Technology Rain Journal ISSN: 2953-464X
Vol. 3 Num. 1 (Enero – Junio 2024), e25.
technologyrain.com.ar/ 1
Artículo de Investigación Original
Relación empírica entre sólidos disueltos totales y conductividad eléctrica en
las piscinas de cultivo piscícola del Centro Experimental de Investigación y
Producción Amazónica de la Universidad Estatal Amazónica
Relationship between total dissolved solids and electrical conductivity in the fish
culture pools of the Amazonian Experimental Research and Production Center of
the Amazonian State University
Luis David Jiménez Jumbo
1[0009-0000-0862-2048]
, Bryan Josué Arias Ramírez
2[0009-0006-2886-1971]
, Mayra Alexandra Arias Pastuna
3[0009-
0008-8794-9273]
, Álvaro Luis José Reyes Cordova
4[0009-0007-3640-775X]
1, 2, 3, 4
Universidad Estatal Amazónica. Centro de Investigación y Producción Amazónica. Vía Puyo – Tena Km. 44 junto a la
desembocadura del río Piatúa y Anzu.
1
ld.jimenezj@uea.edu.ec,
2
bj.ariasr@uea.edu.ec,
3
ma.ariasp@uea.edu.ec,
4
al.reyesc@uea.edu.ec
CITA EN APA:
Jimenez Jumbo, L. D., Arias Ramírez ,
B. J., Arias Pastuna, M. A., & Reyes
Cordova, Álvaro L. J. (2024). Relación
empírica entre sólidos disueltos totales
y conductividad eléctrica en las
piscinas de cultivo piscícola del Centro
Experimental de Investigación y
Producción Amazónica de la
Universidad Estatal Amazónica.
Technology Rain Journal, 3(1).
https://doi.org/10.55204/trj.v3i1.e25
Recibido: 3 de diciembre de 2023
Aceptado: 9 de enero de 2024
Publicado: 13 de enero de 2024
Technology Rain Journal
ISSN: 2953-464X
Resumen. La producción piscícola en el Centro Experimental de
Investigación y Producción Amazónica (CEIPA) monitorea la calidad de
agua mediante los análisis físico-químicos; por ello, un parámetro
determinante son los sólidos disueltos totales (TDS). Debido a que la
medición de TDS lleva mucho tiempo, a menudo se estima a partir de la
conductividad eléctrica (CE), asumiendo que los sólidos disueltos son
predominantemente especies iónicas de concentración suficientemente baja
para producir una relación lineal TDS-CE: TDS (mg/L) = k × CE (μS/cm)
donde k es una constante de proporcionalidad. Las piscinas pueden tener
niveles de TDS de 20.000 a más de 300.000 mg/L, donde la formación de
pares iónicos y los solutos no ionizados invalidan una relación simple TDS-
EC. Por lo tanto, se evaluó la composición y relación TDS-EC de todas las
piscinas de cultivo piscícola del CEIPA periódicamente por un lapso de 1
año. Por debajo de una CE de 60 μS/cm, se puede estimar el TDS (mg/L)
el modelo más común, el cual es el lineal teniendo que TDS = 0.809*CE +
1.449. Sin embargo, teniendo en cuenta todos das las piscinas el modelo
que mejor se adapto es la cuartica teniendo un coeficiente de determinación
de 0.987. Cabe recalcar que el modelo logístico se adaptaría para CE
superiores a los 120 μS/cm; ya que, el modelo de regresión cuartico tiene
un crecimiento exponencial a partir de los 85 μS/cm debiéndose a que
tiende a un comportamiento de un flujo geodésico.
Palabras Clave: Conductividad eléctrica, calidad de agua, sólidos
disueltos totales, relación proporcional.
Los contenidos de este artículo están
bajo una licencia de Creative Commons
Attribution 4.0 International (CC BY
4.0 )
Los autores conservan los derechos
morales y patrimoniales de sus obras.
Abstract: Fish production at the Amazon Experimental Research and
Production Center (CEIPA) monitors water quality through physical-
chemical analyses; Therefore, a determining parameter is total dissolved
solids (TDS). Because TDS measurement is time-consuming, it is often
estimated from electrical conductivity (EC), assuming that the dissolved
solids are predominantly ionic species of sufficiently low concentration to
produce a linear TDS-EC: TDS (mg) relationship. /L) = k × CE (μS/cm)
where k is a proportionality constant. Pools can have TDS levels of 20,000
to more than 300,000 mg/L, where ion pair formation and non-ionized
solutes invalidate a simple TDS-EC relationship. Therefore, the
composition and TDS-EC relationship of all CEIPA fish farming ponds
were evaluated periodically for a period of 1 year. Below an EC of 60
μS/cm, the TDS (mg/L) can be estimated using the most common model,
which is the linear one with TDS = 0.809*EC + 1.449. However, taking
into account all the pools, the model that best adapted is the quartic, having
a coefficient of determination of 0.987. It should be noted that the logistic
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model would be adapted for ECs greater than 120 μS/cm; since the quartic
regression model has an exponential growth from 85 μS/cm due to the fact
that it tends to behave like a geodesic flow.
Keywords: Electrical conductivity, water quality, total dissolved solids,
proportional relationship
1. INTRODUCIÓN
Los estanques de acuicultura contienen una variedad de sólidos disueltos y suspendidos. La
materia se divide en sólidos, líquidos y gases. En la acuicultura, el agua es el principal líquido de
preocupación, porque es el disolvente en el que se disuelven los solutos (sólidos y gases) o se
suspenden los sólidos; además, Los estanques con altas concentraciones de sustancias orgánicas
disueltas (ácidos húmicos) y partículas de suelo suspendidas suelen tener tasas bajas de fotosíntesis
de fitoplancton. La turbidez causada por las partículas suspendidas del suelo se puede evitar
haciendo pasar fuentes de agua turbia a través de una cuenca de sedimentación antes de que ingrese
a los estanques, instalando prácticas para disminuir la erosión en las cuencas de los estanques,
estableciendo una cubierta de pasto en las orillas de los estanques, recubriendo el interior de los
terraplenes con láminas de plástico y colocando aireadores para Minimizar la erosión por corrientes
de agua impulsadas por aireadores. La concentración de TDS en una muestra de agua generalmente
resulta principalmente de los iones disueltos y principalmente de los cationes principales (Ca 2+,
Mg 2+, K + y Na +) y los aniones principales (SO 4 2- , Cl – y HCO 3 – /CO 3 2- ). La salinidad
suele ser un buen indicador de la concentración de TDS y la conductividad en el agua aumenta al
aumentar la concentración de salinidad y TDS (Boyd, 2021).
Como principal parámetro de caracterización de la salinidad en los estanques, los
componentes que componen el TDS se pueden evaluar de forma colectiva o individual.
Comúnmente, se filtra un volumen conocido de muestra a través de un filtro de fibra de vidrio
estándar, el filtrado se evapora hasta sequedad a 180 °C y la masa de sólidos residuales se cuantifica
gravimétricamente (Hernandez, 2007). Existen varios errores e interferencias potenciales asociados
con la medición de TDS (Flurin, 2017). Alternativamente, el TDS se puede determinar sumando
todas las concentraciones de constituyentes iónicos de un análisis completo de la muestra.
Debido a que estos métodos son tediosos y no proporcionan una cuantificación en tiempo
real de la resistencia del fluido, la conductividad eléctrica (CE) se utiliza con frecuencia como
sustituto del TDS. Además, según la página de Hanna Instruments afirman que en soluciones
acuosas la conductividad es directamente proporcional al nivel de sólidos disueltos, en
consecuencia, cuanto mayor sea la concentración, se esperar mayor conductividad. La relación entre
conductividad y sólidos disueltos se expresa, sometida a las aplicaciones, por lo general a la
siguiente formula:
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TDS (mg/L) =k*EC (µS)/cm
Donde k es una constante de proporcionalidad. La relación TDS-EC se ve afectada por la
composición iónica del agua y la concentración de especies disueltas. Para la mayoría de las aguas
naturales, el valor k varía de 0,55 a 0,85, y el promedio de estos dos extremos (0,7) se utiliza
ampliamente (Walton, 1989). Por lo tanto, el objetivo principal fue cuantificar la relación entre TDS
y CE en el amplio rango de salinidades encontradas las piscinas de producción de especies piscícolas
en el CEIPA.
2. METODOLOGÍA O MATERIALES Y METODOS
Los materiales y métodos usados pertenecen al Centro de Experimental de Investigación y
Producción Amazónica (CEIPA) de la universidad estatal amazónica. Los análisis de laboratorio se
realizaron en el laboratorio de estudios ambientales y la recolección de la muestra en el programa
piscícola.
Recolección de la muestra
Las muestras de agua se recogieron según la norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2169:2013
tomando como punto de recolección de la piscina el lugar más alejado de la entrada y salida de agua.
Y siguiendo las instrucciones del llenado del envase para los análisis físico- químicos.
La preservación de la muestra se realizó en envases de vidrio de volumen de 100 ml y
trasladándose en un ambiente a 2°C, les muestras se analizaron a 1 hora de su recolección. Cabe
mencionar que, para la determinación de metales se recolecto una muestra por separado para
acidificarla con ácido nítrico hasta obtener un pH de 2.
Solidos disueltos totales
El principio de la técnica radica en una muestra bien mezclada filtrada a través de un filtro de
fibra de vidrio al vacío y el filtrado se evapora a sequedad en una cápsula de porcelana a 180°C ±
2ºC hasta peso constante. El aumento en peso de la cápsula de porcelana representa el total de sólidos
disueltos.
Limitar el tamaño de la muestra para que proporcione un residuo seco no mayor de 200 mg
procurando que los tiempos de filtración no sean tan prolongados. Para las muestras ricas en sólidos
disueltos, lavar meticulosamente el filtro para evitar la pérdida del material disuelto.
Esta determinación se realiza sobre matriz de agua residual y superficial
Conductividad eléctrica
Se usa un multímetro Hach HQ40D calibrado previamente con una solución de
concentración conocida de cloruro de sodio
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Dureza
Se toma 25 ml de la muestra y diluye para 50 ml con agua destilada en balón volumétrico;
transferir para un becker de 100 ml y adicionar 1 a 2 ml de la solución tampón para elevar el pH a
10 ± 0,1; transferir para un frasco Erlenmeyer de 250 ml y adicionar alrededor de 0,05 gramos del
Indicador negro de eriocromo T; titular con EDTA 0,01M agitando continuamente hasta el
desaparecimiento del color purpuro rojizo y la aparición del color azul (final de la titulación); anotar
el volumen de EDTA gasto (ml); La diferencia es el volumen que será aplicado en el cálculo abajo.
Metales
Para el análisis de las muestras se utilizó el método de la espectrometría de llama, ésta es
una técnica bien establecida y poderosa para el análisis y cuantificación de elementos traza. El
análisis de trazas de metal requiere muestras, patrones de referencia y patrones de calibración
preparados con exactitud para asegurar resultados precisos y válidos. El equipo usado fue el
espectrofotómetro de absorción atómica marca AURORA modelo TRACE1200. Y la muestra se
digirió en el digestor por microondas marca ANTON PARA modelo "MULTIWAVE GO PLUS"
con ácido nítrico concentrado. Los patrones se prepararon en concentraciones según los límites
máximos permisibles de cada elemento según el TULSMA, libro VI anexo 2, como penúltimo
patrón y variando en un rango adecuado según los valores esperados en suelos.
Modelo de regresión
Los modelos lineales son fundamentales para la teoría y la práctica de la estadística moderna.
Se utilizan para modelar una respuesta como una combinación lineal de variables explicativas y son
los modelos estadísticos más utilizados en la práctica. A partir de ejemplos de una variedad de áreas
de aplicación, esta materia desarrolla una elegante teoría unificada que incluye la estimación de
parámetros de modelos, formas cuadráticas, pruebas de hipótesis mediante análisis de varianza,
selección de modelos, diagnósticos sobre supuestos de modelos y predicción. Se consideran tanto
modelos de rango completo como modelos que no lo son. La teoría se ilustra utilizando modelos
comunes y diseños experimentales.
Tipo, niveles, diseño, unidad de estudio y delimitación
El tipo de investigación es analítico, regido por el número de variables de interés; ya que,
son varios parámetros que se relacionan y se intentan prever con la regresión. El nivel de
investigación es predictivo ya que se intenta encontrar una relación empírica de un parámetro de
calidad de agua y de esta forma prever el segundo parámetro mediante la relación que demuestre su
regresión. El diseño investigativo es experimental al asignar valores de control que se relacionan
entre sí para prever valores de variables independientes. La unidad de estudio es la experimentación
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debido a la evaluación del efecto de intervención que tiene un parámetro sobre el otro. Y la
delimitación es la operacionalización de variables (Supo y Zacarías, 2020).
3. RESULTADOS Y DISCUCIÓN
Los pincipales parametros a analizar se describen en la tabla 1 en donde tambien se tomo en
cuenta el nivel de acidez del agua como parametro de calidad de la misma; cabe mencionar que los
valores estan por debajo de los limites maximos permisibles para el parametro de agua de uso
pecuario.
Tabla 1: Valores de pH, conductividad y solidos totales disueltos en las piscinas del CEIPA
Piscina
PH
Conductividad
(μS/cm)
A
7,098
22,485
B
6,570
66,929
C
7,229
50,633
D
7,232
20,953
E
7,232
45,633
F
7,219
21,079
G
7,199
25,236
H
7,158
21,483
I
7,150
48,633
J
7,141
21,542
K
7,072
27,053
L
6,546
27,278
M
7,202
30,723
N
7,205
64,450
O
7,205
32,835
Estanque 1
7,192
35,839
Estanque 2
7,173
38,693
Alimentación
7,132
40,270
Tanque reservorio
7,123
43,349
Rio fuente
7,114
43,500
corriente de salida 1
7,046
54,914
corriente de salida 2
6,521
31.4
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corriente de salida 3
7,175
60,170
corriente de salida 4
7,178
29.531
corriente de salida 5
7,178
57.317
Fuente: Elaboración autor
En la Figura 1 se muestra la distribución de los puntos en el plano de la conductividad
como variable independiente y los TDS como variable dependiente; cabe destacar la correlación
alta que conllevan los valores evidenciando su relación directamente proporcional.
Figura 1: Distribución de la conductividad y los TDS
Fuente: Elaboración autor
Según Walton N. , 1989 afirma que es necesario utilizar diferentes factores K que oscilan entre 0,50
y 0,75 para aguas cada vez más salinas. Se ha demostrado que la aparente simplicidad de las
mediciones de TDS y EC es ilusoria y se necesita mucho cuidado antes de tomar acciones
contractuales basadas en estos resultados. Por lo que se puede afirmar que, con estas mediciones
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aparentemente simples, se demuestra que un solo factor de conversión lineal simple no puede ser
adecuado para toda la gama de aguas encontradas en las piscinas y esto se evidencia en su coeficiente
de determinación en comparación con los otros modelos de regresión. Cabe mencionar que el
modelo regresión lineal se ajusta de mejor manera en los valores menores a una conductividad de
60 μS/cm, ya que en los valores superiores se observa un comportamiento en que el incremento de
los TSD no crece proporcionalmente a la conductividad comparando con los valores que anteceden
el límite antes mencionado.
Figura 2: Modelos Lineal con estadística de dos variables
Fuente: Elaboración autor
La función logarítmica que se muestra en la Figura 3 se ajusta mejor a la correlación de los
parámetros en comparación al modelo lineal debiéndose a que algunos de los valores de exponentes
no integrales se pueden calcular fácilmente mediante el uso de funciones logarítmicas; de la misma
manera, en aguas salinas, la relación se describe mejor mediante la ecuación logarítmica (Rusydi,
2018).
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Figura 3: Modelo logarítmico con estadística de dos variables
Fuente: Elaboración autor
La gráfica de un polinomio de cuarto grado (Figura 4) a menudo se parecerá aproximadamente a una
M o una W, dependiendo de si el término de mayor orden es positivo o negativo. Si el coeficiente
del término principal, a, es positivo, la función irá al infinito en ambos lados (como es el caso de la
correlación). Si el coeficiente a es negativo la función irá a menos infinito en ambos lados. Por lo
que, esta función es una alternativa cuando el modelo lineal no logra un coeficiente de determinación
apropiado, o cuando el fenómeno en estudio tiene un comportamiento el cual no tiene simetría
general (Davidson, 2019). Sin embargo, ampliando la gráfica se puede evidenciar un crecimiento
prolongado asemejándose a la de una parábola; por lo tanto, es la gráfica que mejor coeficiente de
determinación presenta en el rango de los puntos sin embargo en valores superiores 67 μS/cm se
espera un crecimiento el cual no corresponde a la correlación de los parámetros.
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Figura 4: Modelo cuartico con estadística de dos variables
Fuente: Elaboración autor
El crecimiento exponencial aumenta sin límites. Esto es posible en algunas situaciones,
como la relación de la conductividad eléctrica y los TDS, donde suele haber algún tipo de límite
superior. Esto conduce a limitaciones de crecimiento en los TDS aunque aumente la CE. El
crecimiento logístico es un tipo de crecimiento en el que el efecto de limitar el límite superior es
una curva que crece exponencialmente al principio y luego se desacelera y apenas crece, este
comportamiento se adapta a los puntos de la correlación con un límite de determinación de 0.986,
siendo superado únicamente por el modelo de regresión cuartico (Osborne, 2015).
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Figura 5: Modelo logístico con estadística de dos variables
Fuente: Elaboración autor
De la misma manera se obtuvo los valores del carbonato de calcio el cual le otorga la dureza
al agua y 3 de sus cationes en la Tabla 2 para comprar si tienen relación con los otros parámetros a
analizar
Tabla 2: Valores de Dureza y cationes de las piscinas del CEIPA
Piscina
Dureza
(PPM CaCO3)
Cationes
Ca (mg/L)
Na (mg/L)
A
71,956
21,766
57,480
B
42,669
12,907
34,085
C
56,765
17,171
45,345
D
71,956
21,766
57,480
E
53,783
16,269
42,963
F
71,956
21,766
57,480
G
71,956
21,766
57,480
H
71,956
21,766
57,480
I
55,624
16,826
44,434
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technologyrain.com.ar 11
J
71,956
21,766
57,480
K
63,973
19,351
51,103
L
55,351
16,743
44,215
M
60,503
18,301
48,331
N
51,771
15,660
41,356
O
51,506
15,580
41,144
Estanque 1
51,519
15,584
41,155
Estanque 2
56,345
17,044
45,010
Alimentación
52,900
16,002
42,258
Tanque reservorio
56,174
16,992
44,874
Rio fuente
52,515
15,885
41,951
corriente de salida 1
59,160
17,895
47,258
corriente de salida 2
61,256
18,529
48,933
corriente de salida 3
64,511
19,514
51,533
corriente de salida 4
67,589
20,445
53,991
corriente de salida 5
70,741
21,398
56,509
Fuente: Elaboración autor
Figura 6: Relación de los cationes y el CaCO3 en las piscinas del CEIPA
Fuente: Elaboración autor
0 50 100 150 200 250
A
C
E
G
I
K
M
O
Estanque 2
Tanque reservorio
corriente de salida 1
corriente de salida 3
corriente de salida 5
Dureza (PPM CaCO3) Cationes Ca (mg/L) Cationes Mg (mg/L) Cationes Na (mg/L)
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El comportamiento de la relación de los parámetros está relacionado con la concentración de
iones. Por el contrario, el apareamiento iónico está relacionado tanto con la concentración como con
el tipo de iones en solución (Rye et al., 2016). Los iones divalentes (como Ca 2 + y Mg 2 +) tienen
más probabilidades de formar pares iónicos que los iones monovalentes como Na+, K+ y Cl -
(Canales, 2018). Estos pares pueden tener carga reducida (o incluso neutra), teniendo una menor
contribución a la conductividad. Como resultado, el emparejamiento iónico disminuye la CE de la
solución (Aguirre, 2009).
Para evaluar el efecto de la concentración de iones divalentes, la Figura 6 muestra tanto sales
como iones los cuales se relacionan en la proporcionalidad de sus cantidades, cuyo modelo considera
interacciones ion-ion (Salinas, 2022). Como puede verse, las piscinas con la concentración más baja
de cationes divalentes (B y N) tienen valores de EC más altos a las mismas fuerzas iónicas. Además,
la salmuera del Campo B, que contiene la mayor concentración de iones divalentes, tiene la CE más
baja. Esto está de acuerdo con investigaciones previas que estudian el emparejamiento iónico en
soluciones con fuerzas iónicas más bajas que las consideradas en este trabajo (Mercado et al., 2010).
4. CONCLUSIONES
EC y TDS son parámetros de calidad del agua que indican el nivel de salinidad. La medición
del valor de EC es mucho más fácil que la de TDS. Mientras tanto, obtener la concentración de TDS
es principal porque puede explicar la calidad del agua de una manera más compleja que sólo a partir
del valor de CE. Por lo tanto, el cálculo del valor de TDS basado en el valor de CE es muy útil al
realizar investigaciones sobre la calidad del agua.
Los resultados de los estudios existentes generalmente indican que el valor de la relación
TDS/EC se encuentra en un rango particular. Además, la relación entre TDS y EC no siempre es
lineal; siendo la regresión cuartica la que mejor se adapta a las piscinas del CEIPA. Esta situación
depende en gran medida de la salinidad del agua y del contenido de cationes divalentes y el
carbonato de calcio.
Cuanto mayor sea el nivel de salinidad o el contenido de material, más complejas serán las
ecuaciones matemáticas necesarias para describir esos parámetros. La correlación más fuerte entre
TDS y EC se encuentra en funciones de 4to grado y exponenciales.
Por último, la adquisición de TDS a partir de la conversión de EC se puede realizar para
explicar el estado general de la calidad del agua. Sin embargo, para un análisis más profundo, es
mejor realizar la concentración de TDS en un laboratorio aplicando un análisis gravimétrico.
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AGRADECIMIENTOS
Agradecemos enormemente a la Universidad Estatal Amazónica bajo la administración del
Dr. David Sancho Aguilera; quien nos proporcionó todos los espacios, equipos y reactivos para que
la investigación se pueda realizar.
CONFLICTO DE INTERESES
Los Autores declaran que no existe conflicto de intereses
CONTRIBUCIÓN DE AUTORÍA (Obligatorio)
Jiménez Luis
Arias Josué
Arias Mayra
Reyes Alvaro
Participar activamente en:
Conceptualización
X
Análisis formal
X
Adquisición de fondos
X
Investigación
X
Metodología
X
Administración del proyecto
X
Recursos
Redacción –borrador original
X
Redacción –revisión y edición
X
La discusión de los resultados
X
X
X
X
Revisión y aprobación de la versión final del trabajo.
X
X
X
X
REFERENCIAS
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especializacion). CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN QUÍMICA APLICADA, Saltillo.
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