6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas

PRÁCTICA Nº 6 DUREZA Y SALINIDAD-CLORUROS EN AGUAS

OBJETO DE LA PRÁCTICA:

MEDIDA DE DUREZA DE AGUAS A BORDO UNIDADES PARA EXPRESAR LA DUREZA Y SU INTERCONVERSIÓN ASIMILAR EL CONCEPTO: DUREZA – INCRUSTACIÓN MEDIDA RÁPIDA DE CLORUROS EN AGUA A BORDO ASIMILAR EL CONCEPTO: CLORUROS – CORROSIÓN Y ARRASTRE

Tubería con incrustación

Resultado de la oxidación

BIBLIOGRAFIA: 2, 5, 9, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 23, 28, 29.

45

6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas

Decimos que un agua es dura cuando posee sales de Ca2+ y Mg2+ disueltas, éstas reaccionan con el jabón anulando su efecto, producen cercos e incrustaciones al ser calentada, no cuecen bien las legumbres etc. y lo más importante, no son aguas aptas para la obtención de vapor que es uno de mayores usos del agua como transmisora energética. La dureza de un agua es proporcional al número de iones de Ca2+ y de Mg2+ que contiene. Estos cationes están neutralizados por aniones, siendo los más corrientes: -

-

sulfatos SO42 , carbonatos CO3 2 , cloruros Cl ¯ etc. estando todos ellos disueltos en el agua. La dureza de un agua es la causante de que se produzcan "incrustaciones" es decir formación de precipitados sólidos, duros y aislantes que se adhieren muy fuertemente a las superficies calientes de los sistemas en que se produce calor, como se ve en la imagen de la tubería de la portada. Esto provoca recalentamientos en una cara de la superficie metálica ya que no se puede disipar el calor por su carácter aislante ó no conductor (* datos de conductividad térmica a continuación), y por ello se pueden producir deformaciones de los materiales e incluso explosión según la temperatura y presión del recinto. * Datos de conductividad térmica:

acero: 40 carbonato: 6,3 sulfato: 2,6 sílice: 0,2

Las sustancias más incrustantes son los carbonatos (CO3 2 ¯ ), sulfatos (SO4 2 ¯ ) y silicatos (SiO3 2 ¯ ) de calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+). Según predomine un tipo u otro en la composición de la incrustación, tendremos los diversos tipos de incrustaciones: base de carbonato, base de sulfato y base de sílice (SiO2) y silicatos, ésta última resulta ser la peor pues es la más dura y de menor conductividad térmica o sea más aislante. Al ser el calcio el ión más frecuente disuelto en las aguas, éstas se clasifican según la cantidad de Ca2+ que posee y se expresa como OCa, ó CaCO3. 46

6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas Existen muchas unidades para medir la dureza de un agua, algunas de ellas se muestran en la tabla siguiente: Dureza en:

miliequivalente CaCO3

grado inglés

grado americano

ºd grado alemán

p.p.m. CaCO3

1

TH grado frances 5

miliequivalente Grado francés grado inglés grado americano grado alemán p.p.pm. CaCO3

3,5

2,9

2,8

50

0,2

1

0,7

0,58

0,56

10

0,286

1,43

1

0,83

0,8

14,3

0,31

1,72

1,2

1

0,96

17,2

0,358

1,79

1,25

1,04

1

17,9

0,02

0,1

0,07

0,058

0,056

1

ºF

ppm

1. aguas dulcísimas (ó muy blandas) dureza desde

0a7

0-70

2. Aguas dulces

Tabla 6.1.

Según su dureza las aguas se clasifican en:

(ó blandas)

“

“

7 a 15

70-150

3. Aguas duras

“

“

15 a 22

150-220

4. Aguas muy duras

“

“

22 a 35

220-350

5. Aguas durísimas,

“

“

35 en adelante. 350....

A la eliminación de la dureza se le llama ablandamiento. Existen varios métodos para eliminar las sales del agua. Los más usuales son: destilación, ósmosis inversa, desionización, y tratamiento con resinas de intercambio iónico. Hay que tener en cuenta la presión a la que se trabaja, ya que, cuanto mayor sea ésta mayores serán las exigencias para la composición del agua, y se permitirán menores cantidades de sustancias disueltas como se observa en la tabla siguiente.

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6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas

Calderas acuotubulares. Normativa UNE 9.075

Aplicado a Agua de alimentacion

Aplicado a aguas del interior

REQUISITOS GENERALES Salinidad total mg/l p.p.m. Fosfato PO4 mg/l p.p.m. Sílice (SiO2) mg/l p.p.m. PH a 20 °C Hierro total mg/l p.p.m. Dureza °f PH a 20 °C Oxigeno Disuelto mg/l p.p.m. Sust.orgánicas mg/l p.p.m. Aceite mg/l p.p.m.

PRESIÓN ≤20 kg/cm2

PRESIÓN PRESIÓN

≤64 kg/cm2

PRESIÓN ≤80 kg/cm2

PRESIÓN ≤125 kg/cm2

≤3000

≤2000

≤1500

≤750

≤150

≤25

≤10

≤10

≤3

≤3

≤140

≤50

≤10

≤4

≤1,5

9,5 - 11 ≤0,05

9,5 - 11 ≤0,05

9,5 - 11 ≤0,05

9,5 - 11 ≤0,03

9,5 - 11

≤0,1 8 - 9,5 ≤0,02

≤0,05 8 - 9,5 ≤0,02

≤0,05 8 - 9,5 ≤0,02

≤0,02 8 - 9,5 ≤0,02

≤10

≤5

≤5

≤5

≤1

≤0,5

≤0,5

≤0,5

≤40 kg/cm2

Tabla 6.2. Fuente:UNE MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DUREZA A BORDO Se emplean métodos rápidos y de fácil manejo. Son los llamados de kit o rápidos.

MÉTODO RÁPIDO Test de la dureza total (suma de iones alcalinotérreos) Con el test Merckoquant puede determinarse rápidamente y de forma segura la magnitud de la dureza total existente. Con este tipo de métodos (semicuantitativos) se obtienen intervalos de valores de dureza (no valores cuantitativos) a diferencia de los otros métodos. Este método se basa, en la reacción complejante entre los iones calcio y magnesio, con el ácido E.D.T.D.A. esta vez con un indicador distinto. La escala de dureza viene dada en grados alemanes ºd, (que equivalen a 10 mg de CaO por litro). Ver la correspondencia en ppm de CaCO3

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6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas MODO DE EMPLEO En cada varilla indicadora existen 5 zonas de color que corresponden a los siguientes intervalos de dureza en ºd (grados alemanes):

zonas verdes

zonas rojas

dureza total (ºd)

resultado

5

0

0

muy blanda

4

1

5

blanda

3

2

10

semidura

2

3

15

dura

1

4

20

muy dura

0

5

25

durísima

Para realizar el análisis se sumerge brevemente (1 segundo) la varilla en el agua a examinar, de modo que se moje totalmente. Quitar el exceso de agua y evaluar el color de las zonas indicadoras al cabo de 1 minuto. 1 ºd = 17,8 p.p.m. ó mg/l de CaCO3 .

CUESTIONES DE DUREZA 1-Mide las diversas aguas por este método y expresar los resultados en º alemanes, en º franceses y en ppm de CaCO3 y completa la tabla siguiente: GRADOS

p.p.m. de CaCO3

ALEMANES

GRADOS FRANCESES

Agua destilada Agua del grifo Agua de calderas Agua de mar Agua mineral

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6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas 2- ¿En qué unidades se puede expresar la dureza? 3- ¿Cuál sería el problema que ocasionaría un agua dura al funcionamiento de una caldera? 4- ¿Qué cantidades se permiten? 5- ¿Cómo se combate la dureza de un agua? 6- Haz una tabla comparando los valores encontrados para las distintas aguas según los diversos métodos, expresados todos los valores en ppm de CaCO3. 7- Expresa la concentración 1% de CaCO3 en peso en agua, en p.p.m. y en p.p.b. Convierte 1p.p.m. de CaCO3 en % en peso en agua.

Instalación de calderas.

Anexo 1

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6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas

SALINIDAD-CLORUROS Se entiende por salinidad el contenido en sales que existen disueltas en agua. Se suele expresar en mg/l o sea en partes por millón (p. p. m.). La salinidad del agua del mar alcanza valores del orden de 33.000 p. p. m. ó 3,3%. Las sales disueltas en el agua precipitan por: una variación determinada de temperatura; por aportación de más cantidad de la sal con lo que se llega a la sobresaturación; por desaparición de del disolvente, por ejemplo evaporación del agua; por cualquier causa que modifique el valor de la concentración de sal en el disolvente. Los problemas de la salinidad en cuanto al aprovechamiento del agua como intercambiador de calor son principalmente estos dos: EFECTO DE ARRASTRE O TRASIEGO y AGRESIVIDAD. *EFECTO DE ARRASTRE O TRASIEGO es el efecto que conlleva que junto con el vapor se arrastran partículas de líquidos y/o sólidos. Esto ocurre si se forman espumas o ebulliciones violentas, y ello se facilita cuando la salinidad es elevada. Los arrastres producen incrustaciones en los recalentadores de vapor, y en el interior mismo de la turbina ó máquina que utiliza el vapor con el consiguiente perjuicio. *AGRESIVIDAD (o velocidad de corrosión) La agresividad de un líquido respecto a un metal es el desgaste ó pérdida de metal que experimente el metal debido a la acción del líquido. Se determina por pesada de una determinada cantidad del metal, antes y después de sumergirlo en dicho líquido durante un cierto tiempo, y comparando ambos pesos. La diferencia de pesos se referirá a la unidad de superficie y de tiempo. No todos los líquidos presentan la misma agresividad para un metal dado. A continuación se presenta una tabla de valores de agresividad, tomando como referencia al agua pura (agresividad = 1), y agua con idéntica cantidad de sales disueltas. Agresividad Agua pura

1

Disolución de cloruro sódico

31,1

51

6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas Disolución de sulfato sódico

18,8

Disolución de cloruro cálcico

19,0

Disolución de sulfato cálcico

10,5

Disolución de cloruro magnésico

51,1

Disolución de sulfato magnésico

20,5

Se observa que los cloruros son más agresivos que los sulfatos y de todos ellos el cloruro de magnesio el mayor. La agresividad también está relacionada con la acidez-basicidad. Dependiendo del anión y del catión que forman la sal, sus hidrólisis darán pH ácidos o básicos. Por ejemplo la disolución de Cl2Mg, dará un pH ácido pues el hidróxido precipita. Cl2Mg + 2H2O

Mg(OH)2

+ 2ClH

Esto explica en parte la agresividad de las distintas sales disueltas en agua.

DETERMINACIÓN DE CLORUROS A BORDO POR EL MÉTODO RÁPIDO

-

(Merck) Graduación: 0-3-6-10-18-30-60-100-180-300 ppm de Cl

.

FUNDAMENTO: Se usa la reacción del tiocianato de mercurio (II) (reactivo 2) con el cloruro de la muestra, para dar el cloruro de mercurio (II) y cloromercuriato (II), liberándose en la reacción

tiocianato, que formará un compuesto rojo anaranjado

(Fe(SCN)2-) con el Fe3+ (procedente del reactivo 1). Por contener mercurio no tirar la muestra, una vez realizado el análisis, al desagüe MODO: Introducir con la jeringa 6 ml de la muestra de agua a cada tubo. Añadir reactivos sólo al tubo derecho: 6 gotas del reactivo 1 y 6 gotas del reactivo 2. Agitar un poco el tubo derecho, y comparar a contraluz los colores de las muestras haciendo girar el disco de manera que coincidan los colores. Leer el resultado en el recuadro. 52

6. Dureza y salinidad-cloruros de aguas

CUESTIONES DE SALINIDAD-CLORUROS 1-¿Cuál sería el problema de trabajar con un agua rica en cloruros como agua de caldera? 2-¿Qué valores se permiten? 3-Haz la medida por este método a dos tipos de aguas y compara los valores. 4- Haz una tabla con los valores encontrados, en p.p.m. para las distintos tipos de aguas. 5- Explica en qué han consistido los análisis de medición de cloruros.

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