informe n°03 dureza-del-agua

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAINGENIERIA AGROINDUSTRIAL

DUREZA TOTAL DEL AGUAUniversidad nacional del santa

Facultad de ingenieríaEscuela Académico

profesional de agroindustria

Informe N°03

“DUREZA TOTAL DEL AGUA”

Curso:

INGENIERÍA AMBIENTAL

Docente:

DANIEL SÁNCHEZ VACA

Integrantes:

ARELLANO ACUÑA ERICKA ANAIS 201112029 ROJAS ZAVALETA IRVIN ALEXANDER 201112013 TAMARIZ ALVARADO SAIRA NATALY 201112028

I. INTRODUCCION

La dureza del agua es uno de los parámetros químicos más importantes a la hora de calificar la calidad de un agua.

La dureza del agua se puede defi nir como la concentración total de iones calcio y de iones magnesio (Ca2+ y Mg2+), los dos cationes divalentes más habituales en un agua natural, podríamos escribir, simplemente:Dureza (M) = [Ca2+] + [Mg2+]Es muy frecuente qu e esta dureza se determine o se indique como masa de carbonato cálcico en miligramos por cada litro de disolución, es decir, mg CaCO3/L. ¿Significa esto que todo el calcio presente en un agua dura proviene de carbonato cálcico? No, solo que, por convenio, suele tratarse como si así fuera; es más, se considera como si todo el calcio estuviese en forma de carbonato cálcio y el magnesio también fuese carbonato cálcico.La presencia de bicarbonatos en el agua hace que, cuando se calienta el agua dura, se formen precipitados de carbonato cálcico que dan lugar a las llamadas costras calcáreas,Este carbonato cálcico lo conocemos muy a menudo como cal. Algunos productos de limpieza prometen acabar con los restos de cal, aunque normalmente los mismos son consecuencia de la reacción del calcio con el jabón. Pero no es solo un problema de limpieza, sino que si se produce el depósito sólido en entornos industriales, puede llevar a la ocurrencia de costosas averías en calderas, torres de enfriamiento y otros equipos. Estas costras calcáreas se pueden eliminar provocando la reacción química inversa es decir, que forme nuevamente calcio soluble y bicarbonato. Esto se puede lograr, por ejemplo, añadiendo un exceso de dióxido de carbono o un ácido débil.En el ámbito doméstico, el agua dura causa también efectos indeseables como la acumulación en calderas, cafeteras, conductos de agua y calentadores, y hace que sea necesario utilizar una mayor cantidad de jabón y de detergente. En el caso de los jabones, que son carboxilatos de metales alcalinos procedentes de ácidos grasos, con largas cadenas carbonadas, el calcio reacciona directamente con el jabón

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formando grumos insolubles, Lo que hace que se destruyan las propiedades surfactantes del jabón y su capacidad para formar espumas y puede causar, por ejemplo, que necesitemos mayor cantidad de éste para conseguir la misma espuma.En el caso de los detergentes, a diferencia de los jabones, no hay una reacción directa del calcio ni del magnesio con los mismos, pero sí una interferencia que hace deseables las aguas blandas para, por ejemplo, lavar la ropa. Cuanto más dura es un agua mayor es la cantidad de detergente que gastaremos en cada lavado. Como ejemplo, la siguiente imagen, procedente de un detergente, que indica la cantidad a usar en función de la dureza del agua.

II. OBJETIVOS Determinar y comparar la dureza total en muestras de agua

provenientes de diferentes puntos. Conocer y aplicar la metodología para evaluar dureza total en muestras

de agua.

III. MARCO TEORICO

3.1. CONCEPTO:

Se define la dureza total del agua como la cantidad de sales de elementos alcalino-térreos (berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio) presentes en el agua y que normalmente se asocia a la formación de incrustaciones calcáreras. Si bien el conc epto de dureza incluye diversos elementos, en la práctica, la dureza de un agua se corresponde únicamente con la cantidad de calcio y magnesio existentes.

En este sentido destaca la importancia del magnesio en la formación de incrustaciones calcáreas ya que habitualmente se tiende a asociar las incrustaciones (cal) únicamente con el

calcio presente en el agua y generalmente todas las incrustaciones están constituidas por sales tanto de calcio como de magnesio.

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3.2. CAUSAS

La presencia de sales de magnesio y calcio en el agua depende fundamentalmente de las formaciones geológicas atravesadas por el agua de forma previa a su captación. Las aguas subterráneas que atraviesan acuíferos carbonatados (calizas) son las que presentan mayor dureza y dichos acuíferos están formados por carbonatos de calcio y magnesio.

Las aguas subterráneas procedentes de acuíferos con composición eminentemente silicatada (p.e. gra nitos) dan lugar a un agua blanda, es decir, con cantidades muy bajas de sales de calcio y magnesio.

3.3. TIPOS DE DUREZA

En el proceso de formación de las incrustaciones calcáreas intervienen las sales de calcio y magnesio que se asocian con iones bicarbonatos; por este motivo se definen tres valores relacionados con la dureza:

DUREZA TOTAL

Es la concentración total de calcio y magnesio presentes en el agua. No nos proporciona en sí misma ninguna información sobre el carácter incrustante del agua ya que no contempla la concentración de los iones bicarbonato presentes.

DUREZA TEMPORAL:

Es la parte de la dureza total que puede incrustar y corresponde a la cantidad de calcio y magnesio que puede asociarse con iones bicarbonato. Su determinación analítica corresponde al contenido en bicarbonatos presentes en el agua y como máximo es igual a la dureza total del agua.

DUREZA PERMANENTE

Corresponde a la cantidad de calcio y magnesio restante que se asocia con los otros iones, como cloruros, sulfatos, nitratos...etc. Es la diferencia entre la dureza total y la dureza temporal y en general en las condiciones de trabajo normales no produce incrustaciones.

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3.4. UNIDADES DE DUREZA

Las concentraciones de calcio y magnesio deben expresarse en una unidad común para poderse sumar, ya que no produce la misma incrustación 1 gramo de calcio que 1 gramo de magnesio. Para ello se utiliza la expresión química “expresado como CaCO3 (carbonato cálcico)” o “expresado como OCa (óxido cálcico)”.

La dureza de un agua se expresa generalmente en grados franceses (ºf) aunque también pueden utilizarse los grados alemanes (ºd) según las siguientes fórmulas:

La forma más común de medida de la dureza de las aguas es por titulación con EDTA. Este agente quelante permite valorar conjuntamente el Ca y el Mg (a pH=10) o solo el Ca (a pH=12), por los complejos que forma con dichos cationes.

3.5. EQUIVALENCIAS

Debido a que generalmente, la dureza del agua se expresa en Miligramos de carbonato cálcico (CaCO3), se tienen las siguientes equivalencias:

mg CaCO3/l o ppm de CaCO3

Miligramos de carbonato cálcico (CaCO3) en un litro de agua; esto es equivalente a ppm de CaCO3.

Grado alemán (Deutsche Härte, °dH)Equivale a 17,9 mg CaCO3/l de agua.

Grado americanoEquivale a 17,2 mg CaCO3/l de agua.

Grado francés (°fH)Equivale a 10,0 mg CaCO3/l de agua.

Grado inglés (°eH) o grado ClarkEquivale a 14,3 mg CaCO3/l de agua.

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https://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_calcio

https://es.wikipedia.org/wiki/Quelato

https://es.wikipedia.org/wiki/EDTA

3.6. CLASIFICACION DEL AGUA DURA

De acuerdo a la concentración de carbonatos contenidos en el agua, ésta puede clasificarse en niveles de dureza, la siguiente tabla indica las cantidades de sales.

Tipos de agua mg/l °fH ºdH ºeH

Agua blanda ≤17 ≤1.7 ≤0.95 ≤1.19

Agua levemente dura ≤60 ≤6.0 ≤3.35 ≤4.20

Agua moderadamente dura ≤120 ≤12.0 ≤6.70 ≤8.39

Agua dura ≤180 ≤18.0 ≤10.05 ≤12.59

Agua muy dura >180 >18.0 >10.05 >12.59

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4. MATERIALES

4.1. INSTRUMENTOS Vasos de precipitado

Pipetas

Pera de succión

Matraz Erlenmeyer

Probeta

espatula

pizeta

fiolas (250 ml)

4.2. REACTIVOS Solución EDTA

CaCO3 (carbonato de calcio)

HCl (acido cloridico)

NH4Cl (cloruro de amonio)

NH3 (amoniaco)

MgCl2 (cloruro de magnesio)

ENT (Negro de Eriocromo T)

4.3. EQUIPOS Balanza analítica

Campana extractora de gases

Equipo de titulación

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5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

PREPARACION Y VALORACION DEL EDTASe preparó una solución a 0.01M en 250 ml (0.250 Lt), para ello se determinó mediante la siguiente formula:

M= n°moles EDTAvol . de solucion(VS)

M=

peso(W )PM

vol . de solucion(VS)

W=M xPM xVS

W=0.01x 372.24 x 0.250

W=¿ 0.9306 gr

Aforar con agua destilada y agitar hasta homogenizar

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En la balanza analítica, Pesar 0.9306 gr de solución EDTA y agregar a una fiola de 250 ml

PREPARACION DE UNA SOLUCION DE CaCO3 0.1%

%masa /volumen=masa soluto ( g )

vol. de disol . (ml )x100

masa soluto (gr )=(%masa /vol)(vol . disol .)

100

masa soluto (gr )=0.025 gr

PREPARACION DE LA SOLUCION BUFER

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Aforar con agua destilada

Agregar 3 ml de HCl 1M para eliminar el CO2

(efervescencia), de tal manera que el CaCO3 se diluya por completo.

Pesar 0.1 gr de CaCO3

Mezclar y aforar en fiola de 100 mlAgregar 57ml NH3

Agregar 20 ml de agua destilada y disolver

Pesar 6.8 gr de NH4Cl

VALORACION DE EDTA

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La titilación se realizará por triplicado hasta obtener una coloración ligeramente azul

Titular con la solución de EDTA

Agregar una pizca de ENT (indicador para determinar dureza)

Agregar 2

gotas de MgCl2

Agregar 10 ml de solución buffer.

Agregar 25

ml de agua

destilada

Tomar 25 ml de la solución patrón (CaCO3

0.1%)

6. RESULTADOSLos gastos obtenidos en la titilación para la valoración del EDTA, fueron los siguientes:

GASTO CONFIABILIDAD

1 22.4 ×2 35.5 3 35.6

M=W CaCO3

V gasto (¿ ) x 100mM

GASTO CONFIABILIDAD

M

1 22.4 × -------------2 35.5 M= 0.025

0.0355 x100mM=0.007042

3 35.6 M= 0.0250.0356 x100mM

=0.007032

PROMEDIOM = 0.007037

Fórmula para determinar la dureza de las muestras de agua

DurezaTotal ppmCaCO3=

1000 x FC xgasto(EDTA)V (muestra)

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7. DISCUSIONES

ROJAS (2002)La muestra de agua que contiene los iones calcio y magnesio se le añade el buffer de PH 10, posteriormente, se le agrega el indicador eriocromo negro T (ENT), que hace que se forme un complejo de color púrpura, enseguida se procede a titular con EDTA (sal disódica) hasta la aparición de un color azúl . Reacciones:

Ca2+ + Mg2+ + Buffer --------->

Ca2+ + Mg2+ + ENT ----------->[Ca-Mg--ENT] complejo púrpura

[Ca-Mg--ENT] + EDTA ------------->[Ca-Mg--EDTA] + ENT color azúl

Tal cómo se observó en la práctica realizada, aquí se explica claramente la reacción que ocurre al titular el EDTA, se logró ver efectivamente l cambio a color púrpura al agregar ENT, el cual es un indicador cuando se desea determinar dureza de agua, asimismo se observó el cambio a color azul.

Es común clasificar las aguas según su dureza total desde aguas blandas o muy blandas hasta aguas duras o muy duras. Según la fuente que se consulte se pueden encontrar clasificaciones muy diferentes entre sí, estando la discrepancia entre ellas en el intervalo de concentraciones de carbonato de calcio asignado a cada tipo de agua. Veamos unos ejemplos para ilustrar esta discrepancia. La siguiente tabla muestra una clasificación de las aguas naturales según su dureza total, clasificación que aparece, por ejemplo, en Wikipedia (que cita como fuente al Estudio Geológico de los Estados Unidos).

Una buena parte de las aguas corrientes y aguas naturales minerales se englobarían dentro de las aguas duras o muy duras según la clasificación establecida en la tabla 1. Por otra parte, la tabla 2 muestra la clasificación que

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Tabla 1: clasificacion del agua segun wikipedia

aparece en el texto de F. Muñoz Soria dedicado al análisis de una gran cantidad de aguas del mundo,

Finalmente, un término medio en cuanto a los valores extremos dados en las dos clasificaciones anteriores es el que aparece en la tabla 3, perteneciente al Centro de Estudios Hidrográficos y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX)

Uno de los principales inconvenientes de la utilización de un agua dura para la industria es la formación de sólidos o costras en las tuberías o circuitos de las máquinas, sobre todo cuando circula como agua caliente, con el consiguiente inconveniente de la obstrucción de la tubería y reducción de la eficacia de la transferencia de calor. También, como se ha dicho, el agua dura baja mucho el rendimiento de los detergentes dificultando su labor de limpieza. En cuanto al consumo humano, no se teme que el agua dura sea perjudicial para la salud, pero tiene un sabor ligeramente más amargo que el agua blanda. Por otra parte, el agua dura es beneficiosa en agua de riego ya que los iones alcalinotérreos tienden a formar agregados (flocular) con las partículas coloidales del suelo aumentando la permeabilidad del suelo al agua.

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Tabla 2: clasificacion del agua segun Muños Soria

Tabla 3: clasificacion del agua segun CEDEX

8. CONCLUSIONES

o Se logró conocer parte de la metodología para evaluar la dureza del agua, es decir, preparación de la solución EDTA y la respectiva titulación, en la cual se observó el cambio de color de púrpura a azul, así como determinación de la Molaridad de la solución.

o A pesar de no lograr determinar la dureza de las diferentes muestras de agua, se logró conocer las causas y los parámetros para clasificarla como agua blanda, ligeramente dura, dura, etc.

o Se logró conocer la importancia de evaluar la dureza en el agua, ya que para la industria es de gran interés; debido a las pérdidas e ineficacia que puede ocasionar en las tuberías y equipos, por ejemplo, disminuir la transferencia de calor.

9. BIBLIOGRAFIA

o American Society for testing and Materials. Annual book of Standards

/1994 / Determinación de dureza en agua. Metodo ASTM D 1126-92

o Standard methods for the examinatión of water and waste water publicado

por la APHA. Determinación de Dureza en agua Método 2340 C, 1995

o RODIER, J. Análisis de Aguas: aguas naturales, aguas residuales, agua de

mar. Barcelona: Omega, 1981.

o Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 21th

edition. American Public Health Association. Washington, DC. 2005.

o AYRES, Gilbert. Análisis químico cuantitativo. 2 ed. México: Harla, 1970.

o ROJAS,J.A. Calidad del agua. Bogotá: Escuela de Ingeniería, 2002

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informe n°03 dureza-del-agua

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