Información técnica

La cal en el agua es el nombre que comúnmente se da a una serie de compuestos salinos que se muestran en la tabla 01. Estos compuestos en el agua se encuentran en disolución, con la distribución iónica que se muestra en la tabla 02. Cuando la cal disuelta en el agua recibe una determinada cantidad de energía, es capaz de precipitar formando cristales con una capacidad adherente e incrustante elevada.

 

Tabla 01: La cal del agua
FORMULACIÓN NOMENCLATURA

CaCO3

Carbonato cálcico

Ca(HCO3)2

Bicarbonato cálcico

MgCO3

Carbonato magnésico

Mg(HCO3)2

Bicarbonato magnésico

 

 

Tabla 02: Estado iónico de la cal disuelta en el agua

ANIONES

CATIONES

CO3-2

Ca+2

HCO3-

Ca+2

CO3-2

Mg+2

2 HCO3-

Mg+2

 

La existencia de cal en el agua se debe principalmente a la disolución de las rocas calizas que se encuentran en el camino del ciclo del agua, muy presentes en el Sureste español.

 

1. Influencia de la cal sobre la calidad del agua

Las concentraciones de los iones Ca+2, Mg+2, CO3-2, HCO3-, varían mucho en función de la procedencia del agua, pero tienen una influencia decisiva en la calidad del agua, viéndose afectados los siguientes parámetros:

 

1.1 Carbonato Sódico Residual

También llamado Índice de Eaton, y expresado por las siglas CSR, indica la acción corrosiva del agua, considerando la proporción de aniones carbonato y bicarbonato frente a los cationes calcio y magnesio.

Este índice se calcula mediante la siguiente expresión:

[CO3-2]: concentración de carbonatos (meq/L)

[HCO3-]: concentración de bicarbonatos (meq/L)
[Ca+2]: concentración de calcio (meq/L)
[Mg+2]: concentración de magnesio (meq/L)

En función del valor resultante para este índice, se puede establecer una clasificación de la calidad del agua, según la tabla 03.
 

Tabla 03: Clasificación del agua en función del Carbonato Sódico Residual

VALOR

CLASIFICACIÓN

CSR < 1,25

Agua recomendable

1,25 < CSR < 2,50

Agua poco recomendable

CSR > 6,25

Agua no recomendable

FUENTE: “Diagnóstico Agrícola”, Antonio L. Alarcón Vera, ETSIA – UPCT año 2005.

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1.2 Dureza

El valor que toma la dureza del agua hace referencia a la concentración de iones divalentes (calcio Ca+2 y magnesio Mg+2) de un agua. La unidad de medida de esta magnitud es generalmente grado hidrotimétrico francés. La siguiente expresión permite el cálculo de esta magnitud.

[Ca+2]: concentración de calcio (mg/L)
[Mg+2]: concentración de magnesio (mg/L)

Como se observa, la dureza depende solamente de la concentración de los iones calcio y magnesio, y no de la concentración de bicarbonatos. En la tabla 04 se muestra la clasificación de las aguas según su grado de dureza.
 

Tabla 04: Clasificación del agua en función del grado de dureza

VALOR

CLASIFICACIÓN

< 7

Agua muy dulce

7 – 14

Agua dulce

14 – 22

Agua medianamente dulce

22 – 32

Agua medianamente dura

32 – 54

Agua dura

> 54

Agua muy dura

FUENTE: “Diagnóstico Agrícola”, Antonio L. Alarcón Vera, ETSIA – UPCT año 2005.

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1.3 pH

El pH es una medida de la concentración de protones (H+) presentes en el agua, y ofrece una estimación de la acidez o basicidad del agua. La concentración de cal presente en el agua hace aumentar la basicidad de la misma, y por tanto su pH. En la tabla 05 se muestra la evaluación del riesgo de incrustación del agua en función de su pH.

 

TABLA 05: Riesgo potencial de obstrucción según el pH del agua (adaptado de Nakayama, 1982)

VALOR

EVALUACIÓN DEL RIESGO

< 7

Riesgo bajo

7 – 8

Riesgo medio

> 8

Riesgo alto

FUENTE: “Diagnóstico Agrícola”, Antonio L. Alarcón Vera, ETSIA – UPCT año 2005.

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1.4 Sólidos disueltos

Elevados niveles de algunas sales (bicarbonatos, calcio, sulfatos, etc.) constituyen un riesgo potencial de formación de precipitados. En la tabla 06 se establece una evaluación del riesgo de incrustaciones según la concentración de sólidos disueltos.

 

Tabla 06: Riesgo potencial de obstrucción según la concentración de sólidos disueltos en el agua (adaptado de Nakayama, 1982)
VALOR EVALUACIÓN DE RIESGO

< 500 ppm

Riesgo bajo

500 ppm – 3.000 ppm

Riesgo medio

> 3.000 ppm

Riesgo alto

FUENTE: “Diagnóstico Agrícola”, Antonio L. Alarcón Vera, ETSIA – UPCT año 2005.

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1.5 Índice de Langeiler

Este parámetro valora el riesgo de obstrucciones por carbonato cálcico, de forma que valores positivos del mismo indican tendencia a formarse incrustaciones. Se calcula a través de la siguiente expresión.

pHa: pH del agua
pHc: parámetro que se calcula con la siguiente expresión.

(pK2’-pKc’): Se calcula a partir de la suma, en meq/L, de las concentraciones de calcio, magnesio y sodio.
P(Ca+Mg): Se calcula a partir de la suma, en meq/L, de las concentraciones de calcio y magnesio.
pAlk: Se calcula a partir de la suma, en meq/L, de las concentraciones de carbonatos y bicarbonatos.

El cálculo de estos tres elementos se realiza a través de la tabla 07

 

Tabla 07: Valores de (pK2’-pKc’), p(Ca+Mg) y pAlk, para el cálculo de pHc

∑ iones (meq/L)

(pK2’-pKc’)

p(Ca+Mg)

pAlk

0,05

2,0

4,6

4,3

0,10

2,0

4,3

4,0

0,15

2,0

4,1

3,8

0,20

2,0

4,0

3,7

0,25

2,0

3,9

3,6

0,30

2,0

3,8

3,5

0,40

2,0

3,7

3,4

0,50

2,1

3,6

3,3

0,75

2,1

3,4

3,1

1,00

2,1

3,3

3,0

1,25

2,1

3,2

2,9

1,50

2,1

3,1

2,8

2,00

2,2

3,0

2,7

2,50

2,2

2,9

2,6

3,00

2,2

2,8

2,5

4,00

2,2

2,7

2,4

5,00

2,2

2,6

2,3

6,00

2,2

2,5

2,2

8,00

2,3

2,4

2,1

10,00

2,3

2,3

2,0

12,50

2,3

2,2

1,9

15,00

2,3

2,1

1,8

20,00

2,4

2,0

1,7

30,00

2,4

1,8

1,5

50,00

2,5

1,6

1,3

80,00

2,5

1,4

1,1

FUENTE: “Diagnóstico Agrícola”, Antonio L. Alarcón Vera, ETSIA – UPCT año 2005.

 

En la tabla 08 se muestra la evaluación del riesgo de incrustación para cada valor del Índice de Langelier.

 

Tabla 08: Riesgo potencial de obstrucción según el Índice de Langelier del agua (adaptado de Nakayama, 1982)

VALOR

EVALUACIÓN DEL RIESGO

< 0,0

Riesgo bajo

0,0 – 0,5

Riesgo medio

> 0,5

Riesgo alto

FUENTE: “Diagnóstico Agrícola”, Antonio L. Alarcón Vera, ETSIA – UPCT año 2005.

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Para conocer la calidad del agua en cuanto a la cal se refiere, debemos realizar la analítica oportuna, en función de los fines que se persigan. Hay tres formas de conseguir conocer el grado de cal que lleva el agua:

  1. Análisis en laboratorio:
    Si se encarga analizar el agua a manos de un laboratorio, éste nos dará una estimación precisa de la composición del agua disponible, apareciendo las concentraciones de los iones CO3-2, HCO3--, Ca+2, Mg+2. El inconveniente está en que no es una muestra instantánea.
     
  2. Medición del pH: 
    La medición de este parámetro no ofrece directamente la concentración de cal presente en el agua, pero para valores de pH elevados por encima de 7 sí que nos advierte de su presencia.
     
  3. Determinación del grado de dureza: 
    Existen en el mercado kits de análisis de dureza, mediante los cuales se puede conocer al instante la dureza del agua, obteniendo una estimación de las concentraciones conjuntas de los iones Ca+2 y Mg+2, pero sin conocer la concentración exacta de cada uno.

TIPO
PROBLEMA

Uso residencial

Uso comercial

Uso industrial

Uso agricultura

Uso ganadería

Obstrucción tuberías

         

Incrustaciones en grifos y duchas

         

Mayores esfuerzos en limpieza

         

Irritación de la piel

         

Deterioro de electrodomésticos, máquinas o equipos industriales

         

Deterioro de calefacción

         

Deterioro de placas solares

         

Reducción eficiencia energética

         

Problemas en piscinas y fuentes

         

Incrustaciones en elementos singulares de la instalación

         

Obstrucción de emisores

         

Reducción de la eficiencia de la fertirrigación

         

Reducción del desarrollo vegetal

         

Obstrucción de los sistemas de refrigeración

         

Fog System

         

Cooling System

         

Obstrucción de bebederos

         

 

1 Obstrucción de las tuberías

Las incrustaciones de cal producidas en las tuberías de conducción del agua, tanto para el agua fría como para el agua caliente, suponen un grave problema, puesto que:

  • Se reduce progresivamente el diámetro efectivo de la tubería, llegando incluso a obstruirse totalmente

  • Se reducen el caudal y la presión disponibles en cada punto de la instalación con respecto a los valores de diseño, lo que puede ocasionar problemas por falta de abastecimiento o por dificultad de funcionamiento de algunos electrodomésticos o máquinas (uso comercial), equipos industriales (uso industrial), sistemas de riego (uso agrícola) y sistemas en gandería

  • La cal puede dañar las tuberías, sobre todo aquellas que son de materiales metálicos, disminuyendo su resistencia

  • Genera grandes gastos de mantenimiento

 

2 Incrustaciones en grifos y duchas

Las boquillas de grifos y duchas en viviendas, hoteles, locales comerciales, hospitales, centros deportivos, etc., aparecen con grandes incrustaciones, de forma que:

  • La estética disminuye considerablemente

  • Las obstrucciones provocan disminución del caudal ofrecido por el grifo, o desviaciones de las proyecciones de agua

  • La limpieza de estas incrustaciones es muy costosa

 

3 Mayores esfuerzos de limpieza

La cal se incrusta fuertemente en cualquier superficie, de forma que se requiere de productos químicos agresivos y de intenso trabajo para eliminar las incrustaciones visibles.

Además, las dosis de productos empleados en la limpieza, lavado de ropa, higiene personal, etc, deben ser ampliadas debido a que la cal reacciona con éstos, disminuyendo su efecto. Por tanto, con un elevado grado de cal en el agua, el coste de los productos de limpieza aumenta considerablemente.

 

4 Irritación de la piel

En la higiene personal, al emplear agua con gran cantidad de cal, queda en la piel una sensación de irritación y malestar, provocada por el contacto de la cal con la piel.

 

Deterioro de electrodomésticos, máquinas y equipos industriales

​Todos aquellos electrodomésticos, máquinas o equipos industriales que dispongan de un circuito hidráulico, o que trabajen con agua con cal, sufrirán un fuerte deterioro cuando esa agua lleve cal, puesto que sus elementos, además de sufrir graves incrustaciones, sufren importantes corrosiones, de forma que su reparación sale muy cara.

 

Deterioro de la calefacción

Cuando el circuito de agua caliente para la calefacción trabaja con agua con cal, tiene problemas de obstrucciones y corrosiones de todos los elementos del sistema, y sobre todo de la caldera, puesto que es el punto en que más calor se intercambia. La reparación de la caldera es muy cara, y la sustitución de las tuberías de calefacción y radiadores es cara y engorrosa.

 

Deterioro de placas solares

El nuevo Código Técnico de la Edificación obliga a la instalación de placas solares para calentar el agua sanitaria. Estos sistemas se basan en una malla de tubos muy finos por los que pasa el agua, y al estar expuestos al sol, ésta aumenta su temperatura considerablemente. En esos tubos muy finos se produce un fuerte intercambio de calor, y son muy susceptibles de sufrir graves incrustaciones calcáreas, hasta hacerlos inservibles.

 

8 Reducción de la eficiencia energética

Cuando en el intercambiador de calor de cualquier electrodoméstico, caldera de calefacción o placa solar sanitaria, se producen incrustaciones de cal, la pared física del intercambiador aumenta su grosor, que es función del grosor de la capa de cal:

En estos intercambiadores se produce intercambio de calor por conducción, principalmente. El calor que se transmite por conducción es directamente proporcional a la conductividad térmica del material, e inversamente proporcional al espesor de pared que tiene que atravesar. Por tanto, con una pared del material del intercambiador constante, a mayor espesor de la capa de cal, menores son las transmisiones de calor, y más energía se necesita para calentar el agua a la misma temperatura.

 

Q: Calor transmitido a través de la pared del intercambiador (W)

k: Coeficiente de conductividad térmica para cada material (W/m·K)

A: Área de intercambio de calor (m2)

e: Espesor de la pared a atravesar por el calor (m)

Ti: Temperatura inicial (K)

Tf: Temperatura final (K)

Como se muestra en la expresión anterior, se confirma que a mayor espesor de cal, menor es el calor transmitido por el intercambiador, y por tanto:

  • Con la misma energía en el lado inicial del intercambiador, es decir, Ti = cte, la temperatura obtenida del agua es menor (Tf), puesto que el calor transmitido es menor.

  • Para que la temperatura del agua sea la misma, es decir, Tf = cte, la temperatura del lado inicial del intercambiador ha de ser mayor, puesto que el calor transmitido es menor. Esto indica que se requiere mayor energía para calentar el agua a los mismos niveles de temperatura.

En la industria, por ejemplo, es de suma importancia conseguir que el proceso tenga una eficiencia óptima tanto en materiales como en energía. En agricultura, en los meses invernales, para determinados cultivos se requiere aumentar la temperatura del interior del invernadero, para ello se emplean tuberías radiantes, bien en el suelo, bien aéreas, pero por su interior circula agua caliente y en estos sistemas de calefacción, del mismo modo que ocurre con las paredes del intercambiador, se pueden producir incrustaciones de cal en su interior, siendo la pared de la tubería cada mayor, y el calor ofrecido cada vez menor.

Por tanto, si un problema como el de la cal reduce bruscamente la eficiencia energética, está incrementado los costes de explotación de forma importante, reduciendo los beneficios.

 

Problemas en piscinas y fuentes

La cal genera dos problemas principales en este tipo de instalaciones:

  • La cal se incrusta en las paredes de piscinas y fuentes, generando problemas estéticos, y siendo necesarias costosas labores de mantenimiento.

  • La cal reacciona con los productos aplicados al agua para mantener inactiva la actividad microbiana y un nivel de transparencia aceptable, de forma que se hace necesaria la sustitución y renovación periódica del agua.

 

10 Incrustaciones en elementos singulares de la instalación

Las incrustaciones calcáreas en elementos singulares de una instalación hidráulica industrial o agrícola, tales como válvulas antirretorno, filtros, contadores, etc, pueden suponer mermas importantes en la capacidad de funcionamiento de las mismas, incluso llegar a su disfunción. Esto requiere grandes esfuerzos de mantenimiento, hasta el punto de tener que sustituir los elementos.

 

11 Obstrucción de emisores

En la agricultura existen tres sistemas de riego:

  1. Riego por gravedad

  2. Riego por goteo

  3. Riego por aspersión

En el caso del riego por gravedad, no existen emisores que distribuyan el agua a los cultivos, sino que se trata de redes de tuberías. En cambio, en los otros dos sistemas de riego, la distribución del agua a la totalidad del cultivo se realiza mediante emisores, de caudal variable, pero que disponen de orificios de escaso diámetro, sobre todo para el riego por goteo.

Es el emisor el punto en que el agua entra en contacto con la atmósfera tras su camino por la red de tuberías. Y precisamente es uno de los puntos en que mayor energía encuentra, y por tanto, un punto de elevado riesgo de precipitaciones calcáreas.

La obstrucción de un emisor provoca la reducción del caudal ofrecido, de forma que se genera una variación de caudales importante entre todos los emisores de un sistema, variando el coeficiente de uniformidad de los emisores. Al reducir la uniformidad del riego, desciende proporcionalmente la eficiencia de aplicación del agua, dándose dos situaciones:

  • Mantener constante la dosis bruta de riego: con lo que se consigue una muy baja uniformidad en el desarrollo de los cultivos, reduciendo la producción y la calidad, y por tanto, los beneficios económicos.

  • Mantener constante el desarrollo de los cultivos: con lo que hay que aumentar en gran medida la dosis bruta de riego, reduciendo la eficiencia del uso del agua y de los fertilizantes, aumentando los costes de explotación, reduciendo el beneficio económico, y malgastando un recurso muy escaso como es el agua.

Además, la obturación completa de los emisores con la cal supone la necesidad de una sustitución urgente de los mismos, o la necesidad de realizar operaciones de limpieza, siendo todo muy costoso.

 

12 Reducción de la eficiencia de la fertirrigación

Por un lado, en el caso de producirse una disminución en la eficiencia del uso del agua por obstrucción de emisores, está directamente ligado con la reducción de la eficiencia en el empleo de fertilizantes, puesto que parte de ellos se perdería por percolación, con el problema asociado de contaminación de suelos y acuíferos.

Por otro lado, la cal reacciona con distintos compuestos químicos fertilizantes, bloqueándolos y reduciendo su disponibilidad para las plantas. Para solucionar esto, habría que aplicar mayores dosis de abonado para obtener el mismo rendimiento agrícola.

La concentración de cal en el agua influye directamente en los valores de pH de la misma, de forma que a mayores concentraciones, mayores valores de pH tiene el agua de riego.

Entonces, tal y como se muestra en la siguiente figura, a mayor valor de pH, menor disponibilidad de nutrientes hay por parte de la planta.

 

13 Reducción del desarrollo vegetal

La cal del agua interfiere con los nutrientes del suelo, inmovilizándolos e impidiendo su disponibilidad para las plantas. Es por eso que el desarrollo de los cultivos se ve reducido, viéndose los siguientes problemas:

  • Reducción del crecimiento.

  • Reducción del vigor.

  • Disminución de la calidad de coloración de la planta.

  • Menor calidad de frutos.

  • Menor producción.

 

14 Obstrucción de sistemas de refrigeración

En la agricultura intensiva bajo invernadero se ha extendido en gran medida la instalación de sistemas de refrigeración, para evitar que en el interior se alcancen temperaturas excesivas en las épocas estivales.

Existen numerosos sistemas de refrigeración, y muchos de ellos emplean el agua como agente refrigerante, aprovechando su evaporación para disipar el exceso de calor del interior del invernadero. De los sistemas más empleados podemos señalar el sistema fog, y el sistema cooling.

 

15 Fog system

Se trata de aplicar agua a presión en el interior del invernadero a través de unas boquillas que consiguen pulverizarla formando gotas muy finas, de forma que sean capaces de evaporarse antes de alcanzar el dosel vegetal. En caso de que las gotas no sean lo suficientemente pequeñas para que esto ocurra, el agua caería a la superficie vegetal, generando graves problemas fúngicos.

Para que el agua quede tan finamente difuminada, los orificios de los difusores han de ser de muy reducido diámetro, lo que supone el empleo de un agua con una calidad bastante elevada.

Cuando el agua contiene gran cantidad de cal, ésta precipita en los orificios de los difusores, obstruyéndolos, y generando los siguientes problemas:

  • Obstrucción parcial de los orificios, y disminución del caudal ofrecido, de forma que no es suficiente para disipar todo el calor del interior del invernadero, sufriendo el cultivo fuerte estrés que, disminuirá la producción y la calidad seguro, pero que puede llegar la planta a morir.

  • Obstrucción parcial de los orificios, y mala difusión del agua (lo más frecuente), de forma que las gotas formadas no son lo suficientemente pequeñas como para evaporarse antes de alcanzar el cultivo.

  • Obstrucción total de los orificios, apareciendo el problema de la reducción del calor disipado, y generándose sobrepresiones en el sistema que pueden provocar la ruptura del mismo.

  • Por supuesto, disminución de la vida útil del sistema.

 

16 Cooling system

Se trata de un sistema de ventilación forzada aplicada a un invernadero, de forma que en un extremo se colocan, en las paredes del invernadero, los ventiladores, que extraerán el aire del interior y lo enviarán hacia el exterior; en el otro extremo se colocan, en las paredes, unos paneles de material poroso, por los que circula una lámina de agua en sentido vertical, y en sentido horizontal, entra aire exterior al invernadero, de forma que al atravesar la lámina de agua, parte de esta se evapora, reduciendo la temperatura del aire que entra.

Los paneles suelen ser de material celulósico, y se alimentan de un circuito de recirculación de agua, con alimentación para sustituir el agua evaporada en el proceso. Al estar continuamente evaporándose agua, la concentración de sales disueltas en el interior del circuito de recirculación se dispara.

Si el agua contiene mucha cal, igualmente la concentración en el circuito de recirculación aumenta bruscamente, de forma que se producen graves incrustaciones de cal tanto en el sistema de distribución como en los paneles, surgiendo los siguientes problemas:

  • Deterioro de los sistemas de bombeo, con desgaste de turbinas y cierres mecánicos, e incluso problemas de agarres en periodos de baja actividad.

  • Obstrucción de los orificios de los distribuidores de agua a los paneles, de forma que se produce un riego poco uniforme, quedando zonas de los paneles secos, por los que pasa el aire a mayor temperatura, y se reduce la eficiencia de disipación de calor, necesitando mayores esfuerzos para mantener una temperatura determinada, e incluso puede quedarse ésta en niveles superiores, generando estrés en el cultivo.

  • Obstrucciones de los poros del material de los paneles, de forma que el agua no es retenida por el material, y está menos tiempo a exposición del aire para su evaporación, disminuyendo igualmente la eficiencia del sistema.

 

17 Obstrucción de bebederos

En la ganadería, uno de los elementos más importantes de las instalaciones es el bebedero. Dependiendo del tipo de ganado, éste es de un tamaño u otro, con mayor o menor caudal, pero todos sufren estos problemas:

  • Obstrucción parcial del bebedero, de forma que no deja pasar el caudal requerido, causando estrés moderado en el ganado, al sufrir escasez de agua.

  • Obstrucción parcial del bebedero, de forma que no deja de tirar agua, produciendo encharcamientos, suciedades, enfermedades, y grandes pérdidas económicas.

  • Obstrucción total del bebedero, de forma que los animales quedan totalmente desabastecidos, produciendo fuerte estrés que puede llegar a la muerte de los animales.

  • Deterioro de los mecanismos internos de los bebederos.

En una nave ganadera, el número de bebederos es muy grande, y el coste de mantenimiento de los mismos por problemas derivados de la cal es excesivo.

1. ADICIÓN DE ÁCIDOS

1.1 Fundamento

Las incrustaciones de cal vienen dadas principalmente por la precipitación masiva de las sales con una estructura cristalina incrustante que se muestran en las tablas 01 y 02, de la pestaña Cal del menú lateral.

 FIGURA 01: Equilibrio de disolución de la cal

 

Al aplicar ácido al agua, se ataca a los aniones que se muestran en la figura 02, de forma que se producen las siguientes reacciones químicas:

 

 FIGURA 02: Neutralización de bicarbonatos con la adición de ácido (para el entorno de pH 7 – 8,5)

 

 Figura 03: Neutralización de carbonatos con la adición de ácido (para el entorno de pH > 8,5)

 

Al neutralizar los aniones carbonato y bicarbonato, ya no se pueden producir precipitaciones calcáreas, y se reduce el problema.

Como se observa, esta solución no es válida para cualquier caso, ya que se añaden ácidos, con lo que queda destinada a fines agrícolas mayoritariamente.

Para conseguir una adecuada protección contra la cal, hay que aplicar la cantidad necesaria de ácido para neutralizar el 75 % de los bicarbonatos y carbonatos presentes en el agua, obteniendo un pH en torno a 5,5 - 6. Por tanto, es muy importante conocer la analítica detallada del agua de riego disponible.

Cuando se aplica agua de riego acidificada, la solución del suelo disminuye su pH, haciendo que la disponibilidad de la mayoría de los nutrientes por parte de las plantas aumente.

La aplicación de ácidos está más encaminada a sistemas de riego a presión que a sistemas de riego por gravedad, buscando solucionar el grave problema de incrustaciones calcáreas de los emisores.

 

1.2 Corrección de pH aproximada

En muchos casos, en la agricultura no se dispone de analítica del agua de riego, o bien la procedencia de la misma es variable, de forma que la calidad del agua no es estable. Entonces se aplican cantidades de ácido aproximadas, sin conocer si realmente se está solucionando el problema. Esto puede conllevar las siguientes consecuencias:

  • Que la cantidad de ácido aplicada sea menor de la necesaria: no se va a conseguir neutralizar la cal suficiente, de forma que los problemas se van a desplazar algo en el tiempo, pero no se van a solucionar, debiendo así llevar a cabo grandes labores de mantenimiento.

  • Que la cantidad de ácido aplicada sea aproximada a la necesaria: en este caso el problema va a estar controlado.

  • Que la cantidad de ácido aplicada sea mayor a la necesaria: el pH del agua descenderá bruscamente, puesto que una vez se neutralicen todos los carbonatos y bicarbonatos, el gran poder tampón del agua se reduce, generando problemas tanto en los elementos del sistema como en el desarrollo del cultivo.

 

1.3 Corrección basada en analítica

Cuanta más información se tenga acerca de un proceso, con más precisión se podrá actuar. De esta forma, conociendo la composición del agua de riego, se podrán aplicar las dosis necesarias de ácido para reducir el problema de la obstrucción de emisores por la cal.

Pero pueden pasar varias situaciones:

  • Que la calidad del agua varíe:

    • Si la concentración de carbonatos y bicarbonatos del agua es superior a la conocida, la aplicación de ácido es insuficiente para solventar de manera eficaz el problema de la cal.

    • Si la concentración de carbonatos y bicarbonatos del agua es inferior a la conocida, la aplicación de ácido puede ser peligrosa por una bajada brusca de pH, tanto para la instalación como para el cultivo.

  • Que el caudal circulante varíe:

    • Si el caudal aumenta, por ejemplo por una avería, o por la apertura de más número de válvulas, entonces la dosis de ácido aplicada es insuficiente para solucionar el problema de la cal.

    • Si el caudal disminuye, por ejemplo por el cierre de una válvula, entonces se puede bajar el pH de forma brusca, ocasionando los problemas expuestos.

 

1.4 Corrección continua

Hoy día existe tecnología suficiente para conocer exactamente la calidad del agua de riego en tiempo real, en lo que respecta al pH. Así mismo, existen controladores y actuadores capaces de reconocer esa calidad del agua de entrada, y mediante un baremo de calidad establecido (es decir, un nivel de pH deseado para el agua de riego), aplicar las dosis de ácido que necesite el sistema en cada momento en función del caudal consumido.

Esto funciona muy bien, pero teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

  • El sistema tiene un alto coste de inversión inicial.

  • Para obtener un uso eficiente del mismo, se requiere personal altamente cualificado.

  • El coste de mantenimiento del sistema es también muy elevado.

 

1.5 Resultado

Como ya se ha explicado, tras la aplicación de ácidos como solución contra la cal, resulta que:

  • Disminuye el pH, porque aumenta la concentración de protones (H+), ya que:

  • Disminuye la concentración de carbonatos y bicarbonatos, ya que los ácidos neutralizan estos iones, tal y como se muestra en las figuras 05.02 y 05.03.

  • Se mantiene constante la concentración de iones Ca+2 y Mg+2, y por tanto, igualmente no varía la dureza del agua.

 

1.6 Problemas

Los problemas que podemos encontrar con el empleo de este sistema de protección contra la cal pueden ser:

  • Elevado gasto en ácidos.

  • Elevado coste de inversión inicial.

  • Elevado gasto de mantenimiento.

  • Necesidad de mano de obra muy cualificada.

  • Riesgo de accidentes causados por el ácido.

  • Riesgo de no solucionar el problema de la cal por una infradotación de ácido.

  • Riesgo de averías en el sistema y de daños al cultivo por una sobredotación de ácido.

  • Riesgo de reducir el poder tampón de los suelos.

 

 

2 INTERCAMBIO IÓNICO

2.1 Fundamento

La adición de ácido no se puede aplicar en cualquier ámbito, siendo necesaria la aplicación de otras tecnologías para el campo doméstico, de la industria, de la ganadería, etc.

Como se ha indicado, las incrustaciones de cal vienen provocadas por las precipitaciones de las sales que se muestran en las tablas 01 y 02 del apartado 'Cal' del menú principal, y en la figura 01 se muestra el equilibrio de disolución de la cal.

Para evitar estas incrustaciones, se puede actuar:

  • Contra los aniones que se muestran en la tabla 06.02: la inyección de ácido neutraliza a los aniones.

  • Contra los cationes que se muestran en la tabla 06.02: el intercambio iónico elimina los cationes

Por tanto, para evitar incrustaciones de cal podemos eliminar los iones Ca+2 y Mg+2, de forma que ya no se pueden formar las sales carbonato cálcico, carbonato magnésico, bicarbonato cálcico y bicarbonato magnésico, que son las que producen las incrustaciones calcáreas.

Aprovechando las propiedades de algunas sustancias de permitir un elevado intercambio iónico entre los cationes adheridos a ellas, podemos sustituir los cationes Ca+2 y Mg+2 del agua por otros que no generen problemas de incrustaciones calcáreas.

Las sustancias que se emplean como intercambiadores se denominan resinas, y son polímeros artificiales. El catión encargado de sustituir al Ca+2 y Mg+2 del agua más usado es el Na+, procedente principalmente de la sal común (NaCl).

Los descalcificadores de intercambio iónico utilizan resinas impregnadas en el ion Na+, de forma que cuando circula el agua a través de la resina, el ión Na+ es desplazado de la resina, adhiriéndose los iones Ca+2y Mg+2, de forma que el agua ya no llevará Ca+2y Mg+2, pero sí Na+

 

 Figura 04: Esquemas del funcionamiento de un descalcificador de intercambio iónico

 

Cuando la resina no dispone de iones Na+ adheridos, ya no es capaz de descalcificar. Por tanto, el sistema debe eliminar los iones Ca+2y Mg+2, y sustituirlos por Na+. Este proceso se denomina regeneración de la resina.

Los iones Na+ generalmente proceden de una disolución de salmuera, en el que hay alta concentración de NaCl (sal común). De esta manera, se requiere un caudal determinado de salmuera, que recorra toda la resina, y desplace los iones Ca+2 y Mg+2,obteniendo un vertido de agua con altas concentraciones en Cl-, Ca+2, Mg+2, que puede generar un problema medioambiental ahí donde se deposite tal vertido.

Un agua sin Ca+2 ni Mg+2puede ser corrosiva, y peligrosa para los sistemas hidráulicos, e incluso, para las personas. Por tanto, se ha de instalar un bypass que permita el paso de cierta proporción del caudal de agua sin descalcificar, con el fin de obtener una dureza en torno a 8ºF.

 

2.2 Resultado

Como ya se ha explicado, tras la descalcificación por intercambio iónico como solución contra la cal, resulta que:

  • No varía el pH de forma importante, porque no se inyectan protones (H+).

  • Disminuye la concentración de Ca+2 y Mg+2, ya que la resina retiene estos cationes, sustituyéndolos por cationes Na+, como se muestra en la figura 06.02., y por tanto, disminuye la dureza del agua.

  • Aumenta la concentración de iones Na+ en el agua descalcificada.

 

2.3 Problemas

Esta solución contra la cal ha sido muy recurrida, pero hay que tener en cuenta que presenta una serie de inconvenientes:

  • Altera la composición química del agua.

  • Aumenta el riesgo de corrosión si el agua queda totalmente sin cal.

  • Aumenta la salinidad del agua descalcificada, pudiendo general problemas para la salud en caso de ser agua para el consumo humano.

  • Requiere un alto nivel de mantenimiento para conseguir un rendimiento adecuando del sistema, puesto que hay que controlar el nivel de sal y su dosificación, y la correcta regeneración de las resinas.

  • Gasto continuo por la necesidad de añadir sal constantemente al sistema. Además también es necesaria la sustitución periódica de la resina.

  • Generación de un caudal de vertido importante de aguas con elevadas concentraciones de cloruros.

  • Perjuicio al medio ambiente por el gran consumo de agua, y por generar residuos salinos.

  • Es un equipo con gran volumen, y que requiere además de espacio suficiente para realizar las labores rutinarias de mantenimiento, como adición de sales, control de parámetros de funcionamiento, etc.

 

3 SOLUCIÓN VULCAN

3.1 Fundamento

La cal disuelta en el agua, cuando encuentra la energía necesaria, precipita volviendo a su estado sólido, según la reacción que se muestra en la figura 07. Generalmente esto sucede en puntos de la instalación hidráulica con mayor energía:

  • Paredes de tuberías, en los que la temperatura exterior es superior a la del agua

  • Resistencias para calentar el agua

  • Emisores, en los que se produce una evaporación del agua, etc.

 FIGURA 05: Esquema de la problemática de la cal

Estas precipitaciones calcáreas generan graves problemas de obstrucciones de elementos de cualquier instalación hidráulica. El agua presenta mayor potencial redox cuando la cal está disociada. Además, como no varía la concentración de protones presente, el pH no varía de forma importante. Cuando se añaden los reactivos necesarios para determinar el grado de dureza del agua, al estar presente el calcio o el magnesio, aunque sea en estado sólido, el valor de dureza no varía.

El equipo antical Vulcan está basado en la tecnología de impulsos de frecuencia, que se emiten a través de unas bobinas instaladas alrededor de las tuberías, provocando que los iones que conforman la cal, que por un lado son los aniones carbonato (CO3-2) y bicarbonato (HCO3-), y por otro cationes calcio (Ca+2) y magnesio (Mg+2), precipiten en forma de cristales.

 

 Figura 06: Esquema de funcionamiento del equipo antical Vulcan

 

Estos precipitados presentan una estructura cristalina ordenada, a diferencia de la estructura cristalina formada por precipitaciones masivas y al azar de la cal. De esta forma, pierden la posibilidad de adherirse a ningún punto de la instalación hidráulica.

Figura 07: Estructura cristalina de la cal antes y después del tratamiento Vulcan

De esta forma, los cristales de cal ya no se pueden adherir a ninguna superficie, fluyendo con el agua en forma de polvo fino, y reduciendo los problemas de obstrucciones calcáreas.

 

3.2 Peculiaridades añadidas

Al tratarse de microcristales, van rozando a la cal ya adherida en el sistema hidráulico, y va disminuyendo su consistencia progresivamente, de forma que desciende el espesor de la capa existente hasta el punto de desaparecerla completamente por efecto de la erosión. Este proceso no tiene una duración determinada, sino que depende en gran medida del espesor de cal incrustada existente, de la velocidad de circulación del agua, y de la distancia de un punto determinado hasta el equipo antical.

Además, esa estructura molecular de la cal (CaCO3), MgCO3, Ca (HCO3)2, Mg (HCO3)2 no es activa químicamente hablando, de forma que no interacciona con otras sustancias químicas, como pueden ser jabones, detergentes, suavizantes, etc en el entorno doméstico o industrial. Tampoco reacciona con los nutrientes del agua, en el ámbito agrícola y de jardinería, de forma que se consigue un uso más eficiente de fertilizantes.

Otra característica que tiene el equipo antical Vulcan es que protege a las tuberías del óxido y la corrosión, generando una película en las paredes internas de las tuberías que impiden su deterioro.

 

3.3 Otras consideraciones

A diferencia de otros sistemas para reducir los problemas ocasionados por la cal, como puede ser la inyección de ácidos en la agricultura, o el empleo de descalcificadores de intercambio iónico que inyectan sal al agua, en el ámbito doméstico e industrial, el equipo Vulcan:

  • No inyecta ningún tipo de sustancia química al agua

  • No altera en absoluto la composición química del agua

  • No consume agua durante su funcionamiento

  • Apenas consume muy poca energía eléctrica

  • No tiene mantenimiento alguno

  • La instalación es fácil

  • La inversión es menor que en otros sistemas, y además no se requiere un costo de funcionamiento especial

  • No genera ningún tipo de residuos

 

AGRICOLA COMERCIAL GANADERO INDUSTRIAL RESIDENCIAL

Campos de golf

Investigación

Jardines

Maquinas de riego

Redes de distribución

Riego por aspersión

Riego por goteo

Sistemas de calefacción de invernaderos

Sistemas de refrigeración de invernaderos

Viveros y semilleros

Pequeños comercios

Bebederos

Redes de distribución

Sistemas de calefacción

Sistemas de refrigeración

Agua sanitaria

Calderas e intercambiadores

Industria agroalimentaria

Sistemas de refrigeración

 

Comunidades de vecinos

Piscinas y fuentes

Vivienda unifamiliar

 

Debido a la gravedad de los problemas ocasionados por la cal, y a los resultados obtenidos con los equipos antical VULCAN, en AGROSOLMEN, S.L., confiamos en que VULCAN es una solución a estos problemas.

Es por ello, que estamos instalando equipos en centros de investigación, tales como el Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y el Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias, y estamos siguiendo los resultados de los ensayos, para perfeccionar nuestro servicio ofrecido.

 

En colaboración con el equipo de investigación del departamento de riego CEBAS-CSIC, comprobamos el efecto de VULCAN sobre plantas de evónimo y los emisores en un ensayo que ya tenían en marcha bajo invernadero. En este ensayo se duplicó la cantidad de plantas del tratamiento control, y a la mitad de ellas se le colocó un equipo antical electrónico, obteniendo estos resultados: LAS PLANTAS SON UN 23% MÁS ALTAS, EL COEFICIENTE DE UNIFORMIDAD MEJORA EN UN 3%.

A continuación, mostramos una tabla con la relación de los resultados obtenidos por el equipo antical VULCAN en los distintos sectores.

USOS AGRICULTURA

PROBLEMA PLANTEADO

RESULTADO OBTENIDO

Conducciones de agua de riego

Reducción del caudal transportado

Aumento progresivo del caudal transportado hasta alcanzar el caudal de diseño de la conducción

Instalación de riego por goteo

Obstrucción todos los ramales portaemisores de una finca en la que el agua era excesivamente dura

Limpieza de los emisores que habían empezado a obstruirse y con ello, la plantación se desarrolló en mejores condiciones que nunca con el mismo programa de fertirrigación

Riego por aspersión en semilleros

Obstrucción de los apersores por la cal, adhesión de las anillas de los filtros, lo que provocó que la autolimpieza no parara de limpiar

Funcionamiento perfecto del automatismo de limpieza de los filtros y riego uniforme de los aspersores

Riego por aspersión en semilleros

Obstrucción de los aspersores por la cal

Limpieza de los aspersores y riego uniforme en toda la plantación.

USOS GANADERIA

PROBLEMA PLANTEADO

RESULTADO OBTENIDO

Refrigeración de naves ganaderas

Los paneles del cooling cada vez presentan mayores depósitos de cal

Inmediatamente, detención de la incrustaciones nuevas y desaparición más paulatina de las existentes.

Suministro de agua de naves ganaderas

Pérdidas de agua, en bollas en depósitos y bebederos, no cerraban por depósitos de cal en el ajuste

Desincrustación y desaparición de la pérdida de agua tanto las bollas como los bebederos

USO RESIDENCIAL

PROBLEMA PLANTEADO

RESULTADO OBTENIDO

Grupo de viviendas

Problemas típicos de la cal en los hogares, como excesivos gastos de detergentes, obstrucción de grifos, deterioro de electrodomésticos, irritaciones de la piel, etc.

Desaparición de los depósitos de cal en los grifos y en los electrodomésticos, además de obtener una suavidad en la piel al ducharse notable.

Piscinas

Las paredes de la piscina quedaban totalmente manchadas con grandes incrustaciones de cal en tan solo un verano (USO RESIDENCIAL)

Se limpiaron las paredes de la piscina y después se instaló el equipo en la depuradora, tras todo un verano de disfrute de la misma, no se ha incrustado cal alguna en las paredes.

 

  • No residuos

  • No consumo de agua

  • No consumo de químicos ni sales

  • No altera composición del agua

  • Pequeño consumo de energía

  • Reduce los consumos energéticos en procesos industriales

  • Aumenta la eficiencia del uso del agua

  • Aumenta la calidad de los cultivos

  • Aumenta la eficiencia del uso de fertilizantes

  • No hay riesgos de acidificación de suelos

  • Reduce el riesgo de contaminación por nitratos

Todos los equipos ecológicos antical cuentan son fabricados íntegramente en Alemania y cuentan con certificados de calidad que avalan y garantizan su correcto funcionamiento. Estos certificados son los siguientes:

Sello Descripción

10 años garantía mundial

Certificado de funcionamiento vulcan

Certificado calidad TÜV NORD

Certificado CE Vulcan

Certificado VDE-EMW Vulcan

Certificado de origen

Certificado aprobación UL

Certificado de seguridad