Antes de analizar la influencia que tiene la cal en la calidad del agua, vamos a explicar:
¿QUÉ ES LA CAL?
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 agua
|
ANIONES |
CATIONES |
| CO3-2 | Ca+2 |
| 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.
¿CÓMO SE FORMAN LAS INCRUSTACIONES CALCÁREAS?
La cal comienza a acumularse en cuanto el agua dura empieza a circular a través de un conducto. Las sales indicadas en la Tabla 01 disueltas en el agua cristalizan, formando estructuras adherentes (Fig. 1). Estos cristales se adhieren entre sí y a las superficies, produciendo inmediatamente incrustaciones calcáreas sólidas que tienen consecuencias destructivas.
FIGURA 01: Cristalización de la cal espontánea sin tratamiento, en estructura adherente e incrustante.
Las incrustaciones de cal se desarrollan aun más cuando la presión del agua varía. Esto ocurre cuando el agua cambia de dirección en una curva o intersección, produciéndose turbulencia, o cuando sale de la tubería por un grifo o emisor. Esta disminución de la presión aumenta la formación de cristales de calcio y magnesio, formando una estructura que se adhiere a cualquier superficie.
FIGURA 02: Formación de incrustaciones calcáreas propiciada por cambios de presión en la tubería.
Las incrustaciones se forman además especialmente cuando la temperatura del agua dentro del sistema sube, como ocurre en resistencias calentadoras y radiadores. Cuanto más alta sea la temperatura de la superficie, mayor será
el desarrollo de las incrustaciones de cal. Estos problemas se pueden observar específicamente en resistencias, calentadores de agua e intercambiadores de calor.
FIGURA 03: Formación de incrustaciones calcáreas propiciada por cambios de temperatura en la tubería.
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:
- Carbonato Sódico Residual
- Dureza
- pH
- Sólidos disueltos
- Índice de Langelier
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.
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.
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.
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 DEL 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.
Índice de Langelier
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.
CÓMO MEDIR LA CONCENTRACIÓN DE CAL
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:
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.
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.
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.
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