Удельное электрическое сопротивление воды

Как правило, в установки электродного нагрева вода подается из естественных источников. Пригодность воды для того или иного технологического процесса определяется ее физико-химическими показателями. Применительно к установкам электродного нагрева важнейшими физическими показателями качества воды являются солесодержание и ее удельное электрическое сопротивление.

Солесодержание, т. е. суммарная концентрация всех содержащихся в 1 кг воды катионов и анионов, колеблется от 50 мг/кг до нескольких граммов на килограмм.

Режим работы электродных аппаратов в основном зависит от удельного электрического сопротивления воды , которое в любой момент времени определяет ток и мощность аппарата. Для разных времен года и географических зон удельное электрическое сопротивление воды различно и колеблется от 5 до 300 Омм. В специальных лабораториях данное сопротивление определяют при температуре воды 293 К, используя кондуктометр (ММ 34-04).

На практике применяют более простые, хотя и менее точные, установки. Для непосредственного измерения удельного электрического сопротивления воды можно рекомендовать прибор, состоящий из электроизоляционного сосуда прямоугольной формы, двух плоских электродов из меди, укрепленных на внутренних торцевых стенках сосуда, двух проволочных зондов диаметром 1 мм, помещенных в воду на некотором расстоянии от электродов на линии, перпендикулярной их плоскости. Напряжение сети переменного тока через автотрансформатор подается к электродам. В процессе опыта определяют температуру воды в сосуде, силу тока в цепи электродов и падение напряжения на зондах.

Удельное электрическое сопротивление, Ом-м, воды при температуре 293 К

где U3 — падение напряжения между зондами, В, Аэ — площадь сечения воды в сосуде, перпендикулярного силовым линиям, м2, h3 — расстояние между зондами, м, I — сила тока в цепи электродов, А.

Удельное электрическое сопротивление, Ом-м, при температуре Т слабых растворов электролитов, в том числе и природной воды, описывается гиперболической функцией от температуры

Здесь ρ293 — удельное электрическое сопротивление при температуре 293 К, αт — температурный коэффициент электрического сопротивления, отражающий относительное уменьшение электрического сопротивления при возрастании температуры на 1 К.

Для растворов щелочей и солей αт=0,02. 0,035, кислот αт=0,01. 0,016. В практических расчетах ρт определяют по упрощенному выражению, принимая αт = 0,025,

Электрические водонагреватели, как правило, работают в замкнутых системах теплоснабжения без отбора воды, что позволяет стабилизировать электрическое сопротивление, электрический ток и мощность водонагревателя на расчетном уровне. В отличие от водонагревателей физическое состояние воды при установившемся режиме работы парового котла меняется по высоте электродной системы.

В нижней зоне системы вода нагревается до 358. 368 К, в средней — до температуры кипения при заданном давлении в котле с образованием пузырьков пара, и в верхней интенсивно образуется насыщенный пар.

Удельное электрическое сопротивление такой сложной по структуре рабочей среды — пароводяной смеси — зависит от температуры и концентрации солей в котловой воде, объемного паросодержания, конструктивных параметров электродной системы и других параметров. В практике расчета паровых котлов удельное электрическое сопротивление пароводяной смеси определяют по опытным данным.

Для электродной системы с коаксиальными цилиндрическими электродами удельное электрическое сопротивление, Ом-м, пароводяной смеси

где ρт — удельное электрическое сопротивление воды при температуре кипения, Ом-м, β — коэффициент, учитывающий влияние парообразования на удельное электрическое сопротивление котловой воды, Р—мощность электродной системы парового котла, Вт, dB— диаметр внутреннего электрода, м, h — высота электродной системы, м, rθ — теплота парообразования, Дж/кг, ρп — плотность пара при заданном давлении, кг/м3.

Для экранированной электродной системы с пластинчатыми электродами, расположенными под углом 120°, и термосифонной циркуляции котловой воды влияние парообразования на удельное электрическое сопротивление воды может быть учтено поправочным коэффициентом β = 1,25. 1,3

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Сопротивление воды что это такое

Вода в природных водоемах пребывает в непрерывном взаимодействии с воздухом, минералами земной коры и представляет собой сложный раствор, обогащенный неорганическими веществами, растворенными газами и соединениями органической природы. Химический состав воды влияет на его основные физические показатели, по которым определяют пригодность воды для определенных технологических процессов, питьевого водоснабжения, хозяйственно-бытового использования. Удельное сопротивление воды, показывающее диэлектрические способности жидкости, — один из основных параметров, помогающих определить такой важный показатель качества воды как минерализация.

Сопротивление воды — что это такое

Электропроводность — это количественное выражение возможности проводить электрический ток водным раствором. Ее величина определяется общей концентрацией присутствующих в растворе диссоциированных ионов щелочей, солей и кислот. Солесодержание или общая концентрация всех диссоциированных анионов и катионов оценивается в пределах от сотых мг до десятков гр на кг. При этом полностью очищенная от примесей вода будет отличным диэлектриком.

Электрическое сопротивление воды — это величина, обратная электропроводимости. Удельное сопротивление воды находится в зависимости от суммарного солесодержания и температуры. Минеральную часть водного раствора составляют катионы магния, кальция, натрия, калия и сульфат, хлорид, карбонат-анионы. Концентрация этих ионов формирует электропроводность в воде любого источника. Остальные ионы, такие как марганец, железо, алюминий, фосфат и нитрат-анионы не оказывают заметного влияния на удельное электрическое сопротивление воды. Гидроксил-ионы и H+ в стандартных концентрационных пределах нахождения в природных источниках мало изменяют показатель солесодержания, как и растворенные газы.

Приблизительно оценить степень минерализации водного раствора можно путем измерения сопротивления воды. С помощью него вычисляют электрическую проводимость, значение которой для поверхностных вод стандартно находится в диапазоне от 40 до 9000 мкСм/см. Наполненность воды минералами значительно повышает ее электропроводимость, а очищенная вода плохо проводит электричество. Удельная электропроводность дистиллированной воды составляет всего 5 мкСм/см согласно ГОСТ 6709-72. При измерении удельного электрического сопротивления воды невозможно учесть присутствующие в растворе неионогенные органические соединения, нейтральные взвешенные частицы, газы.

Чему равно сопротивление воды

Электропроводность и обратное ей удельное сопротивление воды характеризуют минерализацию растворов только в количественном отношении, не по качественному составу присутствия катионов и анионов. Электрическая проводимость рассчитывается путем сопоставления ее с величиной сопротивления воды электротоку, пропускаемому через водный раствор.

В международной системе СИ электропроводность измеряется в мкСм/см или может быть выражено в Ом -1 . Показатель электрического сопротивления воды в Ом остается постоянным в рамках 10% допустимой погрешности при присутствии в воде природных источников органических коллоидных и растворенных примесей до 150 мг/дм 3 и взвешенных частиц до 500 мг/дм 3 . Предельное значение удельного сопротивления, равное 18,2 МОм•см при 20°С соответствует величине 0,055 мкСм/см электрической проводимости воды.

Измеряют в ходе исследования с помощью кондуктометра, какое электрическое сопротивление у воды. На основании эмпирических формул и заранее определенной величины удельной электропроводности откалиброванных растворов CaCl₂ производят расчет проводимости тока водой. Результаты замеров электрического сопротивления дистиллированной воды и расчетов дают показатели электропроводности 2 — 5 мкСм/м, для атмосферных осадков 5 — 35 и выше мкСм/м, в пресных водах рек и озер в областях с повышенной загрязненностью воздуха значение электропроводимости воды достигает 25 — 85 мкСм/см.

От чего зависит электрическое сопротивление воды

Вода — универсальный растворитель. Способность растворять вещества и степень диссоциации молекул возрастает при нагревании. Проводимость тока водным раствором и сопротивление воды зависят от температуры. Прибавление к температуре особо чистой воды каждого °С увеличивает проводимость тока на 6%.

Расчетным путем найти соответствие между величиной удельного сопротивления воды и сухим остатком невозможно, поскольку в природных источниках ионы имеют разную электропроводность. Она находится в параллельной зависимости от температуры и минерализации раствора. Чтобы найти такую зависимость, нужно несколько раз в году экспериментальным путем устанавливать соотношение между этими величинами для каждого конкретного объекта. Для разных сезонов и географического расположения удельное электрическое сопротивление воды различно и варьируется от 5 до 300 Ом•м.

Практические измерения сопротивления и электрической проводимости воды приводятся к 20°С. В современных кондуктометрах функция пересчета происходит в автоматическом режиме. В целях получения максимально точных результатов и для уменьшения влияния температуры на результаты эксперимента параллельно с электрической проводимостью меряют температуру водного раствора.

При определении удельного электрического сопротивления воды с высоким содержанием взвешенных примесей, взвеси и коллоидные частицы могут осаждаться на измерительных электродах, образовывать пленку, увеличивающую электросопротивление и погрешность измерения. В таком случае необходимо проводить очистку электродов, а для повышения чистоты эксперимента использовать вспомогательные электроды.

Как измерить сопротивление воды

Деионизованная вода обладает большим удельным электрическим сопротивлением, уменьшающимся с повышением температуры. Любые растворенные соли повышают электропроводность воды. Когда вода содержит катионы и анионы разных солей одновременно, практически невозможно установить взаимосвязь между ее электрическим сопротивлением и солесодержанием. Такая возможность присутствует только при измерении удельного сопротивления деминерализованной воды, которая содержит только диссоциированные соли Na.

Для относительной оценки минерализации есть эмпирически высчитанное соотношение между удельной электропроводностью и общим содержанием солей в водном растворе:

L (мкСм/cм) = минерализация (мг/л) / 0,65

Суммарное количество солей в водном растворе можно найти делением величины электрической проводимости на корректирующий коэффициент. Его значение меняется в зависимости от вида вод в диапазоне 0,55 — 0,75.

Измерение удельного сопротивления воды и электропроводности проводят методом кондуктометрии при температуре воды 20°С. Принцип работы кондуктометра основан на прямой зависимости электропроводимости воды от концентрации диссоциированных в водном растворе электролитов. Через электроды попускают переменный ток частотой от 60 Гц в низко минерализованной воде до 1500 Гц в соленых растворах. Кондуктометр фиксирует значение электрического сопротивления воды. Современные приборы могут измерять электросопротивление и ультрачистой воды, и насыщенных солевых растворов с высокой электропроводимостью.

Можно использовать менее точные приборы, но простые и недорогостоящие. Для проведения замеров необходим прямоугольный сосуд с электроизоляцией, две пластины электродов из стали или меди, закрепленных на внутренних торцах емкости, зонды из проволоки 1 мм в диаметре, расположенные перпендикулярно плоскости электродов на небольшом удалении от них. Переменный ток подают на электродные пластины, замеряют его силу и изменение напряжения у зондов.

Способы повышения электрического сопротивления воды

Изменение электросопротивления воды в сторону повышения связано с применением способов профессиональной очистки при водоподготовке. Выбор метода обуславливает концентрация солей и цели предстоящего использования воды.

• При суммарном солесодержании 2 — 20 мг/л рекомендуется применять ионообменный метод для увеличения сопротивления воды или технологию электродеионизации;
• от 20 мг/л до 10 г/л — обратный осмос;
• более 10 г/л — электродиализ.

Обратный осмос — эффективный и удобный в применении метод уменьшения электропроводности воды. Водный раствор проходит через полупроницаемые мембраны, оставляя на них практически все растворенные вещества. Обратноосмотические установки отличаются простотой обслуживания, хорошей производительностью и экономичностью.

Фильтрование ионообменным способом основано на направленном изменении ионного состава водного раствора путем пропускания его через мелкозернистые ионообменные материалы — иониты. Объединение в одном фильтре смешанного действия анионита и катионита оптимизирует показатели чистоты получаемого раствора.

Электродеионизационные установки незаменимы, когда нужно получить воду глубокой очистки, используя постоянное электрическое поле. В нем непрерывно протекают процессы электродиализа и ионного обмена, растворенные соли связываются и отводятся через селективную мембрану в концентрационные элементы. Под действием электрического тока диссоциированная вода одновременно восстанавливает обменную способность смол.

Чем полезно измерение сопротивления воды

Величина сопротивления и электропроводности воды помогает оценить степень солесодержания в воде и сравнить полученные значения с ГОСТ. Такие измерения могут быть предварительным шагом перед проведением анализа воды для подбора очистительных установок. Зная численное значение сопротивления, можно приблизительно оценить концентрацию солей и затраты на необходимую систему очистки. Если у вас уже стоит фильтрующая система, замер и расчет удельного сопротивления воды поможет оценить качество обессоливания и предупредить о необходимости замены или регенерации очистительных элементов.

Источник