SEXTA PRÁCTICA DE LABORATORIO DE MEDICIONES Y ENSAYOS EN INGENIERÍA MECÁNICA

MEDICIÓN DE DUREZA, PH, TDS DEL AGUA PARA CALDERAS

I. OBJETIVOConocer las maneras de medición de ph, dureza y TDS del agua y tener una referencia relativa de los instrumentos a utilizar.

II. INTRODUCCIÓNEl objetivo de los tratamientos es reducir y evitar los tres principales problemas asociados a la generación de vapor:(1).- La formación de incrustaciones.

(2).- La corrosión.

(3).- Los arrastres.Para conseguir estos objetivos, el agua de aporte suele someterse a un tratamiento externo que reduzca la presencia de contaminantes a un nivel conveniente. Para contrarrestar el efecto de los contaminantes residuales se añaden, además los aditivos químicos apropiados. El tercer elemento de control de la calidad del agua en el ciclo de vaporización-condensación es la purga de una parte del agua del calderín para mantener las concentraciones máximas admisibles.En definitiva, el agua de alimentación de las calderas debe ser tratada, por que de lo contrario se pueden presentar problemas serios en el interior de las calderas, utilizándose algunos de los siguientes procedimientos:· Físicos· Químicos· Térmicos· Eléctricos· MixtoPara poder determinar de manera correcta el tratamiento correcto, se debe conocer cuales son los parámetros que debemos considerar, para determinar su correcto tratamiento. De aquí que definiremos algunas de los métodos para determinar la calidad de agua correcta (ph, dureza).

Métodos de determinación del pH Existen varios métodos para medir el pH. Los más usados son el método del colorímetro y el método del electrodo.

Método del Colorímetro. Usa un trozo de papel indicador del pH. Cuando se introduce el papel� en una solución, éste cambia de color. Cada color diferente indica un valor de pH diferente. Este método no es muy preciso y no es� apropiado para determinar valores de pH exactos. Existen tiras de test� disponibles, capaces de determinar valores más pequeños de pH, tales como 3.5 o 8.5.

Método del Electrodo Este método determina el pH, midiendo el potencial generado (milivolts) por un electrodo de vidrio que es sensible a la actividad del ión H+, este potencial es comparado con un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino que permite el paso de los milivolts generados hacia al circuito de medición.El� potencial de las cargas determina el número de iones H+ y OH- y cuando esto haya sido determinado el pH aparecerá digitalmente en el pH-metro. El potencial depende� de la temperatura de la solución. Es por eso que el pHmetro también muestra la temperatura.

La dureza de un agua se puede determinar:

A) POR EL MÉTODO DEL JABÓN: Consiste en titular el agua con una solución de jabón de concentración conocida, el indicador es la propia espuma del jabón, que sólo se forma cuando toda la dureza se ha consumido (o sea después que el jabón de sodio se ha combinado con los iones Ca y Mg formando jabones insolubles) con un volumen de solución de jabón que se lee en una bureta.

B) POR EL MÉTODO DEL EDTA Este método consiste en titular la solución de agua dura con una solución de sal de sodio del ácido etilén –diamino-tetracético (EDTA) y utilizando como indicador negro de eriocromo T, NET, (Eriochrome black T) que forma un complejo de color rojo vinoso el cual vira a azul cuando se ha agregado una cantidad de sal de EDTA que estequiometricamente corresponde a la reacción:

El medio tiene que ser básico para que se disponga de los iones OH- necesarios, tal como lo indica la ecuación.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

DEFINICION DEL PHEl pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. La

sigla significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este

término fue acuñado por el químico danés Sørensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.

DUREZA DEL AGUALa dureza del agua se reconoció originalmente por la capacidad que tiene el agua para precipitar el jabón, esto es, las aguas requieren de grandes cantidades de jabón para producir espuma. Otra característica de suma importancia en la industria, reconocida posteriormente, es la producción de incrustaciones en los tubos de agua caliente, calentadores, boilers y algunas otras unidades en las que la temperatura del agua es alta.La capacidad de consumo de jabón es de importancia desde el punto de vista económico y por la dificultad de obtener condiciones apropiadas para una limpieza óptima. Sin embargo, con los detergentes sintéticos este problema ha disminuido, por lo que, la demanda del público de aguas suavizadas en las plantas de tratamiento municipal también ha disminuido y la tendencia es hacia instalaciones de ablandamiento privadas e industriales excepto en aquellos lugares en los que la dureza es sumamente alta.El problema de las incrustaciones no ha disminuido y es de consideración muy importante, principalmente en la industria, porque las incrustaciones pueden obstruir las tuberías a tal grado que se produzcan explosiones o que se inutilicen las unidades de los procesos industriales, resultando más económico darle a las aguas un tratamiento de ablandamiento, que sustituir tuberías, equipo, etc.La dureza en el agua es causada principalmente por la presencia de iones de calcio y magnesio. Algunos otros cationes divalentes también contribuyen a la dureza como son, estroncio, hierro y manganeso, pero en menor grado ya que generalmente están contenidos en pequeñas cantidades.La dureza la adquiere el agua a su paso a través de las formaciones de roca que contienen los elementos que la producen. El poder solvente lo adquiere el agua, debido a las condiciones ácidas que se desarrollan a su paso por la capa de suelo, donde la acción de las bacterias genera CO2, el cual existe en equilibrio con el ácido carbónico. En estas condiciones de pH bajo el agua ataca las rocas, particularmente a la calcita (CaCO3), entrando los compuestos en solución.Cuando la dureza es numéricamente mayor que la suma de las alcalinidades de carbonatos y bicarbonatos, la cantidad de dureza que es su equivalente a esta suma se le llama dureza carbonatada, también llamada temporal, ya que al elevarse la temperatura del agua hasta el punto de ebullición, el calcio y el magnesio se precipitan en forma de carbonato de calcio e hidróxido de magnesio respectivamente.

La cantidad de dureza en exceso de la carbonatada se le llama dureza de no carbonatos y se distingue como permanente, es decir, no puede eliminarse por agitación térmica, sino que son necesarios procesos químicos para eliminarla del agua.

TDSTotal de sólidos disueltos (TDS a menudo abreviado) es una medida del contenido combinado de todos los inorgánicos y orgánicos sustancias contenidas en un líquido en: (molecular, ionizada o micro-granular sol coloidal ) forma suspendida. Generalmente, la definición operativa es que los sólidos debe ser lo suficientemente pequeño como para sobrevivir filtración a través de un tamiz del tamaño de dos micrómetros. Total de sólidos disueltos se debaten normalmente sólo para sistemas de agua dulce, como la salinidad comprende algunos de los iones constitutivos de la definición de TDS. La principal aplicación de TDS es en el estudio de la calidad del agua para los arroyos , ríos y lagos , aunque TDS generalmente no se considera un contaminante primario (por ejemplo, no se considerará que está asociada con efectos en la salud) se utiliza como una indicación de las características estéticas de agua potable y como un indicador agregado de la presencia de una amplia gama de contaminantes químicos.Las fuentes primarias de TDS en las aguas receptoras son agrícolas y residenciales escorrentía, la lixiviación de la contaminación del suelo y el punto de origen la contaminación del agua de descarga de industriales o de tratamiento de aguas residuales plantas. Los componentes químicos más comunes son el calcio , fosfatos , nitratos , sodio , potasio y cloruro , que se encuentran en nutrientes escorrentía, general de aguas pluviales escurrimiento y escurrimiento de climas nevados donde carretera de deshielo sales se aplican. Los productos químicos pueden ser cationes , aniones , moléculas o aglomeraciones en el orden de mil o menos moléculas, siempre que un micro-soluble gránulo se forma. Elementos más exóticos y perjudiciales de TDS son pesticidas derivados de la escorrentía superficial . Algunos naturales de sólidos disueltos totales se derivan de la erosión y disolución de las rocas y suelos. Los Estados Unidos ha establecido un estándar de calidad de agua secundaria de 500 mg / l para proporcionar sabor del agua potable.

REQUERIMIENTOS AGUA ALIMENTACIÓN Y CALDERASobre al base de las recomendaciones de la Norma Británica BS – 2486, la ABMA (American Boiler Manufacturing Association) y el TÜV, se han preparado las siguientes tablas que muestran los requerimientos que deberá satisfacer el agua de alimentación y el agua de una caldera para prevenir incrustaciones y corrosión en calderas de baja presión (hasta 10 bar).

IV. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

- Medidor digital de TDS- Kit de analisis- Tres tipos de agua de una caladera (purga, fondo y del tanque de condensado)

Kit de analisis usados en nuestro laboratorio, TDS.

V. PROCEDIMIENTO Tomar una muestra de agua potable y realizar las siguientes mediciones.

Muestra PH DUREZA (ppm)1 8 852

Tomar una muestra de agua tratada para alimentacion de calderos

Muestra PH DUREZA (ppm) TDS (ppm)1 5 1 0.32

Tomar una muestra de agua de purga de fondo de calderos:

Muestra PH DUREZA (ppm) TDS (ppm)1 11 9400 92002

VI. ANALISIS DE DATOSRealiza un cuadro comparativo de los valores tomados en cada experiencia con los parametros recomendados.

TIPOS DE AGUA

MEDIDOS

VALORES MEDIDOS VALORES RECOMENDADOS

PHDUREZA

(ppm)TDS PH

DUREZA(ppm)

TDS

Agua Potable 8 85 6.5-8.5 75-150Agua de caldero 5 1 0.3 6.5-8.5 0-5 0-5Agua de purga 11 9400 9200 10.5-11.5 4500-5000 4500-5000

VII. CONCLUSIONES

Concluimos que las muestras de agua, en algunos casos como en el agua de purga, excede los rangos recomendados, esto debido a que el operador de calderas no esta haciendo la purga en su debido momento, o tambien de que la caldera cuenta con oxidos en su interior, y necesitaria todo su cambio.Algo importante es que la medicion de dureza, ph, es algo sencillo, y lo puede realizar tranquilamente una persona capacitada, sin necesidad de recurrir a un especialista, salvo en la medicion de parametros y regimenes estrictos.El analizador de TDS, nos brinda un facil uso y lecturas muy precisas, es importante tener en cuenta que en ambos metodos de lectura tanto en TDS, como el kit de analisis los errores no exceden el 2% para lecturas de dureza, asi que es un margen aceptable.

Medir con el kit de analisis, hay que tener mucho cuidado con la cantidad de buffer que le ponemos, y en la titulacion, contar adecuadamente el numero de gotas.Por ejemplo, para el agua potable con 1 gota titul en el rago bajo, con el rango alto 4 gotas.

VIII. CUESTIONARIO

1. ¿Qué representa el valor del PH en una sustancia?

El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias.

2. ¿Qué sucede si valor de los TDS excede del margen recomendado en a experiencia del analisis de purga de fondo?

Si excede los rangos recomendados, esto debido a que el operador de calderas no esta haciendo la purga en su debido momento siguiendo la programacion adecuada, o tambien de que la caldera cuenta con oxidos en su interior, y necesitaria cambiar toda el agua de la caldera.

3. ¿Qué expresa o significa la unidad de “ppm”?

Partes por millón (ppm) es la unidad de medida con la que se evalúa la concentración. Se refiere a la cantidad de unidades de la sustancia (agente, etc) que hay por cada millón de unidades del conjunto. Por ejemplo en un millón de granos de arroz, si se pintara uno de negro, este grano representaría una (1) parte por millón. Se abrevia como "ppm".

ALGUNAS FOTOS DE CÓMO OBTENIMOS NUESTRAS MEDICIONES EN EL PABELON JP.

Titulando la muestra de agua Comparando el Ph en nuestra

para medir su dureza tabla de valores