La dureza del agua. Descalcificación

Osmosis inversa
23 de septiembre de 2022
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La dureza del agua. Descalcificación

De las muchas sales que pueden acompañar al agua, las de calcio y de magnesio requieren un estudio especial y son estas las que confieren al agua lo que denominamos “Dureza”. El término dureza del agua se refiere a la cantidad de sales de calcio y magnesio disueltas en el agua. Estos minerales tienen su origen en las formaciones rocosas calcáreas y pueden ser encontrados, en mayor o menor grado, en la mayoría de las aguas naturales.

Por lo general, la dureza del agua es causada, en su mayoría, por la presencia de iones calcio (Ca2+) e iones de magnesio (Mg2+) disueltos en el agua.

El agua adquiere la dureza cuando pasa a través de las formaciones geológicas que contienen los elementos minerales que la producen y por su poder solvente los disuelve e incorpora.

La dureza del agua tiene una distribución compartida entre dureza temporal y dureza permanente:

  • La dureza temporal es la que conforma la suma de todas las sales de bicarbonatos cálcicos y magnésicos, también llamada dureza carbonatada.
  • La dureza permanente, es la suma de todas las sales que no sean bicarbonatos, a esta dureza también se le llama dureza no carbonatada.
  • Dureza total, es la suma de la dureza temporal y permanente.

Entre las muchas formas de expresar la dureza del agua la que más utilizamos en nuestro país es el grado hidrotimétrico o grado francés su simplificación es TH o ˚F y equivale a 10 mg/ l de carbonato cálcico (CaCO3/l).

¿Cómo saber si el agua es blanda o dura?

  • Agua muy blanda: de 0 a 79 mgCaCO3/l
  • Agua blanda: de 80 a 149 mgCaCO3/l
  • Agua semidura: de 150 a 329 mgCaCO3/l
  • Agua dura: de 330 a 549 mgCaCO3/l
  • Agua muy dura: más de 550 mgCaCO3/l

La mejor manera es utilizar un kit de reactivos (A-600015) para medir la dureza por colorimetría. Este método consiste en lo siguiente:

  1. Enjuagamos el tubo colorimétrico dos veces con agua cruda y luego llenamos dicho tubo de ensayo con agua cruda hasta la línea marcada (10 ml).
  2. Añadimos 2 gotas del reactivo A al agua bruta, ésta se volverá rojiza y agitamos. En el caso de que el agua tome un color azul, quiere decir que no existe concentración de sal.
  3. A continuación, añadimos el reactivo B, gota a gota y agitando el tubo de ensayo hasta observar el cambio de color del agua bruta.

Dureza del agua bruta = (0,42 x nº de gotas del reactivo B)

De las formas diferentes en que se presentan las sales de Ca y de Mg, algunas de ellas no son solubles en el agua, estas van a precipitar y se van a adherir a las paredes de las superficies que se encuentran en contacto, produciendo depósitos incrustantes en recipientes y tuberías, originando serios problemas en la transmisión de energía y reduciendo los diámetros hasta su total obstrucción.

Sistemas de descalcificación

Se entiende como sistemas de descalcificación, aquellos sistemas que eliminan el Calcio y el Magnesio.

Los sistemas utilizados habitualmente son:

  • El intercambiador de iones mediante resinas intercambiadoras. Este sistema se basa en la utilización de resinas de intercambio iónico generalmente constituidas por copolímeros de estireno y divilbenceno con grupos sulfonados que incluyen el ion sodio, cuando el agua atraviesa estas resinas, se intercambian los iones Ca y Mg por el ion Na de tal forma que los primeros quedan retenidos en la resina y este último se incorpora al agua. Este proceso continúa hasta que todos los iones Na de la resina se han intercambiado en cuyo momento es preciso proceder a su regeneración para volver a iniciar el ciclo.

Con algunas variaciones de diseño, los sistemas de ablandamiento de aguas consisten en un recipiente presurizado o tanque, que contiene el lecho de resina catiónica, donde se lleva a cabo el intercambio. Existe además un recipiente separado que almacena la sal, el cual actúa como dispositivo de formación de la solución salina o salmuera necesaria para la regeneración. Por último, hay una válvula de control que dirige el flujo del agua durante el ciclo de regeneración y servicio. Estos dispositivos de control poseen algunas de las siguientes características:

  • Miden la cantidad de agua utilizada y, al alcanzar un volumen predeterminado, regeneran automáticamente la resina.
  • Poseen sondas detectoras que producen señales eléctricas o electrónicas cuando el ablandador está llegando al final de su ciclo de ablandamiento e inician automáticamente la regeneración del sistema.
  • Utilizan timers o temporizadores eléctricos o electrónicos que, al cabo de un número de días, realizan un ciclo completo de regeneración de la resina.

Químicamente el proceso de ablandamiento se puede ilustrar mediante la siguiente ecuación (siendo R la resina intercambiadora de iones):

2RCa + (CO3H)2 Ca  -> R2Ca + 2Na(CO3H)

La regeneración de la resina para restituirla a la forma sódica se realiza pasando una solución de cloruro de sodio (CINa) o salmuera, como puede ilustrarse mediante la siguiente ecuación:

R2Ca + 2CINa -> 2Rna + CI2Ca

El proceso de regeneración incluye las siguientes etapas:

  1. Lavado en contracorriente.
  2. Aspiración de salmuera.
  3. Envío de agua al depósito de sal.
  4. Lavado rápido.

Principios de funcionamiento

Actualmente las diferencias de funcionamiento de los diferentes diseños se basan esencialmente en la forma de regeneración, pudiendo distinguir dos formas claramente diferenciadas:

Método de regeneración por flujos paralelos o cocorriente, este método requiere controles menos complicados, además de permitir un retrolavado completo para limpiar bien las resinas cuando se tratan aguas que presentan dificultad por ser turbias o contener hierro precipitado.

En la regeneración por este método, la solución de salmuera debe de atravesar y desplazar inicialmente la zona de agua dulce, diluyendo de esta manera el efecto de la salmuera al comienzo del ciclo de regeneración. Asimismo, cuando los niveles de salmuera son muy bajos, puede ocurrir que no se regenere completamente la totalidad del lecho y permanezca en el fondo del tanque una capa de resina que sólo se haya reactivado parcialmente.

En consecuencia, con el método de flujos paralelos, cuando el ablandador vuelve a ser utilizado para el tratamiento en el flujo descendente, el agua atraviesa la zona regenerada parcialmente y puede persistir una dureza residual.

Método de regeneración en contracorriente, en este método el sentido del flujo de servicio es descendente y el de regeneración es ascendente. Según este método, el fondo del lecho de resina tiene la ventaja de recibir inicialmente una solución de salmuera concentrada para recargarse por completo. De esta forma, al utilizar este método, cuando el ablandador se utiliza para el tratamiento, el agua que sale del tanque atraviesa en último término la sección del lecho de resina con mayor grado de regeneración, lo que asegura un máximo ablandamiento prácticamente sin dureza residual.

Con el fin de lograr una regeneración efectiva por el método de contracorriente, se deben diseñar dispositivos hidráulicos especiales para mantener el lecho de resina en un estado estable durante la regeneración por flujo ascendente, de modo que el lecho no se fluidifique. Si esto sucediera, la salmuera no podría penetrar a fondo en las partículas o cuentas de resina y no se lograría la disociación completa para separar de la resina catiónica los iones del endurecedor.  En el método de contracorriente, durante el ciclo de regeneración, la expansión del lecho que ocurre en la etapa del flujo ascendente de salazón con salmuera se debe de mantener en menos de 5%. El lavado en el mismo sentido del flujo ablandador impide el intercambio de endurecedor en la parte inferior del lecho de cationes, lo que podría producir agua de calidad inferior.

Tipos de descalcificadores

Las ventajas de este último método sobre el anterior son que necesita menos cantidad de sal para regenerarse y menos cantidad de agua para lavarse, suponiendo esto una enorme economía a la larga; de ahí, su denominación bajo consumo. Son los más demandados en el mercado a nivel doméstico y así quedan presentados por calidad y precio a continuación:

Domésticos:

MICRO es el más pequeño de todos nuestros descalcificadores y es especial para hostelería, pequeños negocios y apartamentos.

Características:

  • Permite programación en modo volumétrico o cronométrico.
  • Cabinet en poliestireno de alto impacto.
  • Temperatura del agua 5ºC – 45ºC.
  • Regeneración proporcional de alta eficiencia en el consumo de sal (con válvula K79A3).
  • Modo UF economiza agua y sal.
  • Pantalla LED.

 

FICHA TECNICA

MANUAL

Descalcificador compacto de diseño actual y de líneas redondeadas. Circuito programador externo y tapa del depósito de sal integrados en la tapa del descalcificador. Especial para viviendas unifamiliares

Características:

  • Fabricante: Corsa-Ceasa
  • Cabinet en Polietileno de alta densidad
  • Temperatura del agua 5˚C - 45˚C
  • Presión de trabajo 1,5 – 6 bar
  • BY PASS y MIXING de serie
  • Regeneración contracorriente válvula Keramis K69P3
  • Botella de resina ubicada dentro del cabinet
  • Modo UF economiza agua y sal
  • Pantalla LCD
  • Alimentación eléctrica: 230-110 V 50/60 Hz
  • Conexiones E/S de ¾” o 1”

MANUAL NASSER

Semi Industriales:

Descalcificador industrial con válvulas de última generación que permiten una descalcificación óptima del agua. Es necesario aljibe o depósitos de agua

Características:

  • Fabricante: Corsa-Ceasa
  • Temperatura del agua 5˚C - 45˚C
  • Presión de trabajo 2 – 6 bar
  • Alimentación eléctrica: 230-110 V 50/60 Hz
  • BY PASS y MIXING de serie en modelos de 1”
  • Modo UF economiza agua y sal
  • Regeneración contracorriente o cocorriente según válvula solicitada
  • Suministros de agua dura en regeneración para modelos con válvulas Keramis K68 y K63
  • Regeneración volumétrica


Industriales:

Teniendo en cuenta el tiempo que se necesita para realizar una regeneración completa, que aproximadamente se encuentra entre una hora y media y dos horas, y que durante todo este tiempo, el agua que nos daría nuestro aparato ablandador sería totalmente dura, se ha tenido que diseñar sistemas dobles o dúplex para evitar esa contingencia, por tanto los sistemas o tipos de descalcificadores son:

Dúplex

Sistema de descalcificación industrial indicado para elevadas necesidades de agua descalcificada. Consúltenos.

Características:

  • Fabricante: Corsa-Ceasa
  • Temperatura del agua 5˚C - 45˚C
  • Presión de trabajo 2 – 6 bar
  • Alimentación eléctrica: 230-110 V 50/60 Hz
  • BY PASS y MIXING de serie en modelos de 1”
  • Modo UF economiza agua y sal
  • Regeneración contracorriente o cocorriente (estándar)
  • Suministros de agua dura en regeneración para modelos con válvulas Keramis K68 y K63
  • Regeneración volumétrica

Twin

Sistema de descalcificación industrial que garantiza el suministro continuo de agua descalcificada gracias al funcionamiento alterno de sus equipos. Consúltenos.

Características:

  • Fabricante: Corsa-Ceasa
  • Temperatura del agua 5˚C - 45˚C
  • Presión de trabajo 2 – 6 bar
  • Alimentación eléctrica: 230-110 V 50/60 Hz
  • BY PASS y MIXING de serie en modelos de 1”
  • Modo UF economiza agua y sal
  • Regeneración contracorriente o cocorriente (estándar)
  • Suministros de agua dura en regeneración para modelos con válvulas Keramis K68 y K63
  • Regeneración volumétrica

Esquema de Instalación

La instalación de un equipo descalcificador no presenta de por sí características especiales. Se instala en línea en el circuito, siendo prácticamente imprescindible la existencia de un filtro previo que garantice una correcta calidad para el agua de aporte.

El principal factor a tomar en consideración es la colocación del equipo de tal manera que no interrumpa el flujo del agua en caso de tener que desconectarlo, para ello es imprescindible que exista un By-pass delante del equipo, en caso de que este no lo llevara incluido.

Las válvulas automáticas Keramis suelen llevar incorporadas unos tornillos mezcladores para poder graduar la dureza residual deseada. Teniendo en cuenta que la legislación española vigente establece que los suministros de agua descalcificada para consumo humano debe de tener un contenido mínimo de calcio, por la influencia que puede ejercer el sodio generado en el proceso de descalcificación. Como hemos visto anteriormente durante el proceso de intercambio los iones calcio y magnesio por sodio presente en la resina, el resultado final es que el agua que destinamos a consumo tiene un contenido en dicho ion superior a la del agua de aporte.

La ley española establece un valor máximo para este ion de 150 ppm, si bien para aguas descalcificadas y en casos excepcionales este valor puede ser superado.

Siendo cierto que el consumo de sodio puede ser perjudicial para personas con hipertensión, en general, el aumento del contenido de sodio en el agua de consumo, no presenta problema alguno. Efectuando unos breves cálculos, puede deducirse que la concentración en 46 ppm por cada 10 ˚F eliminados, lo cual para durezas y consumos normales, supondría una ingestión diaria de sodio de aproximadamente 300 mg. Si tenemos en cuenta que por ejemplo, el pan contiene 3900 a 6700 ppm/kg, la leche 500 ppm/l, el queso 5100 a 15000 ppm/kg, el pescado de 600 a 1000 ppm/kg… etc, se llega a la conclusión de que el aumento de la concentración de sodio en agua solamente debe de ser tenido en consideración por aquellas personas que deben de seguir una dieta estricta de sodio y deban controlar su contenido en todo lo que ingieren.

Ejemplo práctico

Como complemento a la información sobre descalcificadores Corsa-Ceasa, se ofrece aquí un ejemplo práctico del cálculo a realizar para la determinación del equipo más adecuado para un tratamiento de agua de una elevada dureza y el caudal total por regeneración.

Datos técnicos del ejemplo

  • Naturaleza del agua: Red Pública
  • Dureza total del agua de entrada: 53 ˚F
  • Consumo diario: 3 M3
  • Caudal punta: 2 M3/hora
  • Salinidad del agua de entrada: Aprox. 700 ppm

Cálculo del descalcificador

Para el cálculo del descalcificador se tiene que tener en cuenta la velocidad de paso máximo para que se realice el intercambio que no debe de ser superior a los 50 litros/hora por litro de resina, como tenemos un caudal punta de 2000 l/hora, eso significa que necesitaríamos como mínimo 2000:50=40 litros de resina.

Cálculo del caudal total por regeneración según la dureza

Para el cálculo del caudal que vamos a disponer por regeneración, tenemos que tener en cuenta los litros de resina catiónica de nuestro descalcificador y la dureza del agua a tratar. Es muy importante tener en cuenta antes de comprar un descalcificador la dureza del agua a la entrada de la instalación de nuestra vivienda pues de ella depende el volumen de resina del aparato. Muchas veces resulta que ante tanta dureza encontrada en el agua, el equipo puede que se quede pequeño dando lugar a un caudal por regeneración ridículo y,  por tanto, un desgaste permanente de la resina.         Tugaro aconseja que a partir de 50 ˚F nos consulten y se dejen asesorar por nuestro Departamento Técnico.

 Para seguir con nuestro ejemplo y dada una dureza de 53˚F el cálculo del caudal por regeneración sería el siguiente:

 Es un dato cierto en otoño e invierno pero si, además, tenemos en cuenta que la medición de la dureza del agua se registra aún mayor en verano (donde los acuíferos están en su nivel más bajo y, por tanto, la concentración de calcio y magnesio es todavía mayor) aconsejamos un 20% menos del resultado final, es decir 2,26 m3 por regeneración.

Este dato es inferior al consumo diario de 3 m3 que necesitamos al día, por tanto, nuestro Nasser 25 litros se ha quedado pequeño, necesitamos un equipo Semi-Industrial por culpa de la dureza del agua proporcionando mayor volumen de resina que nos garantice una regeneración cada 4 días mínimo (12 m3) teniendo además mayor duración de vida de la resina.

 

 

En resumen, de los errores se aprenden pero en Tugaro damos la solución a la dureza de tu agua.

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