I. NUEVAS DUCHAS PARA REDUCIR EL CONSUMO DE AGUA

El agua se está transformando en un recurso escaso en todo el mundo, donde muchos expertos creen que en el actual siglo XXI se verán más guerras por el agua que por un pedazo de tierra. En algunas partes del mundo, las municipalidades calculan un promedio de 100-150 litros de agua diario por persona al planificar la distribución de agua a las casas. Una ducha diaria usa en promedio unos 20 litros de agua por lo que en países húmedos y calurosos, dos duchas diarias usarían el 25% o más del abastecimiento diario para una persona. Con el agua restante, dicha persona aún tiene que beber, cocinar, tirar la cadena del baño y lavar.

Es constatable el gran desconocimiento que existen sobre las características de las duchas, por lo que conviene exponer algunos aspectos relacionados con el confort y que deben de contemplarse junto con el caudal y el ahorro de agua:

1.- Caudal de confort del orden de los 13,5 l/m

2.- Presión del agua contra la piel (entre 170 y 200 N/m²)

3.- Descenso de la temperatura del chorro de agua calculada desde la altura de la cabeza hasta los pies. Descensos superiores a los 3 ºC son percibidos. La sensibilidad dinámica es más acusada que la sensibilidad estática. El 89 % de las personas perciben variaciones progresivas de + 2,3 ºC y negativas de -3 ºC, mientras que se perciben variaciones bruscas positivas de + 1,3 ºC y negativas de -2 ºC.

4.- Tiempo de enjuague (efectividad de la ducha para enjuagar el jabón del cuerpo y el pelo) función para un mismo tipo de jabón del caudal y del tamaño de las gotas

5.- Diámetro del chorro de la ducha a la altura de los hombros (lo óptimo es que situada la ducha a una altura comprendida entre los 2 y 2,1 m las gotas de agua cubran aproximadamente el espacio que ocupa el cuerpo humano normal en posición erguida

6.- El ruido producido durante el uso

Podemos considerar que entre las duchas economizadoras de agua existen las de estrangulación y las de turbulencia

Es por esto que diseñadores alrededor del mundo están ideando formas para economizar la utilización de agua para ducharse. Las siguientes duchas ecológicas no solamente reducen el consumo de agua sino algunas también reciclan el agua y producen electricidad (para duchas de agua caliente).

A continuación les dejo con las últimas duchas consideradas ecológicas:

1. Eden Mist Shower:

La mayoría de las duchas lanzan un fuerte chorro de agua desde arriba sea cenital o lateral, el cual en su mayoría pasa directamente al desagüe. La Eden Mist, ideada por la diseñadora industrial Alemina Vranes de New South Wales utiliza un aireador para convertir el agua en gotas finas que cubren a la persona en una niebla.

Eden Mist Shower

El rociador es fácilmente ajustable a la altura de la persona disponiendo de un sistema calefactor que convierte las microgotas de agua en vapor cuando se necesita una ducha de agua caliente.

El calentamiento de pequeñas gotas reduce la electricidad necesaria para su funcionamiento (cuando no se utiliza un calentador de gas). Esta ducha utiliza sólo 1 litro de agua por minuto, que es significativamente menor que el consumo en las duchas convencionales.

La Eden Mist está diseñada en acero inoxidable con componentes recubiertos de pinturas  y metales para obtener una buena apariencia.

2. Eco Drop Shower:

La ducha Eco Drop es un producto del diseñador Tommaso Colia de Milán para Concept, Se trata de un plato de ducha cuya superficie comienza a deformarse a medida que pasamos tiempo sobre ella. Comienza a ganar relieve, haciendo que sea más y más incómodo seguir duchándose. Utiliza una especie de alfombrilla de baño como dispositivo para la base del plato de ducha, fabricada con un material que se expande bajo la presión del peso del cuerpo en presencia de agua.

Eco Drop Shower

Los círculos concéntricos en relieve son inicialmente cómodos para los pies, pero cuando por el rociador comienza a fluir el agua  los círculos concéntricos comienzan a elevarse con la consiguiente incomodidad para estar de pie. Además, las piezas centrales se elevan presionando de manera incómoda contra la planta de los pies obligando al usuario a comprobar el uso de agua.

Este dispositivo podría ser útil en lugares de duchas públicas como piscinas y gimnasios donde la gente pasa demasiado tiempo y causan molestias a otras personas que esperan para usar las instalaciones.

Aunque es evidente que este propósito puede lograrse de igual manera con un sencillo temporizador en la conducción de suministro de agua.

Por otro lado, y también del mismo diseñador tenemos el Waitek Shower Monitor, un dispositivo bastante sencillo que se instala junto a la salida de agua de la ducha y nos indica cuánto tiempo llevamos y a qué temperatura está el agua. Una vez pasados 8 minutos, comienza a emitir pitidos que nos harán desear acabar cuanto antes.

3. Eco Shower:

Diseñada por Jun Yasamoto, Alban Le Henry, Olivier Pigasse y Vincent Vandenbrouck, la Eco-Shower regenera aguas grises imitando a la naturaleza mediante fitodepuración. Viene equipada con plantas de filtrado de agua. El agua que se evacua de la ducha se canaliza hacia una cama de arena en la que se plantan las cañas junto con las plantas acuáticas de filtrado de agua y las plantas acuaticas como el jacinto de agua (Eichhornia crassipes).

Eco Shower

El agua pasa a través de las raíces de las plantas donde las bacterias se eliminan purificando el agua que luego se recicla. Al realizarse la filtración, el agua llega a pasar por diferentes áreas hasta que un filtro de carbón elimina a la perfección los restos de micro-partículas. El jacinto de agua y las plantas acuáticas ayudan a la descomposición y absorción de los contaminantes en la arena. El sistema necesita de la luz solar para el ciclo de la planta lo cual limita su uso a lugares al aire libre como piscinas.

4. Fog Shower:

La Fog Shower o rociador de Niebla, fue conceptualizada por el diseñador Joao Diego Schimansky de Brasil para el concurso de diseño de Electrolux de 2007, es similar al rociador de niebla Edén, ya que utiliza las diminutas gotas de agua para la ducha en lugar de un chorro o la lluvia de agua.

Fog Shower

Las gotas son creadas por calentamiento ultrasónico y luego forzadas a pasar través de unas placas metálicas perforadas con pequeños orificios.

Un sensor inteligente responde a los movimientos del cuerpo del usuario para dirigir las gotas de agua donde el interesado lo necesite.

Este sistema al parecer utiliza sólo dos litros de agua para una ducha de cinco minutos. La aplicación de ultrasonidos reduce los requerimientos de electricidad para calentar el agua

5. Pensar Indulgence:

La empresa de diseño de Seattle “Pensar Development”, ha inventado esta ducha inspirada en la experiencia de los onsen japoneses y en el ahorro de agua que se obtiene con su utilización en forma de neblina.

Pensar Indulgence

La ducha tiene un ciclo de “lavado-vaporización-lavado”. Cuando el usuario entra a la ducha, obtiene un minuto de agua similar al de una ducha convencional, seguidos de 4 minutos de agua vaporizada culminando con un flujo de agua de 2 minutos para el enjuage. En los 4 minutos de agua vaporizada se ahorra alrededor de un 56 % del consumo de agua y electricidad. Los tiempos de cada ciclo son ajustables para satisfacer las necesidades de cada individuo.

6. Smart Shower:

La Smart Shower o ducha inteligente consiste en un cubículo de 1 metro de diámetro por 2,2 metros de altura que utiliza un aireador para convertir el agua en gotas. Además, tiene un intercambiador de calor en la base que colecta el calor del agua caliente ya utilizada para calentar el agua fría que será utilizada.

Smart Shower

Este intercambiador de calor ayuda a ahorrar hasta un 50 % en energía para calentar el agua fría. Asimismo, el cubículo de la ducha está diseñado con anexos para otras aplicaciones que usan agua caliente tales como una bañera para bebés, enjuagador de pelo, lavadero de ropa a mano etc.

7. Visible Shower BRS (Bathroom Recycle System):

Normalmente los diseños conceptuales para duchas ahorradoras suelen incluir algún mecanismo electrónico que hace visible el consumo de agua. Visualizar el agua que gastamos en la ducha, sirve para conocer el impacto medio ambiental y reducir su consumo. Sin embargo, este concepto simplifica el ahorro mostrando directamente el agua que consumimos, en el sentido más literal.

Visible Shower

Esta ducha diseñada por Frank Guo utiliza simplemente un tanque de agua transparente que te muestra claramente cuanta agua estás usando al ducharte, lo cual ayuda a la conservación del agua. El mismo tanque también alimenta a un lavamanos y a un bidé. Los controles de temperatura están situados al costado del tanque transparente para completar un elegante diseño visual.

 

8. Shower Brake:

Este shower brake, o freno de ducha, diseñado por Sang-in Lee y Dae Hyun Kim utiliza la retroalimentación visual para promover la conservación del agua. La cantidad de agua a utilizar está determinada a través de la elevación del controlador de la ducha, el cual está situado en el tubo que soporta el rociador de la ducha. Mientras continúa la ducha, el controlador va descendiendo permitiéndole al usuario tener un control visual de cuanto tiempo de ducha le queda.

Shower Braque

Es posible, obviamente, el volver a levantar el controlador pero de esta forma se le da una clara señal al usuario de que está desperdiciando agua. El controlador también tiene incorporado un regulador de temperatura y de presión de agua.

9. DA / Spa Shower:

La ducha DA/Spa es una ducha con forma de burbuja donde el agua utilizada es reciclada continuamente hacia los rociadores de ducha localizados en la parte superior y en los laterales para obtener una sensación de masaje. El agua reciclada es filtrada continuamente y mantenida a una temperatura y presión constante. El reciclaje del agua permite mantener la utilización de agua para ducha convencional de 20 litros, pero además proporciona un masaje acuático. El uso de energía para calentar el agua y para bombearla es el claro punto negativo de esta invención.

Spa Shower

 10. "Ducha Eco" autoalimentada:

Ducha Eco

Esta ducha ecológica diseñada por el mexicano Victor M. Aleman utiliza energía del pedal para operar, combinando la ducha con un ejercicio mañanero. El agua para la ducha esta almacenada en la base hecha de bloques de madera y cuando el usuario se sitúa sobre ella el agua es impulsada hacia el tanque superior. Mientras baja cada bloque de madera, una barra metálica cilíndrica es expuesta haciendo que el usuario cambie su posición a otro bloque de madera en un continuo patrón de paso-de-baile. El agua que es forzada a subir al tanque superior pasa por una turbina y la electricidad producida calienta el agua para la ducha.

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I. APROVECHAMIENTO DEL AGUA DE LLUVIA. RECUPERACIÓN Y CALIDAD

Como continuación a mi post del 11 de septiembre sobre el “aprovechamiento del agua de lluvia” en muchos países, entre ellos el nuestro y especialmente en el mundo rural, existía una sólida tradición de recogida de aguas pluviales. En España es rara es la vivienda, con más de 100 años, que no tenga su propio aljibe.

Las características del agua de lluvia la hacen perfectamente utilizable para uso doméstico e industrial. Es un agua que nos cae del cielo de forma gratuita, y que es conducida sistemáticamente al alcantarillado, y desperdiciada.

Hay países pioneros en Sistemas de recogida de agua de lluvia, como Alemania, donde algunos distritos incluso subvencionan estas instalaciones, ya que la oferta de agua no crece al ritmo de las aglomeraciones urbanas. Los Berlineses consumen 400 millones de metros cúbicos de agua, una vez y media más agua de la que cae por precipitaciones.

Hay que añadir también que ya la mitad de los gastos para la canalización de aguas residuales se derivan de la canalización del agua de lluvia. Debido a la enorme edificación de las ciudades: casas, fábricas, calles, etc., después de cada tormenta fluye un inmenso aluvión de agua hacia las depuradoras. En consecuencia hay que gastar millones para grandes alcantarillados o pozos de retención.

Debemos reconocer que para muchos usos caseros no se necesita la calidad de agua potable, por ejemplo en el inodoro, gastamos alrededor 40 litros de agua potable a diario, consumo fácilmente reemplazable por agua de lluvia, al igual que la limpieza general de la casa y el funcionamiento de lavadoras y lavavajillas. No sólo dejamos de malgastar agua potable, sino que, al ser el agua de lluvia mucho más blanda que la del grifo, estamos ahorrando hasta un 50% de detergentes. Según cálculos del ministerio del medio ambiente en Hessen (Alemania), se pueden sustituir, en un hogar medio, 50.000 litros anuales de agua potable, por agua de lluvia.

El agua de lluvia presenta una serie de características ventajosas:

• Por una parte es un agua extremadamente limpia en comparación con las otras fuentes de agua dulce disponibles.

• Por otra parte es un recurso esencialmente gratuito e independiente totalmente de las compañías suministradoras habituales.

• Precisa de una infraestructura bastante sencilla para su captación, almacenamiento y distribución

Por lo expuesto, al concepto clásico de agua de lluvia como agua residual se le está dando un nuevo enfoque: “el agua de lluvia como recurso”.

La recuperación de las aguas pluviales

El primer paso es, evidentemente, recuperar las aguas pluviales y almacenarlas en depósitos y utilizarlas para diversos usos. Sin embargo, esto presenta tres problemas:

• Los depósitos son grandes, pesados y ocupan un espacio muy valioso que podría destinarse a otros usos. Este tipo de almacenamiento sólo es viable en edificios de nueva construcción, donde puedan construirse sótanos para este propósito. En los edificios existentes, el enorme peso del agua almacenada resulta inviable.

• El agua de lluvia puede no ser apta para el consumo. La calidad depende de las superficies de captación (el plomo y el cobre, por ejemplo, están descartados), del método de almacenamiento y del tratamiento biológico. Suele ser necesario hervir el agua antes de beberla o someterla a rayos ultravioleta (depuración por radiación). Esto hace que suban los costes y, sobre todo, la emisión de CO2, lo que confirma la relación entre el agua y el consumo de energía.

• El coste de la construcción de sistemas de auto abastecimiento de agua es alto. La inversión de capital puede no recuperarse rápidamente, especialmente si se calculan los costes invisibles. Sin embargo, a medida que sube el gasto en agua la inversión se amortizará durante la vida útil del edificio.

Destino de las aguas regeneradas: “Calidades”

El destino de las aguas regeneradas estará especificado por la demanda y los requisitos de calidad necesarios. De esta manera podemos diferenciar tres tipos de “calidad” de las aguas:

“Calidad 1”: aquella que se necesita para usos alimenticios o que se destina a puntos de consumo susceptibles, consciente o inconscientemente, de ser utilizados para ello.

“Calidad 2”: aquella para usos destinados al cuidado e higiene del cuerpo humano (baño y ducha) y fregado de vajilla.

“Calidad 3”: serán las utilizadas en los diferentes usos dentro de la edificación que no impliquen contacto alguno con el usuario, como la colada, el riego, el lavado de vehículos, instalaciones, etc., así como la descarga de inodoros y urinarios.

Las aguas atmosféricas, o blancas como las denominan algunos autores, que pudiesen ser potencialmente aprovechables en la edificación, no serían otras que las captadas en las cubiertas y superficies de recogida. Las aguas de captación pluvial vienen caracterizadas de manera diferente a las residuales domésticas, pues son de caudal y regularidad muy fluctuantes. Y aunque creamos que no van contaminadas, sí lo están.

El volumen de agua de lluvia disponible vendrá explícito por tres factores:

• La zona geográfica, con sus características climatológicas e higrotérmicas.

•El propio edificio, en cuanto a la superficie en proyección horizontal de cubiertas.

• Los materiales de que se componen esas superficies.

El volumen de cálculo será aquel resultante de aplicar a las precipitaciones de la zona unos coeficientes correctores según la evapotranspiración del lugar y los materiales de que están realizadas las superficies de captación.

El coeficiente corrector, o de flujo, de una superficie será el cociente del volumen de agua precipitada en dicho espacio VE, llamado escorrentía, y el volumen total precipitado VT:

Coeficiente de escorrentía= VE / VT

Siempre que se pueda, el depósito deberá ser capaz de retener un 20- 25 % de las precipitaciones anuales, para así garantizar el suministro. Por debajo de unas precipitaciones anuales de 500 mm se considera que el aprovechamiento es insignificante.

En definitiva, la calidad de las aguas pluviales captadas dependerá de varios aspectos:

• La localización geográfica, que determina la contaminación atmosférica. Ésta será mayor en zonas industrializadas y en áreas urbanas. A su vez, queda demostrado que en núcleos de población contaminados, las precipitaciones tienden a disminuir.

• Características pluviométricas en cuanto a la forma de la precipitación. Las primeras lluvias están más contaminadas por efecto del lavado de la atmósfera. Al mismo tiempo, la red de canalizaciones y desagües, en lugares con lluvias escasas o irregulares, acumula sólidos que serán arrastrados por los primeros caudales de escorrentía.

• El tipo de superficie de escorrentía, será transitable o no. En tal caso, la contaminación relacionada con la actividad humana será superior en zonas pavimentadas de tráfico rodado o peatonal que en cubiertas inaccesibles.

Respecto a las cubiertas es necesario hacer mención al trabajo publicado en el Journal of the International Water Association (IWA) por Ramon Farreny, coautor de diversos trabajos desarrollados en la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) en el que se señala que los tejados "constituyen la primera opción para captar aguas pluviales en zonas urbanas, pero que no todas las cubiertas se comportan igual y hay que seleccionar las más adecuadas". Los resultados reflejan que las cubiertas inclinadas lisas, como las fabricadas de metal o plástico, facilitan la captura de hasta un 50 % más de agua de lluvia que las que son planas y rugosas. Los datos se obtuvieron entre 2008 y 2010 en cuatro tipos de tejados del campus de la universidad: tres inclinados (de teja, de chapa metálica y de policarbonato) y otro horizontal de grava

Para analizar la información los autores han desarrollado un modelo que estima el volumen de escorrentía (cantidad de agua que discurre por una superficie) así como las pérdidas iníciales de cada cubierta, que han resultado ser mayores en las de grava debido a su rugosidad.

Sobre la calidad físico-química del agua, la obtenida en los tejados inclinados es mejor en casi todos los parámetros (conductividad, carbono orgánico total y carbonatos) que la recogida en la cubierta de grava. En esta última se produce una mayor meteorización, deposición de partículas y colonización por plantas.

"La inclusión de criterios relacionados con la pendiente y rugosidad de la cubierta en la planificación urbana puede ser útil para promover la captación de aguas pluviales como fuente alternativa de agua, a la vez que puede ayudar a prevenir inundaciones y la escasez de este recurso", comenta Farreny.

Los resultados tienen un significado "importante" "según el estudio" para los gobiernos locales y planificadores urbanos en el diseño de edificios y ciudades desde la perspectiva de la gestión sostenible de agua de lluvia. Con un filtrado y tratamiento adecuado se podría emplear en la limpieza de suelos y vehículos, el riego de zonas ajardinadas, calles e incluso para rellenar la cisterna o la lavadora.

El aprovechamiento de este recurso requiere la instalación en los edificios de un sistema de captación, filtros, tuberías y depósitos, que debe ser independiente del de agua potable para evitar el riesgo de conexiones cruzadas. En el campus de la UAB se están probando instalaciones de este tipo, así como en proyectos piloto promovidos por algunos ayuntamientos, como el de Barcelona.

Costo-eficiente y eco-eficiente

"Pero también hay evaluar los costos y el impacto ambiental de estos sistemas", señala Tito Morales-Pinzón, otro de los autores del estudio e investigador en la UAB y la Universidad Tecnológica de Pereira (Colombia), "porque un material puede ser muy eficiente para recoger o almacenar el agua de lluvia pero demasiado caro o contaminante".

El equipo ha evaluado cuál es la estrategia más "costo-eficiente" de captura de agua en una barriada del municipio barcelonés de Granollers, como ejemplo de área urbana densa (600 habitantes/ha) del entorno mediterráneo (con una precipitación media de 650 mm/año).

Los resultados de este estudio, que publica la revista Resources, Conservation and Recycling, revelan que con los precios actuales del agua existen dudas sobre la viabilidad económica de este tipo de proyectos, pero si su valor alcanzase 1,86 €/m³ se podrían rentabilizar.

"Bajo la aplicación de la Directiva Marco del Agua los precios locales de este recurso aumentarán, como de hecho ya está sucediendo, para incluir los costes reales del suministro, y esto podría fomentar el interés en las estrategias de captación de aguas pluviales desde el punto de vista económico", comentan los autores.

Respecto al impacto de estos sistemas sobre el medio ambiente, científicos del equipo han realizado un tercer trabajo que revela que las infraestructuras óptimas son aquellas que incorporan un depósito en el tejado y un diseño tipo aljibe.

Las conclusiones, recogidas en The International Journal of Life Cycle Assessment, también recomiendan incluir estos dispositivos pluviales en la planificación urbana, pero ajustando el diseño según el uso que se va a dar al agua. De esta forma se evitan los impactos a posteriori en la rehabilitación de los edificios.

Referencias bibliográficas:

Ramon Farreny, Tito Morales-Pinzón, Albert Guisasola, Carlota Tayá , Joan Rieradevall, Xavier Gabarrell. "Roof selection for rainwater harvesting: Quantity and quality assessments in Spain". Water Research 45 (10): 3245-3254, 2011. Doi:10.1016/j.watres.2011.03.036.

Ramon Farreny, Xavier Gabarrell, Joan Rieradevall. "Cost-efficiency of rainwater harvesting strategies in dense Mediterranean neighbourhoods". Resources, Conservation and Recycling 55 (7): 686-694, 2011. Doi:10.1016/j.resconrec.2011.01.008.

Sara Angrill, Ramon Farreny, Carles M. Gasol, Xavier Gabarrell, Bernat Viñolas, Alejandro Josa, Joan Rieradevall. "Environmental analysis of rainwater harvesting infrastructures in diffuse and compact urban models of Mediterranean climate". The International Journal of Life Cycle Assessment :1-18, 2011. Doi: 10.1007/s11367-011-0330-6.

Los tres estudios se enmarcan dentro del proyecto "Pluvisot" (Análisis ambiental del aprovechamiento de las aguas pluviales urbanas), que coordina Xavier Gabarrell. Está financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación (MICINN) y participan además investigadores de la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) e Inédit Innovació.

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REPRESENTACIONES GRAFICAS DE LA COMPOSICION DEL AGUA. SU OBTENCIÓN

Se utilizan representaciones gráficas para obtener una visualización sencilla y lo más completa posible de composición y características químicas de las aguas. Además de las variaciones muestrales se utilizan:

• Diagramas divariantes:

Se utilizan para representar la variación de un parámetro con respecto a otro. En ocasiones, permiten visualizar la variación de varios parámetros con respecto a otro. Otras veces se utilizan para visualizar la variación de índices, o relaciones, con respecto a otros.

• Diagramas de barras Collins (diagramas de balance iónico):

Representan la composición del agua en meq/l ó tanto por ciento de meq/l de iones mayoritarios. Los cationes se proyectan a la izda. y los aniones a la dcha.

• Diagramas circulares:

Son equivalentes a los de barras, aunque se representan cationes y aniones en el mismo círculo, donde además se puede representar otro parámetro (p.e. TSD) como un círculo interior.

Solo permiten representar la composición de una muestra. Pueden ser representados en mapas, con lo que se obtiene una visualización rápida de la variación espacial de la composición del agua.

• Diagramas de Piper-Hill-Langelier (diagramas triangulares):

Es una de las gráficas más utilizadas. En el se incluyen aniones y cationes en forma simultánea. Este gráfico permite representar muchos análisis sin dar origen a confusiones. Las aguas geoquímicamente similares quedan agrupadas en áreas bien definidas.

Está formado por dos triángulos equiláteros, donde se representa, respectivamente, la composición aniónica y catiónica del agua y un del campo central romboidal en el que se representa la composición del agua deducida a partir de aniones y cationes.

Es necesario recalcular las concentraciones de los iones expresadas en meq/l a tanto por ciento con respecto a la suma de aniones y cationes respectivamente y sólo se pueden reunir en cada triángulo tres aniones y/o tres cationes. A cada vértice le corresponde el 100% de un anión o catión.

Como aniones se suelen representar: HCO₃^- + CO₃⁼, SO₄⁼ y Cl^- + NO₃^- y como cationes Na⁺ + K⁺, Ca⁺⁺ y Mg⁺⁺.

En este tipo de diagramas no se representan concentraciones absolutas. Frente a este inconveniente y la imposibilidad de representar más de tres iones por triángulo, estos diagramas permiten reflejar las variaciones causadas por mezclas de aguas, precipitaciones-disoluciones, procesos de intercambio iónico, etc., en definitiva, los diagramas permiten ilustrar la evolución hidroquímica de las aguas.

Permiten establecer de forma directa el tipo de agua en relación a las facies   hidroquímicas

• Diagrama de Stiff modificado:

Esta gráfica está compuesta por tres ejes horizontales, cada uno de ellos uniendo un catión y un anión. Todos los cationes se disponen en la parte izquierda del diagrama, y los aniones al derecho. Siempre el Na⁺ se confronta con el Cl^-, el Ca⁺⁺ con el HCO₃^- y el Mg⁺⁺ con el SO₄⁼ (a veces también se pueden mostrar otros dos iones, como el Fe⁺⁺ contra el NO3). Todos los ejes horizontales están a la misma escala (lineal) y las concentraciones están dadas en meq/l.

Dos características sobresalen en este tipo de diagrama: por un lado permite visualizar claramente diferentes tipos de agua (cada una con una configuración particular) y, en forma simultánea, permite dar idea del grado de mineralización (ancho de la gráfica), en la grafica siguiente se muestran algunas apreciaciones de este diagrama que caracterizan varios tipos de aguas.

Permite apreciar los valores de las relaciones iónicas con respecto a la unidad y la variación de las relaciones entre cationes y entre aniones de una muestra.

También pueden representarse en un mapa, con lo que se visualiza rápidamente la variación espacial de la mineralización del agua en el acuífero.

• Diagrama Schoeller-Barkalof:

También llamado "spider", permite representar varias muestras en un mismo diagrama, para que puedan ser comparadas.

Se disponen varias semirrectas o columnas verticales paralelas, igualmente espaciadas y divididas en escala logarítmica y con el mismo módulo. A cada semirrecta se le asocia un anión o un catión, excepto la primera columna que no tiene asociada ningún ión y su unidad de medida es en meq/l, las demás tienen como unidad de medida mg/l.

El orden de las columnas es el siguiente:

Columna 1: sin ión, unidad de medida meq/l

Columna 2: Ca, unidad de medida mg/l

Columna 3: Mg, unidad de medida mg/l

Columna 4: Na, unidad de medida mg/l

Columna 5: Cl, unidad de medida mg/l

Columna 6: SO₄, unidad de medida mg/l

Columna 7: HCO₃, unidad de medida mg/l

Columna 8: NO₃, unidad de medida mg/l

La columna Nº 1 puede estar dividida de 0.1 hasta 1000 (meq/l), y las demás se deben configurar y colocar de tal manera que el peso del equivalente de cada ion coincida con el 1 de la primera columna, cuya escala es en meq/l (esto hace que las divisiones queden desplazadas).

• Diagrama de Gibbs  (boomerang):

En el diagrama de Gibbs es graficada la concentración de los sólidos disueltos totales (eje y)  en función de la relación:

Se caracteriza por poseer tres zonas asociadas a los procesos de evaporación, interacción agua-roca y precipitación atmosférica.

Este diagrama es más aplicado a las aguas superficiales que subterráneas. La química de aguas superficiales está determinada por tres factores: Lluvia (en el dominio de Precipitación); Reacciones de intemperismo (dominio de Roca); y el dominio de Evaporación-cristalización.

La composición de la lluvia mundial está determinada por el contenido de NaCl de origen marino y bajas concentraciones de sólidos disueltos por lo que se encuentran en la esquina inferior derecha. El incremento de sales debido a la interacción agua-roca causado por la meteorización aumenta la proporción de sólidos disueltos afectando las concentraciones de calcio o bicarbonato relativas a sodio y cloruros. Finalmente la evapotranspiración, como sucede en áreas de cultivo o superficies con suficiente aridez que reciben escurrimiento subsuperficial por aguas de retorno agrícola; elevan el contenido de Na+ y de sólidos disueltos TDS.

• Diagrama radial:

Solo permiten representar una o dos muestras.

Como en el caso de los diagramas circulares o los diagramas Stiff, pueden ser representados en un mapa, permitiendo visualizar de forma rápida las variaciones espaciales de la composición del agua.

• Mapas de isolineas:

Incluyen líneas que representan puntos con un mismo valor del parámetro analizado. Se determinan mediante técnicas de análisis geoestadístico, normalmente el kriging establecido a partir del  variograma de mejor de ajuste.

Permiten evaluar la tendencia (gradiente) regional de determinado parámetro e identificar las áreas o sectores “anómalos” con respecto a esa tendencia regional.

• Mapas de puntos escalados:

Se representa el parámetro en el mapa mediante puntos cuyo tamaño es proporcional al valor del parámetro.

Una variante es la representación de rangos de valores mediante diferentes colores.

La principal ventaja es que ofrecen una información directa sobre la localización de los puntos de muestreo.

La principal desventaja es que cuando los puntos están muy próximos, estos se superponen, perdiendo definición

Se dispone de un software fácil de utilizar de uso libre, creado por la Universidad de Avignon, Permite realizar gráficos de Piper, Schoeller-Berkalov, Stiff, Binarios (estos permiten combinar una gama importante de parámetros, incluyendo datos isotópicos), Riverside/Wilcox, Korjinski, simulación de ph, cálculos estadísticos y modela usando algoritmo Phreeq. Permite además exportar lo gráficos realizados a un archivo jpg, bmp, fem y de tipo vectorial. De igual forma permite el cálculo de balance iónico, conductividad, TDS, pCO₂, etc.

Los datos se pueden introducir en mg/l desde un archivo de Excel.

El idioma original es francés, pero también podemos cambiarlo a español o inglés

El programa llamado “Diagrammes” se puede descargar de la página:

 Ir al programa "Diagrammes" y hacer link Logiciels.

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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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CÁLCULOS PARA OBTENER LA DUREZA DEL AGUA



Por lo general la dureza se define como la suma de las concentraciones de iones calcio (Ca⁺²) y iones magnesio (Mg⁺²) disueltos en el agua. Otros cationes como el aluminio (Al⁺³) y el hierro (Fe⁺³) pueden contribuir a la dureza, sin embargo su presencia es menos crítica. Todas ellas expresadas en miligramos por litro de carbonato cálcico (mg/L). Para calcular la dureza a partir de las concentraciones de calcio y magnesio, debemos convertir primero estas concentraciones a miliequivalentes por litro (meq/L). Esta conversión en términos de concentración permite considerar juntos al calcio y al magnesio.

Generalmente se expresa en ppm de CaCO₃ o meq/L.( 1 meq/L CaCO₃ = 50 ppm CaCO₃).

Otras formas de expresar la dureza son:

* mg/L HCO₃^-

* mg/L Ca

* Grados franceses (ºF)

* Grados alemanes (ºA)

* Grados ingleses o grados Clark (ºI)

En la hoja de cálculo adjunta se incluye una tabla de conversión

Hoja de cálculo para obtener la dureza del agua

 

La forma de dureza más común y problemática es la causada por la presencia de bicarbonato de sodio (Ca(HCO₃)₂). El agua la adquiere cuando la lluvia pasa por piedra caliza (CaCO₃). Cuando el agua de lluvia cae disuelve dióxido de carbono (CO2) del aire y forma ácido carbónico (H₂CO₃), por lo que se acidifica ligeramente:

CO₂ (g) + H₂O (l) = H₂CO₃ (aq)

En la ecuación anterior g= gas, l= líquido y aq= acuoso (i.e. disuelto en agua). En la siguiente ecuación s= sólido.

El carbonato de sodio (CaCO₃) no es muy soluble en agua, sin embargo, cuando el ácido diluido pasa por la piedra caliza reacciona formando bicarbonato de sodio (Ca(HCO₃)₂) que sí es soluble en agua:

CaCO₃ (s) + H₂CO₃ (aq) = Ca⁺²(aq) + 2HCO^-3 (aq)

Por lo tanto, el agua de lluvia toma iones calcio Ca⁺² y iones bicarbonato HCO^-3 y se vuelve dura. Cuando el agua dura se calienta las dos reacciones anteriores se revierten y se forma carbonato de calcio, agua y dióxido de carbono:

Ca⁺² (aq) + 2HCO^-3 (aq) = CaCO₃ (s) + H₂O (l) + CO₂ (g)

El carbonato de calcio (CaCO₃) es mucho menos soluble en agua que el bicarbonato de calcio (Ca(HCO₃)₂) por lo que se precipita formando un sólido conocido como sarro, incrustaciones o incrustaciones de calcio. Como este tipo de dureza es fácil de eliminar se le conoce como dureza temporal. El sarro aparece por lo general alrededor de sistemas de agua caliente y elemento de calentamiento. Sin embrago, si el agua es extremadamente dura se puede formar sarro en tuberías de agua fría.

Otros tipos de dureza temporal son causados por la presencia de iones magnesio Mg⁺² y la precipitación de hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂) puede contribuir a los problemas de incrustaciones.

La combinación de iones de calcio Ca⁺² y magnesio Mg⁺² con iones cloruro (Cl), sulfato (SO₄^-2) y nitrato (NO₃^-2) se conoce como dureza permanente. Por ejemplo en algunas áreas el sulfato de calcio CaSO₄ puede causar una dureza considerable. La dureza permanente no puede ser eliminada hirviendo el agua.

El término dureza total es usado para describir la combinación de dureza de magnesio y calcio. Sin embargo, los valores de dureza se expresan por lo general en términos de carbonato de calcio (CaCO₃) porque es la causa principal de las incrustaciones. una de las muchas clasificaciones se muestra a continuación:

Dureza mg/L como CaCO3

0-50 Agua blanda

50-150 Agua moderadamente dura

150- 300 Agua dura

>300 Agua muy dura

Problemas Causados por la Dureza

• Se necesita más jabón para lavar (el jabón no hace espuma). Algunos detergentes modernos son menos eficientes porque los aniones (también conocidos como surfactantes), reaccionan con los iones calcio Ca⁺² y magnesio Mg⁺² en lugar de retener las partículas de suciedad en suspensión.

• El jabón fabricado a base de grasa animal puede reaccionar con el ion calcio Ca⁺² y magnesio Mg⁺² formando un precipitado que puede irritar la piel y estropear la ropa.

• Las bañeras y platos de ducha deberán disponer de fondo antideslizante o de elementos que eviten caídas por resbalones provocados por lo oleosos precipitados de sales magnésicas y cálcicas insolubles que se originan con el jabón, siendo aconsejable instalar bañeras con asas.

• La porcelana sanitaria y las bañeras deben ser preferiblemente de color blanco y sometidas diariamente a cuidadosa limpieza y secado, por la facilidad de adherirse sobre su superficie las sales magnésicas y cálcicas insolubles (de color grisáceo) que se originan con el jabón y que, si no se eliminan, harán perder brillantez al esmalte vitrificado (mateado de su superficie).

• Algunos alimentos, particularmente las legumbres, cuando son cocidas con agua dura se endurecen. Los iones de calcio alteran algunas moléculas dentro de las legumbres, por lo que la estructura que se forma no deja pasar el agua y la legumbre permanece dura. Una manera simple para contrarrestar este efecto es la adición de bicarbonato de sodio (NaHCO₃) al agua donde se van a cocer las legumbres.

• Las incrustaciones pueden obturar las conducciones y conexiones. Además de hacer menos eficiente hasta en un 90% los elementos de calefacción con una capa de 25 mm de carbonato de calcio (CaCO₃)

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