Dureza (total, Ca y Mg)

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¿Qué es la dureza?

La dureza es una medida de la capacidad del agua para consumir jabón. El término proviene de lo difícil o "duro" que resulta lavar la ropa en el agua. Cuando el jabón se mezcla con agua dura, los minerales se combinan con el jabón y forman un precipitado sólido. Esto reduce la eficacia de limpieza del jabón y genera residuos de jabón. Conforme se añade más jabón, los sólidos continúan formándose hasta que se agotan los minerales. Cuando ya no hay minerales, el jabón forma una espuma y funciona como producto de limpieza.

La dureza del agua se suele considerar como la concentración de iones de calcio y magnesio en el agua

Los minerales que se precipitan con jabón son cationes de metales polivalentes, como el calcio, el magnesio, el hierro, el manganeso y el zinc. Por lo general, la concentración de calcio y magnesio en aguas naturales supera con creces la de cualquiera de otros cationes polivalentes. Por lo tanto, se suele considerar que la dureza es la concentración de iones de calcio y magnesio en el agua.

Dureza carbonatada y no carbonatada

La dureza se puede clasificar como carbonatada y no carbonatada. La dureza carbonatada hace referencia al bicarbonato de calcio y magnesio. En ocasiones, se denomina dureza temporal porque puede eliminarse o reducirse mediante la ebullición. Cuando estos bicarbonatos se calientan, se precipitan en forma de carbonato sólido. Esta es la principal causa de formación de depósitos en calentadores de agua y calderas. La dureza no carbonatada se debe principalmente a nitratos, cloruros y sulfatos de calcio y magnesio. Este tipo de dureza a veces se denomina dureza permanente.

Relación entre la alcalinidad y la dureza del agua

La cantidad de dureza carbonatada frente a la dureza no carbonatada se puede determinar mediante la medición de la alcalinidad. Si la alcalinidad es igual o mayor que la dureza, toda la dureza es carbonatada. Si la dureza es mayor, se considerará dureza no carbonatada. En EE. UU., la dureza se suele expresar en mg/L como (CaCO 3) o gpg (grano por galón) como (CaCO 3). Dado que la alcalinidad también se expresa como (CaCO 3), los resultados de los dos tests se pueden comparar directamente. La dureza total es la suma de todas las sales carbonatadas y no carbonatadas de calcio y magnesio que están presentes en el agua.


¿Por qué medir la dureza?

En general, el agua dura forma depósitos sólidos compuestos principalmente de sales de calcio y magnesio y puede dañar el equipo, mientras que el agua blanda puede ser corrosiva. Por lo tanto, es importante medir y conocer los niveles de dureza del agua de proceso para mantener el delicado equilibrio entre la formación de depósitos y la corrosión.

Si bien una cierta dureza puede ser aceptable en determinadas aplicaciones de calidad del agua, otras requieren la ausencia de dureza para evitar obstrucciones y daños en el equipo. Por lo tanto, suele ser necesario descalcificar el agua tanto por precipitación como por intercambio iónico para eliminar la dureza. Para optimizar estos procesos, a veces es importante monitorizar los niveles de calcio y magnesio por separado, junto con la dureza total.

Además, el magnesio puede interferir con otros tests de calidad del agua, como los métodos de nitrógeno y amoniaco por salicilato. Visite estas páginas de parámetros relacionados para obtener más información sobre el amoniaco y el nitrógeno.

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¿Qué procesos requieren la monitorización de la dureza?

Sector del agua potable

Una dureza excesiva del agua procesada que se deriva al sistema de distribución puede provocar la formación de depósitos y, si el agua es demasiado blanda, puede causar la corrosión de las tuberías. Por lo tanto, la lixiviación de plomo y cobre puede suponer el incumplimiento de la normativa sobre los niveles de plomo y cobre (LCR).

Un vaso de agua limpia demuestra que la monitorización de la calidad del agua es esencial para la salud. La claridad puede ser engañosa y la monitorización de la dureza permite evitar la corrosión del hierro y el cobre.

Aguas residuales

Durante la digestión de los fangos, debe monitorizarse la dureza para optimizar la eficiencia. La biodegradación del jabón y la absorción de oxígeno por parte de los fangos activados se ven afectadas debido a las altas concentraciones de dureza.

Un tanque de homogeneización en una planta de tratamiento.

Análisis de agua en piscinas y spas

El agua que es demasiado "dura" puede provocar obstrucciones, es decir, depósitos de carbonato de calcio. El "agua blanda" corroerá las tuberías y las superficies internas de la piscina, que contienen calcio (como el yeso utilizado en piscinas) y otros minerales.

Una niña pequeña sonríe en el borde de una piscina. La dureza del agua de las piscinas puede dañar sus superficies y corroer las tuberías.

Industria energética

La dureza del agua puede provocar la formación de depósitos en calentadores de agua y tubos de calderas. Por lo tanto, es fundamental monitorizar y eliminar todas las sales, especialmente las que son responsables de la dureza.

Los tubos de las calderas de una central eléctrica pueden verse afectados debido a la dureza del agua que provoca la formación de depósitos.

Industria química

Monitorice el contenido de minerales del agua de entrada para ajustar correctamente la calidad del agua del producto y los factores sensoriales. También se debe monitorizar el rendimiento de los sistemas de descalcificación del agua para evitar las obstrucciones y evaluar la carga de los sistemas de ósmosis inversa. La monitorización continua del agua de calderas o refrigeración (que sale del condensador) ayuda a detectar los niveles mínimos y variables de dureza que pueden provocar obstrucciones en tuberías, condensadores y secadores con el paso del tiempo. Esto permite a los operarios gestionar los niveles de dureza, lo que evita los daños y la pérdida de ingresos debido a los tiempos de inactividad.

Una planta de fabricación de productos químicos.

Industria alimentaria

Monitorice y gestione la dureza total para optimizar el agua de alimentación de calderas y torres de refrigeración. Esto reduce el uso de productos químicos, evita la corrosión o las obstrucciones y protege los equipos de la planta.

Las torres de refrigeración de esta planta de fabricación alimentaria monitorizan la dureza para optimizar el agua de alimentación.

Sector minero

El agua es esencial para las operaciones metalúrgicas y mineras, aunque esta industria no suele ser la única consumidora de agua en las inmediaciones de las instalaciones de extracción o procesamiento. Gracias a la monitorización y el tratamiento del agua de captación, las empresas mineras no solo garantizan el cumplimiento de sus propios estándares de calidad, sino que también pueden contribuir a proteger la salud de las comunidades, los recursos agrícolas y los ecosistemas naturales durante el proceso. Tanto si se obtiene de las aguas subterráneas como de las precipitaciones, de los océanos o lagos, de los ríos o arroyos, a través del suministro comercial o municipal, el agua que se utiliza en el sector minero está interconectada con el ciclo del agua de toda la región.

Una mina de cobre utiliza el agua para sus operaciones. Las aguas residuales procedentes de las explotaciones mineras se depositan en estanques de retención que suelen estar repletos de minerales que provocan la dureza del agua.

Industria de papel y celulosa

Monitorice la dureza total de los suministros de agua para evitar la corrosión o las obstrucciones en la planta, así como los efectos de la alta dureza sobre la calidad del producto.

Las fábricas de papel deben monitorizar la dureza del agua en su afluente para evitar la corrosión.

Sector de bebidas

La dureza del agua utilizada para la fabricación de bebidas puede afectar a sus propiedades organolépticas.

Las botellas de vidrio recorren una planta de fabricación de bebidas. La monitorización de la dureza del agua es importante para gestionar la calidad del producto.

¿Cómo se mide la dureza del agua?


Test kit de dureza total de Hach
Valorador manual de Hachl

Valoración

La dureza se suele medir mediante la valoración colorimétrica con una solución de EDTA. Una valoración consiste en añadir el indicador y después una solución de reactivo titrante en pequeños incrementos a una muestra de agua hasta que la muestra cambie de color. Puede valorar la dureza total de una muestra con una bureta o un test kit de dureza del agua. También puede medir la dureza cálcica y la dureza magnésica por separado ajustando el pH y utilizando indicadores diferentes.

Test kits por recuento de gotas

Este test de dureza utiliza un cuentagotas para añadir la solución de EDTA a la muestra, y los recuentos de gotas son proporcionales a la dureza del agua. El test kit de dureza total modelo HA-71A utiliza el indicador ManVer y es ideal para muestras de agua natural, especialmente cuando presentan hierro o manganeso, o cuando la alcalinidad es alta. Los test kits 5-B, 5-EP y 5-EP/MG-L, que utilizan el reactivo UniVer, son ideales para muestras industriales que puedan presentar concentraciones altas de metales, como el cobre. Existen otros test kits disponibles para medir la dureza cálcica y magnésica por separado.

Dureza total, modelo 5-B

Dureza total, modelo 5-EP

Dureza total, modelo HA-71A

Valorador digital

Los kits que utilizan el valorador digital pueden medir la dureza con mayor exactitud que los kits de valoración por recuento de gotas. Esto se debe a que el valorador digital dispensa la solución de EDTA en incrementos muy pequeños con mayor precisión. Los test kits de dureza utilizados por el valorador digital usan el indicador ManVer.

Dureza (total y Ca), modelo HAC-DT

Set de reactivos LR para la determinación de la dureza (dureza cálcica y consecutiva total)

Set de reactivos HR para la determinación de la dureza (dureza cálcica y consecutiva total)


Tiras de control

Tiras de control

Cuando la tira de control de dureza del agua se sumerge en una muestra de agua, aparece un color determinado que debe compararse con un gráfico. El gráfico muestra los colores correspondientes a concentraciones de 0, 25, 50, 120, 250 y 425 ppm, o bien 1, 1,5, 3,7, 15 y 25 gpg. Utilice las tiras de control cuando baste con conocer el rango general de la dureza. Las tiras de control no deben utilizarse cuando se necesita obtener un valor de dureza exacto.

Dureza total, 0 - 425 mg/L

Tiras de control 5 en 1


Método colorimétrico

Colorimetría o espectrofotometría

Utilice un colorímetro o un espectrofotómetro cuando sea necesario medir la dureza del agua extremadamente blanda, en la que se espera que la concentración sea inferior a 4 mg/L en forma de (CaCO 3) (método de calmagita).

De sobremesa/portátil:

Set de reactivos para determinación de dureza, con calmagita

Utilice un espectrofotómetro cuando sea necesario medir la dureza ultrabaja del agua, en la que se espera que la concentración sea inferior a 1 mg/L en forma de (CaCO3) (método de clorofosfonazo).

De sobremesa:

Set de reactivos de clorofosfonazo, solución a granel

Set de reactivos de clorofosfonazo, sobres de solución

Utilice un espectrofotómetro para medir los rangos más altos de dureza total, Ca y Mg.

lk327.jpg

De sobremesa:

LCK327 para dureza total (17,9 - 358 mg/L)

LCK326 para magnesio (0,5 - 50 mg/L)


AT1000

Electrodo ISE

El calcio también se puede medir con un electrodo de ion selectivo, como el electrodo de ion selectivo (ISE) de calcio ISE25Ca de Radiometer o el ISE 9660C. El uso de un electrodo ISE de Ca es el método más adecuado cuando el color o la turbidez de la muestra interfieren en la valoración colorimétrica o los métodos espectrofotométricos.

De sobremesa:

Valorador Titralab AT1000

Paquete de aplicaciones de valoración AT1000 para dureza Ca y Mg

Paquete de aplicaciones de valoración AT1000 para pH/alcalinidad y dureza

ISECa


Analizador de Dureza, serie EZ

Análisis en continuo

Los analizadores en continuo permiten realizar la monitorización en continuo de la dureza. Estos instrumentos pueden activar alarmas o controlar bombas de alimentación de reactivos químicos cuando la concentración de la dureza alcanza un nivel seleccionado.

Analizadores de dureza de la serie EZ

Ablandamiento del agua

Para reducir la dureza no deseada, el agua debe ablandarse. Los métodos de ablandamiento suelen clasificarse en dos categorías principales:

1. Proceso de ablandamiento por intercambio iónico

Este proceso intercambia los cationes responsables de la dureza por cationes que no la provocan, normalmente de sodio. Para ello, se utiliza una matriz de intercambio iónico natural o sintética, como la resina. Por ejemplo, las matrices que se encuentran de forma natural incluyen las areniscas verdes y las zeolitas. Las distintas resinas de intercambio iónico (o matrices) tienen propiedades variables. Los materiales sintéticos suelen tener una mayor capacidad de intercambio, por lo que son más adecuados para eliminar los niveles más altos de dureza. Las resinas que utilizan hidrógeno como catión se denominan normalmente desmineralizadores y suelen estar compuestos por resinas de intercambio catiónico y aniónico para mantener el pH neutro. Por razones de salud, es importante tener en cuenta que la resina sódica aumentará los niveles de sodio del agua tratada. Esto también puede producir interferencias en algunos métodos para la determinación de la dureza de rango ultrabajo (ULR).

Una vez que se ha agotado la capacidad de intercambio de una resina, la mayoría puede regenerarse, por lo que es importante controlar la dureza del efluente para determinar cuándo es necesario regenerar la columna. En este proceso de dos pasos, en primer lugar se limpia la unidad para eliminar el sedimento y, a continuación, el agua salada atraviesa la resina en determinadas condiciones para sustituir los iones de calcio y magnesio acumulados por el catión que se ha utilizado en un principio para la descalcificación.

Ventajas

  • El método no afecta considerablemente a otras propiedades del agua, como el pH.
  • Los cationes responsables de la dureza que no sean de magnesio y calcio también se eliminan con este proceso.
  • Este proceso puede reducir la dureza casi por completo.

Desventajas

  • Los altos niveles de hierro o manganeso del agua pueden obstruir la resina de intercambio iónico.
  • Las resinas de sodio pueden aumentar los niveles de sodio del agua procesada y provocar interferencias en algunos métodos de ULR para la monitorización de la dureza.
  • El alto contenido de sólidos puede obstruir los lechos de resina, lo que supone un gasto adicional.

2. Proceso de ablandamiento por precipitación

La precipitación se realiza normalmente mediante el proceso cal-sosa. Cuando se añade cal al agua dura, se produce una reacción con la dureza del carbonato presente, lo que produce sólidos que deben eliminarse del agua. La cal y la sosa pueden utilizarse conjuntamente para eliminar tanto la dureza carbonatada como la no carbonatada. En comparación con la precipitación de calcio, la precipitación de magnesio requiere el doble de aditivos químicos y genera el doble de fangos que deben eliminarse. El exceso de dióxido de carbono debe eliminarse antes del ablandamiento, ya que puede evitar la precipitación de cal.

Ventajas

  • Este proceso puede eliminar el exceso de hierro y fluoruro.
  • Debido al alto nivel de pH, las bacterias y los virus pueden eliminarse mediante este proceso
  • La corrosión y la formación de depósitos se pueden controlar con este método si se realiza de forma adecuada..

Desventajas

  • Produce una cantidad considerable de fangos que deben eliminarse.
  • Los costes operativos y de productos químicos son elevados.
  • La incorporación de sosa puede afectar a los niveles de sodio presentes en el agua.
  • La recarbonatación o la reintroducción de dióxido de carbono debe realizarse después del ablandamiento para reducir los niveles de pH, con el fin de eliminar el exceso de cal y facilitar la precipitación de los restos de carbonato de calcio.
  • Este proceso no puede reducir la dureza por completo.
  • Este proceso requiere un alto grado de conocimientos por parte del operario para su control.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre dureza y alcalinidad?

La dureza es la suma de los iones metálicos multivalentes presentes en la solución, en concreto y de forma predominante de calcio y magnesio, mientras que la alcalinidad es una medida de la capacidad de la solución para neutralizar los ácidos (suma de hidróxido, carbonato y bicarbonatos). El carbonato de calcio suele estar presente en los sistemas de agua natural y es el responsable de diferentes características del agua. Tanto la dureza como la alcalinidad se expresan como una concentración de (CaCO 3), ya que resulta más cómodo utilizar un solo número para representar múltiples reactivos químicos y para facilitar el cálculo de la dureza carbonatada y no carbonatada de una solución.

¿Qué concentración de dureza se considera dura o blanda?

No existe ningún acuerdo general sobre las concentraciones exactas que se consideran duras o blandas. La siguiente información se ha recopilado a partir de los datos del Departamento de Interior y de la Asociación para la Calidad del Agua de EE. UU. (otras organizaciones pueden utilizar clasificaciones ligeramente distintas):

Clasificación

mg/L

gpg (grano por galón)

Blanda

0 - 17 

0 - 1 

Ligeramente dura

17 - 60 

1 - 3.5 

Moderadamente dura

60 - 120 

3.5 - 7.0 

Dura

120 - 180

7.0 - 10.5 

Muy dura

>180 

>10.5 

¿A qué nos referimos cuando hablamos de dureza temporal y dureza permanente?

La dureza temporal y la dureza permanente son términos que se utilizan para diferenciar entre la dureza que se puede eliminar hirviendo el agua (temporal) y la que no se puede eliminar hirviendo el agua (permanente). La dureza temporal es sinónimo de dureza carbonatada. La dureza permanente es sinónimo de dureza no carbonatada.

¿Cómo se puede calcular la dureza carbonatada y no carbonatada?

La dureza carbonatada y no carbonatada se pueden calcular si se conocen los valores de dureza total y alcalinidad total:

Relación entre dureza y alcalinidad

Dureza no carbonatada, mg/L como (CaCO 3)

Dureza carbonatada, mg/L como (CaCO 3)

Dureza total ≤
Alcalinidad total

= Dureza total

0 

Dureza total ≥
Alcalinidad total

= Alcalinidad total

= Dureza total - Alcalinidad total