Tratamiento físico del agua: ¡cómo funciona!
nach Dr.-Ing. Hartmut Jünke (doctor en ingeniería en Alemanin)
El tratamiento físico del agua se utiliza en la práctica y se debate desde hace más de dos décadas.
Desde entonces ha demostrado su eficacia y, sin embargo, su efecto es discutido. ¿A qué se debe?
Si se sigue la discusión, se pueden identificar varias razones, pero éstas no se discutirán aquí. Más bien, parece necesario examinar los principios físicos que pueden explicar el modo de acción de estos métodos y así liberarlos de la acusación de charlatanería y reconocer a las ovejas negras que han llevado a esta acusación. Este intento se hace aquí.
Aparte de mi propia experiencia positiva, que demuestra claramente el efecto, al menos del aparato que está activo en mi instalación, hay una serie de informaciones que también lo hacen y que proceden de instituciones de renombre, entre ellas el Instituto Fisiológico de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich. Aquí, la sustitución antes necesaria de los tubos láser debido a la calcificación causada por el agua de refrigeración pudo evitarse tras instalar un tratamiento físico del agua.
Los hoteles y las asociaciones de viviendas, así como un gran número de conversaciones con usuarios particulares, confirman este modo de funcionamiento.
Dado que en la mayoría de los casos los usuarios privados no pudieron nombrar al fabricante del aparato en la conversación (a menudo dijeron: barato, de la tienda de bricolaje), sólo se puede concluir de ello que hay aparatos que no cumplen las condiciones físicas para lograr la eficacia, pero no se puede concluir de ello que este principio sea fundamentalmente inadecuado para lograr el objetivo ofrecido.
Desgraciadamente, esta impresión se crea a menudo incluso en publicaciones acreditadas, a menudo sin pruebas científicas o sin pruebas orientadas al modo de acción y que le hagan justicia.
Antes de explicar el modo de acción del tratamiento físico del agua en un control de plausibilidad, primero hay que aclarar por qué se calcifican las tuberías de agua.
Consideremos, por tanto, la cal como objeto del tratamiento físico del agua:
En términos químicos, la cal es carbonato cálcico CaCO3. Este compuesto es insoluble en agua.
Pregunta: Entonces, ¿cómo puede disolverse en el agua?
Respuesta: Cuando el agua fluye a través de suelos calcáreos, la cal se disuelve del agua que contiene dióxido de carbono y está presente en el agua como hidrogenocarbonato cálcico Ca(HCO3)2. Esta disolución es posible porque el dióxido de carbono CO2 forma ácido carbónico H2CO3 junto con el agua H2O. Como todo el mundo sabe por la práctica doméstica, los agentes ácidos son necesarios para disolver la cal y eliminarla con agua. Parece un poco complicado subrayar aquí la diferencia entre la cal disuelta y la no disuelta, pero éste es precisamente el fallo de la argumentación sobre el modo de acción de los aparatos.
Esto plantea la cuestión de por qué se precipita la cal. La cantidad disuelta de bicarbonato cálcico en el agua potable nunca alcanza el límite de saturación por encima del cual una sustancia disuelta se separa en forma de cristal.
Si nos fijamos en los lugares de la tubería de agua donde se deposita la cal, la respuesta es obvia.
Los principales lugares de deposición son las curvas, los ramales y los puntos finales (grifos), así como las zonas de agua caliente en particular. Pero incluso en este último caso, hay que hacer una distinción.
Los depósitos de agua caliente suelen estar libres de depósitos.
Los elementos calefactores, las baterías de calefacción o los intercambiadores de calor, es decir, las superficies que transfieren calor al agua, siempre se ven afectados.
¿Por qué en estos puntos en concreto? La respuesta es muy sencilla:
Debe haber un gradiente de energía que haga que las jaulas de agua (véase más abajo) que rodean a los iones disueltos se abran, dándoles la oportunidad de reaccionar entre sí. Al mismo tiempo, debe alterarse el llamado equilibrio cal-ácido carbónico, es decir, debe haber una deficiencia localizada de CO2. Los componentes buscan entonces un punto de cristalización (núcleo) donde pueda comenzar la formación de cristales. Tales lugares se encuentran siempre en la pared de la tubería, que forma la base sólida sobre la que pueden crecer los cristales. A continuación, se depositan sobre ella otros componentes, crecen los depósitos calcáreos y se forman las incrustaciones, también conocidas como sarro. Están formadas por carbonato cálcico mezclado con compuestos de magnesio, yeso, silicatos y compuestos de hierro (de ahí el color amarillo-marrón). Estos depósitos favorecen la corrosión (véase más adelante) y perjudican la transferencia de calor de las varillas de calefacción y en los intercambiadores de calor.
¿Cómo es posible que se produzcan diferencias de energía localizadas en el agua?
En el caso del elemento calefactor, es sencillo: se transfiere calor al agua. El agua se acelera en las curvas, la energía para esta aceleración se toma de la energía interna del agua, los cambios de presión y temperatura son el resultado.
Lo mismo ocurre en las bifurcaciones y en los puntos finales del agua. Aquí se producen turbulencias, cuya necesidad de energía también se cubre con la energía interna del agua, con las mismas consecuencias.
Si observamos el interior de las tuberías de agua que llevan años en funcionamiento, nos daremos cuenta de que las incrustaciones siempre empiezan en los codos o ramales de las tuberías y luego crecen en los tramos rectos. Si una tubería se ha vuelto impermeable al agua, por lo general sólo afecta a estas zonas, mientras que la mayor parte de la parte recta del sistema sigue siendo casi totalmente capaz de transportar agua.
¿Qué ocurre químicamente durante la cristalización? La fórmula (1) explica el proceso.
Ca(HCO3)2 ↔ CaCO3 + H2O + CO2 (1)
En primer lugar, cabe señalar que la reacción descrita para la formación de cal también puede tener lugar en sentido contrario, es decir, la cal puede disolverse de nuevo (véase más arriba).
Qué proceso tiene lugar depende del «equilibrio cal-ácido carbónico». Si hay un exceso de CO2, la cal se disuelve, de lo contrario la cal se precipita.
Estos procesos también dependen de los cambios de presión y temperatura, es decir, de parámetros físicos.>
La cal puede cristalizar en dos estructuras diferentes que son químicamente idénticas.
Las estructuras reticulares son diferentes, pero están relacionadas. Se forma entonces el tipo de retículo de aragonito (Fig. 1) o de calcita (Fig. 2).
(Fig. 2). La modificación que se forma depende de las condiciones termodinámicas (presión, temperatura) con la misma composición química.
Como muestran las imágenes, un eje predomina en la longitud de ambas celdas elementales. Esto significa que un cristal crece más rápido en esta dirección que en la otra. La velocidad de crecimiento es anisótropa, es decir, depende de la dirección. Esto significa que los cristales que crecen sin perturbación adoptan una forma de aguja. Si la velocidad de crecimiento fuera la misma en todas las direcciones axiales (isótropa), se formarían cristales esféricos. El carbonato de magnesio MgCO3 y el FeCO3 también cristalizan en el tipo de entramado de la calcita, por lo que también se incorporan fácilmente a los depósitos calcáreos. La anhidrita (yeso deshidratado o yeso propiamente dicho [CaSO4. 2H2O]) corresponde al tipo de red de la aragonita. Los posfatos y sulfatos, así como los silicatos de calcio y magnesio, también cristalizan en tipos reticulares similares. Esto favorece su incorporación a los yacimientos.
Especialmente en la zona del agua caliente -donde a menudo se disuelven por primera vez estos compañeros del agua- los núcleos de cristalización sirven también como punto de partida para su separación en el agua y no en las paredes o los elementos calefactores.
Entonces, ¿qué hacen los aparatos que tienen el efecto prometido?
1. No convierten la cal. ¿Y qué hacen?
Hacen que el hidrogenocarbonato cálcico Ca(HCO3)2 precipite como carbonato cálcico CaCO3, que es eléctrica y químicamente neutro en el agua. Sin embargo, se trata de un sólido, es decir, cristalino, con el efecto secundario especial de que el cristal no cristaliza sobre un sólido existente, por ejemplo, la pared de la tubería como núcleo de cristalización, sino que se forma en el agua que fluye. Un cristal de este tipo se forma según leyes naturales con parámetros típicos de cada sustancia y adopta formas predeterminadas según la ley.
2 Esto significa que estos cristales no tienen propiedades especiales, formas especiales que no puedan «engancharse» e impedir así la calcificación. Aquí es donde funciona el mecanismo descrito
AGUA
Para comprender los procesos posteriores, es necesario decir algo sobre el agua.
¡Es mucho más de lo que indica la fórmula H2O!
Los dos átomos de hidrógeno forman un triángulo equilátero con el átomo de oxígeno en la punta y forman un ángulo de ~110o, como se muestra en la imagen 3.
Aquí se encuentra la causa de muchas de las propiedades especiales del agua, que la distinguen de otras moléculas similares. Dos gases que reaccionan entre sí forman un líquido y no otro gas, como es el caso, por ejemplo, del dióxido de carbono CO2 (¡sólido + gas!), una molécula mucho más pesada. Debido a esta posición angular, las moléculas de agua forman cadenas y agrupaciones que determinan el estado líquido.
Quizás aquí también se encuentre la explicación de que el agua podría tener «memoria», ya que adopta determinadas estructuras en sus cadenas y agrupaciones que se mantienen incluso cuando el agua se mueve. Estas cadenas y agrupaciones se mantienen unidas por fuerzas de Van der Waals o fuerzas de dispersión y puentes de hidrógeno. La unión se basa en la atracción de dipolos eléctricos, que se producen en moléculas con enlaces polarizados o con estructura angular.
En la Universidad de Stuttgart se están llevando a cabo investigaciones sobre este tema y los primeros resultados muestran que el comportamiento del agua se ve influido por campos eléctricos y magnéticos. Estos fenómenos se conocen desde hace mucho tiempo, pero nunca se han estudiado científicamente.
Esta forma molecular da lugar a otra particularidad.
El agua tiene carácter dipolar. Ambos elementos aspiran, a través del enlace, a alcanzar una configuración de gas noble en sus capas electrónicas externas. El hidrógeno tiene dos electrones y el oxígeno ocho. Al oxígeno le faltan dos y a cada hidrógeno le falta uno. En la molécula, los dos electrones de enlace están disponibles para los tres átomos, de modo que se puede cumplir la configuración de gas noble para todos los átomos. En todos los enlaces homopolares de átomos diferentes, el enlace está polarizado, es decir, el par de electrones de enlace se desplaza hacia el socio de enlace que tiene la mayor afinidad electrónica, en este caso el átomo de oxígeno.
Si se coloca la molécula de agua en un campo eléctrico, se alinea de manera que el oxígeno apunta hacia el lado eléctricamente positivo y los átomos de hidrógeno apuntan hacia el lado eléctricamente negativo. Por lo tanto, la molécula de agua tiene una carga algo más negativa en el lado del oxígeno y algo más positiva en el lado del hidrógeno. Este hecho, junto con la forma de la molécula, juega un papel importante en la solubilidad del agua, así como en el tratamiento físico del agua.
Solo mencionaremos brevemente otras anomalías: cuando el agua pasa al estado sólido (hielo), su densidad disminuye. Si se somete el hielo a presión, vuelve a licuarse.
Normalmente, los líquidos pasan al estado sólido cristalino cuando se someten a presión.
Estas pocas indicaciones bastan para señalar que probablemente el agua esconde más de lo que nuestro conocimiento escolar actual ha descubierto hasta ahora.
Física y química
¿Qué ocurre desde el punto de vista físico-químico cuando se utiliza un dispositivo para el tratamiento físico del agua?
Dado que existen diferentes principios de aplicación, desde imanes que se insertan en la tubería de agua hasta la inyección de cristales de inoculación en el agua para que se adhieran las partículas de cal, aquí solo se analizará un principio que se ofrece con frecuencia y que suele dar lugar a discusiones controvertidas.
Los procesos se explican utilizando un dispositivo cuyo aspecto exterior es muy común y cuyo principio de funcionamiento se pone en duda.
En esta imagen se muestra una representación básica de un dispositivo cuyo funcionamiento y modo de acción constituyen la base de este trabajo.
Se trata de una unidad de control de la que salen uno o dos cables que se enrollan alrededor de la tubería de agua y se acoplan al agua mediante vibraciones, que «transforman» la cal disuelta y la hacen inocua.
Esta formulación se ha elegido deliberadamente porque se corresponde esencialmente con las descripciones funcionales de los dispositivos ofrecidos y, por lo tanto, ya suscita dudas sobre su seriedad.
¿Qué tipo de vibraciones se transmiten?
En algunas descripciones se afirma incluso que se transforma el calcio, los proveedores parecen proceder de la época de los alquimistas. El material de las tuberías no debería influir y el dispositivo también elimina las incrustaciones ya existentes.
¿Cómo puede lograrlo una vibración?
En verdad, cualquiera que tenga un conocimiento medio de física y química encontrará en esta base media suficientes argumentos aparentemente científicos para dudar de su funcionamiento.
¿Qué hace un dispositivo que realmente evita la calcificación de las tuberías?
En primer lugar, hay que preguntarse qué debería hacer para cumplir este requisito.
La respuesta es sencilla: debe crear las condiciones para que el hidrogenocarbonato de calcio Ca(HCO3)2 se deposite en el agua en forma de cristal y no en las paredes de las tuberías en forma de cristal de carbonato cálcico CaCO3.
A continuación se examinan las posibilidades físicas y eléctricas que debe ofrecer un sistema eficaz para el tratamiento físico del agua.
En pocas palabras, esto significa que debe crear las condiciones para que la cal disuelta no se cristalice en las paredes o puntos de contacto de las tuberías, aparatos y grifería que entran en contacto con el agua. Esto solo es posible si la cal disuelta pasa al estado cristalino antes de entrar en contacto con estas zonas, es decir, si forma cristales en el agua.
Para ello, es necesario que se cumplan dos condiciones en el agua:
1. Deben existir o crearse núcleos de cristalización.
2. Debe modificarse el equilibrio entre la cal y el ácido carbónico de tal manera que la cal disuelta pase al estado sólido.
La práctica ha demostrado que la acoplamiento de campos magnéticos o eléctricos en el agua puede lograr tales efectos, aunque con distintos grados de éxito.
Aquí solo se considerará el efecto de los campos eléctricos, pero a partir de ello se pueden deducir las condiciones en las que los campos magnéticos también pueden tener un efecto.
Si se observa la imagen, se pueden ver las dos bobinas mediante las cuales se acoplan los impulsos.
Muchos fabricantes denominan a estas bobinas «bobinas» porque así es como se ven. Sin embargo, en términos eléctricos, no lo son en absoluto. Por lo tanto, no es posible una conexión «inductiva» y, si fuera una inductancia, el dispositivo fallaría en los tubos de hierro, lo que no ocurre. Esta bobina representa una parte de una capacidad, es una superficie de condensador, la segunda está formada por el agua. Este bobinado es un compromiso tecnológico, ya que una lámina metálica colocada alrededor de la tubería proporcionaría una capacidad ligeramente superior con la misma longitud, pero tendría que fabricarse especialmente y adaptarse por separado a cada diámetro de tubería. Por el contrario, el cable normal para altavoces se vende por metros y se adapta fácilmente al diámetro de la tubería durante el montaje.
¿Cómo puede alcanzar una vibración?
En verdad, cualquiera que crea tener un conocimiento medio de física y química encontrará en esta base media suficientes argumentos aparentemente científicos para dudar de su funcionamiento.
¿Cómo se puede generar un campo eléctrico en el agua con una disposición de este tipo, y a través de cualquier material de tubería?
Aquí es donde surgen las mayores dudas. En esta disposición se produce un efecto físico muy extendido en la vida cotidiana eléctrica, pero poco conocido: la influencia. En esta imagen se muestra el proceso básico mediante una representación de condensador. Al aplicar una
tensión a las dos placas del condensador, se produce un desplazamiento de carga en el dieléctrico (aislante) que es opuesto a la carga de las placas. Al descargar las placas, también desaparece la polarización del aislante, ya que en él no pueden desplazarse los electrones, sino que solo los electrones enlazados sufren un desplazamiento. Por el contrario, si se colocan, por ejemplo, dos láminas superpuestas (conductores eléctricos) en el campo eléctrico entre las placas del condensador, se produce una separación de cargas de tal manera que una superficie de la lámina adquiere una carga negativa (opuesta a la placa positiva del condensador) y la otra una carga positiva del mismo tamaño.
Este fenómeno se denomina influencia.
Si se separan las dos láminas en el campo eléctrico, una lámina presenta una carga negativa (exceso de electrones) y la otra una carga positiva (déficit de electrones). Un condensador es impermeable a la tensión continua, pero no a la tensión alterna. Este hecho se aprovecha para acoplar campos eléctricos alternos en la tubería. En la imagen se representa esquemáticamente este proceso en un instante determinado. Se puede observar que el material de la tubería no influye en el
efecto condensador del dispositivo. Si el alambre del devanado se carga aplicando un polo de una fuente de tensión, en la tubería de agua se une por influencia una carga eléctrica de igual magnitud pero de signo opuesto (por el flujo procedente de la tierra).
Si se trata de una recarga o descarga periódica en el tiempo carga y descarga periódica en el tiempo, se produce, como en un condensador por el que (aparentemente) circula corriente alterna, una corriente de desplazamiento (que se puede calcular mediante las ecuaciones de Maxwell) entre el devanado de alambre aislado y la pared de la tubería, como continuación de una corriente de línea alterna (+-+-+-…) o pulsante (0+0+0+… o 0-0-0-…), que se forma entre el tubo (incluido el agua) y la tierra. Esto va acompañado, por un lado, de un campo eléctrico alterno o pulsante orientado en la dirección longitudinal del tubo y, por otro, de un campo magnético giratorio que rodea el tubo de forma centrada. Las mediciones mostraron que entre el devanado y el agua se acumula una tensión efectiva de ≈ 1 voltio y fluye una corriente de desplazamiento de ≤ 5 µA.
En verdad, quien crea tener un conocimiento medio de física y química encontrará en esta base media suficientes argumentos aparentemente científicos para dudar de su funcionamiento.
En este punto, es necesario profundizar un poco más en el tema de la cal disuelta en el agua.
En la imagen 7 se muestran las relaciones. La cal disuelta (hidrogenocarbonato de calcio) se disocia en un ion calcio con doble carga positiva y dos iones hidrogenocarbonato con carga negativa.
Estos iones están rodeados por una jaula de agua. Las moléculas de agua se almacenan alrededor del calcio de tal manera que el oxígeno apunta hacia el calcio y el hidrógeno hacia el exterior. Las fuerzas electrostáticas mantienen unido este grupo. De la misma manera, los restos de carbonato están rodeados, pero de tal manera que ahora los átomos de oxígeno de las moléculas de agua apuntan hacia el exterior. Estos grupos tienen una carga positiva o negativa en total.
En la imagen 8 se muestra una representación esquemática. Hay que tener en cuenta que estos clústeres deben imaginarse como pequeñas esferas.
Tienen un diámetro de entre 1 y 2 nanómetros (nm), suponiendo que en ellos intervengan entre 100 y 200 moléculas de agua. Si se calcula la masa de estos clústeres, se obtiene, tanto para el
agrupación de Ca como para el resto de bicarbonato, se obtiene una masa de entre 30×10-22 g y 60×10-22 g. Estos valores son interesantes para el comportamiento en el tratamiento del agua.
Volvamos al campo eléctrico alterno acoplado.
El campo que cambia periódicamente en el interior del tubo influye en los iones o moléculas dipolares envueltos en jaulas de agua que se encuentran en el agua del grifo, de tal manera que estos realizan movimientos de ida y vuelta a corta distancia en la dirección del tubo al ritmo del campo alterno.
La oscilación eléctrica ha provocado una oscilación de la materia que se propaga axialmente. Desde el punto de vista físico, se trata de una onda mecánica (acústica) longitudinal o de presión. Aquí se alternan zonas de sobrepresión y subpresión.
En el ámbito atómico y molecular, esto provoca una evaporación local del CO2. Con una frecuencia de vibración adecuada, las jaulas de agua se descomponen, lo que también provoca una reducción local de la concentración de CO2. De este modo, se altera localmente el equilibrio entre la cal y el ácido carbónico y, al mismo tiempo, los iones de cal disueltos, liberados de la jaula de agua, pueden encontrarse y reaccionar entre sí: se ha formado una molécula de cal que sirve como germen de cristalización*). A esta se adhieren otras moléculas y forman un cristal de cal en el agua. Este cristal de cal es eléctricamente neutro y ya no es reactivo en el agua del grifo. Por lo tanto, ya no se deposita en los sedimentos existentes en las paredes de las tuberías.
Para desencadenar estos procesos, el campo eléctrico alterno debe contener frecuencias que provoquen, en la medida de lo posible, oscilaciones resonantes de las jaulas de agua.
Dado que prácticamente todas las aguas de conducción que cumplen con la normativa sobre agua potable son diferentes en cuanto a la cantidad de minerales disueltos, el valor del pH y la conductividad, esto también influye en la formación del campo eléctrico alterno. A esto se suma la velocidad variable del flujo. Los dispositivos que solo funcionan con una frecuencia
pueden activar ocasionalmente con éxito el ciclo descrito, pero en la mayoría de los casos no lo consiguen.
Se conocen algunos datos técnicos del dispositivo que aquí se analiza, así como su efecto, confirmado por la experiencia. Por lo tanto, tiene sentido evaluar teórica y prácticamente (en la medida de lo posible) su posible eficacia con estos datos.
El dispositivo está equipado con dos bobinas. Cada bobina recibe impulsos con una frecuencia de reloj de 10 Hz, una duración de impulso de 50 ms y una pausa de 50 ms. Durante las pausas de cada bobina se produce el impulso de la otra bobina. Cada impulso contiene una respuesta de frecuencia de aproximadamente 3 a 30 kHz, distribuida en 50 ms. Dado que no se disponía de la tecnología de medición adecuada, no se pudo medir la respuesta de frecuencia. Si se calculan 10 oscilaciones por kHz, se obtiene aproximadamente la duración del impulso. Cabe señalar expresamente una vez más que aquí solo se intenta explicar de forma modelizada la posibilidad de acción. La complejidad de las oscilaciones excitadas, incluida la superposición de diferentes formas de onda (armónicos), no puede tenerse en cuenta aquí.
El dispositivo debe tratar de forma segura 5000 litros de agua por hora. En una tubería de media pulgada, esto significa un caudal de una columna de agua de 11,3 mm/ms; en una tubería de una pulgada, sería de 2,8 mm/ms, y en una tubería de dos pulgadas, de 0,7 mm/ms. Si se parte de una longitud efectiva del campo eléctrico alterno de ≈ 500 mm (el fabricante indica ≈ 1000 mm), esta distancia se recorre durante un impulso. Cada jaula de agua iónica tiene tiempo suficiente para descomponerse.
¿Qué hay de la velocidad de reacción de los componentes químicos?
En el Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopia de Corto Plazo de Berlín se ha investigado la velocidad de formación de moléculas de agua con un dispositivo láser especial. El resultado fue un tiempo de entre 10 y 20 femtosegundos (1 fs = 10-15 segundos).
Este tiempo es tan inconcebiblemente pequeño como el universo es inconcebiblemente grande. Para hacerse una idea aproximada de lo minúsculo que es este tiempo, basta con pensar en la distancia que recorre la luz en 1 fs: ≈ 0,3 µm. En el tiempo que la luz recorre 6 mm, se puede producir una formación molecular 1000 veces. Por lo tanto, es muy probable que la formación molecular y la formación de núcleos de cristalización tengan lugar en la zona de tratamiento.
Para desencadenar estos procesos, el campo eléctrico alterno debe contener frecuencias que provoquen, en la medida de lo posible, oscilaciones resonantes de las jaulas de agua.
Dado que prácticamente todas las aguas de conducción que cumplen con la normativa sobre agua potable son diferentes en cuanto a la cantidad de minerales disueltos, el valor del pH y la conductividad, esto también influye en la formación del campo eléctrico alterno. A esto se suma la velocidad variable del flujo. Los dispositivos que solo funcionan con una frecuencia
pueden activar ocasionalmente con éxito el ciclo descrito, pero en la mayoría de los casos no lo consiguen.
Se conocen algunos datos técnicos del dispositivo que aquí se analiza, así como su efecto, confirmado por la experiencia. Por lo tanto, tiene sentido utilizar estos datos para eliminar teóricamente las capas protectoras y las incrustaciones.
La formación de incrustaciones se explicará aquí brevemente tomando como ejemplo los procesos que tienen lugar en los codos de las tuberías.
En las curvas de las tuberías, el agua que fluye experimenta una aceleración. El agua que fluye por el radio exterior se mueve más rápido que la que fluye por el radio interior. Según la ecuación simplificada de Bernoulli (2), la suma de la presión estática y la presión dinámica es constante: pdyn + pstat = const. (2)
En el agua que fluye más rápido, la presión dinámica aumenta y la estática disminuye. De este modo, el CO2 se expande desde el radio interior hacia el radio exterior, alterando el equilibrio entre la cal y el ácido carbónico. La cal se deposita, busca un punto de cristalización y lo encuentra en la pared del radio interior.
Allí se forma gradualmente una capa de cal epitaxial, en la que también se incorporan otros minerales disueltos. En esta superficie irregular se producen turbulencias, al igual que en las ramificaciones de las tuberías, lo que a su vez está relacionado con fluctuaciones de presión, de modo que también allí se forman depósitos de cal.
Dado que en los grifos y cabezales de ducha se evapora el agua, y con ella el CO2, también aquí se forma un depósito calcáreo sólido.
En las superficies calientes, el CO2 también se elimina del entorno cercano, por lo que estas superficies son puntos de cristalización preferentes para la cal.
La cal en el agua potable es importante por dos razones y, por lo tanto, la normativa sobre agua potable establece una cantidad mínima equivalente a una dureza del agua de 8,4 od.
En primer lugar, el agua potable proporciona una gran parte del calcio que necesita el organismo y, en segundo lugar, el resto de bicarbonato de la cal disuelta reacciona con el metal de las tuberías y forma una capa protectora de carbonato metálico.
Esto es especialmente importante en el caso de las tuberías de cobre (véase más abajo). La imagen 9 muestra un fragmento de dicha capa protectora. Se puede observar cómo los cristales crecen desde la superficie metálica
. Estos grupos de cristales cubren la superficie metálica y evitan la corrosión.
Esto se aprecia aún mejor en la imagen 10. Se trata de una imagen tomada con un microscopio electrónico de una capa protectora de fosfato generada artificialmente para proteger contra la corrosión. Los fosfatos cristalizan en un sistema cristalino similar al de los carbonatos. Esta propiedad deseada de la cal se convierte con el tiempo en una desventaja, ya que sobre esta capa protectora se acumulan más depósitos de cal, ya que estas capas protectoras proporcionan puntos de cristalización ideales, y poco a poco se obstruye la tubería, comenzando por las curvas y las ramificaciones. Como se ha mencionado anteriormente, la incrustación crece desde allí hacia las zonas lineales de la tubería.
El proceso continúa mientras haya cal disuelta en el agua. Sin embargo, la mayor parte de la cal transportada por el agua se elimina de la tubería sin depositarse. Con un consumo de agua de 100 m3 al año y una dureza del agua de 28 °dH, se transportan aproximadamente 45 kg de cal a través de las tuberías.
Si se ha provocado la cristalización de la cal en el agua de la forma descrita anteriormente, esta se elimina con el flujo de agua del grifo en forma de cristales submicroscópicos, por lo que ya no es posible que se produzca una recristalización en las paredes de las tuberías. Los cristales de cal se depositan de forma aleatoria, como se muestra en la imagen 11. Este estado se mantiene incluso en agua caliente.
Las aplicaciones han demostrado que otros minerales disueltos se adhieren a los gérmenes presentes en los cristales de cal y, por ejemplo, en los calentadores eléctricos, se depositan en el fondo en forma de polvo sin acumularse en las resistencias. Así, tras un año de funcionamiento, se pudieron eliminar más de 2 kg de depósitos de polvo de cal de un calentador eléctrico de 150 litros, y las resistencias quedaron completamente libres de cal. Según informan los usuarios, los intercambiadores de calor para el suministro de agua caliente en la calefacción urbana también se mantienen libres de cal en el lado secundario.
Conclusión: en los cuatro años transcurridos desde la instalación de un dispositivo del tipo aquí considerado, no ha sido necesaria ninguna limpieza.
La cal se ha neutralizado en cuanto a su nocividad, pero no se ha eliminado y sigue estando disponible fisiológicamente. Esto también implica que las gotas de agua que se secan en las superficies dejan polvo de cal. Este polvo debe eliminarse con un paño húmedo. Sin embargo, si se deja durante mucho tiempo bajo la influencia de la humedad, puede disolverse localmente bajo el efecto del CO2 del aire y cristalizarse de nuevo al secarse sobre la superficie: esta calcificación solo puede eliminarse con un limpiador de cal.
Ahora bien, estos dispositivos también deben eliminar los depósitos existentes y evitar la oxidación, o más concretamente, la corrosión. ¿Es esto posible y, en caso afirmativo, cómo?
Eliminación de depósitos y protección contra la corrosión
En primer lugar, veamos la eliminación de los depósitos de cal. Si observamos la ecuación (1) más detenidamente, vemos que la reacción química no solo puede discurrir de izquierda a derecha (separación de la cal), sino también hacia la izquierda (disolución de la cal).
Aquí vuelve a ser decisivo el equilibrio entre la cal y el ácido carbónico. Si hay un exceso de ácido carbónico, ¡la cal se disuelve!
Ahora bien, con cada molécula de cal depositada y cristalizada en el agua se forma una molécula de ácido carbónico. Este ácido carbónico ataca poco a poco la cal depositada en las paredes, la disuelve y la elimina. Dependiendo del grado de calcificación de la tubería (dureza del agua, tiempo de funcionamiento), este proceso dura entre seis meses y dos años. Durante este tiempo, vuelve a producirse una ligera calcificación de las superficies fuera del agua. Una vez completado el proceso, ya no se produce más calcificación. Esta eliminación de cal se produce hasta la capa protectora de carbonato, que se mantiene intacta.
Por supuesto, los cristales de cal que flotan en el agua también están expuestos a esta influencia. Sin embargo, los cristales formados en el agua pudieron formarse en un estado prácticamente ingrávido, lo que da lugar a una estructura cristalina que presenta muy pocos defectos reticulares, como vacíos, átomos interreticulares, átomos y moléculas de sustitución, dislocaciones y defectos de apilamiento. Por lo tanto, ofrece muchos menos puntos de ataque que la incrustación que presenta estos defectos, lo que le confiere una mayor superficie y, por lo tanto, una mayor energía interna. Por ello, se ataca preferentemente, a menudo con una disolución selectiva, lo que provoca la rotura de partículas de cal más gruesas que pueden acumularse en los filtros de los aireadores.
Ahora bien, la ecuación (1) representa un estado estacionario que se encuentra en equilibrio. Sin embargo, en la naturaleza no existen estados de equilibrio fijos, sino solo equilibrios fluidos. En el punto de fusión del agua, por ejemplo, el hielo y el agua coexisten, es decir, están en equilibrio. Esto significa que, estadísticamente, en una unidad de tiempo pasan del estado líquido al estado sólido tantas moléculas de agua como se derriten del hielo. El equilibrio se mantiene de forma fluida. La precipitación de cal descrita en la ecuación
(1), al igual que la disolución de cal, también está sujeta a este proceso estadístico, si no se interviene desde el exterior. Los procesos en la sección de tratamiento no captarán todas las moléculas presentes, la cal disuelta, aunque en cantidades muy reducidas, permanecerá en la tubería y podrá precipitarse, pero también volverá a disolverse.
Sin embargo, dado que el tratamiento físico del agua interviene en el proceso global para favorecer la precipitación de la cal en el agua y la disolución de los depósitos, no se produce una nueva incrustación.
En el desarrollo estadístico de estos procesos, es posible que las zonas superficiales que aún no están cubiertas de cristales de carbonato metálico (véanse las imágenes 9 y 10) los formen ahora, compactando así la capa protectora y actuando como inhibidores de la corrosión
Ahora bien, estos dispositivos también deben eliminar los depósitos existentes y evitar la oxidación, o más concretamente, la corrosión. ¿Es esto posible y, en caso afirmativo, cómo?
Eliminación de depósitos y protección contra la corrosión
En primer lugar, veamos la eliminación de los depósitos de cal. Si observamos la ecuación (1) más detenidamente, vemos que la reacción química no solo puede discurrir de izquierda a derecha (separación de la cal), sino también hacia la izquierda (disolución de la cal).
Aquí vuelve a ser decisivo el equilibrio entre la cal y el ácido carbónico. Si hay un exceso de ácido carbónico, ¡la cal se disuelve!
Ahora bien, con cada molécula de cal depositada y cristalizada en el agua se forma una molécula de ácido carbónico. Este ácido carbónico ataca poco a poco la cal depositada en las paredes, la disuelve y la elimina. Dependiendo del grado de calcificación de la tubería (dureza del agua, tiempo de funcionamiento), este proceso dura entre seis meses y dos años. Durante este tiempo, vuelve a producirse una ligera calcificación de las superficies fuera del agua. Una vez completado el proceso, ya no se produce más calcificación. Esta eliminación de cal se produce hasta la capa protectora de carbonato, que se mantiene intacta.
Por supuesto, los cristales de cal que flotan en el agua también están expuestos a esta influencia. Sin embargo, los cristales formados en el agua pudieron formarse en un estado prácticamente ingrávido, lo que da lugar a una estructura cristalina que presenta muy pocos defectos reticulares, como vacíos, átomos interreticulares, átomos y moléculas de sustitución, dislocaciones y defectos de apilamiento. Por lo tanto, ofrece muchos menos puntos de ataque que la incrustación que presenta estos defectos, lo que le confiere una mayor superficie y, por lo tanto, una mayor energía interna. Por ello, se ataca preferentemente, a menudo con una disolución selectiva, lo que provoca la rotura de partículas de cal más gruesas que pueden acumularse en los filtros de los aireadores.
Ahora bien, la ecuación (1) representa un estado estacionario que se encuentra en equilibrio. Sin embargo, en la naturaleza no existen estados de equilibrio fijos, sino solo equilibrios fluidos. En el punto de fusión del agua, por ejemplo, el hielo y el agua coexisten, es decir, están en equilibrio. Esto significa que, estadísticamente, en una unidad de tiempo pasan del estado líquido al estado sólido tantas moléculas de agua como se derriten del hielo. El equilibrio se mantiene de forma fluida. La precipitación de cal descrita en la ecuación
(1), al igual que la disolución de cal, también está sujeta a este proceso estadístico, si no se interviene desde el exterior. Los procesos en la sección de tratamiento no captarán todas las moléculas presentes, la cal disuelta, aunque en cantidades muy reducidas, permanecerá en la tubería y podrá precipitarse, pero también volverá a disolverse.
Sin embargo, dado que el tratamiento físico del agua interviene en el proceso global para favorecer la precipitación de la cal en el agua y la disolución de los depósitos, no se produce una nueva incrustación.
En el desarrollo estadístico de estos procesos, es posible que las zonas superficiales que aún no están cubiertas de cristales de carbonato metálico (véanse las imágenes 9 y 10) los formen ahora, compactando así la capa protectora y actuando como inhibidores de la cor
En nuestras tuberías se produce básicamente el mismo proceso, solo que otras causas determinan el diferente acceso de oxígeno a la superficie metálica. En la imagen 12a se representa esquemáticamente esta constelación. Mientras el agua no se trate físicamente, la cal se deposita preferentemente como se ha descrito anteriormente. Esto hace que entre las zonas con fuertes depósitos de cal y las zonas sin cal, o solo con capas protectoras, el contenido de oxígeno del agua, siempre más o menos fuerte, actúe sobre la superficie en diferentes concentraciones. De este modo, se pone en marcha el mismo proceso que en el elemento de ventilación.
Como es bien sabido, la corrosión se produce preferentemente en curvas, ramificaciones y uniones atornilladas, que siempre presentan fuertes depósitos. Si se eliminan estos depósitos hasta la capa protectora, el acceso de oxígeno es el mismo en todas partes y ya no se puede acumular potencial eléctrico.Este proceso es especialmente importante para las tuberías de cobre, ya que el cobre es especialmente susceptible a la corrosión cuando el contenido de oxígeno es alto y los valores de pH son inferiores a 6,5, y tiende especialmente a la corrosión por picaduras. En este caso, es especialmente importante contar con una capa protectora densa. Esto se debe también a que las impurezas del cobre (proveedores baratos) favorecen la formación de elementos locales.
Esto hace que entre más cobre en el agua, lo que es perjudicial para la salud. En tales casos, según la recomendación del Ministerio Federal de Salud, los bebés no deben beber agua del grifo.
Los proveedores de agua describen el cobre como el «plomo del siglo XX».
Conclusión final
Si se analizan los datos aquí presentados, no solo las declaraciones de los usuarios demuestran la eficacia del tratamiento físico del agua, sino que también se justifica desde el punto de vista teórico y práctico físico-químico.
Sin embargo, es imprescindible que los dispositivos ofrecidos cumplan aproximadamente con los parámetros descritos.
El esfuerzo electrónico y tecnológico necesario para ello es, por lo general, elevado, por lo que los dispositivos baratos difícilmente pueden cumplir los requisitos.
El modo de funcionamiento de los dispositivos pone de manifiesto que los métodos de ensayo habituales, en particular los de corta duración, que se utilizan para comprobar la eficacia de los procesos de «descalcificación», fallan en este caso y proporcionan resultados erróneos. Es necesario desarrollar nuevos métodos de ensayo, con los que se pueda confirmar cuantitativamente las relaciones teóricas aquí presentadas.
https://aguaris.com/es/home/Agradezco al Prof. Dr. H. Ungenannt, Magdeburgo, por su ayuda en la interpretación de los procesos eléctricos; al ingeniero K. Matthies, Berlín, por su ayuda en materia de metrología, al Prof. Dr. W. Morgner, Eichenbarleben, por sus críticas constructivas sobre el presente trabajo, y a la oficina de ingeniería para el tratamiento físico del agua Helmut Siegmund, Königs Wusterhausen, por proporcionarnos el equipo.
Dr. – Ing. Hartmurt Jühnke
Para obtener información sobre el dispositivo descalcificador VULCAN, haga clic aquí: AGUARIS sostenible SL : https://aguaris.com/es
0 comentarios