unidades Nefelométricas de Turbiedad, NTU. Cómo funciona el Sensor de Turbiedad Vernier La luz infrarroja (con longitud de onda de 880 nm) se dirige a la cubeta que contiene la muestra de agua. Esta luz es dispersada en todas direcciones por las partículas en el agua. Un solution solución cubeta detector, que es un fotodiodo, se coloca a un cuvette ángulo de 90° respecto a la fuente de luz. La cantidad de luz dispersada directamente hacia el detector se mide en voltios y se transfiere a las partículas unidades de turbiedad. Este estilo de sensor de particles infrared LED LED turbiedad se llama nefelómetro o sensor infrarrojo Luz scattered nefelométrico de turbiedad. Se utiliza un estándar light dispersada para calibrar el Sensor de Turbiedad en unidades detector de NTU, Unidades Nefelométricas de Turbiedad. Diagrama del Sensor de Turbiedad 42 - 6 Ciencias con lo mejor de Vernier