TDS-Sensor TDS-Sensor Sensor Medidor TDS Keyestudio V1.0 Medidor de Calidad de Agua
[TDS-Sensor] TDS-Sensor TDS-Sensor Sensor Medidor TDS Keyestudio V1.0 Medidor de Calidad de Agua
Referencia Interna:
TDS-Sensor
Sensor de Sólidos Disueltos Totales (TDS)
Medidor analógico de conductividad eléctrica para el control de calidad del agua y concentración de sales.
El sensor analógico TDS permite medir la concentración de Sólidos Disueltos Totales en un líquido, indicando el nivel de pureza del agua. Funciona mediante dos electrodos metálicos que evalúan la conductividad eléctrica, correlacionando directamente el flujo de corriente con la cantidad de sales, minerales e iones disueltos en partes por millón (ppm). El módulo acondicionador convierte esta señal en un voltaje analógico compatible con microcontroladores. Es un componente indispensable en sistemas de filtrado por ósmosis inversa, monitoreo de acuarios, hidroponía y control de calidad ambiental.
Especificaciones Técnicas
| Parámetro Operativo | Rango / Valor Oficial |
|---|---|
| Sistemas Compatibles | Arduino, ESP32, Raspberry Pi, STM32, PIC |
| Voltaje de Alimentación | 3.3 V a 5.5 V DC (Excelente estabilidad) |
| Señal de Salida Analógica | 0 V a 2.3 V DC (Lineal proporcional) |
| Rango de Medición TDS | 0 a 1000 ppm (Partes por millón) |
| Precisión de Medida | ± 10% F.S. (A temperatura constante de 25°C) |
| Corriente de Operación | 3 mA a 6 mA (Bajo consumo de energía) |
| Material de la Sonda | Dos agujas de acero inoxidable anticorrosivo |
| Parámetro Mecánico / Señal | Rango / Valor Oficial |
|---|---|
| Interfaz de la Sonda | Conector físico de 2 pines (XH2.54) |
| Interfaz del Módulo | Conector de 3 pines (PH2.0 de paso estándar) |
| Longitud del Cable de Sonda | 60 cm (Cable blindado flexible de alta calidad) |
| Dimensiones de la PCB | 42 mm x 32 mm x 12 mm |
| Peso Total del Kit | 30 gramos (Sonda y módulo acondicionador) |
| Tipo de Excitación | Corriente alterna (Evita polarización del electrodo) |
| Temperatura de Trabajo | 0°C a 50°C (Requiere compensación térmica) |
Compatibilidad y Ventajas en Arduino, ESP32 y Raspberry Pi
• Lectura Analógica Directa en Arduino: La señal de salida puramente analógica mapea de forma lineal el rango operativo, permitiendo realizar lecturas instantáneas y precisas mediante el puerto ADC de cualquier tarjeta de la familia **Arduino**.
• Soporte Nativo de 3.3V para ESP32: Al admitir alimentación dual de 3.3V, el acondicionador de señal limita el voltaje máximo de salida de forma segura, adaptándose perfectamente a los terminales ADC del **ESP32** sin riesgo de sobretensión.
• Sonda de Larga Vida Útil: Los electrodos de acero inoxidable están diseñados para resistir la inmersión prolongada en soluciones líquidas no ácidas, ofreciendo un excelente rendimiento estructural frente a la oxidación prematura.
La conexión del módulo acondicionador se efectúa mediante tres conductores estándar. La sonda se enlaza directamente a la bornera de acople rápido del circuito impreso.
Galería Dinámica de Conexiones de Hardware
Guía de Cableado Interplataforma: Conecte el terminal **VCC** a la salida de voltaje correspondiente de su placa de desarrollo (**5V en Arduino Uno / 3.3V en ESP32**) y el terminal **GND** al negativo común. La línea de señal analógica marcada como **AOUT o T1** debe vincularse directamente a una entrada analógica: pin **A0** en Arduino Uno o cualquier GPIO configurado como ADC de 12 bits en el ESP32. Para Raspberry Pi, es indispensable interponer un módulo conversor ADC externo (como el ADS1115) dado que la placa carece de lecturas analógicas nativas.
🎓 Conversión Analógica, Factor de Solución y Compensación Térmica
Para realizar mediciones metrológicas confiables de TDS con sistemas basados en microcontroladores, tenga en cuenta los siguientes factores de conversión lineal:
- Impacto Crítico de la Temperatura: La conductividad eléctrica del agua aumenta un aproximado de 2% por cada grado Celsius de incremento. Si no se introduce un sensor de temperatura (como el DS18B20) para corregir el voltaje leído matemáticamente a una base estándar de 25°C, las lecturas mostrarán errores severos en entornos calientes o fríos.
- Voltaje de Referencia del ADC: Asegúrese de que el valor del voltaje de alimentación ingresado en las fórmulas del software coincida exactamente con el voltaje real medido en los pines del microcontrolador. Variaciones en la línea USB alterarán el factor de escala afectando el cálculo en ppm.
- Calibración Inicial mediante Solución Patrón: Cada sonda posee características físicas únicas en sus electrodos. Para optimizar la precisión, sumerja el dispositivo en una solución de conductividad conocida (ej. 1413 µS/cm o solución TDS patrón) y ajuste el coeficiente de calibración en el código hasta coincidir con el valor nominal.
// Código Completo y Universal para el Módulo Sensor de TDS Analógico
// Realiza el procesamiento de datos, filtrado por promedio móvil y conversión matemática a ppm
#define PIN_TDS A0 // Pin analógico conectado a la salida de señal del módulo acondicionador
#define VREF 5.0 // Voltaje de referencia del ADC (Use 3.3 para ESP32 o placas de 3.3V)
#define NUM_LECTURAS 30 // Cantidad de muestras digitales tomadas para el filtro de promedio móvil
int lecturasAnalogicas[NUM_LECTURAS]; // Matriz para almacenar los valores del ADC
int indiceLectura = 0;
void setup() {
// Inicialización del canal de comunicación serie a alta velocidad
Serial.begin(115200);
pinMode(PIN_TDS, INPUT);
Serial.println("--- Sistema de Monitoreo de Calidad de Agua TDS Listo ---");
Serial.println("---------------------------------------------------------");
}
void loop() {
// Captura continua de muestras para mitigar el ruido electromagnético de alta frecuencia
lecturasAnalogicas[indiceLectura] = analogRead(PIN_TDS);
indiceLectura++;
// Al completar la matriz de muestras, procesamos el filtrado y cálculo matemático
if (indiceLectura >= NUM_LECTURAS) {
long sumaLecturas = 0;
for (int i = 0; i < NUM_LECTURAS; i++) {
sumaLecturas += lecturasAnalogicas[i];
}
// Cálculo del promedio matemático de las muestras analógicas
float promedioAnalogico = (float)sumaLecturas / NUM_LECTURAS;
// Convertir el valor crudo del ADC a voltaje real balanceado
float voltajeSalida = promedioAnalogico * VREF / 1024.0; // Cambiar a 4096.0 si se trabaja con ESP32 (12 bits)
// Temperatura simulada fija a 25°C para el factor de compensación base
// En aplicaciones reales, reemplace con la lectura de un sensor térmico DS18B20
float temperaturaAgua = 25.0;
// Ecuación polinómica de compensación de temperatura (fórmula estándar internacional)
float coeficienteCompensacion = 1.0 + 0.02 * (temperaturaAgua - 25.0);
float voltajeCompensado = voltajeSalida / coeficienteCompensacion;
// Ecuación matemática de conversión de voltaje compensado a partes por millón (ppm)
float valorTDS = (133.42 * voltajeCompensado * voltajeCompensado * voltajeCompensado
- 255.86 * voltajeCompensado * voltajeCompensado
+ 857.39 * voltajeCompensado) * 0.5;
// IMPRESIÓN DE RESULTADOS MEDIANTE MONITOR SERIE
Serial.print("[ SEÑAL ]: ");
Serial.print(voltajeSalida, 2);
Serial.print(" V | [ CONCENTRACIÓN ]: ");
Serial.print(valorTDS, 0);
Serial.print(" ppm -> ");
// CLASIFICACIÓN DE LA PUREZA DEL AGUA SEGÚN ESCALAS ESTÁNDAR
if (valorTDS < 50) {
Serial.println("Agua de alta pureza / Ósmosis Inversa");
} else if (valorTDS >= 50 && valorTDS < 170) {
Serial.println("Agua potable regular / Grifo filtrada");
} else if (valorTDS >= 170 && valorTDS < 400) {
Serial.println("Agua dura / Mineralización elevada");
} else {
Serial.println("Agua no recomendada / Concentración de sales crítica");
}
// Reiniciar el índice para el siguiente ciclo de muestreo digital
indiceLectura = 0;
}
// Pequeño retardo entre capturas individuales del ADC
delay(20);
}
1. ¿Qué componentes mide exactamente el valor de TDS en el agua?
El TDS (Total Dissolved Solids) cuantifica la masa combinada de todas las sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas en un líquido que pueden atravesar un filtro microscópico. Esto engloba principalmente sales minerales como calcio, magnesio, potasio, sodio, carbonatos, nitratos y cloruros metálicos. No mide bacterias, virus, partículas flotantes suspendidas ni cloro libre.
2. ¿Por qué las lecturas varían si el agua se encuentra en movimiento o agitación fluida?
El flujo turbulento o las corrientes rápidas de agua modifican momentáneamente la densidad de iones en contacto directo con las agujas metálicas de la sonda, además de atrapar microburbujas de aire que actúan como aislantes ópticos/eléctricos. Para obtener lecturas consistentes, la sonda debe estar sumergida en un flujo laminar estable o realizar la medición en un recipiente en reposo estático.
3. ¿Se puede sumergir completamente el módulo electrónico acondicionador en el agua?
No. Únicamente la sonda de plástico negra con las dos puntas de acero inoxidable está diseñada para trabajar sumergida bajo el agua. El módulo electrónico acondicionador de señal (PCB con el chip y los conectores) no es impermeable; cualquier salpicadura o inmersión provocará un cortocircuito inmediato destruyendo el hardware.
4. ¿Por qué el código utiliza una señal de excitación de corriente alterna simulada interna?
Si los electrodos operaran continuamente con corriente continua (DC), los iones de la solución migrarían de forma permanente hacia los polos opuestos, polarizando las puntas y generando un fenómeno físico llamado electrólisis que degrada el metal rápidamente. La excitación mediante una componente oscilante o controlada evita la acumulación iónica, prolongando la vida del sensor.
5. ¿Este sensor es apto para medir el nivel de nutrientes en cultivos hidropónicos?
Sí, es ampliamente utilizado para evaluar de forma indirecta la electroconductividad (EC) de las soluciones nutritivas en hidroponía. Sin embargo, tenga en cuenta que el sensor no discrimina qué tipo de nutriente está presente (ej. nitrógeno, fósforo o potasio), sino la concentración iónica global de la mezcla disuelta.
6. ¿Con qué frecuencia se debe limpiar o calibrar la sonda metálica?
Para uso continuo en acuarios o sistemas de riego, se recomienda limpiar las puntas con agua destilada y un cepillo suave una vez al mes para remover depósitos de sarro o biopelículas. La calibración mediante software con una solución de referencia de ppm conocida debe ejecutarse semestralmente para corregir derivas del hardware.
7. ¿Qué relación matemática existe entre los valores de TDS (ppm) y la Conductividad Eléctrica (EC)?
Por norma general, existe una conversión empírica aproximada donde el valor de TDS en ppm se obtiene multiplicando la conductividad eléctrica (expresada en microSiemens por centímetro, µS/cm) por un factor de conversión que oscila entre 0.5 y 0.7, dependiendo del tipo de sales dominantes en la región geográfica.
8. ¿Por qué la salida analógica de mi sensor marca 0V fijos incluso sumergida en agua potable?
Verifique primero el cableado físico y los conectores intermedios. Si los cables están correctos, es probable que la conductividad del agua sea extremadamente baja (como en agua destilada pura o desionizada), lo cual es normal. Pruebe agregando una pizca de sal común al agua; si el voltaje sube inmediatamente, el hardware funciona de forma correcta.
9. ¿Es seguro utilizar este componente para certificar de forma legal si el agua es apta para el consumo humano?
No. Este sensor es una herramienta de grado educativo, hobbista y de monitoreo preventivo industrial. Un valor bajo de TDS indica pocas sales disueltas, pero no detecta la presencia de contaminantes orgánicos altamente peligrosos, metales pesados como plomo o arsénico, ni bacterias patógenas (como E. coli), los cuales requieren análisis de laboratorio microbiológico complejos.
Sensor de Sólidos Disueltos Totales (TDS)
Medidor analógico de conductividad eléctrica para el control de calidad del agua y concentración de sales.
El sensor analógico TDS permite medir la concentración de Sólidos Disueltos Totales en un líquido, indicando el nivel de pureza del agua. Funciona mediante dos electrodos metálicos que evalúan la conductividad eléctrica, correlacionando directamente el flujo de corriente con la cantidad de sales, minerales e iones disueltos en partes por millón (ppm). El módulo acondicionador convierte esta señal en un voltaje analógico compatible con microcontroladores. Es un componente indispensable en sistemas de filtrado por ósmosis inversa, monitoreo de acuarios, hidroponía y control de calidad ambiental.
Especificaciones Técnicas
| Parámetro Operativo | Rango / Valor Oficial |
|---|---|
| Sistemas Compatibles | Arduino, ESP32, Raspberry Pi, STM32, PIC |
| Voltaje de Alimentación | 3.3 V a 5.5 V DC (Excelente estabilidad) |
| Señal de Salida Analógica | 0 V a 2.3 V DC (Lineal proporcional) |
| Rango de Medición TDS | 0 a 1000 ppm (Partes por millón) |
| Precisión de Medida | ± 10% F.S. (A temperatura constante de 25°C) |
| Corriente de Operación | 3 mA a 6 mA (Bajo consumo de energía) |
| Material de la Sonda | Dos agujas de acero inoxidable anticorrosivo |
| Parámetro Mecánico / Señal | Rango / Valor Oficial |
|---|---|
| Interfaz de la Sonda | Conector físico de 2 pines (XH2.54) |
| Interfaz del Módulo | Conector de 3 pines (PH2.0 de paso estándar) |
| Longitud del Cable de Sonda | 60 cm (Cable blindado flexible de alta calidad) |
| Dimensiones de la PCB | 42 mm x 32 mm x 12 mm |
| Peso Total del Kit | 30 gramos (Sonda y módulo acondicionador) |
| Tipo de Excitación | Corriente alterna (Evita polarización del electrodo) |
| Temperatura de Trabajo | 0°C a 50°C (Requiere compensación térmica) |
Compatibilidad y Ventajas en Arduino, ESP32 y Raspberry Pi
• Lectura Analógica Directa en Arduino: La señal de salida puramente analógica mapea de forma lineal el rango operativo, permitiendo realizar lecturas instantáneas y precisas mediante el puerto ADC de cualquier tarjeta de la familia **Arduino**.
• Soporte Nativo de 3.3V para ESP32: Al admitir alimentación dual de 3.3V, el acondicionador de señal limita el voltaje máximo de salida de forma segura, adaptándose perfectamente a los terminales ADC del **ESP32** sin riesgo de sobretensión.
• Sonda de Larga Vida Útil: Los electrodos de acero inoxidable están diseñados para resistir la inmersión prolongada en soluciones líquidas no ácidas, ofreciendo un excelente rendimiento estructural frente a la oxidación prematura.
La conexión del módulo acondicionador se efectúa mediante tres conductores estándar. La sonda se enlaza directamente a la bornera de acople rápido del circuito impreso.
Galería Dinámica de Conexiones de Hardware
Guía de Cableado Interplataforma: Conecte el terminal **VCC** a la salida de voltaje correspondiente de su placa de desarrollo (**5V en Arduino Uno / 3.3V en ESP32**) y el terminal **GND** al negativo común. La línea de señal analógica marcada como **AOUT o T1** debe vincularse directamente a una entrada analógica: pin **A0** en Arduino Uno o cualquier GPIO configurado como ADC de 12 bits en el ESP32. Para Raspberry Pi, es indispensable interponer un módulo conversor ADC externo (como el ADS1115) dado que la placa carece de lecturas analógicas nativas.
🎓 Conversión Analógica, Factor de Solución y Compensación Térmica
Para realizar mediciones metrológicas confiables de TDS con sistemas basados en microcontroladores, tenga en cuenta los siguientes factores de conversión lineal:
- Impacto Crítico de la Temperatura: La conductividad eléctrica del agua aumenta un aproximado de 2% por cada grado Celsius de incremento. Si no se introduce un sensor de temperatura (como el DS18B20) para corregir el voltaje leído matemáticamente a una base estándar de 25°C, las lecturas mostrarán errores severos en entornos calientes o fríos.
- Voltaje de Referencia del ADC: Asegúrese de que el valor del voltaje de alimentación ingresado en las fórmulas del software coincida exactamente con el voltaje real medido en los pines del microcontrolador. Variaciones en la línea USB alterarán el factor de escala afectando el cálculo en ppm.
- Calibración Inicial mediante Solución Patrón: Cada sonda posee características físicas únicas en sus electrodos. Para optimizar la precisión, sumerja el dispositivo en una solución de conductividad conocida (ej. 1413 µS/cm o solución TDS patrón) y ajuste el coeficiente de calibración en el código hasta coincidir con el valor nominal.
// Código Completo y Universal para el Módulo Sensor de TDS Analógico
// Realiza el procesamiento de datos, filtrado por promedio móvil y conversión matemática a ppm
#define PIN_TDS A0 // Pin analógico conectado a la salida de señal del módulo acondicionador
#define VREF 5.0 // Voltaje de referencia del ADC (Use 3.3 para ESP32 o placas de 3.3V)
#define NUM_LECTURAS 30 // Cantidad de muestras digitales tomadas para el filtro de promedio móvil
int lecturasAnalogicas[NUM_LECTURAS]; // Matriz para almacenar los valores del ADC
int indiceLectura = 0;
void setup() {
// Inicialización del canal de comunicación serie a alta velocidad
Serial.begin(115200);
pinMode(PIN_TDS, INPUT);
Serial.println("--- Sistema de Monitoreo de Calidad de Agua TDS Listo ---");
Serial.println("---------------------------------------------------------");
}
void loop() {
// Captura continua de muestras para mitigar el ruido electromagnético de alta frecuencia
lecturasAnalogicas[indiceLectura] = analogRead(PIN_TDS);
indiceLectura++;
// Al completar la matriz de muestras, procesamos el filtrado y cálculo matemático
if (indiceLectura >= NUM_LECTURAS) {
long sumaLecturas = 0;
for (int i = 0; i < NUM_LECTURAS; i++) {
sumaLecturas += lecturasAnalogicas[i];
}
// Cálculo del promedio matemático de las muestras analógicas
float promedioAnalogico = (float)sumaLecturas / NUM_LECTURAS;
// Convertir el valor crudo del ADC a voltaje real balanceado
float voltajeSalida = promedioAnalogico * VREF / 1024.0; // Cambiar a 4096.0 si se trabaja con ESP32 (12 bits)
// Temperatura simulada fija a 25°C para el factor de compensación base
// En aplicaciones reales, reemplace con la lectura de un sensor térmico DS18B20
float temperaturaAgua = 25.0;
// Ecuación polinómica de compensación de temperatura (fórmula estándar internacional)
float coeficienteCompensacion = 1.0 + 0.02 * (temperaturaAgua - 25.0);
float voltajeCompensado = voltajeSalida / coeficienteCompensacion;
// Ecuación matemática de conversión de voltaje compensado a partes por millón (ppm)
float valorTDS = (133.42 * voltajeCompensado * voltajeCompensado * voltajeCompensado
- 255.86 * voltajeCompensado * voltajeCompensado
+ 857.39 * voltajeCompensado) * 0.5;
// IMPRESIÓN DE RESULTADOS MEDIANTE MONITOR SERIE
Serial.print("[ SEÑAL ]: ");
Serial.print(voltajeSalida, 2);
Serial.print(" V | [ CONCENTRACIÓN ]: ");
Serial.print(valorTDS, 0);
Serial.print(" ppm -> ");
// CLASIFICACIÓN DE LA PUREZA DEL AGUA SEGÚN ESCALAS ESTÁNDAR
if (valorTDS < 50) {
Serial.println("Agua de alta pureza / Ósmosis Inversa");
} else if (valorTDS >= 50 && valorTDS < 170) {
Serial.println("Agua potable regular / Grifo filtrada");
} else if (valorTDS >= 170 && valorTDS < 400) {
Serial.println("Agua dura / Mineralización elevada");
} else {
Serial.println("Agua no recomendada / Concentración de sales crítica");
}
// Reiniciar el índice para el siguiente ciclo de muestreo digital
indiceLectura = 0;
}
// Pequeño retardo entre capturas individuales del ADC
delay(20);
}
1. ¿Qué componentes mide exactamente el valor de TDS en el agua?
El TDS (Total Dissolved Solids) cuantifica la masa combinada de todas las sustancias orgánicas e inorgánicas disueltas en un líquido que pueden atravesar un filtro microscópico. Esto engloba principalmente sales minerales como calcio, magnesio, potasio, sodio, carbonatos, nitratos y cloruros metálicos. No mide bacterias, virus, partículas flotantes suspendidas ni cloro libre.
2. ¿Por qué las lecturas varían si el agua se encuentra en movimiento o agitación fluida?
El flujo turbulento o las corrientes rápidas de agua modifican momentáneamente la densidad de iones en contacto directo con las agujas metálicas de la sonda, además de atrapar microburbujas de aire que actúan como aislantes ópticos/eléctricos. Para obtener lecturas consistentes, la sonda debe estar sumergida en un flujo laminar estable o realizar la medición en un recipiente en reposo estático.
3. ¿Se puede sumergir completamente el módulo electrónico acondicionador en el agua?
No. Únicamente la sonda de plástico negra con las dos puntas de acero inoxidable está diseñada para trabajar sumergida bajo el agua. El módulo electrónico acondicionador de señal (PCB con el chip y los conectores) no es impermeable; cualquier salpicadura o inmersión provocará un cortocircuito inmediato destruyendo el hardware.
4. ¿Por qué el código utiliza una señal de excitación de corriente alterna simulada interna?
Si los electrodos operaran continuamente con corriente continua (DC), los iones de la solución migrarían de forma permanente hacia los polos opuestos, polarizando las puntas y generando un fenómeno físico llamado electrólisis que degrada el metal rápidamente. La excitación mediante una componente oscilante o controlada evita la acumulación iónica, prolongando la vida del sensor.
5. ¿Este sensor es apto para medir el nivel de nutrientes en cultivos hidropónicos?
Sí, es ampliamente utilizado para evaluar de forma indirecta la electroconductividad (EC) de las soluciones nutritivas en hidroponía. Sin embargo, tenga en cuenta que el sensor no discrimina qué tipo de nutriente está presente (ej. nitrógeno, fósforo o potasio), sino la concentración iónica global de la mezcla disuelta.
6. ¿Con qué frecuencia se debe limpiar o calibrar la sonda metálica?
Para uso continuo en acuarios o sistemas de riego, se recomienda limpiar las puntas con agua destilada y un cepillo suave una vez al mes para remover depósitos de sarro o biopelículas. La calibración mediante software con una solución de referencia de ppm conocida debe ejecutarse semestralmente para corregir derivas del hardware.
7. ¿Qué relación matemática existe entre los valores de TDS (ppm) y la Conductividad Eléctrica (EC)?
Por norma general, existe una conversión empírica aproximada donde el valor de TDS en ppm se obtiene multiplicando la conductividad eléctrica (expresada en microSiemens por centímetro, µS/cm) por un factor de conversión que oscila entre 0.5 y 0.7, dependiendo del tipo de sales dominantes en la región geográfica.
8. ¿Por qué la salida analógica de mi sensor marca 0V fijos incluso sumergida en agua potable?
Verifique primero el cableado físico y los conectores intermedios. Si los cables están correctos, es probable que la conductividad del agua sea extremadamente baja (como en agua destilada pura o desionizada), lo cual es normal. Pruebe agregando una pizca de sal común al agua; si el voltaje sube inmediatamente, el hardware funciona de forma correcta.
9. ¿Es seguro utilizar este componente para certificar de forma legal si el agua es apta para el consumo humano?
No. Este sensor es una herramienta de grado educativo, hobbista y de monitoreo preventivo industrial. Un valor bajo de TDS indica pocas sales disueltas, pero no detecta la presencia de contaminantes orgánicos altamente peligrosos, metales pesados como plomo o arsénico, ni bacterias patógenas (como E. coli), los cuales requieren análisis de laboratorio microbiológico complejos.