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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE INGENIERA AMBIENTAL
LABORATORIO N8: ABLANDAMIENTO DEL AGUA INTEGRANTES : -MALDONADO
ZAPATA, DAVID 20112175A -BECERRA-PACHAS, GONZALO 20112169A -
CORDOVA GUILLEN, CRISTHOPER 20101409F Curso: QUIMICA II PROFESOR :
ING. CESAR AUGUSTO MASGO SOTO
LIMA PER
2014-II
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
ABLANDAMIENTO DEL AGUA
1. OBJETIVO:
Observar e interpretar el proceso de Ablandamiento del agua,
mediante el tratamiento de resinas se intercambio inico y el mtodo
EDTA. identificar experimentalmente las caractersticas del agua
blanda y los iones
que intervienen. Determinar la dureza total en la muestra de
agua y expresarla en sus correspondientes
unidades. Reconocer la importancia del titulante EDTA en las
volumetras por formacin de
complejos. Estudiar las variaciones en la dureza de las
distintas muestras de agua, para as hallar
conclusiones.
2. FUNDAMENTO TERICO:
LA DUREZA del agua es causada por ciertas sales. Los iones
principalmente causantes de la dureza son los de calcio (Ca2+),
magnesio (Mg2+) y bicarbonato (HCO3-). Estos iones o minerales son
los causantes de las formaciones slidas que producen las
obstrucciones en las tuberas y el equipo en los sistemas de agua
potable y de agua de proceso.
Las unidades ablandadoras ofrecen una solucin de purificacin del
agua para la eliminacin del agua dura y de la cal.
La dureza del agua es importante en muchas aplicaciones, por
ejemplo en la depuracin del agua potable, en el agua de cerveceras
y sodas, y tambin en agua de refrigeradores y calderas.
La dureza se mide normalmente en dureza Alemana o Francesa o por
la concentracin equivalente de Ca2+. Los ablandadores son
intercambiadores inicos especficos diseados para eliminar iones con
mltiples cargas positivas.
Las unidades ablandadoras de agua son automticamente regeneradas
con sal. (Para mantenimiento, reparacin o preguntas acerca de
partes de los ablandadores o test kits para comprobar la dureza de
su agua).
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
- La dureza es indeseable en algunos procesos, tales como el
lavado domstico e industrial, provocando que se consuma ms jabn, al
producirse sales insolubles. Adems le da un sabor indeseable al
agua potable. - Grandes cantidades de dureza son indeseables por
razones antes expuestas y debe ser removida antes de que el agua
tenga uso apropiado para las industrias de bebidas, lavanderas,
acabados metlicos, teido y textiles. - La mayora de los suministros
de agua potable tienen un promedio de 250 mg/l de dureza. - Niveles
superiores a 500 mg/l son indeseables para uso domstico. - La
dureza es caracterizada comnmente por el contenido de calcio y
magnesio y expresada como carbonato de calcio equivalente. Existen
dos tipos de DUREZA: Dureza Temporal: Esta determinada por el
contenido de carbonatos y bicarbonatos de calcio y magnesio. Puede
ser eliminada por ebullicin del agua y posterior eliminacin de
precipitados formados por filtracin, tambin se le conoce como
"Dureza de Carbonatos". Dureza Permanente: est determinada por
todas las sales de calcio y magnesio excepto carbonatos y
bicarbonatos. No puede ser eliminada por ebullicin del agua y
tambin se le conoce como "Dureza de No carbonatos". Interferencias
En la tabla se encuentran la lista de la mayor parte de las
sustancias que interfieren. S existen ms de una sustancia
interferentes, los lmites dados en la tabla pueden variar. La
turbidez se elimina por filtracin.
INTERFERENCIAS CON. MAX. SIN INTERFERIR Aluminio 20 ppm Cadmio *
Cobalto 100 ppm Cobre 50 ppm
Fierro(+3) 50 ppm Fierro (+2) 50 ppm
Plomo * Manganeso 1ppm
Nquel 100 ppm Zinc *
Polifosfatos 10 ppm
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
Si estn presentes son titulados como dureza. EDTA
El cido etilendiaminotetractico (EDTA) es un titulante
hexadentado complejomtrico muy utilizado. Peso Molecular del EDTA:
292 g/mol Frmula condensada: C10H16O8N2
En agua potable El lmite mximo permisible es de 300 mg/l de
dureza. En agua para calderas El lmite es de 0 mg/l de dureza
NEGRO DE ERICROMO T El negro de ericromo t, tambin conocido como
net, es un indicador de iones metlicos, muy utilizado para titular
diversos cationes comunes, comportndose como un cido dbil. Los
complejos metlicos del net frecuentemente son rojos en un rango de
pH entre 4 a 12, cuando est libre en solucin en un rango de pH
menor a 10 su color es rosado, a pH igual a 10 es de color
azul.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
AGUA DURA Se denomina agua dura aquella que contiene un alto
nivel de minerales, en particular sales de magnesio y calcio. El
grado de dureza de un agua aumenta, cuanto ms calcio y magnesio hay
disuelto. En general el lmite para denominar a un agua como dura
una dureza superior a 120 mg CaCO3/L
UTILIZACION En muchos procesos industriales el agua dura tiene
un valor importante, tales como la preparacin de agua potable, en
cerveceras y en sodas, pero tambin para el agua de refrigeracin y
de alimentacin de la caldera la dureza del agua es muy
importante.
PROBLEMAS
Las aguas duras traen consigo una serie de inconvenientes, con
incidencia fundamentalmente econmica: mayor consumo de jabn,
incrustaciones en caeras y tanques de agua, aumento de costos en
las industrias debido a la necesidad de efectuar tratamientos para
ablandar el agua, etc. Son perjudiciales para la salud
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
AGUA BLANDA
Es aquella agua que posee un bajo nivel de minerales
especialmente libre de los iones calcio y magnesio en general.
VENTAJAS Muy utilizado por las industrias para el lavado de sus
productos e instrumentos de
produccin (tanques, calderas, etc.) Se utiliza menor cantidad de
detergente para lavar utensilios domsticos y ropa. Menor cantidad
de minerales depositados en tuberas, calentadores de agua, etc.
Hacer ms eficientes los calentadores de agua, disminuyendo el
consumo de gas o
electricidad. Disminuyen las manchas de agua en los platos y
vasos que se secan al aire y en el
acabado de automviles. Resulta ms agradable tanto para la piel
como para el cabello
Protege a los aparatos y a las tuberas que atraviesa.
Proporciona mayor comodidad personal y evita la calcificacin de las
instalaciones,
sobre todo de aquellas destinadas al agua caliente. USOS
PRINCIPALES DEL AGUA BLANDA
Para prevenir la formacin de sarro en calderas, calentadores de
agua, planchas de vapor y mquinas de lavar platos, etc.
Para pre-tratar el agua de alimentacin para equipos de smosis
inversa
En resumen, el agua blanda se caracteriza por tener una
concentracin de cloruro de sodio nfima y una baja cantidad de iones
de calcio y magnesio.
Curva de la disolucin de CaCO3 (cal) en el agua, en funcin de la
temperatura (T): cuanto ms caliente est el agua, menos cal se
disuelve y, por consiguiente, se agrava el proceso de
calcificacin.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA ABLANDAMIENTO DEL AGUA DURA
Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y
magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por
taponar las tuberas y complicar la disolucin de detergentes en
agua. El ablandamiento del agua dura es una tcnica utilizada para
eliminar los iones que hacen que un agua sea dura, stos
especficamente estn diseados para eliminar aquellos que estn
cargados positivamente. Estos dispositivos eliminan mayormente a
los iones de calcio y magnesio, es decir, a los minerales duros,
convirtiendo el lquido en agua blanda. Por qu se aplica el
ablandador de agua? El ablandamiento del agua es un proceso
importante porque la dureza del agua en las casas y en las compaas
es disminuida durante este proceso. Cuando el agua es dura, puede
atascar las tuberas y el jabn se disolver menos fcilmente. El
ablandamiento del agua puede prevenir estos efectos negativos. El
agua dura causa un alto riesgo de depsitos de cal en los sistemas
de agua de los usuarios. Debido a la deposicin de la cal, las
tuberas se bloquean y la eficiencia de las calderas y los tanques
se reduce. Esto incrementa los costes de calentar el agua para uso
domstico sobre un 15 a un 20%. Otro efecto negativo de la
precipitacin de la cal es que tiene un efecto daino en las
maquinarias domsticas, como son las lavadoras. El ablandamiento del
agua significa aumentan la vida media de las maquinarias domsticas,
como son las lavadoras, y aumentar las vida de las tuberas, incluso
contribuye a incrementar el trabajo, y una expansin en la vida de
los sistemas de calefaccin solar, aires acondicionados y muchas
otras aplicaciones basadas en agua. Qu hace un ablandador en el
agua? Los ablandadores de agua son especficos intercambiadores de
iones que son diseados para eliminar iones, los cuales estn
cargados positivamente. Los ablandadores mayormente eliminan los
iones de calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2). Calcio y magnesio son a
menudo referidos como minerales duros. Los ablandadores son algunas
veces incluso aplicados para eliminar hierro, cuando el hierro
causa la dureza del agua. Los mecanismos de ablandamiento son
capaces de eliminar ms de cinco miligramos por litro (5 mg/l) de
hierro disuelto. Los
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA ablandadores pueden operar
de forma automtica, semiautomtica, o manual. Cada tipo tiene un
ratio de actuacin. Un ablandador de agua colecta los minerales que
causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de
vez en cuando limpiado de su contenido. Los Intercambiadores inicos
son a menudo usados para ablandar el agua. Cuando un intercambiador
inico es aplicado para ablandar el agua, este reemplazar los iones
de calcio y magnesio por otros iones, por ejemplo sodio y potasio.
Los intercambiadores inicos son aadidos desde un tanque de
intercambiadores de iones que contiene sales de sodio y potasio.
(NaCl y KCl) Cunto tiempo dura un ablandador de agua? Un buen
ablandador de agua durar muchos aos. Los ablandadores que fueron
provistos en los aos 80 trabajan actualmente, y muchos necesitan
poco mantenimiento, solamente requieren llenarlos con la sal de vez
en cuando.
SALES QUE ABLANDAN
Qu tipos de sales se venden para ser usada en los procesos de
ablandamiento? Para ablandar el agua, tres tipos de sales se venden
generalmente: sal de roca sal solar sal evaporada La sal de roca
como mineral ocurre naturalmente en la tierra. Es obtenida de
depsitos subterrneos por mtodos tradiciones de minera. Contienen
entre el noventa y ocho y noventa y nueve por ciento de cloruro de
sodio. Tiene un nivel de insolubilidad en agua de cerca de 0,5-1,5%
siendo principalmente sulfato clcico. Su componente ms importante
es sulfato de calcio. La sal solar como producto natural se obtiene
principalmente con la evaporacin del agua de mar. Contiene cloruro
de sodio al 85%. Tiene un nivel de insolubilidad en agua de menos
de 0,03%. Se vende generalmente en forma cristalina. Tambin se
vende a veces en pelotillas. La sal evaporada se obtiene a travs de
procesos de minera de depsitos subterrneos que contienen la sal,
esta sal se disuelve. La humedad se evapora, usando energa como es
el gas natural o el carbn. La sal evaporada contiene cloruro de
sodio entre un 99,6 y 99,99%.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA Debemos utilizar la sal de
roca, la sal evaporada o la sal solar en un ablandador de agua? La
sal de roca contiene mucha materia que no es soluble en agua.
Consecuentemente, los depsitos que ablandan tienen que ser
limpiados mucho ms regularmente, cuando se utiliza la sal de roca.
La sal de roca es ms barata que la sal evaporada y la sal solar,
pero la limpieza del depsito puede tomar mucho tiempo y energa. La
sal solar contiene un poco ms de materia insoluble que la sal
evaporada. Cuando uno toma la decisin sobre que sal usar, la
consideracin debe basarse en cuanta cantidad de sal es usada, con
qu frecuencia el ablandador necesita ser limpiado, y el diseo de la
unidad de ablandador. Si el uso de sal es bajo, otros productos
pueden ser usados alternativamente. Si el uso de sal es alto, sales
insolubles pueden ser rpidas cuando se usa sal solar.
Adicionalmente, el reservorio necesitar mayor frecuencia de
limpiado. En este caso la sal evaporada es recomendada. Es daino
mezclar diversas clases de sal en un ablandador de agua? No es
generalmente daina, pero hay tipos de ablandadores que se diseen
para productos especficos para el ablandado del agua. Al usar
productos alternativos, estos ablandadores no funcionarn bien. La
sal evaporada que se mezcla con la sal de roca no se recomienda,
pues sta podra estorbar el depsito que ablandaba. Se recomienda que
usted permita que su unidad este vaco de un tipo de sal antes de
agregar otra para evitar la aparicin de cualquier problema. Con qu
frecuencia debe uno agregar la sal al ablandador? La sal se agrega
generalmente al depsito durante la regeneracin del ablandador.
Cuanto ms a menudo el ablandador se regenera, ms a menudo la sal
necesita ser agregada. Los ablandadores de agua se comprueban
generalmente una vez al mes. Para garantizar una produccin
satisfactoria de agua blanda, el nivel de sal se debe mantener por
lo menos lleno hasta la mitad siempre. Por qu a veces el agua no se
ablanda cuando se la agrega la sal? Antes de que la sal comience a
trabajar en un ablandador de agua, este necesita un pequeo rato de
residencia dentro del depsito, desde que la sal se disuelve
lentamente. Cuando uno comienza inmediatamente la regeneracin
despus de agregar la sal al depsito, el ablandador de agua puede no
trabajar segn estndares. Cuando no ocurre el ablandado del agua
puede tambin indicar el malfuncionamiento del producto ablandador,
o un problema con la sal que es aplicada.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
ABLANDAMIENTO DEL AGUA POTABLE
Las compaas productoras de agua potable siempre producen agua
blanda? Aunque las compaas productoras de agua tienen la
oportunidad de producir agua blanda, ellos no siempre lo hacen as.
Una compaa productora de agua solo tiene que aadir al agua un
ablandador en su sistema de purificacin, para producir agua blanda
barata. Pero cuando los consumidores no pueden ser capaces de tener
la eleccin tienen que beber agua no blanda. Los problemas del agua
dura ocurren mayormente cuando el agua es calentada. Como
resultado, el agua dura causa algunos problemas en los suministros
de agua de las compaas, especialmente cuando solo el agua fra corre
a travs de las tuberas. Es el agua ablandada segura de beber? El
agua ablandada todava contiene todos los minerales naturales que
necesitamos. Se priva solamente de su contenido en calcio y en
magnesio, el sodio es aadido en el proceso de ablandamiento. Eso es
porqu en la mayora de los casos, el agua ablandada es perfectamente
segura de beber. Es recomendable que como agua ablandada contenga
solamente hasta 300mg/L de sodio. En reas con aguas de alta dureza
y que es ablandada no debe de usarse para preparar la leche de los
nios, debido al alto contenido en sodio que se produce por el
proceso de ablandamiento llevado a cabo. El ablandar el agua
potable la privar de minerales esenciales? El ablandar no privar el
agua de sus minerales esenciales. El ablandar priva solamente al
agua potable de los minerales que hacen el agua ser dura, por
ejemplo el calcio, magnesio e hierro.
MANTENIMIENTO DE LOS ABLANDADORES
Cundo necesita la resina de ablandamiento ser reemplazada?
Cuando el agua no es suficientemente blanda, uno debera considerar
primero los problemas de la sal que es usada, o malfuncionamiento
de la maquinara, o los componentes de ablandamiento. Cuando estos
elementos no son la causa de la insatisfactoria ablandacin del
agua, quizs es tiempo de reemplazar la resina de ablandamiento, o
incluso todo el sistema de ablandamiento.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA Necesita el tanque de sal
del ablandador ser limpiado? Usualmente no es necesario limpiar el
tanque que contiene la sal, al menos que la sal producto sea usada
en elevada materia orgnica, o que haya un serio malfuncionamiento
de cualquier tipo. Si hay deposicin de sal en la resina, el
reservorio debera ser limpiado para prevenir el malfuncionamiento
del ablandador. Qu es 'mushing' y por qu debe evitarse? Cuando
pelotitas de sal sueltamente o sal de tipo cbica es usada en la
resina, esto puede formar pequeos cristales de la sal evaporada,
los cuales son similares a la sal de mesa. Estos cristales pueden
unirse, creando una masa gruesa en el tanque de la sal. Este
fenmeno, comnmente es conocido como 'mushing', puede interrumpir la
produccin de la sal. La produccin de la sal es un elemento
importante para refresco de las gotas de resina en el agua blanda.
Sin produccin de sal, un sistema de ablandamiento de agua no es
capaz de producir agua blanda.
ABLANDAMIENTO EN USOS DOMSTICOS
Puede el agua ser ablandada a lo largo de su movimiento? Con
sistemas de ablandamiento moderno, esto es muy posible que tenga
lugar durante el movimiento. Tcnicas de instalacin envuelven rpidas
conexiones, similar a estas, usadas en las lavadoras. Todo lo que
hay que hacer es cerrar la entrada y la salida con vlvulas del
ablandamiento y mantener abierta la vlvula del bypass, permitiendo
al agua dura fluir hacia el tanque de almacenaje y los grifos de
los usuarios. Despus el ablandamiento puede ser desconectado,
movindolo hacia su nueva localizacin y colocarlo all. Pueden los
residuos del agua ablandada ser descargados directamente en el
jardn? Como las sales alteran la presin osmtica que las plantas
tienen para regular sus necesidades hdricas, la descarga directa de
cloruro de sodio o potasio puede ser desaconsejable. Es el agua
blanda buena para las pieles secas? Hay casos en los que se ha
comprobado, en caso de gente con condiciones de pieles seca tener
beneficio del agua blanda, porque el agua blanda es buena para la
piel y el pelo.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA RESINAS ABLANDADORAS
Los suministros de agua natural contienen sales disueltas, las
cuales se disocian en el agua para formar partculas con carga,
conocidas como iones. Estos iones estn presentes por lo general en
concentraciones relativamente bajas, y permiten que el agua
conduzca electricidad. Algunas veces se conocen como electrolitos.
Estas impurezas inicas pueden causar problemas en los sistemas de
enfriamiento y calefaccin, generacin de vapor, y manufactura. Los
iones comunes que se encuentran en la mayora de las aguas incluyen
los cationes de carga positiva; calcio y magnesio cationes que
generan dureza, los cuales hacen que el agua sea dura y sodio. Los
aniones de carga negativa incluyen alcalinidad, sulfato, cloruro, y
silicio. Las resinas de intercambio inico son particularmente
adecuadas para la eliminacin de estas impurezas por varias razones:
las resinas poseen una alta capacidad para los iones que se
encuentran en bajas concentraciones, las resinas son estables y se
regeneran fcilmente, los efectos de la temperatura son en su mayora
insignificantes, y el proceso es excelente tanto para grandes como
pequeas instalaciones, por ejemplo, desde suavizadores de agua para
el hogar hasta grandes instalaciones de servicios.
TIPOS DE RESINAS DE INTERCAMBIO INICO
RESINAS DE CIDO FUERTE: Las resinas catinicas fuertemente acdas
derivan su funcionalidad de los grupos cidos sulfnicos. Estos
intercambiadores catinicos de cido fuerte funcionan a cualquier
nivel de pH, dividen todas las sales, y requieren una cantidad
sustancial de regenerante. Esta es la resina que se escoge para
casi todas las aplicaciones de suavizado y como primera unidad en
un desmineralizador de dos lechos, o como componente catinico de un
lecho mixto.
RESINAS DE BASE FUERTE: Las resinas aninicas de basicidad fuerte
derivan su funcionalidad de los sitios de intercambio de amonio
cuaternario. Los dos grupos principales de resinas aninicas de base
fuerte son las de Tipo 1 y Tipo 2, dependiendo del tipo de amina
que se utiliza durante el proceso de activacin qumica. Qumicamente,
los dos tipos difieren en el tipo de especie de sitios de
intercambio de amonio cuaternario que exhiben: los sitios de Tipo
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
tienen tres grupos de metilo; en los de Tipo 2, un grupo de
etanol reemplaza a uno de los grupos de metilo.
REGENERACION DE RESINAS
Regeneracin de resinas de intercambio catinico: cuando
cualquiera de las resinas de intercambio catinico dbiles o fuertes
ya no tienen iones hidrgeno para intercambiar, a estas resinas se
les regenera haciendo pasar una solucin de cido (normalmente cido
sulfrico), producindose las siguientes reacciones:
R-Ca + H2SO4----- CaSO4 +R-2H (resina regenerada)
R-Mg + H2SO4------MgSO4 +R-2H (resina regenerada)
R-2Na+ H2SO4------Na2SO4 +R-2H (resina regenerada)
R-2K + H2SO4----- K2SO4 +R-2H (resina regenerada)
La regeneracin se realiza normalmente en serie y la solucin de
cido sulfrico atraviesa sucesivamente la resina fuertemente cida y
la resina dbilmente cida. El exceso de cido proveniente de la
regeneracin de la resina fuertemente cida es suficiente para
regenerar completamente la resina dbilmente cida.
Regeneracin de resinas de intercambio aninico: una vez que las
resinas de intercambio aninico dbilmente y fuertemente bsicas no
tienen ms iones OH- que intercambiar con los aniones del agua,
estas deben ser regeneradas. Su capacidad de intercambio les es
devuelta haciendo pasar una solucin de base fuerte (generalmente se
emplea hidrxido de sodio), la cual atraviesa primero el
intercambiador de las resinas aninicas de base fuerte y luego el
intercambiador de las resinas aninicas de base dbil. El exceso de
soda proveniente de la regeneracin de las resinas aninicas de base
fuerte es
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
suficiente para regenerar completamente las resinas aninicas de
base dbil. Se producirn las siguientes reacciones:
R-2Cl +2NaOH-----R 2OH +2NaCl
R-2NO3 +2NaOH-----R 2OH +2NaNO3
R-SO4 +2NaOH-----R 2OH +Na2SO4
R-CO3 +2NaOH----- R 2OH +Na2CO3
R-SiO3 +2NaOH----- R 2OH +Na2SiO3
ABLANDAMIENTO DEL AGUA POR ZEOLITAS
Este mtodo sirve para eliminar dureza del agua y los
constituyentes formadores de incrustaciones pero no reduce la
cantidad total de slidos disueltos, puesto que se forman carbonato
y sulfato de sodio equivalentes a las sales productoras de dureza
eliminadas.
La palabra zeolita se aplica a un grupo de minerales que son
esencialmente silicatos hidratados de aluminio, calcio, sodio,
potasio o hierro. Las zeolitas que se utilizan para el
ablandamiento de aguas son las de silicatos de aluminio y sodio,
tanto naturales (natrolita y analcina) como sintticas que tienen la
propiedad de poder cambiar sus bases. Los iones aluminio y potasio
sustituyen al ion silicio. El ion aluminio toma el lugar del ion
silicio en el centro de un tetraedro del ion silicato y el ion
potasio (que es monovalente) se coloca en algn lugar cercano en un
orificio de la estructura cristalina. La natrolita, Na2
(Al2Si3O10)2.H2O, y las zeolitas sintticas se caracterizan por
tener una estructura porosa a travs de la cual puede pasar la
molcula de agua con relativa facilidad.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
La zeolita natural se obtiene a partir de la glauconita que es
un silicato amorfo hidratado de fierro y potasio que casi siempre
contiene calcio y magnesio. Las zeolitas naturales no son muy
reactivas comnmente pero son ms estables que las sintticas.
Cuando el agua que contiene disueltas las sales de calcio o de
magnesio pasa lentamente a travs de un lecho de zeolita de sodio
insoluble triturada, los iones de calcio y de magnesio en
solucin tienden a ser atrados por el mineral, y los iones
potasio o sodio se desprenden de la zeolita y se intercambian por
el ion calcio o el ion magnesio. A este proceso se le conoce como
intercambio inico. De esta manera la zeolita de sodio se convierte,
gradualmente, en una zeolita insoluble de calcio y magnesio,
mientras que el agua contiene los iones sodio en cantidad
equivalente a los iones de calcio y magnesio que han sido
eliminados.
Entre las resinas de intercambio inico est la polimerizacin
fenol-formaldehdo en la que el cido fenolsulfnico sustituye parte
del fenol. El polmero resultante contiene grupos cido sulfnico
(SO3H-) a lo largo de la cadena y puede actuar como resina de
intercambio inico. Utilizndola junto con una resina que intercambie
iones OH- por iones negativos tales como los cloruros, carbonatos y
bromuros se pueden eliminar sales del agua. El intercambiador de
iones H+ elimina a los iones como los de sodio, potasio, magnesio,
calcio, fierro y libera iones hidrgeno en el agua, mientras que el
otro elimina los iones como cloruros, sulfatos y carbonatos.
Las resinas sintticas del tipo fenol-formaldehdo pueden absorber
cationes de las soluciones acuosas diluidas y tener propiedades
cambiadoras de hidrxidos. Las resinas ms eficaces de este tipo se
preparan condensando fenoles polihdricos, tales como el resorcinol,
pirogalol, cido tnico, cido glico con formaldehdo. Su actividad se
incrementa calentando el fenol con sulfato de sodio acuoso durante
varias horas antes de la condensacin.
Las resinas sintticas bsicas preparadas a partir de la
m-fenilendiamina y compuestos similares pueden absorber aniones
como el ion cloruro despus de activarlas por tratamiento con
lcalis. Con el empleo consecutivo de estos dos tipos de
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA resinas puede eliminarse
del agua tanto los radicales alcalinos como los cidos e incluso el
agua de mar puede purificarse casi como si fuera agua
destilada.
La zeocarb es una sustancia de este tipo y se obtiene tratando
carbn o lignito con cido sulfrico fumante, cido clorosulfnico o
anhdrido sulfrico. Presenta propiedades como las de las zeolitas de
intercambio normal de lcalis, y el ion hidrgeno de la resina puede
intercambiarse por otros cationes, de tal manera que los slidos
totales se pueden eliminar del agua. La regeneracin de estas
sustancias y de las resinas sintticas se completa por tratamiento
con salmuera y cido sulfrico.
La zeolita inactiva puede regenerarse lavando el lecho con una
solucin concentrada de cloruro de sodio. De esta manera la zeolita
puede volverse a utilizar para eliminar los iones de calcio y
magnesio. La zeolita puede utilizarse casi indefinidamente
alternando el uso y la regeneracin con la solucin de cloruro de
sodio y el lavado. Siempre hay que reponer una cierta cantidad de
zeolita ya que se desintegra cierta cantidad, especialmente si se
utiliza agua caliente o si se deja que la zeolita se agote
demasiado antes de la regeneracin.
3. MATERIALES:
Pipeta. Vaso colector. Bombilla. Probetas. Bureta. Soporte.
Algodn
COMPUESTOS:
Resina Catinica ( R-(COO)2-Na2+ ) Solucin Buffer. (NH3CO2)
Indicador Negro de Eriocromo. Agua dura (Cao)
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
4. PROCEDIMIENTO:
Se prepara cuidadosamente la columna de intercambio en la bureta
bien limpia, introduciendo primero un pedazo de algodn,
seguidamente de la Resina Catinica (5ml) la cual es acomodada de
tal modo que no sobren espacios entre el algodn y la resina.
Agregamos agua de cao sobre la bureta y graduamos su llave de
tal modo que el lquido fluya a razn de 2 gotas por segundo.
En seguida analizamos parte del agua acumulada en el vaso
colector, para ello le agregamos gotas de solucin Buffer y gotas de
Indicador negro de Ericromo, segn las proporciones:
Sol. Buffer Ind. Negro Ericromo Vol. agua blanda analizada
20 gotas 6 gotas 50 ml
Finalmente analizamos los resultados, despus de agregar el
buffer y el negro de ericromo, segn:
AGUA BLANDA: Coloracin Azul
AGUA DURA : Coloracin Roja
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
5. PARTE EXPERIMENTAL Mtodo cuantitativo de aguas duras:
V muestra EDTA=20 ml V muestra EDTA=20 ml V gastado EDTA=2.1ml V
gastado EDTA = 13 ml D=1000 .f.VG D=1000 .f.VG VM VM f=1 f=1
D=1000x1x2.1/20 D=1000x1x13/20 D = 105 p.pm D= 650 p.p.m
Agua medianamente dura Agua muy dura
EDTA EDTA
AGUA BLANDA (MUESTRA DEL LABORATORIO) +NET+SOLUCION BUFER
AGUA DURA (CAO) +NET+SOLUCION BUFER
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA Para lograr el
ablandamiento del agua hay que eliminar los iones de calcio (Ca2+)
y magnesio (Mg2+) que causan la dureza del agua; para lo cual se
utilizar la tecnologa del intercambio inico.
R (COO)-2Na+2 + Ca2+ R (COO)-2Ca2+ + Na+
Resina catinica agua dura agua blanda
Clculo terico del rendimiento de la resina:
1 pie3 Resina 5 m3 agua blanda
28.32 l Resina 5000 l agua blanda
5 ml Resina a ml agua blanda
Resolviendo: a = (5 x 5000) / 28.32 = 882.8 ml
Cantidad obtenida en laboratorio: 560 ml
Clculo del rendimiento de la experiencia:
% rend = (560 / 882.8) x 100 = 63.4%
Luego de haber saturado por completo la resina, con partculas de
calcio y magnesio, se somete a la resina a un tratamiento con NaCl
para regenerarla.
20 Lb NaCl 5% 1 pie3 resina
1 Lb NaCl 28320 ml resina
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA mNaCl 5 ml resina
Resolviendo: mNaCl = (5 x 1) / 28320 = 1.8 x 10-4 Lb = 0.09
gr
Lo que representa 1.8 gr de NaCl al 5%
6. CONCLUSIONES:
A mayor dureza mayor EDTA es consumido.
El agua desionizada y destilada son aguas blandas.
El agua de cao es agua muy dura.
En la experiencia se observa que la cantidad de sales minerales
que posee el agua, influyen a su composicin, lo que hace que se
divida en aguas duras y blandas.
A travs del jabn se puede comprobar si un agua es del tipo dura
o blanda, debido a la formacin de espuma, si se genera mucha espuma
se dice que es un agua blanda, y si se observa lo opuesto por ende,
el agua es dura.
Determinacin de la dureza es una prueba analtica que proporciona
una medida de la calidad del agua potable para uso domstico e
industrial.
7. RECOMENDACIONES:
Lavar bien los recipientes, pues un poco de suciedad en los
recipientes usados con
otras muestras transformara el agua blanda en dura. Realizar la
titulacin con mucha precisin, para que el volumen del EDTA, no
se
vea alterado y el clculo de la dureza del agua afectado. En el
punto final, la solucin suele ser de color azul. Se recomienda
utilizar luz
natural o una lmpara fluorescente, ya que las lmparas de
incandescencia tienden a producir un matiz rojizo en el color azul
del punto final.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
8. APLICACIN A LA ESPECIALIDAD: Para determinar la dureza en
aguas para consumo humano, subterrneas y
superficiales. El agua dura tambin influye en la preparacin de
los alimentos, particularmente
en la coccin de legumbres ya que el calcio y el magnesio
reaccionan con un constituyente de las mismas, formando un
compuesto insoluble que retarda el proceso de coccin, con el
consiguiente gasto de energa calorfica que ello representa.
Las tuberas por las que circula agua dura, caliente o fra, se
van obstruyendo con
la consiguiente disminucin de su seccin til. En el caso de
instalaciones de bombeo se necesitan mayores potencias para obtener
las mismas condiciones inciales de caudal y presin. La formacin de
incrustacin llega a taponar totalmente las conducciones
9. CUESTIONARIO
1.- EXPLIQUE DETALLADAMENTE EL CICLO HDRICO
El ciclo hidrolgico como una serie de reservas, o reas de
almacenamiento, y una serie de procesos que causan que el agua se
mueva entre estas reservas. Las reservas ms grandes, de lejos, son
los ocanos, que contienen aproximadamente un 97% del agua de la
Tierra. El 3% restante es el agua dulce, tan importante para
nuestra sobre vivencia. De sta, aproximadamente 78% est almacenada
en la Antrtica y en Groenlandia. Aproximadamente 21% de agua dulce
en la Tierra es agua almacenada en sedimentos y rocas debajo de la
superficie de la tierra. El agua dulce que vemos en los ros,
arroyos, lagos y en la lluvia constituye menos del 1% del agua
dulce de la Tierra y menos que el 0.1% de toda el agua de la
Tierra.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
El ciclo hidrolgico. Las flechas indican el volumen del agua que
viaja de una reserva a otra.
El ocano y la atmsfera
El agua se mueve constantemente de una reserva a otra a travs
del proceso de evaporacin, condensacin, y precipitacin. La fuerza
motriz del ciclo hidrolgico es el sol, que provee la energa
necesaria para la evaporacin, de igual manera que la llama del gas
de la cocina provee la energa necesaria para hervir agua y crear
vapor. El agua cambia de un estado lquido a un estado gaseoso
cuando se evapora de los ocanos, lagos, arroyos, y suelo de la
tierra.
Puesto que los ocanos constituyen la reserva mayor del agua
lquida, es ah donde ocurre casi toda la evaporacin. La cantidad de
agua en forma de vapor en el aire vara inmensamente de un momento a
otro y de un lugar a otro. Estas variaciones son conocidas como
humedad.
La presencia del agua en forma de vapor en la atmsfera es uno de
los factores que hace que la Tierra sea un lugar habitable para
nosotros. En 1859, el naturalista Irlands John Tyndall, empez a
estudiar las propiedades termales de los gases en la atmsfera de la
Tierra. Encontr que algunos gases, como el dixido de carbn (CO2) y
el agua en forma de vapor, atrapaban el calor en la atmsfera (una
propiedad comnmente llamada efecto invernadero), mientras que otros
gases como el nitrgeno (N2) y el argn (Ar) le permitan al calor
escapar al espacio. La presencia del agua en la atmsfera ayuda a
mantener la temperatura del aire en la superficie de la tierra
entre -40 C a 55 C. Las temperaturas en los planetas sin agua en
forma de vapor en la atmsfera, como Marte, se mantienen tan bajas
como -100 C.
Una vez que el agua en forma de vapor est en el aire, circula en
la atmsfera. Cuando un paquete de aire se eleva y se enfra, el agua
en forma de vapor se condensa y se convierte en agua lquida
alrededor de partculas parecidas al polvo, llamadas condensacin
nuclica. Inicialmente estas gotas de condensacin son mucho ms
pequeas que las gotas de lluvia y no son suficientemente pesadas
como para formar una precipitacin. Estas pequeas gotas de agua
crean nubes. A medida que las gotas continan circulando dentro de
las nubes, se unen y forman gotas ms grandes que eventualmente sern
suficientemente pesadas para caer como lluvia, nieve o granizo. A
pesar de que la cantidad de la precipitacin vara en gran medida en
diferentes lugares de la Tierra, la evaporacin y la precipitacin
estn globalmente balanceadas. En otras palabras, si la evaporacin
aumenta, la precipitacin tambin aumenta. El aumento de la
temperatura global es un factor
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA que podra causar un aumento
global en la evaporacin de los ocanos mundiales, lo cual causara
una precipitacin total mayor.
Puesto que los ocanos cubren alrededor de 70% de la superficie
de la tierra, la mayor parte de la precipitacin cae de nuevo al
ocano y el ciclo empieza otra vez.
Una porcin de la precipitacin cae sobre el suelo, sin embargo, y
toma uno de varios caminos del ciclo hidrolgico. Un poco de agua va
para el suelo y las plantas, otro poco corre hacia los arroyos y
lagos, otro poco se filtra en la reserva de agua del suelo
terrestre, y otro poco cae en los glaciares y se acumula en forma
de hielo.
El ciclo hidrolgico en el suelo terrestre
La cantidad de precipitacin que se absorbe en el suelo depende
de varios factores: la cantidad y la intensidad de la precipitacin,
la condicin anterior del suelo, la inclinacin del paisaje, y la
presencia de vegetacin. Estos factores pueden a veces interactuar
de manera sorprendente. As, muchas veces, una intensa lluvia en un
suelo muy rido, tpico del desierto del sudoeste Norteamericano no
se absorbe en el suelo y crea inundaciones instantneas. De esta
manera, el agua que no se absorbe est disponible a las plantas. En
un proceso llamado transpiracin, las plantas, a travs de sus races,
toman el agua que sube a travs de sus diferentes partes y se
evapora de la superficie de las hojas. El agua que se absorbe en el
suelo tambin puede seguir absorbindose a travs del suelo hacia unas
reservas terrestres llamadas acuferos. De manera errnea, se
visualiza a los acuferos como unos lagos subterrneos. En realidad,
de lo se trata es de que el agua del suelo terrestre llena los
espacios porosos entre los sedimentos o rocas.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
El agua en el suelo terrestre existe debajo del manto de agua,
que divide el suelo, las rocas y los sedimentos no saturados de los
saturados.
El agua que no penetra en el suelo se une y viaja a travs de la
superficie hasta desembocar en los arroyos y ros que, a su vez ,
desembocan en el ocano. La precipitacin en forma de nieve en las
regiones glaciares toma una ruta diferente en el ciclo hidrolgico,
acumulndose en las cimas de los glaciares y deslizndose despacio
hacia los valles.
2.- A QU SE DEBE LA DUREZA DEL AGUA?
La dureza del agua es debida a sales de calcio y magnesio. Estas
sales de sulfatos, nitratos y clorados son altamente solubles en
agua y son sin embargo componentes relativamente estables de la
dureza.
3.- QU ES DUREZA PERMANENTE?
La Cantidad en las que estn presentes LAS SALES DE SULFUROS ,
NITRATATOS es llamada dureza permanente, estas son parte de la
dureza general o GH, podemos decir por ejemplo Cloruro de Calcio,
Sulfato de Calcio, Nitrato de Calcio, Cloruro de Magnesio, Sulfato
de Magnesio y Nitrato de Magnesio, entre otros.
4.- QU ES LA DUREZA TEMPORAL?
Es la porcin de la dureza total que se elimina con la ebullicin
del agua, compuesta principalmente por iones carbonato y
bicarbonato.
5.- A QU SE DENOMINA ALCALINIDAD F, ALCALINIDAD M EN ANALISIS DE
AGUA?
Se denomina al tipo de alcalinidad que tiene las sustancias.
F = Representa la alcalinidad mostrada por la fenoltaleina.
T = Representa la alcalinidad total
M =T-F ; alcalinidad adicional mostrada por al anaranjado de
metilo solo
F = T o M=0
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA F indica hidrxido o
carbonato si hubiera carbonatos en la muestra, estos daran un
valor positivo de M, porque el punto final de la fenolftalena
ocurre cuando la mitad de
la reaccin de los carbonatos es completa. Si M = 0, no hay
entonces carbonatos
presentes, porque en este caso F es hidrxido solamente.
Condicin 2: F > T, pero menor que T, o cuando M> 0.
Desde que M>0 hay alguna alcalinidad presente debida a
carbonatos M mide de los
carbonatos; por lo tanto, los carbonatos es igual a 2 M = 2
(T-F). Pero la condicin
indica que F> T o mayor que 2 M; por lo tanto, hay alguna
alcalinidad presente por
hidrxido. La alcalinidad de hidrxido es igual a la total
alcalinidad menos la alcalinidad
debida a carbonatos T - 2 (T-F) = 2 F - T.
Condicin 3: Cuando F = T F = M
Desde que M representa la mitad de los carbonatos y desde que F
= M, entonces F
representa la otra mitad y solamente carbonatos estn presentes.
Carbonatos 2F = T.
Condicin 4: F < T (M > F)
M puede ser mayor que F, solamente cuando bicarbonatos estn
presentes en adicin
a carbonatos. Esto excluye a hidrxidos. La alcalinidad
representa por F es la mitad de
los carbonatos. Entonces 2F = Carbonatos y los bicarbonatos = T
- 2F.
Condicin 5: F = 0 y M > 0
En este caso no hay hidrxidos ni carbonatos.
Toda la alcalinidad es de bicarbonatos = T CO3 y OH
6.- A QU SE DENOMINA LAS INCRUSTACIN Y A QUE SE DEBE?
En las industrias, el agua dura no puede ser utilizada para
alimentar calderas, ya que dan origen a "incrustaciones"(costras)
en los equipos. Este problema se genera por dos causas, la
presencia de bicarbonatos solubles de calcio y magnesio, Ca(HCO3)2
y Mg(HCO3)2 y la de otras sales solubles de estos cationes, tales
como sulfato, nitratos y cloruros, CaSO4, Ca(NO3)2, CaCl2, etc.
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA Los bicarbonatos (solubles)
se transforman en carbonatos (insolubles) a la temperatura de
ebullicin del agua, produciendo la "incrustacin", segn las
siguientes ecuaciones (para el Ca).
Ca (HCO3)2 Ca2+ + 2 HCO3
A t elevada: 2 HCO3- CO32- + CO2 + H2O
Ca2+ + CO32- CaCO3 (incrustacin)
Las restantes sales solubles se concentran al evaporarse el
agua, y al alcanzar su saturacin se depositan en el interior de la
caldera contribuyendo a la formacin de la incrustacin. Por ese
motivo, es necesario someter el "agua dura" a un "ablandamiento" o
"intercambio" inico*, para eliminar los cationes Ca2+ y Mg2+ antes
de su ingreso a la caldera.
7.- SEGN SU DUREZA COMO SE CLASIFICA EL AGUA
TIPO DE AGUA DUREZA DEL AGUA (dh)
MUY BLANDA 0-4
BLANDA 4-8
ALGO DURA 8-12
BASTANTE DURA 12-18
DURA 18-30
MUY DURA >30
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LABORATORIO 8 ABLANDAMIENTO DEL AGUA 8.-DETALLAR QUE SON RESINAS
DE INTERCAMBIO INICO.
Son sustancias granuladas insolubles las cuales tienen en su
estructura molecular radicales cidos o bsicos que pueden ser
intercambiados. Los iones positivos o negativos fijados en estos
radicales sern reemplazados por iones del mismo signo en solucin en
el lquido en contacto con ellos. El intercambio inico es completado
sindeteriorizacin o solubilizacin Cambiando el nmero total de iones
en el lquido antes del intercambio. Hoy en da, las sustancias de
intercambiadores de iones son usadas casi exclusivamente sobre el
nombre de resinas. Hay dos categoras de resinas: las resinas del
tipo gel y estas otras de macroporos o de tipo de unin cruzada
suelta. Sus estructuras bsicas son prcticamente la misma: la
estructura de macromolcula es obtenida en ambos casos por
co-polimerizacin. La diferencia entre ellas reposa en sus
porosidades.
Resinas tipo Gel tienen una porosidad natural limitada entre las
distancias intermoleculares. Esta es una estructura tipo
microporo.
Resinas tipo Macroporos tienen una porosidad artificial
adicional la cual es obtenida por la adicin de sustancias diseadas
para esta proposicin.
El intercambiador es conocido como monofuncional si hay solo una
variedad de radicales y este es llamado polifuncional si la molcula
contiene varios tipos de radicales.
9.- EXPLIQUE LA FORMACION DE PRECIPITADO DEL JABON CON AGUA
DURA
El precipitado se forma por que el agua dura contiene sales de
calcio y magnesio por eso se forma precipitado.
10.-CUANDO UNA SOLUCIN DE BICARBONATO DE SODIO TIENE INDICADOR
FENOFTALEINA EL COLOR ES UN GROSELLA CLARO. SI ESTA SOLUCIN SE
HIERVE EL COLOR SE HACE ROJO INTENSO, EXPLIQUE.
Esto ocurre a la composicin de las sustancias y es porque cada
sustancia es diferente de otro, ya que al hervir esta se podr tener
otro color como el rojo intenso
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FACULTAD DE INGENIERA AMBIENTALNEGRO DE ERICROMO TEl negro de
ericromo t, tambin conocido como net, es un indicador de iones
metlicos, muy utilizado para titular diversos cationes comunes,
comportndose como un cido dbil.Los complejos metlicos del net
frecuentemente son rojos en un rango de pH entre 4 a 12, cuando est
libre en solucin en un rango de pH menor a 10 su color es rosado, a
pH igual a 10 es de color azul. SALES QUE ABLANDAN ABLANDAMIENTO
DEL AGUA POTABLE MANTENIMIENTO DE LOS ABLANDADORES ABLANDAMIENTO EN
USOS DOMSTICOS
D=1000 .f.VG D=1000 .f.VGVM VMf=1 f=1D=1000x1x2.1/20
D=1000x1x13/20D = 105 p.pm D= 650 p.p.m6. CONCLUSIONES:
Determinacin de la dureza es una prueba analtica que proporciona
una medida de la calidad del agua potable para uso domstico e
industrial.
7. RECOMENDACIONES:8. APLICACIN A LA ESPECIALIDAD: