El agua dura es uno de los parámetros importantes a tener en cuenta por el ingeniero químico, al realizar el tratamiento de aguas, ya sea para uso industrial, comercial o para consumo humano. Podemos definir a la dureza del agua, como la cantidad de minerales disueltos en el agua a utilizar en procesos industriales, usos agrícolas o para uso doméstico, generalmente estos minerales disueltos son sales de calcio y magnesio.
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| Determinar la dureza del agua es importante para realizar tratamiento de aguas industriales |
En este artículo, definiremos qué es el agua dura, cómo medir la dureza del agua, cuáles son las causas de la dureza del agua, la clasificación del agua según su dureza y cómo evitar la dureza del agua industrial, siendo este último punto uno de los desafíos cotidianos de la ingeniería química cuando se enfoca en el tratamiento de aguas industriales y para consumo humano.
Tabla de contenidos
- ✔¿Qué es la dureza del agua y cómo se mide?
- ✔¿Qué es la dureza del agua?
- ✔¿Qué es la dureza total del agua?
- ✔Causas del agua dura
- ✔Tipos de dureza de agua
- ✔¿Cómo se mide la dureza del agua?
- ✔Clasificación del agua según su dureza
- ✔Importancia del conocimiento de la dureza del agua
- ✔¿Cómo quitar la dureza del agua?
¿Qué es la dureza del agua y cómo se mide?
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| La dureza del agua es un parámetro importante para el tratamiento de aguas. Imagen de Silvan Schuppisser |
Cómo comentábamos anteriormente, la dureza del agua es un parámetro de gran importancia para la toma de decisiones en el tratamiento de aguas industriales y en menor medida, para el tratamiento de aguas para consumo humano, ya que el ingeniero químico se basa en un estudio de análisis de agua para determinar la presencia de minerales disueltos en forma de iones, principalmente del calcio y magnesio, así como también, de estroncio y bario en menor cantidad.
De este modo, se puede tener una idea de las concentraciones de estos iones en el agua y poder tomar acciones que permitan ablandar el agua, o disminuir la concentración de estos, para evitar daños a los equipos industriales por causa de la presencia de estos minerales, así como, daños a tuberías y accesorios, o en el sabor del agua o la eficiencia de jabones y detergentes, si el agua a tratar se destina para consumo humano.
¿Qué es la dureza del agua?
Conociendo la información que ofrece la dureza del agua podemos definirla de la siguiente manera:
La dureza del agua es la concentración de iones minerales disueltos en una cantidad de agua determinada, generalmente magnesio y calcio, pero también se toman en cuenta otros iones, como el estroncio y el bario
Podemos decir entonces que si el agua cuenta con grandes concentraciones de minerales disueltos, se le denomina agua dura. Por el contrario, si se encuentra poca cantidad o una concentración admisible de estos minerales se denomina agua blanda. Las aguas duras suelen ser tratadas de diferentes maneras para de esta manera disminuir o eliminar las concentraciones de minerales. Este procedimiento es conocido como ablandamiento del agua.
¿Qué es la dureza total del agua?
La dureza total, es la suma de la concentración de iones de calcio y magnesio disueltos en el agua, y por lo general, es expresada en concentración de carbonato de calcio (mg/L).
Causas del agua dura
El origen del agua dura viene dado por el paso del agua a través de formaciones geológicas, donde puede ser captada por el ser humano. Estas formaciones geológicas son principalmente subterráneas, aunque el paso del agua por ríos y su colisión con diferentes tipos de rocas carbonatadas también originan agua dura.
El paso subterráneo del agua trae como consecuencia el arrastre de carbonatos provenientes principalmente de piedra caliza, y que por lo general, son sales de calcio y magnesio.
Tipos de dureza de agua
Básicamente, existen dos tipos de dureza de agua según la facilidad de ablandamiento del agua, y son los siguientes:
- Dureza temporal del agua: La dureza temporal se encuentra determinada por la cantidad de carbonatos y bicarbonatos disueltos en el agua. Generalmente, son sales de calcio y magnesio. Su principal característica y lo que le otorga su nombre, es que puede ser eliminada o disminuida mediante un proceso de ebullición o hervido del agua. Este procedimiento permitirá a algunas suspensiones precipitar en el fondo del recipiente en donde se produce la ebullición. Estos residuos sedimentados pueden ser eliminados mediante filtración.
- Dureza permanente del agua: A diferencia de la dureza temporal, no se puede eliminar mediante ebullición, ya que no sólo está compuesta por carbonatos y bicarbonatos, sino que también presenta otras sales de calcio y magnesio disueltas, como sulfatos y cloruros.
¿Cómo se mide la dureza del agua?
La dureza de agua se mide en diferentes unidades conocidas como grados hidrométricos o concentraciones, estos son:
- Concentración de carbonato de calcio: Como su nombre lo indica, es la cantidad de carbonato de calcio presente en el agua. Sus unidades son mg/L, siendo esta la expresión más común de dureza del agua.
- Grado alemán: Tiene una equivalencia a 17.8 mg/L de CaCO3 y se expresa como 0Hd.
- Grado americano: Tiene una equivalencia a 17.2 mg/L CaCO3 y se expresa en 0Ha.
- Grado francés: Tiene una equivalencia a 10.0 mg/L CaCO3 y se expresa en 0Hf.
- Grado inglés: Tiene una equivalencia a 14.3 mg/L CaCO3 y se expresa en 0He.
La forma habitual de calcular la dureza del agua es mediante una experiencia en el laboratorio por medio de un análisis de dureza de agua, que consiste en realizar una valoración o titulación con EDTA, lo que permite realizar una titulación conjunta para cuantificar la cantidad de los iones metálicos disueltos en el agua, gracias a diferencias de pH (12 para el calcio y 10 para el magnesio).
Clasificación del agua según su dureza
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| Daños causados por agua dura. Imagen de arveng |
El agua puede clasificarse según su dureza, esto facilita el trabajo del ingeniero químico, ya que según su clasificación puede tomar decisiones para ablandar el agua y mantener en un rango aceptable la cantidad de calcio y magnesio que se encuentra en aguas industriales o para el consumo humano. La clasificación del agua dura según la escala Merk es la siguiente:
- Agua muy blanda: Hasta 19 mg/L de CaCO3.
- Agua blanda: El agua se encuentra en un rango de 80 y 149 mg/L de CaCO3.
- Agua medianamente dura: El agua se encuentra en un rango de 150 y 329 mg/L de CaCO3.
- Agua dura: El agua se encuentra en un rango de 330 y 549 mg/L de CaCO3.
- Agua muy dura: Valores mayores a 550 mg/L de CaCO3.
También, se pueden utilizar las equivalencias de grados hidrométricos para lograr la clasificación del agua según su dureza, como veremos a continuación:
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Agua |
mg/L CaCO3 |
Hf |
Hd |
He |
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Muy blanda |
≤17 |
≤1.7 |
≤0.95 |
≤1.19 |
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Blanda |
≤60 |
≤6.0 |
≤3.35 |
≤4.20 |
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Medianamente dura |
≤120 |
≤12.0 |
≤6.70 |
≤8.39 |
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Dura |
≤180 |
≤18.0 |
≤10.05 |
≤12.59 |
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Muy dura |
˃180 |
˃ 18.0 |
˃ 10.05 |
˃ 12.59 |
Importancia del conocimiento de la dureza del agua
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| Daño en tuberías debido a la dureza de agua. Imagen de hydroflow |
Los profesionales de la ingeniería química se basan en el tipo de dureza del agua para tomar acciones para el ablandamiento del agua, debido a que los requerimientos del agua varían según el uso que se le dará. Por ejemplo, la dureza del agua es un factor importante para el transporte de aguas a través de tuberías, ya que las precipitaciones de calcio no solo pueden obstruir las tuberías, sino también equipos industriales, como intercambiadores de calor, generadores de vapor o calderas y reactores, por lo cual, se requieren trabajos de tratamiento de aguas específicos para evitar daños e incrustaciones dentro de los equipos.
A nivel industrial y de consumo es tan importante conocer la dureza del agua, que existen estudios específicos, como:
- Dureza de agua para calderas
- Dureza de agua para intercambiadores de calor
- Dureza de agua para industrias agropecuarias
- Dureza de agua para beber
- Dureza de agua para preparación de alimentos
Cada uno de estos estudios de agua dura tienen parámetros de clasificación diferentes, ya que los niveles aceptables de minerales disueltos varían según el uso que se le va a dar. De acuerdo a esto, se puede seleccionar el método de ablandamiento de agua que más se ajuste a las necesidades del proceso industrial que requiere el agua.
Una vez que se identifique la dureza total de agua y se pueda realizar una clasificación eficiente del agua según su dureza, se puede realizar un tratamiento de aguas eficiente para evitar incrustaciones de calcio y magnesio en tuberías, calderas y otros equipos industriales, y también para mejorar el sabor del agua para beber y facilitar el uso de productos de lavado, como jabones y detergentes.
¿Cómo quitar la dureza del agua?
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| Equipo de ablandamiento de agua. Imagen de equipososmosisinversa |
Una vez clasificada la dureza del agua, se puede seleccionar un tipo de procedimiento para ablandar el agua. Existen varios procedimientos de ablandamiento, pero los más utilizados son los siguientes:
Ablandamiento de agua por calentamiento
Se utiliza la temperatura de ebullición del agua para lograr que los carbonatos y bicarbonatos precipiten, para luego ser separados por procedimientos de filtrado. Sin embargo, es poco práctico a nivel industrial y no elimina o reduce la dureza permanente.
Ablandamiento de agua por adición de químicos
Este procedimiento de ablandamiento suele utilizarse a nivel industrial y se basa en la adición de carbonatos de un metal alcalino, como el sodio o el potasio, también suele utilizarse hidróxido de calcio. De este modo, se promueve una precipitación del calcio y del magnesio para dureza temporal, aprovechándose de la reacción química siguiente para obtener el resultado deseado:
Si se está tratando con dureza permanente, suele utilizarse carbonato de sodio promoviendo la subida del pH del agua, lo que permite la precipitación de las sales metálicas, como se puede ver en la siguiente reacción:
Otra forma de lograr el mismo resultado, es adicionando ortofosfasto al agua en un medio básico, la reacción sería la siguiente:
Ablandamiento de agua por ósmosis
Para lograr el ablandamiento utilizando ósmosis inversa, suelen utilizarse equipos que trabajan a altas presiones, de modo, que el agua atraviese una membrana semipermeable y quede libre de las suspensiones de calcio, magnesio y otras impurezas. Son equipos sencillos que suelen trabajar directamente con agua del grifo o de la línea de agua industrial. Este procedimiento puede utilizarse tanto a nivel industrial como a nivel doméstico.
Ablandamiento de agua con resinas de intercambio iónico
Para realizar este ablandamiento de agua, se pasa el líquido a través de resinas de intercambio iónico, generalmente de intercambio catiónico, las cuales, permiten intercambiar el calcio y el magnesio por iones monovalentes, como el potasio y el sodio. Las resinas de intercambio iónico son ampliamente utilizadas a nivel industrial y para ablandar aguas duras en calderas y equipos de intercambio de calor.
¿Qué entendemos por dureza del agua? by Ing. Bulmaro Noguera is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional License
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