Análisis físico químico del agua

1. Objetivos
3. Materiales Utilizados
4. Resultados
5. Reporte de los Resultados
6. Discusión de Resultados
7. Antecedentes
8. Post – Laboratorio (Anexado)
9. Funciones del Agua como proceso en la Industria Alimentaria
10. Conclusión
11. Bibliografía

Objetivo General:

Realizar análisis Físico – Químicos del agua, evaluando los resultados frente a los estándar de calidad para agua potable.

Objetivos Específicos:

• Determinar el material que queda en la cápsula luego de la evaporación de la muestra de agua y secado en una estufa a una temperatura determinada.
• Determinar cual es la intensidad de la alcalinidad y acidez del agua, con la ayuda de un potenciómetro.
• Determinar la alcalinidad del agua representada por el contenido de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos, utilizando un indicador para determinar su punto fina por la titulación colorimétrica. (Esta va a ser denominada alcalinidad total).
• Determinar la alcalinidad fenolftaleinica del agua debido a la presencia de iones bicarbonatos, midiéndose con fenolftaleina como indicador.
• Determinar el contenido de sales carbonaticas y no carbonaticas asociadas con los iones calcio y magnesio (dureza total).
• Determinar si el agua contiene cloro residual.

INTRODUCCIÓN.

En nuestro planeta, el agua (H2O) es la única sustancia que coexiste abundantemente en los tres estados físicos posibles. Es nuestro único líquido común y el sólido pura mas ampliamente distribuido, estando siempre presente en todas partes de la atmósfera suspendido en forma de partículas de hielo o sobre la superficie terrestre en diversos tipos de nieve y hielo. Es esencial para la vida; como importante reguladora de la temperatura corporal, como disolvente y vehículo portador de nutrientes y productos catabólicos, como reactante y medio de reacción, como lubricante y plastificador, como estabilizante de la conformación de biopolímeros, como probable inductora del comportamiento dinámico de macromoléculas, incluyendo sus propiedades (Enzimáticas) catalíticas y de otras formas ignoradas. Es verdaderamente sorprendente que la vida orgánica dependa tan íntimamente de esta pequeña molécula inorgánica y quizás mas destacable aun que muy pocas personas y científicos se hayan percatado de ello.

Pero el agua como principal componente de muchos alimentos; realiza una serie de tratamientos tanto industriales como domésticos; para obtener los:

• Residuos totales
• PH
• Alcalinidad
• • Fenolftaleina
  • Total
• Dureza Total
• Cloro residual

Lo dicho anteriormente es lo que vamos a demostrar en el siguiente con una muestra de agua tomada en un hogar del Estado Cojedes

Para saber que calidad tiene el agua que estamos consumiendo; todo estará respaldado de las normas COVENIN y referencias bibliográficas.

Materiales Utilizados:

• Cápsula de porcelana
• Phmetro
• Bureta
• Fiola de 250 ml
• Fiola Yodométrica
• Pipeta de 50 ml (volumétrica)
• Buffer pH 4 ± 0,01
• Buffer pH 7 ± 0,01
• Fenolftaleina (indicador)
• Anaranjado de Metilo (indicador)
• H2SO4 0,0113 N
• Solución amortiguadora pH 10
• Negro de eriocromo T (indicador)
• E.D.T.A 0,01 N
• Almidón soluble 1 % (indicador)
• H2PO4 25 %

Resultados

(Sin comentarios)

• Muestra de agua tomada en el "pueblo nuevo" callejón "El trópico" casa nº 51 – 56 Tinaco Edo – Cojedes a las 6:00 am (25 – 02 – 04) por David Ramos C.I.: 15.628.626.

Los Análisis Realizados

1. 1. Cápsula sin residuos = 47,15 gramos
   2. Cápsula con residuos = 47,16 gramos
2. Residuos totales:
   1. pH de la muestra de agua = 7,2
3. pH:
   1. Fenolftaleina: Alcalainidad resultó 0 (cero) "no dio color"
   2. Total : se utilizaron con un volumen de 12 ml de H2SO4 al 0,0113 N para obtener la coloración naranja.
4. Alcalinidad
5. Dureza total: se utilizó un volumen de 16,5 ml de EDTA al 0,02 N para obtener al punto final un "azul".
6. Cloro residual: se utilizó un volumen de 2,3 ml de tiosulfato de sodio al 0,001 N

Reporte de los Resultados:

1.- Residuos Totales:

RF = 47,16 gr – 47,15 gr = 0,01 gr.

50 ml mustra = 0,05 lt

0,5 lt à 0,01 gr

1 lt à x (?)

x = 0,01 gr x 1 lt / 0,05 = 0,2 gr / lt = 200 mg/lt

2.- pH:

pH de la muestra de agua = 7,2.

3.- Alcalinidad:

4.- Dureza Total:

5.- Cloro Residual.

Discusión de Resultados:

1. 1. Para el agua de tomar: el límite es 500 mg/lt (0,5 gr/lt) Þ según las normas internacionales.
   2. Según COVENIN 2342 – 86. Agua Potable. Establece que el residuo filtrante total a 180 ºC, debe ser menor de 0,5 mg.
   3. En la muestra de agua que se utilizó en el laboratorio, se puede decir que el residuo total, está en los parámetros de las normas internacionales. Porque fue de 200 mg/lt Þ 0,2 gr/lt.
2. Residuos Totales:
   1. El valor normal del pH para el agua de consumo es de 7,6.
   2. Según COVENIN 2187 – 84. Agua Potable. Establece que la determinación de acidez en el agua, debe estar entre 6,5 – 8,5 pH.
   3. Entonces se puede decir que la muestra de agua utilizada, es apta para el consumo ya que se encuentra entre los rangos establecidos por COVENIN. (El agua tuvo un pH de 7,2).
3. Determinación del pH
   1. Según las normas COVENIN 2188 – 84. Agua Potable. Establece que para la determinación de la alcalinidad en el agua potable, esta debe ser menor de 20 mg/lt de CaCo3.
   2. Comparando el resultado de la muestra de agua utilizada que fue de 2,71 mg/lt, con las normas COVENIN, se puede decir que la alcalinidad del agua es bastante baja.
4. Determinación de la Alcalinidad:
   1. Según COVENIN 2408 – 86. Agua. Establece que para la determinación de la Dureza Total del agua, debe ser menos de 5 mg/lt.
   2. Se puede decir que la muestra de agua utilizada es poco dura, ya que su resultado fue de 3,30 mg/lt.
5. Determinación de la Dureza Total:

Antecedentes

Acidez pH:

La acidez de un agua es una medida de la cantidad total de substancias ácidas (H+) presentes en esa agua, expresados como partes por millón de carbonato de calcio equivalente. Se ha demostrado que un equivalente de un ácido (H+) es igual al equivalente de una base (OH-). Por lo tanto no importa si el resultado se expresa como ácido o como base y, por conveniencia, la acidez se reporta como el CaCO3 equivalente debido a que en muchas ocasiones no se sabe con exactitud que ácido está presente.

Alcalinidad:

Es una medida de la cantidad total de sustancias alcalinas (OH-) presentes en el agua y se expresan como partes por millón de CaCO3 equivalente. También se hace así porque puede desconocerse cuáles son los álcalis presentes, pero éstos son, al menos, equivalentes al CaCO3 que se reporte.

"La actividad de un ácido o un álcali se mide mediante el valor de pH. En consecuencia, cuanto más activo sea un ácido, menor será el pH y cuanto más activo sea un álcali, mayor será el pH.

Cloro Residual:

La concentración del cloro residual "libre", así como la porción relativa entre los cloros residuales "libre" y "combinado", son importantes cuando se practica la cloración q residual libre. En un determinado abastecimiento de agua aquella porción del cloro residual total "libre", sirve como medida de la capacidad para "oxidar" la materia orgánica. Cuando se práctica la cloración q residual libre, se recomienda que cuando menos, el 85 % del cloro residual total quede en estado libre.

La cloración es también un método relativamente eficiente como tratamiento correctivo, si se aplica en las cantidades adecuadas, adicionales a las que se requieren para propósitos de desinfección.

A veces se requieren tan grandes concentraciones de cloro, que se necesita de un decloración posterior para que no se presenten sabores ni olores de cloro en el agua. Una técnica de cloración relativamente reciente, incluye el uso de cloruro de sodio junto con la cloración ordinaria. En esta reacción se produce bióxido de cloro.

Post – Laboratorio (Anexado):

Tratamiento que recibe el H2O antes de su uso industrial o doméstico:

Los tratamientos recomendados para un H2O cualquiera dependerán del uso al cual ella se destine: doméstico, industrial, etc. El H2O que se utiliza para el abastecimiento de una población (usos básicamente domésticos) debe ser, específicamente, un agua exenta de organismos patógenos que evite brotes epidémicos de enfermedades de origen hídrico. Para lograr esto será necesario desinfectar al agua mediante tratamientos físicos o químicos que garanticen su esterilidad microbiano – patógena.

Los tratamientos mas conocidos son la cloración propiamente dicha, hipocloración y cloraminación; la aplicación de ozono, rayos ultravioletas, cal y plata. De ellos, el primero es el casi universalmente adoptado, en razón, principalmente, a que el cloro deja residuos que pueden eliminar contaminaciones posteriores.

Tratamiento de Desinfección de Agua para uso Industrial o Domestico:

El Ozono (O3):

Es en realidad oxigeno trimolecular, presentando la propiedad de desintegrarse fácilmente y convertirse en oxígeno nacientes, el cual tiende a oxidar rápidamente las materias orgánicas presentes en la reacción. Si aplicamos ozono al agua, podremos con tal virtud obtener una desinfección cuyo procedimiento se denomina ozonificación. Lo aparatos ozonificadores inyectan al agua el aire ozonificado; luego se mezcla ese aire durante un tiempo suficiente para que actúe su poder desinfectante.

Los Rayos Ultravioletas:

Los rayos ultravioletas, producido en el espectro solar inmediatamente después de los violetas, son invisible y poseen la propiedad de destruir bacterias y esporas en virtud de la longitud de onda de sus rayos. Esta desinfección se efectúa haciendo pasar el agua, en filetes debe ser de un espesor de unos 10 cm. Esta técnica motivo muchos gastos excesivos y diseños complicados, pocos prácticos, para desinfectar volúmenes apreciables de agua, como es en el caso de abastecimientos municipales.

Plata:

Mediante el procedimiento denominado electrocadismo se puede desinfectar el agua con la ayuda de plata, metálica. La técnica consiste en pasar el agua a través de un tubo que contenga electrodos de plata metálica conectados a un generador de corriente directa de 1,5 voltios.

Tratamiento del H2O ante del uso Industrial (Físico o Químico):

La purificación del agua para uso industrial puede ser muy compleja o relativamente simple, dependiendo de las propiedades del agua cruda y del grado de pureza requerid. Se emplean muchos métodos y combinaciones de ellas, pero todos abarcan tres procesos básicos: tratamiento físico, químico y fisicoquímico.

Tratamiento Físico:

El tratamiento físico abarca los procesos mediante los cuales las impurezas se separan del agua sin producirse cambios en la composición de las sustancias. Los métodos mas comunes son sedimentación, colado y filtrado, destilación.

• Sedimentación

En la sedimentación se aprovecha la acción que ejerce la fuerza de gravedad sobre las partículas mas pesadas que el agua, que descienden depositándose sobre el fondo. Las aguas superficiales contiene diferentes cantidades de materia en suspensión y este método se emplea para clarificar el agua cruda, ya sea por sedimentación simple o mediante la adición de coagulantes químicos. Los recipientes donde se lleva a cabo este proceso se denominan tanque de sedimentación.

• Colado y Filtrado:

Los coladores y filtros pueden utilizarse cuando se necesario eliminar sólidos suspendidos o flotantes en el agua, ya sea como paso adicional, después de la sedimentación, o cuando el espacio disponible no permite la instalación de depósitos de sedimentación.

Existen varios coladores de uso comercial, siendo los mas comunes los de tela, malla metálica, tambor giratorio y disco giratorio. Los filtros de tela y malla metálica se utilizan cuando os materiales suspendidos son relativamente finos y están en concentraciones bajas.

• Destilación:

La destilación es el método mas antiguo para obtener agua pura de alta calidad. Mediante este proceso puramente físico de evaporación y condensación pueden eliminarse casi totalmente tanto sólidos disueltos como los suspendidos.

El equipo de destilación debe estar diseñado en tal forma que la eliminación de lodos e incrustaciones pueda hacerse con un mínimo de mano de obra.

Tratamiento Químico:

El tratamiento químico es uno de los procesos en los que la separación de las impurezas del agua implica la alteración de la composición del material contaminante.

• Precipitación:

Cuando se añaden a una solución acuosa algunas sales solubles, parte de los iones libres pueden reaccionar para formar compuestos comparativamente insolubles.

• Suavizamiento:

El primer proceso químico de precipitación que se empleó comercialmente, fue la adición de cal hidratada(Ca(OH)2) al agua para eliminar la dureza de bicarbonatos. La cal disminuye la dureza de bicarbonato formando carbonato de calcio relativamente insoluble:

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 à 2CaCO3 + 2H2O

Métodos Empleados para Eliminar la Dureza del H2O Agua:

Los métodos son:

• Decantación
• Filtración

El tratamiento dependerá de la dureza del H2O

La dureza puede ser carbonática y no carbonática, dependiendo de que las sales de Ca y Mg sean carbonatos y bicarbonatos o sulfatos y cloruros. La dureza puede ser reducida por el método de cal – soda, en el cual el óxido de calcio, Ca(OH)2 cal viva o apagada reacciona con la dureza temporal bicarbonática, produciendo precipitados de Ca o Mg y la soda ash(Na2Co3) (sulfatos y cloruros), produciendo también precipitados de Ca y Mg. Estos precipitados son removidos por decantación y filtración.

¿Cómo Influye la Dureza del H2O en la Calidad Final de los Alimentos?:

el empleo de H2O con dureza (proviene del carbonato de calcio) y en el escaldado de vegetales reduce la absorción de agua totalmente carente de cationes también ejerce efectos negativos en estos productos. En el caso de las frutas que contiene pectinas, los iones divalentes producen una mayor rigidez.

El agua es el principal componente de muchos alimentos, teniendo cada alimento su propio y característico contenido de este componente. El agua en la cantidad, localización y orientación apropiados influyen profundamente en la estructura, aspecto y sabor de los alimentos y en su susceptibilidad a la alteración debido a que la mayoría de los alimentos frescos contienen grandes cantidades de agua, se necesitan modos de conservación eficaces si se desea su almacenamiento a largo plazo.

¿Cuáles son los Métodos de Cloración de H2O?:

según las normas COVENIN los métodos son:

1. Este método se basa en que en una solución neutra o ligeramente alcalina, el cromato de potasio puede indicar el punto final de la titulación de cloruros con nitratos de plata. El cloruro de plata es precipitado cuantitativamente antes de que el cromato de plata rojo se haya formado.

2. Método de Mohr:

   En este método los cloruros de un volumen conocido de agua precipitan en presencia de ácidos nítricos por un exceso de nitrato de plata valorado.

   Este exceso de sal de plata se determina con una solución valorada de sulfocianuro amónico en presencia de alumbre de hierro que actúan como indicador.

3. Método de Charpentier – Volhard:
4. Método de Nitrato de Mercurio:

En este método los cloruros pueden ser titulados con nitrato de mercurio debido a la formación de cloruro de mercurio soluble y ligeramente disociado. En el intervalo de pH 2,3 – 2, 8 la difenilcarbonaza indica el punto final de la titulación por la formación de un complejo púrpura con exceso de iones mercúricos.

Tratamiento que Recibe el Agua antes de Alimentar las Calderas:

• Adición en frío de una determinada dosis de calcio: el calcio y el magnesio de los bicarbonatos precipitan bajo la forma de carbonatos que se eliminan por filtración.
• Cambios iónicos "Permutación" debida a filtros de zeolitas (silicio – aluminatos de sodio) que retienen los iones Ca2+ y Mg2+ y ceden, en su lugar iones Na+, Este intercambio tiene por efecto crear un agua rica en bicarbonatos de sodio (o carbonato de sodio, después de la eliminación del anhídrido carbónico durante la ebullición), fuertemente alcalina y que no es aconsejable como agua bebida.
• Desmineralización por intercambio iónico sobre Resinas Sintéticas: los cationes presentes en el agua se reemplazan por iones hidrógeno y los aniones por iones hidroxilo; tan sólo deja de eliminarse, si el agua la contiene, la sílice (SiO2), que no está ionizada.
• Destilación, aplicable especialmente cuando se dispone de un excedente de calor residual. Hay que resaltar que las aguas desmineralizadas por destilación o intercambio de iones, son muy agresivas frente al hierro, porque los gases, concretamente el oxígeno y el anhídrido carbónico, son muy solubles en ellas; por lo tanto se necesita desgasificarlas antes de introducirlas en un generador de vapor.

Funciones del Agua como proceso en la Industria Alimentaria:

• En las industrias alimentarias el agua se utiliza para diversos fines: producción de vapor, transporte lavado, selección y pelado de productos; fluido de intercambio térmico para el calentamiento y enfriamiento (incluido el enfriamiento de sistemas refrigerantes durante la compresión), condensación de vapores, limpieza de locales y maquinaria, protección contra el fuego, ingrediente en los alimentos, etc.
• El agua utilizada para la preparación o conservación de alimentos deberá satisfacer naturalmente las normas bacteriológicas que existen, salvo que se desinfecte por un procedimiento apropiado o que durante los procesos sufra algún tipo de esterilización.

Ejemplos de Alimentos mas Comunes en la Industria y su Actividad de Agua:

CONCLUSIÓN:

El agua en todo proceso industrial o doméstico, debe tener una calidad físico – química bastante buena para cualquier uso. En general se puede decir que según las normas COVENIN, la normas internacionales y los análisis practicados en el laboratorio;

Al agua natural, potable o de desecho; se le debe determinar:

• El residuo filtrable total, que es el material que queda en el cápsula luego de la evaporación de la muestra de agua.
• El pH del agua, el cual indica la intensidad de acidez que pueda presentar.
• La alcalinidad, la cual va a depender del pH del punto final utilizado en la determinación
• La dureza total, que es la que va a medir el contenido de sales carbonáticas y no carbonáticas asociados con los iones calcio y magnesio (Ca+ mg)
• El Cloro residual, se bsa en que el cloruro a pH 8 o menor, libere el yodolibre de la solución de yoduro de potasio que se encuentre en la muestra.

Bibliografía:

1. Gustavo Rivas Mijares. "Abastecimiento de Agua y Alcantarillados" Segunda edición. Editorial Vegas – Caracas. Pág. 301
2. OWEN R. FENNEMA. "Química de los Alimentos" segunda edición. Editorial Acribia. Zaragoza (España) Pág.21
3. ABERT LENNINGER. "Curso Breve de Bioquímica" ediciones Omega. Barcelona pág. 17
4. Norma Venezolana COVENIN Nº 2342 – 86. Agua Potable. Determinación del Residuo Filtrable Total Secado a 180 ºC (sólidos disueltos).
5. Norma Venezolana COVENIN Nº 2408 – 86. agua. Determinación de Dureza Total y Calcio. Método Volumétrico. Determinación de Magnesio por Cálculo.
6. Norma Venezolana COVENIN Nº 2188 – 84. Agua Potable. Determinación de Alcalinidad.
7. Norma Venezolana COVENIN. Nº 2187 – 84. Agua Potable. Determinación de Acidez.
8. Norma Venezolana COVENIN Nº 2138 – 84. Agua Potable Determinación de Cloruros.
9. SHEPPARD T. POWELL. Manual de Aguas para usos Industriales. Ediciones ciencias y técnicas. Volumen 4.

Documento cedido por:

JORGE L. CASTILLO T.

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