EL ESTUDIO DEL AGUA

¿Qué es el agua?

Aun sin conocer acerca del agua, el hombre vive gracias a ella, ya que se estima que el 65% del

peso del ser humano y el 90% de su cerebro es agua. La Organización de las Naciones Unidas

(ONU) recomienda que cada persona disponga de al menos 75 litros de agua al día, que usaría

para beber, preparar los alimentos, higiene personal, limpieza de casa, etcétera. En la ciudad de

Nueva York, con 8.2 millones de habitantes (2005), el uso de agua por persona es de 1 000 litros al

día. La ciudad de Hermosillo, que cuenta con 702 910 de habitantes (2006), tiene un consumo de

306 litros diarios por persona, menos de lo que en promedio consume al día cada mexicano, que

son 360 litros .

Debido a su importancia, los científicos se interesaron en estudiar el agua desde tiempos muy

remotos. Antoine Lavoisier fue el primero en descubrir que el agua no era un elemento, sino un

compuesto, formado por dos gases, hidrógeno y oxígeno, cuyos átomos se encuentran separados

105° (Figura 2), y que se expresa mediante la fórmula H2 O.

¿Por qué existe agua en la Tierra?

Las condiciones de presión y temperatura del planeta, producto de su posición respecto al Sol,

permiten que el hidrógeno y el oxígeno se unan para formar el líquido. Como se sabe el agua no

sólo es líquida, sino que puede presentarse en los tres estados: sólida, en forma de nieve y hielo se

encuentra en las regiones polares o en las partes altas de las cadenas montañosas; en estado

líquido forma los océanos, mares, lagos y ríos, así como depósitos subterráneos, y en estado

gaseoso se reparte por toda la atmósfera y su manifestación principal son las nubes.

Lo admirable del agua es que sus propiedades la hacen un compuesto único: es incolora, insípida e

inodora; posee una densidad de 1 g/ cm3 a 4 °C, se congela a los 0 °C y hierve a los 100 °C. Es

notable que aunque tiene un punto de ebullición elevado, es un líquido que existe y se evapora a

temperatura ambiente. Asimismo, es incolora pero toma un color azul cuando se acumula en

grandes cantidades, como en el mar. No está totalmente claro el origen del agua, pero una de las

teorías sugiere que al solidificarse el magma al interior de la Tierra, soltó vapor de agua y otras

sustancias, que al condensarse formaron la “atmósfera primordial” del planeta. Un enfriamiento

posterior provocó la condensación del agua y su acumulación en la superficie, formando el actual

manto de agua líquida. Otra teoría supone que el agua proviene de meteoritos, ya que algunos de

ellos están formados principalmente de dicho elemento. La vida en la Tierra se originó por y en el

agua. El agua tiene un papel indispensable en la formación de muchas rocas que forman la corteza

(parte sólida y externa de la Tierra). También desempeña un papel muy importante en los

procesos que desgastan y dan forma a las montañas. Se sabe que las regiones del mundo pasan

por períodos de inicio, juventud, madurez y vejez dependiendo del grado en que la erosión las ha

modificado. Las cadenas montañosas en su etapa inicial están formadas por altos relieves poco

desgastados. En su etapa juvenil estas cadenas son cortadas por valles profundos escarbados por

impetuosos ríos. En la madurez los valles se van ampliando y su pendiente va disminuyendo, y en

la etapa de vejez se forman extensos valles relativamente planos donde los ríos serpentean

ondulantes hasta desembocar en el mar.

¿Qué edad geológica tiene el agua?

Para referirse a la edad del agua es conveniente dividir a la Hidrología en superficial y subterránea.

La primera incluye los procesos del agua en superficie: precipitación, escurrimiento, evaporación e

infiltración (Figura 3). La segunda o Hidrogeología, estudia el agua subterránea (acuíferos). Desde

un punto de vista más global, la Hidrografía se refiere al estudio de las masas de agua en la Tierra

(océanos, costas, mareas, corrientes), usualmente representadas en mapas o cartas hidrográficas.

Las aguas de nuestro planeta tienen edades muy variables, una parte se remonta a las primeras

etapas después de la formación de la tierra y otras son relativamente recientes. Entre las formas

de vida más antiguas del planeta se encuentran organismos unicelulares, como bacterias, con más

de 3 000 millones de años de antigüedad, que vivieron y se desarrollaron gracias al agua. Por otro

lado, el agua de los ríos puede provenir directamente de la lluvia, por lo que su edad es actual,

pero cuando no llueve, el agua puede venir del subsuelo y ser más antigua.

El movimiento del agua en superficie, a través de ríos y arroyos, es mucho más rápido que en el

subsuelo. Una molécula de agua en superficie puede moverse varios kilómetros en una hora,

mientras que bajo el terreno tardará años en recorrer la misma distancia. Por ello, el agua

subterránea puede tener edades muy antiguas. En un mismo acuífero pueden encontrarse aguas

de diferentes edades, de acuerdo a las capas o a las profundidades en las que se encuentren. La

edad absoluta se determina por métodos sofisticados y costosos, uno de ellos es el que mide las

concentraciones de ciertos isótopos de hidrógeno y oxígeno. Los isótopos son átomos de un

elemento que varían en el número de protones que contienen en su núcleo. En un estudio

realizado por la UNISON4 en 2001, se determinó la composición isotópica de las aguas

subterráneas de la Costa de Hermosillo, al encontrar aguas antiguas o fósiles, atrapadas debajo del

acuífero en explotación, con edades que fluctúan entre los 26 000 y los 30 000 años. Esto significa

que los pozos agrícolas profundos que fueron perforados en los años cuarenta, podrían estar

extrayendo agua que fue almacenada en ese lugar hace miles de años. En el mismo trabajo, se

menciona que las aguas del río Sonora que se han infiltrado al subsuelo para recargar a los

acuíferos, tienen edades menores a los 50 años. El tiempo es un parámetro que se incluye en

diversas mediciones hidrológicas. Para medir la cantidad de agua que lleva un río se debe

determinar su velocidad en unidades de longitud/tiempo (m/s, km/h) y su gasto o caudal en

unidades de volumen/tiempo (m3 /s, km3 /año). Igualmente, los aparatos que registran los

fenómenos del ciclo hidrológico (precipitación, evaporación, etcétera), lo hacen en unidades de

longitud/tiempo (m/h, m/d). Las propiedades de los acuíferos, como la capacidad para transmitir

agua, también toman en cuenta el tiempo así como la transmisividad (m2 /s) y la conductividad

hidráulica (m/s). La Ley de Darcy que se utiliza para calcular la velocidad del agua en los acuíferos,

tiene unidades de velocidad (m/s).

FUENTES NATURALES DE AGUA

Cada vez que abres el grifo, el agua que cae a gotas o en gran cantidad en tu fregadero es de

una fuente natural de agua. Las botellas plásticas de agua o los miles de otros productos que

usamos todos los días contienen agua como un ingrediente estándar. La naturaleza provee este

recurso no renovable para todas las criaturas vivientes del planeta. Los ambientalistas ahora creen

que la conservación del agua es una de las misiones más importantes para preservar a la tierra.

Vamos a estudiar las fuentes naturales de agua para desarrollar una apreciación más apropiada de

cada gota de agua que sale de nuestras llaves.

RIOS Y LAGOS

Las autoridades usan los ríos y lagos como fuente estándar de agua para consumo humano. Estas

fuentes tienden a ser repuestas regularmente por las lluvias. No podemos beber este agua

directamente de su fuente sin tratamientos adicionales. Las plantas de tratamiento de agua llevan

el agua a sus instalaciones, la filtran y le añaden químicos para purificarla. Este agua segura luego

viaja por cañerías a los distintos hogares de un área para la consumición individual.

AGUA SUBTERRÁNEA

Piensa otra vez en la escuela inicial y recuerda lo que puedas de las aguas subterráneas. El agua

subterránea yace en bolsas debajo de la superficie de la tierra. Esta fuente natural de agua

típicamente existe entre capas de rocas. Los individuos sin acceso al agua municipal acceden a

este tipo de fuente de agua a través de pozos. El ciclo del agua repone las aguas subterráneas de

manera relativamente predecible basándose en el clima. En tiempos de sequía, las aguas

subterráneas pueden verse seriamente afectadas, por que muchos gobiernos vigilan los ciclos del

agua para asegurar que haya agua para los residentes.

DESALINIZACIÓN

La desalinización toma abundante agua de mar y separa la sal del agua. Este proceso involucra la

remoción de minerales adicionales también. Las grandes plantas de desalinización del mundo

convierten al agua de mar en agua potable apta para el consumo humano. Los países de oriente

medio dependen de muchas plantas de desalinización para su flujo de agua. Esta conversión de la

fuente natural de agua requiere tratamientos extensivos y el costoso uso de electricidad para que

las plantas procesadoras funcionen.

RECOLECTAR EL AGUA DE LLUVIA

Tal vez te sorprenda saber que tienes una fuente de agua natural en tu casa. Tu techo y bajadas de

agua te ofrecen la oportunidad perfecta para recolectar y guardar agua de lluvia para usar en el

exterior de tu hogar. Las maneras típicas de recoger agua de lluvia es adherir un barril a tu bajada

de agua en tu techo. Otras maneras de recoger agua son en secciones hundidas de tu techo

diseñadas para recoger mas agua de lluvia por pulgada al cuadrado. El agua de lluvia se trasporta

en ángulo hacia el punto de recolección, cayendo en una vasija. Esta práctica es más común en las

regiones más áridas del planeta. Este recurso de agua no potable ayuda a disminuir los costos del

agua potable usada para regar los cultivos y el mantenimiento del paisaje en general.

LA DUREZA DEL AGUA

¿QUÉ ES?

Se denomina dureza del agua a la concentración de compuestos minerales que hay en una

determinada cantidad de agua, en particular sales de magnesio y calcio. El agua denominada

comúnmente como “dura” tiene una elevada concentración de dichas sales y el agua “blanda” las

contiene en muy poca cantidad.

La unidad de medida de la dureza que se utiliza más habitualmente son los grados hidrométricos

franceses (º H F), y el cálculo de este parámetro responde a la siguiente fórmula:

(mg/l Ca x 2.5 + mg/l Mg x 4.2) /10

¿CÓMO SE GENERA LA DUREZA DEL AGUA?

La presencia de sales de magnesio y calcio en el agua depende fundamentalmente de las formaciones geológicas atravesadas por el agua de forma previa a su captación. Las aguas subterráneas que atraviesan acuíferos carbonatados (calizas) son las que presentan mayor dureza y dichos acuíferos están formados por carbonatos de calcio y magnesio.

Las aguas subterráneas procedentes de acuíferos con composición eminentemente silicatada (p.e. granitos) dan lugar a un agua blanda, es decir, con cantidades muy bajas de sales de calcio y magnesio.

¿EN QUÉ INFLUYE LA DUREZA DEL AGUA EN NUESTRO DÍA A DÍA?

Un efecto muy visible en aguas de distinta dureza (un agua “dura y un agua “blanda”) es su diferente comportamiento ante la adición de jabón. En presencia de la misma cantidad de jabón, la aparición de espuma es mucho menor si se trata del agua “dura”, ya que el calcio y el magnesio reaccionan con los compuestos que forman el jabón y dejan de ser efectivos, con la consiguiente necesidad de añadir más cantidad de jabón si nos encontramos en este extremo.

El efecto más conocido en lugares en los que el agua de abastecimiento presenta una elevada dureza es la formación de incrustaciones calcáreas (comúnmente denominadas como cal).

Es importante conocer la dureza del agua de abastecimiento de nuestra localidad, ya que ese dato nos permite ajustar el funcionamiento de determinados electrodomésticos que ofrecen dicha posibilidad (sobre todo lavadoras y lavavajillas). Esta regulación previa del aparato permitirá que se operen cambios en el funcionamiento del mismo en función del valor seleccionado y de este modo se compensen los efectos negativos que un agua de elevada dureza puede provocar, con el consiguiente mejor funcionamiento y mayor duración del electrodoméstico.

Clasificación de la dureza del agua (º H F):

- < 7: agua muy blanda - 7-14: agua blanda - 14-32: agua de dureza intermedia - 32-54: agua dura - > 54: agua muy dura

¿ESTÁ LA DUREZA DEL AGUA REGULADA POR LA LEGISLACIÓN RELATIVA A AGUA DE CONSUMO

HUMANO?

No se ha establecido límite para este parámetro ya que la Organización Mundial de la Salud determina que tanto si la dureza del agua es alta o está en valores bajos no se produce ningún efecto pernicioso para la salud de las personas.

MÉTODOS DE ABLANDAMIENTO DEL AGUA DURA

El agua que se conoce como "agua dura" contiene un exceso de los minerales calcio y magnesio. Estos minerales se pueden depositar en la plomería, los electrodomésticos y todo lo que entra en contacto con el agua. Ésta puede reducir en gran medida la vida útil de estos aparatos y también inhibe la disolución del jabón. A pesar de que no existen riesgos para la salud del agua dura, hay riesgos económicos cuando obstruye y destruye las tuberías. Existen varios métodos para tratar el agua dura, que van de lo simple a lo complejo.

COMPLEMENTOS DE DETERGENTE

La forma más fácil de curar los problemas del agua dura es utilizar un complemento de un detergente. Este es un simple ablandador de agua que viene en forma de polvo, gel o tableta que se añade a la lavandería para ayudar a hacer que el jabón funcione de una mejor manera. Éste beneficia a la tela de la ropa al suavizar los efectos del agua sobre la misma y ayuda a evitar la acumulación de escala en la lavadora también. Estos complementos están disponibles en cualquier tienda de comestibles y se añaden a la lavandería junto con el detergente regular.

ABLANDADORES DE SAL PARA EL AGUA

Un ablandador de agua funciona tirando del agua a través de un lecho de iones cargados negativamente para atraer a los iones de magnesio y calcio. En los ablandadores de sal, es un lecho de resina de sal que se utiliza para este propósito. Tener sodio en el agua puede ser peligroso para la salud eventualmente, por lo que a veces se recomienda disponer de una segunda línea de bebederos para poner adentro La cantidad de sodio absorbido a través de este sistema depende de la dureza del agua que está siendo filtrada.

ABLANDADORES DE AGUA SIN SAL

Aquellas personas que necesitan controlar su ingesta de sodio no pueden beber el agua ablandada con un sistema de sal. Ahí es donde los suavizantes sin sal son la clave. Una de las alternativas es utilizar un lecho de cloruro de potasio. El agua se extrae a través de las perlas de resina de cloruro de potasio y el magnesio y el calcio se desactivan. El potasio es realmente beneficioso para la dieta, pero este sistema es mucho más caro que el sistema tradicional de sal.

SUAVIZADORES DE AGUA MAGNÉTICOS Y ELECTRÓNICOS

Los suavizadores de agua electrónicos son la ola del futuro. Trabajan mediante la desactivación de la electrónica de los iones de magnesio y calcio. Estos simplemente se instalan alineados con el abastecimiento de agua y no necesitan mantenimiento. Por desgracia, no parecen funcionar bien en áreas con altas cantidades de hierro en el agua, por lo que vale la pena probar el agua primero. Los imanes también se han estudiado como una posibilidad para este problema, pero muchos consideran que esto es menos eficaz para ablandar el agua que es muy dura.

AGUA DE AMASADO Y CURADO PARA CONCRETO

En las mezclas de concreto podrán emplearse, como aguas de amasado y curado, todas aquellas reconocida como potables o sobre las que se posea experiencia por haber sido empleadas para tal fin, con resultados satisfactorios.

El agua empleada para amasar y curar el concreto será de propiedades colorantes nulas, clara, libre de glucidos (azucares) y de aceites. Además, no deberá contener substancias que puedan producir efectos desfavorables sobre el fraguado, la resistencia o la durabilidad del concreto o sobre las armaduras.

La norma ITINTEC 339,088 considera para el amasado y/o curado de concretos y morteros, el agua cuyas propiedades y contenido en sustancias disueltas estén comprendidas dentro de los límites siguientes:

El contenido máximo de materia expresada en oxígeno consumido, será de 3 mg/1 (3 ppm).

El contenido de residuo sólido no será mayor de 5g/1 5000 ppm.

El PH estará comprendido entre 5,5 y 8.

El contenido de sulfatos, expresado en ion SO4 será menor de (600 ppm).

El contenido de cloruros, expresados en ion C1 menor de 1g/1 (1000 ppm).

El contenido opcional de carbonatos y bicarbonatos alcalinos (alacalinidad total) expresada en Na HCO2 será menor de 1 g/1 (1000 ppm).

Como requisito opcional considera que si la variación de color es una característica que se desea controlar, el contenido de fierro, expresado en ión férrico, será de una parte por millón (1 ppm).

Cuando el agua ensayada no cumpla uno o varios de los requisitos establecidos, se podrán realizar ensayos comparativos empleando en un caso el agua en estudio y otro agua destilada o potable, manteniendo además similitud en materiales a utilizar y procedimientos, con el fin de obtener ensayos reducibles. Dichos ensayos se realizaran, de preferencia con el mismo cemento que será usado y consistirán en la determinación del tiempo de fraguado del cemento y resistencia a compresión del mortero a las edades de 7 días y 28 días.

Los tiempos de fraguado inicial y final de la pasta que contiene el agua en estudio podrán variar hasta 25%, que los correspondientes a la pasta que contiene el agua de referencia.

La reducción de resistencia del mortero que contiene el agua en estudio a cualquier edad de ensayo, podrá ser como máximo del 10%.

DE LAS MUESTRAS DE AGUA

Las muestras serán representativas del agua tal como será empleada. Se tendrá que una sola muestra de agua puede no ser representativa si existen variaciones de composición en función del tiempo, como consecuencia de una modificación de las condiciones climáticas (lluvia, viento, etc.), cambios estaciónales, influencia de las mareas (en caso de que el lugar de extracción se encuentre próximo a la costa) o por otros motivos.

En el caso de no ser representativa las muestras, conforme se ha indicado, podrá tomarse muestras periódicas a distintas horas y días o eventualmente a la misma hora en lugares distintos. También cuando se sospeche que puede haber variado la composición del agua.

Es muy importante el conocimiento local de la fuente, especialmente en los casos en que, por tratarse de una zona de industrias, haya posibilidad de modificación de la composición o de contaminación.

Si se conoce el lugar preciso donde se proyecta extraer el agua éste será uno de los lugares de toma de muestras. En general el lugar o lugares se determinaran de acuerdo a la información que desee obtenerse y a las necesidades o condiciones locales. Cada muestra un volumen mínimo de 5 litros.

En el caso de aguas superficiales (ríos, arroyos, lagunas, etc.) la muestra se tomará introduciendo el recipiente a la profundidad en que se colocara la boca de toma de la instalación de extracción, dejando que el agua se introduzca en él.

En el caso de aguas subterráneas se empleará una bomba de extracción, la que se hará funcionar por lo menos 10 min. Y durante todo el tiempo que resulte necesario para lavar las tuberías.

Luego se llenará el recipiente.

Las muestras se envasarán en recipientes o botellas de polietileno o de vidrio incoloro o de color claro, perfectamente limpios. El cuello será pequeño diámetro para facilitar el cierre y sellado del recipiente. Las tapas serán de los materiales indicados o de corcho nuevo, SIN DEFECTOS. El cierre será hermético.

Los envases se llenarán completamente sin dejar algún vació que se prevea cambios de volumen por elevación de temperatura en cuyo caso se dejará un volumen libre de aproximadamente 1% del volumen del recipiente. Inmediatamente después de realizada la extracción, los envases serán convenientemente tapados y sellados.

Los recipientes serán convenientemente acondicionados y embalados, para evitar su rotura. Las tapas serán aseguradas con ataques de hilo o de alambre para evitar que se aflojen.

En tiempo de frío los envases serán protegidos contra los efectos de las bajas temperaturas.