1.- Generalidades

El sílicio es el segundo elemento más abundante del planeta y se encuentra en la mayoría de las aguas. Es el constituyente común de las rocas ígneas, el cuarzo y la arena. La sílice existe normalmente como oxido (como Si02 en la arena y como silicato Si03

= ). Puede estar en forma insoluble, soluble y coloidal. Muchas aguas naturales continenen menos de 10 mg/l de sílice, algunas pueden llegar a contener hasta 80 mg/l. Las aguas volcánicas la contienen abundancia. El análisis de la sílice en el agua de alimentación de las calderas de alta presión, es de gran importancia para evitar la formación de depósitos duros de sílice en los tubos de las calderas y en las aspas de las turbinas de vapor. Es importante conocer el contenido de la sílice en aguas de uso industrial y aguas de desecho. Los análisis de la sílice, también proporcionan un método sensitivo para el control de la operación los desmineralizadores de agua, ya que la sílice es una de las primeras impurezas que salen a través de una unidad agotada. Se puede eliminar la sílice del agua por intercambio iónico, destilación, tratamientos con cal, carbonato y magnesio. En ocasiones es usado para formar capas protectoras internas en las tuberías para inhibir la corrosión . No tiene efectos tóxicos conocidos.

1.1.- Almacenaje de la muestra

Las muestras deben ser tomadas y almacenadas en recipientes de polipropileno o polietileno de alta densidad, no se deben usar frascos de vidrio ya que este esta formado por un alto porcentaje de sílice que puede contaminar la muestra, especialmente a altas temperaturas y pH elevado.

1.2.- Campo de aplicación Este método determina unicamente la sílice soluble en el intervalo de 0.5 a 20 mg/l. Se pueden analizar concentraciones mayores, diluyendo proporcionalmente la muestra. Para la determinación de sílice total, se efectúa antes del análisis una digestión alcalina y posteriormente se continúa con el método propuesto. La silice total, también se determina por método gravimétrico.

2.- Principios

La determinación se basa en la espectrofotometría de absorción en la región visible. Su relación cuantitativa se basa en la ley de Lambert y Beer que indica, que la absorción de la radiación es proporcional a la concentración de la sílice presente.

La sílice y los fosfatos reaccionan con el ión molibdato en solución ácida ( pH= 1.2 a 1.5 ), formando un complejo de color amarillo de silicomolibdato y fosfomolibdato. Se adiciona ácido oxálico para destruir el fosfomolibdato. El silicomolibdato permanece sin cambio. Se adiciona un agente reductor (sulfito de sodio) , que reduce el silicomolibdato a un complejo color azúl que obedece la ley de Lamber y Beer,

La intensidad del color azúl se mide a 650 nanometros por medio de un espectrofotómetro.

2.1.- Interferencias

Causan interferencia los fosfatos, la turbidez y el color de ciertos iones ( Cu, Fe, Cr04=, taninos.) . El material y los reactivos contaminados pueden aumentar la cantidad de la sílice a la muestra por analizar. La turbidez y el color en caso de estar presentes, se pueden eliminar tratando la muestra con carbón activado. Evítese el uso de material de vidrio corriente y use reactivos analíticos de la más alta pureza . Es recomendable guardar todos los reactivos en frascos de plástico.

3.- Aparatos

Cualquier espectrofotómetro que pueda usarse a una longitud de onda de 650 nanometros, con celdas de de 1 cm ( Spectronic-20).

Fabricantes

4.- Material

7 matraces volumétricos de 100 ml 1 matraz volumétrico de 1 litro 2 matraces volumétricos 500 ml 1 matraz volumétrico de 250 ml 7 matraces erlenmeyer de 125 ml Celdas para espectrofotómetro de 1 cm

4.1.- Reactivos

1.- Solución Patrón de 50 ppm de Sílice ( Si02 ) Disolver 0.2367 g de Na2Si03.9H20 en agua destilada y aforar a un litro. Mézclese bién y guardese en frasco de plástico.

2.- Solución de Molibdato de Amonio al 10% Disolver 50 gr. de Heptamolibdato de amonio tetrahidratado en agua destilada y aforar a 500 ml. El reactivo se disuelve con lentitud necesitando agitación y un poco de calentamiento suave para ayudar a la disolución. Guardese en frasco de plástico.

3.- Solución de HCl 10% Disolver 50 ml de HCl con. (d=1.19 gr/ml) en 450 ml de agua destilada.Guardar en frasco de plástico.

4.- Solución de Ácido oxálico al 10 % Disolver 100 g de ácido oxálico ( C2H2O4.2H2O ) en agua destilada y aforar a 1 litro.

5.- Solución se Sulfito de Sodio Disolver 170 gr. de Na2SO3 en agua destilada y aforar a 1 litro

5.- Estandarización

Construya una curva de calibración con los siguientes puntos: 0, 2.5, 5, 10, 15 y 20 ppm de Si02 . Esta curva se prepara diluyendo en un matraz volumétrico de 100 ml la cantidad de ml de la solución patrón de 50 ppm de sílice que se anotan en la tabla y aforando con agua destilada a la marca de 100 ml

Posteriormente se añaden los reactivos a cada uno de los matraces como se menciona en el análisis de la muestra, para desarrollar la reacción de color. Se llena la celda del espectrofotómetro y se anota la lectura de la Absorbancia obtenida para cada estandar.

PPM Si02 ml de Solución Patrón Aforar a 100 ml Abs.

0 0 " 0

2.5 5 " -

5 10 " -

10 20 " -

15 30 " -

20 40 " -

Graficar la Absorbancia obtenida contra las ppm de Si02.

6.- Procedimiento

A.- BLANCO.-

• Preparar un blanco con agua destilada y reactivos, ajustar a 0 de Absorbancia.

B.- MUESTRA.-

• Colocar 50 ml de muestra en un matraz erlenmeyer de 125 ml. • Agregar 5 ml de HCl al 10 %. • Añadír 5 ml de Molibdato de amonio al 10 %. • Se agita y se deja reposar 5 min. • Se añaden 2 ml de la solución de ácido oxálico al 10 % • Se agita y se deja reposar 2 min. • Agregar 10 ml de sulfito de sodio (Na2SO3) • Se agita y se deja reposar 2 min. • Leer el % de Trasmitancia en una longuitud de onda de 650 nm

7.- Cálculos :

Determinar las ppm de Si02 por medio de la curva de calibración, después determinar por medio de la fórmula los me/l .

me/l Si02 = (ppm) (FD)

peq. de Si02 Donde : peq. del SiO2 = 15.02 g FD = Factor de dilución

8.- Precisión:

El error relativo de este método, de acuerdo a resultados interlaboratorios analizando muestras sintéticas, es de 3 %

9.- Bibliografía:

American Society for testing and Materials. Annual book of Standards 1994 Determinación de sílice soluble en agua Metodo ASTM D859/88

Standard methods for the examinatión of water and waste water publicado por la APHA. Determinación de sílice por el método del molibdosilicato Método 4500 Si-E, 1995

¿Que forma de sílice se analiza en este método?

1. La sílice insoluble.

2. La sílice coloidal.

3. La sílice en forma de silicato de calcio.

4. La silice soluble.

¿Cuáles son las principales interferencias en la determinación del sílice?

1. El calcio y el magnesio.

2. El sodio, el potasio y el manganeso.

3. Los fosfatos, la turbidez y el color.

4. No existe ninguna interferencia

1.- Generalidades

La turbidez es la expresión de la propiedad óptica de la muestra que causa que los rayos de luz sean dispersados y absorbidos en lugar de ser transmitidos en línea recta a través de la muestra.

La turbiedad en el agua puede ser causada por la presencia de partículas suspendidas y disueltas de gases, líquidos y sólidos tanto orgánicos como inorgánicos, con un ámbito de tamaños desde el coloidal hasta partículas macroscópicas, dependiendo del grado de turbulencia. En lagos la turbiedad es debida a dispersiones extremadamente finas y coloidales, en los ríos, es debido a dispersiones normales. La eliminación de la turbiedad, se lleva a cabo mediante procesos de coagulación, asentamiento y filtración. La medición de la turbiedad, en una manera rápida que nos sirve para saber cuando, como y hasta que punto debemos tratar el agua para que cumpla con la especificación requerida.

La turbiedad es de importante consideración en las aguas para abastecimiento público por tres razones:

Estética: Cualquier turbiedad en el agua para beber, produce en el consumidor un rechazo inmediato y pocos deseos de ingerirla y utilizarla en sus alimentos. Filtrabilidad: La filtración del agua se vuelve más difícil y aumenta su

costo al aumentar la turbiedad. Desinfección: Un valor alto de la turbidez, es una indicación de la probable presencia de materia orgánica y microrganismos que van a aumentar la cantidad de cloro u ozono que se utilizan para la desinfección de las aguas para abastecimiento de agua potable.

El límite máximo permisible en el agua potable es de 10 NTU (unidades de turbidez nefelométricas)

1.1.- Almacenaje de la muestra

Determine la turbidez del agua el mismo día que fué muestreada. Si esto no es posible, las muestras se pueden conservar en la obscuridad hasta por 24 horas, refrigeradas a 4 °C. Para tiempos de almacenamientos más prolongados, la muestra se puede preservar con la adición de 1 g de cloruro mercúrico por litro.( no es recomendable ) 1.2.- Campo de aplicación

Este método de prueba es aplicable para la medición de turbidez en muestras de agua de uso doméstico, industrial y residual. El intervalo de medición es de 0.05 a 40 NTU. Valores de turbidez mayores a 40 se pueden determinar, diluyendo la muestra proporcionalmente, con agua destilada.

2.- Principios

Algunos de estos instrumentos dependen de comparaciones visuales, otros utilizan una celda fotoeléctrica que miden la luz dispersada a 90 ° a la trayectoria del rayo de luz en la muestra ( nefelometría ). Dichos aparatos son los que actualmente se están usando, por su mayor precisión .

El turbidímetro de Hellige, que es el utilizado en este método es del tipo nefelométrico, se basa en el efecto de Tyndall. Se compara un rayo de luz que se hace pasar hacia arriba por la muestra, con la luz dispersada hacia arriba por las partículas suspendidas de la solución turbia, la cual es iluminada lateralmente a 90 ° .

La unidad de turbiedad, fué definida "como la obstrucción óptica de la luz, causada por una parte por millón de sílice en agua destilada",

1 unidad nefelométrica de turbiedad (NTU) = 7.5 ppm de Si02

Actualmente, la unidad utilizada es la NTU, Unidad Nefelométrica de Turdidez y que equivale a ;

1 unidad nefelométrica de turbidez (NTU) = 1 ppm de formazina estandar Los valores de turbiedad pueden variar desde cero hasta varios miles de unidades en aguas altamente turbias, consecuentemente no hay un método de determinaciones que abarque tan amplio intervalo. Existen tres métodos comunmente empleados.

a) Método del Turbidímetro Hellige. b) Método del Nefelómetro Fotoeléctrico. c) Método Turbidimétrico de Bujía de Jackson .

La unidad utilizada normalmente es la NTU ( Unidades nefelométricas de turbidez ), otras unidades que aún se usan se pueden trasformar utilizando la siguiente tabla:

Unidad JTU NTU SiO2 mg/l

JTU 1.0 19 2.5

NTU 0.053 1 0.3

SiO2 mg/l 0.4 7.5 1

2.1 Interferencias

La determinación de turbidez es aplicable a cualquier muestra de agua que este libre basuras y partículas gruesas que puedan asentarse con rapidez. Se obtienen resultados falsos por material de vidrio sucio, por la presencia de burbujas y por los efectos de vibración que puedan alterar la visibilidad en la superficie de la muestra de agua.

3.- Aparatos

Turbidímetro Hellige

Fabricantes

4.- Material

Recipientes para muestreo. Matrces de aforo de 1000, y 100 ml Pipeta volumétricas de 10 ml Probeta de 100 ml

4.1.- Reactivos

a) Agua destilada libre de turbidez

Preparada filtrando el agua a través de una membrana de 0.2 µ m b) Solución patrón de turbidez, de 400 NTU

Solución I Disuelva 1.000 g de sulfato de hidrazina ( NH2 )H2SO4 en agua destilada y afore a 100 ml . Solución II Disuelva 10.00 g de hexametilenotetramina ( CH2 )6N4 en agua destilada y afore a 100 ml .

En un matraz volumétrico de 100 ml, mezcle 5.0 ml de la solución I con 5 ml de la solución II. Deje reposar por 24 horas a una temperatura de 25 +/- 3 °C. Diluya a la marca de 100 ml con agua destilada. Esta suspensión tiene una turbidez de 400 NTU. Estas soluciones se deben preparar cada mes. Solución patrón de 40 NTU de turbidez En un matraz aforado de 100 ml, diluya 10 ml de solución patrónde 400 NTU y afore a la marca. Diluya proporcionalmente para obtener otros valores de turbidez. Esta solución se debe preparar semanalmente.

5.- Estandarización

Verifique dos o tres puntos de la tabla de calibración del turbidímetro para asegurar que las lecturas son confiables. Haga las correcciones correspondientes. 6.- Procedimiento

• Conectar el aparato a la corriente eléctrica • Agitar la muestra problema y llenar el tubo hasta 120 ml . • Prender el foco, mover la escala y observar por el visor hasta que

desaparezca el punto central negro.

• Con la lectura de la escala y con la carta de turbidez, calcular las unidades de turbidez reales.

• Verificar la confiabilidad de las lecturas con las soluciones patrón diariamente.

7.- Cálculos

Con la lectura de la escala del turbidímetro y con la carta de turbidez, calcular las unidades de turbiedad. Si se diluyo la muestra, multiplique por el factor de dilución correspondiente.

8.- Precisión:

La precisión de este método esta en estudio y aún no se cuenta con datos definitivos.

9.- Bibliografía:

American Society for testing and Materials. Annual book of Standards 1994 Determinación de turbidez en agua. Metodo ASTM D1889-88a

Determinación de turbidez en agua. Standard methods for the examinatión of water and waste water publicado por la APHA. Método 2130 A-B/1995

Creando ópalos en meses — no en millones de años

Andrew A. Snelling

Publicado originalmente en Creation Ex Nihilo 17(1):14–17, diciembre 1994 – febrero 1995.

Los ÓPALOS han fascinado a las personas por siglos. Ya en el primer siglo d.C. Roman Pliny escribió sobre los ópalos:«En ellos puede verse el fuego viviente del rubí, el púrpura glorioso de la amatista, el verde mar de la esmeralda, todos reluciendo juntos en una increíble mezcla de luces».

Marco Antonio los amaba, y se cree que asaltó a un senador para obtener uno particularmente bello. Napoleón obsequió a Josefina con «El incendio de Troya»,

un magnífico ejemplar rojo. Shakespeare los llamó «ese milagro y reina de las gemas», y la reina Victoria de Gran Bretaña hizo de los nuevos descubrimientos de la lejana Australia una necesidad de moda.

Valorados por sus vívidos matices, los renombrados y preciosos ópalos de Australia rigen el precio minorista, desde US$5 a $3.000 el quilate, según su calidad. Los ópalos más finos se han vuelto más caros que muchas otras piedras preciosas, y Australia es la responsable de prácticamente todo el abastecimiento mundial (únicamente México es otro productor importante). Coober Pedy, junto con Andamooka y Mintabie, todas en Australia del Sur, son las responsables de, aproximadamente, el 70% de la producción mundial total. Sin embargo, desde 1988 el valor de la producción de Lightning Ridge (Cerro Relámpago), en Nueva Gales del Sur, con sus famosos y calificados ópalos negros, ha dejado atrás a los campos de Australia del Sur.

Se dice que los ópalos se formaron hace millones de años (30 millones de años en Coober Pedy), aunque se cree que todas las rocas en las que estos se encuentran tienen más de 65-70 millones de años de antigüedad. Sorprendente como pueda parecer, los componentes del ópalo son materiales comunes. El agua de la tierra, arrastrando sílice diluido (similar al de los vidrios de las ventanas), pasó a través de capas de arena y gravilla, donde las partículas de sílice se depositaron en grietas. A medida que el agua se evaporaba, las partículas de sílice se «cementaban» juntas hasta formar el ópalo. La luz girando sobre el sílice produce la variedad de relucientes colores.

FÓSILES HECHOS DE ÓPALO

Aún los fósiles encontrados en las rocas que albergan a los ópalos no escapan al filtrado de las aguas subterráneas ricas en sílice. Ocasionalmente huesos, conchas marinas y vainas de semillas se encuentran fosilizadas al haberse transformado en ópalos. Quizás el ejemplo más famoso de los últimos años sea «Eric», el pleosaurio (un reptil marino), que ha sido objeto de una colecta de fondos por parte de las más destacadas organizaciones públicas para el Museo Australiano de Sidney, a fin de adquirir estos huesos opalizados de la mina Coober Pedy, que los halló en 1987. Se cree que «Eric» tiene cerca de 100 millones de años de antigüedad. La mayoría de la gente no se sorprende al oír hablar de periodos de tiempo tan largos, dada la casi universal percepción/adoctrinamiento de que los procesos geológicos son casi siempre lentos y graduales, los ópalos deben de haber necesitado mucho tiempo para formarse en la tierra.

«No es así», dice Len Cram, un científico de Lightning Ridge que obtuvo su doctorado por su investigación sobre los ópalos.

EL SECRETO DE CULTIVAR ÓPALOS

Cristiano comprometido, Len ha descubierto el secreto que le permite actualmente cultivar ópalos en frascos de vidrio, en su laboratorio revestido de madera, ¡el

proceso es solamente cuestión de semanas! (Ver: Andrew A. Snelling: «¡Cultivando ópalos – estilo australiano!», revista Creación, Vol. 12 No. 1, 1989, pp. 10-15). Los ópalos hechos por Len son tan buenos que aún los experimentados mineros de la mina Lightning Ridge no pueden diferenciarlos de los ópalos encontrados en la tierra. También los científicos de la australiana CSIRO (Organización Nacional para la Investigación Científica e Industrial-ONICI) no pueden distinguir los ópalos de Len de los ópalos naturales, aún bajo el microscopio electrónico - ¡se ven idénticos!.

No, Len no está a punto de revelar la fórmula e inundar al mundo con ópalos hechos por el hombre. Su inquietud ha sido siempre descubrir cómo se forman los ópalos, y desacreditar las teorías geológicas uniformitarianas (todo proceso geológico es lento y gradual). Él cree que los ópalos tardaron sólo unos pocos meses en formarse, dentro de las proporciones apropiadas de capas de espeso sedimento depositadas catastróficamente durante el Diluvio de Noé, y sus experimentos demuestran innegablemente que esto es factible.

Todo lo que se requiere es un electrolito (una solución química conductora de electricidad), una fuente de sílice y agua y algo de alúmina y feldespato. El ingrediente básico en la receta de Len es un químico llamado tetraetilosilicato (TEOS, abreviado) que es una molécula orgánica que contiene sílice. La cantidad de alúmina que se transforma en óxido de aluminio determina la dureza del ópalo.El proceso de formación del ópalo es un intercambio de iones, un proceso químico que implica la construcción de la estructura del ópalo ion por ion (un ion es un átomo cargado de electricidad o un grupo de átomos [molécula]). El proceso comienza en un punto y se expande hasta que todos los ingredientes críticos, en este caso el electrolito, son utilizados. En cuestión de semanas desde esta formación inicial, los nuevos ópalos en formación tienen hermosos diseños de colores, pero todavía tienen mucha agua dentro. Lentamente, a través de los meses, tienen lugar cambios químicos adicionales, y el gel de sílice se consolida a medida que el agua es «exprimida» fuera.

Len ahora puede «cultivar» ópalos en el polvo natural de ópalo de Lightning Ridge, la gravilla arenosa dentro de la cual los ópalos naturales se encuentran. Una vez que el electrolito se mezcla dentro del polvo de ópalo, el color comienza a formarse en los siguientes 4 o 6 días. Hay vetas de ópalo creciendo actualmente, idénticos en tamaño y forma a los hallados en la tierra, algunos coloridos y otros no, en un proceso que dura alrededor de tres meses. Por lo tanto, la veta de ópalo no es necesariamente un depósito sedimentario en grietas previamente existentes en el polvo o barro de ópalo. Mas bien, la reacción química que «crea» al ópalo hace la veta del polvo de ópalo mismo, donde no existía previamente ninguna grieta o veta. Len dice que este logro es «primicia mundial», y que la viscosidad juega, evidentemente, un papel muy importante en este crucial proceso de intercambio de iones.

LOS ÓPALOS RÁPIDOS CONCUERDAN CON LA ESCALA DE TIEMPO BÍBLICA

Los experimentos de Len no sólo proveen una explicación de cómo se forman los ópalos, sino que los cortos periodos de tiempo (cuestión de años) son consistentes con el marco bíblico y puede realmente dar una explicación para las observaciones de campo de los ópalos naturales en las rocas que los albergan. Además, esto significa que estos cortos periodos de tiempo también son aplicables al proceso de fosilización. Los huesos del pleosaurio «Eric» (por ejemplo) no necesitaron miles o millones de años para fosilizarse. La explicación más probable de su preservación vía la opalización es, por consiguiente, el mismo proceso de reemplazo (intercambio de iones) que Len ha demostrado tan gráficamente en sus frascos de vidrio, y esto sólo duró entre meses y años.

Por lo tanto los cuentos evolucionistas de la formación de ópalos y la fosilización lenta a través de miles y millones de años, deben ser reescritos. Puesto que los pleosaurios y otras criaturas necesitaron ser enterrados catastróficamente, para asegurar su subsecuente fosilización, las capas (o estratos) que albergan los ópalos y los huesos fosilizados tienen más explicación por su deposición catastrófica, durante el diluvio global. Los procesos químicos comenzaron entonces a formar los ópalos en las capas de rocas y a opalizar los huesos en los meses y años posteriores al diluvio.

Hoy podemos admirar y disfrutar la belleza y el fuego de estos preciosos y deslumbrantes ópalos y huesos opalizados. Pero cuando nos damos cuenta, por las investigaciones basadas en las presuposiciones creacionistas, que su formación es el resultado de un juicio catastrófico, recordamos a nuestro Creador que fue juzgado y murió para nuestro beneficio, para transformar nuevamente suciedad en belleza.

Andrew A. SnellingB.Sc.(Hans), Ph.D. (Geología)El Dr. Snelling es geólogo y ha estado involucrado en un trabajo de consulta para una compañía minera australiana y para agencias de investigación del gobierno australiano.

Fabricante: Hanna instruments

El sílice se encuentra en todas las aguas naturales en forma de minerales disueltos. Sin embargo su presencia en aplicaciones industriales causa problemas debido a incrustaciones. En particular, las turbinas de alta presión son altamente afectadas por este factor. Los sistemas de calefacción y las plantas de osmosis inversa necesitan también del control de silicio. Hanna Instruments le ofrece el HI 93705, un colorímetro que determina las concentraciones de sílice en agua en pocos y rápidos pasos.

• Mediciones fáciles in situLos procedimientos de medición han sido desarrollados para obtener lecturas precisas tanto e laboratorio como in situ. El uso de sencillos productos químicos y la medición mediante dos botones simplifican la operación.

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0.01 mg/L sobre un amplio rango.

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- Se suministran con reactivos.- Se suministran con 2 cubetas.- Pila de 9V.- Manual de instrucciones.

ESPECIFICACIONES

HI 93705Medidor de Silice

Rango 0,00 a 2,00 mg/L

Precisión ±0,03 mg/L ±3% de lectura

Resolución 0,01 mg/L

Desviación EMD Típica ±0,01 mg/L

Fuente Emisora Diodo emisor @ 890 nm

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Método

Adaptación al ASTM D859 método heteropólico azul. La reacción entre el silicio

y los reactivos provoca un tinte azul en la muestra.

PRECIO: 261,00 (I.V.A. INCLUIDO)

Unidades: Comprar

CALCULOSIS POR SILICATOS, PRESENTACIÓN DE DOS CASOS CLÍNICOS"

No por conocida, deja de ser interesante la Calculosis o Urolitiasis por Sílice. El poco interés en el estudio de este tipo de enfermedad radica, quizás, en el bajo porcentaje de presentación de casos clínicos en nuestra práctica profesional diaria, por esta razón, es considerada por algunos clínicos como un proceso extremadamente raro en perros.

El presente trabajo pretende ofrecer un panorama general de ésta enfermedad. Posterior a ello se presentan dos casos clínicos: "Coquito", un Cocker Spaniel de 12 años de edad y "Rex", un Pastor Alemán de 7 años,

cuyas coincidencias son, que, ambos presentaron Calculosis por Silicatos, pertenecen al mismo propietario y conviven juntos. Curiosamente la consecuencia de ésta patología en ellos, no radica en el alimento que consumen, como se maneja en la mayoría de las bibliografías, sino debido a otras circunstancias.

Palabras Clave: Calculosis, Urolitiasis, Silice, Patología.

"CALCULOSIS BY SILICATES, PRESENTATION OF TWO CLINICAL CASES"

Not for well-known, the Calculosis or Urolithiasis for Silica stops being interesting. The little interest in the study of this illness type resides, maybe, in the low percentage of presentation of clinical cases in our daily professional practice, for this reason, it is considered by some clinical ones as an extremely strange process in dogs.

The present document seeks to offer a general panorama of this illness. Later on, two clinical cases will be presented: "Coquito", a Cocker Spaniel 12 years old and "Rex", a German Shepherd 7 year old whose coincidences are that both presented Calculosis by Silicates, they belong to the same proprietor and they live together. Surprisingly the consequence of this pathology in them doesn't reside in the food that they consume, like it is managed in most of the bibliographies, but due to other circumstances.

Key Words: Calculosis, Urolithiasis, Silica, Pathology.

MVZ Cert. Oscar Rigoberto Díaz Aguilar

C. Linos 619, Col. Villa de las Flores

Coacalco, Estado de México

C.P. 55710

TEL: (0155) 5874-0312

pMVZ Ángel Salvador Robledo Aguilar

Av. Palomas Mz. 3 Cond. 1 Depto. 2

Col. Llano de los Báez

Ecatepec, Estado de México

C.P. 55050

TEL: (0155) 5839-8229

"CALCULOSIS POR SILICATOS, PRESENTACIÓN DE DOS CASOS CLÍNICOS"

INTRODUCCIÓN

El Sílice (SiO2) son sales que ocurren ubicuamente en el ambiente (7). Sustancia muy abundante en la naturaleza, en la tierra, gluten de maíz, ejotes (hollejos de habas de soja), algunos bulbos comestibles contaminados con tierra (1, 3, 4, 20) y materia prima para la fabricación de vidrio (3). La comida contiene varias cantidades de SiO2 ejemplos: Patatas 10.1, leche 2.1, agua de beber 7.1, el agua mineral 22.5, la cerveza 131 gamma SiO2 por gr. o cm3 (7), se ha usado médicamente durante muchos años como antiácidos y para el tratamiento de ulceras pépticas (3, 7). Normalmente cantidades pequeñas de Sílice están presentes en todos los tejidos del cuerpo (7). El Sílice se halla en las cenizas de la mayoría de los tejidos animales y las plantas. Las mayores concentraciones de Sílice generalmente ocurren en la piel, la aorta, la traquea y los tendones. Las concentraciones en estos tejidos declinan con la edad, pero la mayoría de los otros tejidos no muestran tales cambios (19). Existen pocos datos fiables sobre las necesidades de Sílice para los animales. El Sílice es tan abundante y visible en el ambiente que sería muy difícil medir cuidadosamente las cantidades de Sílice ingerido, por el mismo motivo, es difícil imaginar una deficiencia de este elemento que pudiera ocurrir bajo condiciones naturales (19).

COMPOSICIÓN MINERAL

El Sílice, existe naturalmente como óxido (SiO2 en la arena y como Silicato SiO3=) (1, 3, 7, 12, 17, 19, 21).

Puede estar en forma insoluble, soluble o coloidal, es considerado como el componente químico más común de la tierra (7) y dentro de los minerales más duros, formando parte del grupo de piedras sedimentarias (15). Un buen ejemplo de este tipo de piedra lo podemos encontrar en las ollas, en donde el agua dura ha sido hervida, son esos depósitos de capa blanca que queda en el fondo y las paredes de la misma (15).

La forma física de este tipo de cálculo, una vez formado en la vejiga, es la de una esfera con proyecciones radiales como ficha de juego de matatena "Jack Stone" (3, 5, 17, 18, 21).

ETIOLOGÍA

Algunos autores mencionan que es desconocida (16), otros afirman que se adquiere por ingestión de suelos arenosos (9), por la ingestión de alimentos con alta concentración de Sílice (2, 21). En animales que han sido medicados para úlceras pépticas por largo tiempo con antiácidos a base de Trisilicato de Magnesio (3, 7). El papel de la dieta en la Urolitiasis de Sílice ocurrido espontáneamente no ha sido determinado (18). Las partículas de este elemento (Sílice) son ingeridos con los alimentos, llegan al plasma sanguineo, donde permanecen en solución, pasan a los tejidos, y son eliminados por el riñón y el intestino (6), bajo algunas condiciones, parte del Sílice excretado por orina puede ser depositado en el riñón, la vejiga o la uretra, formando cálculos o urolitos que pueden bloquear el paso de la orina (4, 7, 19). Por extraño que parezca, los urolitos pueden ser el resultado de una infección o provocar una infección (2, 6, 14), lo que evidentemente agrava el proceso. La fermentación amoniacal de la orina por E.coli favorece la formación de trifosfatos compuestos que participan con frecuencia en la formación de los cálculos (6). La infección tambien causa células del revestimiento de la vejiga urinaria para destacar y actuar como un sitio fijando el nidus para formación de la piedra (4).

Para la formación de los cálculos urinarios es necesaria la concurrencia de varios factores. Tiene importancia, ante todo, la desproporción entre los coloides protectores y la cantidad de cristaloides presentes en la orina (2, 6, 13), así como también el grado de sobresaturación de las diversas sales, lo cual depende de la cantidad absoluta y de la reacción de la orina (6, 13).

Finalmente es necesaria la presencia de un núcleo calculoso formado generalmente por: células epiteliales, cilindros urinarios, coágulos de sangre, copos de pus y fibrina, trocitos de tejidos, tejido necrótico, rara vez cuerpos extraños, grumos bacterianos y moco (6). El núcleo puede resultar de infección local de las vías urinarias (2). En tales condiciones se produce la precipitación cristalina de determinados compuestos salinos alrededor del núcleo del cálculo, en colaboración de sustancias adhesivas coloidales de naturaleza mucosa o albuminoidea (6, 13). Una vez formado el cálculo, origina, por su acción irritativa, procesos inflamatorios en las cavidades donde aparece. Por su parte, este componente inflamatorio constituye la base orgánica para la formación de nuevos cálculos (2, 6, 13).

La relación entre la presencia de ciertas sales en la orina y la formación de cálculos urinarios se muestra en los trabajos de Sttele y Sauer, quienes lograron obtener depósitos de Sílice en los riñones de cobayos al tratarlos con altas dosis de Silicatos solubles por vía oral e intraperitoneal. Como la cantidad de Silicatos administrados a estos animales es mayor que la que reciben normalmente en la alimentación, se deduce, que pueden formarse depósitos de Silicatos cuando se administran grandes cantidades de estos en forma soluble (22).

PATOGENIA

Aún se desconocen o son mal entendidos los mecanismos patógenos implicados en la formación de urolitos en animales con cálculos de Sílice (1, 12).

En estudios realizados por Newberne y Wilson (l970) en 24 perros sabuesos mayores de seis meses de edad, divididos en tres lotes de 8 perros (4 hembras y 4 machos) cada uno, éstos fueron alimentados durante cuatro semanas, adicionando a su dieta el equivalente a 0.8 g/Kg./ día de Dióxido de Sílice con: Lote 1, Silicato de Aluminio; Lote 2, Silicato Sódico; Lote 3, Trisilicato de Magnesio. Se observaron polidipsia y poliuria en los animales cuya diera fue adicionada con Silicato Sódico y Trisilicato de Magnesio. Se realizaron Análisis Clínicos en sangre y orina en los tres lotes, obteniendo resultados dentro de los límites normales. Sin embargo al realizar la necropsia se encontraron lesiones histopatológicas características a nivel renal en todos los perros alimentados con Silicato Sódico y Trisilicato de Magnesio, excepto en uno. En los perros cuya alimentación fue adicionada con Silicato de Aluminio no se encontraron lesiones a nivel renal (7).

La LD50 probable de Trisilicato de Magnesio vía oral para el hombre se calcula encima de 15 g/Kg. Existe la duda de que si una dosis elevada ocasione que el paciente se laxe (7). Mientras que la LD50 de Silicato Sódico, vía oral se calcula entre 0.5 y 5 g/Kg. y esto puede ser debido a su alcalinidad (7).

FRECUENCIA DE LA ENFERMEDAD

Reportan que la frecuencia es relativamente rara (1, 5, 9, 17), o extremadamente rara en perros (9). En 1983, Gerald Ling reportó un caso en gato (10).

Razas predisponentes: Pastor Alemán (1, 3, 5, 9, 18) Alsaciano (16), Cobrador Dorado, Labrador, Boxer, Schnauzer enano, King Cavalier Charles Spaniel (3, 18) Cocker Spaniel (5). Edad promedio: 3 a 7 años (1, 14, 18), 3 a 10 años (3) Sexo: Machos 95% (3,16).

CASOS REPORTADOS (ANÁLISIS CUANTITATIVOS)

AUTORAÑO DE REFERENCIA

CANTIDAD DE CALCULOS ANALIZADOS

POSITIVOS SiO2

%OBSERVACIONES

Corona 2.1 ***

Douglas 410 1 ***

Gerald Ling 1981 100 6.2 ***

Gerald Ling 1983 1 En gato ***

Gerald Ling 1983 4.2 ***

Gerald Ling 1984 236 0.4 ***

Gerald Ling 1994 1300 8.9 ***

Hill’s 2 ***

Medsurg 6 **

Osborne 1981 320 1 ***

Osborne 10063 1 ***

Reino Unido 857 0.5 *

* Método de Análisis utilizado: Microscopía de Luz Polarizada, Espectroscopía Infrarroja

** Mezclado con otras piedras.

*** No se especifica el método de análisis utilizado, pudiendo ser éste: Cristalografía Óptica, Espectroscopía Infrarroja,Difracción de Rayos-X, Técnicas de Dispersión de Energía, o Microscopía de Luz Polarizada.

SIGNOS CLÍNICOS

Entre los signos clínicos que podemos encontrar en un paciente que presenta Calculosis por Silicatos tenemos: Disuria (1, 4, 8, 14), Estranguria (1, 8, 10), Polaquiuria (1, 4, 8, 10), Lamido frecuente de pene o vulva (4), Hematuria (1, 4, 8, 10, 14), Disminución en la cantidad de orina (4, 14), Orina turbia o con mal olor (1), Cistitis (14), Infección de vías urinarias (6, 8, 14) y Azotemia (8).

pH

El pH no parece influir en la precipitación de los cálculos de Sílice (16). Se ha reportado que este tipo de urolitos se forman en un pH neutro a ácido (1, 3, 5, 11).

DIAGNÓSTICO

Un buen diagnóstico se basa, en primer lugar, con la elaboración de una Historia Clínica bien aplicada (1, 3, 5, 17), seguida del Examen Físico completo del paciente (1, 5) y con el respaldo de pruebas de laboratorio y/o estudios de gabinete tales como: Examen general de orina completo (1, 3, 5), Urocultivo con antibiograma (1, 3, 5, 8, 14, 17), Perfil Bioquímico (1, 3, 5, 8), Panel Sanguíneo (1, 3, 5, 8) Rayos-X, placa simple y con medio de contraste: Cistografía y Neumocistografía. En el caso de la urolitiasis, con las radiografías abdominales se confirma la presencia, localización, densidad, tamaño y número de urolitos. La radioopacidad relativa de los urolitos por Sílice es variable, pero por lo general es radioopaco o radiodenso, de moderado a marcado (1, 3, 4, 5, 8, 12, 14, 17, 21). Otros estudios complementarios a considerar son, la Cistoscopia (8) y la Ultrasonografía (1,8). En el caso de los urolitos ya extraídos se recomienda el Análisis Cuantitativo por medio

de Espectroscopía Infrarroja, Difracción de Rayos-X, Microscopía Electrónica, Cristalografía Óptica, Técnicas de Dispersión de Energía, o Microscopía de Luz Polarizada de todas y cada una de las piedras (1, 5, 9, 10, 14, 17, 18).

PREVENCIÓN

No existe terapia preventiva (3, 11), pero podría ser de ayuda lo siguiente: Cambiar la dieta del paciente, ya que es razonablemente probable que ésta pueda ser un factor predisponerte (16). Debido a que las plantas contienen más Sílice que la carne, se recomienda una dieta a base de cárnicos (1). Evitar dieta alta en proteína vegetal y vainas de frijol de soya o ejotes (3), así como el consumo de tierra (5). Administrar dietas elaboradas y diseñadas especialmente para promover la poliuria obligatoria y polidipsia de compensación (9, 10, 11).

Proporcionar líquidos palatables (10). Asegure consumo adecuado y suficiente de agua limpia y fresca (4, 12). Se debe inducir poliuria mediante la administración de sal a la dieta (1, 3, 16, 18) a razón de 1 gramo de sal por cada 5 Kg. de peso por día (3), en base a que la ingestión de grandes cantidades de cloruro de sodio impide la formación de éstos cálculos de Silice, porque disminuye la concentración de ácido silicico en la orina y la conserva debajo de la concentración de saturación (2). Obviamente un aumento de sodio en la alimentación, aunque sea moderado, está contraindicado en los casos de insuficiencia renal o cardiaca, debido al riesgo de hipertensión que acompañan a estas enfermedades (23).

No se establecen los efectos del pH de orina en la solubilidad del Silicato, por consiguiente, ninguna recomendación puede hacerse acerca de la alteración terapéutica del pH de la orina en estos pacientes (18).

TRATAMIENTO

Disolución médica, ninguna disponible (1, 8, 11). El principal método para tratar los urolitos por Sílice es su extracción quirúrgica, mediante la técnica de Laparocistotomía (1, 3, 4, 8, 9, 11, 12, 14). Es virtualmente imposible curar la infección antes de retirar la piedra (14), por lo que es recomendable primero operar y después medicar (8), aunque se puede comenzar la terapia antibiótica previamente a la cirugía (4).

CASO CLÍNICO 1 "Coquito"

Se presenta a consulta el día 30 de diciembre de 2001, un canino macho, de raza Cocker Spaniel, de 12 años de edad con la siguiente signología: Disuria, polaquiuria, hematuria, se lame el pene constantemente, ha bajado ligeramente de peso y su apetito no ha disminuido, su alimento es a base de croquetas. Se procede al examen físico del paciente y se realiza EGO obteniendo los siguientes resultados: Glucosa -, Bilirrubina -, Cetonas trazas, Gravedad Específica 1.025, Sangre +++, pH 7, Proteínas 100 mg/dl, Urobilinógeno 1 mg/dl, Leucocitos +. En el sedimento urinario no se encontraron cristales de ningún tipo. Se envía muestra de orina para urocultivo y el resultado fue: + E. coli. Se realiza estudio radiológico simple y neumocistografía encontrando la presencia de un cálculo vesical. Se proporciona tratamiento con antibiótico y se procede a cirugía (Laparocistotomía) el día 4 de enero del 2002, extrayendo un espécimen de Urocistolito de Silicato. A la fecha el paciente no ha tenido recurrencia, más sin embargo presenta problemas propios de su edad.

Rx. Laterolateral , Neumocistografía, Urocistolito. Coquito Urocistolito de Silicato, Coquito.

CASO CLÍNICO 2 "Rex"

Se presenta a consulta el día 5 de agosto de 2004, canino macho, Pastor Alemán de 7 años de edad con la siguiente signología clínica: Hematuria ocasional desde hace 5 meses, pero con aumento progresivo en la cantidad de sangre visible en la orina, polaquiuria, ha bajado de peso, su alimentación es a base de croquetas comerciales, presenta apatía y camina arqueado, el propietario afirma haber dado con anterioridad tratamientos en casa a base de Bactrim y Vitamina K en variadas ocasiones y al encontrar algo de mejoría posponía la visita al Médico Veterinario. Se examina físicamente al paciente, obteniendo muestra para EGO, cuyo resultado fue: Glucosa -, Bilirrubina ++, Cetonas trazas, Gravedad Específica 1.025, Sangre +++, pH 7, Proteínas 300 mg/dl, Urobilinógeno 1 mg/dl, Leucocitos +. En el sedimento urinario no se encontraron cristales de ningún tipo. Se envía muestra de orina para urocultivo y el resultado obtenido fue + E. coli. Se continúa con los estudios radiológicos con placa simple y medio de contraste (Neumocistografía), observando en ambas placas, la silueta de 2 cuerpos radioopacos a nivel de la vejiga, de aproximadamente 1.8 cm. cada uno. Se habla con el propietario, quien autoriza la cirugía. Se obtienen por medio de Laparocistotomía, un par de urolitos de aspecto esferoidal con ligeras proyecciones radiales en forma de pequeñas protuberancias. Se envía el paciente a casa con tratamiento de antibioterapia y los especimenes se mandan a analizar. Los resultados confirman la composición mineral de las piedras: Urolitos de Sílice.

Rx. Laterolateral, Neumocistografía, Urocistolitos, Rex. Urocistolitos de Silicato, Rex.

Curiosamente, la coincidencia de estos dos casos clínicos es que pertenecen al mismo propietario y viven en la misma casa, pero la alimentación de ambos perros es distinta en cuanto a la marca del alimento. Algo muy importante de mencionar es que toman agua de la llave. Con este dato y similitud sintomatológica en los casos clínicos se optó por realizar un análisis de la calidad del agua que consumen. Para la realización de este análisis las muestras son tomadas y almacenadas en recipientes de polipropileno o polietileno de alta densidad, no se deben usar frascos de vidrio, ya que este está formado por un alto porcentaje de Sílice que puede contaminar la muestra, especialmente a altas temperaturas y pH elevado. Como resultado se obtuvo, que el agua que consumen contiene una gran cantidad de Silice, 68mg/l, según los métodos ASTM D859/88 "Determinación de Sílice soluble en agua" y 4500 Si-E "Determinación de Sílice por el método del Molibdosilicato".

Según estudios científicos, las aguas con más alta concentración de Silice, se encuentran en las aguas de pozo en el centro del País (México), en los Estados de México, Hidalgo, Querétaro, Aguascalientes, Guanajuato, San Luis Potosí y Morelos principalmente (24). En el caso de los pacientes referidos, Coquito y Rex, viven en el Estado de México.

En las circunstancias descritas, la alta concentración de Silice en el agua de bebida, así como las condiciones especiales del suelo, favorecieron a la formación de cálculos urinarios de Silice en ambos pacientes.

La solución a este problema es eliminar el Sílice del agua por: Intercambio iónico, destilación, tratamientos con Cal, Carbonato y Magnesio, o cambiar definitivamente por otro tipo de agua para su consumo.

Por la forma de los cálculos obtenidos quirúrgicamente, la incógnita que surge es: ¿Por qué, en el primer caso, el cálculo extraído tiene la forma característica de "Jack Stone" (matatena) y los cálculos del segundo caso no? La respuesta es que, al haber dos urolitos en el mismo espacio, existe un roce o fricción constante entre ambos al momento del vaciamiento de la vejiga por micción, no permitiendo esto la formación de las proyecciones radiales propias y características de los cálculos de Silice.

CONCLUSIONES

En relación a la Urolitiasis por Silice es sorprendente afirmar que, a pesar de haber mejorado en los últimos años el nivel de formación sanitaria de los propietarios de perros, a pesar de existir en el mercado dietas cada vez más específicas y, a pesar de disponer en nuestras clínicas de medios eficaces de diagnóstico no invasivos, la intervención quirúrgica, al respecto de ésta patología es el tratamiento de primera y al parecer única elección.

Es importante conocer, mediante Análisis Químicos, el contenido de Sílice en el agua que ingieren los animales que presentan Urolitiasis por Silicatos.

No por ser uno de los cálculos de menor incidencia, se le debe restar importancia a su estudio, aún queda mucho por investigar con respecto a la Calculosis por Silicatos.

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EL PUNTO DE USO TIENE UN LUGAR EN LA PRODUCCIÓN DE AGUA ULTRAPURA

LAS INDUSTRIAS FARMACEUTICAS Y DE SEMICONDUCTORES, USAN OSMOSIS INVERSA Y DESMINERALIZACION COMO TRATAMIENTO.

Las industrias farmacéuticas y de semiconductores se apoyan fuertemente en tecnología de punto de uso, incluyendo la ósmosis inversa y los desmineralizadores, para abastecer de agua ultrapura para el proceso de manufactura. Para ayudar a éstos clientes de la industria en el diseño de sus sistemas, los profesionales de la industria del tratamiento de agua deben comprender las necesidades básicas de calidad de agua de este tipo de industrias y como se han desarrollado.

El agua ultrapura se juzga a través de diversos parámetros físicos y contaminantes claves, en los que algunos son medidos en rangos de partes por trillón. Los requerimientos de pureza varían de sitio en sitio de cliente a cliente el costo del tratamiento de agua aumenta cuando las necesidades de calidad de agua aumentan.

Algunas de las consideraciones de la calidad del agua ultrapura incluyen lo siguiente:

COMPUESTOS ORGANICOS TOTALES

(TOC). Las fuentes de TOC incluyen microorganismos, ácidos húmicos, productos de resina de intercambio iónico que se pierde y se descompone y algunos plásticos.

RESISTIVIDAD. El recíproco de la conductividad, la resistividad mide la contaminación iónica, y frecuentemente se mide en línea con un resistivímetro. La resistividad de un agua teóricamente pura es de 18.26 megaohms por centímetro 25°C.

Al aumentar la contaminación iónica la resistividad disminuye.

PARTICULAS. Éstas incluyen cualquier coloide o sustancia suspendida en el agua. La industria de semiconductores considera a las partículas extremadamente dañinas ya que se pueden depositar y causar algún defecto.

MICROORGANISMOS. Estos pueden vivir y crecer hasta en agua ultrapura aunque el flujo turbulento minimiza la contaminación por bacterias, el agua que esta cerca de la superficie de los tanques, tuberías y filtros pueden ser un medio de cultivo. Los nutrientes y las bacterias pueden acumularse en las superficies y formar colonias; las bacterias pueden después emigrar para contaminar otras partes del sistema de agua ultrapura, que puede ser: difícil de Limpiar una vez que han sido contaminados.

SILICE. Ésta existe en estado disuelto y en estado de partícula en el agua, y puede entrar en el agua ultrapura desde la alimentación de agua cruda o de un flujo de recirculación después de contactar yacimientos de sílice. Los niveles de sílice pueden reducirse por medio de membranas de filtración y de resinas de intercambio aniónicas. Es muy dañina para los aparatos semiconductores ya que puede ocasionar aditamentos irregulares si se deposita en ellos. Esto es aparente durante el procedimiento térmico del sistema.

GASES DISUELTOS Estos son de preocupación más reciente en los sistemas de agua ultrapura. Entre los contaminantes más importantes está el oxigeno y el bióxido de carbono debido a que el oxigeno es un agente oxidante ayudara a oxidar contaminantes orgánicos a CO2 se necesita más

trabajo para determinar los niveles de oxigeno que se necesitan para ayudar a remover orgánicos, y además minimizar la contaminación de oxígeno en el punto de uso.

El agua que se usa en farmacéutica debe cumplir con las especificaciones de la Pharmacopeia (USP) que publica nuevos estándares para agua purificada y para agua inyectable (WFT) en 1995. La nueva USP 23 se enfoca en los contaminantes de mayor importancia en agua de grado farmacéutico como son:

Conductividad Con la USP 23, la medición de conductividad en línea se reemplazan las pruebas químicas como las de sulfatos, cloruros, amoniaco, calcio y CO2. El nuevo estándar es de 1.3 microsiemens por centímetro.

Carbono orgánico total. Los instrumentos en línea de medición de TOC, proveen una medida de la contaminación orgánica y éstos reemplazan las pruebas de sustancias oxidables. El estándar se fijo en 500 partes por billón máximo.

Bacterias y pirógnos (sustancias productoras de fiebre) El agua de grado USP ahora tiene el limite de 100 unidades formadoras de colonias por mililitro (cfu/ml) Las especificaciones de la WFI son aún más estrictas, requiriendo 10 cfu/100 ml y menos de 0.25 unidades de endotoxinas por milímetro (EU/ml) Para los sistemas existentes el cumplimiento de éstas normas pueden ser simplemente mejorar el sistema o rediseñar todo el sistema y sus componentes.

EL TRATAMIENTO DE PUNTO DE USO TIENE UN OBJETIVO

La osmosis inversa, la microfiltración y la ultrafiltracion tienen membranas semipermeables que inhiben físicamente o rechazan el flujo., de ciertos contaminantes. Las membranas no solo capturan algunas partículas sino que también las comparte.

La ósmosis inversa es una técnica de separación particularmente valiosa ya que puede remover hasta el 98% de iones disueltos, además de partículas, orgánicos, bacterias y pirógneos. La ósmosis inversa frecuentemente se usa como un preparamiento de una desmineralización secundaria, ya sea desmineralización continua, segundo paso de ósmosis inversa o intercambio iónico.

Las membranas deben seleccionarse de acuerdo a los tipos y concentraciones de los contaminantes que se quiere remover, y de acuerdo a sus compatibilidad con los limpiadores químicos.

Por ejemplo, las membranas de acetato de celulosa, generalmente toleran el cloro mejor, pero tiene un porcentaje de rechazo bajo. La membrana de poliamida de capa delgada tiene porcentajes de rechazo mucho mas alto pero son más sensibles a la degradación química particularmente de los compuestos químicos que contienen cloro.

La electrodesmineralización continua usa una combinación de resinas de intercambio iónico y membranas y corriente directa para desmineralizar el agua sin necesidad de químicos de regeneración.

En intercambio iónico, las cuentas poliméricas de resina de intercambio iónico están estructuradas químicamente para dar grupos funcionales con cargas negativas o positivas que atraen y retienen ciertos contaminantes del agua. La tecnología de desmineralización convencional puede remover inorgánicos disueltos, tales como, minerales y sales y algunos orgánicos disueltos. No remueven coloides, ni partículas, ni bacterias ni pirógenos.

La resina catiónica remueve iones de carga positiva como cl calcio, el magnesio y el sodio, y los reemplaza con hidrógenos. Las resinas., aniónicas remueven iones de carga negativa como cloruros, nitratos y sílice y los reemplaza con hidróxidos. Los iones de hidrógeno e hidróxido se unen después formando moléculas de agua.

En los equipos mixtos de intercambio iónico, el agua pasa a través del tanque conteniendo una mezcla de resina catiónica y aniónica. Los sistemas, mixtos pueden producir muy alta calidad de agua con resistividades de 18.2 megaohms por centímetro

Con el transcurso de tiempo, las resinas se saturan con contaminantes y son menos efectivas para tratar el agua. También, el agua de alta calidad que pasa por éstas resinas saturadas pueden traer trazas de contaminantes por efecto de cromarografia, causando una disminución en la calidad del agua.

La electrodesmineralización continua remueve materiales iónicos v disueltos como sales, ácidos y bases también puede remover materiales debidamente ionizados como la sílice disuelta, el bióxido de carbono y algunos orgánicos. Los contaminantes muy grandes como para pasar a través de la membrana de intercambio iónico son removidas

Ambas desmineralizaciones requieren de agua pretratada para prevenir la formación de incrustación y taponamiento por partículas y coloides.

El pretratamiento se requiere, también, para reducir los niveles de cloro libre y de contaminantes orgánicos. El tipo de pretratamiento requerido se determina por los requerimientos de la calidad de agua producida. Para la mayoría de las necesidades de agua ultrapura, los sistemas frecuentemente usan ósmosis inversa y otros procesos de pretratamiento.

COMPUESTO USP22 USP23 PH 5 A 7 Sin cambio Cloruros 0.6 Eliminado** Sulfatos 1.0* Eliminado**** Amoniaco 0.03** Eliminado** Calcio 1.0* Eliminado** Bióxido de carbono 5.0* Eliminado** Metales pesados 0.1 COMO Cu2 Eliminado** Substancias oxidables Pasar la prueba de permanganato de la USP Eliminado** Sólidos totales (mg/l) 10.0 Eliminado** TOC 500 partes por billón**** Conductividad 1.3 us/cm a 25° C Bacterias (guías solamente) Purificada (dfu/ml) 100** 100 WFI (cfu/100m.) 50 10 Endotoxinas Purificada (cfu/ml) No especifica Sin cambio WFI 0.25 Sin cambio

* Los valores numéricos son interpretaciones de procedimientos listados en los estándares de la Pharmacopeia XXI** Reemplazado por medición de conductividad

*** Reemplazado por medición de TOC**** O haber pasado la prueba de permanganato para substancias oxidables

Introducción

El agua se encuentra en la naturaleza y va acompañada de diversas sales y gases en disolución.

Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensión", esto lo constituyen los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento.

Es importante destacar que es necesario añadir a las descriptas, los residuos que las industrias lanzan a los cursos fluviales procedentes de distintos procesos de producción.

Constituyen los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, las sales minerales, los gases disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque ésta también suele aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides.

Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes en:

Aguas DurasImportante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco solubles, principales responsables de la formación de depósitos e incrustaciones.

Aguas BlandasSu composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad.

Aguas NeutrasComponen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor de pH.

Aguas AlcalinasLas forman las que tienen importantes cantidades de carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente.

Los gases disueltos en el agua, provienen de la atmósfera, de desprendimientos gaseosos de determinados subsuelos, y en algunas aguas superficiales de la respiración de organismos animales y vegetales. los gases disueltos que suelen encontrarse son él oxigeno, nitrógeno, anhídrido carbónico presente procede de la atmósfera arrastrado y lavado por la lluvia, de la respiración de los organismos vivientes, de la descomposición anaeróbica de los hidratos de carbono y de la disolución de los carbonatos del suelo por acción de los ácidos, también puede aparecer como descomposición de los bicarbonatos cuando se modifica el equilibrio del agua que las contenga

El gas carbónico se disuelve en el agua, en parte en forma de gas y en parte reaccionando con el agua para dar ácido carbónico de naturaleza débil que se disocia como ión bicarbonato e ión hidrógeno, el que confiere al agua carácter ácido.

Problemas derivados de la utilización del agua en calderas

Los problemas mas frecuentes presentados en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:

Problemas de corrosión

Problemas de incrustación

Aunque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente:

Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.

A continuación describimos brevemente las principales características de los items arriba mencionados.

Corrosión

Para que esta aparezca, es necesario que exista presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los condensados formados en un sistema de esta naturaleza son muy corrosivos.

En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno.

El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferroso- férrico hidratado.

Una forma de corrosión que suele presentarse con cierta frecuencia en calderas, corresponde a una reacción de este tipo:

3 Fe + 4 H2O ----------> Fe3O4 + 4 H2

Esta reacción se debe a la acción del metal sobre calentado con el vapor.

Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por una reacción electroquímica, en la que una corriente circula debido a una diferencia de potencial existente en la superficie metálica.

Los metales se disuelven en el área de mas bajo potencial, para dar iones y liberar electrones de acuerdo a la siguiente ecuación:

En el ánodo Feº - 2 e- ---------------> Fe++

En el cátodo O2 + 2 H2O + 4 e- ----------> 4 HO-

Los iones HO- (oxidrilos) formados en el cátodo migran hacia el ánodo donde completan la reacción con la formación de hidróxido ferroso que precipita de la siguiente forma:

Fe ++ + 2 OH- ----------> (HO)2 Fe

Si la concentración de hidróxido ferroso es elevada, precipitará como flóculos blancos.

El hidróxido ferroso reacciona con el oxígeno adicional contenido en el agua según las siguientes reacciones:

4 (HO)2 Fe + O2 ---------- 2 H2O + 4 (HO)2 Fe

2 (HO)2 Fe + HO- ----------> (HO)3 Fe + e

(HO)3 Fe ----------> HOOFe + H2O

2 (HO)3 Fe ----------> O3Fe2 . 3 H2O

Incrustación

La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado conveniente.

El origen de las mismas está dado por las sales presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes debido a que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura.

Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor gradiente térmico entre el agua y la pared metálica que las calderas con las paredes limpias.

Otro tema importante que debe ser considerado, es la falla de los tubos ocasionadas por sobrecalentamientos debido a la presencia de depósitos, lo que dada su naturaleza, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobrevenir desgarros o roturas en los tubos de la unidad con los perjuicios que ello ocasiona.

Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno son las siguientes:

Excesiva concentración de sales en el interior de la unidad.

El vapor o condensado tienen algún tipo de contaminación.

Transporte de productos de corrosión a zonas favorables para su precipitación.

Aplicación inapropiada de productos químicos.

Las reacciones químicas principales que se producen en el agua de calderas con las sales presentes por el agua de aporte son las siguientes:

Ca ++ + 2 HCO3 - ------------> CO3 Ca + CO2 + H2O

Ca ++ + SO4= ------------> SO4Ca Ca++ + SiO3

= --------> SiO3Ca

Mg++ + 2 CO3 H- -------------> CO3 Mg + CO2 + H2O

CO3 Mg + 2 H2O ---------> (HO)2 Mg + CO2Mg++ + SiO3 -----> SiO3 Mg

Ensuciamiento por contaminación

Se consideran en este rubro como contaminantes, distintas grasas, aceites y algunos hidrocarburos, ya que este tipo de contaminación son las más frecuentes vistas en la industria.

Dependiendo de la cantidad y característica de los contaminantes existentes en el agua de aporte a caldera, la misma generará en su interior depósitos, formación de espuma con su consecuente arrastre de agua concentrada de caldera a la línea de vapor y condensado, siendo la misma causante de la formación de incrustaciones y depósitos en la sección post-caldera.

La formación de espuma, suele ocurrir por dos mecanismos, uno de ellos es el aumento del tenor de sólidos disueltos en el interior de la unidad, los que sobrepasan los límites aceptados de trabajo, la presencia de algunos tipos de grasas y/o aceites (como ácidos orgánicos) producen una saponificación de las mismas dada la alcalinidad, temperatura y presión existentes en el interior de la caldera.

La contaminación por hidrocarburos agrega a lo visto la formación de un film aislante dificultando la transferencia térmica entre los tubos y el agua del interior de la unidad, agravándose esto con las características adherentes de este film que facilita y promueve la formación de incrustaciones y la formación de corrosión bajo depósito, proceso que generalmente sigue al de formación de depósitos sobre las partes metálicas de una caldera.

Luego de un tiempo, las características físicas del film formado cambian debido a la acción de la temperatura que reciben a través de las paredes metálicas del sistema, lo que hace que el mismo sufra un endurecimiento y "coquificación", siendo este difícil de remover por procedimientos químicos simples.

Por todas estas consideraciones, se ve como método más económico y lógico de mantenimiento de calderas, efectuar sobre el agua de aporte a las mismas los procedimientos preventivos que la misma requiera, evitando así costos de mantenimiento innecesarios y paradas imprevistas en plena etapa de producción con los costos de lucro cesantes que agravan la misma,

Sin pretender que el presente trabajo sea una enumeración exhaustiva y completa de todos los posibles inconvenientes que puedan ocasionar el agua de alimentación a caldera, consideramos que el mismo facilita el entendimiento de las

principales causas de los más importantes inconvenientes que puedan ocurrir en las salas de calderas en la industria.

Trabajo enviado por:Miguel Angel ffabiano@inea.com.ar

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Este Equipo es encargado de remover sólidos disueltos en el agua, como sales, moléculas orgánicas, etc. a muy alta presión. El afluente se lleva a las membranas semi-permeables, para pasar de un estado de alta concentración, a un estado bajo. Libera hasta en un 99.5% el agua tratada de sus contaminantes. Esta membrana solo dejará pasar las moléculas de agua, atrapando, incluso las sales disueltas. Durante la operación, el agua misma es usada para lavar la membrana, lo que disminuye los gastos de operación. Aunque la mayoría de las veces, el equipo de Osmosis Inversa es la parte final del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales por la fineza de su trabajo, se utiliza en procesos de Potabilización, Agua para proceso, Desalinización, etc. La capacidad es de: 150 a 100,000 gpd o capacidades mayores adaptados a la medida

Edafología. Ciencias Ambientales

Lección 5 Propiedades del suelo. Propiedades físico químicas. Reacción del suelo

Cuando nos referimos a la reacción del suelo, obviamente lo hacemos a la solución del suelo, si bien esta no es más que un reflejo de su fase sólida. De hecho se mide en una suspensión suelo/agua con una relación, generalmente, 1/1.

Como ya sabemos, cuando se inicia la alteración de la roca para dar origen al suelo, la única fase líquida que existe es el agua de lluvia, que presenta un pH ligeramente ácido como consecuencia del dióxido de carbono que lleva disuelto y que forma ácido carbónico; independientemente de la posibilidad

de arrastrar pequeñas cantidades de ácido nítrico, procedente de la disolución de los diferentes óxidos de nitrógeno formados

por las descargas eléctricas, que tienen lugar en la atmósfera, y que consiguen ionizar al nitrógeno del aire.

Esta solución ácida en contacto con los minerales que constituyen las rocas, provocan una hidrólisis de los mismos que afecta principalmente a los cationes que sirven de unión a las estructuras silicatadas de los mismos. Como quiera que los cationes más abundantes son calcio, magnesio, potasio y sodio, son estas las primeras bases que se liberan en forma de los hidróxidos correspondientes, reemplazando sus posiciones los hidrogeniones del agua. En menor medida aparecen los hidróxidos de hierro y aluminio, que quedan precipitados y en forma inactiva merced al pH alcalino que se genera por la disociación de las bases solubles.

La solución de ataque, inicialmente ácida se va volviendo alcalina pudiendo alcanzar un pH elevado que es capaz de solubilizar al esqueleto silíceo del mineral, en forma de ácido metasilícico, e incluso al aluminio que le acompaña en las capas tetraédricas que puede liberarse en forma de aluminato.

Este medio inicial, por lo grueso de su granulometría es muy permeable y permite la fácil percolación del agua a su través, por lo que una buena parte de los compuestos liberados son arrastrados fuera del incipiente suelo creado. En las fases de desecación se produce la recombinación de los iones presentes generando las estructuras arcillosas, que ya vimos al tratar de los procesos de alteración mineral.

Simultaneámente se va produciendo la descomposición del material orgánico que se deposita en la superficie del suelo generando una serie de compuestos de carácter ácido que también conocimos al tratar del proceso de humificación. De esta forma se produce un equilibrio entre la acidificación que genera el material orgánico y la basificación provocada por el material mineral. Como la fracción mineral suele ser mayoritaria, la tendencia del suelo sería hacia la basicidad, pues los escasos ácidos formados son muy débiles e inestables, los aluminatos solo son posibles a valores de pH muy elevados y el ácido metasilícico se descompone fácilmente en sílice y agua.

Una vez pasado el periodo inicial y cuando el suelo va adquiriendo un cierto desarrollo condicionado por su primera fase evolutiva, las bases que siguen liberandose encuentran un triple camino a partir de la solución. Unas son

absorbidas por las plantas, otras son lavadas y un tercer grupo puede quedar retenido en el complejo de cambio. El lavado afecta con mayor intensidad a aquellos elementos de mayor solubilidad como son los alcalinos, que a su vez son los que generan bases más fuertes y con mayor incidencia en el pH del suelo, por lo que se produce un fuerte descenso de este una vez que se estabiliza el proceso hidrolítico y de neoformación de arcillas; el pH de ataque inicial, que puede alcanzar valores superiores a 9, baja considerablemente con la fuerte pérdida de alcalinos que ceden el puesto a los alcalinotérreos, cuyos hidróxidos más débiles se ven afectados por la presencia del dióxido de carbono, producido en la respiración de los organismos del suelo, formando bicarbonatos solubles cuyo pH se sitúa alrededor de 8.

Los nuevos minerales formados, junto a la materia orgánica necesitan satisfacer sus cargas negativas, adsorbiendo cationes en su superficie a cambio de hidrogeniones que van liberando con lo que se va consiguiendo una neutralización del medio. Como los aniones no abundan en el suelo, pues el principal procedente de la alteración mineral es el metasilicato que se descompone con facilidad, como vimos, las bases lavadas lo hacen en forma de hidróxido en gran medida, lo que conlleva un empobrecimiento en oxhidrílos, procedentes del agua, con la consiguiente sobrecarga de hidrogeniones.

La acidificación de la solución provoca el desplazamiento de los cationes del complejo de cambio que son reemplazados por los hidrogeniones excedentarios con la consiguiente insaturación del mismo. A medida que son liberados los cationes pueden ser arrastrados por la lluvia y el proceso continúa de forma indefinida. La acidificación no tendría límite si no fuese por la continuidad del proceso de alteración, que persiste mientras existan minerales primarios.

Como hemos podido observar, en la reacción del suelo intervienen tres actores principales: alteración mineral, humificación y clima.

Los climas húmedos son proclives a la formación de suelos ácidos, mientras que los climas secos lo son a la formación de suelos básicos. Como ya comprobamos al analizar los procesos de alteración, en climas húmedos predominaban las arcillas de baja actividad, lo que hace que las bases se retengan poco y su lavado sea más fácil. En los medios más secos predominanlas arcillas de elevada actividad lo que facilita la retención de las bases y su pérdida es mínima.

En cuanto a las rocas distinguiremos los tres tipos principales: ácidas, neutras y básicas.

Las rocas ácidas están dominadas por el cuarzo y por los

feldespatos, principalmente ortosa con algo de plagioclasas; acompañados de mica, preferentemente moscovita con algo de biotita. Los restantes minerales son poco relevantes.

El cuarzo no da lugar a ningún mineral arcilloso y lo más que puede hacer es pasar a la fracción arcilla en su propia forma microdividido. No genera ninguna capacidad de intercambio catiónico ni libera base alguna.

Los feldespatos solo generan arcilla de tipo caolinítico y, eventualmente, ilita en los medios confinados. La CIC que aportan es baja y las únicas bases que aportan son potasio con algo de sodio y calcio, según el contenido en plagiclasas.

Las micas suelen abrirse a ilitas y la biotita puede generar vermiculita en medios no muy lavados. Su CIC es media y las bases principales son el potasio y el magnesio procedente de las biotitas pues el hierro se oxida y precipita rápidamente, al igual que los excedentes de aluminio.

Las escasez de bases liberadas hace que la saturación sea baja a pesar de que la CIC también lo es; en esas condiciones el pH es algo ácido y la reserva de bases muy escasa, por lo que por poco lavado que exista se puede llegar a valores fuertemente ácidos.

Las rocas neutras están dominadas por las plagioclasas con algún feldepato potásico; le siguen a corta distancia los anfiboles y más lejos las micas con predominio de la biotita. Completan su composición lo piroxenos y presentan algo de cuarzo.

El comportamiento del cuarzo es similar al que tiene en las rocas ácidas. Igual sucede con los feldespatos y las micas, solo que en este caso es habitual lo que allí era ocasional y viceversa.

Los silicatos en cadenas, piroxenos y anfiboles, como ferromagnesianos son proclives a la formación de esmectitas y vermiculita. Dan una CIC muy alta y liberan bases abundantes con predominio de alcalinotérreos y sobre todo magnesio. El hierro y los ocasionales excedentes de aluminio, quedan en forma precipitada.

La presencia de bases en estos suelos es relativamente abundante por la presencia de los inosilicatos pero, como la CIC es bastante elevada, la

saturación no es completa aunque depende mucho del clima. El pH

suele estar cercano a la neutralidad si bien está también muy influido por el clima, que resulta el factor determinante en los suelos desarrollados sobre este tipo de rocas.

Las rocas básicas está constituidas predominantemente por olivino acompañado principalmente por piroxenos.

El comportamiento del olivino es muy parecido al de los piroxenos, si bien la preferencia en la neoformación de arcilla es de vermiculita por el elevado contenido magnésico. También puede formar minerales 1:1 dioctaédricos de tipo antigorita o con sustituciones, los que se conocen como bertierinas. En estos casos la CIC es más baja. Estos minerales aparecen en medios lavados en los que haya una fuerte pérdida de sílice, que no es muy abundante en estos minerales tan básicos.

La presencia de bases es muy alta lo que lleva a una saturación elevada y a un pH netamente básico aunque no suele alcanzar el valor de 8.

La materia orgánica tiene un efecto contrario, todo el proceso de humificación es una constante fuente de grupos ácidos por lo que la tendencia inicial es a una bajada del pH.

La descomposición de los restos vegetales genera una serie de sustancias cuya característica principal es la presencia de varios grupos carboxílicos dentro de moleculas de masa baja o media, por lo que su importancia relativa es elevada. Ello genera una acidez elevada.

A medida que se inicia el proceso de humificación propiamente dicho, caracterizado por una polimerización y condensación de algunos de los compuestos anteriores, y de la incorporación de otros como cademas laterales del gran núcleo formado. La importancia relativa de los grupos carboxílicos decrece a medida que aumenta el tamaño de la molecula. La consecuencia es un disminución de la acidez con la maduración de las sustancias húmicas.

Si analizamos en conjunto las sutancias y procesos que influyen sobre el pH del suelo, encontramos que la máxima acidez aparecerá en los horizontes A, dominados por la materia orgánica, que será aun mayor cuando en la

superficie del suelo aparezcan horizontes orgánicos de tipo H ú O. A medida que descendemos en el perfil el influjo de la materia orgánica decrece a la par que aumenta el de la alteración mineral, razón por la cual el pH irá creciendo. Este crecimiento se verá aumentado por la acumulación de las bases lavadas en los horizontes superiores, que a su vez se irán acidificando por esta pérdida.

La acidez del horizonte A hace que las cargas variables de la materia orgánica se desplacen hacia el lado positivo y que baje la capacidad de intercambio catiónico, como consecuencia de ello se produce una saturación en bases mayor aunque su contenido total no se vea alterado. Se da la paradoja de que el descenso del pH induzca una elevación de la saturación en bases. A medida que progresa la formación de sustancias húmicas de mayor evolución va aumentando el pH y todo sucede al revés. En este caso hay otro hecho que compensa al anterior, es la formación de complejos arcillo-húmicos; los puntos en que se produce la formación del complejo son grupos activos para el intercambio que quedan bloqueados, y si bien su número es muy reducido y la influencia sobre la capacidad de intercambio catiónico es baja, se produce un efecto estérico más importante porque las partículas arcillosas impiden el acceso alas posiciones de cambio de la materia orgánica, al tiempo que esta ejerce el mismo efecto sobre aquellas, con ello se produce una bajada efectiva de la capacidad de intercambio catiónico en los participantes en el complejo, con una subida simultánea del grado de saturación.

Todos estos efectos son una muestra de la complejidad del proceso de intercambio y de su relación con el pH. Por ello, como vimos en su momento, la capacidad de intercambio catiónico se mide en un medio tamponado a pH siete, lo que nos da un valor que no concuerda con el real pero que no depende de los avatares de las variaciones del pH. Esto lo hace más representativo del promedio a lo largo del año, ya que el pH oscila según avanzan los procesos que lo regulan, y más comparable con los restantes horizontes y con otros suelos semejantes o de la misma zona.

Para evitar las fluctuaciones en los valores del pH se realiza su medida de dos formas diferentes, la primera de la forma indicada al principio y la segunda en una solución iónica, que habitualmente es de KCl molar. En este segundo caso, se produce un reemplazamiento de los hidrogeniones del complejo de cambio por el potasio de la solución, lo que provoca un incremento de la concentración de hidrogeniones y como consecuencia una bajada del valor del pH, que suele estar alrededor de una unidad con relación al medido en agua. Cuando el suelo está saturado, no es posible la liberación de hidrogeniones por lo que ambos valores de pH deberían coincidir, no obstante se produce una bajada similar; en este caso el potasio añadido se intercambia por calcio del complejo que al ser una base más débil, y por tanto menos disociada, provoca un empobrecimiento en

oxhidrílos que tiene un efecto semejante al incremento en hidrogeniones que se producía en el caso anterior.

En determinadas circunstancias el pH medido en una solución de KCl puede superar al medido en agua, la diferencia entre el primero y el segundo es lo que se conoce como ∆ pH; cuando este valor es positivo hemos de interpretarlo como un predominio de las cargas positivas sobre las negativas en el complejo de cambio, por lo cual lo que sucede es un intercambio de iones cloro por hidróxilos del complejo, lo que supone un incremento en el valor del pH en lugar de la disminución observada en los casos anteriores. Un ∆ pH positivo es un claro signo de presencia de sustancias muy ricas en cargas variables como son las alofanas, por lo que este valor se utiliza para determinar de forma rápida la presencia de ellas. Cuando se utiliza NaF en lugar de KCl, el pH puede alcanzar valores superiores a 10 en presencia de alofana; esa mayor subida se debe a la mayor afinidad del fluor por los hidróxilos y a la mayor fuerza de la sosa frente a la potasa.

Este valor no está afectado por las fluctuaciones estacionales, ya que se compensan con las variaciones que se producen en el complejo de cambio; no se trata de un valor real del pH de la solución del suelo pero si se acerca más a la realidad del valor del pH del suelo. Por esta razón a este valor se le conoce como "real" en contraposición al medido con agua que se le conoce como "actual".

Los valores de pH real y de capacidad de intercambio catiónico medida a pH de 7, representan mejor las condiciones permanentes del suelo.

El pH de la solución del suelo afecta profundamente a la solubilidad de los diferentes iones presentes, de este modo varía la asimilabilidad de los mismos por las plantas ya que estas solo pueden absorberlos en solución.

En otros casos el pH afecta a la actividad microbiana necesaria para provocar la transformación de ciertos elementos, que se liberan en formas no asimilables y han de sufrir una transformación química que permita su fácil absorción. Este es el caso del Nitrógeno cuyas formas inorgánicas son todas solubles independientemente del pH reinante por lo que no debería verse afectada su asimilabilidad por aquel. Sin embargo para valores de pH inferiores a 6 o superiores a 8 se atenúa la actividad bacteriana con lo que disminuye tanto la liberación de amonio como su oxidación a nitrato, y ello hace bajar la concentración de nitrógeno en forma asimilable.

En el caso del fósforo el pH puede inducir su fijación o su precipitación, solo entre valores comprendidos entre 6.5 y 7.5 su asimilabilidad es óptima. Cuando el pH se sitúa por debajo de 6.5, se inicia un incremento en el contenido en cargas positivas del complejo absorbente, ello provoca una fuerte fijación de los aniones sobre todo el fosfato que, por poseer una estructura similar a la de los tetraedros estructurales de las arcillas, puede incorporarse a ellas; este hecho provoca una inmovilización definitiva del mismo. Este fenómeno, siendo importante, no resulta muy transcendente porque el mayor número de cargas positivas pertenece a los oxihidróxidos de hierro y de aluminio y a la materia orgánica, que adquieren su máxima importancia en los horizontes B y A respectivamente. Cuanto menor es el valor del pH mayor es la fijación, pudiendo provocar fuertes carencias cuando el pH es inferior a 5.

Por encima de 7.5, el complejo de cambio y la solución del suelo son muy ricos en calcio lo que provoca una precipitación del fosfato tricálcico, que alcanza su máximo alrededor de 8.5 donde la asimilabilidad es mínima. Superado ese valor se inicia un desplazamiento del calcio por el sodio que da formas solubles.

El comportamiento del Azufre, presente en forma aniónica en el suelo, es parecido al del fósforo en la banda ácida del pH, por razones similares. No se

comporta igual en la banda alcalina porque todas los sulfatos son solubles, en mayor o menor grado, cualquiera que sea el valor del pH.

Los nutrientes catiónicos como el potasio, calcio o magnesio, se encuentran en bajas concentraciones en los suelos ácidos, pues la acidez del suelo siempre se produce por una desbasificación, luego en las condiciones citadas estos elementos son, simplemente, escasos. La abundancia de potasio en las rocas ácidas hace que su disponibilidad decrezca a valores de pH netamente más ácidos que para los otros elementos. Los alcalinotérreos sufren un nuevo descenso a valores de pH alcalinos por efecto de su insolubilización como carbonatos.

Los micronutrientes son más solubles en medios ácidos por lo que en ellos su asimilabilidad es máxima, como ocurre con el hierro, el manganeso, el cobre o el cinc.

El caso del boro es diferente porque su forma habitual en el suelo es la ácido bórico, siendo así como se absorbe por las plantas. En medios alcalinos el boro se ioniza de la siguiente forma:

La forma ionica es retenida por los oxihidróxidos de hierro y aluminio y por la materia orgánica dada su gran afinidad con los oxhidrílos, pero esa misma afinidad es la que hace que estos lo desplacen cuando el pH se eleva hasta las cercanías de 9, razón por la cual aumenta su asimilabilidad en esos valores. Tanta puede ser su concentración que puede llegar a ser tóxico cuando es abundante en el suelo, pero esta circunstancia solo se produce en suelos salinos y alcalinos.

El pH teiene una influencia decisiva en los procesos genéticos del suelo, en la asimilabilidad de los nutrientes y en el desarrollo de la actividad microbiana del suelo; él se ve influido por la alteración mineral, la evolución de la materia orgánica, la absorción de iones por las plantas y el lavado del suelo. Todos los procesos que generan modificaciones del pH no coexisten en el tiempo por lo que se generarían bruscos cambios en la reacción del suelo, y dada la transcendencia de su valor para porcesos de enorme importancia, estos cambios podrían provocar modificaciones fatales en el comportamiento del suelo frente a los microorganismos y al desarrollo de las plantas. Por ello es necesario que estas modificaciones sean amortiguadas y el suelo dispone de los mecanismos necesarios para ello, es lo que se conoce como "poder tampón del suelo".

Este poder amortiguador está basado en una serie de equilibrios dinámicos de diferentes sistemas, entre los que destacan tres que corresponden a medios neutros, ácidos y alcalinos.

En los medios cercanos a la neutralidad la función amortiguadora la ejerce el complejo de cambio del suelo, como ya hemos visto. Los excesos de acidez se compensan por el intercambio de las bases del complejo por los hidrogeniones de la solución, mientras que los excesos de alcalinidad son

compensados por el intercambio de hidrogeniones del complejo por bases de la solución. Ahora bien, cuando el pH es muy ácido, el complejo está prácticamente desprovisto de bases y no puede soportar una agresión ácida; de otro lado, cuando el medio es muy alcalino el complejo apenas posee hidrogeniones que neutralicen una agresión alcalina.

La materia orgánica está constituida por ácidos débiles en conjunción de sus sales con bases fuertes lo que constituye un tampon en sí misma. La arcilla también se comporta como un ácido débil como se desprende de la figura adjunta, en ella se observa la variación del pH del agua pura, de agua mezclada con arena y de una suspensión de arcilla, al ser adicionadas de una solución ácida o de una alcalina. Serían típicas curvas de valoración, en las que en el agua pura el ácido o la base añadidos se muestran con la fuerza que les es propia; en el caso de la arena el comportamiento es muy similar, pero en el caso de la arcilla, se muestra como un ácido débil o como una base débil en función del pH reinante, como era predecible.

La suspensión arcillosa admite la adición de cantidades importantes de ácido o de base sin modificar apenas su pH, actúa como un potente amortiguador.

En los medios ácidos, las bases están prácticamente ausentes y en el complejo de cambio solo existen hidrogeniones y un elemento muy abundante en el suelo como es el aluminio, que a esos valores es soluble y se encuentra disociado cualquiera que sea la forma molecular de su procedencia. Este aluminio presenta una capacidad tampón como se desprende de la figua adjunta. En ella se muestran las curvas de valoración de un ácido fuerte con una base fuerte, en ausencia de otros compuestos o en presencia de concentraciones crecientes de la sal alumínica correspondiente al ácido utilizado.

En la figura podemos observar como la cantidad de base necesaria para provocar la neutralización del ácido se va incrementando de forma proporcional a la sal alumínica añadida, sin que se modifique el valor inicial del pH.

La razón de ello debemos buscarla en la posibilidad que tiene el aluminio de formar iones con diferente grado de hidratación y

diferente carga positiva, como podemos observar en las reacciones que se muestran a la izquierda. El exceso de hidroxilos va siendo captado por los iones alumínicos que modifican su estado, lo que hace que desaparezcan de la solución y el pH permanezca invariable. La adición de hidrogeniones por una acidificación del medio provocaría la inversión de las reacciones expuestas.

Para valores alcalinos del pH, cercanos a 8, el calcio de la solución se encuentra, en parte, en forma de carbonato.

Cualquier incremento de la acidez provocaría la formación de la sal ácida correspondiente e incluso la formación de ácido carbónico, que se descompondría, dada su inestabilidad, con desprendimiento de dióxido de carbono. Una adición de bases provocaría la precipitación del carbonato cálcico a expensas del bicarbonato de la solución. En este caso, la efectividad del sistema está condicionada por la posibilidad de eliminar el gas desprendido, requerirá medios bien estructurados y aireados, lo cual es fácil en presencia de los carbonatos que dan una buena estabilidad a la estructura. Una vez más se hace cierto el hecho de que los medios naturales se encuentran siempre bien compensados.

Cuando el pH se encuentra por encima de 8.5 el carbonato cálcico se encuentra precipitado y podría intervenir en caso de acidificación pero no en el caso de basificación. En estos casos el papel del calcio es sustituido por el sodio, siempre presente a esos valores de pH.

De este modo los fuertes cambios de pH solo son posibles cuando se agotan los sistemas reguladores, lo que solo es posible ante una acción humana o un fuerte cataclismo natural.

La acidificación del suelo es una de las causas más frecuentes de la pérdida de fertilidad por lo que es frecuente que se intente corregirla. Además de la frecuencia del problema, lo fácil de su solución hace que esta se lleve a cabo de forma casi habitual.

La neutralización debe hacerse con una sustancia de reacción débilmente alcalina para evitar modificaciones bruscas, cuya solubilidad no sea elevada para que no se lave con facilidad y pueda actuar de forma prolongada, que

no contenga elementos extraños al suelo y que sea barata y no requiera de especiales manejos. Todas estas características parecen señalar a la

caliza como sustancia ideal y de hecho es el material que se utiliza siempre para dar solución a este problema.

Cuando el suelo presenta deficiencias de magnesio asociadas a la acidez, puede sustituirse en total o en parte, por la dolomía.

Una neutralización de la acidez de la solución del suelo no sería una solución eficaz por cuanto la propia capacidad tampón del suelo, relacionada con su complejo de cambio, recuperaría en poco tiempo el pH modificado. Por ello es neceseario tener en cuenta el grado de insturación del complejo de cambio.

El mecanismo de acción de la caliza podemos observarlo en la figura. El exceso de hidrogeniones del suelo provocan la descomposición del carbonato cálcico, liberando, en última instancia, calcio y desprendiendo dióxido de carbono. El aumento de calcio en la solución hace que desplace a los hidrogeniones del complejo de cambio con lo se restaura la acidez inicial, si bien esta va siendo cada vez menor a medida que el complejo se va saturando.

La cantidad de caliza a añadir estrá en función de la insaturación del complejo de cambio y del tamaño del mismo. Se debe procurar que el pH no se incremente de forma brusca estimandose conveniente la subida de no más de una unidad por año. Para conseguir este efecto se debe procurar un incremento en la saturación del suelo no mayor de un 20 % absoluto.

La finura del material empleado será otro aspecto importante, cuanto mayor sea esta más rápida será su solubilización y la consecuente subida del pH. Lo mismo puede decirse de su pureza, que debe procurarse alta para evitar la entrada de sustancias extrañas al suelo, aunque lo habitual es que los diluyentes sean arcilla y algunos óxidos de hierro, que no entrañan problemas importantes.

Como es lógico, para elevar el pH en un determinado rango, las necesidades de caliza no dependerán tanto del pH inicial como de la capacidad de intercambio catiónico del suelo, de modo que suelos diferentes pero con el mismo pH, requeriran cantidades distintas de caliza.

La alcalinidad del suelo siempre está asociada con la presencia de sales sódicas por lo que su corrección la analizaremos cuando estudiemos la salinidad.

Centro Nacional de Información de Normas de Calidad y Evaluación de la Conformidad

ALCANCES DE LA ACREDITACION

LABORATORIO ESPECIALIDADES INDUSTRIALES, S.A. de C.V. ESPINSA N° DE REGISTRO RLA-13-01:99

Pruebas Acreditadas: Análisis fisicoquímicos en aguaAlcance de la Acreditación: Para realizar los siguientes análisis;

1.pH en agua potable, aguas negras y de desechos industriales por el método del electrodo. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. 4500-H+B, 1998, 20ED.

2. Sólidos totales disueltos y conductividad eléctrica en agua potable por el método del puente de Wheatstone. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. 2510B, 1998, 20ED.

3. Dureza en agua potable por titulación con EDTA. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. 2340C, 1998, 20ED.

4. Calcio en agua potable por titulación con EDTA. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. 3500-Ca B, 1998, 20ED.

5. Magnesio en el agua potable por titulación con EDTA. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. 3500-Mg B, 1998, 20ED.

6. Hierro en agua potable por Absorción Atómica en llama.STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. 1998, 20ED.

7. Hierro en agua potable colorimétrico de la Ortofenantrolina. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. FeB, 1998, 20ED.

8. Manganeso en agua potable por Absorción Atómica en llama. STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. 1998, 20ED.

9. Manganeso por método colorimétrico del peryodato de potasio. Especialidades Industriales S.A. de C.V. método desarrollado y validado.

10. Cloruros en agua potable por titulación con nitrato de plata (Mohr). STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATIONS OF WATER AND WASTEWATER.AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION, WATER ENVIRONMENT FEDERATION. B, 1998, 20ED.

11. Cloruros en aguas potables por turbidimetría. Especialidades Industriales S.A. de C.V. método desarrollado y validado.

12. Sulfatos en aguas potables por turbidimetría. Estándar para el examen de aguas y aguas de desecho, APHA-AWWA-WPCF, Undécima Edición en español, 1963.

13. Plomo en aguas potables, aguas negras y de desechos industriales por el método colorimétrico de la Ditizona. ORBECO ANALYTICAL SYSTEMS

14. Arsénico en agua potable, en aguas negras y de desechos industriales por el método colorimetríco del Dietilditiocarbamato de plata. APHA-AWWA-WPCF, 17th Edition, 1989

15. Cromo hexavalente y total en agua potable, aguas negras y de desechos industriales por el método colorimétrico de la difenilcarbazida. ORBECO ANALYTICAL SYSTEMS

16. Nitrato en aguas potables, aguas negras y de desechos industriales por el método colorimétrico de la Brucina. ORBECO ANALYTICAL SYSTEMS

17. Fluor en agua potable por el método colorimétrico del SPANDS. ORBECO ANALYTICAL SYSTEMS.

18. Color en agua potable, aguas negras y de desechos industriales por el método Platino-Cobalto. ORBECO ANALYTICAL SYSTEMS.

19.Turbidez en agua potable, aguas negras y de desechos industriales por el método Nefelométrico de la Formazina. STANDARD METHODS FOR

Ing. Qca. PhD. Larissa ChimanInvestigadora CorasfaltosIng. Qco. PhD. Alexei ChimanInvestigador CorasfaltosIng. Qco. MsC. Luis Enrique Sanabria GrajalesDirector Ejecutivo Corasfaltos

COMENTARIOS SOBRE EFECTOS DE ESTABILIZACION Y MECANISMO

1. Fundamentos teóricos de estabilización de un suelo.

La estabilización del suelo es un proceso en el que ocurren cuatro (4)

fenómenos:

a. Intercambio catiónico.

b. Floculación - aglomeración.

c. La reacción "pozzolanic".

d. La reacción de carbonatación ("carbonation").

Sin embargo, se reconoce que el de mayor importancia en dicho proceso es la

reacción "pozzolanic", que garantiza:

* El traspaso de un material expansivo de alta plasticidad a un materia

estable, de baja plasticidad y,

* El desarrollo de un proceso de cementación debido a la formación de enlaces

que permiten mantener las partículas arcillosas unidas en una matriz.

Entre algunos de los principales materiales "pozzolanicos" estan: Al2O3, SiO2,

Fe2O3.

Por ejemplo: en la reacción "pozzolanic" el pH del sistema "arcilla-agua" sube

hasta un nivel que garantiza la liberación de sílice (SiO2) y alúmina (Al2O3) de

las láminas tetraédricas y octaédricas de las arcillas. En la reacción entre

calcio, sílice y agua y, calcio, alúmina y agua se forman Calcio-Silicatos-

Hidratos (CSH) y Calcio-Aluminio-Hidratos (CAH) los culaes son responsables

del cambio de las propiedades del suelo.

Es obvio que después de adicionar un estabilizador, o la composición de

estabilizadores, al suelo, ocurren micro y macro reacciones con los

componentes arcillosos.

Agua destilada, desionizada y desmineralizada y medición de la pureza

Es bastante difícil encontrar definiciones claras de estándares para agua destilada, desmineralizada y desionizada. Probablemente el modo más fácil de familiarizarse con el tópico de producción de agua (ultra) pura es empezar por el método más antiguo y más conocido: la destilación. El agua destilada es agua que ha sido hervida en un aparato llamado “alambique”, y luego recondensada en una unidad enfriadora (“condensadora”) para devolver el agua al estado líquido. La destilación se usa para purificar el agua. Los contaminantes disueltos tales como sales se quedan en el tanque donde el agua hierve mientras que el vapor de agua se eleva hacia fuera. Puede no funcionar si los contaminantes son volátiles de forma que también hierven y recondensen, como si se tiene algo de alcohol disuelto.

Algunos alambiques pueden condensar selectivamente (por licuefacción) el agua y no otras sustancias volátiles, pero la mayoría de los procesos de destilación permiten el arrastre de al menos algunas de las sustancias volátiles, una parte muy pequeña del material no volátil que fue arrastrado dentro del flujo de vapor de agua cuando las burbujas estallan en la superficie del agua hirviendo. La mayor pureza que se consigue con estos alambiques es normalmente de 1,0 MΩ cm; y ya que no hay nada que impida que el dióxido de carbono (CO2) se disuelva en el destilado el pH es generalmente 4,5-5,0. Adicionalmente, hay que tener cuidado de no re-contaminar el agua después de haberla destilado.

Desionización: Proceso que utiliza resinas de intercambio iónico de fabricación especial que eliminan las sales ionizadas del agua. Teóricamente puede eliminar el 100% de las sales. La desionización normalmente no elimina los compuestos orgánicos, virus o bacterias excepto a través del atrapado “accidental” en la resina y las resinas aniónicas de base fuerte de fabricación especial que eliminan las bacterias gram negativo. [4] Otro método usado para eliminar los iones del agua es la electrodesionización.

Desmineralización: Cualquier proceso usado para eliminar los minerales del agua, sin embargo, normalmente el término se restringe a procesos de intercambio iónico. [1]

Agua ultra pura : Agua muy tratada de alta resistividad y sin compuestos orgánicos; normalmente usada en las industrias de semiconductores y farmacéuticas. [4]

La desionización supone la eliminación de sustancias disueltas cargadas eléctricamente (ionizadas) sujetándolas a lugares cargados positiva o negativamente en una resina al pasar el agua a través de una columna rellena con esta resina. Este proceso se llama intercambio iónico y se puede usar de diferentes maneras para producir agua desionizada de diferentes calidades.

• Sistemas de resina catiónica de ácido fuerte + anión básico fuerte

Estos sistemas consisten en dos vasijas – una conteniendo una resina de intercambio catiónico en forma de protones (H+) y la otra conteniendo una resina aniónica en forma hidroxilos (OH-) (ver dibujo de abajo). El agua fluye a través de la columna catiónica, con lo cual todos los cationes son sustituidos por protones. El agua descationizada luego fluye a través de la columna aniónica. Esta vez, todos los cationes cargados negativamente son intercambiados por iones hidroxilo, los cuales se combinan con los protones para formar agua (H2O). [2]

Estos sistemas eliminan todos los iones, incluyendo la sílice. En la mayoría de los casos se aconseja reducir el flujo de iones que se pasan a través del intercambiador iónico por medio de la instalación de una unidad eliminadora de CO2 entre las vasijas de intercambio iónico. Esto reduce el contenido de CO2 a unos pocos mg/l y ocasiona una reducción subsiguiente del volumen de la resina aniónica de base fuerte y en los requerimientos de regeneración de los reactivos.

El agua purificada se utiliza en todas las industrias y organizaciones científicas. Por lo tanto, los organismos internacionales y nacionales de estándares han establecido niveles de calidad del agua para varios tipos de aplicaciones:

• El International Organization for Standardization (ISO) (Organismo Internacional de Estandarización)

• La American Society for Testing and Materials (ASTM) (Sociedad Americana de Pruebas y Materiales)

Otros organismos representativos han especificado criterios relacionados con sus actividades específicas. Entre los organismos importantes se incluyen:

• El National Committee for Clinical Laboratory Standards (NCCLS) (Comité Nacional para Normas de Laboratorios Clínicos)

• La farmacopea

Organismo Internacional para especificaciones de estandarización del agua para uso de laboratorio ISO 3696: 1987

Esta normativa contempla los siguientes tres niveles de calidad del agua:

Calidad 1

Agua fundamentalmente libre de contaminantes disueltos o iónicos coloidales y orgánicos. Esta agua es adecuada para los requisitos analíticos más exigentes, incluyendo los de la cromatografía líquida de alto rendimiento. Debe producirse mediante el tratamiento adicional del agua de calidad 2, por ejemplo mediante ósmosis inversa o intercambio iónico, seguido de filtración a través de un filtro de membrana con un tamaño de poro de 0,2µm para eliminar las partículas o efectuar una redestilación desde un equipo de sílice fundida.

Calidad 2

Agua con muy bajo nivel de contaminantes inorgánicos, orgánicos o coloidales, y adecuada para fines analíticos sensibles, incluyendo espectrometría de absorción atómica, y para la determinación de constituyentes en cantidades de

trazas. Se puede producir mediante destilación múltiple, intercambio iónico u ósmosis inversa, seguido de destilación.

Calidad 3

Agua adecuada para la mayoría de trabajos de química de laboratorio y para la preparación de soluciones de reactivos. Se puede producir mediante destilación única, intercambio iónico u ósmosis inversa. A menos que se especifique lo contrario, se debe utilizar para trabajos analíticos habituales.

Organismo Internacional para especificaciones de estandarización del agua para uso de laboratorio ISO 3696: 1987

Parámetro Grade 1 Grade 2 Grade 3

Valor de pH a 25ºC N/A N/A 5,0 a 7,5

Conductividad eléctrica µS/cm 25ºC, máx.

0,1 1,0 5,0

Materia oxidable Contenido de oxígeno máx en mg/L.

N/A 0,08 0,4

Absorbencia a 254 nm y 1 cm de longitud de trayectoria óptica, unidades de absorbencia, máx.

0,001 0,01 No especificado

Residuos tras la evaporación al calentar a 110ºC mg/kg, máx.

N/A 1 2

Contenido de sílice (SiO2) máx en mg/L.

0,01 0,02 No especificado

Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) D1193-91

Especificaciones estándar para el agua de calidad de reactivo

Estas especificaciones contemplan los requisitos para el agua adecuada para utilizar en métodos de análisis químico y pruebas físicas. La elección de una de las calidades se determina por el método o el investigador.

Tipo I* Tipo II ** Tipo III*** Tipo IV

Conductividad 0,056 1,0 0,25 5,0

eléctrica Max. (µS/cm @ 25ºC)

Resistividad eléctricaMin. (MΩ-cm @ 25ºC)

18,0 1,0 4,0 0,2

pH @ 25ºC - - - 5,0 - 8,0

TOC máx. (µg/L) 100 50 200 Sin límite

Sodio máx. (µg/L) 1 5 10 50

Sílice max. (µg/L) 3 3 500 Sin límite

Cloro max. (µg/L) 1 5 10 50

*Requiere el uso de un filtro de membrana de 0,2µm ** Preparado mediante destilación*** Requiere el uso de un filtro de membrana de 0,45µm

Cuando se tenga que controlar el nivel bacteriano, se deben clasificar los tipos de calidad del reactivo de la forma siguiente:

Tipo A Tipo B Tipo C

Número total de bacterias CFU/100 ml

1 10 1000

Endotoxinas máx. IU/ml 0,03 0,25 -

Comité Nacional para Normas de Laboratorios Clínicos (NCCLS) (1988)

Tipo I Tipo I I Tipo III

Bacterias (CFU/ml) < 10 < 1000 NA

pH NA NA 5,0 - 8,0

Resistividad (MΩ-cm @ 25ºC)

> 10* > 1 > 0,1

SiO2 mg/L < 0,05 < 0,1 < 1

Sólidos totales mg/L 0,1 1 5

Carbono orgánico total oxidable mg/L

< 0,05 < 0,2 < 1

El agua de Tipo I no debe tener partículas mayores que 0,2µm * La resistividad del Tipo I debe medirse en línea

Normas de farmacopea

Varias organismos elaboran farcmacopeas diferentes, especialmente en los EE.UU y Europa. Cada una especifica los materiales, incluyendo el agua, que se utilizará en los trabajos médicos. Las normas del agua purificada son similares en todos los casos. Se establecen criterios adicionales para el agua que se necesita en aplicaciones estériles. Las normas del agua purificada que se incluyen en la farmacopea europea y en la farmacopea estadounidense se resumen a continuación. El agua para inyección tiene exigentes criterios bacterianos/pirógenos y se especifican los métodos de preparación.

Requisitos de farmacopea para la pureza del ‘agua purificada’

Propiedades EP USP

Nitratos <0,2 ppm -

Metales pesados <0,1 ppm -

Carbono orgánico total <500 µg/L C <500 µg/L C

Conductividad <4,3 µS/cm a 20ºC <1.3 µS/cm a 25ºC

Bacteria (orientativo) <100 CFU/ml <100 CFU/ml

Ciclos Biogeoquímicos1. Ciclos Biogeoquímicos 2. Ciclo del Nitrógeno 3. Ciclo del Azufre 4. Ciclo del Fósforo 5. Ciclo del Agua 6. Ciclo del Silicio 7. Ciclo del Carbono 8. Ingeniería Bioquímica

Ciclos biogeoquímicos

"El planeta Tierra actúa como un sistema cerrado en el que las cantidades de materia permanecen constantes. Sin embargo, sí existen continuos cambios en el estado químico de la materia produciéndose formas que van desde un simple compuesto químico a compuestos complejos construidos a partir de esos elementos. Algunas formas de vida, especialmente las plantas y muchos microorganismos, usan compuestos inorgánicos como nutrientes. Los animales requieren compuestos orgánicos más complejos para su nutrición. La vida sobre la Tierra depende del ciclo de los elementos químicos que va desde su estado elemental pasando a compuesto inorgánico y de ahí a compuesto orgánico para volver a su estado elemental."

Así pues, toda la "materia prima" necesaria para garantizar el correcto desarrollo de la vida en el planeta se encuentran dentro de nuestra biosfera. Pero todos estos elementos, carbono, oxigeno, nitrógeno, fósforo, azufre, etc., imprescindibles para el metabolismo de los seres vivos, son necesarios en diferentes "formatos" según sus diferentes consumidores. Los productores primarios utilizan directamente la materia inorgánica para nutrirse, convirtiéndola en materia orgánica, utilizada a su vez por los productores secundarios para su desarrollo.

Este continuo "cambio de estado de la materia" hace que ésta deba reciclarse continuamente, con la participación activa de organismos cuya función ecológica es, precisamente, reciclar la materia orgánica a su forma inorgánica, para poder comenzar de nuevo su ciclo de utilización en la naturaleza.

Por referirse a las trayectorias de los elementos químicos entre los seres vivos y el ambiente en que viven, es decir, entre los componentes bióticos y abióticos de la biosfera estos complejos circuitos se denominan ciclos biogeoquímicos.

• 1 –

Ciclo del NitrógenoLos organismos emplean el nitrógeno en la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos (ADN y ARN) y otras moléculas fundamentales del metabolismo.

Su reserva fundamental es la atmósfera, en donde se encuentra en forma de N2, pero esta molécula no puede ser utilizada directamente por la mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas bacterias).

Esas bacterias y algas cianofíceas que pueden usar el N2 del aire juegan un papel muy importante en el ciclo de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De esta forma convierten el N2 en otras formas químicas (nitratos y amonio) asimilables por las plantas.

El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3

-) lo pueden tomar las plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y ácidos nucleicos. Los animales obtienen su nitrógeno al comer a las plantas o a otros animales.

En el metabolismo de los compuestos nitrogenados en los animales acaba formándose ión amonio que es muy tóxico y debe ser eliminado. Esta eliminación se hace en forma de amoniaco (algunos peces y organismos acuáticos), o en forma de urea (el hombre y otros mamíferos) o en forma de ácido úrico (aves y otros animales de zonas secas). Estos compuestos van a la tierra o al agua de donde pueden tomarlos de nuevo las plantas o ser usados por algunas bacterias.

Algunas bacterias convierten amoniaco en nitrito y otras transforman este en nitrato. Una de estas bacterias (Rhizobium) se aloja en nódulos de las raíces de

las leguminosas (alfalfa, alubia, etc.) y por eso esta clase de plantas son tan interesantes para hacer un abonado natural de los suelos.

Donde existe un exceso de materia orgánica en el mantillo, en condiciones anaerobias, hay otras bacterias que producen desnitrificación, convirtiendo los compuestos de N en N2, lo que hace que se pierda de nuevo nitrógeno del ecosistema a la atmósfera.

A pesar de este ciclo, el N suele ser uno de los elementos que escasean y que es factor limitante de la productividad de muchos ecosistemas. Tradicionalmente se han abonado los suelos con nitratos para mejorar los rendimientos agrícolas. Durante muchos años se usaron productos naturales ricos en nitrógeno como el guano o el nitrato de Chile. Desde que se consiguió la síntesis artificial de amoniaco por el proceso Haber fue posible fabricar abonos nitrogenados que se emplean actualmente en grandes cantidades en la agricultura. Como veremos su mal uso produce, a veces, problemas de contaminación en las aguas: la eutrofización.

- 2 -

Proceso cíclico natural en el curso del cual el nitrógeno se incorpora al suelo y pasa a formar parte de los organismos vivos antes de regresar a la atmósfera. El nitrógeno, una parte esencial de los aminoácidos, es un elemento básico de la vida. Se encuentra en una proporción del 79% en la atmósfera, pero el nitrógeno gaseoso debe ser transformado en una forma químicamente utilizable antes de poder ser utilizado por los organismos vivos. Esto se logra a través del ciclo del nitrógeno, en el que el nitrógeno gaseoso es transformado en amoníaco o nitratos.La energía aportada por los rayos y la radiación cósmica sirven para combinar el nitrógeno y el oxígeno gaseosos en nitratos, que son arrastrados a la superficie terrestre por las precipitaciones. La fijación biológica, responsable de la mayor parte del proceso de conversión del nitrógeno, se produce por la acción de bacterias libres fijadoras del nitrógeno; bacterias simbióticas que viven en las raíces de las plantas (sobre todo leguminosas y alisos); algas azul verdosas; ciertos líquenes; y epifitas de los bosques tropicales. El nitrógeno, fijado en forma de amoníaco y nitratos, es absorbido directamente por las plantas e incorporado a sus tejidos en forma de proteínas vegetales. Después, el nitrógeno recorre la cadena alimentaria desde las plantas a los herbívoros, y de estos a los carnívoros. Cuando las plantas y los animales mueren, los compuestos nitrogenados se descomponen produciendo amoníaco, un proceso llamado amonificación.Parte de este amoníaco es recuperado por las plantas; el resto se disuelve en el agua o permanece en el suelo, donde los microorganismos lo convierten en nitratos o nitritos en un proceso llamado nitrificación. Los nitratos pueden almacenarse en el humus en descomposición o desaparecer del suelo por lixiviación, siendo arrastrado a los arroyos y los lagos. Otra posibilidad es convertirse en nitrógeno mediante la desnitrificación y volver a la atmósfera.

- 3 -

CICLO DEL AZUFRELa intemperización extrae sulfatos de las rocas, los que recirculan en los ecosistemas. En los lodos reducidos, el azufre recircula gracias a las bacterias reductoras del azufre que reducen sulfatos y otros compuestos similares, y a las bacterias desnitrificantes, que oxidan sulfuros.

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El H2S que regresa a la atmósfera se oxida espontáneamente es acarreado por la lluvia. Los sulfuros presentes en combustibles fósiles y rocas sedimentarias son oxidados finalmente a ser empleados como combustible por el hombre, debido a movimientos de la corteza terrestre, y a la intemperización, respectivamente.

La mineralización del azufre ocurre en las capas superiores del suelo, el sulfato liberado del humus es fijado en pequeñas escala por el coloide del suelo, la fuerza de absorción con la cual son fijadas los aniones crecen en la siguiente escala:

CL –NO3 – SO4 –PO4 –SiO3 –OH

El sulfato es ligado correspondientemente mucho más débilmente que el fosfato del cual pequeñas cantidades es suficiente para reemplazar el SO4 a través de las raíces.

- 4 -

El sulfato es la forma soluble del tratamiento del azufre en la planta donde es reducido para integrar compuestos orgánicos. La reabsorción del SO4, depende del catión acompañante y crece en el sentido siguiente.

Ca < Mg. < Na < NH < K

En cantidades limitadas el azufre puede absorberse, este proceso puede ser inhibido por el cloro, por el cloro, por las partes epigeas de la planta.

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Entre el azufre orgánico y le mineral, no existe una concreta relación en la planta; la concentración de S-mineral, depende en forma predominante de la concentración del azufre in situ, por la cual pueden darse notables variaciones. En cambio el azufre de las proteínas depende del nitrógeno, su concentración es aproximadamente 15 veces menos que el nitrógeno.

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El azufre es absorbido por las plantas en su forma sulfatado, SO4, es decir en forma aniónica perteneciente a las distintas sales: sulfatos de calcio, sodio, potasio, etc. (SO4 Ca, SO4 Na2)

El azufre no solo ingresa a la planta a través del sistema radicular sino también por las hojas en forma de gas de SO2, que se encuentra en la atmósfera, a donde se concentra debido a los procesos naturales de descomposición de la materia orgánica, combustión de carburantes y fundición de metales.

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CICLO DEL FOSFORO

Aunque la proporción de fósforo en la materia viva es relativamente pequeña, el papel que desempeña es absolutamente indispensable. Los ácidos nucleicos, sustancias que almacenan y traducen el código genético, son ricos en fósforo. Muchas sustancias intermedias en la fotosíntesis y en la respiración celular están combinadas con fósforo, y los átomos de fósforo proporcionan la base para la formación de los enlaces de alto contenido de energía del ATP, que a su vez desempeña el papel de intercambiador de la energía, tanto en la fotosíntesis como en la respiración celular.

El fósforo es un elemento más bien escaso del mundo no viviente. La productividad de la mayoría de los ecosistemas terrestres pueden aumentarse si se aumenta la cantidad de fósforo disponible en el suelo. Como los rendimientos agrícolas están también limitados por la disponibilidad de nitrógeno y potasio, los programas de fertilización incluyen estos nutrientes. En efecto, la composición de la mayoría de los fertilizantes se expresa mediante tres cifras. La primera expresa el porcentaje de nitrógeno en el fertilizante; la segunda, el contenido de fósforo (como sí estuviese presente en forma de P2O5); y la tercera, el contenido de potasio (expresada sí estuviera en forma de óxido K2O).

El fósforo, al igual que el nitrógeno y el azufre, participa en un ciclo interno, como también en un ciclo global, geológico. En el ciclo menor, la materia orgánica que contiene fósforo (por ejemplo: restos de vegetales, excrementos animales) es descompuesta y el fósforo queda disponible para ser absorbido por las raíces de la planta, en donde se unirá a compuestos orgánicos. Después de atravesar las cadenas alimentarias, vuelve otra vez a los descomponedores, con lo cual se cierra el ciclo. Hay algunos vacíos entre el ciclo interno y el ciclo externo. El agua lava el fósforo no solamente de las rocas que contienen fosfato sino también del suelo. Parte de este fósforo es interceptado por los organismos acuáticos, pero finalmente sale hacia el mar.

El ciclaje global del fósforo difiere con respecto de los del carbón, del nitrógeno y del azufre en un aspecto principal. El fósforo no forma compuestos volátiles que le

permitan pasar de los océanos a la atmósfera y desde allí retornar a tierra firme. Una vez en el mar, solo existen dos mecanismos para el reciclaje del fósforo desde el océano hacia los ecosistemas terrestres. El uno es mediante las aves marinas que recogen el fósforo que pasa a través de las cadenas alimentarias marinas y que pueden devolverlo a la tierra firme en sus excrementos. Además de la actividad de estos animales, hay la posibilidad del levantamiento geológico lento de los sedimentos del océano para formar tierra firme, un proceso medido en millones de años.

El hombre moviliza el ciclaje del fósforo cuando explota rocas que contienen fosfato.

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CICLO DEL AGUA

En la atmósfera, con la ayuda del aire y del Sol, el vapor de agua se convierte en humedad, niebla, neblina, rocío, escarcha y nubes. Y como nieve sobre las montañas, o como lluvia o granizo en los valles, se escurre en la tierra, donde la recogen los ríos; y de los ríos va al mar. El mar retiene la sal del agua (que recogió del suelo, la tierra y las rocas que se encontraban en los lugares por donde pasa el río) y la envía a la atmósfera, pura y evaporada. De la atmósfera, el agua cae como lluvia y baja sobre los prados y los campos, nutre las cosechas y la fruta, y corre por los troncos y ramas de las plantas y árboles, llenándolos de flores. Al encontrar grietas en las rocas y el suelo, el agua penetra hacia adentro de la tierra, formando los ríos subterráneos que llenan los pozos; a veces sale en pequeñas cascadas o manantiales. A todo este proceso se le llama El Ciclo Hidrológico, y gracias a él, probablemente tú volverás a beber esta misma agua cien veces durante toda tu vida.Aunque el agua está en movimiento constante, se almacena temporalmente en los océanos, lagos, ríos, arroyos, cuencas, y en el subsuelo. Nos referimos a estas fuentes como aguas superficiales , aguas subterráneas.

El sol calienta el agua superficial de la Tierra, produciendo la evaporación que la convierte en gas. Este vapor de agua se eleva hacia la atmósfera donde se enfría, produciéndose la condensación. Así se forman pequeñas gotas, que se juntan y crecen hasta que se vuelven demasiado pesadas y regresan a la tierra como precipitación en forma de lluvia.

A medida que cae la lluvia, parte de ella se evapora directamente hacia la atmósfera o es interceptada por los seres vivientes. La que sobra se mete a la tierra a través de un proceso que se llama infiltración, formando las napas subterráneas. Si la precipitación continúa cayendo a la tierra hasta que ésta se satura, el agua excedente entonces pasa a formar parte de las aguas superficiales.

Tanto las aguas superficiales como las aguas subterráneas finalmente van a dar al océano.

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CICLO DEL SILICIO

A pesar de su inactividad relativa, el silicio no se encuentra libre en la naturaleza. Se presenta únicamente en oxi-compuestos tales como la sílice y los silicatos. Los compuestos de silicio y oxigeno son los mas abundantes de todos los existentes en la corteza terrestre.La mayor parte de las rocas y minerales son silicatos con una red,Esta red puede considerarse derivada del SiO2, pero con átomos de otros elementos unidos a los átomos de silicio o de oxigeno y a veces, sustituyéndolos.Las formulas y nombres de los grupos más abundantes de minerales que contienen silicio son:

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Nota.- Los minerales aquí relacionados incluyen solamente el sílice y los principales silicatos; sin embargo constituyen el 93% de la totalidad de los minerales de la corteza terrestre. El otro 7% esta formado por algunos silicatos de menor importancia y la miríada de minerales sin silicio, tales como carbonatos, sulfatos, sulfuros y óxidos.

El silicio elemental puede prepararse a partir de la sílice por reducción con el magnesio o aluminio.

SiO2+2Mg calor 2MgO + Si

En esta forma cristalina, el silicio es gris o negro. Ha tenido pocas aplicaciones; sin embargo, se esta empleando como componente e los transistores y en algunas de las nuevas pilaras solares.Entre los haluros del silicio cabe destacar el fluoruro (SiF4), que se obtiene según la reacción:

2CaF2+SiO2+4H2SO4 SiF4+2CaSO4+2H2So4 H2O,

y el ácido Fluosilicico (H2SiF6) que en solución es un electrolito fuerte y puede prepararse así:

SiO2+6HF H2SiF6+2H2O

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Ciclo del carbono

El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de la fotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera o disuelto en el agua. Parte de este carbono pasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma de hidratos de carbono, grasas y proteínas; el resto es devuelto a la atmósfera o al agua mediante la respiración. Así, el carbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de ese modo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos de carbono. Gran parte de éste es liberado en forma de CO2 por la respiración, como producto secundario del metabolismo, pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a los carnívoros, que se alimentan de los herbívoros. En última instancia, todos los compuestos del carbono se degradan por descomposición, y el carbono es liberado en forma de CO2, que es utilizado de nuevo por las plantas.

El ciclo del carbono implica un intercambio de CO2 entre dos grandes reservas: la atmósfera y las aguas del planeta. El CO2 atmosférico pasa al agua por difusión a través de la interfase aire-agua. Si la concentración de CO2 en el agua es inferior a la de la atmósfera, éste se difunde en la primera, pero si la concentración de CO2 es mayor en el agua que en la atmósfera, la primera libera CO2 en la segunda. En los ecosistemas acuáticos se producen intercambios adicionales. El exceso de carbono puede combinarse con el agua para formar carbonatos y bicarbonatos. Los carbonatos pueden precipitar y depositarse en los sedimentos del fondo. Parte del carbono se incorpora a la biomasa (materia viva) de la vegetación forestal y puede permanecer fuera de circulación durante cientos de años. La descomposición incompleta de la materia orgánica en áreas húmedas tiene como resultado la acumulación de turba. Durante el periodo carbonífero este tipo de acumulación dio lugar a grandes depósitos de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas.

Los recursos totales de carbono, estimados en unas 49.000 giga toneladas (1 giga tonelada es igual a 109 toneladas), se distribuyen en formas orgánicas e inorgánicas.

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El carbón fósil representa un 22% del total. Los océanos contienen un 71% del carbono del planeta, fundamentalmente en forma de iones carbonato y bicarbonato. Un 3% adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el fitoplancton. Los ecosistemas terrestres, en los que los bosques constituyen la principal reserva, contienen cerca de un 3% del carbono total. El 1% restante se encuentra en la atmósfera, circulante, y es utilizado en la fotosíntesis.

Debido a la combustión de los combustibles fósiles, la destrucción de los bosques y otras prácticas similares, la cantidad de CO2 atmosférico ha ido aumentando desde la Revolución Industrial. La concentración atmosférica ha aumentado de unas 260 a 300 partes por millón (ppm) estimadas en el periodo preindustrial, a más de 350 ppm en la actualidad. Este incremento representa sólo la mitad del dióxido de carbono que, se estima, se ha vertido a la atmósfera. El otro 50% probablemente haya sido absorbido y almacenado por los océanos. Aunque la

vegetación del planeta puede absorber cantidades considerables de carbono, es también una fuente adicional de CO2.

El CO2 atmosférico actúa como un escudo sobre la Tierra. Es atravesado por las radiaciones de onda corta procedentes del espacio exterior, pero bloquea el escape de las radiaciones de onda larga. Dado que la contaminación atmosférica ha incrementado los niveles de CO2 de la atmósfera, el escudo va engrosándose y retiene más calor, lo que hace que las temperaturas globales aumenten en un proceso conocido como efecto invernadero. Aunque el incremento aún no ha sido suficiente para destruir la variabilidad climática natural, el incremento previsto en la concentración de CO2 atmosférico debido a la combustión de combustibles fósiles sugiere que las temperaturas globales podrían aumentar entre 2 y 6 °C a comienzos del siglo XXI. Este incremento sería suficientemente significativo para alterar el clima global y afectar al bienestar de la humanidad.

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INGENIERIA BIOQUIMICA(BIOLOGIA)

Todo organismo, aún el más simple, contiene una enorme cantidad de información. Esa información se repite en cada una de sus células organizada en

unidades llamadas genes, los cuales están formados por ADN. Los genes controlan todos los aspectos de la vida de cada organismo, incluyendo

metabolismo, forma, desarrollo y reproducción. De ellos depende la continuidad de la vida, porque constituyen el enlace esencial entre generaciones. Esta

transmisión de información genética de los padres a los hijos se denomina herencia. Desde principios de siglo, la ciencia de la Ingeniería Genética ha

experimentado notables avances.

La Ingeniería Genética es un término que abarca distintos caminos para cambiar el material genético. El ADN (código en el organismo vivo) es el cual contiene toda la información almacenada en una larga cadena de una molécula química que determina la naturaleza del organismo así sea una amiba, un árbol de pino, una vaca o un hombre y el cuál caracteriza las particularidades individuales. A diferencia de los gemelos el mapa genético de cada uno de nosotros es único. Los genes individuales son secciones particulares de esta cadena, quienes determinan las características y funciones de nuestro cuerpo.

Los defectos de los genes individuales pueden causar mal funciones en el metabolismo del cuerpo, y es el origen de muchas enfermedades genéticas.

En la ingeniería genética se busca el conocimiento de lo que son los cada uno de los genes de un mapa genético. Esto no está tan lejos como parece, la capacidad de eliminar el factor azar de nuestro perfil, genético esta cada vez más cerca. Según French Anderson (60 años), pionero de la terapia genética, "ya existe toda la base científica necesaria, pero no tendremos hasta dentro de 10 o 5 años la eficiencia y seguridad para llevar a cabo transferencias genéticas en forma ética".

Otro factor limitante es que todavía el banco de genes no tiene "depositados" a la espere de clientes todos los complejos conjuntos de genes que determinan la inteligencia, el buen comportamiento y la higiene mental perfecta. Aclaro que lo ideal de recurrir a la ingeniería genética es que la utilicen para prevenir o corregir enfermedades serias y no para tener un hijo mas inteligente, o para que sea alto y de ojos celestes. El problema es que la ciencia sigue progresando a velocidad de un tren bala, llegando a menudo a una estación determinada mucho antes de que hayan podido analizarse y comprenderse a fondo todas las consecuencias derivadas de los adelantos.

Los descubrimientos en materia genética son asunto de todos los días, hay bancos de datos que poseen la codificación parcial de más de la mitad de los genes humanos. Millones de nuevas entradas del código genético ingresan al banco público de genes del Centro Nacional de Información Biotecnológica.

La única terapia genética permitida hoy para su aplicación en seres humanos es la vinculada a las enfermedades.

La ingeniería genética puede definirse como "La manipulación deliberada de la información genética, con miras al análisis genético o al mejoramiento de una especie". Con el descubrimiento de la estructura del material genético, en 1953, nace la biología molecular y con ello se inicia una nueva etapa en la historia de la biología. El año de 1970 marca otra etapa importante: el comienzo de la manipulación enzimática del material genético, y por consiguiente, la aparición de la ingeniería genética molecular, que constituye la más reciente evolución de la manipulación genética. Los procedimientos que se utilizan reciben el nombre de métodos del ADN recombinante o clonación molecular del ADN. En el pasado se utilizaban en forma empírica los sistemas biológicos existentes, hoy ya no solamente se seleccionará uno de esos sistemas para llevar a cabo un proceso, sino que se diseñarán genéticamente atendiendo a la posibilidad real de manejar su información genética y la de incorporarles la de otros organismos.

La ingeniería genética de plantas ofrece la posibilidad de modular la expresión de genes específicos, que son importantes para un cierto proceso metabólico. Es posible incrementar la expresión de un determinado gene al transformar plantas con un gene quimérico con un promotor fuerte; o disminuir la expresión usando la tecnología del RNA en sentido inverso (anti-RNA) y así, alterar cuantitativamente el control de flujo de un proceso específico.

Beneficios

La ingeniería genética tiene un gran potencial. Por ejemplo, el gen para la insulina, que por lo general sólo se encuentra en los animales superiores, se puede ahora introducir en células bacterianas mediante un plásmido o vector. Después la bacteria puede reproducirse en grandes cantidades constituyendo una fuente abundante de la llamada insulina recombinante a un precio relativamente bajo. La producción de insulina recombinante no depende del, en ocasiones, variable

suministro de tejido pancreático animal. Otros usos de la ingeniería genética son el aumento de la resistencia de los cultivos a enfermedades, la producción de compuestos farmacéuticos en la leche de los animales, la elaboración de vacunas, y la alteración de las características del ganado.

VENTAJAS DE LA INGENIERIA GENETICAEl principal avance de la Ingeniería Genética consiste en la capacidad para crear especies nuevas a partir de la combinación de genes de varias existentes, combinando también por lo tanto sus características. Cultivos con genes de insectos para que desarrollen toxinas insecticidas o tomates con genes de pez para retrasar la marchitación han dejado hace tiempo de ser ciencia-ficción para constituir una realidad en nuestros días.

Permitir el cultivo de hortalizas en áreas desérticas hasta ahora estériles o aumentar el tamaño de los frutos cultivados son algunos de los adelantos que la utilización de este tipo de técnicas pueden aportar a la Humanidad, con los logros que supone hacia la erradicación del hambre en el Mundo. Lo que no se ha definido todavía es cómo compatibilizar estos objetivos con los intereses económicos de las empresas de biotecnología que los desarrollan.

ARACELY ABRIL TERCERO VELÁZQUEZ

tercero100@hotmail.com

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Naturaleza química y mineralógica de las partículas de suelo

Se llama suelo a la capa superficial terrestre no consolidada que está formada predominantemente por compuestos inorgánicos. La fase sólida de la mayoría de los suelos está constituida principalmente por sustancias inorgánicas de diferente composición química.

Es necesario tener un concepto general de la composición química de las fracciones de suelo para comprender su comportamiento físicoquímico.

El estudio mineralógico de las arcillas mediante las técnicas de rayos X y de petrografía mostraron que están constituidas principalmente por minerales cristalinos claros y diversas cantidades de material no cristalino. Los principales elementos químicos constituyentes de las arcillas son átomos de silicio, aluminio, fierro, magnesio, hidrógeno y oxígeno.

El análisis químico de las arcillas indica que los principales compuestos que contienen SiO2 , Al2O3 , Fe2O3 , y H2O y cantidades variables de otros óxidos como: TiO2 , CaO, MgO, MnO, K2O, Na2O y P2O5, más los grupos hidroxilos.

Los patrones de construcción de los diferentes minerales de arcilla son unidades de forma como el tetraedro y el octaedro. La unidad en forma de tetraedro de sílice con un átomo de oxígeno en cada vértice y unido a ellos un átomo de silicio en el centro, a veces un átomo de aluminio sustituye al de silicio en el tetraedro y le cambia las propiedades del mineral de arcilla, pues es una sustitución isomórfica en el cristal (el ion trivalente de aluminio tiene un radio de 0.57

angstroms, , y el tetravalente de silicio de radio 0.39 ) . Los tetraedros se enlazan unos con otros formando una hoja conocida como hoja de sílice o de tetraedros, en la cual los 3 átomos de oxígeno que forman la base de un tetraedro son compartidos conjuntamente con los 3 tetraedros adyacentes. Cada celda unitaria de la lámina de arcilla consta de 4 grupos de SiO2 y 6 átomos de oxígeno. La unidad en forma de octaedro de alúmina, en el cual 6 grupos hidroxilos (OH- ) o átomos de oxígeno están dispuestos de tal manera que cada uno forma un vértice de un octaedro que se mantiene unido por un átomo de aluminio en el centro, algunas veces el aluminio es sustituido por fierro en estado ferroso o férrico (los iones divalentes de magnesio, de

fierro y el trivalente de fierro sus respectivos radios son 0.78, 0.83 y

0.67 ). Los iones mayores causan esfuerzos de tensión en las unidades octaédricas. Los octaedros se encuentran unidos entre sí en una hoja o lámina conocida como hoja de alúmina u octaédrica. En la lámina de alúmina los 6 grupos OH- que forman el octaedro están conjuntamente compartidos con 3 octaedros adyacentes. Los 6 grupos OH- forman un patrón hexagonal simétrico y un arreglo compacto con otro OH- en el centro. La celda unitaria está compuesta por 4 átomos de aluminio y 6 grupos OH- . Por esto la parte superior y la inferior de la hoja de alúmina son planos de hidroxilos. Al juntarse 2 láminas de sílice y de alúmina se forma un mineral de arcilla.

Se han identificado muchas especies de minerales de arcilla con diferentes propiedades físicas y químicas como:

1. Grupo de caolín con retículo espacial 1:1 se caracteriza por tener una lámina de sílice y otra de alúmina. Por ejemplo, caolinita, dickita, nacrita y halloysita. Hay poca o ninguna sustitución isomórfica en su red cristalina. Las 2 capas unitarias se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno entre los átomos de hidrógeno del plano de hidroxilos de la unidad y átomos de oxígeno adyacente. Las capas de celdas unitarias están unidas tan fuertemente que los iones o las moléculas de agua no pueden a través de capas

Caolinita

adyacentes de caolinita. Esto significa que sus propiedades coloidales están determinadas solamente por las superficies externas. Tienen poca dilatación o contracción y poca plasticidad. Las valencias no neutralizadas que resultan de las uniones rotas en los bordes del mineral de arcilla son la causa de las reacciones iónicas. La capacidad de intercambio de cationes es menor de 10 meq/100g de arcilla.2. Grupo de las micas con retículo 2:1 se caracteriza por tener 2 láminas de sílice y una de alúmina. Los 2 subgrupos principales son la ilita y la vermiculita. La ilita es un mineral interestratificado que tiene sustitución isomórfica del Si por el Al en la hoja de sílice, y de Al por Mg y Fe en la hoja de alúmina. Las cargas negativas producidas por la sustitución son equilibradas por iones de potasio. Las vermiculitas difieren de las ilitas principalmente en que es el magnesio el ion intercambiable entre las capas que equilibra las cargas

Vermiculita

negativas resultantes en la red cristalina por la sustitución del Al por el Si en la lámina de sílice. La capacidad de intercambio de cationes varía entre 100 y 150 meq/100g en el conjunto de superficies internas y externas.3. Grupo de la montmorillonita con retículo 2:1 dilatado se caracteriza por tener 2 láminas de sílice y una de alúmina en las cuales el retículo cristalino se dilata y se contrae conforme a la cantidad de agua y a los cationes intermedios. A este grupo pertenecen la beidelita y la nontronita. En la montmorillonita hay sustitución de Si por Al en la lámina de sílice y de Al por Fe y Mg en la lámina de alúmina. Las cargas negativas se originan en las capas tetraédricas y en las octaédricas y son equilibradas por los cationes de intercambio que se encuentran entre las capas de las celdas unitarias. La hidratación de estos cationes y la adsorción de moléculas de agua en los

Montmorillonita

planos de oxígeno de las láminas de sílice mediante enlaces de hidrógeno causan la hinchazón entre las capas y la dilatación de la red cristalina. El grado de esta dilatación o contracción de la red varía con la naturaleza del catión intercambiable y con el grado de hidratación de las superficies internas. La capacidad de intercambio catiónico de la montmorillonita varía entre 80 y 150 meq/100g en el conjunto de superficies externas e internas. Esta alta capacidad de intercambio catiónico y la naturaleza expansiva de la red del cristal influyen mucho en la viscosidad, hinchazón, plasticidad y otras propiedades físicas. En la beidelita la mayor parte de la carga negativa se produce en las láminas de sílice por la sustitución del silicio por el aluminio. En la lámina octaédrica la sustitución es del aluminio por el fierro y el magnesio. La capacidad de intercambio catiónico es menor que la de la montmorillonita y varía entre

65 y 90 meq/100g. En la nontronita el fierro sustituye al aluminio en la lámina de alúmina.

4. Grupo de paligorskita o arcillas fibrosas con red cristalina 2:1 modificada

Paligorskita

MONITOREOS AMBIENTALES

EN EL GASODUCTO BUENOS AIRES-MONTEVIDEO

LEYES AMBIENTALES ARGENTINAS EMPRESASPAGINA INICIAL

Exposición en AIDIS-DIRSA el 20 de noviembre de 2002. Publicada en Revista AIDIS Nº 67 mar/abr 03 pag 72

Alvaro Sánchez Granel – Ingeniero Geógrafo

(UNR)Consultor Ambiental

Profesor de Física Ambiental – Universidad del Salvador

Director Nacional de la División de Residuos Sólidos de AIDIS

INTRODUCCION

Como respuesta a la necesidad de proveer a la República Oriental del Uruguay de gas natural, el 2 de marzo de 2001 se iniciaron las obras del Gasoducto Cruz del Sur a través de un consorcio formado por British Gas, Pan American, Ancap y Wintershall. La construcción de la obra fue ejecutada a través de dos consorcios: GOSA para el tramo terrestre y las firmas Compañía Sudamericana de Dragados S. A. (Jan de Nul) y Saibos para el tramo fluvial. Además como órganos

ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL

de contralor ya sea de la parte constructiva como de la parte ambiental intervinieron la Secretaría de Política Ambiental de la Provincia de Bs. As. (SPA), el Órgano Regulador de las Aguas Bonaerenses (ORAB), el Ente Nacional de Regulación del Gas (ENARGAS) y la empresa concesionaria de provisión de agua en ese momento AZURIX, así como organismos del estado uruguayo.

Las características técnicas de la obra fueron las siguientes:

• Inversión u$s 170 millones • 392 Km de cañerías desde Buchanan (Bs. As. - Argentina) hasta Montevideo (Uruguay). • 40 Km terrestres lado argentino • 297 Km terrestres lado uruguayo (104 Km troncales y 193 Km cañerias laterales). • 55 Km cruce subfluvial del Río de la Plata. • Diámetro de la cañería: 24” • Longitud de los tramos: 12 m • Espesor: 12.93 mm • Recubrimiento de hormigón y malla metálica: 4” de espesor • Profundidad bajo el lecho: 2.20 a 2.40 m • Profundidad bajo el lecho en el cruce de canales de navegación: 8 m • Capacidad a alcanzar: 12 millones de metros cúbicos por día. • La excavación de la trinchera para la cañería se realizó con tres tipos de dragas: • Primeros 300 m de las acometidas costeras (uruguaya y argentina): dragas mecánicas excavadoras o dragalinas. • De los 300 m a los 3 Km lado argentino: draga cortadora de succión ( con descarga a 3 Km de la costa).

• De los 3 Km lado argentino hasta 300 m antes del lado uruguayo: draga de succión por arrastre.

Los monitoreos ambientales que vamos a analizar, son aquellos implementados en el tramo fluvial, que arrancó de Punta Lara, en las cercanías de la ciudad de La Plata hasta Playa Santa Ana en las cercanías de Colonia (55 Km). Este tramo fue el mas comprometido por la cantidad de sedimentos contaminados acumulados en los tres primeros kilómetros de la costa argentina y en particular por la cercanía de la obra a dos tomas de agua: una que abastece a la Ciudad de La Plata, Berisso y Ensenada y la otra a la Escuela Naval Militar. Las características ambientales de la obra en el tramo fluvial se pueden sintetizar en las siguientes:

• El valor medio de la concentración de sólidos en suspensión ( fracciones finas limos y arcillas) oscila entre 50 y 100 mg/l, con picos de 200 a 600 mg/l. • Las muestras de agua y sedimentos indican un gradiente decreciente de contaminación con el aumento de la distancia a la costa argentina. • En sedimentos, los valores de los siguientes parámetros superan las metas de calidad en algunas muestras: cadmio, cromo, mercurio, hidrocarburos totales, biocidas y bifenilos policlorados. • Los sedimentos más cercanos a la costa ( < 1 Km) presentan la mayor concentración de contaminantes orgánicos y metales y entrañan el mayor riesgo en las tareas de dragado. • Los sedimentos presentes en algunas estaciones de muestreo alejadas de la costa, también pueden producir impactos negativos debido a la potencial removilización de metales.

• En función de estos resultados, se establece como área prioritaria para el monitoreo de la calidad de agua y sedimentos la franja costera argentina que se extiende a lo largo de los primeros 10 Km de traza.

PLAN DE MONITOREO

El objetivo del Plan de Monitoreo fue el de verificar que las obras no afectaran la calidad del agua del Río de la Plata y en particular las condiciones en la zona costera. En este sentido se localizaron dos puntos sensibles, por un lado la Toma de agua de la Ciudad de la Plata (distante aproximadamente a 1 Km de la cabecera del gasoducto) y por otro la Toma de agua de la Escuela Naval Militar (distante aproximadamente a 7 Km de la cabecera del gasoducto).

Por lo tanto el Plan de Monitoreo se puede sintetizar en los siguientes puntos:

• Muestreo periódico de aguas en Estaciones Fijas a lo largo de la costa argentina • Muestreo periódico de aguas y sedimentos en Estaciones Móviles en las zonas de dragado y

depósito • Muestreo continuo de aguas en Estaciones Fijas a lo largo de la costa argentina y en la

Planta Potabilizadora durante el dragado de los primeros 3 Km. • Registro continuo de la Pluma de Turbidez durante el dragado de los primeros 3 Km.

Las Estaciones de Monitoreo ubicadas a lo largo de la costa argentina y en el Río de la Plata fueron las siguientes:

ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL

Durante el período de monitoreo, previo a las tareas de dragado dentro de los 3 Km de la costa argentina, semanalmente se tomaron muestras de agua a las cuales se le determinaron algunos parámetros en el campo y otros en laboratorio. Los parámetros determinados en el campo fueron:

• Turbidez • Oxígeno disuelto • pH • Conductividad

• Temperatura

Y los parámetros analizados en laboratorio fueron:

Previo a los comienzos de las tareas de dragado, se instaló en la punta del muelle del Club de Pescadores de La Plata, donde se encuentra la toma de agua, una estación fija de monitoreo permanente EF 1 para contar con una serie de datos sobre las condiciones ambientales del río. En la misma durante los 6 meses previos se midieron alturas de marea, fuerza y dirección del viento, turbidez y conductividad. Al comenzar las tareas de dragado desde los 3 km de la costa argentina hasta la costa uruguaya, con una draga cortadora se monitoreaban semanalmente las aguas y los sedimentos desde cuatro estaciones distribuidas sobre la costa EF 3, EF 4, EF 5 y EF 6, por medio de una botella Niskin para las muestras de agua y un escoring o una draga bambin para los sedimentos. En las muestras de agua se determinaba in situ PH, conductividad, oxígeno disuelto, temperatura y turbidez y mediante una cadena de custodia en laboratorio se determinaban los demás parámetros. Al mismo tiempo se fondeo en una zona no perturbada por la obra (Punta Quilmes) la estación EF 2, con una serie de sensores de registro contínuo (turbidímetro, conductímetro, correntómetro y medidor de presión), que almacenaban sus datos en un datalogger. Semanalmente

por medio de una embarcación con un guinche colocado en la popa y un equipo de buzos, se izaba la estación, se verificaba el estado de los sensores, se sacaba el datalogger y se bajaban los datos a una PC, luego se lo volvía a colocar, se controlaba el estado de la batería para finalmente volverlo a fondear tomando la posición con un sistema GPS diferencial.

En el lugar donde se encontraba trabajando la draga de succión, se establecieron dos estaciones de monitoreo móviles EM 1 y EM 2, una en la zona de descarga y otra 2000 m aguas abajo, en las cuales se tomaban muestras de agua y de sedimentos con un scoring.

PLAN DE CONTINGENCIAS

Al comenzar las tareas de dragado y tapada en los primeros 3 km de la costa argentina en el mes de noviembre de 2001, se implementó un Plan de Contigencias que intensificó los monitoreos que se venían realizando además de poner en marcha una serie de Medidas de Mitigación y un Plan de Acción que incluía los recursos y medios para poderlo llevar a cabo.

En el intervalo entre las tareas de dragado de la trinchera y tapada de la misma, el pontón SAIBOS, con 250 operarios a bordo, fue el encargado de soldar y colocar la cañería en la trinchera. Durante ese período se aplicó el Plan de Monitoreo normal.

En base a la serie de valores registrados y promediados en forma horaria en el período marzo-agosto de 2001 en la estación fija de monitoreo contínuo EF 1, se fijaron los niveles de Alerta y Crítico como el percentil 95 y 98 respectivamente de los parámetros turbidez, conductividad y nitratos.

Parámetro Nivel de alerta Nivel Crítico

Turbidez 140 NTU 185 NTU

Conductividad 500 µ siemens 580 µ siemens

Nitratos 12 mg/l 20 mg/l

Las medidas de mitigación para los niveles de turbidez fueron las siguientes:

a) Si el promedio horario de la medición contínua de turbidez superara el Nivel de Alerta en la estación EF 1 y se verificaba en EF 2 que no era consecuencia de la situación atmosférica y mareológica reinante en ese momento, se procedía a disminuir el ritmo de dragado al 50%.

b) Si durante dos lecturas horarias consecutivas en EF 1 se superaba el Nivel Crítico y verificado en EF 2 que no era consecuencia de la situación atmosférica y mareológica reinante en ese momento, o si se mantenía la situación a) por mas de 6 horas, se procedía a detener las operaciones hasta volver a condiciones normales.

Medidas similares se tomaron para los valores de conductividad y nitratos de manera de llevar un control horario de las condiciones ambientales del río. Respecto a las condiciones meteorológicas se fijaron parámetros límites

Equipo Datalogger

ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL

que implicaban la suspensión de las tareas de dragado:

a) Ocurrencia de vientos del cuadrante NE y con velocidades de 17 nudos o 30 Km/h.

b) Si los resultados de los análisis fisico-químicos indicaban que el contenido de arcilla como consecuencia de las condiciones meteorológicas dificultaba la operación de la Planta de Potabilizadora de Agua.

Tomamuestras de suelo

Todo este plan, además de implicar una red de comunicaciones entre todas las partes intervinientes para los momentos en que se daban los niveles Alerta y Crítico, hizo necesario disponer de un equipo de químicos para la toma de muestras durante las 24 hs. y mediciones contínuas de la Pluma de Turbidez de sedimentos generada por las tareas de dragado y tapada a traves de una embarcación tipo remolcador, equipada con sensores, GPS diferencial, laboratorio y personal entrenado.

MEDICION DE LA PLUMA DE TURBIDEZ

Durante todo el período de dragado y tapada dentro de los 3 km de la costa argentina, se realizaron mediciones contínuas de la pluma de turbidez la cual fue modelada para pronosticar su desplazamiento dentro de las 24 y 48 hs.

La turbidez es la expresión de la propiedad óptica de la muestra que causa que los rayos de luz sean dispersados y absorbidos en lugar de ser transmitidos en línea recta a través de la muestra. La unidad de turbiedad, fue definida "como la obstrucción óptica de la luz, causada por una parte por millón de sílice en agua destilada"

1 unidad nefelométrica de turbiedad (NTU) = 7.5 ppm de Si02

Actualmente, la unidad utilizada es la NTU, Unidad Nefelométrica de Turdidez y que equivale a

1 unidad nefelométrica de turbidez (NTU) = 1 ppm de formazina estandar

Draga cortadora Chorro de sedimentos

Los valores de turbidez pueden variar desde cero hasta varios miles de

unidades en aguas altamente turbias, consecuentemente no hay un método de determinaciones que abarque tan amplio intervalo.

Los sensores ópticos que se utilizaron en el proyecto, OBS, constan de un diodo emisor de rayos infrarrojos de alta intensidad (IRED), un detector de cuatro fotodiodos y un transductor lineal de estado sólido. La emisión de IRED se produce con la mitad de la intensidad apuntando a 50º en el plano axial del sensor y 30º en el plano radial. El detector mide IR esparcidos entre 140º y 160º.

Para el seguimiento de la pluma de turbidez se equipó una embarcación tipo remolcador, con un pescante donde colgaba el sensor de turbidez sumergido aproximadamente entre 1.5 a 2 m. La información se registraba a tiempo real en una computadora instalada en el puente del barco, con un sistema de navegación conectado a un posicionador GPS diferencial y dos monitores para el seguimiento de la pluma por parte del operador y para visualización del recorrido por parte del timonel. En dicho sistema se indicaban en metros los apartamientos del recorrido, las longitudes de las líneas a navegar, el azimut de la línea, las coordenadas y el nivel de turbidez registrado.

El programa de seguimiento consistía en navegar una línea previamente trazada en el sistema, paralela a la costa a unos 3 Km de distancia y de longitud aproximada de 8 Km, que pasaba por la zona de descarga del material dragado y donde se hacia una medición continua de turbidez. Una vez terminado el recorrido se determinaba la posición del punto de mayor turbidez y sobre ese punto se navegaba una línea perpendicular de longitud 4 Km ( 2 Km a cada lado) midiendo turbidez.

Esta operación se repetía sobre dos líneas de 4 km paralelas a la anterior y ubicadas una a 1.5 Km aguas arriba y otra a 1.5 Km aguas abajo. Sobre esas 3 líneas se elegían 9 puntos, los extremos y los puntos medios, donde el barco se detenía y con una botella Niskin se tomaban muestras de agua a las que se les determinaba conductividad y nitratos in situ. Durante este período se realizaban dos relevamientos por día, uno por la mañana y otro por la tarde y al final de cada uno de ellos se transmitía vía Fax los valores de turbidez, nitratos y conductividad de los 9 puntos de muestreo y luego vía e-mail se enviaban todos los datos. Esos datos eran procesados por la Consultora Serman & asociados, que era la encargada de realizar una modelación matemática del movimiento de la pluma y de esta manera con datos de vientos y mareas hacía un pronóstico para 24 y 48 hs.

Para el período de tapada de la cañería, la draga succionaba de la zona de descarga y por medio de una cañería flotante llegaba hasta el punto de tapada. Por lo tanto en esta etapa el foco de generación de la pluma de turbidez iba avanzando con la tapada lo que implicó hacer una grilla que abarcara toda la zona y así poder determinar el tamaño de la pluma.

CONCLUSIONES

Como resultado del Plan de Monitoreo y de Contingencias aplicado a lo largo de la obra, se logró finalizar la misma sin haber obstaculizado la provisión de agua de la ciudad de La Plata y de la Escuela Naval Militar. En varias oportunidades fue necesario, debido a que se superaron los niveles críticos, suspender las tareas de dragado, inclusive hasta 10 días, porque debido a las condiciones meteorológicas, no se restauraban las condiciones normales.

Cabe destacar el gran trabajo de coordinación realizado por la Gerencia de Medio Ambiente de Compañía Sudamericana de Dragados S. A., que tuvo a cargo la implementación del plan y la comunicación entre todas las partes intervinientes.

AGRADECIMIENTOS

Al Lic. Enrique Sánchez, Gerente Ambiental de Compañía Sudamericana de Dragados.

Al Ing. Fernando Couleriu

A Gasoductos Cruz del Sur

BIBLIOGRAFÍA

Programa de Monitoreo y Condiciones Operativas Preventivas y Contingentes para el Dragado en la Franja Costera Argentina, Serman & asociados S.A. Consultora

Informe Diario de Monitoreo y Pronóstico de Evolución de la Pluma de Turbiedad, Serman & asociados S.A. Consultora

Geohidrología: composicion de las aguas subterraneas

SUSTANCIAS QUE SE ENCUENTRAN DISUELTAS EN UN AGUA NATURAL SUBTERRANEA. IONES FUNDAMENTALES Y MENORES

En un agua subterránea natural, la mayoría de las sustancias disueltas se encuentran en estado iónico. Unos cuantos de estos iones se encuentran presentes casi siempre y su suma representa casi la totalidad de los iones presentes; estos son los iones fundamentales.

Estos iones fundamentales son

Aniones Cationes

Cloruro Cl- Sodio Na+

Sulfato SO4-- Calcio Ca++

Bicarbonato CO3H- Magnesio Mg++

Es frecuente que los aniones nitrato (NO3-) y carbonato (CO3

-- ) y el catión potasio (K+) se consideren dentro del grupo de iones fundamentales aun cuando en general su proporción es pequeña. Otras veces se incluye además el ion ferroso (Fe++).

Entre los gases deben considerarse como fundamentales el anhídrido carbónico (CO2) y el oxígeno disuelto (O2), aunque no es frecuente que se analicen en aguas subterráneas.

Entre las sustancias disueltas poco ionizadas o en estado coloidal son importantes los ácidos y aniones derivados de la sílice (SiO2).

El resto de iones y sustancias disueltas se encuentran por lo general en cantidades notablemente más pequeñas que los anteriores y se llaman iones menores a aquellos que se encuentran habitualmente formando menos del 1% del contenido iónico total y elementos traza a aquellos que aunque presentes están por lo general en cantidades difícilmente medibles por medios químicos usuales.

Los iones menores más importantes son, además de los ya citados NO3-, CO3

--, K+

y Fe++, el NO2-, F-, NH4

+ y Sr++. Suelen estar en concentraciones entre 0.01 y 10 ppm. En concentraciones entre 0.0001 y 0.1 ppm, suelen estar los iones menores:

aniones: Br-, S--, PO4-3, BO3H2

-, NO2-, OH-, I-, etc.

cationes: Fe+++, Mn++, NH4+, H+, Al+++, etc.

Los iones metálicos derivados del As, Sb, Cr, Pb, Cu, Zn, Ba, V, Hg, U, etc., a veces están en cantidades medibles, pero en general son elementos traza. El resto de posibles iones están casi siempre en cantidades menores que 0.0001 ppm.

Las aguas subterráneas llamadas dulces contienen como máximo 1000 o quizá 2000 ppm de sustancias disueltas; si el contenido es mayor, por ejemplo hasta 5000 ppm se llaman aguas salobres y hasta 40000 aguas saladas. No es raro encontrar aguas que superen los 40000 ppm de sustancias disueltas llegando a veces hasta 300000 ppm. A estas aguas se les llama salmueras y están asociadas con frecuencia a depósitos salinos, aguas de yacimientos petrolíferos o bien aguas muy antiguas situadas a gran profundidad.

CARACTERISTICAS QUIMICAS DE LOS IONES Y SUSTANCIAS DISUELTAS MAS IMPORTANTES

Aniones y sustancias aniónicas

1. ION CLORURO, Cl-

a) Características químicas. Sales en general muy solubles. Muy estable en disolución y muy difícilmente precipitable. No se oxida ni reduce en aguas naturales.

b) Concentraciones. Entre 10 y 250 ppm en aguas dulces. El agua de mar tiene entre 18000 y 21000 ppm. Las salmueras naturales pueden llegar a tener 220000 ppm (saturación).

c) Nocividad y toxicidad. Más de 300 ppm comunican sabor salado al agua de bebida, pero no es perjudicial por lo menos hasta algunos miles de ppm. Es esencial para la vida. Contenidos elevados son perjudiciales para muchas plantas y comunican corrosividad al agua.

d) Análisis en laboratorio. Valoración con NO3Ag usando como indicador cromato potásico (viraje de amarillo a naranja).

e) Análisis de campo. Igual que en laboratorio, con bureta portatil o cuentagotas.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

2. ION SULFATO, SO4--

a) Características químicas. Sales moderadamente solubles a muy solubles, excepto las de Sr (60 ppm) y de Ba (2 ppm). Es difícilmente precipitable químicamente ya que las sales solubles de Sr y Ba son muy escasas en la naturaleza, pero puede separarse de la solución por concentración si existe un evaporación importante.

b) Concentraciones. Entre 2 y 150 ppm en aguas dulces pudiendo llegar a 5000 ppm en aguas salinas si existe Ca y hasta 200000 si está asociado a Mg y Na en ciertas salmueras. El agua del mar contiene alrededor de 3000 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. Las aguas selenitosas (elevado contenido en sulfato) no quitan la sed y tienen sabor poco agradable y amargo. Por sí mismo o si va asociado a Mg o Na en cantidades importantes puede comunicar propiedades laxantes. En cantidades elevadas puede ser perjudicial a las plantas. Más de algunos centenares de ppm perjudican a la resistencia del hormigón y cemento.

d) Análisis en laboratorio. Puede realizarse por valoración complexométrica pero se precisa cierta práctica en determinar el punto de viraje. El método mejor es el gravimétrico pero es engorroso y largo y por eso es de uso restringido.

e) Análisis de campo. No realizado habitualmente, excepto por turbidimetría.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

3. IONES BICARBONATO Y CARBONATO, CO3 H- y CO3--

a) Características químicas. Estos iones comunican alcalinidad al agua en el sentido que dan capacidad de consumo de ácido al producir una solución tampón. Se pueden precipitar con muicha facilidad como CO3Ca.

b) Concentraciones. El ion bicarbonato varía entre 50 y 350 ppm en aguas dulces pudiendo llegar a veces hasta 800 ppm. El agua del mar tiene alrededor de 100 ppm. El ion carbonato está en concentraciones mucho menores que el ion bicarbonato y si el pH < 8.3 se le considera cero. En aguas alcalinas con pH > 8.3 puede haber cantidades importantes, hasta 50 ppm en algunas aguas naturales. El agua del mar tiene menos de 1 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas de toxicidad. Las aguas bicarbonatadas sódicas son malas para riego, debido a la fijación del Na en el terreno y creación de un medio alcalino.

d) Análisis en laboratorio. Se determinan en función de la alcalinidad del agua.

e) Análisis de campo. Se realiza a veces determinando la alcalinidad del agua.

f) Toma de muestras. Debe realizarse con cuidado para evitar la pérdida de CO2 . Debe protegerse de cambios de temperatura y analizar lo antes posible. Las botellas deben ir bien cerradas y llenas a tope. En general los valores de CO3H-

medidos en laboratorio son algo menores que los reales.

4. ION NITRATO, NO3-

a) Características químicas. Sales muy solubles y por lo tanto es muy difícilmente precipitable.

b) Concentraciones. Normalmente entre 0.1 y 10 ppm pero en aguas polucionadas puede llegar a 200 ppm y en algún caso hasta 1000 ppm. El agua del mar tiene alrededor de 1 ppm o menos.

c) Nocividad y toxicidad. Concentraciones elevadas en agua de bebida puede producir cianosis en los niños y comunican corrosividad (oxidaciones) al agua y producen interferencias en fermentaciones.

d) Análisis en laboratorio. No siempre se determina pues en general es escaso y su análisis es complicado y lento. Se determina colorimétricamente a través del ácido fenildisulfónico.

e) Análisis de campo. No suele realizarse.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales excepto quizás en aguas que contienen NH4

+ para evitar su oxidación y que aparezca como NO3- .

5. SILICE, SiO2

a) Características químicas. La hidroquímica del silicio no está del todo aclarada pero se cree que la mayoría de la sílice está como SiO4H4 , en parte disuelta y en parte coloidal, y sólo una pequeña parte está ionizada (SiO4H3

- ) a pH normales.

b) Concentraciones. La mayoría de las aguas naturales tienen entre 1 y 40 ppm en SiO2 pudiendo llegar hasta 100, en especial en aguas bicarbonatadas sódicas. En aguas muy básicas se puede llegar a 1000 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. El mayor inconveniente está relacionado con su incrustabilidad en calderas y calentadores.

d) Análisis en laboratorio. Se suele realizar por colorimetría por el método llamado del azul de molibdeno (silicomolibdato) con un error menor del 2%. El método gravimétrico se emplea poco.

e) Análisis de campo. No realizado habitualmente.

f) Toma de muestras. Conviene evitar cambios de pH importantes, y utilizar botellas de plástico o vidrio Pirex. Los vidrios normales pueden aportar algo de sílice soluble si no se los mantiene antes uno o dos días con agua destilada.

Cationes y sustancias catiónicas

1. ION SODIO, Na+

a) Características químicas. Solubilidad muy elevada y muy difícil de precipitar.

b) Concentraciones. Entre 1 y 150 ppm en aguas dulces, no siendo raro encontrar contenidos mucho mayores, hasta varios miles de ppm. El agua del mar tiene alrededor de 10000 ppm, las salmueras naturales pueden llegar a tener 100000 ppm, siendo un límite que rara vez se sobrepasa el de 500 meq/l (= 110000 ppm).

c) Nocividad y toxicidad. Las aguas con concentraciones elevadas en sodio son perjudiciales a las plantas al reducir la permeabilidad del suelo; son especialmente nocivas si las concentraciones de Ca y Mg son bajas.

d) Análisis en laboratorio. Actualmente se determina habitualmente mediante un fotómetro de llama con un error menor del 1 a 3%, pero se precisa disponer de este instrumento el cual es caro.

e) Análisis de campo. No se realiza.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

2. ION POTASIO, K+

a) Características químicas. Solubilidad muy elevada y difícil de precipitar.

b) Concentraciones. Entre 0.1 y 10 ppm en aguas dulces. Extraordinariamente se pueden tener algunos cientos de ppm y sólo muy raramente se pueden tener algunos cientos de ppm y sólo muy raramente se puede tener salmueras de hasta 100000 ppm. El agua del mar tiene alrededor de 400 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas especiales a las concentraciones habituales y es un elemento vital para las plantas.

d) Análisis en laboratorio. Actualmente se la determina con cierta frecuencia por fotometría de llama con un error menor del 3 ó 10%.

e) Análisis de campo. No se realiza.

f) Toma de muestras. No se precisan precauciones especiales.

3. ION CALCIO, Ca++

a) Características químicas. Sales de moderadamente solubles a muy solubles. Es muy fácil de precipitar como CO3Ca.

b) Concentraciones. Entre 10 y 250 ppm en aguas dulces, pudiendo llegar a 600 ppm en aguas selenitosas. El agua del mar contiene alrededor de 400 ppm. Excepcionalmente se puede tener 50000 ppm en salmueras de Cl2Ca.

c) Nocividad y toxicidad. El mayor inconveniente va asociado al aporte de dureza y producción de incrustaciones.

d) Análisis de laboratorio. Valoración complexométrica con ácido etilendiaminotetracético (EDTA). También puede realizarse por fotometría de llama pero es poco usual.

e) Análisis de campo. Se realiza a veces por valoración complexométrica utilizando bureta o cuentagotas.

f) Toma de muestras. Evitar el escape de gases, llenando bien la botella y cerrándola. Evitar cambios de temperatura.

4. ION MAGNESIO, Mg++

a) Características químicas. Propiedades similares a las del ion calcio pero más soluble y algo más difícil de precipitar.

b) Concentraciones. Entre 1 y 100 ppm en aguas dulces, pudiendo llegar a veces a algunos miles de ppm en aguas salinas o salmueras. El agua del mar contiene 1200 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. Propiedades laxantes y da sabor amargo al agua de bebida si hay algunos centenares de ppm. Contribuye a la dureza del agua.

d) Análisis en laboratorio. Valoración complexométrica con EDTA indirecta (Mg = dureza - Ca), rara vez realizada directamente.

e) Análisis de campo. Se determina como dureza menos calcio.

f) Toma de muestras. En principio las mismas precauciones indicadas para el Ca++

.

Principales gases disueltos

1. ANHIDRIDO CARBONICO, CO2

a) Características químicas. Es un gas relativamente soluble y que al hidrolizarse produce ácido carbónico parcialmente disociado.

b) Concentraciones. Frecuentemente se sitúa entre 1 y 30 ppm, correspondiendo los valores más bajos a aguas en contacto fácil con la atmósfera.

c) Nocividad y toxicidad. Las aguas con un exceso de CO2 son agresivas y las que pierden CO2 pueden convertirse en incrustantes. Aguas con más de 20 ppm de CO2 libre pueden ser agresivas para el hormigón.

d) Análisis en laboratorio. Se determina la alcalinidad TAC y el pH.

e) Análisis de campo. Se realiza por cálculo si se ha determinado la alcalinidad TAC y el pH, o directamente con sosa caústica, utilizando una bureta o cuentagotas.

f) Toma de muestras. Evitar el escape de gases llenando bien la botella y cerrándola. Evitar cambios de temperatura y analizar pronto.

2. OXIGENO DISUELTO, O2

a) Características químicas. Produce un medio oxidante y juega un papel de gran importancia en la solubilización o insolubilización de iones que cambian con facilidad de valencia así como en la actividad de los microorganismos.

b) Concentraciones. La concentración a saturación del oxígeno en el agua en contacto con el aire es del orden de 10 ppm. La mayoría de las aguas subterráneas tienen entre 0 y 5 ppm, frecuentemente por debajo de 2 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. El mayor problema que presenta el oxígeno disuelto en el empleo del agua es que produce corrosividad. Su ausencia puede ser origen de malos gustos.

d) Análisis de laboratorio. Se determina por el método de Winkler o su modificación de Alsterberg.

e) Análisis de campo. No se realiza habitualmente por ser engorroso excepto si se dispone de un medidor electrométrico.

f) Toma de muestras. Es preciso utilizar botellas especiales que permiten cerrar sin dejar gas en su interior (botella Winkler) y la muestra no debe agitarse en la toma. Analizar lo antes posible pues puede consumirse durante el almacenamiento, en especial si la iluminación es suficiente.

Aniones y sustancias aniónicas menores más importantes

1. FLUORURO, F-

a) Características químicas. Solubilidad en general limitada y al parecer contribuye ligeramente a la alcalinidad del agua pues se hidroliza ligeramente.

b) Concentraciones. Frecuentemente entre 0.1 y 1 ppm, pudiendo llegar a veces hasta 10 y raramente a 50 en aguas muy sódicas con muy poco Ca. El agua del mar tiene entre 0.6 y 0.7 ppm. Las aguas de zonas áridas pueden tener cantidades elevadas.

c) Nocividad y toxicidad. Parece jugar un papel muy importante en la conservación de la dentadura, creando problemas cuando está tanto por exceso como por defecto.

d) Análisis. Sólo se determina algunas veces.

2. BROMURO, Br-

a) Características químicas. Su comportamiento es similar al del ion Cl- .

b) Concentraciones. En general menos de 0.01 ppm en aguas dulces. El agua del mar tiene 65 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones usuales no ocasiona ningún problema.

d) Análisis. Rara vez se analiza.

3. IONES DERIVADOS DEL BORO

a) Características químicas. Contribuye algo a la alcalinidad.

b) Concentraciones. En general menos de 0.1 ppm pero a veces puede llegar a 10 y excepcionalmente a 30. El agua del mar contiene 4.6 ppm en B. Puede ser elvado en aguas antiguas y termales.

c) Nocividad y toxicidad. En pequeñas cantidades ya es nocivo para las plantas pero no en el agua de bebida.

d) Análisis. Se determina raras veces, excepto en aguas para riegos, sospechosas de tener cantidades nocivas, en especial en zonas áridas.

4. SULFURO Y GAS SULFHIDRICO, S-- y SH2

a) Características químicas. El S-- se hidroliza con facilidad a SH- y SH2 , estando en equilibrio con fase gas y el SH2 se hidroliza a SH- y S-- .

b) Concentraciones. Generalmente muy por debajo de 1 ppm, aunque en aguas de medios muy reductores con reducción de sulfato, se puede llegar a veces hasta a 100 ppm. Extraordinariamente el contenido en SH2 puede llegar a 1000 ppm en aguas relacionadas con yacimientos de petróleo.

c) Nocividad y toxicidad. Comunica muy mal olor, fácilmente detectable incluso a 1 ppm o menos. Es corrosivo, en especial para aleaciones de Cu.

d) Análisis. Se determina oxidando con un exceso de iodo que pasa a I- .

5. FOSFATO, PO4-3

a) Características químicas. Aunque presente sales solubles, la mayoría lo son muy poco. Se hidroliza con facilidad y contribuye a la alcalinidad del agua.

b) Concentraciones. En general entre 0.01 y 1 ppm pudiendo llegar a 10 ppm y excepcionalmente a 50.

c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones usuales, no origina problemas.

d) Análisis. No es frecuente determinarlo. Se determina colorimétricamente, con buena precisión.

Cationes y sustancias catiónicas menores más importantes

1. ION MANGANESO, Mn++

a) Características químicas. El manganeso tiene un comportamiento similar al Fe.

b) Concentraciones. En general por debajo de 0.2 ppm, rara vez por encima de 1 ppm. Es más abundante en aguas ácidas.

c) Nocividad y toxicidad. Al oxidarse forma manchas negruzcas y favorece el crecimiento de ciertas bacterias.

d) Análisis. Se le determina sólo cuando se sospecha su existencia.

2. ION AMONIO Y AMONIACO DISUELTO, NH4+ y NH3

a) Características químicas. Son oxidados con gran facilidad y son fácilmente retenidos por el terreno por cambio de bases.

b) Concentraciones. En general menos de 0.1 ppm pero en casos muy excepcionales puede llegar a 400 ppm. El agua del mar tiene entre 0.005 y 0.05 ppm, a veces hasta 0.35

c) Nocividad y toxicidad. En las concentraciones usuales no es origen de problemas pero a concentraciones mayores puede llegar a dar olor amoniacal. Suele ser índice de contaminación.

d) Análisis. Se determina por el método de Nessler.

3. ION ESTRONCIO, Sr++

a) Características químicas. Es similar al Ca pero sus sales son menos solubles.

b) Concentraciones. En general entre 0.01 y 1 ppm, a veces hasta 20. El agua marina tiene 13 ppm. Algunas salmueras pueden llegar a tener, extraordinariamente 1000 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. En las bajas concentraciones normales no es nocivo ni molesto.

d) Análisis. Se le determina por fotometría de llama, pero se hace pocas veces.

4. ION LITIO, Li+

a) Características químicas. Sales muy solubles y es poco retenido por el terreno.

b) Concentraciones. Entre 0.001 y 0.5 ppm, a veces hasta 1 ppm pudiendo llegar en algunas salmueras hasta 10 ppm.

c) Nocividad y toxicidad. En las bajas concentraciones usuales no es nocivo ni crea problemas.

d) Análisis. Se le determina por espectrometría de absorción atómica y con menos precisión por fotometría de llama, pero se hace pocas veces.

5. IONES DERIVADOS DEL ALUMINIO (ALUMINA, Al2O3)

a) Características químicas. El aluminio es muy difícil de poner en solución y queda fuertemente retenido en las arcillas.

b) Concentraciones. En general entre 0.005 y 0.3 ppm pudiendo llegar muy extraordinariamente a 100 ppm en aguas muy ácidas.

c) Nocividad y toxicidad. No presenta problemas especiales.

d) Análisis. Rara vez se determina y su análisis es complicado.

Trabajo enviado por:

Antonio Diaz Santos

ad170775@df1.telmex.net.mx

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Ensayos Químicos (Nch 145 of.54)

3.2.1 Humedad

Se pesa una muestra mínima de 500 g de material y se coloca formando una capa

delgada en un recipiente adecuado. Se seca en un horno a la temperatura de 45ºC durante 2 h,

enseguida se enfría en atmósfera seca y se pesa de nuevo. La perdida en peso corresponde a la

humedad. Se calculará su porcentaje con relación a la muestra original.

Esta muestra se conservará en un recipiente hermético para las determinaciones

posteriores.

a. a. Preparación de la muestra

Para las determinaciones posteriores la muestra se prepara como sigue: La muestra

referida en el articulo anterior se pulveriza hasta que su totalidad pase por el tamiz de 0.250

mm de abertura, teniendo cuidado de no exponerla indebidamente a la humedad o a

recalentamiento. Se revuelve cuidadosamente la muestra cernida y se guarda en un recipiente

hermético.

b. b. Agua combinada

Se coloca un gramo de la muestra preparada en un crisol y se seca entre 215ºC y 230ºC

hasta peso constante. La perdida de peso corresponde al agua combinada y su porcentaje se

calculará en relación a la muestra original, es decir, tomando en cuenta la humedad

determinada.

c. c. Anhidrido carbonico

El residuo se coloca en el frasco B y se humedece con agua destilada. Este frasco

queda conectado por un lado a través de una llave con un tubo U que contiene cal soldada (A).

Por el otro lado se conecta con un tubo U lleno de cloruro de calcio anhidro (C) al cual sigue

otro con cal soldada (D). Montado en el aparato se introduce ácido clorhídrico diluido (1:4) por

medio del embudo de llave E hasta la disolución completa de la muestra.

Enseguida se hierve durante 1 minuto, teniendo cuidado de tener cerradas ambas

llaves. A continuación se hace pasar durante 30 minutos una corriente de aire a través de la

solución. El aumento de peso de la cal soldada en el tubo D corresponde al anhídrido carbónico.

Se calculará el porcentaje de éste con respecto a la muestra original, es decir, tomando en

cuenta la humedad y el agua combinada.

d. d. Sílice y materias insolubles

Se pesa 0.5 g de la muestra obtenida en un vaso de precipitación. Se agrega alrededor

de 25ml de ácido clorhídrico (HCl) (1:5) y se evapora hasta la sequedad. Se enfría, se agrega

HCl (d=1.19) hasta humedecer completamente la muestra. Se evapora hasta sequedad y se

calienta hasta 120ºC durante una hora. Se enfría, se humedece con HCl y se agregan alrededor

de 120 ml de agua, se hierve, se filtra, y se lava hasta eliminar completamente los cloruros. El

filtrado se coloca dentro del mismo vaso. Se evapora a sequedad, se enfría, se humedece con

HCl concentrado, se evapora a sequedad y se calienta hasta alrededor de los 120ºC durante

una hora. Después de enfriar, se agrega HCl (d=1.19) hasta empapar completamente la muestra

y alrededor de 25 ml de agua. Se hierve, se filtra y se lava hasta eliminar completamente los

cloruros. Se trasladan los papeles que contienen los dos precipitados al mismo crisol y se

calcinan hasta peso constante. El peso del residuo calcinado corresponde a la materia insoluble

y a la sílice (SiO2). Se calculara el porcentaje de estas materias con respecto a la muestra

original, es decir, tomando en cuenta la humedad.

e. e. Oxido de fierro y aluminio

Al filtrado obtenido, se agregan una gotas de ácido nítrico (HNO3) y se hierve hasta la

completa oxidación del fierro. Se agregan 2 g de cloruro de amonio (NH4Cl) disuelto en agua.

En seguida se alcaliniza con hidróxido de amonio (NH4OH). Se mantiene la mezcla en ebullición

durante unos pocos minutos hasta que coagule el precipitado. Se filtra, se lava, se calcina y se

pesa la muestra original, es decir tomando en cuenta la humedad.

f. f. Oxido de calcio

El porcentaje de CaO en la muestra se podrá obtener por cualquiera de los métodos

siguientes:

1.- El filtrado obtenido, se calienta hasta ebullición y se agrega una solución hirviente de 5 g de

oxalato de amonio. Se mantiene durante 30 minutos en baño María. Se filtra el precipitado, se

lava y se calcina a 1000ºC en un crisol de platino hasta peso constante. El residuo corresponde

al CaO que se calcula como % de la muestra original, es decir, tomando en cuenta la humedad.

2.- El filtrado obtenido, se calienta hasta ebullición y se agrega una solución hirviente de 5 g

de oxalato de amonio. Se mantiene durante 30 minutos en baño Maria. Se filtra, se lava y el

precipitado se lleva a un vaso. Se lava el papel filtro con una solución caliente de ácido sulfúrico

(1:4) si es necesario. Se titula en caliente con una solución de permanganato de potasio que

contenga 5.6339 g por litro, hasta que el color rosado se mantenga. El numero de mililitros de

permanganato de potasio usados da directamente el porcentaje de oxido de calcio en la

muestra desecada. Se calculara el porcentaje de esta materia con respecto a la muestra

original, es decir, tomando en cuenta la humedad determinada.

g. g. Óxido de magnesio

Al filtrado obtenido se agrega un exceso de fosfato de sodio o amonio se lleva

ebullición, se agregan algunas gotas de solución de fenolftaleína y amoníaco al 10% hasta una

coloración rosada permanente. Enseguida se agrega otra cantidad de amoníaco al 10%

correspondiente a 1/5 del volumen de la solución. Se enfría y después de dejar en reposo algún

tiempo se filtra y el precipitado se lava con amoniaco al 2 ½%. El precipitado se seca, se calcina

y se pesa. Para encontrar el peso de óxido de magnesio con respecto a la muestra original, es

decir tomando en cuenta la humedad determinada.

h. h. Anhidrido sulfurico

Se disuelve 0.5 de la muestra en 50 ml de ácido clorhídrico (1:5) y enseguida se hierve.

Se agregan 100 ml de agua hirviente, continuándose la ebullición durante 5 minutos;

inmediatamente después se filtra y se lava con agua caliente hasta eliminación completa de

cloruros. Se hierve el filtrado y durante esta operación se agregan lentamente 20 ml de una

solución hirviente de cloruro de bario (10%). Se mantiene la mezcla durante 1 hora en baño

maria o en frío el tiempo suficiente hasta que el precipitado se decante, enseguida, se filtra y

se lava. Se seca cuidadosamente y se calcina sobre un mechero Bunsen a la temperatura mas

baja posible hasta que el papel filtro se haya quemado. A continuación se calcina al rojo vivo,

durante 15 minutos y se pesa. Multiplicando este peso, por 0.3430 se obtiene el peso del

anhídrido sulfúrico. Se calculara el porcentaje de anhídrido sulfúrico con respecto a la

muestra original, es decir tomando en cuenta la humedad determinada.

i. i. Cloruro de sodio

Se disuelve 1 g de la muestra, se hierve con agua durante unos 5 minutos, se filtra y se

lava con 250 ml de agua hirviente. Al filtrado se agregan 2 a 3 gotas de cromato potásico y se

titula con nitrato de plata. Un ml de Nitrato de plata equivale a 0.002923 g de cloruro de

sodio. Se calculará el porcentaje de cloruro de sodio con respecto a la muestra original, es

decir, tomando en cuenta la humedad determinada.

3.2.2 Certificado de análisis

El certificado con los resultados del análisis se extenderá como sigue:

SUBSTANCIA %

Humedad Agua combinada Anhídrido carbónico Sílice y materias insolubles Óxidos de hierro y aluminio Oxido de calcio Oxido de magnesio Anhídrido sulfúrico Cloruro de sodio

Tabla IV.21 Certificado de resultado de análisis químico

BIOQUIMICA DEL AGUA

Dos moléculas se combinan en una sencilla disposición espacial que da lugar a uno de los elementos naturales más complejos en cuanto a sus interacciones químicas: El agua. Este fluido, principio de la vida en nuestro planeta, interviene en tal cantidad de procesos físicos, biológicos, y bioquímicos que le elevan a una de las sustancias más importantes en el desarrollo de los seres vivos.

El Nitrógeno:

El nitrógeno es uno de los componentes más importantes de la materia orgánica, y principalmente forma parte en la elaboración de las proteinas celulares. En el agua del acuario lo podemos encontrar formando algunos compuestos muy importantes en el equilibrio bioquímico del acuario. Estos compuestos son los nitratos que son indispensables para el desarrollo de los organismos con clorofila. Por ejemplo, influyen directamente en el crecimiento de las plantas del acuario. Los nitritos, productos inestables de los desechos orgánicos que se suelen transformar en nitratos, debido a la actividad bacteriana. O, más raramente, producir amoniaco (muy nocivo para los pobladores del acuario). El nitrógeno disuelto en exceso en el agua, puede tras

haber penetrado en la sangre de los peces, formar burbujas en los vasos sanguíneos y provocar embolias mortales.

El Oxígeno:

El oxígeno es una sustancia necesaria para la vida de los organismos acuáticos, tanto los peces como las plantas, que consumen también oxígeno en sus procesos metabólicos. La mayoría de los animales y las plantas utilizan el oxígeno en combinación con otras sustancias para formar su armazón orgánica. Los peces como todos los animales heterótrofos, utilizan el oxígeno y lo transportan merced a la respiración y a la circulación de la sangre, hasta el seno mismo de las células que lo emplean como oxidante para suministrar energía.

En disolución:

La temperatura influye en su disolución.

0 ºC.............. 0.048 cc/l15 ºC............ 0.03420 ºC............ 0.013 (El grado de salinidad es también una25 ºC............ 0.028 causa restrictiva de la disolución)30 ºC............ 0.026

El Anhídrido Carbónico:

El CO2 es el elemento esencial o la materia prima de las plantas, que por síntesis dará lugar a los carbohidratos constitucionales del reino vegetal. Químicamente hablando, el CO2 posee muchas propiedades, especialmente en aguas provistas de sales de metales alcalinos y alcalino-térreos, con los que se combina para formar carbonatos y bicarbonatos. En agua pura, el CO2 forma un ácido agresivo para sales de calcio y magnesio. En presencia de estas sales, el ácido carbónico forma por un lado bicarbonatos y por otro permanece en equilibrio.

En disolución:

A diferentes temperaturas.

0 ºC.............. 1.796 cc/l15 ºC............ 1.00220 ºC............ 0.9014

El Sulfuro de Hidrógeno:

El SH2 es un auténtico veneno con olor característico a huevos podridos. Soluble en agua, forma un ácido débil. Su toxicidad le designa como el enemigo número uno de la fauna y flora del acuario. Resulta de la descomposición anaerobia de materia orgánica y mineral que contiene azufre.

En disolución:

A diferentes temperaturas.

0 ºC.............. 4.370 cc/l15 ºC............ 3.23220 ºC............ 2.90525 ºC............ 2.604

El Metano:

El CH4, gas de los pantanos, está presente también a veces en los acuarios. Se produce por descomposición anaerobia de organismos animales y vegetales muertos. Esta formación de metano ocurre en el fondo de los acuarios mal oxigenados por acción de bacterias anaerobias como 'Methanobacterium' y 'Methanococcus'. Generalmente asociado al CO2, deja el agua por evaporación a medida que se forma (grandes burbujas que se desprenden del fondo).

Otros gases:

Los otros gases son cuantitativamente menos importantes en el agua de nuestros acuarios.

El ozono, de importancia en la esterilización del agua.

Argón , Hidrógeno , etc...

El Cloro:

El Cloro (Cl), suele ser el primer problema del acuarista cuando instala por

primera vez su acuario. Este elemento gaseoso se usa comúnmente para la desinfección de las aguas de consumo humano. Y por lo tanto, el agua de grifo que utilicemos para llenar el acuario lo va a contener en una concentración tóxica para la vida acuática. El método más simple de eliminarlo es dejar reposar el agua durante 2 días, ya que el gas es muy volátil y se desprender del agua. La perdida de cloro será más lenta cuando el agua esté más fría. Por ejemplo, a 3º o 5 ºC. de temperatura, una cantidad de unos 0.1-0.2 mg. de cloro/litro puede matar unas carpitas rojas en menos de 20 días. Los productos anticloro comerciales suelen ser preparados de hiposulfito o tiosulfito de sodio. La proporción aconsejada es de 1 gramo de tiosulfito de sodio por cada 50 litros de agua.

Las Sales Disociadas:

En términos generales, un agua, todo lo cristalina que pueda estar, puede contener una 'carga' química de considerables proporciones. Estas sustancias disueltas en forma de sales disociadas pueden ser:

Carbonato de calcio [CaCO3]Carbonato de magnesio [MgCO3]Sulfato de calcio [CaSO4]Sulfato de magnesio [MgSO4]Cloruro de calcio [CaCl2]Cloruro de magnesio [MgCl2]Nitrato de calcio [Ca(NO3)2]Nitrato de magnesio [Mg(NO3)2]Carbonato de sodio [Na2CO3]Sulfato de sodio [Na2SO4]Cloruro de sodio [NaCl]Carbonato de hierro [FeCO3]Sílice [Si], etc.......

El Carbonato de Calcio:

El carbonato de calcio se presenta en la naturaleza bajo las formas de calcita (espato), aragonito y creta. Es poco soluble en agua, cuando el agua está desprovista de anhídrido carbónico. Sin embargo, si el agua abunda en él (CO2 de equlibrio), éste se suma al carbonato de calcio para formar bicarbonato de calcio que es muy soluble. Esta reacción es importantísima, cuya fórmula es la siguiente:

CO3Ca + CO2 + H2O -----> Ca(HCO3)2

Con la reducción del CO2 en el agua del acuario, ésta reacción se invierte y esto da lugar a una precipitación de los carbonatos, que se produce cuando la cantidad de bicarbonatos en disolución es superior al nivel de CO2 de equilibrio. Cuando este nivel se iguala, la precipitación de carbonatos se detiene. Estas soluciones de bicarbonatos y ácido débil (H2CO3), son particularmente complejas en su equilibrio y dada la superioridad de (OH-) en relación a los iones ácidos (H+), constataremos una ligera reacción alcalina al analizarlas. Esta solución conserva una cierta estabilidad del pH, aunque añadamos un ácido o base fuerte, en tanto la cantidad de bicarbonatos no se agote. En los vegetales el balance fotosíntesis-respiración se inclina hacia el primero de los términos. Con consumo de CO2, pérdida de éste en la solución, y por tanto con precipitación de carbonatos. Denominada precipitación biogénica.

El Carbonato de Magnesio:

El carbonato de magnesio, (MgCO3), es mucho más soluble que el de calcio. Se encuentra unido en menor cantidad al carbonato de calcio, participando un poco en los intercambios del acuario.

Gas <------> Agua <------> Organismo acuático

Un método de descontaminación del agua integrado en el entorno natural

25 de marzo de 2003

En el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera han desarrollado, en colaboración con la Universidad Politécnica de Cataluña, un proceso de barreras subterráneas para extraer metales del agua de acuíferos y minas. El método se inspira en un proceso natural conocido y lo optimiza gracias al uso de óxido de magnesio. No potabiliza el agua pero recupera este recurso para la agricultura de forma respetuosa con el entorno. Por su bajo coste y porque no utiliza fuentes de energía externas, éste es un método idóneo para focos contaminantes localizados y continuos, como son los drenajes ácidos de minas, contaminaciones «huérfanas» de las cuales no hay un responsable directo.

En el fondo de los humedales ricos en materia orgánica viven bacterias que respiran sulfato, es decir, que extraen su energía a partir de convertir el sulfato en ácido sulfhídrico. Este ácido reacciona enseguida con los metales que están disueltos en el agua y precipitan sulfuros, quedando el agua prácticamente limpia de metales.

Imitar la naturalezaLos investigadores del Instituto Jaume Almera sabían que este proceso podía servir de modelo en el desarrollo de un método para limpiar las aguas subterráneas. Se trataba de emular de alguna forma los terrenos de un humedal y reproducir las mismas reacciones, a base de instalar filtros de grava permeable con materia orgánica, creando un medio idóneo para las mismas bacterias. De esta forma se podría descontaminar el agua de metales en zonas muy localizadas (como los acuíferos de Aznalcóllar, donde probaron la primera barrera) y sin necesidad de energía externa, puesto que el agua fluiría de forma natural.

«Pero hacía falta encontrar el material adecuado para acelerar la reacción y precipitación de los metales» explica Carles Ayora, investigador del Instituto Jaume Almera que ha dirigido este proyecto. «En los humedales, el agua permanece tiempo suficiente para que se produzca la «limpieza», pero nos estábamos planteando el uso de barreras que interceptaran el paso del agua como un filtro, en las que el agua no permanecería mucho tiempo».

Los otros dos retos eran la permeabilidad y el envejecimiento de la barrera. El material de la barrera «tenía que ser igual de permeable o más que el suelo del acuífero contaminado». De lo contrario, el agua acabaría abriéndose paso a través de otro sitio, por los laterales de la barrera por ejemplo, cosa que no interesaba. También existía el problema del envejecimiento, puesto que los precipitados que se forman por las reacciones químicas, junto a las partículas sólidas en suspensión, «podían acumularse en la barrera y bloquear el paso de el agua».

Un material basado en óxido de magnesioTras diferentes ensayos en laboratorio, los investigadores hallaron que la composición idónea para el material del sistema descontaminante es un primer filtro de grava de carbonato cálcico y materia orgánica (estiércoles, restos vegetales) y un segundo filtro de grava con magnesia cáustica. El primer filtro elimina acidez y parte de los metales, pero es gracias al principal componente de la magnesia cáustica, el óxido de magnesio, que se acelera el proceso de descontaminación.

«En el agua, el óxido de magnesio da lugar a hidróxido de magnesio», detalla Carles Ayora. «El hidróxido de magnesio neutraliza la acidez, incrementa el pH del agua contaminada y, entonces, reacciona con los metales, que precipitan y quedan retenidos en la barrera en forma de pequeños cristales». El material optimiza y acelera mucho la reacción de los metales, hasta el punto que puede limpiar agua con altas concentraciones de metales (hasta 100 mg por litro).

Para mantener la porosidad del filtro se incorporó graba de sílice o de carbonato cálcico, y se rebajó la cantidad de óxido de magnesio. «De esta forma se baja la eficacia de la barrera,

Relleno de una zanja con graba de carbonato cálcico y compuesto vegetal en Aznalcóllar.

Aspecto de la magnesia cáustica producida por Magnesitas Navarras S.A. y utilizada en las pruebas.

pero a cambio dura más años». En cualquier caso, añade Carles Ayora, la capacidad de descontaminación es suficiente para los niveles de concentraciones que normalmente se pueden encontrar.

Este proceso de descontaminación se puede aplicar en barreras subterráneas, pero también en balsas, columnas o canales que intercepten el paso del agua. Tiene la ventaja de un bajo coste, que no requiere energía (el agua fluye de forma natural) y que se camufla e integra perfectamente en el entorno, sin provocar un impacto

ambiental negativo ni romper el equilibrio del ecosistema.

Barrera en Aznalcóllar y futuras balsas en Huelva

La primera barrera de este tipo fue probada en las minas de Aznalcóllar, una zanja de 120 metros de largo por 1,50 de ancho que rellenaron con el material que actúa de filtro y que interceptaba el paso del agua subterránea. Sistemas similares se han aplicado en Canadá y en Inglaterra, si bien con otras composiciones en el material y también en forma de balsas de infiltración, con el material «filtrador» en el fondo, a través del cual se filtra el agua.

Entre los proyectos inmediatos, los investigadores tienen previsto para este año la construcción de unas balsas en Huelva, en un proyecto financiado por la Junta de Andalucía y el Ministerio de Ciencia y Tecnología, y que cuenta con el trabajo conjunto de los investigadores del Instituto Jaume Almera, los ingenieros de la Universidad Politécnica de Cataluña y los especialistas del Instituto Geológico y Minero Español.

Aunque las balsas no siempre son el mejor sistema en países mediterráneos - «el régimen hídrico no es regular, hay riesgo de que se seque la balsa o de que haya demasiadas trombas de agua que arrastrarían los contaminantes retenidos», detalla Carles Ayora- en el proyecto de Huelva están planteando un tipo de balsa diferente de las de los países nórdicos, para la cual la aportación de los ingenieros es fundamental.

La balsa tendrá desnivel para que el agua entre por debajo (a través del suelo que contendrá el material «filtrador», gravas y plantas) y salga por arriba. De esta forma, «si viene una época de estiaje no se secará sino que, simplemente, el agua no entrará y no circulará».

El agua es imprescindible para la vida, para satisfacer necesidades placenteras y para el uso de cada día. Si hay manantiales que hacen fluir el agua al descubierto, será muy sencillo disponer de ella; pero si no aflora al exterior, deben buscarse y deben captarse bajo tierra sus manantiales. Se procederá de la siguiente manera:

Este sistema para extraer metales de aguas subterráneas es de bajo coste y no tiene un impacto ambiental negativo

un poco antes del amanecer se tumbará uno boca abajo exactamente en el lugar donde se quiere encontrar agua y, apoyando con fuerza el mentón sobre el suelo, se observará atentament es la naturaleza del suelo, ya que el agua mana en terrenos muy concretos. Si el terreno es arcilloso el agua sera escasa, prácticamente superficial y su sabor no será muy agradable. En terrenos de arena suelta, el agua también será escasa, se encontrará a mayor profundidad, será cenagosa y de sabor desagradable. Si se trata de tierra negra, apenas si rezumará algo de agua, quizás unas pobres gotas estancadas después de las lluvias invernales que hayan quedado embalsadas en lugares compactos y firmes: su sabor es francamente extraordinario. En terrenos de grava se encuentran venas de agua no muy caudalosas e intermitentes, pero de una suavidad excelente. En terrenos de arena gruesa y de tierra rojiza, con toda seguridad encontraremos venas de agua permanentes, con un sabor agradable. Entre las piedras rojas son abundantes las venas de agua y de buena calidad, salvo que se filtren y desaparezcan a través de los intersticios de las piedras. Donde si hay agua en abundancia, fresquita y saludable, es en las faldas de los montes y entre rocas de sílice. Las aguas que discurren por terrenos llanos son salobres, gruesas, algo templadas y de mal sabor, excepto las que procedan de las mismas montañas, que, siguiendo un curso subterráneo, broten en medio de la llanura; a la sombra de los árboles resultan tan agradables como las aguas de los manantiales de alta montaña.

A los indicios que acabamos de describir referentes a las distintas clases de terrenos donde se encuentra el agua, añadiremos otros que pasamos a enumerar: la presencia de juncos delgados, sauces silvestres, olmos, sauzgatillos, cañas, hiedra y otras plantas similares que únicamente crecen en lugares húmedos. Hay también plantas que se desarrollan en lugares pantanosos que, al estar a un nivel mas bajo que el terreno circundante, durante el invierno recogen el agua procedente de las lluvias y de los campos que lo rodean, y debido a que forman como una depresión, mantienen el agua durante largos meses. Mas no hay que fiarse mucho de estos indicios, sino que debe buscarse el agua en terrenos —no en lugares pantanosos— donde las plantas anteriormente citadas crezcan de manera natural, sin haber sido sembradas.

En los terrenos donde se descubran tales indicios de la presencia de agua, se realizará la siguiente comprobación: cávese un hoyo con una anchura no menor de tres pies y una profundidad de al menos cinco pies; al atardecer, se colocará en el hoyo una vasija cóncava de bronce, o de plomo, o bien un barreño. Una vez que dispongamos de la vasija o del barreño, lo embadurnaremos con aceite por su parte interior y lo colocaremos boca abajo; la boca del hoyo la taparemos con cañas o bien con hojas y lo cubriremos todo con tierra; al día siguiente, lo destaparemos y si encontramos en la vasija gotas de agua o que rezuma humedad, es una señal clara de que en ese paraje hay agua.

De igual modo si se coloca dentro del hoyo una vasija de barro no cocido, procediendo de la misma manera y cubriéndola del modo referido, si hay agua en ese lugar, la vasija aparecerá húmeda y casi deshecha por la acción del agua. Si

se colocara dentro del hoyo un vellón de lana y al día siguiente soltara unas gotas al retorcerlo, será señal inequívoca de que en ese paraje abunda el agua. Lo mismo sucedería si se colocara una lámpara bien preparada con abundante aceite, encendida y se encerrara dentro del hoyo; si al día siguiente no está el aceite completamente consumido, sino que aún queda un poco e incluso algo de pábilo, y si la misma lámpara aparece húmeda, será un indicio claro de que allí hay agua, pues el calor templado atrae la humedad hacia sí mismo. En fin, si se enciende una buena lumbre en el hoyo y, una vez recalentada y requemada la tierra, observamos que desprende una nube de calor, sin duda que en este lugar habrá agua. Después de realizar estas comprobaciones, si aparecen los indicios anteriormente descritos, entonces debe abrirse un pozo en ese lugar; si se alcanzara el manantial de agua, se abrirán muchos pozos alrededor y se conducirán las aguas a un único lugar, mediante conductos subterráneos.

Los manantiales de agua deben buscarse principalmente en las montañas y en las regiones orientadas al norte, ya que las aguas captadas en estos lugares son más agradables, más salubres y más abundantes. Son lugares opuestos al curso del sol, donde abundan densos bosques de árboles y donde la sombra que proyectan los montes sirve de protección para que los rayos solares no incidan directamente sobre la tierra y, en consecuencia, no puedan evaporar su humedad. Los valles, que se extienden entre montañas, recogen gran cantidad de agua de las lluvias y, debido a los bosques tan densos que crecen en ellos, las nieves se mantienen durante mucho tiempo, gracias a las sombras de los árboles y de las montañas; cuando se funden las nieves, se filtran por los poros de la tierra y van a parar a las faldas de las montañas, donde emanan a través de los chorros de los manantiales. Por el contrario, el agua no suele ser abundante en las llanuras, y la que hay no puede ser salubre, pues el calor abrasador del sol evapora la humedad de estas tierras llanas, al no quedar protegidas por la sombra de los árboles; si brota agua en la superficie, el aire disipa los ingredientes más ligeros y más sutiles, que producen precisamente la salubridad del agua, desviándolos hacia el cielo, y deja en las fluentes de las llanuras los elementos más pesados, más duros y más desagradables.

1- Fundamentos.

A medida que el desarrollo zonal avanza, serán cada vez mayores las necesidades tecnológicas en los rubros de análisis químicos, físicos, biológicos y geográficos. Es por eso que el desarrollo del Laboratorio puede ser de gran relevancia en la organización de la Universidad y del propio Departamento. Existen 1.000.000 de hectáreas de las 1.200.000 que tiene el Departamento de Ñeembucú que pueden ser calificadas como humedales, con zonas inundables y semiinundables, dándoles de esa manera al área una característica singular desde el punto de vista bioecológico. Las variaciones tanto químicas, físicas como biológicas serán características del ecosistema cuando el impacto del desarrollo comience su accionar. La detección en el momento oportuno de esos acontecimientos serán relevantes en el diagnostico de las situaciones emergentes en ese momento. El Laboratorio de Limnología y Biología Acuática juega un papel muy importante al contribuir con los estudios e investigaciones y poner en claro los diversos problemas que han de surgir como consecuencia de la movilización, modificación y/o

alteración del ambiente. Se puede también destacar la importante función que en el citado Laboratorio juega para la orientación y capacitación del personal técnico.

En cuanto al componente del sistema de información geográfico, pone a disposición información espacial y temporal de los componentes geográficos del Departamento, con atributos de la calidad de agua más importantes que fueron obtenidos durante la implementación del Laboratorio de Limnología y Biología Acuática de la UNP en los últimos tres años. Además de un soporte tangible (mapa temático) se cuenta con información digitalizada con el objeto de actualizar la información, agregar atributos o extraer la presentación total o parcial de acuerdo al interés del usuario.

2- Organización general.

El Laboratorio tiene como objetivo la realización de análisis y estudios referentes a:

1 Calidad de Agua2 Biología Acuática3 Limnología General4 Evaluación del Medio Ambiente5 Microbiología Acuática6 Análisis de suelos

Su funcionamiento se divide de la siguiente manera:

- Sección de Análisis básico (biología, física y química)- Sección de Ecología acuática- Sección de Microbiología Acuática- Sección de Administración de Recursos- Sección de Planificación e Ingeniería del Agua

3- Objetivos.

- Realizar estudios cualitativos y cuantitativos, físicas, químicos y biológicos del agua.

- Identificación de los recursos naturales de los humedales de Ñeembucú en lo que se refiere al agua y la biología acuática.

- Brindar servicios de capacitación en trabajos de campo a los alumnos de la Universidad Nacional de Pilar.

- Colaborar con las entidades publicas y privadas en lo referente a calidad de agua y detección de contaminantes en alimentos.

- Cooperar con proyectos como MERCOSUR, en el mejoramiento y la utilización racional de los recursos naturales especialmente los hídricos.

- Cooperar con las autoridades nacionales y asociaciones en el manejo y conservación de los recursos icticos de los ríos, arroyos y humedales del departamento de Ñeembucú.

- Proyectar y ampliar los servicios de la unidad de análisis hacia otras áreas en las cuales ya se cuentan con instrumentos básicos.

- Buscar los recursos necesarios para concretar nuevos servicios.

- Ubicación geográfica de los puntos muestreados

- Digitalización espacial y temporal de los atributos de calidad de los cuerpos de agua lóticas y lénticas

- Elaboración de mapas temáticos

4- Descripción de las Funciones Básicas.

Sección química del agua: está a cargo de un técnico con capacidad para el manejo y mantenimiento de los equipos y aparatos electrónicos con que cuenta esta sección.

Este laboratorio tiene la capacidad de realizar los análisis químicos para determinar la calidad del agua.

Sección física del agua: está a cargo de un técnico con capacidad de hacer funcionar e interpretar las informaciones físicas necesarias para la observación de la calidad de agua.

El técnico tiene la preparación suficiente como para utilizar equipos eléctricos de superficie y profundidad, así como para los estudios de transparencia, turbiedad, pH y conductividad en las aguas estudiadas. Así mismo determinaciones referente a sólidos suspendidos, sedimentos y temperatura.

Sección Biología: la capacidad de realizar estudios bacteriológicos, de algas, protozoos y otros microorganismos que se pueden identificar en las aguas superficiales, en las medias y en el fondo que hacen a la determinación de la calidad de agua, así como las condiciones de trabajar con equipos portátiles, equipos de membranas y microscopio, están dadas.

Unidad de Geoprocesamiento: está con capacidad de interpretar las informaciones espaciales digitalizadas sobre las imágenes obtenidas de Landsat TM., Ortofotocartas, etc.

A continuación una lista detallada de los equipos disponibles:

Equipos para determinaciones físicas y químicas de la calidad del agua.

Físicos

1- Equipo portátil para determinación de pH y temperatura.*

2- Turbidímetro de campo.*

3- Medidor de OD portátil.*

4- Conductímetro de campo, con determinación de temperatura y TDS.*

Químicos

5- Espectrofotometro DR 4000 (método colorimétrico).*

6- Reactor para DQO.*

7- Equipo de DBO.*

Equipos para Microbiología Acuática.

8- Estufa para cultivo.**

Equipos ópticos

9- Microscopio biocular Olympus.

10- Lupa biocular, marca OPTICAL

11- Contador de colonias, marca LEICA.

Instrumentos de apoyo

12- Autoclave*

13- Balanza analítica, marca OHAUS, hasta 120 g.

14- Balanza de plato, marca OHAUS hasta 12 kg.

15- 10 conos de INMOHOFF.

16- Materiales de vidrios como pipetas (DIN A), buretas, probetas, placas de petri, vasos de precipitados, picetas y botellas de plásticos.

17- Botella de muestreo de profundidad , vertical.

18- Botellas de muestreo de profundidad, horizontal.

19- Agitador magnético con calentador incluido.

20- Destilador de Agua, marca MILLIPORE, modelo MILLIRO 5 PLUS, Americano.

Superficie actual del Laboratorio: 80 metros cuadrados.

* Equipos de marca HACH, de origen americano.*

* Equipo de origen alemán.**

Trabajos actuales:

1 Control de calidad de agua en la cuenca del arroyo Hondo y del río Paraguay.

2 Control de calidad del agua de la Ruta IV, tramo San Ignacio – Pilar

3 Control y calibración de los equipos.

4 Capacitación de los R.R.H.H. en microbiología y biología acuática.

5 Análisis Químicos de suelos del Chaco.

6 Mapa de la Ciudad de Pilar – Ejido Municipal.

7 Rescate Histórico de la Ciudad de Pilar, en formato CD.

8 1° Curso Nacional de Humedales, 2.001

9 MEMORIAS DEL CUNAEH 2.001 en formato CD.

10 Cursos de Geoprocesamiento en conjunto con la Universidad de Hohenau – Encarnación

11 Cursos de Instrucción en el manejo del GPS (Sistema de Posicionamiento Global)

Capacitación de los Recursos Humanos:

1 Curso Internacional de Ecología de Humedales- Ramsar CONICET, Argentina 1.999.

2 Curso Internacional de Limnología Fluvial. INALI - CONICET Sta. Fe Argentina.

3 Pasantías del año 1997 en el Laboratorio de la empresa AGUAS PARAGUAY sobre calidad de agua totalizando 60 horas de entrenamiento en el uso de Equipos y Reactivos siguientes: DQO, DBO, Conductímetro, Phmetro, Turbidímetro, DO, DR 4000, Determinación de Cloruros, Nitrato, Nitrito, Sulfato, Sílice, Dureza, TDS.

4- Instrucción recibida de dos horas en CORPOSANA en el Laboratorio de Tratamiento de Agua de Viñas Cué sobre el uso del DR 4000.

5- Un entrenamiento de 10 horas en el Laboratorio de Calidad de Agua de CERVEPAR planta Ypané.

6- Recibió al experto en Calidad de Agua del DERMASUR el Dr. Kuniyasu del 1 al 10 de Abril del año 1.999, realizando campañas de muestreo de agua con los parámetros de Conductividad, DO, PH, Turbidez, también se realizo análisis de gabinete, de colorimetría para determinación de Nitrato, Nitrito, CN, fosfato, ect., y presencia o ausencia de microorganismos.

7- Pasantía realizado en Itaipú binacional por el encargado de Laboratorio, totalizando 13 semanas de entrenamiento en el área de Limnología, Hidrobiología, Ictiofauna, Meteorología, Sedimentología y Piscicultura. Fecha del 9 de diciembre de 1997 al 6 de marzo de 1998.

8- En la actualidad se cuenta con la presencia por 60 días de un experto de la JICA que capacitara a los técnicos en este periodo para viabilizar el buen funcionamiento de la unidad de Análisis

SITUACION ACTUAL DEL LABORATORIO

En la actualidad el Laboratorio instalado en su local definitivo cuenta con el potencial de realizar mediciones en los parámetros físicos para el estudio de calidad de agua de los siguientes ítems:

Conductividad, Total de Sales Disueltas, pH, Turbidez, Oxigeno Disuelto, Temperatura del Agua, Temperatura Ambiente.

En los parámetros químicos se pueden determinar; Sulfato; Nitrito; Nitrato; Cromo; Dureza total, Dureza cálcica y magnesica, Alcalinidad total, Alcalinidad de fenolftaleína, Cloruros, DQO y DBO, NTK, Fósforo, Potasio, Materia Orgánica, Nitrato Amoniacal, Sílice, Hierro Total.

SERVICIOS

SERVICIO I: ANÁLISIS DE CALIDAD DE AGUA (total de parámetros: 35)

Parámetros

1. Físicos:

1.1 T° Ambiente ºC

1.2.T° Agua ºC

1.3 pH.

1.4 Conductividad eléctrica µs

1.5 Turbidez NTU

1.6. Total de Sales Disueltas (TDS) mg/l

1.7. Salinidad %o

1.8 Oxígeno Disuelto (OD) mg/l

1.9 Porcentaje de Saturación de Oxígeno %

1.10 Transparencia (Secci) m

1.11. Sólidos Sedimentales (Cono de Inmhoff) mg/l

1.12. Sólidos Totales en Suspensión (a 103 - 105° C)

2. Químicos:

2.1 Alcalinidad a la Fenolftaleína mg/l

2.2 Alcalinidad Total mg/l

2.3 Dureza Calcica mg/l

2.4 Dureza Magnesica mg/l

2.5 Dureza Total. mg/l

2.6 Demanda Química de Oxígeno (DQO). mg/l

2.7 Demanda Biológica de Oxígeno (DBO). mg/l 5 días

2.8 Cloruros mg/l

2.9 Sílice mg/l

2.10 Fósforo Total mg/l

2.11 Fósforo Reactivo mg/l

2.12 Nitrato mg/l

2.13 Nitrito mg/l

2.14 N. Amoniacal mg/l

2.15 N Total (NTK) mg/l

2.16 Cloro Libre mg/l

2.16 Sulfato mg/l

2.17 Hierro Total mg/l

2.18 Cromo Total mg/l

2.19 Cromo Hexavalente mg/l

2.20 Aluminio Total mg/l

3. Microbiológicos:

3.1. Aerobios Tot. UFC

3.2. Colif. Tot. (E.c) UFC

3.3. Colif. Fec. (E.c) UFC

3.4. Enterobacterias. UFC

SERVICIO II: ANÁLISIS QUÍMICO DE SUELO DE USO AGROPECUARIO (total de parámetros: 8)

Parámetros:

1. Químicos:

1.1 pH

1.2 Materia Orgánica %

1.3 Calcio meq/100 g S

1.4 Magnesio meq/100 g S

1.5 Potasio cmol/l

1.6 Fósforo ppm

1.7 Acidez Intercambiable meq/100 g S

1.8 Aluminio Total (por digestión) ppm

SERVICIO III: ANÁLISIS DE SUELO PARA USO DE OBRAS DE INGENIERÍA (SUELO CAL - SUELO CEMENTO) Total de parámetros: 3

Parámetros

1. Químicos:

1.1 pH

1.2. Cloruros ppm

1.3. Sulfato ppm

SERVICIO IV: EVALUACIÓN DE NUTRIENTES DE VEGETALES (Total de parámetros: 4)

Parámetros

1. Físicos:

1.1 Materia Seca %

1.2 PH

2. Químicos:

2.1 Nitrógeno Total (NTK) ppm

2.2 Fósforo Total ppm

SERVICIO: GEORREFERENCIAMIENTO Y MAPEO DE PUNTOS GEOGRÁFICOS (Total de parámetros: 6)

Parámetros:

1. Mapas y ubicación geográfica

1.1 Ubicación de puntos geográficos en mapas

1.2 Impresión de mapas temáticos

1.3 Impresión de fotografías aéreas

1.4 Impresión de ortofotocartas

1.5 Impresión de Imágenes de Satélites

2. Servicios técnicos y profesionales

2.1. Uso del personal, Software y Hardware para procesamiento digital de información geográfica por Programas o Proyectos.

Ósmosis Inversa

El proceso de la ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable para separar y para quitar los sólidos disueltos, los organicos, los pirogenicos, la materia coloidal submicro organismos, virus, y bacterias del agua. El proceso se llama ósmosis "reversa" puesto que requiere la presión para forzar el

agua pura a través de una membrana, saliendo; las impurezas detrás. La ósmosis reversa es capaz de quitar 95%-99% de los sólidos disueltos totales (TDS) y el 99% de todas las bacterias, así proporcionando un agua segura, pura.

El ELEMENTO DE LA MEMBRANA DE OSMOSIS INVERSA

FILTRACIÓN POR ÓSMOSIS INVERSA

Equipo sofisticado, encargado de remover sólidos disueltos en el agua, ya sean sales, moléculas orgánicas, etc. a muy alta presión. El influente se conduce a las membranas semi-permeables, para pasar de un estado de alta concentración, a un estado bajo. Libera hasta en un 99.5% el agua tratada de sus

contaminantes. Esta membrana solo dejará pasar las moléculas de agua, atrapando, incluso las sales disueltas. Durante la operación, el agua misma es usada para lavar la membrana, lo que disminuye los gastos de operación. Aunque la mayoría de las veces, el equipo de Osmosis Inversa es la parte final del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales por la fineza de su trabajo, se utiliza en procesos de Potabilización, Agua para proceso, Desalinización, etc. La capacidad es de: 150 a 100,000 gpd o capacidades mayores adaptados a la medida.

PLANTAS PAQUETE DE OSMOSIS INVERSA PARA USOCOMERCIAL E INDUSTRIAL

PRINCIPALES BENEFICIOS:

• Flujos de 10 a 150 gpm • 100 % automáticas • PLC (Control Lógico Programable) integrado • Central de alarmas electrónicas • Plataforma estructural de acero con recubrimiento epóxico • Recuperación de 55% a 80% • Porta membranas de Fibra de Vidrio • Tableros y Controles NEMA 4 • Tubería PVC cédula 80 y Acero Inoxidable • Conexiones Vitaulic • Puertos de Muestreo por Tubo de Membrana • Salidas y entradas electrónicas adicionales en el PLC

COMPONENTES BASICOS:

• Prefiltración de 5 micras de acero inoxidable • Membranas de ultra baja presión TFC • Vessels (Contenedores) de Fibra de Vidrio • Bomba de Alta Presión Multietapas de acero inoxidable • Válvulas Reguladoras de flujo en acero inoxidable • Medidor electrónico de flujo de agua de producto • Medidor de flujo en acrílico para agua de rechazo • Medidor electrónico de conductividad en permeado

• Switch de presión en Membranas y Producto • Alarma audible y visual • Switch de control de pretratamiento y tanque de almacenamiento • Interruptor de arranque general del sistema • Electricidad 110 // 220 // 440 Volts (50/60 Hz) • Manómetros de acero inoxidable rellenos de glicerina

MODELO

Flujo

(gpm)

Flujo Diario

(Galones)

Membrana Número de Membrana

s

Bomba

(hp)

Tubería

(pulgadas) Entrada Salida

EN 10-STD 10 14,400 4 x 40 9 3 1.5 1 EN 15-STD 15 21,600 4 x 40 12 5 1.5 1.5 EN 20-STD 20 28,800 4 x 40 18 5 2 1.5 EN 40-STD 40 57,600 4 x 40 36 7.5 2.5 2 EN 60-STD 60 86,400 4 x 40 54 10 3 2.5 EN 80-STD 80 115,200 8 x 40 18 15 3 2.5

EN 100-STD

100 144,000 8 x 40 18 20 4 3

EN 150-STD

150 216,000 8 x 40 30 25 4 3

OPCIONES:

• Bombas Dosificadoras para Químicos (con sensor de bajo nivel y alarma) • Monitor Electrónico de pH (con control para dosificación y alarmas) • Auto-Flush, incluye válvula automática y accesorios para instalación • Medidor electrónico de conductividad en alimentación • Medidor electrónico de ORP (Potencial de óxido reducción) • Medidor electrónico de Flujo de Rechazo y/o de Alimentación

CARACTERÍSTICAS:

ModeloFlujoGPD

MembranasNo. y tamaño (pulg.)

% recuperación

HP-voltaje

R1D40 650 1 de 2.5x40 17-751/2-

110V/60Hz/1ph

R2D40 1200 2 de 2.5x40 31-751/2-

110V/60Hz/1ph

R3D40 1650 3 de 2.5x40 42-751/2-

110V/60Hz/1phR4D40 2000 3 de 2.5x40 51-75 1/2-

110V/60Hz/1ph

R1F40 2000 1 de 4.0x40 18-751 -

220V/60Hz/1ph

R2F40 3900 2 de 4.0x40 32-751 -

220V/60Hz/1ph

R3F40 5600 3 de 4.0x40 42-751 -

220V/60Hz/1phR4F40 7500 4 de 4.0x40 34-75 3-220V/60Hz/1phR5F40 9500 5 de 4.0x40 37-75 3-220V/60Hz/1phR6F40 10800 6 de 4.0x40 42-75 3-220V/60Hz/1ph

CARACTERISTICAS DE LOS MODELOS R1D40 al R4D40:

BUENOBUENO: Circuito de control de 24 volts, Contenedor de plástico NEMA 4, Salida/entrada de diseño contra derrames y con empaques, Candado de pretratamiento, Conexión de control de nivel, Conexiones a la terminal, Switch de encendido NEMA 4, Válvula solenoide de entrada (24 v), Switch de baja presión (24v), Prefiltro de 5 micras de 10", Bomba Procon de bronce, Manómetro de presión con líquido, Estructura de acero recubierta, Válvula de recirculación de rechazo, Válvula de control ajustable de rechazo.

MUY BUENOMUY BUENO: Además de lo Bueno, Medidor de flujo de producto, Medidor de flujo de concentrado.

MEJORMEJOR: Además de lo Bueno y lo Muy Bueno, Luz de encendido NEMA4 (24v), Luz de encendido de bomba NEMA4 (24v), Indicador de baja presión NEMA4 (24v), Medidor de sólidos disueltos de producto, Auto flush de alta presión

CARACTERISTICAS DE LOS MODELOS R1F40 al R6F40:

BUENOBUENO: Bomba centrífuga de acero inoxidable, Entradas/salidas de acero inoxidable.

MUY BUENOMUY BUENO: Además de lo Bueno, Medidor de flujo de producto, Medidor de flujo de concentrado.

MEJORMEJOR: Además de lo Bueno y lo Muy Bueno, Luz de encendido NEMA4 (24v), Luz de encendido de bomba NEMA4 (24v), Indicador de baja presión NEMA4 (24v), Medidor de sólidos disueltos de producto, Auto flush de alta presión

Desempeño Basado en:

• Alimentación de TDS de 1000 mg/l

• SDI <3 • Cloro Libre de 0.1 mg/l

Requerimientos de Operación:

• Alimentación NO incrustante

• Presión de Entrada de 20 a 75 psi

Opciones de Instalación:

• Auto Flush de Alta Presión

• TDS de Producto • Medidores de Flujo de

Equipo: Bueno, muy bueno Bueno, muy bueno Bueno Bueno

máximo

• Temperatura de agua de alimentación: 77°F

• pH de 2 a 11 unidades

• Temperatura de alimentación de 35 a 95°F

Porducto

• Medidores de Flujo de Rechazo

El lamento del antiguo marinero que gritaba "agua, agua por doquier, pero ninguna gota para beber", sigue siendo el grito de mucha gente de muchas islas y áreas costeras rodeadas por un océano, donde el agua potable para beber y cocinar es escasa.

EL FENÓMENO de ósmosis normal o también llamada directa, expresada en capítulos pasados, representa la respuesta de un sistema discontinuo cuando dos recipientes con solución a diferentes concentraciones se ponen en contacto por medio de una membrana semipermeable. El flujo osmótico se origina del recipiente de solución diluida al recipiente de solución concentrada (diagrama a, figura 14). Es un proceso espontáneo para llevar el sistema a su estado de equilibrio. Ello ocurre cuando el flujo osmótico eleva una columna de líquido sobre la solución concentrada, cuyo peso produce la presión osmótica de equilibrio (diagrama b, figura 14). La segunda ley de la termodinámica asegura que este proceso es irreversible, en vista de que para reintegrar el sistema a su estado inicial tiene la necesidad de realizar un trabajo mecánico neto. Esta labor mecánica se realiza en la solución concentrada, de tal manera que el flujo del solvente ocurre en dirección opuesta al flujo osmótico original. Para que tal cosa se realice, es obligatorio que la presión aplicada tenga un valor mayor a la diferencia de las presiones osmóticas entre los recipientes (véase el diagrama c, figura 14).

Figura 14

El proceso de ósmosis inversa fue propuesto por primera vez por Charles E. Reid en 1953 para obtener agua potable del agua de mar. La propuesta de Reid fue sometida a la consideración de la Oficina de Aguas Salinas de EUA y surgieron algunas objeciones, una de ellas consideraba a la ósmosis inversa como un proceso impráctico y que en caso de funcionar sería una curiosidad de laboratorio. La duda más seria a la propuesta de Reid fue cuando se hizo ver que el estado del arte carecía de una membrana adecuada para realizar eficientemente el proceso de ósmosis inversa. En efecto, al aprobarse el proyecto Reid se enfrascó en un problema mayúsculo para conseguir la membrana que tuviera la capacidad de realizar ese proceso. Las dificultades básicamente eran las siguientes:

a) Carencia de una membrana que resistiera químicamente las soluciones salinas.

b) Las membranas eran muy poco porosas para permitir el libre tránsito del solvente (agua pura) y demasiado abiertas para tener un adecuado coeficiente de reflexión de Staverman (bajo rechazo de sales).

La solución del problema de la separación de agua pura a partir de agua de mar o salobres fue resuelta por el descubrimiento de

la membrana de acetato de celulosa por el mismo Reid y E. J. Breton en 1959.

A este descubrimiento siguió otro efectuado por S. Loeb y S. Sourirajan en los años de 1960 a 1962 al demostrarse que la membrana de Reid y Breton mejoraba considerablemente el flujo de solvente y rechazo de sales, si la membrana se hacía asimétrica en lugar de homogénea. Luego se supo, por observaciones al microscopio electrónico, que la asimetría en la membrana de Loeb y Surirajan se debía a la presencia de una delgada película de polímero en fase amorfa con secciones cristalinas sobre la superficie de la membrana. Esta película es la parte activa de la membrana y responsable de la exclusión de los solutos. El cuerpo restante de la membrana sirve de soporte y es una estructura polímera esponjada altamente porosa.

Con este tipo de membrana se realizó eficientemente el proceso de ósmosis inversa, acallando a los que pensaron que esa inversión nunca funcionaría. A pesar de este triunfo tecnológico, el precio que se paga es alto, por el costo elevado de energía que cobran las irreversibilidades. En un principio se creyó que el proceso de ósmosis inversa sería altamente eficiente, pues se pensó que bastaría con exceder la presión osmótica del sistema para lograr la inversión osmótica. Aquí no se tomaba muy en cuenta la segunda ley de la termodinámica debido a que se requiere un trabajo extra para su funcionamiento en contra de irreversibilidades y entre más lejos del equilibrio se opere, mayor será ese costo extraordinario de energía. En efecto, resultó que el funcionamiento de dicho efecto requiere de la aplicación de una presión mucho mayor (4 ó 5 veces mayor) al valor de la presión osmótica efectiva e invertir energías 10 veces más que la requerida, si el proceso fuera reversible, por ejemplo, la presión osmótica del agua de mar es de 24 atmósferas, mientras que los equipos que obtienen agua potable a partir de agua de mar operan con presiones de 100 atmósferas o mayores. Ello implica costos de equipo y mantenimiento elevados.

Uno de los logros de la década de los años sesenta fue hacer económica la aplicación de la ósmosis inversa en la obtención de agua potable a partir de aguas salobres y de mar, y entrar francamente en competencia con otros sistemas de separación de pequeña o gran escala. Esta posibilidad fue una consecuencia de la perfección de la membrana de acetato de celulosa y un entendimiento más claro de los procesos de interacción de una solución salina con dichas membranas. En esta década se consiguió comprender los efectos de compactación y de oclusión

de las membranas bajo operación, así como percibir la necesidad de tratamientos bioquímicos del agua de alimentación, por la presencia de microorganismos que utilizan a la membrana como nutriente. En particular, el conocimiento de la capa de polarización como efecto adverso fue decisivo en los avances anteriores. Este efecto se ha señalado como el recíproco del osmótico, tal como se indicó en el capítulo V, y es causa de la formación de una capa de iones cuando durante el tránsito del flujo volumétrico se acumulan solutos que no pueden pasar y se concentran a la entrada de la membrana. Esta capa de iones salinos elevan la presión osmótica local de la solución frente a la membrana y por lo mismo aumenta la presión de operación para mantener un flujo del solvente. La eliminación de este efecto adverso fue determinante en el diseño de los módulos que sirven de apoyo a la membrana, en vista de que para eliminar esa capa de polarización se utiliza la agitación convectiva, provocando un flujo turbulento en la solución alimentadora. De esta manera, las celdas donde las membranas ejecutan la separación presentan diseños geométricos de manera que los flujos sean violentos (altos números de Reynolds).

Otro de los avances de la década de los sesenta fue la elaboración de modelos que interpretaban los procesos de transporte de una membrana. Entre otras, están las aportaciones de H. K. Londsdale, U. Merten y R. L. Riley en 1965. El año siguiente se conocen las contribuciones de Spiegler y Kedem, Gradzinski y Kedem, Mears y Merten. Estos modelos siguen los lineamientos teóricos dados por Kedem Katchalsky en 1958 y predicen relaciones entre distintas variables del sistema, como los flujos de soluto y solvente, porcentaje de rechazo, espesor y permeabilidad de la membrana. Esto permitió un manejo adecuado de los parámetros de diseño en la construcción y verificación de plantas de prueba o pilotos y luego su comercialización en plantas del orden industrial.

En la década de los años sesenta, el estudio y aplicación de la ósmosis inversa se relacionó con la desalación de aguas salinas y del tratamiento de aguas de reúso, como la purificación de agua de desechos industriales y de drenaje.

Por otra parte, en la década de los setenta se consiguió un conocimiento más detallado sobre el funcionamiento de la membrana; en particular se discutió el mecanismo por el que una membrana de acetato de celulosa permite el paso del solvente e impide el tránsito de los solutos. El fenómeno de la causa de la selectividad de una membrana fue discutido primeramente en los

trabajos de Reid y Breton en 1959, constituyendo una constante preocupación en las explicaciones físicas de los modelos de la década anterior.

Algunos puntos se establecieron en la década de los sesenta y aparecen en nuestra época como un conocimiento fraccionado. Algunas teorías han formulado una explicación sobre la causa del fenómeno de la selectividad de una membrana, sin que existan correlaciones de observaciones experimentales donde se observe claramente la influencia de las propiedades de las estructuras poliméricas. Este problema al parecer no está resuelto y pone de relieve la necesidad de estudiar a nivel fundamental la interacción de una solución electrolítica con un material polimérico. La información básica que se obtiene del mecanismo de la selectividad en la década de los sesenta, es su relación con la presencia de grupos químicos o radicales en las cadenas poliméricas en el material de la membrana. Estos grupos químicos rechazan los iones por acciones electromagnéticas, a la vez que se permite el acceso de las moléculas de agua por propiedades hidrofílicas de la membrana; es decir, el agua es absorbida por el material polimérico y transmitido de un punto a otro por influencia de transiciones en los puentes de hidrógeno; esto ocurre cuando no hay espacios porosos para un flujo volumétrico. De manera que se confirma la importancia de aglutinar centros de rechazo en la superficie de una membrana hidrofílica.

El conocimiento de estos mecanismos de selectividad permitió predecir el comportamiento de las membranas en variadas aplicaciones. También aparecieron nuevas membranas utilizando otro tipo de polímeros que presentan más ventajas en comparación con las de acetato de celulosa. En esta década de los setenta, se logró dar una clasificación útil de las membranas en relación a procesos de separación y el mecanismo de acción a su vez relacionada con su estructura. Después de todo, la ósmosis inversa ha ganado gran popularidad, se recrearon métodos de operación con diversas membranas, y actualmente existe un sinnúmero de aplicaciones industriales. Esto lo comentaremos en el siguiente capítulo.

La utilización de membranas representa el campo de la aplicación de los materiales poliméricos que en los últimos años han inundado de problemas los laboratorios de investigación.

UNA de las sorpresas que se han llevado los fisicoquímicos en el campo de la aplicación de las membranas ha sido descubrir su versatilidad, porque han servido en el tratamiento de un sinnúmero de mezclas, sea para concentrarlas o diluirlas. Las áreas de la ingeniería que más se han visto favorecidas con estas aplicaciones son principalmente las industrias de los alimentos, del papel, la biomedicina, la petroquímica, la nuclear y, entre otras, la de separación o purificación de gases, donde se obtiene hidrógeno de la disociación del amonio, el sulfuro de hidrógeno del gas natural de las refinerías, helio del gas natural, así como el enriquecimiento del oxígeno a partir del aire. Debemos hacer especial mención en las aplicaciones de las membranas, la recuperación de sustancias valiosas en aguas o gases de desechos industriales y que como desperdicio simplemente son causa de una severa contaminación ambiental. En todos los aspectos de las aplicaciones, la literatura aumenta considerablemente bajo la sospecha de convertir estas aplicaciones, en un futuro próximo, en una tecnología corriente en todos los países.

En lo referente a la industria de los alimentos tenemos el caso de un líquido de desecho cuando se manufacturan y refinan alimentos como el queso y productos de soya, llamado "suero", que contiene una gran cantidad de nutrientes de alto valor, en número suficiente para que su extracción sea económicamente posible. La concentración de suero puede hacerse por evaporación o secado, pero los requerimientos energéticos involucrados lo hacen poco atractivo económicamente. Una evaluación económica de los procesos de membranas sugiere que es requerido 20% menos energía como en la evaporación directa. La concentración por membranas, en el caso del suero del queso, logran productos con concentraciones hasta del 20% de proteínas y en el caso del contenido de lactosa hasta 24%. Asimismo, del suero producido por alimentos de soya se obtiene un producto de alto contenido de proteínas y otro rico en carbohidratos y minerales (véase la figura 15).

Figura 15. Extracción de proteínas de suero de soya. En el primer paso se concentra la proteína por acumulación a través de filtración. El líquido que atraviesa la membrana (de permeación) es un residuo de alto contenido de carbohidratos que se concentran, a su vez, por un proceso de ósmosis inversa. Los procesos de membranas requieren menos energía y dejan menos volúmenes de desperdicio que un sistema de extracción por centrifugación con tratamiento químico. En la actualidad se ha considerado una fuente de obtención de líquidos y gases combustibles a las fermentaciones. La utilización de membranas poliméricas hace eficiente la obtención de estos combustibles. En esta forma se obtiene la segregación de gases ácidos y la recuperación del metano del biogas (véase la figura 16)

Figura 16. La tecnología de membranas sirve como separador de algas de 5 micras promedio y que por otros

medios su cosecha resultaría bastante cara. Una membrana adicional permite la obtención de subproductos como gases ácidos, haciendo costeable la transformación de la biomasa.

Una de las grandes industrias que utiliza las membranas porosas es la de la separación difusiva del uranio U 235 de una mezcla con U 238, enriqueciendo un material de fisión de alto valor comercial para equipos de reacción atómica (para usos pacíficos en reactores y uso militar) Esta separación involucra un sistema que no es del tipo de fases acuosas como las que se han realizado en mayor medida. El efecto en que se basa esta separación está representado por la ley de Graham que expusimos en el capítulo 1. Relativo a que el flujo de un gas a través de un tapón poroso o membrana abierta es inversamente proporcional a la masa de las partículas, de manera que la velocidad de difusión de moléculas será mayor mientras menor sea su peso molecular.

Ahora bien, la separación de los componentes de una mezcla gaseosa de dos especies de diferentes pesos moleculares no ocurre en el interior de la membrana como resultado de una competencia entre los flujos difusivos de dichos componentes, sino que ocurre en la superficie de la membrana y se reconoce como "efecto de entrada". Lo cierto es que las partículas más rápidas penetran a la membrana en un número mayor que las partículas lentas, de tal forma que un enriquecimiento relativo de las moléculas lentas ocurre de inmediato a la entrada de la membrana. Se trata, pues, de una selección por efecto cinético.

La necesidad de separar los isótopos de uranio y otros gases como el 02, que aparecen mezclados con otros gases en forma natural, ha llevado a la aplicación del efecto Graham a gran escala. Esto se efectúa por un proceso de difusión a contracorriente. Se contemplan varias etapas en que el gas rechazado (concentrado en el componente de mayor peso) es recirculado para iniciar una siguiente etapa. En cambio, el gas enriquecido en el componente ligero pasa a otro módulo para un enriquecimiento adicional. De aquí, pues, la necesidad de un sistema "en cascada" para una separación eficiente.

La separación del hidrógeno en la disociación del amonio se presenta por medio de una barrera metálica porosa que constituye una membrana abierta. En este caso aparecen discrepancias cualitativas y cuantitativas con una teoría de transporte indicada en el capítulo IV, ya que los valores de los flujos del gas hidrógeno a través de la membrana son altos, de

manera que el sistema se aleja suficientemente del equilibrio para considerar efectos no lineales.

Lo anterior ocurre porque es necesaria una temperatura elevada en el sistema para propiciar la disociación del amonio. En todo caso, es necesario aplicar una teoría diferente a la expuesta aquí, pero en el consenso actual de la física, una teoría termodinámica no lineal es aún tema de discusión.

En la separación de gases de muy bajo peso molecular como el hidrógeno y el helio es posible usar membranas semipermeables en lugar de membranas abiertas, y la disociación ya no se apoya en el efecto Graham, sino que se debe a una criba que selecciona las partículas de acuerdo a su radio. Por ejemplo, el hidrógeno se puede separar con membranas de paladio. Éstas se disponen concéntricamente alrededor de un tubo de entrada (véase la figura 17). Las membranas delgadas de paladio son permeables al hidrógeno pero impermeables a otros gases, por lo que el hidrógeno puro se difunde a través de los tubos colectores. Los gases de desecho contienen a su vez hidrógeno y son retroalimentados a la mezcla de entrada. Asimismo, un interesante ejemplo de estos casos es también la obtención del helio purificado a partir del gas natural. Esto resulta de la aplicación de membranas de vitrosílica, permeables a los átomos de helio e impermeables a los gases restantes.

Figura 17. Purificación de un gas o separación de una mezcla de gases, por medio de un flujo de contracorriente usando membranas.

Hay una posibilidad de separación de mezclas por intercambio de iones a través de membranas que poseen una carga neta. En este caso, el principio de separación obedece a un rechazo por interacción coulombiana entre la membrana y, los iones de la misma carga. Esta posibilidad ha simplificado en muchos casos los procesos de separación, pues, la energía se suministra por medio de campos eléctricos y no por efecto mecánico de presurización. Existe la ventaja de no involucrar al flujo osmótico ni al electroosmótico, ya que la separación o purificación de un fluido se efectúa por transporte de iones (solutos) a través de las membranas. Esto reduce el gasto de energía por irreversibilidades internas en procesos muy fuera de equilibrio. A este proceso de separación se le conoce como "electrodiálisis". En la figura 18 se observa el esquema de un separador de agua potable a partir de una solución salina por medio de la electrodiálisis.

Figura 18. La electrodiálisis emplea membranas con carga fija para extraer agua pura de una solución salina. El campo eléctrico aplicado, pone los iones salinos (solutos) en movimiento hacia el electrodo de signo contrario. Las membranas resultan impermeables en los iones con carga de igual signo. Las membranas de distintas cargas se alternan.

El descubrimiento del principio de la electrodiálisis fue realizada por el bioquímico Leonor Michaelis en 1923, cuando mostró que las membranas de nitrocelulosa son permeables a iones positivos. En 1929, Karl Sollner realizó una investigación

sistemática para estudiar la estructura de esas membranas y explicar el mecanismo de selectividad de tal efecto. Poco después, Sollner, en compañía de Charles Carr y Harry P. Gregor, fabricaron la primera membrana que combinaba óptimamente dos parámetros: alta selectividad y alta permeabilidad. Estos conocimientos básicos hicieron posible una tecnología de aplicación de las electromembranas en plantas de mediana y gran escala, en el tratamiento de aguas de todo tipo y otras aplicaciones en la fisicoquímica y biomedicina.

En un artíctilo del Scientific American (julio, 1978), Harry P. Gregor y Charles D. Gregor hicieron notar que todos los procesos de aplicación industriales de membranas tienen una contrapartida biológica, pero que esas membranas sintéticas no se aproximan a las biológicas en velocidad de separación, compactación, selectividad y eficiencia.

CONCEPCIÓN CIENTIFICISTA DEL SIGLO XIX

En el capítulo I de la presente obra hemos tratado de observar el ambiente cultural y científico de la época en que se da a conocer el descubrimiento de la ósmosis. La concepción del mundo que tenían los científicos formaba parte importante del ambiente científico. Esto parece ser producto de las grandes dificultades que tenían los químicos y los biólogos para interpretar los fenómenos observados en sus experimentos.

Claro está que estas ciencias, química, biología y fisicoquímica, eran incipientes y sus métodos propios y leyes fundamentales se hallaban en formación; de manera que los primeros científicos de este periodo carecían de la orientación objetiva de su propia ciencia y, por lo mismo, no tenían un marco racional al cual referir sus observaciones. Así pues, la única guía interpretativa de los científicos del siglo XIX para la fundamentación de estas nuevas disciplinas fue la "concepción cientificista del universo". Esta surge del impacto que la mecánica de Newton causó en el ambiente científico de los siglos XVII, XVIII y del que nos ocupa. La ciencia de la mecánica al describir el movimiento de los cuerpos y predecirlos dio un contundente ejemplo de lo que debe ser una ciencia.

No obstante, el impulso científico es avasallador y traspasa la frontera de lo medible y la experimentación; veamos lo que al respecto nos comenta José Ortega y Gasset:

"La interpretación mecánica del mundo triunfante de Newton tenía

por fuerza que llevar el intento de someterle toda la realidad, por eso se ensaya a fines del siglo XVII y durante todo el XVIII, en Inglaterra y Francia, extenderlo a lo humano."

Es decir, la pretensión de sumisión de todo hecho humano y en general de toda la realidad a un modelo mecánico era un asunto que tomaba forma en la mente de los intelectuales desde mucho antes del momento histórico que nos ocupa. Se ha hablado del fracaso de la concepción de un mundo regido por excelencia en leyes que regulan el orden moral y la conducta humana. Sin embargo, en la formación de las ciencias del siglo XIX la ideología cientificista es un punto decisivo, puesto que es por su influjo como se desarrollará la medicina científica, la fisiología y la fisicoquímica.

Ahora entendemos la razón de este hecho, y es que detrás de la concepción científica del mundo está la unidad de las ciencias, por lo menos las que aplican el método científico de la experimentación.

Uno de los máximos exponentes de la concepción cientificista en Alemania fue Carl Ludwig (1816-1895), creador de la escuela fisicoquímica de fisiología en Alemania, y maestro de 200 científicos que destacaron en medicina y fisiología; y por ello su influencia traspasa el siglo y las fronteras de su país.

Ejemplo de los alumnos de Ludwig es el patólogo norteamericano William Welch (1850-1934), quien jugó un papel importante en la introducción de la práctica médica moderna y la educación de la medicina científica en los Estados Unidos.

También tenemos como ejemplo a Henri Bowditch (1840-1911) fisiólogo norteamericano que formuló la ley de la respuesta muscular y demostró la infatigabilidad de los nervios.

Otros casos sobresalientes de la concepción cientificista en la época lo son, Fick, que descubrió la ley de la difusión y Dutrochet, el fenómeno de la ósmosis.

ECUACIONES PARA LA PRESIÓN OSMÓTICA

En el caso de dos soluciones con dos componentes (A y B) en equilibrio a través de una membrana permeable al componente A e impermeable al componente B se tiene que

CB∆ µ Β = ∆ Peq (1)

∆ µ A= 0 (2)

Las dos ecuaciones contienen básicamente la misma información. Para demostrarlo, se utilizará la expresión para el potencial químico,

∆ µ i = RT∆ Lnα i + Vi ∆ p (3)

donde α i es la actividad y Vi es el volumen molar parcial del componente i. Sustituyendo la ecuación (3) en la ecuación (1) y considerando el equilibrio, tenemos que:

CB∆ µ Β = RTCB∆ Lnα B + CBVB∆ Peq (4)

Por otra parte, la ecuación de Gibbs-Duhem establece que

CB∆ Lnα B = — CA∆ Lnα A (5)

con lo cual, la ecuación (4) se puede escribir

CB∆ µ B = — CART∆ Lnα A + VBCB∆ Peq=∆ Peq

y de donde podemos obtener

— RTCA∆ Lnα A — (1 — CBVB)∆ Peq = 0 (6)

Dado que CA VA = l — CBVB se tiene que (6) se escribe como

RT ∆ Lnα A + VA∆ Peq=0 (7)

Lo que de acuerdo con la ecuación (3), lleva a la ecuación (2). La presión osmótica puede estimarse de acuerdo a la ecuación (7)

(8)

En el caso particular de que tomemos en cuenta una solución diluida, el logaritmo de la actividad del solvente en solución puede escribirse como el negativo de la fracción de moles de cada componente en la solución.

donde nA es el número de moles del solvente en la solución y nB

el número de moles del soluto. Ahora bien, V = VAnA es el volumen total y la ecuación (8) se convierte en

π V= nB RT. (9)

Es la ecuación de Van't Hoff que muestra la semejanza de la presión osmótica con la presión de un gas ideal.

PRÁCTICA DE LABORATORIO CON MEMBRANA

La idea básica de la ósmosis puede observarse en un dispositivo experimental sencillo, que puede realizarse fácilmente en un laboratorio de demostración escolar.

El dispositivo consiste en formar un cilindro de papel celofán sellado en sus extremos por dos tapones de hule o de corcho. El tapón superior se perfora para introducir un capilar delgado y largo (véase la figura 19). El dispositivo se llena con una solución de agua con azúcar hasta la altura en que el capilar empieza; la solución se tiñe con un colorante rojo para visualizar claramente el movimiento de la solución en el capilar. El dispositivo se sumerge en un recipiente con agua pura. Cuando esto ocurra, el fenómeno osmótico entrará en actividad si el celofán está bien sellado. Después de una hora se podrá observar la elevación de una columna de líquido colorado en el capilar.

Al registrar las observaciones de la posición del capilar, el experimentador podrá determinar si el celofán representa una membrana semipermeable, selectiva o abierta de acuerdo a las representaciones gráficas de la figura 7. Para hacer la comparación con las gráficas de esa figura, se registran en el eje horizontal los intervalos de tiempos, posiblemente en horas (la rapidez con la que se realiza el experimento dependerá del área del cilindro del dispositivo). En el eje vertical se describe la altura de la columna en el capilar.

Terminada la práctica de laboratorio, el experimentador podrá discutir sus resultados, de acuerdo con el material de lectura de los capítulos III y IV.

Figura 19. Demostración del fenómeno osmótico.

Figura 1. Theodor Schwann (1810-1882). Combatió al "vitalismo" que suponía procesos químicos especiales en la materia orgánica que no podía poseer la materia

inanimada.

Figura 2. Thomas Graham (1805-1869). Descubrió el fenómeno de la difusión de los gases y los líquidos.

Figura 3. Wilhem Pfeffer (1845-1920). Construyó el primer osmómetro.

Figura 4. J. H. Van't Hoff (1852-1911). Formuló la primera ecuación para calcular presiones osmóticas de una solución.

Figura 5. Josiah W. Gibbs (1839-1903). Emitió los principios termodinámicos del efecto osmótico.

Figura 6. Sistema de riego por implante.

Figura 7. Sistema de riego por implante.

Figura 8. Equipo de desalación por ósmosis inversa.

Figura 9. Microfotografía de una membrana asimétrica. Se observa el borde de un polímero concentrado y un cuerpo poroso.

M. Bier (compilador): Membrane Processes in Industry and Biomedicine, Plenum Press, 1971

K. G. Denbigh: The Principles of Chemical Equilibrium, Cambridge University Press. (Ver secc. II), 1955.

S. Glasstone: Textbook of Physical Chemistry, Londres, Mac Millan, 1962

A. Katchalsky y P. F. Curran: Nonequilibrium Thermodynamics in Biophysics, Harvard University Press. Cambridge, Mass., 1965.

A. G. Loewi y P. Siekevits: Estructura y función celular, CECSA. México, 1966.

H. K. Londsdale y H. E. Podall: Reverse Osmosis Membrane Research Plenum Press, 1972.

W. C. McElroy: Fisiología y bioquímica de la célula, UTEHA. México, 1967.

R. N. Ondarza (compilador): Introducción a la biología moderna, FCE. México, 1966.

La ósmosis es el paso espontáneo, o la difusión, de agua y otros líquidos a través de una membrana semipermeable, esto es, aquella que bloquea el paso de las sustancias disueltas en los líquidos. El fisiólogo René Joachim-Henri Dutrochet fue el primero que, en 1828, consideró a la ósmosis uno de los principios fundamentales de la vida, aunque el primero que estudió el proceso a fondo fue Wilhem Pfeffer, en 1877. A partir de entonces los estudios sobre este importante fenómeno se han multiplicado.

La ósmosis se observa en los organismos biológicos y está ligada a los procesos de succión por medio de membranas. Por esta razón se entiende que es uno de los procesos principales que dan sustento a la vida.

A medida que los estudios sobre la ósmosis avanzan, se ha visto que trasciende la frontera de la biología. Actualmente se le considera dentro del marco de la fisicoquímica o termodinámica química, en el campo de la teoría de las soluciones. Por otra parte, el estudio de la ósmosis ha trascendido el marco meramente académico, el de las explicaciones teórico-científicas, y ha dado lugar a una serie de aplicaciones de las membranas en la industria. Así, en las últimas décadas la ingeniería de procesos se ha enriquecido con la utilización de la ósmosis en las operaciones de separación de mezclas.

Cada una de estas interesantes facetas del fenómeno osmótico en los campos de la fisiología, de la teoría termodinámica y de la industria es presentado en detalle y claramente por el doctor Luis Felipe del Castillo en la presente obra. Del Castillo, dice

"pretende lograr la unidad de los aspectos polifacéticos de la ósmosis".

Luis Felipe del Castillo es egresado de la Universidad de Sonora, se doctoró en física en la Facultad de Ciencias de la UNAM, y efectuó estudios en la Universidad de Brown, EUA. Ha realizado numerosas investigaciones científicas en el Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM. Durante 25 años se ha dedicado al estudio de los fenómenos termodinámicos dentro y fuera de equilibrio. Ejemplo de tales estudios son los desarrollados en el campo de los procesos de relajación en materiales complejos, en particular los relacionados con los sistemas osmóticos. El doctor del Castillo ha publicado más de 30 artículos en revistas científicas internacionales, de los cuales 10 corresponden al tema de fenómenos de transporte en membranas semipermeables.

Diseño: Carlos Haces / Fotografía: Luis Daniel Quijada H.

PLANTA DE ÓSMOSIS INVERSA

La planta potabilizadora de la Universidad de Alicante desala agua salobre procedente de un acuifero subterraneo mediante un proceso de O.I. (Ósmosis Inversa).

Su capacidad de producción es de 450 m3/dia con una conversión del 72%.

Los objetivos que se persiguen mediante su funcionamiento son:

Suministro de agua potable y de aporte para riego del Campus de San Vicente de la Universidad de Alicante.

Función docente: Formación de postgraduados, técnicos, etc...

Investigación: Optimización del proceso y minimización del costo de explotación, estudio de membranas y tecnologías de ahorro energético.

La planta dispone en su linea de tratamiento de los siguientes equipos: Pretratamiento

Bombeo de agua de aporte Dosificación de ácido clorhídrico Dosificación de hipoclorito sódico Dosificación de reactivo antiincrustante Filtración sobre lecho de sílex Filtración de seguridad sobre cartuchos Dosificación de reactivo reductor

Tratamiento por ósmosis inversa Bombeo de alta presión Módulos de ósmosis inversa Equipo de limpieza de membranas y flushing

Post - tratamiento Dosificación de hipoclorito sódico Reendurecimiento Acumulación y bombeo de agua producto

Para más información: mfchillon.sti@ua.es Teléfono: 965903400 - Extensión: 2590

Mantenga libre de incrustaciones el lado del agua de las superficies de calefacción.

La operación de su caldera con el exceso de aire adecuado, minimizará las pérdidas de calor a través de la chimenea y mejorará la eficiencia de la combustión.

Incluso en las calderas pequeñas, la prevención de la formación de incrustaciones puede redituar en ahorros

sustanciales de energía.

La incrustación se produce cuando el calcio, magnesio y sílice, presentes normalmente en la mayoría de los

suministros de agua, reaccionan y forman una película contínua de material en el lado del agua de los tubos

de los intercambiadores de calor.

Esta incrustación crea un problema, debido a que típicamente posee una conductividad térmica menor que la

del acero con que están hechos los tubos. Incluso, las capas de incrustación delgadas funcionan como un

aislante y retardan la transferencia de calor. Como resultado, se produce un sobrecalentamiento en los tubos

de la caldera, pérdida de la eficiencia energética y hasta llegan a romperse los tubos. El desperdicio de

combustible que ocasiona la incrustación puede llegar a ser del 2% en calderas del tipo tubos de agua y

hasta el 5% en las del tipo tubos de humo. En la tabla siguiente, se muestran las pérdidas de energía en

función del espesor y composición de la incrustación.

PÉRDIDAS DE ENERGÍA POR INCRUSTACIÓN

Espesor de la incrustación

Pérdida de combustible (%)

Tipo de incrustación

Plg. mm “Normal” Hierro Hierro y Sílice1/64 0.4 1.0 1.6 3.51/32 0.8 2.0 3.1 7.03/64 1.2 3.0 4.7 --1/16 1.6 3.9 6.2 --

La incrustación “normal” se encuentra, por lo general, en aplicaciones de baja presión. Las incrustaciones de

hierro y las de hierro - sílice aparecen en aplicaciones en alta presión.

Ejemplo:

Una caldera consume anualmente 474 795 000 millones de MJ de combustible, operando 8 000 horas y

trabajando a su capacidad de 20 454 kg vapor/hora a 10.5 kg/cm2.

Si se permite la formación de incrustación del tipo “normal” de 0.8 mm (1/32”) de espesor en sus tubos, la

tabla nos indica una pérdida del 2%. El aumento en el costo de operación de la caldera, asumiendo un costo

de la energía de $ 0.032 $/MJ, será:

Aumento anual en operación = 474 795 000 x 0.032 x 0.02 = $ 303 869

Monitoree la temperatura de los gases en chimenea.- Un indicador indirecto de la formación de depósitos o

incrustación es la temperatura de los gases en chimenea. Si esta temperatura aumenta, para una carga de

la caldera y el exceso de aire constantes, el efecto se debe posiblemente a la presencia de incrustación.

Realice inspecciones visuales.- Inspeccione visualmente los tubos cuando la caldera se encuentra parada y

abierta por mantenimiento. La eliminación de la incrustación puede hacerse por medios mecánicos o por

tratamiento con ácido. Si encuentra depósitos o incrustación, consulte con un especialista para modificar el

tratamiento de agua y el programa de suministro de aditivos.

La ósmosis u osmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración separadas por una membrana semipermeable.

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Explicación

Una membrana semipermeable contiene muchos poros, al igual que cualquier otra membrana. El tamaño de los mismos es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes. Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, pero no las de azúcar que son muy grandes.

Si una membrana como la descrita separa dos líquidos, uno agua pura y otro agua con azúcar, van a suceder varias cosas:

1. Debido a la temperatura, las moléculas se mueven de un lado para otro. Las moléculas de agua pasan por los poros en ambas direcciones: de la zona de agua pura a la de agua con azúcar y viceversa. 2. Las moléculas de azúcar también se mueven, pero al no poder atravesar la membrana, rebotarán en ella, aunque algunas, momentáneamente obstruyan los poros. Un detalle importante: se obstruyen los poros del lado del azúcar (alta concentración), por lo que taponan el paso del agua.

3. En la zona de agua, baja concentración, todas las moléculas que llegan a los poros son de agua y la atraviesan. 4. En la zona de alta concentración llegan a los poros moléculas de agua y moléculas de azúcar; por tanto, habrá menos moléculas de agua capaces de atravesar la membrana hacia la zona del agua pura.

El resultado final es que aunque el agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración y viceversa, hay más moléculas de agua que pasan desde la zona de baja concentración a la de alta.

Dicho de otro modo, dando el suficiente tiempo, parte del agua de la zona sin azúcar habrá pasado a la de agua con azúcar. El agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración.

Lo explicado para agua y azúcar puede aplicarse a cualesquiera tipos de moléculas con tamaños diferentes.

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Ejemplos de ósmosis

La ósmosis es muy importante en biología. Una célula está rodeada de una membrana semipermeable. Normalmente su interior tiene más concentración de moléculas grandes que el exterior, por eso el agua puede fluir desde el exterior al interior. Es el modo que tienen las células para beber (pinocitosis).

Un puré de manzana dejado a los elementos se pudre en pocos días debido a las bacterias. Si se le añade mucho azúcar al puré (compota), seguirá habiendo bacterias, pero como hay mucho azúcar, el exterior de las bacterias está más concentrado que el interior de las mismas, el agua -por ósmosis- pasa desde el interior de las bacterias al entorno y mueren desecadas. Esa es la explicación de que las compotas no se descompongan.

Lo mismo pasa con la sal. La carne, por ejemplo, se pudre rápidamente al aire por la acción de las bacterias. Si se introduce en una gran cantidad de sal, el agua de las bacterias sale de

su interior hacia la zona con sal. Las bacterias mueren resecas por falta de agua y la carne no se pudre. Ese es uno de los mecanismos para producir jamones o cecinas.

Las venas y las arterias son semipermeables. Si dentro de ellas hay mucho líquido aumenta la presión. La ingesta de grandes cantidades de sal y su entrada en las arterias ocasiona que el agua del exterior de las mismas entre en ellas aumentando la presión (esta es la razón por la cual se recomienda la disminución en el consumo de sal cuando hay hipertensión arterial)

Si un pez de agua dulce llega al mar, se deseca, pues sus células pierden agua. Igualmente, si una persona bebe agua de mar, salada, al llegar al estómago el fenómeno de la ósmosis hace que el agua de las células del estómago salga hacía el agua de mar. Las células del estomago se resecan y mueren y con ellas la persona. Por eso no se puede vivir bebiendo agua de mar.

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Ósmosis inversa

Lo descrito hasta ahora es lo que ocurre en situaciones normales, en las que los dos lados de la membrana están a la misma presión; si se aumenta la presión del lado de mayor concentración, puede lograrse que el agua pase desde el lado de alta concentración al de baja concentración. Se puede decir que se está haciendo lo contrario de la ósmosis, por eso se llama ósmosis inversa. Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración. Pasa sólo agua.

Si la alta concentración es de sal, por ejemplo agua marina, al aplicar presión, el agua del mar pasa al otro lado de la membrana. Sólo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha hecho potable. La ósmosis inversa es, por ello, una de las formas de potabilizar el agua.

Mediante este procedimiento es posible obtener agua potable partiendo de una fuente de agua salubre (menos de 15.000 microsiemens/cm de conductividad eléctrica) o de agua de mar, que en condiciones normales puede tener entre 20.000 y 55.000 microsiemens/cm de conductividad.

La medida de la conductividad del agua da una indicación de la cantidad de sales disueltas que contiene, dado que el agua pura no es conductora de la electricidad.

Otro ejemplo: Se tiene agua con contaminante "X" cuyas moléculas tienen un tamaño de "Y" micras, siendo "Y" mayor que el tamaño de la molécula de agua. Si se busca una membrana semipermeable que deje pasar moléculas de tamaño de las del agua pero no de "Y", al aplicar presión (ósmosis inversa) se obtendrá agua sin contaminante.

EXPERIMENTO ILUSTRATIVO DE OSMOSIS

Para ello podemos realizar una experiencia, consistente en llenar una bolsa de celofán, con una solución de agua y azúcar común; la boca de la bolsa debe quedar herméticamente cerrada.En estas condiciones, se le sumerge en un recipiente que contenga agua.

El celofán cumple el papel de una membrana y la característica que presenta es la de no permitir el paso de las moléculas de azúcar en la solución, lo cual significa que es impermeable al azúcar.Por el contrario, deja pasar con facilidad las moléculas de agua,o sea, es permeable a ella.Las membranas que presentan este comportamiento reciben el nombre de semipermeables.De acuerdo a lo anterior, en nuestro experimento, podemos obsevar, que en un comienzo la membrana de celofán se encuentra distendida, pero poco después, se tensa hasta quedar rígida.Esto es consecuencia de la difusuión del agua a través de la membrana, desde el recipiente hacia el interior de la bolsa.Este fenómeno se conoce como ósmosis.

Osmosis Para entender el proceso de la ósmosis inversa, empecemos por recordar la ósmosis natural, mecanismo de transferencia de nutrientes en las células de los seres vivos a través de las membranas que la recubren.

En tal sentido, cuando se ponen en contacto dos soluciones de diferentes concentraciones de un determinado soluto (por ejemplo sales), se genera un flujo de solvente (por ejemplo agua) desde la solución más diluida a la más concentrada, hasta igualar las concentraciones de ambas. (Ver Figura 2).

Es decir, en otras palabras: si ponemos en contacto, a través de una membrana, agua salada y agua destilada obtendremos un equilibrio entre ambas y quedarán moderadamente saladas. El agua que atraviesa la membrana es "empujada" por la presión osmótica de la solución más salada y el equilibrio del proceso se alcanza cuando la columna hidrostática iguala dicha presión osmótica.

Osmosis Inversa De aquí se deduce que si nuestro interés en el tratamiento es obtener una corriente de agua lo más diluida posible deberemos invertir el fenómeno. Para ello hay que vencer la presión osmótica natural mediante la aplicación en sentido contrario de una presión mayor. (Ver Figura 3).

Cuando se logra invertir el fenómeno estamos en presencia de ósmosis inversa o invertida como se ha dado en llamarla.

En resumen: si a una corriente de agua salada se le aplica una fuerte presión, lograremos

obtener un equilibrio distinto del anteriormente descripto en el cual se generan

simultáneamente dos corrientes:

• Una que es la que atraviesa la membrana, queda libre de sólidos disueltos

(minerales, materia orgánica, etc. ) y de microorganismos (virus, bacterias, etc.):

producto o permeado.

• La otra se va concentrando en esos mismos productos sin que lleguen a

depositarse en la membrana, porque la taparían y se eliminarían en forma continua,

constituyendo el concentrado.

La relación entre producto y concentrado constituye la recuperación, expresada en porcentaje los rechazos para: Sulfatos (98 %), Arsénico (99 %), Fluoruros (97 %), Nitratos (91 %), Bacterias, Virus y hongos más del 98 %.

Membrana de la Osmosis Inversa Es una membrana que tiene una área "microporosa" que rechaza las impurezas y que no impide l'agua de pasar. La membrana rechaza las bacterias, pirógenos, y 85%-95% de solidos inorgánicos. Iones "polivalentos" son rechazados más fácilmente que los iones "monovalentes". Los solidos orgánicos con un peso molecular superior a 300 son rechazados por la membrana, pero los gases pasan a través. La ósmosis inversa es una tecnología de rechazo en porcentaje. La pureza del agua producida depende de la pureza del agua en el ansa. La pureza del agua producida por la ósmosis inversa es más grande que en el agua de alimentación (Ver Figura 4).

Agua RechazadaUn gran porcentaje (50-90%) del agua de alimentación no pasa por la membrana pero corre del otro lado, limpiando el agua continuamente y trayendo los solidos inorgánicos y orgánicos para drenarlos. Esa agua se llama agua "rechazada".

Factores del agua de Alimentación

Los factores del agua de alimentación que afectan la membrana:

• Presión

La presión del agua de alimentación afecta la cantidad y la pureza del agua

producida por la ósmosis inversa. Baja presión del agua de alimentación causa

baja corriente y baja pureza.

• pH

Determinar la variedad del pH en agua de alimentación es muy importante. Es

recomendado de usar una variedad más ampla de membranas cuando el agua de

alimentación es básica, ácida o instable.

• Indice de Saturacion de Langlier (ISL)

El ISL indica el principio de la formación de una escala sobre l'área de la

membrana. El ISL necesita examen de la temperatura, del total de solidos

inorgánicos, de de la dureza alcalina, y pH del agua de alimentacion. Si él indice

ISL es positivo, le recomendamos que usted instale un suavizador de agua ante

del sistema de ósmosis inversa.

• Cloro Libre (TFC) y Bacterias

Las membranas de acetate de cellulosa necesitan una limpieza constante de TFC

para impedir la propagación de bacterias y que se dañe la membrana. En

contrastó, la poliamida y las membranas finas, como cintas, son dañadas por el

TCF. El carbón activado es usado para remover el TCF cuando la poliamida y las

membranas finas lo necesitan.

• Temperatura

La duración de la membrana se basa sobre la temperatura del agua de

alimentación que debe ser de 25°C. Por cada 1°C bajo 25°C, la cantidad de la

produción del agua es reducida por 3%. Cuando el agua de alimentación se tiende

a quedarse regurlarmente bajo 25ºC, es recomendado que l'agua caliente y fria se

mezclen para que la temparétura suba a 25°C. El agua de alimentación que tiene

una temperatura superior a 35°C dañara la mayoridad de las membranas.

• Indice de Densidad Silt

El IDS es una medida que sirbe a medir las particulas de submicrones que tienen

tendencia a bloquear las membranas. La corriente del agua a una presion

especifica es filtrada a través una membrana en forma de disco y que es

recuperada durante un periodo de tiempo fijo. La rapides de la corriente del agua

y el volume total recojido determina el indice.

• Turbidez

La turbidez es la medida que sirbe para detectar las particulas suspendida de

submicron que oscuren los rayos de luz.