Agua

“Año del Centenario de Machu Picchu para el mundo”

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA

: INGENIERIA CIVIL

CURSO

: QUIMICA GENERAL

TEMA

: AGUA

DOCENTE

: Flormila Vicuña Pérez

PRESENTADO POR

:

Rafael Mendoza, Johnny James Reyes Reyes, Arthur Huaraz - 2011

Trabajo de “Agua”

Índice

Caratula…………………………………………………………………………………………………………………1 Dedicatoria……………………………………………………………………..…………………………………….3 Introducción…………………………………………………………………………………………………………..4 Agua………………………………………………………………………………………………………………………5 Composición del Agua…………………………………………………………………………………………...6 Características Principales del Agua………………………………………………………………………7 Propiedades del Agua……………………………………………………………………………………………11 Tipos de Agua………………………………………………………………………………………………………..13 Clases de Agua……………………………………………………………………………………………………….15 Clasificación del Agua……………………………………………………………………………………………16 Potabilización del Agua………………………………………………………………………………………….19 Características que debe Satisfacer el Agua Potable para Consumo Humano………..20 Proceso de potabilización………………………………………………………………………………………22 Tratamientos más Usados para la Potabilización del Agua…………………………………….24 Origen del Cloro…………………………………………………………………………………………………….27 Microbiología del agua………………………………………………………………………………………….29 Calidad del Agua……………………………………………………………………………………………………30 Calidad del Agua para Uso con el Concreto……………………………………………………………34 Desalinización de Agua de Mar……………………………………………………………………………..40 Conclusión……………………………………………………………………………………………………………..46 Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………….47

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Dedicatoria

Se

dedica

este

presente

trabajo

monografíco de química general con el tema de “Agua” a la profesora del curso ya que con su paciencia inquebrantable nos enseña a seguir nuestros estudios superiores.

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Introducción Este problema que se nos presenta en la actualidad es un tema que cada día ocupa más la atención de científicos, técnicos, políticos y en general, de muchos de los habitantes del planeta. La escasez de este vital liquido obliga a reiterar nuevamente una llamada a la moderación de consumo por parte de la población a nivel mundial, ya que sin su colaboración los esfuerzos técnicos que llevan a cabo algunas organizaciones resultarían insuficientes. Sólo muy poca agua es utilizada para el consumo del hombre, ya que: el 90 % es agua de mar y tiene sal, el 2 % es hielo y está en los polos, y sólo el 1 % de toda el agua del planeta es dulce, encontrándose en ríos, lagos y mantos subterráneos. Además el agua tal como se encuentra en la naturaleza, para ser utilizada sin riesgo para el consumo humano requiere ser tratada, para eliminar las partículas y organismos que pueden ser dañinos para la salud. Y finalmente debe ser distribuida a través de tuberías hasta tu casa, para que puedas consumirla sin ningún problema ni riesgo alguno.

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1. Agua Concepto: El agua es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida. El término agua, generalmente, se refiere a la sustancia en su estado líquido, pero la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en forma gaseosa denominada vapor. El agua cubre el 71% de la superficie de la corteza terrestre. Se localiza principalmente en los océanos donde se concentra el 96,5% del agua total, los glaciares y casquetes polares poseen el 1,74%, los depósitos subterráneos (acuíferos), los permafrost y los glaciares continentales suponen el 1,72% y el restante 0,04% se reparte en orden decreciente entre lagos, humedad del suelo, atmósfera, embalses, ríos y seres vivos. El agua es un elemento común del sistema solar, hecho confirmado en descubrimientos recientes. Puede ser encontrada, principalmente, en forma de hielo; de hecho, es el material base de los cometas y el vapor que compone sus colas. Desde el punto de vista físico, el agua circula constantemente en un ciclo de evaporación o transpiración (evapotranspiración), precipitación, y desplazamiento hacia el mar. Los vientos transportan tanto vapor de agua como el que se vierte en los mares mediante su curso sobre la tierra, en una cantidad aproximada de 45.000 km³ al año. En tierra firme, la evaporación y transpiración contribuyen con 74.000 km³ anuales al causar precipitaciones de 119.000 km³ cada año. Se estima que aproximadamente el 70% del agua dulce es usada para agricultura. El agua en la industria absorbe una media del 20% del consumo mundial, empleándose en tareas de refrigeración, transporte y como disolvente de una gran variedad de sustancias químicas. El consumo doméstico absorbe el 10% restante. Hasta el siglo XVIII se creyó que el agua era un elemento, fue el químico ingles Cavendish quien sintetizó agua a partir de una combustión de aire e hidrógeno. Sin embargo los resultados de este experimento no fueron interpretados hasta años más tarde, cuando Química General

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Lavoisier propuso que el agua no era un elemento sino un compuesto formado por oxígeno y por hidrógeno, siendo su fórmula H2O.

El agua es esencial para la mayoría de las formas de vida conocidas por el hombre, incluida la humana. El acceso al agua potable se ha incrementado durante las últimas décadas en la superficie terrestre. Sin embargo estudios de la FAO, estiman que uno de cada cinco países en vías de desarrollo tendrá problemas de escasez de agua antes del 2030; en esos países es vital un menor gasto de agua en la agricultura modernizando los sistemas de riego. 2. COMPOSICIÓN DEL AGUA El agua es un líquido constituido por dos sustancias gaseosas: oxigeno e hidrógeno, un volumen de oxigeno por 2 de hidrógeno; su fórmula química es el H2O. La composición del agua la podemos comprobar efectuando la electrólisis de dicha sustancia. 2.1 Electrólisis Es un conjunto de fenómenos físicos y químicos que ocurre cuando pasa la corriente eléctrica a través de un electrolito. 2.2. Electrólisis del agua Se efectúa diluyendo en el agua, una gota de ácido sulfúrico o hidrógeno de sodio, descomponiéndose al paso de la corriente eléctrica depositándose oxigeno en el ánodo e hidrógeno en el cátalo. 2.3. Características de la molécula de agua: La molécula de agua libre y aislada, formada por un átomo de Oxigeno unido a otros dos átomos de Hidrogeno es triangular. El ángulo de los dos enlaces (H-O-H) es de 104,5º y la distancia de enlace O-H es de 0,96 A. Puede considerarse que el enlace

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en la molécula es covalente, con una cierta participación del enlace iónico debido a la diferencia de electronegatividad entre los átomos que la forman. La atracción entre las moléculas de agua tiene la fuerza suficiente para producir un agrupamiento de moléculas. La fuerza de atracción entre el hidrógeno de una molécula con el oxígeno de otra es de tal magnitud que se puede incluir en los denominados enlaces de PUENTE DE HIDRÓGENO. Estos enlaces son los que dan lugar al aumento de volumen del agua sólida y a las estructuras hexagonales de que se habló más arriba. 3. CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL AGUA: Olor Son inodoras, ni tampoco después de 10 días a 26º C en recipiente cerrado. Los olores del agua pueden ser: Productos

químicos

indeseables.

Materia orgánica en descomposición Actinomicetos Bacterias El olor puede ser indicativo de contaminación de diversos tipos.

Sabor Un agua potable debe tener un sabor débil y agradable. Las aguas muy puras son menos agradables, debido a que tienen menos minerales. Los cloruros dan sabor salobre. El magnesio lo produce amargo. El aluminio sabor terroso Salvo el sabor debido a minerales que es fácilmente apreciable, el resto son indicadores de contaminación

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o existencia de algas verdes - azuladas que dan sabor podrido y algas verdes sabor a hierba.

Color No tiene color Si aparece color es debido a sustancias en suspensión o en solución. Color verde se debe a algas. Color amarillo a pardo puede ser por presencia de hierro y manganeso, también desechos de cromato dan color amarillo. Siempre que hay color la calidad es deficiente. El color amarillento lo da el azufre contenido en el ácido sulfhídrico y el fierro este color está disuelto en el agua, no es por partículas suspendidas.

Turbidez Toda agua potable debe ser transparente, y no tener partículas insolubles en suspensión como limo, arcilla, materia mineral, algas, materia fecal, etc.

Conductividad eléctrica La medida de conductividad depende de la actividad y tipos de iones del agua. Por medio de la conductividad conocemos de forma global el grado de mineralización del agua, y podemos detectar infiltraciones de

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aguas superficiales de mineralización diferente, o detectar la infiltración de aguas contaminadas. Valor de calidad de agua hasta 400 micro siemens/cm, y como máximo 600 micro siemens/cm.

Nitratos Los nitratos existentes en el agua son, consecuencia de la nitrificación del nitrógeno orgánico o al atravesar

el

agua

terrenos

con

ellos.

Contaminación orgánica (aguas residuales) o por abonos químicos. La OMS incluye a los nitratos entre los componentes del agua nocivos para la salud, si su concentración es superior a 45 mg/l. Los nitratos pasan a nitritos en el estomago,

luego

a

sangre

y

forman

metahemoglobina, con lo cual la absorción del oxígeno por la sangre disminuye, produciendo asfixia interna. Nitritos Los nitritos son indeseables en aguas potables de consumo público, algunas aguas debido a terrenos por donde discurren o a las condiciones de almacenamiento, pobre en oxígeno, pueden presentar cierto contenido en nitritos. La presencia de nitritos es indicador de contaminación Las nitrosaminas que se pueden formar a partir de los nitritos producen cáncer de vías digestivas superiores y de hígado en animales de experimentación Química General

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Cloruros Depende mucho de los terrenos por donde atraviesan, pueden ser debidos al agua del mar, a suelos áridos lavados por la lluvia, o bien por contaminación de aguas residuales. El contenido en cloruros de aguas naturales suele ser de 50 - 60 mg/l. En España es agua de calidad niveles de 250 ml/l y como máximo tolerable de 350mg/l. Si sobrepasa este no representa inconvenientes para el consumo humano, salvo el gusto desagradable, Magnesio El magnesio junto al calcio sirven para calibrar la dureza del agua. La cantidad de magnesio depende de los terrenos que el agua atraviesa. El magnesio es indispensable para el crecimiento humano. Concentraciones superiores a 125 mg/l tienen efecto laxante.

Dureza La dureza es debida a los iones de calcio, magnesio, estroncio y bario. En suelos de basalto, arenisca y granito las aguas son blandas. En suelos de cal, yeso, y dolomitas es agua dura. Las duras precipitan el jabón, pueden presentar problemas de incrustaciones.

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3.1 Estado Natural El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia: sólido, líquido y gas. SÓLIDO

LÍQUIDO

Polos

Lluvia

Glaciares

Rocío

GAS

Hielo en las superficies de agua en invierno Lagos

Niebla

Nieve

Ríos

Nubes

Granizo

Mares

Escarcha

Océanos

4. PROPIEDADES DEL AGUA El agua es un líquido incoloro, inodoro e insípido entre los 0 C° y los 100 C° a la presión de 760 mm de mercurio. A 760 mm de mercurio se congela, a los 0 C° y pasa al estado de vapor a los 100 C°, es el disolvente más general y la sustancia que tiene mayor capacidad calorífica (necesita más cantidad de calor para aumentar en un grado C° su temperatura), alcanza su máxima densidad a los 4 C°, su punto de ebullición para condiciones fijas es constante. Al convertirse en vapor, 1 litro de agua puede proporcionar 1,700 litros de vapor. Es una sustancia muy estable; que se disocia solo con aplicación de gran cantidad de energía en presencia de electrolitos. Se descompone parcialmente a los 2500 C°; su composición en peso esta en relación de 1:8, y en volumen de 2:1, su fórmula es H2O, y por consiguiente su peso molecular es 18.016 g/mol como es la combinación más sencilla del oxigeno con él hidrógeno puede llamársele protóxido de hidrógeno. Propiedades 

El agua por ser materia, pesa y ocupa un lugar en el espacio.



Está conformada por dos elementos:

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

El hidrógeno (H) y el oxígeno (0)



La fórmula química del agua es H2O.



El agua se puede presentar en la naturaleza en tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso.



El agua pura no tiene olor, sabor, ni color.



No tiene forma y toma la forma del recipiente que lo contiene.



El agua es buen disolvente de muchas sustancias.

4.1. Propiedades Físicas: El agua es un líquido inodoro e insípido. Tiene un cierto color azul cuando se concentra en grandes masas. A la presión atmosférica (760 mm de mercurio), el punto de fusión del agua pura es de 0ºC y el punto de ebullición es de 100ºC, cristaliza en el sistema hexagonal, llamándose nieve o hielo según se presente de forma esponjosa o compacta, se expande al congelarse, es decir aumenta de volumen, de ahí que la densidad del hielo sea menor que la del agua y por ello el hielo flota en el agua líquida. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4ºC, que es de 1g/cc. Su capacidad calorífica es superior a la de cualquier otro líquido o sólido, siendo su calor específico de 1 cal/g, esto significa que una masa de agua puede absorber o desprender grandes cantidades de calor, sin experimentar apenas cambios de temperatura, lo que tiene gran influencia en el clima (las grandes masas de agua de los océanos tardan más tiempo en calentarse y enfriarse que el suelo terrestre). Sus calores latentes de vaporización y de fusión (540 y 80 cal/g, respectivamente) son también excepcionalmente elevados. 4.2

Propiedades Químicas:

El agua es el compuesto químico más familiar para nosotros, el más abundante y el de mayor significación para nuestra vida. Su excepcional importancia, desde el punto de vista químico, reside en que casi la totalidad de los procesos químicos que ocurren en la Química General

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naturaleza, no solo en organismos vivos, sino también en la superficie no organizada de la tierra, así como los que se llevan a cabo en el laboratorio y en la industria, tienen lugar entre sustancias disueltas en agua, esto es en disolución. Normalmente se dice que el agua es el disolvente universal, puesto que todas las sustancias son de alguna manera solubles en ella. No posee propiedades ácidas ni básicas, combina con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas reacciones químicas. 5. TIPOS DE AGUA: Si bien conocemos al agua como H2O, hay muchos y diferentes formas de clasificarla, de acuerdo a sus usos y origen. Se trata del compuesto más abundante en la tierra, forma las 4/5 partes de la superficie terrestre, constituyendo la hidrosfera. El agua puede disolver muchas sustancias, dándoles diferentes sabores y olores. Como consecuencia de su papel imprescindible para la vida, el ser humano entre otros muchos animales ha desarrollado sentidos capaces de evaluar la potabilidad del agua, que evitan el consumo de agua salada o putrefacta. Los humanos también suelen preferir el consumo de agua fría a la que está tibia, puesto que el agua fría es menos propensa a contener microbios. El sabor perceptible en el agua de deshielo y el agua mineral se deriva de los minerales disueltos en ella; de hecho el agua pura es insípida. Para regular el consumo humano, se calcula la pureza del agua en función de la presencia de toxinas, agentes contaminantes y microorganismos. El agua recibe diversos nombres, según su forma y características: Estas gotas se forman por la elevada tensión superficial del agua. Copo de nieve visto a través de un microscopio. Está coloreado artificialmente. Completamos la lista, con las siguientes clasificaciones: Química General

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

Agua de adhesión: es aquella retenida en el suelo por atracción molecular; forma una película en las paredes de la roca o en las partículas del suelo.



Agua de desborde: o inyección de agua. Agua que se inyecta a través de una fisura en una capa de hielo.



Agua de formación: se denomina de esta forma al agua retenida en las hendeduras de una roca sedimentaria en la época en que ésta se formó.



Agua de gravedad: aquella que se encuentra en la zona no saturada y que se mueve bajo la influencia de la fuerza de gravedad.



Agua del suelo: se encuentra en la zona superior del suelo o en la zona de aireación cerca de la superficie del terreno, de forma que puede ser cedida a la atmósfera por evapotranspiración.



Agua distrófica: agua pobre en nutrientes y que contiene altas concentraciones de ácido húmico.



Agua salada: es el agua que contiene cierta cantidad de sales, lo que significa que su conductividad es más alta y cuando es bebida resulta mucho más salada. El agua salada no satisface nuestra sed, pues la sal extrae el agua de los cuerpos de los seres humanos, deshidratándolos. Podemos hallar este tipo de agua por todas partes en la superficie de la tierra, en los océanos, en los ríos; incluso en los lagos y lagunas. Un 71 por ciento del planeta está cubierto con agua salada.



Agua dulce: es el agua con una concentración de sal disuelta de menos del 1 por ciento. Hay dos clases de depósitos de agua dulce 

Superficies de agua dulce estables, como lagos, charcos y



Superficies de agua interiores llamados humedales y el agua que fluye, como corrientes y ríos.

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6. CLASES: 6.1. Aguas de ríos, lagos, lagunas, riachuelos. Por lo general son incoloras y sin sabor. En tiempo de lluvias estas aguas se enturbian y contaminan por efectos de la erosión. Estas aguas se emplean para el riego de los cultivos y vegetación. Algunos ríos y lagos se utilizan para la navegación.

6.2. Agua potable. Sin olor, ni color algunas veces de sabor agradable. No contiene gérmenes ni bacterias patógenas, por lo que se le usa para el consumo humano. Se obtiene por tratamiento especial de las aguas del río. 6.3. Aguas Medicinales y termales Tienen temperaturas elevadas y diversidad de sales disueltas, son de sabor y olor característicos. Son curativas. Existe otras aguas con gran cantidad y diversidad de sales minerales, esta agua proviene del subsuelo y afloran a la superficie en los manantiales y lagunas, no son calientes. En nuestro país son famosos los baños de Yura y Jesús, y hay muchas más.

6.4. Agua Destilada. Se obtiene por destilación de las aguas naturales. Por no contener sales minerales, es impropia para beberla. Se la reconoce porque no deja residuos al evaporarse. Se le usa en la medicina y el estudio. 6.5 Agua pesada Se considera como tóxica pero en realidad es inerte. Tiene gran importancia en las plantas de energía atómica. Su fórmula es D2O. Química General

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7. CLASIFICACION DEL AGUA 7.1. Clasificación del Agua Por su Origen Nuestro medio ambiente y nuestra vida, depende de un recurso muy conocido, el AGUA. El Agua es una sustancia química que tiene propiedades muy peculiares, una de ellas es su gran poder de disolver, se le ha llamado " El solvente Universal ", es por ello que casi nunca encontramos una agua "Pura". Normalmente el agua se clasifica según su origen y las sustancias que tiene en solución:

7.1.1. Clasificación del agua según su origen: 

Agua de deshielo: Es la fusión de las nieves y de los heleros, como consecuencia del aumento de las temperaturas en la primavera.



Agua subterránea: Esta se aloja en los acuíferos bajo la superficie de la tierra.



Agua meteórica: Corresponde esta denominación al agua de lluvia, nieve, granizo, etc.



Agua inherente: La que forma parte de una roca



Agua fósil: Es agua subterránea que ha permanecido en un acuífero por milenios



Agua dulce: Es agua que contiene cantidades mínimas de sales disueltas, especialmente cloruro sódico.



Agua superficial: Agua naturalmente expuesta a la atmósfera, como en los ríos, lagos, reservorios, pozos, flujos, mares, estuarios.



Agua mineral: Rica en minerales



Agua salobre: Ligeramente salada



Agua muerta: Extraño fenómeno que ocurre cuando una masa de agua dulce o ligeramente salada circula sobre una masa de agua más salada, mezclándose ligeramente.



Agua de mar: Es salada por la concentración de sales minerales disueltas



Salmuera: De elevado contenido en sales, especialmente cloruro de sodio. Cada una de ellas tiene en forma disuelta, suspendida o coloidal, diversas sales minerales y gases en cantidades variables dependiendo de dónde procedan.

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7.2 Aguas Naturales Son aquellas que se localizan en la tierra y que el hombre dispone para su vida, y necesariamente para sus actividades. Las aguas naturales disponibles en el medio ambiente son: aguas meteóricas, superficiales y subterráneas. Las aguas meteóricas: Son aquellas procedentes directamente de la atmósfera, en forma de lluvia. Estas aguas se captan antes que lleguen a la superficie terrestre, por medio de áreas expuestas a la precipitación pluvial, para luego almacenarlas en cisternas. Por lo tanto para su captación es necesario tener áreas muy grandes y solo es suficiente para pequeñas poblaciones en donde no hay otro recurso. Las aguas superficiales: Son aquellas que se encuentran en los ríos, lagos, lagunas, etc. Las aguas de los ríos en su recorrido, se van transformando de diversas maneras, ya que debido a su gran poder disolvente, recogen materias de los diferentes suelos por los cuales pasan, que hace efectiva la modificación, además de recibir en su seno materias variadas, como desechos de poblaciones e industrias; generalmente estas aguas se encuentran contaminadas. Las aguas subterráneas: Son las aguas que se filtran en el terreno pudiendo aflorar en forma de manantiales. Se puede captar por medio de galerías filtrantes, pozos pocos profundos y pozos profundos. También esta agua sufre modificaciones al atravesar las capas terrestres. 7.3 Aguas Subterráneas y su Clasificación Para el caso de nuestro trabajo el agua de abastecimiento proviene de las aguas subterráneas por lo que ampliaremos en este capítulo lo relacionado a ellas. Las aguas subterráneas se localizan en una zona con cavidades conectadas entre sí, son constituidas por el agua precipitada sobre la tierra como lluvia, granizo o nieve que se filtra a través de la tierra. El agua del subsuelo que se encuentran en los intersticios o Química General

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poros de las rocas, se divide en dos zonas principales: zona de aireación y saturación, que quedan separadas por el nivel freático. a) Zona de aireación: La zona de aireación se extiende de la superficie de la tierra al nivel a la cual todos los poros o espacios abiertos en los componentes de la tierra, se encuentran completamente llenos o saturados de agua. Una mezcla de aire y agua se encuentran en los poros del suelo de esta zona, por eso se considera zona de aireación. La zona de aireación está dividida en 3 regiones: La región de humedad se localiza debajo de la superficie del suelo, y esta es la región donde las plantas extraen, por medio de sus raíces, la humedad necesaria para su desarrollo. La región intermedia se encuentra entre la región de humedad y la de capilaridad. La mayor parte de su agua llega por gravedad a través de la región húmeda. La región intermedia aparece en sitios donde la zona de agua es profunda y los niveles de humedad permanecen constantes. La región de capilaridad ocupa la porción del fondo de la zona de aireación y se localiza inmediatamente sobre la zona de saturación. Su nombre procede del hecho de que en esta región impere la tensión capilar que obliga al ascenso del agua, esta región varia en espesor, de acuerdo a la porosidad del suelo. b) Zona de saturación: Al suelo se le ha considerado como un material con arreglo variable de sus partículas que dejan entre ellas una serie de poros conectados unos con otros, para formar una compleja red de canales de diferentes magnitudes que se comunican, tanto con la superficie del terreno, como con las fisuras y grietas de la masa de la misma. De aquí que el agua que cae sobre el suelo, parte escurre y parte se infiltra por acción de la gravedad hasta extractos impermeables más profundos formando la llamada zona de saturación. Se caracteriza por tener todos sus poros llenos de agua, sus límites se fijan inmediatamente debajo de la zona de aeración y arriba de alguna capa impermeable en profundidad, sin embargo a ciencia cierta no se sabe hasta dónde puede llegar en algunas rocas que presentan fenómenos de disolución. Esta agua es conocida Química General

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como agua del subsuelo y es la única que puede fluir dentro de un pozo y desde luego, es susceptible de ser extraída. En esta zona los poros están completamente llenos o saturados de agua. El agua de la zona de saturación se conoce como agua subterránea y es la que principalmente fluye hacia un pozo. A todas aquellas formaciones rocosas que tienen agua en el subsuelo, que se puede extraer para su utilización en cantidades significativas, se les conoce como acuíferos. En esta zona se encuentran generalmente los llamados acuíferos que son una formación geológica que contiene agua y que la transmite de un punto a otro en cantidades suficientes para permitir su aprovechamiento. 8. POTABILIZACIÓN DEL AGUA 8.1. Agua Potable: Se denomina agua potable o agua para consumo humano, al agua que puede ser consumida sin restricción. El término se aplica al agua que cumple con las normas de calidad promulgadas por las autoridades locales e internacionales. En la Unión Europea la normativa 98/83/EU establece valores máximos y mínimos para el contenido en minerales, diferentes iones como cloruros, nitratos, nitritos, amonio, calcio, magnesio, fosfato, arsénico, entre otros., además de los gérmenes patógenos. El pH del agua potable debe estar entre 6,5 y 8,5. Los controles sobre el agua potable suelen ser más severos que los controles aplicados sobre las aguas minerales embotelladas. En zonas con intensivo uso agrícola es cada vez más difícil encontrar pozos cuya agua se ajuste a las exigencias de las normas. Especialmente los valores de nitratos y nitritos, además de las concentraciones de los compuestos fitosanitarios, superan a menudo el umbral de lo permitido. La razón suele ser el uso masivo de abonos minerales o la filtración de purines. El nitrógeno aplicado de esta manera, que no es asimilado por las plantas es transformado por los microorganismos del suelo en nitrato y luego arrastrado por el agua de lluvia al nivel freático. También ponen en peligro el suministro de agua Química General

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potable otros contaminantes medioambientales como el derrame de derivados del petróleo, lixiviados de minas, etc. Las causas de la no potabilidad del agua son: Bacterias, virus; Minerales (en formas de partículas o disueltos), productos tóxicos;

9. CARACTERÍSTICAS QUE DEBE SATISFACER EL AGUA POTABLE PARA

CONSUMO

HUMANO Las aguas naturales generalmente se dividen en potables y no potables, desde el momento en que las células, las plantas, el cuerpo humano, etc. Contiene agua como primordial constituyente, cabe pensar entonces que es esencial en la vida vegetal y animal, para que el agua sea potable debe reunir los siguientes requisitos sanitarios:

a) Ser fresca y limpia b) No tener ni olor ni sabor más que el peculiar. c) No contener materia orgánica ni en suspensión ni en disolución. d) No contener microorganismos patógenos, y de los no patógenos solo un límite reducido y determinado, 50 colonias por litro. e) Facilitar el cocimiento de las legumbres y no precipitar el jabón en grumos. f) Contener determinada proporción de gases disueltos como el oxigeno y otros. g) Contener en disolución sales en una proporción que no exceda de 0.25 g/l, las más importantes son; NaCl, KCl, MgCl2, Na2 SO4, y sales de Fe y Ca.

9.1 Las aguas no potables pueden dividirse en: Tóxicas, termales, minerales e industriales. Las primeras son aquellas que contienen en solución o en suspensión sustancias tóxicas que pueden acarrear trastornos graves a la salud. Las llamadas aguas industriales pueden contener sales en mayor proporción que las potables con ciertas limitaciones, y están destinadas a ser aprovechadas en las diferentes actividades de la industria como transporte, fuerza, alimentación de calderas, textiles, papel minas, porcelana, riego, etc. Estas aguas no deben tener exceso de sales disueltas ya que entonces perjudicarían a las industrias que las utilicen. Química General

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Las aguas naturales siempre contienen materias extrañas en solución y en suspensión en proporciones muy variables. Estas sustancias pueden modificar considerablemente las propiedades, efectos y usos del agua. El exceso de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio produce incrustaciones en tuberías. Causa dureza en el agua que, entre otros inconvenientes, obliga el consumo elevado de jabón y provoca problemas de incrustación en equipos industriales que la usan. El exceso de sales (cloruros y sulfatos) produce sabor desagradable y limita su uso. Sin embargo, hay poblaciones que consumen agua con 2000 mg/l, que actuarían como laxante en personas no acostumbradas a ingerir tales cantidades. El fierro colorea el agua, le da un sabor desagradable y se incrusta en las tuberías. Los nitratos, arriba de 50 mg/l, pueden producir alteraciones en la sangre en niños de corta edad. Los fluoruros arriban de 1.5 mg/l, suelen provocar la aparición de manchas oscuras, y su ausencia predispone a la picadura de los dientes. Substancias como el plomo, el arsénico, o el cromo, pueden ser tóxicas. La turbiedad es objetable por su apariencia y también por que las sustancias que la producen crean problema en el lavado de ropa, en la fabricación de hielo y de refrescos o en otros usos. Así también sabemos que las aguas que contienen bacterias patógenas producen enfermedades. La dirección de Ingeniería Sanitaria de la Secretaría de Salubridad y Asistencia (S.S.A) de México, en su reglamento federal sobre obras de provisión de agua potable, dice: “se considera agua potable toda aquella cuya ingestión no cause efectos nocivos a la salud “. Por estas razones la S.S.A. ha fijado las cantidades máximas aceptables de las substancias y características físicas que puede contener el agua para ser considerada potable, los límites “tolerables” aparecen en el cuadro IV.1

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10. PROCESO DE POTABILIZACIÓN: Depósitos o partículas en suspensión. Las distintas secuencias y alternativas de la potabilización de agua a escala urbana La potabilización profesional generalmente incluye los siguientes procesos: 

Sedimentación.



Coagulación.



Ablandamiento.



Eliminación de hierro y manganeso.



Eliminación de olor y sabor.



Filtrado.



Aireación.



Control de corrosión.



Evaporación.



Desinfección

Su aplicación exige conocimientos técnicos especiales reservados a Ingenieros sanitarios.

10.1 Sedimentación: Es el asentamiento por gravedad de las partículas sólidas contenidas en el agua. Se realiza en depósitos anchos y de poca profundidad. La sedimentación puede ser simple o secundaria. La simple se emplea para eliminar los sólidos más pesados sin necesidad de tratamiento especial mientras mayor sea el tiempo de reposo, mayor será el asentamiento y consecuentemente la turbiedad será menor haciendo el agua más transparente. El reposo prolongado natural también ayuda a mejorar la calidad del agua debido a la acción del aire y los rayos solares; mejor sabor y el olor, oxida el hierro y elimina algunas substancias. La secundaria se emplea para quitar aquellas partículas que no se depositan ni aun con reposo prolongado, y que es la causa principal de turbiedad. En este caso, se aplican métodos de coagulación con sustancias como el alumbre, bajo supervisión especializada.

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10.2. Filtración: Se emplea para obtener una mayor clarificación y generalmente Se aplica después de la sedimentación. Hay muchos tipos de filtros con características que varían de acuerdo con su empleo. La filtración más usual se realiza con un lecho arenoso de unos 100 por 50 metros y 30 centímetros de profundidad. En esta capa actúan bacterias inofensivas que descomponen la materia orgánica presente en el agua en sustancias inorgánicas inocuas. Para uso domestico existen en el mercado unidades filtrantes pequeñas: algunas combinadas con sistemas de potabilizaron. Cuando se adquiere algún aparato de estos es muy importante recordar que la función principal de un filtro es la de eliminar materias en suspensión; pueden retener ciertas bacterias, quistes etc., pero por si solos no garantizan la potabilidad del agua. Para lograr esto último deben tener, además del filtro algún dispositivo de potabilización. Los filtros más útiles en el medio rural son los que se construyen con grava y arena. Aireación. Se efectúa haciendo caer el agua sobre una cascada para incrementar la proporción de oxígeno disuelto en el agua. Se reduce de este modo el contenido de dióxido de carbono hasta un 60% y mejora la purificación con bacteria aeróbicas. Además existen varios métodos físicos y químicos para desinfectar el agua.

10.3

Métodos Físicos:

Filtración. Ayuda a eliminar bacterias, pero por sí solo, no puede garantizar la potabilidad del agua. Ebullición. Método excelente para destruir los microorganismos patógenos que suelen encontrarse en el agua: bacterias, quistes y huevos. Para que sea efectiva, debe ser turbulenta. El desprendimiento de burbujas a veces se confunde con la ebullición. Es conveniente hervir el agua en el mismo recipiente en que haya de enfriarse y almacenarse procurando usarlo exclusivamente para estos propósitos.

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Rayos ultravioleta. Su empleo es muy limitado, ya que se necesita de un aparato especial que requiere energía eléctrica para su funcionamiento. Su efectividad es muy reducida en aguas turbias.

10.4

Métodos Químicos:

Ozono. Es un oxidante poderoso. No deja olor pero sí sabor, aunque no desagradable. Es difícil regular su aplicación. No tiene acción residual. Yodo. Muy buen desinfectante, necesita un tiempo de contacto de media hora. Es muy costoso para emplearse en abastecimientos públicos. Plata. En forma coloidal o iónica es bastante efectiva; no da sabor ni olor al agua, tiene una acción residual muy conveniente. Su efectividad disminuye con la presencia de ciertas substancias, como cloruros, que Se encuentran a veces en exceso en el agua. Cloro. El cloro es indudablemente el elemento más importante que existe para la desinfección del agua. Se suele usar en una dosis de 0,0001% que destruye todos los microbios en cuatro minutos. Además se usa para: a.

Eliminar olores y sabores.

b.

Decolorar.

c.

Ayudar a evitar la formación de algas.

d.

Ayudar a quitar el hierro y manganeso.

e.

Ayudar a la coagulación de materias orgánicas.

11. TRATAMIENTOS MÁS USADOS PARA LA POTABILIZACIÓN DEL AGUA La potabilización del agua que proviene de una fuente en particular, debe fundamentarse en estudios de calidad y pruebas de tratabilidad a nivel laboratorio para asegurar su consumo humano, ya que es el principal líquido que compone al hombre. A) Cloración: Procedimiento para desinfectar el agua más comúnmente usado, utilizando el cloro o algunos de sus derivados como los hipocloritos de sodio o de Química General

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calcio. En los abastecimientos grandes de agua potable se emplea el gas cloro mientras que para abastecimientos medianos o pequeños se utilizan hipocloritos.

B) Radiación Ultravioleta: Por medio de una lámpara de cuarzo llena de vapor de mercurio, se pueden producir rayos ultravioleta. Estos rayos matan a las bacterias, desintegrándolas. Ozonización: El ozono en contacto con sustancias oxidables se descompone rápidamente en oxígeno naciente y oxígeno diatómico inactivo. El primero destruye la materia orgánica. Si el agua no contiene altas cantidades de materias en suspensión, puede bastar un filtrado como única depuración. Para cantidades pequeñas se fabrican filtros portátiles que pueden transportarse con todos sus accesorios. Los filtros de arenas y multimedias minerales son lentos y poseen cierta acción eliminadora de bacterias pero necesitan mucho espacio para la purificación de aguas fluviales. Estos filtros retienen tierra, arena y algunas impurezas, pero dejan pasar algunos microorganismos y las sustancias químicas disueltas.

C) Filtros de carbón activado: Empleado como material filtrante elimina olor, sabor y color del agua. Las plantas de filtración para agua potable, utilizan un sistema de tratamiento de agua que se compone de Filtro Multimedia, Filtro de carbón activado, Suavizadores, Filtración por Osmosis Inversa y Desinfección. El agua recibe varios tratamientos para eliminar los microorganismos y sustancias químicas dañinas, que causan serias enfermedades en los seres humanos, evitar que tenga color, olor y sabor desagradables, disminuir el efecto corrosivo que daría los utensilios de cocina, bloquea las tuberías y hace que las cañerías se dañen rápidamente.

Para equipar debidamente las plantas de tratamiento de agua y las estaciones accesorias de bombeo con los controles necesarios, es preciso tener un conocimiento adecuado y profundo de las mediciones y controles a fin de lograr un diseño sintetizado. Así se

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pueden lograr plantas de tratamiento bien perfeccionadas fáciles de operar, aseguren mejores productos y menos trabajo.

Una planta de tratamiento nunca satisface en directo la demanda, trabaja constantemente y almacena en caso de que las demandas futuras sean enormes, esto es que el diseño de la planta de Tratamiento de Agua nunca debe ser igual a la demanda actual, sino por el contrario se debe preparar para crecimientos futuros programados, ya sea de capacidad instalada mayor y/o modular. D) Desinfección La desinfección es un proceso en el cual se destruyen organismos infecciosos como son las bacterias patógenas, virus, etc. productores de enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, esto diferencia la desinfección de la esterilización. Las bacterias patógenas que causan ciertas enfermedades pueden sobrevivir al caer en el agua y ser transportadas, usando esta como vehículo. 11.1. Métodos de Desinfección El agua se puede desinfectar en una serie de formas categóricas, mediante agentes químicos, físicos y medios mecánicos. 11.1.1 Agentes Químicos Los compuestos químicos que han sido empleados como desinfectantes incluyen: 1) Cloro y sus compuestos 2) Bromo 3) Yodo 4) Ozono

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11.1.2Agentes Físicos: Calor: La elevación de la temperatura del agua hasta su punto de ebullición le proporciona la desinfección, debido a que ninguna de las enfermedades hídricas peligrosas es causada por bacterias u otros organismos resistentes al calor. Luz ultravioleta: Es un método muy seguro, pero en realidad poco empleado pues requiere de agua completamente clarificada para asegurar la desinfección, ya que la materia suspendida, fierro, compuestos fenólicos y aromáticos, absorben la luz.

Radiación: Elimina bacterias, virus y esporas, afecta huevecillos de parásitos disminuyendo su reproducción, reduce la cantidad de sólidos orgánicos suspendidos, detergentes, fenoles y disminuye olores, la desventaja es que es de costo elevado. Los principales tipos de radiación son electromagnéticos, acústicos y de partículas. 11.1.3Medios Mecánicos Las bacterias y otros organismos, también se remueven por medios mecánicos durante el curso de las operaciones de tratamientos de aguas, tales como la coagulación, sedimentación, filtración, ablandamiento con cal-carbonato y absorción 12. ORIGEN DEL CLORO Fue descubierto por Scheele en 1774, al tratar la pirolusita (mineral de Mn, MnO2) con el ácido clorhídrico HCl. De la reacción obtuvo un gas amarillo verdoso que él pensó que era un compuesto formado por el ácido clorhídrico y él oxigeno (ácido oximuriatico). Sir Humphry Davy fue el que demostró en 1810 que el cloro no era un compuesto sino una sustancia simple o elemento.

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a) Estado natural del cloro El cloro tiene un peso molecular de 35.457 gr/mol, la mayor parte de cloro existente en la Naturaleza se halla en forma de cloruros, entre los cuales el más importante es el cloro sódico o sal marina (NaCl). Existe también en yacimientos salinos los cloruros de potasio (KCl) y de magnesio, como la carnalita (Cl2Mg ClK 6H2O). (15,16) b) Obtención del cloro En el Laboratorio: Se oxida la solución comercial de ácido clorhídrico empleando, generalmente, el bióxido de Manganeso: MnO2 + 4HCl ------> 2H2O + Cl2Mn + Cl2

Calentándolo ligeramente, se recoge el cloro por desplazamiento. Se utiliza también como oxidantes el cloruro de cal, que reacciona en frío, o el permanganato potásico.

En la Industria: La materia prima utilizada es el cloruro sódico del que se extrae el cloro por electrólisis, o el ácido clorhídrico liberado y oxidado después. Los procedimientos electrolíticos son casi los únicos empleados y producen sosa al mismo tiempo que cloro. La electrólisis de las soluciones acuosas del cloruro sódico da lugar a reacciones secundarias. En el cátodo el sodio reacciona con el agua y produce sosa e hidrogeno: Na + H2O ------> NaOH + 1/2H2 La sosa se difunde hacia el ánodo y da con el cloro un hipoclorito; por lo tanto, para obtener el cloro se debe evitar esta reacción secundaria. Para conseguir cloro por separado se sigue el procedimiento de los diafragmas. Se divide en dos compartimientos la cuba electrolítica por medio de un tabique poroso, que impide la difusión de la sosa sin ofrecer una resistencia excesiva al paso de la corriente. Se utilizan igualmente cubas con cátodo de mercurio. El sodio liberado, si la proporción es Química General

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relativamente pequeña, forma con el cátodo una amalgama que no se descompone por efecto del agua salada. Esta amalgama pasa a las cubas para descomponerse en sosa y mercurio, que vuelve a la cuba electrolítica. El cloro así obtenido sé licúa y se expende en tubos de acero. El procedimiento de Deacom utiliza la reacción reversible. 4HCl + O2 ------> 2H2O + 2Cl2 La mezcla de aire y gas clorhídrico purificado llaga a 400o C en los ladrillos impregnados de cloruro cúprico (Cl2Cu), que cataliza la reacción.

c) El Cloro, Desinfectante más Usual Los desinfectantes más comunes, son los productos químicos y oxidantes de ellos, el cloro es el más utilizado. El ozono se considera como desinfectante altamente efectivo, aunque no tiene efecto residual. Los compuestos de cloro más frecuente utilizados son:



Hipoclorito de calcio [Ca (OCl2)]



Cloro gaseoso (Cl2



Hipoclorito de sodio (NaOCl)



Bióxido de cloro (ClO2)

El proceso más sencillo de desinfección y barato es la cloración, la acción del cloro es de poca profundidad y las partículas en suspensión la dificultan. Si en la cloración sobrepasa el mínimo de cloro, se habla de cloración crítica, dañina para la salud. Propiedades del cloro

13. MICROBIOLOGIA DEL AGUA El agua que beben la mayoría de las comunidades y municipalidades se obtiene de fuentes superficiales, pozos, ríos, corrientes y lagos. Los sistemas municipales de purificación han sido perfeccionados para proteger a los habitantes contra la contaminación del agua, por el crecimiento de las poblaciones los Química General

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problemas de contaminación se han agudizado. Cada vez se necesita mayor cantidad de agua y la usada debe ser desechada, generalmente regresándola a un deposito natural que a su vez es fuente de aprovisionamiento de otra comunidad. Puesto que el agua es portadora de microorganismos patógenos, puede poner en peligro la salud y la vida.

Los microorganismos patógenos más frecuentemente transmitido por el agua producen infecciones del aparato digestivo como fiebre tifoidea, paratifoidea, disentería (bacilar y amibiana) y cólera. Los agentes etiológicos de estas se encuentran en las materias fecales y la orina de los infectados y cuando son eliminadas pueden llegar a un deposito que desemboque en una fuente de agua para beber. 14. CALIDAD DEL AGUA: El concepto de calidad del agua es usado para describir las características químicas, físicas y biológicas del agua. La determinación de la calidad del agua depende del uso que se le va a dar. No basta con decir: "esta agua está buena," o "esta agua está mala." Agua apropiada para riego de jardines puede no ser de buena calidad para agua potable. Se conoce al agua como disolvente universal porque tiene capacidad para disolver lentamente casi cualquier cosa con la que llegara a estar en contacto. Desde que la lluvia cae a través de la atmosfera, discurre sobre la superficie terrestre o se infiltra en ella, está constantemente disolviendo la materia. En la atmósfera durante la condensación y precipitación, la lluvia o la nieve absorben cantidades variables de dióxido de carbono y otros gases, así como pequeñas cantidades de material orgánico e inorgánico. Además, la precipitación arrastra sustancias radiactivas a la superficie de la Tierra. El agua reacciona con los minerales del suelo y de las rocas. Los principales componentes disueltos en el agua superficial y subterránea son los sulfatos, los cloruros, los

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bicarbonatos de sodio y potasio, y los óxidos de calcio y magnesio. Las aguas de la superficie suelen contener también residuos domésticos e industriales. Los acuíferos poco profundos pueden contener grandes cantidades de compuestos de nitrógeno y de cloruros, derivados de la agricultura intensiva, los desechos humanos y animales. Generalmente, las aguas de los pozos profundos sólo contienen minerales en disolución. El agua del mar contiene, además de grandes cantidades de cloruro de sodio (sal), muchos otros compuestos disueltos, debido a que los océanos reciben las impurezas procedentes de ríos y arroyos. El agua pura se evapora continuamente y el porcentaje de impurezas aumenta, lo que proporciona al océano su carácter salino. 14.1 Calidad del Agua para uso Agrícola En el agua para uso agrícola las sustancias disueltas no deberán ultrapasar los valores expresados a continuación. REFERENCIA

EXPRESADO COMO

VALOR (*)

Aluminio

Al

5,0

Arsénico

As

0,1

Berilio

Be

0,1

Cadmio

Cd

0,01

zinc

Zn

2,0

Cobalto

Co

0,05

Cobre

Cu

0,2

Cromo

Cr6+

0,1

Flúor

F

1,0

Hierro

Fe

5,0

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Litio

Li

2,5

Manganeso

Mn

0,2

Molibdeno

Mo

0,01

Níquel

Ni

0,2

pH

Unidades

4,5 - 9,0

Plomo

Pb

5,0

Selenio

Se

0,02

Vanadio

V

0,1

(*) Todos los valores están expresados en mg/l, excepto aquellos para los cuales se presentan directamente sus unidades. 14.2. Calidad del Agua para uso Estético Criterios de Calidad Admisibles para la Destinación del Recurso para USO ESTÉTICO Para éste uso el agua debe cumplir con los siguientes criterios: Ausencia de material flotante y de espumas, provenientes de actividad humana. Ausencia de grasas y aceites que formen película visible. Ausencia de sustancias que produzcan olor. 14.3 Efecto de algunas sustancias peligrosas 14.3.1. Arsénico La presencia de arsénico en el agua potable puede ser el resultado de la disolución del mineral presente en el suelo por donde fluye el agua antes de su captación para uso humano, por contaminación industrial o por pesticidas.

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La ingestión de pequeñas cantidades de arsénico puede causar efectos crónicos por su acumulación en el organismo. Envenenamientos graves pueden ocurrir cuando la cantidad tomada es de 100 mg. Se ha atribuido al arsénico propiedades cancerígenas. 14.3.2. Zinc La presencia del zinc en el agua potable puede deberse al deterioro de las tuberías de hierro galvanizado y a la pérdida del zinc del latón. En tales casos puede sospecharse también la presencia de plomo y cadmio por ser impurezas del zinc, usadas en la galvanización. También pude deberse a la contaminación con agua de desechos industriales. 14.3.3. Cadmio El cadmio puede estar presente en el agua potable a causa de la contaminación industrial o por el deterioro de las tuberías galvanizadas. El cadmio es un metal altamente tóxico y se le ha atribuido varios casos de envenenamiento alimenticio.

14.3.4 Cromo El cromo hexavalente (raramente se presenta en el agua potable el cromo en su forma trivalente) es cancerígeno, y en el agua potable debe determinarse para estar seguros de que no está contaminada con este metal. La presencia del cromo en las redes de agua potable puede producirse por desechos de industrias que utilizan sales de cromo, en efecto para el control de la corrosión de los equipos, se agregan cromatos a las aguas, de refrigeración.

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15. CALIDAD DEL AGUA PARA USO CON EL CONCRETO : 15.1 Usos del Agua El agua, considerada como materia prima para la confección y el curado del hormigón debe cumplir con determinadas normas de calidad. Las normas para la calidad del agua son variables de país a país, y también pueden tener alguna variación según el tipo de cemento que se quiera mezclar. Esta deberá ser limpia y fresca hasta donde sea posible y no deberá contener residuos de aceites, ácidos, sulfatos de magnesio, sodio y calcio (llamados álcalis blandos) sales, limo, materias orgánicas u otras sustancias dañinas y estará asimismo exenta de arcilla, lodo y algas. Los límites máximos permisibles de concentración de sustancias en el agua son los siguientes: Sustancias y Ph

Límitemáximo

Cloruros

300 ppm

Sulfatos

200 ppm

Sales de magnesio

125 ppm

Sales solubles

300 ppm

Sólidos en suspensión

10 ppm

Materia orgánica expresada en oxígeno consumido Ph

0.001 ppm 6 < pH < 8

Así, normalmente, en las especificaciones para concreto se hace referencia en primer término a los requisitos que debe cumplir el agua para elaborar el concreto, porque sus efectos son más importantes, y después se indica que el agua que se utilice para curarlo debe ser del mismo origen, o similar, para evitar que se subestime esta segunda aplicación y se emplee agua de curado con características inadecuadas. Química General

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En determinados casos se requiere, con objeto de disminuir la temperatura del concreto al ser elaborado, que una parte del agua de mezclado se administre en forma de hielo molido o en escamas. En tales casos, el agua que se utilice para fabricar el hielo debe satisfacer las mismas especificaciones de calidad del agua de mezclado. Como

componente

del

concreto

convencional,

el

agua

suele

representar

aproximadamente entre 1O y 25 por ciento del volumen del concreto recién mezclado, dependiendo del tamaño máximo de agregado que se utilice y del revenimiento que se requiera. Esto le concede una influencia importante a la calidad del agua de mezclado en el comportamiento y las propiedades del concreto, pues cualquier substancia dañina que contenga, aún en proporciones reducidas, puede tener efectos adversos significativos en el concreto. Una práctica bastante común consiste en utilizar el agua potable para fabricar concreto sin ninguna verificación previa, suponiendo que toda agua que es potable también es apropiada para elaborar concreto; sin embargo, hay ocasiones en que esta presunción no se cumple, porque hay aguas potables aderezadas con citratos o con pequeñas cantidades de azúcares, que no afectan su potabilidad pero pueden hacerlas inadecuadas para la fabricación de concreto. En todo caso, la consideración contraria pudiera ser más conveniente, es decir, que el agua para la elaboración del concreto no necesariamente requiere ser potable, aunque sí debe satisfacer determinados requisitos mínimos de calidad. 15.2. Requisitos de Calidad Los requisitos de calidad del agua de mezclado para concreto no tienen ninguna relación obligada con el aspecto bacteriológico (como es el caso de las aguas potables), sino que básicamente se refieren a sus características físico-químicas ya sus efectos sobre el comportamiento y las propiedades del concreto.

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15.2.1. Características físico-químicas: Refiriéndose a las características físico-químicas del agua para concreto, no parece haber consenso general en cuanto a las limitaciones que deben imponerse a las substancias e impurezas cuya presencia es relativamente frecuente, como puede ser el caso de algunas sales inorgánicas (cloruros, sulfatos), sólidos en suspensión, materia orgánica, di óxido de carbono disuelto, etc. Sin embargo, en lo que sí parece haber acuerdo es que no debe tolerarse la presencia de substancias que son francamente dañinas, como grasas, aceites, azúcares y ácidos, por ejemplo. La presencia de alguna de estas substancias, que por lo demás no es común, debe tomarse como un síntoma de contaminación que requiere eliminarse antes de considerar la posibilidad de emplear el agua. Cuando el agua de uso previsto es potable, cabe suponer en principio que sus características físico-químicas son adecuadas para hacer concreto, excepto por la posibilidad de que contenga alguna substancia saborizante, lo cual puede detectarse fácilmente al probarla. Así, por ejemplo, el USBR considera que si el agua es clara, y no tiene sabor dulce, amargo o salobre, puede ser usada como agua de mezclado o de curado para concreto, sin necesidad de mayores pruebas. Si el agua no procede de una fuente de suministro de agua potable, se puede juzgar su aptitud como agua para concreto mediante los requisitos físico-químicos contenidos en la Norma Oficial Mexicana NOM C-122(46), recomendados especialmente para aguas que no son potables. Para el caso especifico de la fabricación de elementos de concreto pre esforzado, hay algunos requisitos que son más estrictos en cuanto al límite tolerable de ciertas sales que pueden afectar al concreto y al acero de pre esfuerzo, lo cual también se contempla en las NOM C-252(47) y NOM C-253(48). 15.2.2. Efectos en el concreto En diversas especificaciones y prácticas recomendadas, al establecer la calidad necesaria en el agua de mezclado, se pone más énfasis en la valuación de los efectos que produce Química General

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en el concreto, que en la cuantificación de las substancias indeseables e impurezas que contiene. Esto aparentemente se justifica porque tales reglamentaciones están dirigidas principalmente a construcciones urbanas, industriales o similares, cuyo concreto se produce en localidades donde normalmente se dispone de suministro de agua para uso industrial o doméstico. No siempre ocurre así durante la construcción de las centrales eléctricas, particularmente de las hidroeléctricas, en donde es necesario acudir a fuentes de suministro de agua cuya calidad es desconocida y con frecuencia muestra señales de contaminación. En tal caso, es prudente determinar en primer término las características físico-químicas del agua y, si estas son adecuadas, proceder a verificar sus efectos en el concreto. Los efectos indeseables que el agua de mezclado de calidad inadecuada puede producir en el concreto, son a corto, mediano y largo plazo. Los efectos a corto plazo normalmente se relacionan con el tiempo de fraguado y las resistencias iníciales, los de mediano plazo con las resistencias posteriores (a 28 días o más) y los de largo plazo pueden consistir en el ataque de sulfatos, la reacción álcali-agregado y la corrosión del acero de refuerzo. La prevención de los efectos a largo plazo se consigue por medio del análisis químico del agua antes de emplearla, verificando que no contenga cantidades excedidas de sulfatos, álcalis, cloruros y di óxido de carbono disuelto, principalmente. Para prevenir los efectos a corto y mediano plazo, se acostumbra precalificar el agua mediante pruebas comparativas de tiempo defraguado y de resistencia a compresión a 7 y 28 días. En estas pruebas se comparan especímenes elaborados con mezclas idénticas, en las que sólo cambia la procedencia del agua de mezclado: agua destilada en la mezcla-testigo y el agua en estudio en la mezcla de prueba. 15.3 Verificación de Calidad: La verificación de la calidad del agua de uso previsto para elaborar el concreto, debe ser una práctica obligatoria antes de iniciar la construcción de obras importantes, como es el Química General

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caso de las centrales para generar energía eléctrica. Sin embargo, puede permitirse que esta verificación se omita en las siguientes condiciones: El agua procede de la red local de suministro para uso doméstico y no se le aprecia olor, color ni sabor; no obstante que no posea antecedentes de uso en la fabricación de concreto. El agua procede de cualquier otra fuente de suministro que cuenta con antecedentes de uso en la fabricación de concreto con buenos resultados, y no se le aprecia olor, color ni sabor. Por el contrario, la verificación de calidad del agua, previa a su empleo en la fabricación de concreto, debe ser un requisito ineludible en los siguientes casos: El agua procede de la red local de suministro para uso doméstico y, aunque posee antecedentes de U80 en la fabricación de concreto, se le aprecia cierto olor, color o sabor. El agua procede de cualquier fuente de suministro sin antecedentes de uso en la fabricación de concreto, aunque no manifieste olor, color ni sabor. Cuando la obra se localiza en las inmediaciones de un centro de población, es muy probable que exista abastecimiento de agua en la localidad, del cual pueda disponerse para fabricar el concreto. Al referirse a esta red de suministro público, es pertinente distinguir entre el agua para uso doméstico y para uso industrial. La primera por lo general reúne condiciones físicoquímicas de potabilidad, salvo eventuales fallas en el aspecto bacteriológico que pueden hacerla impropia para el consumo humano, pero no afectan al concreto. En cuanto al agua de mar, su principal inconveniente al ser juzgada como agua de mezclado para concreto, consiste en su elevado contenido de cloruros (más de 20000 ppm) que la convierten en un medio altamente corrosivo para e acero de refuerzo, y esto la hace inaceptable para su empleo en el concreto reforzado.

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No obstante, en determinados casos se ha llegado a emplear agua de mar para la elaboración de concreto destinado a elementos no reforzados Un ejemplo local de ello lo constituyen las escolleras de algunas centra le termoeléctricas situadas a la orilla del mar, construidas mediante el apilamiento de grandes bolsas de plástico rellenas in situ con un mortero fluido bombeable, hecho a base de arena, cemento portland tipo 110 tipo V y eventualmente, agua de mar en vez de agua dulce. En casos así, es necesario verificar si el tiempo de fraguado del mortero o del concreto, con el cemento de uso previsto, es adecuado para las condiciones de obra ya que el exceso d cloruros en el agua de mar tiende a acelerar el fraguado.

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16. DESALINIZACIÓN DE AGUA DE MAR Los océanos tienen el 97% del agua del planeta. Las ventajas del proceso para desalinizar los mares son enormes, pero también lo son sus desventajas. “La desalinización es sólo una pieza del rompecabezas del manejo del, agua, pero no una solución al problema”, afirman los expertos Heather Cooley, Peter H. Gleick y Gary Wolf en un reciente informe. Los tres especialistas que consultamos al respecto Peter Gleick, del Pacific Institute; Carlos Fernández Jáuregui, de la UNESCO, y Miguel Auge, de la Universidad de Buenos Aires (UBA) coincidieron en que, entre los obstáculos más importantes del proceso de desalinización, figuran el daño ambiental y el costo económico. En un informe elaborado por el Pacific Institute se indica que, si bien los costos para desalinizar el agua están disminuyendo, este sistema sigue siendo costoso en comparación a otros, a saber: el tratamiento a nivel local de agua de poca calidad, el reciclado y reutilización de agua que se desperdicia, y la elaboración de planes sustentables para el manejo de la tierra. La desalinización implica, según los tres especialistas mencionados, una mayor utilización de energía. Y de aquí se desprenden varias desventajas. En primer lugar, sabemos que a mayor demanda de energía, al tratarse de un recurso limitado, mayores son los precios. Por otra parte, la creciente utilización de energía presupone una mayor dependencia de los combustibles fósiles, lo que incrementa la emisión de gases de efecto invernadero. Para Carlos Fernández Jáuregui, de la UNESCO, la desalinización se aplica solo a lo que se llama “agua business” o sea lo que es muy rentable en costo/beneficio en corto plazo y no en el largo plazo. El incremento en los costos de la energía y los problemas de impacto ambiental negativo hacen que una solución “inmediata” a un problema no pueda sostenerse a través del tiempo. Además, uno de las desventajas más importantes de empezar a desalinizar el agua es el ecosistema que se rompe. La supervivencia de los organismos marinos es una de las amenazas ambientales más importantes relacionadas con la utilización de esta tecnología. Química General

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La desalinización, si bien genera agua de alta calidad, también introduce nuevos contaminantes al ambiente. El informe del Pacific Institute recalca la necesidad de implementar nuevas políticas regulatorias paralelamente a la adopción de este sistema. Hoy en día la planta de desalinización más importante encuentra en el Golfo Pérsico, en islas donde el acceso al recurso es limitado y donde la gente está dispuesta a pagar precios altos por el mismo. Alrededor de 130 países en todo el mundo están implementando algún proceso de desalinización. Inclusive en algunas regiones del planeta casi toda el agua que se sume tiene su origen en este sistema. Pero pese a estos avances y al creciente desarrollo tecnológico, la idea de agua potable ilimitada proveniente de los océanos no deja de ser todavía un sueño. En 2005, el total de agua producida a través de la desalinización en todo el mundo y a lo largo de todo el año fue similar al consumo mundial de un par de horas. Es evidente que, sin olvidar las posibilidades energéticas geodésicas, ni las solares, ni las cósmicas, tenemos que volver los ojos al mar, como fuente próxima de elementos inmediatos de riqueza, energía y vida. El mar nos ofrece enormes posibilidades, entre ellas, encontrar agua dulce. La desalinización de agua de mar es una gran solución al problema de la escasez de agua. Tengamos en cuenta que en el propio ciclo hídrico natural del agua, durante el proceso de evaporación de aguas de mar, ya existe el fenómeno de la desalinización. Las aguas superficiales que discurren por la corteza terrestre, más las que están almacenadas en suelo y subsuelo, sin contar las aguas dulces congeladas en ambos polos que no llegan a ser el 2% de las aguas marinas, representan cifras ridículas en comparación con las que se almacenan en los mares y océanos que cubren las tres cuartas partes de la superficie terráquea. Por tanto, las cantidades máximas y teóricas de agua a desalar para completar las necesidades y demandas de agua potable son muy pequeñas, en magnitudes relativas a las aguas marinas; aun teniendo en cuenta las previsiones del fuerte crecimiento de la población del Planeta y sus demandas. Puede ser casi inagotable, por su renovación, si se sabe manejar con cordura y racionalidad. Precisamente, ello pone Química General

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más en evidencia la necesidad de resolver este problema de forma lógica y por esta vía, sin ningún tipo de repercusiones consideradas desfavorables para el medio marino; ni desde el punto de vista geodésico o geoístico. Incluso se contribuiría al mantenimiento de los deseables y permanentes niveles de agua en el mar, con los valores actuales, que son juzgados como óptimos. La desalinización de agua de mar puede ser, también, la solución para la reposición de acuíferos sobreexplotados, al igual que debe serlo el reciclaje de aguas. La sal excedente de las desalinizadoras, debe aprovecharse para conseguir otros elementos, minerales y nuevas fuentes de inéditas energías. Es imprescindible este camino de investigación, porque, en gran parte, nuestro futuro hídrico está en el mar, de forma teóricamente ilimitada y con mayores posibilidades cada día, a medida que se perfeccionan y abaratan las técnicas, tanto de investigación, como de obtención, elevación, transporte y movilización del agua. Dentro de unos años, la sociedad no entenderá cómo hemos podido padecer falta de agua en algunas partes del mundo, y más especialmente en España —teniendo tanto perímetro de costa marítima, sin haber recurrido antes a la solución de desalinización de agua de mar. Será tan incomprensible que podría parecer como un juego de despropósitos. Y más aún, cuando se piense que, como banal justificación o disculpa, se recurría a la falsedad de que era un procedimiento caro. Cuando lo verdaderamente caro es carecer de un elemento básico, como es el agua, con restricciones urbanas que provocan gravísimos daños a los pobladores y a sus condiciones de sanidad, salubridad, higiene y economía, entre otras.

16.1. Métodos de desalinización. La desalinización y obtención de agua potable extraída del mar se logra por varios métodos, que están en competencia entre sí y, lógicamente, no todos ellos son utilizados en las mismas dimensiones. Me limitaré a una referencia generalizada y comparativa no técnica de los métodos actualmente conocidos, que utilizan las energías convencionales, incluyendo algunos datos interesantes que han sido ya publicados en una documentación Química General

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administrativa del Gobierno de Aragón sobre “La desalación y reutilización como recursos alternativos”.

16.1.1.

Destilación súbita por “efecto flash” - MSF.

Es el proceso de destilación más utilizado en el mundo, sobre todo en Oriente Medio. Especialmente indicado para aguas con altas salinidad, temperatura y contaminación; su capacidad es mucho mayor que la de otras plantas destiladoras. Pero tiene el inconveniente de que su consumo específico de energía es de los más grandes entre los procesos conocidos, lo que lo hace sólo permisible para naciones con energía barata.

16.1.2.

Destilación por “múltiple efecto” - MED.

Es muy aconsejable cuando se aprovechan los calores residuales procedentes del vapor de escape de las turbinas, motores diesel, turbinas de gas, etc., en las instalaciones de cogeneración en las que hay un considerable ahorro energético, y cuando no se pueden aplicar otros procesos. Es apto para conseguir grandes caudales para abastecimiento de poblaciones, a bajos costes. Este tipo de plantas industriales son muy versátiles y flexibles, tienen bajo consumo de mantenimiento y pueden tener una rápida amortización. Produce agua de gran calidad, con bajos contenidos de sólidos, pudiendo reciclarse posteriormente para ser utilizada agrícolamente, lo que no podría ser si tuvieran un alto contenido en sales. Su capacidad suele ser más reducida que las de MSF no suele superar los 15.000 m3/día, pero tienen un mejor rendimiento global con respecto a las mismas. En las Islas Canarias se hizo una instalación de este tipo hace ya más de 25 años, que sigue funcionando, así como otras análogas, hasta superar el número de 50. Siguiendo el mismo proceso, pero utilizando una fuente de energía diferente — termocompresores, se logra una capacidad desalinizadora mucho mayor.

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16.1.3.

Sistema por ósmosis inversa.

En la década de los ochenta empezó el desarrollo y aplicación del sistema de ósmosis inversa en España, convirtiéndose en el más utilizado en la actualidad. Entre otras razones, por ser, entre todos los procesos para desalinización de agua de mar, el de más bajo consumo energético, menores costes de inversión y producción, y mayor flexibilidad de ampliación en el caso de aumento de demanda. Además, somos la nación europea puntera en buenas técnicas de desalinización por ósmosis inversa. Se sigue investigando en este sistema con la creación de nuevos modos y tipos de membranas, con mayor eficacia y rendimiento, más alargamiento de vida y menor coste de fabricación. Las plantas desalinizadoras, fijas o móviles, algunas de ellas de pequeño tamaño, son muy recomendables para según qué uso, circunstancias y situaciones. Se recomiendan para sequías circunstanciales, abastecimientos turísticos estacionales, emergencias o utilizaciones temporales reducidas, y casos análogos.

16.1.4.

Otros métodos

•El método por destilación solar tiene, obviamente, un coste energético muy bajo, pero su limitada producción hace que estas desalinizadoras sean de baja operatividad. Sólo es posible pensar en estas instalaciones en sitios totalmente aislados y faltos de suministro de electricidad y agua. •Los métodos de congelación y formación de hidratos, mediante el proceso de cristalización, no han sido aún suficientemente desarrollados, con ensayos a escala reducida. •El método de destilación por membranas, que combina los procesos de evaporación y filtración, además de consumir más energía, necesita mayor espacio para su instalación. Sólo ha sido probado en laboratorio. •El método de compresión mecánica de vapor, mediante el proceso de evaporación, es de muy bajo consumo específico, pero tiene el inconveniente de que no existen compresores de tamaño adecuado para una producción acorde con la natural demanda.

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•El método de electrodiálisis es un proceso de filtración recomendable sólo para el tratamiento de aguas salobres, o en el reaprovechamiento de aguas residuales. •El método de intercambio iónico es aplicado en la adecuación de agua para calderas, extraída de ciertos acuíferos o de vapores acumulados. Su coste no es apropiado para aguas salobres y de mar. •En circunstancias justificadas, si se emplea el sistema de cogeneración para producir simultáneamente energía eléctrica que pueda ser utilizada para procesos de desalinización, los resultados son interesantes, pues se abarata importantemente el precio del agua, al considerarse comercialmente como un subproducto de la electricidad, que es el auténtico objetivo. En este caso, sí es muy importante tener en cuenta la energía empleada, y sus fuentes de generación, para evitar impactos medioambientales contraproducentes, derivados de los efluentes gaseosos producidos que no serían admisibles, si es que no están debidamente contrarrestados y controlados. En estos campos tendríamos que tener un desarrollo de investigación análogo a los de Israel y Japón, para acercarnos a sus niveles. Las expectativas del sector lo merecen.

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Conclusiones La aparente abundancia del agua en el mundo ha dado la impresión, en el pasado, de que se trataba de un bien inagotable. Era también el más barato. En la mayor parte de regiones el agua era gratuita. Todo ello ha conducido al hombre a derrocharla. El riego se efectúa de forma excesivamente generosa, hasta el punto de anegar los suelos y de provocar una salinización secundaria. Las fugas en las redes de alimentación de agua de las ciudades son enormes. El agua se considera en la actualidad como un recurso económico del mismo valor que los minerales, y debe ser administrada racionalmente. En el origen de esta toma de conciencia aparece una importante disminución de este recurso en múltiples puntos del globo y, a partir de la mitad de la década de los setenta, el crecimiento del coste de la energía. Se ha constatado que la explotación irracional de un recurso de superficie o subterráneo provoca déficit de agua y que esos déficit tienden a aparecer en nuevos lugares y a menudo varias veces por año. Es probable que los déficit sean causados por la contaminación; en todos los casos, comprometen el desarrollo urbano y económico. Por último cabe mencionar que cada uno de los habitantes de este planeta debemos de estar conscientes del agotamiento de este vital liquido y debemos tomar en cuenta y ejecutar los consejos y tareas mencionadas en esta presentación.

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Bibliografía

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Agua

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