Source: https://es.scribd.com/document/15991949/Analitica-Del-Agua-Potable-Agresividad-Corrosion-e-Incrustaciones
Timestamp: 2017-05-24 04:50:43+00:00

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Analitica Del Agua Potable. Agresividad Corrosion e Incrustaciones
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© Francisco J. Pancorbo
Calidad del agua potable. Tendencia agresiva o incrustante
Analítica del agua potable Agresividad, corrosión e incrustaciones Abril 2009 © Francisco J. Pancorbo BARCELONA
javierpancorbo@terra,es
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ANALÍTICA DEL AGUA POTABLE AGRESIVIDAD, CORROSIÓN E INCRUSTACIONES
RESUMEN .........................................................................................................................................1 1.- PREAMBULO................................................................................................................................1 2.- CALIDAD MICROBIOLOGICA. POTABILIZACION ......................................................................2
2.1.- LA LEGIONELLA ......................................................................................................2
3.- CONTAMINANTES MAS USUALES DEL AGUA .........................................................................3 4.- INSTALACIONES DE DISTRIBUCION Y QUÍMICA DEL AGUA..................................................4 5.- CALCULOS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS .......................................................6
5.1.- TOTAL SOLIDOS DISUELTOS Y CONDUCTIVIDAD ..............................................7 5.2.- INDICES DE LANGELIER Y DE RYZNAR ...............................................................8 5.3.- RIESGOS FRENTE AL COBRE Y AL ACERO.........................................................9 5.4.- CONCLUSIONES RESULTANTES DE LA ANALITICA .........................................11 5.5.- RECOMENDACIONES A TENER EN CUENTA.....................................................12
Analítica del agua potable. Agresividad, corrosión e incrustaciones
CALIDAD DEL AGUA POTABLE TENDENCIA AGRESIVA O INCRUSTANTE
RESUMEN El ahorro en el empleo del agua y la necesidad de su reutilización por una parte y por otra la previsible disminución de su calidad, así como la creciente presencia de inhibidores y posiblemente de otros aditivos, además del cloro y el flúor, son los factores que incidirán sobre la gestión del agua y los que marcarán la evolución adaptativa de las instalaciones de los edificios e inmuebles, de sus componentes y de los materiales a utilizar durante los próximos años. En las líneas siguientes, además de comentar someramente algunos aspectos microbiológicos del agua, analizaremos sus características físicas y químicas más importantes relacionadas con la corrosión y la incrustación que pueden afectar a los elementos de las instalaciones de agua potable, presentado algunos ejemplos prácticos de analíticas con comentarios que ayuden a interpretarlas y en su caso a proponer los medios correctivos más convenientes. 1.- PREAMBULO La calidad del agua de consumo se mide en términos de sus características físicas, químicas, y biológicas estando reglamentada en la mayoría de los países desarrollados. En Europa disponemos de la Directiva 98/83/CE, sobre las aguas destinadas al consumo humano, incorporada al derecho interno español por el Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, estableciendo los criterios sanitarios de la calidad de esta agua. Respecto al tema que nos ocupa de la corrosión e incrustación, en el apartado de características físicas deberemos considerar todas las organolépticas (olor, sabor, color y turbiedad), los sólidos totales disueltos o la conductividad y la temperatura, de las químicas el pH, bicarbonatos, carbonatos cloruros, sulfatos, nitratos, nitritos, silicatos, calcio, magnesio, sodio potasio, de las biológicas la legionella (por su relación con el biofilm, los productos de la corrosión y los tratamientos para su erradicación) y de los gases disueltos consideramos principalmente al oxigeno y al dióxido de carbono. En el citado Real Decreto 140/2003 en su Artículo 8 “Conducción del agua” dice: Antes de su puesta en funcionamiento, se realizará un lavado y/o desinfección de las tuberías. El material de construcción, revestimiento, soldaduras y accesorios no transmitirán al agua sustancias o propiedades que contaminen o empeoren la calidad del agua procedente de la captación y en el caso que la conducción fuera abierta, el gestor de la misma deberá proceder a su cerramiento siempre que la autoridad sanitaria considere que existe un riesgo para la salud de la población, y en su Artículo 12 “Distribución del agua de consumo humano” especifica que las redes de distribución pública o privada serán en la medida de lo posible de diseño mallado, eliminando puntos y situaciones que faciliten la contaminación o el deterioro del agua distribuida y dispondrán de mecanismos adecuados que permitan su cierre por sectores, con objeto de poder aislar áreas ante situaciones anómalas, y de sistemas que permitan las purgas por sectores para proteger a la población de posibles riesgos para la salud.
Después de cualquier actividad de mantenimiento o reparación que pueda suponer un riesgo de contaminación del agua de consumo humano y previamente a reanudar su utilización se realizará un lavado y/o desinfección del tramo afectado de tuberías y los productos de construcción de éstas deberán cumplir con lo dispuesto al efecto. Y finalmente el Artículo 14 “Productos de construcción en contacto con el agua de consumo humano” recalca que los productos que estén en contacto con el agua de consumo humano, por ellos mismos o por las prácticas de instalación que se utilicen, no transmitirán al agua de consumo humano sustancias o propiedades que contaminen o empeoren su calidad y supongan un incumplimiento de los requisitos especificados o un riesgo para la salud de la población abastecida. 2.- CALIDAD MICROBIOLOGICA. POTABILIZACION De la calidad microbiológica, en general bien resuelta en nuestro país demás de estar sometida a rigurosos controles, no me voy a ocupar en esta ocasión, salvando el caso de la legionella, en lo que afecta a sus nutrientes y tratamientos a los que hay que someter al agua para erradicarla. Tengamos en cuenta que los contenidos normales de cloro del agua potable en la red de distribución son, en ocasiones, insuficientes para suprimir algunas bacterias como por ejemplo a la legionella, que forma parte natural de la flora bacteriana de los lagos, ríos y estanques pudiendo, en consecuencia, infectar circunstancialmente al ser humano. Se debe tener presente que al introducirse en las conducciones, y debido a su capacidad de enquistarse en el interior de los microorganismos también presentes en el agua, se protege frente a agentes nocivos externos En España se utiliza para potabilizar el agua desde el punto de vista microbiológico, la ozonización en alguna medida y sobre todo la cloración, hasta alcanzar 0,1 a 0,2 partes por millón, con lo cual y, sin olvidar sus indudables ventajas, debe tenerse presente que puede generar por una parte compuestos organoclorados que, al combinarse con otras substancias, forman elementos peligrosos, como los trihalometanos y por otra que, a pesar de los sistemas de desgasificación, queda siempre un resto de cloro libre en el agua. Este cloro residual contribuye a acidificarla formándose ácido hipocloroso, que por ser un oxidante fuerte, tiende fácilmente a reducirse, originando iones cloro que junto con los eventuales cloruros de las sales en disolución (además de los posibles contenidos en nitratos y sulfatos), por su buena conductibilidad, aumentan sensiblemente los factores de riesgo de corrosión de muchos de los elementos de las instalaciones. 2.1.- LA LEGIONELLA Por ser numerosos los textos publicados sobre la legionella solo recalcaré que es una bacteria ambiental capaz de sobrevivir en un amplio intervalo de condiciones fisicoquímicas tales como un gran intervalo de conductividades del agua, una extensa franja de temperaturas (6 ºC a 63º C), pH entre 5 y 8,5 y concentraciones de O2 entre 0,2 y 15 mg/l pudiendo colonizar los sistemas de abastecimiento de agua y, a través de la red de distribución, incorporarse al agua sanitaria (fría o caliente). En las instalaciones mal diseñadas, sin mantenimiento o con un mantenimiento inadecuado, se favorece el estancamiento del agua, la acumulación de productos nutrientes de la bacteria, como materia orgánica, Iodos, productos de corrosión (fundamentalmente trazas de hierro), precipitaciones calcáreas y protozoos, formando un biofilm en cuyo seno los microorganismos encuentran protección
frente a las condiciones externas desfavorables y en particular a las acciones de los biocidas tradicionales. La presencia de esta biofilm, junto a una temperatura propicia, explica la multiplicación de legionella hasta concentraciones infectantes para el ser humano. Si existe en la instalación un mecanismo productor de aerosoles la bacteria puede dispersarse al aire. Como sabemos Las instalaciones que con mayor frecuencia se encuentran contaminadas con legionella y que han sido identificadas como fuentes de infección son los sistemas de distribución de agua sanitaria, caliente y fría, y los equipos de enfriamiento de agua evaporativos, tales como las torres de refrigeración y los condensadores evaporativos, tanto en centros sanitarios como en hoteles u otro tipo de edificios, sin embargo el carácter de epidémico (contagio accidental y a un mismo tiempo a gran número de personas) no es posible, como es obvio, en las viviendas y si en los edificios de uso colectivo o instalaciones industriales, siendo de aplicación en ellos el Real Decreto 865/2003 que tiene el carácter de Norma Básica y por consiguiente de obligado cumplimiento. Quedan excluidas del ámbito de aplicación de este real decreto las instalaciones ubicadas en edificios dedicados al uso exclusivo en vivienda, excepto aquellas que afecten al ambiente exterior de estos edificios. Los materiales constitutivos del circuito hidráulico deberán soportar la acción agresiva del agua hiper o sobreclorada o de otros desinfectantes así como de la temperatura, con el fin de evitar los fenómenos de corrosión ya que, por ejemplo, en el caso de las instalaciones interiores de agua caliente sanitaria y agua fría de consumo humano ante un brote de legionelosis hay que clorar con 15 mg/l de cloro residual libre y mantener durante 4 horas o bien clorar con 20 o 30 mg/l de cloro residual libre durante 3 o 2 horas respectivamente, seguido de una neutralización, vaciado y limpieza a fondo de los depósitos, reparación de las partes dañadas y de un aclarado y llenado con agua limpia, volviendo a reclorar con 4-5 mg/l de cloro residual libre a mantener durante 12 horas. El procedimiento a seguir en el caso de la desinfección térmica tiene menos incidencia sobre la corrosión (aunque siempre la favorece) pero favorece las incrustaciones sin obviar el eventual riesgo de escaldamiento que supone para los usuarios, ya que es necesario elevar la temperatura del agua caliente a 70 ºC o más en el acumulador durante al menos 4 horas. Posteriormente, abrir por sectores todos los grifos y duchas durante diez minutos de forma secuencial, comprobando la temperatura para que en todos los puntos terminales de la red se alcancen 60 ºC 3.- CONTAMINANTES MAS USUALES DEL AGUA Desde el punto de vista fisicoquímico la calidad el agua potable, aunque en general es aceptable, no presenta el mismo nivel que la bacteriológica ya que está aumentando notablemente, y por varios frentes, la contaminación del agua destinada al consumo, en especial por las prácticas industriales o agrícolas descuidadas e incluso por la dejadez de los propios ciudadanos en sus actividades domésticas. Las fuentes de contaminación de las vías fluviales y cursos de agua son numerosas abarcando desde los vertidos industriales y urbanos hasta los residuos de fertilizantes, pesticidas, funguicidas, herbicidas y plaguicidas, o los efluentes de de la ganadería, o hasta el propio sistema de cloración de las aguas, los materiales utilizados en las tuberías de conducción y un sin fin de tareas domésticas que tienen como resultado el vertido de residuos peligrosos al fregadero o al inodoro, como sucede con una amplia gama de productos de limpieza, insecticidas, pinturas o disolventes. Se calcula, como promedio, que en el agua residual se hallan más de 20 fármacos de distinta composición (analgésicos, antiinflamatorios,
anticonceptivos, antibióticos, etc) que de nuestros botiquines acaban en última instancia, en las aguas de ríos y lagos. Así la mayoría de las actividades humanas contaminan el agua que, tras su ciclo natural, regresará al grifo de la cocina o del lavabo. Hoy las plantas depuradoras no logran eliminar del agua que va a ser potable los centenares de compuestos orgánicos sintéticos ni tampoco disponen de sistemas para recuperar las decenas de sustancias inorgánicas. Estudios recientes han corroborado que los contaminantes solubles en el agua penetran en el organismo más por inhalación o a través de la piel, y no tanto por vía digestiva, como se creía hasta ahora. El hecho de que los embalses subterráneos, estén sometidos a situaciones de sobreexplotación, afecta gravemente a la mayoría de los depósitos acuíferos costeros, sometidos a un peligroso proceso de salinización de desastrosas consecuencias para las poblaciones, industrias y cultivos que se abastecen de los mismos. Problema que con mayor o menor intensidad podemos hacer extensivo a las zonas costeras de prácticamente toda Europa. Esta estrecha franja de litoral concentra grandes núcleos urbanos que, en los meses de verano, ve incrementar su población con millones de personas que pasan en ella sus vacaciones, si a esto le sumamos que también se sitúan cerca de la costa, grandes fábricas con abundantes necesidades de agua y cultivos de regadío intensivo, entenderemos como disminuye el nivel de las aguas freáticas y, donde hace diez años bastaba con ahondar cinco metros para encontrar agua, ahora hay que hacerlo a profundidades superiores a los doscientos metros. Al mismo tiempo, avanza hacia los acuíferos, procedente del mar, el agua salada, con la consiguiente salinización de la potable y del suelo, superándose ampliamente en algunas poblaciones los 3.000 mg/l de sales disueltas. De la misma manera, la contaminación de los acuíferos por nitratos es un factor de riesgo, no sólo para las instalaciones, sino, lo que es peor, para la salud de la población que se abastece de los mismos. El efecto neto de todo ello es o bien una reducción en la garantía del agua disponible para diferentes usos o bien unos mayores costos de protección de los suministros de agua, sobre todo de las potables. 4.- INSTALACIONES DE DISTRIBUCION Y QUÍMICA DEL AGUA Solo me referiré a los componentes del agua más comunes que pueden afectar negativamente a las instalaciones de agua potable, dejando para otra ocasión aquellos compuestos, la mayoría de ellos tóxicos, que afortunadamente suelen ser poco frecuentes y que aparecen accidentalmente o no en concentraciones indeseables. El agua potable de distribución, según su procedencia, contiene una serie de compuestos químicos que en la mayoría de las ocasiones varían a lo largo del año en función del régimen pluviométrico y de factores climatológicos, que determinan algunas de sus características que las hacen ser agresivas, corrosivas o incrustantes. Estos compuestos químicos son incorporados al agua por disolución o arrastre, ya sea al atravesar la atmósfera (gas carbónico, oxígeno, etc.) o durante su recorrido a través de las capas del terreno (carbonatos, sulfatos, cloruros, etc.). Según las características de éste y la cantidad de gas carbónico que haya absorbido, disolverá más o menos cantidad de sales cálcicas, formando, por ejemplo bicarbonato cálcico. Al efectuar la captación de cualquier agua, el bicarbonato cálcico llegará hasta las instalaciones, donde podrá originar incrustaciones calcáreas. Estas incrustaciones se producen principalmente en los lugares donde el agua se calienta, o donde sufre agitaciones, turbulencias o variaciones bruscas de presión. Bajo estas condiciones, se libera el gas carbónico que mantiene disuelta dicha cal y por ello, ésta se precipita, formando las incrustaciones calcáreas en las conducciones de agua, así como en los aparatos a ellas conectados (griferías, calderas, calentadores, acumuladores, intercambiadores de calor,
lavadoras, lavavajillas). Los valores de la dureza total del agua no son excesivamente importantes desde la óptica de su potabilidad, ya que si bien los 15º F. son aceptables para cualquier uso, 50º F son ciertamente aptos para beber pero elevados para casi cualquier utilización industrial y doméstica del agua. Tengamos en cuenta que los materiales que, básicamente y de forma general, se utilizan en las redes de distribución y en instalaciones son el acero negro, el acero galvanizado, chapa de acero, cobre, aluminio, el latón y los plásticos. La acción del agua sobre algunos metales puede provocar problemas de corrosión e igualmente puede producir envejecimiento o degradación en los materiales de síntesis. Asimismo, el equilibrio calcocarbónico del agua proporciona a ésta propiedades agresivas o incrustantes que se reflejan en los conductos y elementos de las redes de distribución, efectos que pueden sumarse a los motivados por procesos microbianos. Tomemos, por ejemplo, el caso de los depósitos acumuladores de agua caliente sanitaria que al ser afectados por el contenido en cloruros del agua, obligan a aconsejar, para concentraciones superiores a los 150 mg/l, la utilización de depósitos de acero inoxidable aleado con titanio. Un caso similar es el de los calentadores eléctricos en los que, además de ser fabricados con el material adecuadamente resistente a la corrosión, se hace necesario instalar un ánodo de sacrificio (a cambiar periódicamente) y que actúa como protector. La corrosión será todavía más acusada si a una dureza relativamente baja se une una mineralización alta, sobre todo si esta se debe, reiterando lo ya indicado, a los Cl que poseen, dado el pequeño tamaño de sus iones, un gran poder de penetración, elevan la conductividad iónica y actúan como despolarizadores del proceso de corrosión. Además se ha comprobado que la presencia de estos iones impide una buena cristalización de las capas protectoras, volviéndolas porosas.
El valor del pH (ver cuadro 1) por si solo no da ninguna indicación definitiva sobre las características del agua, siendo necesario conocer, entre otros parámetros, el valor del TAC (contenido en bicarbonatos y de carbonatos si los hubiera). En efecto, la agresividad del agua está relacionada con el pH y con el contenido en bicarbonatos. Las aguas ácidas y las ligeramente alcalinas (pH menos de 9.5) atacan al hierro, pero este ataque puede quedar detenido por la formación de un film carbonatado protector que el agua deposita sobre el metal. Otro caso es el de las piezas y accesorios fabricados de latón amarillo, aleación con cierto grado de predisposición a la corrosión por descinficación, siendo uno de los factores de riesgo de producirlo, la presencia de los ya mencionados iones cloruro, habiéndose comprobado que con contenidos del orden de 80 mg/l. se inician ya los fenómenos de corrosión local. Como ya he indicado uno de los aspectos del agua a considerar es su dureza (contenido en compuestos de calcio y magnesio). Si el agua es dura los carbonatos y bicarbonatos en disolución pueden provocar incrustaciones sobre la superficie rugosa de las tuberías y sobre el interior, también rugoso, de los elementos y dispositivos a ella conectados, terminando por inutilizarlos, siendo especialmente rápido este fenómeno con el agua caliente y en aquellas elementos que se utilizan sólo esporádicamente (por ejemplo en las segundas viviendas o en complejos hoteleros o deportivos con cierres estacionales). Como es sabido las agua muy duras se consideran, aunque no siempre sea así, poco agresivas dado que pueden depositar sobre la superficie metálica películas calcáreas continuas y compactas que dificultan el ataque del metal subyacente, sin embargo esta precipitación sin excluir además la corrosión provoca, como hemos dicho, otros problemas. También hay que aclarar que no siempre las aguas duras o muy duras provocan incrustaciones 5.- CALCULOS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Es importante el conocimiento de la calidad del agua de abastecimiento a la hora de proyectar una instalación y elegir los materiales más adecuados. Vamos a estudiar los valores obtenidos en un análisis del agua de distribución para, en función de ellos, evaluar los efectos específicos sobre algunos aspectos y materiales utilizados en la red. Hacemos la observación de que siempre nos referimos a factores de riesgo de corrosión y a la tendencia a producirse, ya que son tanto y a veces tan aleatorios los factores que intervienen en el fenómeno que es imposible, aun conociendo bien todos los pormenores de la instalación, hacer una predicción rigurosa de lo que realmente acontecerá. En el cuadro 2 se indica el resultado del análisis de un agua indicando que, de acuerdo con el balance iónico (control conveniente para tratar de detectar errores importantes), los resultados son aceptables, ya que la suma de los aniones y cationes expresados en miliequivalentes o como en este caso en ºF, es inferior al 2 %. Es decir no se ha omitido ningún ion en cantidad significativamente importante.
La temperatura de la sustancia a evaluar afecta al resultado del valor de la conductividad por lo que la medida, a efectos comparativos, debe ser medida a una temperatura de referencia de 25 ºC La definición rigurosa de la Alcalinidad, en términos de concentraciones molares, es: [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] - [H+], pero en la práctica, podemos despreciar los dos últimos términos de la ecuación. Para el cálculo de los Índices de Ryznar y Langelier hay que expresar la alcalinidad en mg/l de CaCO3 El Titulo Alcalimétrico Total (para los anglosajones “Alkalinity”) se llama también dureza temporal cuando es inferior, como en este caso, a la dureza total o grado hidrotimétrico, estando constituida este ultimo por la suma de la dureza temporal (correspondiente a los bicarbonatos y si los hubiera a los carbonatos) y la dureza permanente debida a los sulfatos, cloruros y silicatos. Puede considerarse que en las aguas frías, cuando el pH es inferior a 8,3 solo el anhídrido carbónico y los iones bicarbonato están presentes en concentraciones apreciables (ver cuadro 3). Los iones carbonato están en este caso en concentraciones que no pueden ser medidas, pero si calculadas. La presencia de nitratos puede provenir de la disolución de rocas y minerales o de la descomposición de materias vegetales y animales y de efluentes industriales. También puede significar que hay contaminación proveniente de su uso como abono y fertilizante. En cualquier caso el valor obtenido es muy inferior al valor paramétrico máximo permitido de 50 mg/l La pérdida de solubilidad de una especie química está relacionada con la temperatura y la presión del sistema. Una especie química soluble precipita cuando se alcanza una determinada temperatura. Ésta pérdida de solubilidad está asociada a la constante de solubilidad de cada especie en particular. Lo general es que una sal aumente su grado de disolución cuando aumenta la temperatura siendo esta una propiedad coligativa, sin embargo, las sales de Ca, Mg, Fe y Si actúan en forma inversa, es decir, disminuyen su solubilidad y precipitan, siendo la temperatura crítica de alrededor de 75-80°C (dependiendo de la presión atmosférica). Estas sales comúnmente encontradas en el agua corriente constituyen la llamada dureza temporal del agua, mientras que las sales que no precipitan con la temperatura como son los silicatos, sulfatos de calcio y magnesio, elementos trazas y cloruros constituyen la dureza permanente. Una vez aclarados estos puntos se trata de saber como se comportará el agua analizada a 20 ºC en una canalización metálica, para luego determinar lo mismo a 80 ºC, lo que nos facilitará las eventuales tomas de decisiones sobre algunos elementos de la instalación. 5.1.- TOTAL SOLIDOS DISUELTOS Y CONDUCTIVIDAD Conocemos la dureza cálcica (12 ºF), el Titulo Alcalimétrico Completo (10 ºF), quedando por conocer, para determinar su carácter agresivo o incrustante, el total de sólidos disueltos
(TDS), lo que analíticamente se define como residuo filtrable total (expresado en mg/l), dato que no se solicitó al laboratorio y que siendo un índice de la cantidad de sustancias disueltas en el agua, proporciona una indicación de su calidad química.
En soluciones acuosas la conductividad es directamente proporcional a la concentración de sólidos disueltos, por lo tanto cuanto mayor sea dicha concentración, mayor será la conductividad. Normalmente en la determinación de los TDS en mg/l se utiliza un factor de correlación de 0.5 respecto del valor de la conductividad en μS/cm. Aunque no es exacto, se acepta este valor con el que la concentración de TDS es casi equivalente a la concentración del cloruro de sodio en aguas naturales. Sin embargo en la mayoría de las aguas naturales el NaCl no es la única sal disuelta en la solución, teniendo cantidades sustanciales de iones Ca, Mg, Na, Si, Cl, HCO3 CO3 cuya combinación nos da un factor más cercano a 0.64 que a 0.5. Por consiguiente en nuestro caso consideramos el factor 0,64, obteneniéndose un valor de TDS de 200 mg/l La técnica aplicada por los laboratorios para la obtención del TDS del agua es gravimétrica, evaporación a 105-110 ºC y pesado el residuo obtenido. Para la medición rápida “in situ” del TDS en el agua sólo existe la posibilidad de hacerlo con medidores. Esta diferencia de técnica de análisis del agua conduce a diferencias en los resultados, puesto que se miden cosas diferentes (TDS vaporizado, TDS en agua a temperatura natural), y ambos resultados son correctos siempre que se cite la técnica de medición adoptada. Utilizando medidores de conductividad y de sólidos disueltos es posible obtener también, con muy buena aproximación, el valor de la dureza del agua. La unidad de medición de dureza más común es el grado Francés (ºF), definido como: 1°F = 10 mg/l de CaCO3 y teniendo en cuenta que 1 mg/l = 2 µS/cm de conductividad, se deduce que : 1°F = 20 µS/cm. Por consiguiente dividiendo la conductividad en microSiemens por 20 nos dará, aunque sin demasiada precisión el valor de dureza del agua en grados franceses (con un error aproximado de 2 - 3°F).
5.2.- INDICES DE LANGELIER, RYZNAR Y PUCKORIUS Ahora procederemos al cálculo de los distintos índices que evalúan la tendencia agresiva o corrosiva del agua cuya analítica estamos examinando (cuadro 2): El pHS de saturación (el agua está en equilibrio con el CO3Ca) a 20 ºC es: pHS = (9,3 + A + B) - (C + D) en la que: A = (Log [TDS] -1)/10 = 0,1301 B = -13,12 x Log (ºC + 273) + 34,55 =1,9873 C = Log [Ca+2 como CaCO3] =1,6780 D =Log [Alcalinidad como CaCO3] = 2 pHS = 7,739
El Indice de saturación de Langelier IL = pHA - pHS, donde pHA = pH actual del agua y pHS = pH de saturación, por lo que el Indice de Langelier IL = 0,260 > 0 tendencia incrustante Indice de estabilidad de Ryznar IR = 2(pHS) - pHA = 7,478 significativamente corrosiva En que respecta al Indice práctico de incrustación de Puckorius IP =2(pHS ) – pHEQ donde pHEQ = 1,465 x Log [Alcalinidad] + 4,54 = 7,596, por lo que PSI = 7,882 > 6,5 por lo existe tendencia a la corrosión. Los resultados para una temperatura de 80 ºC son: pH de saturación Indice de Langelier Indice de Ryznar Indice de Puckorius pHS = 6,67 IL = 1,328 > 0 IR = 5,342 > 5 IP = 5,746 < 6,5 Tendencia incrustante Ligeramente incrustante No hay tendencia a la corrosión
Otros métodos similares, pero no tan simples, se han desarrollado para la predicción de la tendencia a la formación de incrustaciones de sulfato y fosfatos cálcico, pero normalmente no se utilizan. El cuadro 4 nos aclara las características del agua que se pueden resumir en que el agua fría es agresiva y el agua caliente a partir de los 40 ºC es incrustante.
5.3.- RIESGOS FRENTE AL COBRE Y AL ACERO Los factores de riesgo de corrosión frente al cobre vienen indicados en el cuadro 4, mientras que el Código Técnico de la Edificación en su apartado 6.3 (Incompatibilidades) indica que para los tubos de cobre las condiciones límites del agua a transportar tanto del agua fría como caliente, a partir de las cuales será necesario un tratamiento son pH>7, no concentraciones altas de CO2 libre, índice de Langelier IL>0, dureza total TH >5 ºF En particular, las tuberías de cobre no se colocarán antes de las conducciones de acero galvanizado, según el sentido de circulación del agua, para evitar la aparición de fenómenos de + corrosión por la formación de pares galvánicos y arrastre de iones Cu hacía las conducciones
de acero galvanizado, que aceleren el proceso de perforación. Igualmente, no se instalarán aparatos de producción de ACS en cobre colocados antes de canalizaciones en acero. Excepcionalmente, por requisitos insalvables de la instalación, se admitirá el uso de manguitos antielectrolíticos, de material plástico, en la unión del cobre y el acero galvanizado, cuyo PPR (Pitting Propensity Rating) del agua o índice de V. F. Lucey sea positivo. Este último índice se calcula a base de un ábaco empírico creado por Lucey y que tiene en cuenta los parámetros siguientes: las concentraciones en iones SO4=, Cl-, NO3_ y Na+, así como por el oxigeno disuelto y su pH, datos todos que se incluyen en su nomograma. En el segundo ejemplo a considerar tenemos el agua de un pozo de Ibiza cuyas características analíticas vienen determinadas en el cuadro 5 donde puede comprobarse que han dejado de analizarse elementos que desde el punto de vista del balance iónico son importantes como es el potasio, aun cuando su valor es, hasta cierto, punto irrelevante a efectos de determinar el carácter agresivo o incrustante del agua. No obstante evaluar con suficiente aproximación su valor no es difícil en este caso teniendo en cuenta que la diferencia entre la suma en ºF de aniones y cationes es de 32,8 ºF y que el peso equivalente del ion potasio (masa atómica/valencia) es 39,1 y que 1 ºF = 0,2 meq/l, se tiene 32,8 ºF x39,1x0,2 =256,4 mg/l de potasio El potasio, sin embargo, en aguas potables rara vez alcanza los 20 mg/l. Los niveles de sodio y potasio más elevados son los que están relacionados con el agua subterránea en aquellos lugares donde hay abundancia de depósito de mineral de estos compuestos o donde ha habido, como en este caso, contaminación por filtración salina. Se trata de un agua clorurada sódica, salobre ligeramente ácida, extraordinariamente mineralizada, de muy baja resistividad, gran dureza y con excesiva concentración de cloruros. Su alto grado hidrotimétrico se distribuye casi a partes iguales entre la dureza cálcica y magnésica, (cuadro 6 y 7) dominando especialmente la dureza permanente, sobre todo la correspondiente a los cloruros y sulfatos de calcio y magnesio, lo que unido al valor del titulo alcalimétrico denota, a pesar de la extraordinaria dureza total, una no tan fácil formación de la capa protectora sobre los metales. Es conveniente conocer, como datos complementarios y a veces explicativos de los fenómenos de corrosión, las
características y planteamientos de la instalación de suministro de agua en el edificio: geometría de la distribución, materiales y secciones de las tuberías y de los restantes elementos integrantes, entorno atmosférico y medio ambiental, etc. Sin embargo con los datos disponibles, creemos que la aproximación realizable puede ser suficiente para el objeto de este artículo Se puede representar la mineralización del agua mediante un diagrama del tipo Stabler como el del cuadro 7 en la que se utilizan dos rectángulos con la misma base y cuya altura es proporcional a la concentración de cada uno de los cationes de una parte y a las concentraciones de los aniones por la otra. Las dos agrupaciones están yuxtapuestas. Las concentraciones se expresan en miliequivalentes, unidad que permite una comparación directa de cada una de las concentraciones. En la columna de los aniones una parte de su superficie se asimila a la concentración de bicarbonatos, aunque de hecho se corresponde a la suma de las concentraciones de bicarbonatos, carbonatos e iones hidroxilo, es decir es el Titulo Alcalimétrico completo 5.4.- CONCLUSIONES RESULTANTES DE LA ANALITICA Los resultados obtenidos en el análisis del agua permiten extraer las siguientes conclusiones: Calculado el pH de saturación que resulta ser a 20 ºC 5,477, así como el Índice de Langelier = 1,172 y el de Ryznar, cuyo valor I.R. = 4,404 (Cuadro Nº 7), predispone más a considerar que se trata de un agua incrustante. No obstante tras un estudio más detallado de los valores permite indicar que por debajo de los 10 ºC. el agua tiene tendencia a la agresividad y por encima de dicha temperatura existen riesgos de incrustaciones, axial a 80 º C tendríamos: Índice de Langelier Indice de Ryznar Indice de Pukorius IL = 1,172 > 0 IR = 4.304 IP = 2,681 < 4,5 Tendencia incrustante Fuertemente incrustante Tendencia a la incrustación
Los contenidos de cloruros, sulfatos y magnesio son muy superiores a los deseables indicando los valores de los cloruros, sodio potasio y sulfatos una salinización de los depósitos acuíferos, probablemente a causa de la sobreexplotación de las aguas subterráneas, lo que conlleva la reducción del nivel de las aguas freáticas y el avance hacia el acuífero del agua del mar. Los límites de concentración, por encima de los cuales se percibe un sabor amargo en el agua son para el sulfato de magnesio 400 a 600 mg/l y para el sulfato de calcio son de 250 a 400 mg/l. y para un sabor salado entre 300 y 500 mg/l. de cloruro sódico El alto contenido en iones magnesio debe interpretarse conjuntamente con los sulfatos. No obstante, los 216,4 mg/l obtenidos (en Europa raramente se sobrepasan los 15 mg/l), superan incluso los 150 mg/l máximos admisibles aconsejados por la O.M.S. (Organización Mundial de la Salud). No obstante el magnesio de ninguna manera es nocivo para la salud, pero tiene la propiedad de conferir a las aguas que lo
contienen gusto amargo, poco agradable y cuando se halla como sulfato de magnesio tiene efectos laxantes. Las pautas que establecen el contenido máximo de magnesio en el agua potable son bastante relativas, ya que no se le atribuyen efectos negativos en seres humanos y en animales por lo que no es frecuente introducir límites legales de magnesio en agua potable, ya que no hay una evidencia científica de la toxicidad del magnesio. La presencia, aunque muy escasa, de nitratos (suponemos nulo el contenido en nitritos) generalmente avala una cierta contaminación, de la que se desconoce si es permanente, accidental o estacional debido a la disolución de los terrenos atravesados, aunque muy probablemente dada la proximidad de zonas agrícolas de regadío su origen puede ser la nitrificación del nitrógeno orgánico. En definitiva, con los datos disponibles, y utilizando como base de diagnóstico no tanto la tendencia incrustante en prácticamente todo el rango de temperaturas, sino su excesivo contenido en cloruros y en sulfatos, puede indicarse que el agua estudiada además de incrustante tiene un alto riesgo de provocar corrosión en la mayoría de los metales utilizados en las instalaciones, especialmente para el hierro, aceros negros, aceros galvanizados y cobre sin recocer, debiéndose evitar su contacto con el cemento y el hormigón que también pueden resultar afectados. 5.5.- RECOMENDACIONES A TENER EN CUENTA El pH relativamente bajo, la gran cantidad de cloruros y la excesiva concentración de sulfatos, son factores que, con mucha probabilidad, por no decir seguridad, provocarán en breve plazo de tiempo corrosión, por descinficación localizada, de llaves y dispositivos de latón amarillo, que además sufrirán la erosión en aquellos lugares con pasos reducidos producida por la circulación de agua a gran velocidad. La descinficación supone la disolución de la aleación y la posterior deposición del cobre poroso inadherente. La ejecución de la instalación con tubería de cobre, o la existencia de tramos de este metal, tiene un efecto acelerador de este tipo de corrosión. Con esta agua debe prescindirse en las instalaciones de las tuberías de fundición, acero negro, acero galvanizado, e incluso de cobre, siendo lo aconsejable para la conducción de agua fría y caliente sanitaria las de plástico, en los lugares públicos preferentemente de polietileno reticulado ante la eventualidad de tratamientos térmicos contra la legionella. Los acumuladores de agua, si los hubiera, deben ser de aceros inoxidables especiales, ya que los habituales suelen están garantizados para contenidos en cloruros inferiores a los 150 mg/l e incluso los más resistentes (aleación de titanio) se garantizan sólo para contenidos inferiores a los 350 mg/l (el agua objeto de estudio tiene más de 3.500 mg/l). AISI El acero inoxidable tipo 304 es utilizable en
contacto con agua corriente, fría o caliente, siempre que el contenido en cloruros no supere los 200 mg/l. Para niveles de cloruros entre 200 y 1.000 mg/l. el resultado depende de otros factores como el pH, contenido de otras sales, temperatura, presencia de microgrietas, etc., pero para cantidades superiores de cloruros como los del agua analizada serian totalmente insatisfactorios. Las bañeras y platos de ducha deberán disponer de fondo antideslizante o de elementos que eviten caídas por resbalones provocados por la reacción con las sales soditas o potasitas de ácidos grasos (oleato de sodio y/o palmitato de potasio) contenidas en algunos jabones formando compuestos insolubles oleosos, precipitando sales magnésicas y cálcicas de color blanquecino que flota sobre la superficie del agua o que se fija sobre las paredes de los aparatos sanitarios. La porcelana sanitaria y las bañeras deben ser preferiblemente de color blanco y sometidas diariamente a cuidadosa limpieza y secado, por la facilidad de adherirse sobre su superficie las sales magnésicas y cálcicas insolubles y que, si no se eliminan, harán perder brillantez al esmalte vitrificado (mateado de su superficie). Igualmente, los recubrimientos metálicos como los cromados u otros deberán vigilarse ya que este agua, enormemente mineralizada, al secarse o evaporarse sobre el recubrimiento, deja manchas claras formadas por carbonato cálcico y magnésico, sulfato sódico y cloruros sódico y magnésico (algunos corrosivos y el último higroscópico), que al poco tiempo adquirirán una coloración característica, verdosa o incluso obscura según sea el tipo de recubrimiento (cromo, níquel, zinc, etc.), llegando el ataque hasta el metal base, produciendo corrosión irreversible, en forma de picaduras, sobre las superficies metálicas. Deberán tomarse precauciones con calentadores, lavadoras, lavavajillas y fregaderos de acero inoxidable, aconsejándose como material para éstos últimos la porcelana vitrificada, el grés o las resinas. Es evidente que a tenor de los resultados obtenidos y de los inconvenientes de todo tipo que el agua presenta, incluida la potabilidad (cuadro 10), es aconsejable un tratamiento adecuado para situarla a niveles más convenientes de potabilidad.
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