CÁLCULO DE LOS ÍNDICES DE ESTABILIDAD DEL AGUA

Las empresas que prestan el servicio de agua potable son conscientes de la variación que puede sufrir la calidad del agua luego de abandonar la planta de tratamiento, principalmente ocasionado por las condiciones físicas del sistema de distribución debido al tiempo de funcionamiento de la infraestructura y las condiciones de operación. Uno de los principales problemas que se presentan en las instalaciones hidráulicas es el de la corrosión en los materiales metálicos, produciéndose perforaciones y obstrucciones de las líneas de agua. También, las estructuras de hormigón son susceptibles de sufrir agresiones por mecanismos fisicoquímicos y biológicos donde la corrosión es el elemento de ataque destructivo.

Todas las aguas son corrosivas en cierto grado. La tendencia corrosiva del agua dependerá de sus características químicas y físicas. También, es importante, la naturaleza del material con el cual el agua entra en contacto. Los inhibidores añadidos al agua pueden proteger un material particular, y ser perjudicial para otros. Las interacciones químicas y físicas entre los materiales de la tubería y el agua pueden causar corrosión. Los desarrollos biológicos en un sistema de distribución también originan corrosión al proveer un ambiente donde pueden ocurrir interacciones físicas y químicas. Los mecanismos reales de la corrosión en un sistema de distribución de agua son usualmente una combinación interrelacionada y compleja de los procesos biológicos, físicos y químicos. Ellos dependen en gran parte de los materiales en sí y de las propiedades químicas del agua. También señalan que la infraestructura hidráulica de distribución de agua para consumo humano suele sufrir importantes problemas de incrustación o corrosión interna y/o externa. La corrosión interna provoca el deterioro de la calidad del agua debido a los productos y contaminantes que se generan, disminuye el servicio hidráulico y aumenta los costos de distribución y de mantenimiento de la red; en casos extremos, parte de la infraestructura queda inhabilitada temporalmente y por ende, se suspende el servicio. Los fenómenos de corrosión y de incrustación, también están relacionados directamente con la velocidad del agua y el tiempo de retención hidráulico. Específicamente, la alcalinidad, pH y los residuos de desinfectantes son los principales factores que influyen en el proceso de corrosión.

Una vez que se ha determinado la presencia de aguas agresivas o incrustantes, su control requiere la elección de materiales adecuados, un buen programa de control y mantenimiento, y la modificación de las características químicas del agua. Cuando se trata de adecuar la calidad del agua, el ajuste del pH y la alcalinidad representan los métodos más comunes, simples y económicos para controlar la corrosión e incrustación, destacando la eliminación de dióxido de carbono por aireación o el uso de NaOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃ o NaHCO₃. La adición al agua de un álcali como el hidróxido de calcio o de carbonato de calcio, la equilibra de manera inocua, estabilizando el pH ácido causante de la corrosión; desde el punto de vista económico, este método de solución es muy bajo comparado con los costos generados por la rehabilitación de las redes de distribución, además es de fácil aplicación. Para poder establecer los programas de control y los tratamientos adecuados para abatir la corrosión e incrustaciones en los sistemas de distribución, es importante caracterizar cualitativa y cuantitativamente el agua; para lo cual se considera el uso de los índices de saturación Langelier, de estabilidad de Ryznar, de corrosión de Larson que, entre otros, ya traté en términos descrptivos en el “post” de mayo de 2011. A continuación presento una hoja de cálculo que nos determina el índice de Langelier simplificado, el índice de Saturación, el índice de Ryznar, el índice de Puckorios y el índice de Larson-Skold facilitada por la Fundación Centro Canario del agua y diseñada por E. González, M.I. Parra y M. Hernandez.

Hoja de Cálculo

Una explicación sobre el cálculo de la dureza y de los índices de estabilidad del agua puede visionarse mediante el contenido multimedia adjunto realizado mediante el sistema POLIMEDIA de la Universidad politécnica de Valencia. Escuela Técnica superior de Ingeniería de la edificación. Ejecución de obras hidráulicas. Con sonido y duración 9 minutos. POLIMEDIA es un sistema diseñado en la UPV para la creación de contenidos multimedia como apoyo a la docencia presencial, que abarca desde la preparación del material docente hasta la distribución a través de distintos medios (TV, Internet, CD, etc.) a los destinatarios.

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INDICES DE ESTABILIDAD DEL AGUA

Indices de Langelier (IS), Ryznar (IR), Puckorius (PSI) y Larson – Skold (IRL)

Las características físico-químicas de un agua permiten clasificarla según su interacción sobre los materiales de las conducciones en:

* Aguas corrosivas: La corrosividad de un agua es su capacidad de disolver a los metales. La superficie del metal será atacada por una acción electroquímica.

* Aguas agresivas: La agresividad de un agua es la capacidad de disolver la cal. En presencia de gas carbónico el agua tendrá una mayor o menor tendencia a disolverla.

* Aguas incrustantes: El agua depositará sobre las paredes de las tuberías o de los aparatos de producción de agua caliente sanitaria sedimentos duros y adherentes (calcita, aragonito y con mucha menor frecuencia vaterita).

             Además de determinar la dureza, el oxígeno disuelto etc. en el agua es conveniente utilizar, para una determinada temperatura y características constantes dentro de ciertos límites en cuanto a temperatura, salinidad y pH, algunos de los varios índices que nos dan con suficiente aproximación la tendencia a depositar carbonato de calcio ó a disolverlo, evaluando el estado de equilibrio del agua en relación con su carácter incrustante o corrosivo. Estos índices, cuyo valor como contribución al estudio del agua es indudable, han sido desarrollados como formulas empíricas para obtener una “tendencia” predictiva sobre el comportamiento de un agua dulce en contacto con metales cuya velocidad de corrosión depende de la difusión del oxigeno disuelto a la superficie metálica, tales como el hierro, cobre y latón, por lo que no tienen aplicación para el agua en contacto con metales pasivos que se corroen menos cuanto mas elevada es la concentración de oxigeno en la superficie del metal, tales como el aluminio y los aceros inoxidables.

A continuación se exponen estos índices  aunque los dos más utilizados son el de Langelier y el de Ryznar, sobre todo el primero:

a)   Índice de Saturación de Langelier (IS)

IS = pH – pHs Donde:

el pH es el del agua analizada

los pHs son el pH de saturación en calcita o en carbonato de calcio, siendo su valor:

pHs = (9,3 + A + B) - (C + D)

Donde a su vez:

A=(Log₁₀ [TDS] -1)/10; B=-13,12 x Log₁₀ (T ºC + 273)+34,55; C=Log₁₀[Ca⁺⁺como CaC0₃]- 0,4 ; D = Log₁₀ [alcalinidad como CaC0₃]

Si IS = 0, agua en equilibrio químico con el CaCO₃

Si IS < 0, agua con tendencia a ser corrosiva (Infrasaturada de CaCO₃)

Si IS > 0, agua con tendencia incrustante (sobresaturada de CaCO₃₎

La posibilidad de interpretación errónea es mayor en las aguas cercanas a la saturación, con elevadas concentraciones de sulfato en las que el IS puede ser sobreestimado en 0,3 a 0,5 unidades, incluso a pH neutro. En estas condiciones el IS puede considerarse  cero (ni precipitable ni corrosiva), cuando de hecho es negativo, por ello para que el índice de Langelier tenga cierto carácter significativo debe situarse por lo menos en + 0,5 o – 0,5 (según algunos autores en + 0,75 o – 0,75) y así poder predecir el comportamiento incrustante o agresivo del agua en cuestión.

Según el R.D. 140/2003 por el que se establecen los criterios sanitarios de calidad de las aguas de consumo humano, el agua en ningún momento podrá ser ni agresiva ni incrustante.

b) Índice de estabilidad de  Ryznar. (Fig. 5)

IR = 2(pH_S) - pH

IR de 4,0 - 5,5, Fuertemente incrustante

IR > de 5,5 y < 6,2, Ligeramente incrustante

IR > de 6,2 y < 6,8, en equilibrio

IR > de 6,8 y < 8,5, Significantemente agresiva

IR > de 8,5 y < 9,0, Fuertemente agresiva

IR > 9,0 Muy fuertemente agresiva

c) Índice de Puckorius

El Índice Práctico de Incrustación, desarrollado por Puckorius, es similar al de Ryznar, salvo que utiliza un valor calculado de pH del agua en lugar del pH medido en el circuito:               

PSI =2(pH_S ) – pH_EQ donde pH_EQ = 1,465 x Log [Alcalinidad] + 4,54

Si PSI < 4,5 Tendencia a la incrustación

4,5 < PSI < 6,5, Rango óptimo (No hay corrosión)

Si PSI > 6,5 Tendencia a la corrosión

d) Índice de Larson – Skold

Larson considera los cloruros, los sulfatos y alcalinidad total. Es útil para aguas equilibradas y también las depuradas, en especial las aguas frías (<20 ºC). Con aguas  con alcalinidad muy baja (por ejemplo aguas desaladas) o alcalinidad muy alta (aguas subterráneas afectadas de invasión marina, como por ejemplo las aguas de Tenerife) no funciona bien. Larson considera los cloruros, los sulfatos y alcalinidad total:

ILR = ([Cl^¯] + [SO₄⁼])/([HCO₃^¯] + [CO₃⁼])

Si ILR < 0,8, No corrosión

Si 0,8 < ILR < 1,2, Corrosión significativa

Si ILR > 1,2 Corrosión elevada

             Otros índices utilizados son el de Tieso-Davis  (subsana las deficiencias del Índice de Langelier con respecto a valores altos de sólidos disueltos y a los efectos del ión común)  y el de Oddo-Tomson (considera el efecto de la presión parcial del CO₂ en el pH del agua y en la solubilidad del carbonato de calcio).

No obstante hay algunas limitaciones que hay que tener en cuenta como por ejemplo, entre otras, que el agua contenga sílice coloidal o materia orgánica,  en cuyo caso el CaCO₃ puede precipitar sobre las partículas coloidales o las orgánicas en vez de hacerlo sobre la superficie del metal. En tal caso la velocidad de corrosión continuará siendo elevada aunque los índices nos indiquen la tendencia a la incrustación.