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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
CURSO DE NIVELACIÓN DE CARRERA
TÍTULO DEL PROYECTO DE INTEGRACION DE SABERES
Estudio y análisis de las descargas eléctricas para evitar el daño de aparatos
electrónicos indicando la utilización de pararrayos o conexión a tierra, realizando el
boceto de cada una.
AUTORES:
Virginia Avilés.
Gabriela Ríos.
David Boada.
Alex Quilo.
AULA: V3.
PARALELO: C3. TUTOR:
Ing. Byron Guerrero M.S.c.
PERÍODO: Abril - Agosto del 2014.
QUITO – ECUADOR
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR.
Resumen:
Acción de resumir. Exposición sumaria de una cosa. Expresar en pocas palabras lo
esencial de lo que se ha dicho o escrito más extensamente.
Este proyecto trata de mostrar la importancia de los pararrayos que es un instrumento
cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, atraer y conducir la
descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daño a las personas o construcciones
en este proyecto se hará una demostración gráfica y de prototipo por medio de una
maqueta de el pararrayos, también se mencionara los tipos y se los comparara. Este
trabajo consta de un poco de la historia de estos objetos y su importancia.
INTRODUCCION:
Por lo general muchas personas desconocen de la importancia de los pararrayos, pues
no se dan cuenta o no ponen la debida atención, ya que la mayoría de casas están
protegidas por medio de esta conexión. Sin embargo, no todos los pararrayos son
iguales pues se debe utilizar el adecuado dependiendo de las necesidades de cada
hogar o construcción.
Gracias a la tecnología se ha podido adquirir mayor información acerca de esto, aun
así no parece ser suficiente, ya que no todas las casas están equipadas de este
importante artefacto y las personas que viven en ellas corren mucho peligro.
CAPITULO I
EL PROBLEMA
1. Planteamiento del problema
El rayo es un fenómeno meteorológico que genera severos efectos térmicos,
eléctricos y mecánicos, en función de su energía mediante la descarga.
La elevada intensidad de un rayo puede provocar un paro cardiaco o respiratorio
por electrocución de un ser vivo, debido al paso de corriente de descarga. El
impacto directo de un rayo provoca daños en las estructuras de edificios,
antenas de telecomunicación, industrias, etc.
Es por eso que se recomienda implementar el uso de pararrayos pues estos
absorben el rayo, con el objetivo de proteger con la mayor eficacia posible a las
personas y bienes materiales.
OBJETIVOS:
Objetivo general:
Reducir el daño o perdida de aparatos electrónicos con la descarga de rayos que se
generan en las tormentas, por lo que se propone el uso de pararrayos o conexión a
tierra.
Objetivos específicos:
Determinar la importancia del uso de los pararrayos en los hogares y edificios.
Contribuir para que las personas que desconocen de este tema lo entiendan y lo
apliquen.
Investigación de los elementos químicos que conforman la conexión de un pararrayos y la conexión a tierra para reducir el daño de los aparatos electrónicos por acción de las descargas eléctricas.
JUSTIFICACION:
El pararrayos tiene la función de atraer los rayos para evitar que caigan en otros
lugares peligrosos como los techos de casas afectando bienes materiales como
electrodomésticos.
Es de vital importancia que el pararrayos este en un lugar bien alto, por encima de
cualquier otra estructura que pueda haber en la zona. Los rayos se rigen or los mismos
principios que la electricidad. Estos nos dicen que la electricidad siempre buscara
moverse por la zona que más fácil le resulte. Y en el caso de los rayos lo mas seguro
es que caiga en el punto más alto, que es también el punto mas cercano al que se
originó el rayo, arriba en la nube.
CAPITULO II
MARCO TEORICO
1. FUNDAMENTACIÓN DE LA PROPUESTA SEGÚN EL
AREA
Descargas eléctricas- Una descarga eléctrica es el pasaje de una corriente eléctrica
que se produce entre dos electrodos, a través de un medio que puede ser sólido,
líquido o gaseoso. Para que haya una descarga eléctrica es condición previa la
existencia de una diferencia de potencial. La descarga tiende al equilibrio de esa
diferencia de potencial, para que no caiga esa diferencia es necesaria una fuente
productora de tensión en forma permanente, sino no existiría descarga.
FUENTE:” tuspreguntas.misrespuestas.com/preg.php?idPregunta=4021”
Aparatos electrónicos- Consiste en una combinación de componentes electrónicos
organizados en circuitos, destinados a controlar y aprovechar las señales eléctricas.
Ejemplo de dispositivo electrónico es un amplificador de sonido que controla el flujo de
energía de un micrófono hacia los altavoces. También son aparatos electrónicos
dispositivos mucho más complejos como puede ser una computadora.
FUENTE: “http://es.wikipedia.org/wiki/Aparato_electr%C3%B3nico”
Pararrayos- Es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para
excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a
las personas o construcciones. Fue inventado en 1752 por Benjamín Franklin. El primer
modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor.
FUENTE: “http://es.wikipedia.org/wiki/Pararrayos”
Conexión a tierra- Es una unión de todos los elementos metálicos que mediante
cables de sección suficiente entre las partes de una instalación y un conjunto de
electrodos, permite la desviación de corrientes de falta o de las descargas de tipo
atmosférico, y consigue que no se pueda dar una diferencia de potencial peligrosa en
los edificios, instalaciones y superficie próxima al terreno.
FUENTE: “http://es.wikipedia.org/wiki/Toma_de_tierra”
Cobre- El cobre (del latín cuprum, y éste del griego kypros),5 cuyo símbolo es Cu, es el
elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color
rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia
del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el
segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y
maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables
eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.
Fuente “http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre”
Carbón-El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica
en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno,
azufre, oxígeno y nitrógeno,1 utilizada como combustible fósil. La mayor parte del
carbón se formó durante el período Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años).2 Es
un recurso no renovable.
Fuente ’’ http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n”
Sal en grano- Se considera que la sal de grano natural es uno de los condimentos más
antiguo del mundo usado desde hace miles de años. La raíz de su palabra viene del
latín salarium que significa pago por sal, la cual se utilizaba en el imperio egipcio para
pagar a los soldados por sus servicios, ya que en ese entonces su precio era muy alto,
por lo que era utilizada principalmente por la nobleza.
Fuente “http://salud.facilisimo.com/blogs/nutricion/la-sal-de-grano-y-sus-
beneficios_921964.html”
Arena-La arena es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. En geología se
denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2
milímetros (mm). Una partícula individual dentro de este rango es llamada «grano de
arena». Una roca consolidada y compuesta por estas partículas se denomina arenisca
(o psamita). Las partículas por debajo de los 0,063 mm y hasta 0,004 mm se
denominan limo, y por arriba de la medida del grano de arena y hasta los 64 mm se
denominan grava.
Fuente “http://es.wikipedia.org/wiki/Arena”
Agua- El agua es una sustancia cuyas moléculas están compuestas por un átomo de
oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Se trata de un líquido inodoro (sin olor), insípido
(sin sabor) e incoloro (sin color), aunque también puede hallarse en estado sólido
(cuando se conoce como hielo) o en estado gaseoso (vapor).
Fuente “http://definicion.de/agua/”
Descripción del contexto donde se pretende aplicar el tema.
Lo vamos a aplicar en el sector de Chillogallo (al sur de Quito). Aplicando una encuesta
a los moradores de dicho sector para determinar cuáles han sido los daños causados
por las descargas eléctricas en sus aparatos electrónicos.
El primer pararrayos
Hace 250 años, durante una tormenta, un hombre desafió a la lluvia y salió a campo
abierto. Llevaba una cometa que en su cola tenía amarrada una pequeña llave de
metal.
La cometa comenzó a volar entre las sombras y la lluvia. Instantes después se escuchó
un terrible trueno. El hombre vio cómo un resplandor intersectaba la llave atada en la
cola de la cometa. El experimento demostraba que el metal atraía el poder destructor
de los rayos. ¿Qué pasaría al colocar una varilla en lo alto de un cerro para atraer a los
rayos? ¿Evitaría que éstos cayeran sobre las casas? Así nació el pararrayos, de una
cometa que volaba bajo una noche lluviosa.
Ese hombre, Benjamín Franklin, es una de las personalidades más creativas del siglo
XVIII en Norteamérica. Fue escritor, ensayista, editor, político, diplomático y filántropo,
y es considerado el padre de la Independencia americana.
Su experimento para atraer una descarga eléctrica a través de una cometa durante una
tormenta, fue tan famoso que muchos científicos quisieron repetirlo, con tan mala
suerte que muchos murieron electrocutados en el intento.
Fuente:
Los inventos que cambiaron el mundo - Julio Guzmán Ludovic /Por Kassiopea.
/Etiquetas: Inventos
La gran pregunta
¿Por qué atraer la descarga del rayo a una zona que queremos proteger?
¿No sería mejor evitar la descarga y concentrarla en zonas no urbanizadas o
industriales?
A estas preguntas trataremos de responder en este trabajo. Hablaremos de los rayos y
descargas eléctricas, los problemas que causan, actividades sensibles humanas a la
actividad eléctrica, etc., y terminaremos con los sistemas de protección que
actualmente disponemos.
Diariamente en el mundo se producen unas 44.000 tormentas y se generan más de
8.000.000 de rayos según el sistema de detección mundial de meteorología.
No hay duda del gran peligro asociado al fenómeno rayo junto con sus efectos
destructivos por el impacto directo o indirecto; por ese motivo estamos sensibilizando a
la población a revisar las necesidades de protección del impacto directo del rayo y la
efectividad de los sistemas actuales de pararrayos.
La prevención. Es una responsabilidad de todos, la necesidad de una protección eficaz
del rayo es evidente en muchas actividades humanas. Quien se tiene que proteger
somos nosotros, no tenemos que excitar ni atraer la descarga brutal del rayo. Tenemos
que transferir la carga eléctrica atmosférica pacíficamente, antes de que el rayo se
forme y evitar, así, su caída o impacto directo.
Sus efectos.
El cuerpo humano es una máquina bioeléctrica, polarizada eléctricamente y toda la
actividad electromagnética del entorno nos afecta. Cada impacto de rayo genera una
radiación o pulso electromagnético peligroso para las personas.
Los impactos de rayo directos son destructores y mortales
Cuando el rayo impacta en un punto, genera varios efectos debido a la
desproporcionada y devastadora energía transferida. Los fenómenos repercutidos
serán de diferente gravedad en función de la intensidad de la descarga.
Fenómenos repercutidos:
1. Ópticos.
2. Acústicos.
3. Electroquímicos.
4. Térmicos.
5. Electrodinámicos.
6. Electromagnéticos.
Los impactos de rayos indirectos son muy peligrosos, generan fuertes tensiones de
paso.
La distancia y potencial de la descarga generará diferentes efectos que afectará
directamente al cuerpo humano.
.
Resumimos los diferentes efectos físicos que pueden ocasionar a las personas, si nos
encontramos dentro de un radio de acción inferior a 120 metros del impacto-
Efectos físicos:
1. Quemaduras en la piel.
2. Rotura del tímpano.
3. Lesiones en la retina.
4. Caída al suelo por onda expansiva.
5. Caída al suelo por agarrotamiento muscular debido a una tensión de paso ligera.
6. Lesiones pulmonares y lesiones óseas.
7. Estrés pos-traumático.
8. Muerte por:
a. Paro cardiaco.
b. Paro respiratorio.
c. Lesiones cerebrales.
Extracto de la Tesis doctoral en Medicina del Doctor Cauman Laurent..
2. INTRODUCCIÓN AL CONOCIMIENTO CIENTÍFICO
(Integración de saberes).
OBJETIVO DE QUIMICA
Investigación de los elementos químicos que conforman la conexión de un pararrayos y la conexión a tierra para reducir el daño de los aparatos electrónicos por acción de las descargas eléctricas.
Descargas eléctricas naturales
Rayos y relámpagos
El rayo es una poderosa descarga electrostática natural producida durante una tormenta eléctrica. La descarga eléctrica precipitada del rayo es acompañada por la emisión de luz (el relámpago). La electricidad (corriente eléctrica) que pasa a través de la atmósfera calienta y se expande rápidamente el aire, produciendo el ruido característico del trueno del relámpago.
Tanto los rayos como los relámpagos, que aunque nos lo parezca no significan lo mismo, son fenómenos meteorológicos consistentes en descargas eléctricas engendradas en el interior de un condensador natural que se propagan a través de un dieléctrico como es el aire -un dieléctrico es una sustancia que es mala conductora de la electricidad y que amortigua la fuerza de un campo eléctrico que la atraviese-.
Según el origen y destino de estas descargas en la atmósfera terrestre, se pueden clasificar en cuatro grupos:
• Descargas entre nube y tierra • Descargas dentro de una misma nube (intranubes) • Descargas entre una nube y otra nube (internubes) • Descargas entre una nube y la ionosfera
De todos estos cuatro casos, el primero es el único en el que podemos hablar propiamente de rayo, ya que los restantes tres casos son los que se conocen y denominan como relámpagos. Por tanto, se define como rayo exclusivamente la descarga eléctrica que se produce entre una nube y la superficie de la tierra. Los relámpagos por su parte no conllevan ningún otro tipo de peligrosidad asociada para el hombre, a excepción del caso mencionado de aviones en vuelo, calculándose que la aparición de estas descargas entre nubes es del 80% mayor que la de los rayos, que se derivan hacia tierra.
Con respecto a las descargas que se producen entre una nube y la ionosfera (disparo ascendente), ésta se conocen como “espíritus” o, más comúnmente, “duendes”.
FUENTE: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Lightnings_sequence_1.jpg Secuencia del relámpago, dura 0.32 segundos
Cómo se forma el relámpago
El primer proceso en la generación del relámpago es la separación de cargas positivas y negativas dentro de una nube. Los cristales de hielo dentro de las nubes cumulonimbos se frotan entre sí debido a las corrientes aéreas ascendentes fuertes en estas nubes, acumulando así una carga estática fuerte. Los cristales positivamente cargados tienden a ascender lo que hace que la capa superior de la nube acumule una carga estática positiva. Los cristales negativamente cargados y los granizos caen a las capas del centro y del fondo de la nube que acumula una carga estática negativa. Las nubes cumulonimbos que no producen suficientes cristales de hielo, en general, no pueden producir bastante electricidad estática para causar el rayo.
El relámpago puede también ocurrir como resultado de las erupciones volcánicas o de los fuegos violentos del bosque que generan el suficiente polvo para crear una carga estática.
Rayo sobre la ciudad de Toronto
Fuente: http://www.taringa.net/posts/offtopic/112380/Rayos-y-relampagos-alto-voltaje-en-la-naturaleza.html
El segundo proceso es la acumulación de cargas positivas en la tierra debajo de las nubes. La tierra normalmente se carga negativamente con respecto a la atmósfera. Pero como la tormenta eléctrica pasa sobre la tierra, las cargas negativas en el fondo de la nube cumulonimbos causan que las cargas positivas se reúnan en la superficie en un radio de varios kilómetros a la redonda y se concentren en objetos verticales como árboles y edificios altos.
El tercer proceso es la generación del relámpago. Cuando las cargas negativas y positivas se reúnen de esta manera, se produce una descarga eléctrica dentro de las nubes o entre las nubes y la tierra, produciendo el relámpago.
Relámpago sobre la ciudad de Oradea, Rumania.
Fuente: http://www.taringa.net/posts/offtopic/112380/Rayos-y-relampagos-alto-voltaje-en-la-naturaleza.html
Génesis de los rayos
Desde la antigüedad, el rayo se ha asociado en muchas culturas a la intervención divina y siempre como una forma de castigo de ésta hacia el hombre. Sin embargo, ya los etruscos empezaron a sospechar que era el choque entre nubes la fuente generadora del rayo (J. Areitio). Pero no fue hasta 1752, con Benjamín Franklin, famoso inventor del pararrayos, cuando se logra establecer científicamente la relación existente entre las formaciones nubosas y las descargas eléctricas que se originan en su seno. Así, por medio de experimentos se descubrió que las tormentas —en cuyo seno se produce una gran liberación de energía que se manifiesta en forma de fuertes precipitaciones, intensas rachas de viento y abundante aparato eléctrico— se cargan eléctricamente como si se tratara de una enorme pila, esto es, con el polo negativo en su base y el polo positivo en su cúpula.
El proceso completo sería el siguiente:
1º. El aire caliente de las capas inferiores de la atmósfera tiende a subir y a medida que lo hace, al encontrarse con otras masas de aire más frío que la corriente ascendente, ésta se va enfriando y condensando en forma de minúsculas gotitas de agua que, bajo determinadas condiciones de verticalidad o convectividad, humedad, temperatura y disparo orográfico da lugar a enormes formaciones nubosas denominadas cumulonimbos, con forma de castillo (de ahí también el nombre de cumulus castellanus) o yunque (al expandirse horizontalmente la parte superior de la nube al aproximarse a la tropopausa), y que ahora se viene a denominar súper célula (K. A. Browning).
2º. Al exponerse al umbral de los 0º C y por debajo de esta temperatura de congelación, las gotas de agua comienzan a cristalizarse en hielo al tiempo que empiezan a darse las condiciones para que se puedan fraguar distintos fenómenos naturales ligados a los cumulonimbos que, además de precipitaciones intensas, son también los huracanes, tornados, granizadas, rayos, relámpagos y, por supuesto, los truenos que acompañan a los destellos luminosos. En el núcleo del cumulonimbo hidrometeoros de granizo y cristales de hielo empiezan a golpearse y colisionar entre sí y contra otras gotas de agua que, a pesar de estar sometidas a temperaturas de varios grados bajo cero no llegan a cristalizar, provocando que los hidrometeoros se carguen eléctricamente: las partículas más grandes se precipitan por gravedad hacia la base de la nube, cargándose negativamente, mientras que las más pequeñas —menos de 100 micrómetros— continúan ascendiendo hasta la cúpula del cumulonimbo, cargándose positivamente. Así es como adopta esa forma de pila eléctrica, donde el polo negativo se sitúa en la parte central y baja de la nube y el polo positivo en la parte más alta (dipolo tormentoso).
3º. A continuación el granizo precipitado se carga positivamente en su caída al llegar a
la misma base de la nube, creando una pequeña zona de carga positiva sin neutralizar en la parte más inferior de la célula tormentosa, que da lugar al tripolo tormentoso, estructura fundamental para que se produzcan las descargas eléctricas. En palabras de E.N. Anagnostou y T.G. Chronis, un núcleo tormentoso típico tiene tres regiones distintivas de carga: una región superior cargada positivamente de –30º C, una negativa intermedia de unos –10º C y una mixta positiva y negativa en torno a la isoterma de 0º C.
En esta zona del cumulonimbo, entre esa pequeña carga positiva subyacente y la carga negativa inferior se produce una pequeña chispa que desencadena una descarga-guía que va progresando a través del aire de forma escalonada y con múltiples ramificaciones, que le dan al destello luminoso ese aspecto dentado y nérveo que nosotros podemos contemplar, rasgando el aire por la parte que ofrece menor resistencia. Por inducción eléctrica de la carga negativa de la nube, la superficie de la tierra, habitualmente con carga negativa, invierte su polaridad convirtiéndose en positiva, y esto hace que la descarga eléctrica que se dirige hacia el suelo bajo determinadas condiciones sea atraída por éste, dando lugar al rayo.
Pero no todos los rayos nacen necesariamente del seno de una tormenta. Las erupciones volcánicas, por ejemplo, provocan una importante fuente de calor atípica que al elevarse en el aire se expone a una rápida condensación, iniciando con ello el proceso generador del rayo.
Por último debemos decir que si las formaciones nubosas no van acompañadas de rayos o relámpagos, además de precipitaciones intensas en cualquiera de sus posibles estados (agua, nieve o granizo), no las podemos clasificar como tormentas.
Mitos y errores
En la actualidad se conservan algunas ideas erróneas con respecto a la caída y la protección contra los rayos.
A continuación se detallan las más comunes:
- Los rayos no caen dos veces en el mismo lugar Se ha comprobado mediante fotografías que cualquier edificio o estructura metálica puede ser alcanzada varias veces durante una tormenta.
- El lugar más seguro durante una tormenta de rayos está bajo un árbol alto. Los árboles, debido a su altura, son propensos a ser alcanzados por rayos y, por tanto, son verdaderamente peligrosos durante las tormentas eléctricas violentas.
- Los rayos siempre están asociados con truenos No es así. Se observan numerosísimos casos de rayos sin truenos por factores diversos
- Los observadores que esperan los truenos para contar los rayos pueden perderse hasta un 40% de estos últimos. Algunas veces se ven los rayos, pero no se escuchan los truenos.
- Antiguamente también se creía que un paraguas conectado a tierra mediante un conducto metálico protegía contra el relámpago.
Impactos de rayo
Como es sabido, el rayo tiende a caer en lugares altos que lo conduzcan hasta la tierra, lugar a donde debe ir a parar. Por norma general un objeto cubre el doble de distancia a la redonda que su altura, es decir, si un cuerpo mide 10 mts. Todos los rayos que caigan en un radio de 20 mts. Caerán, generalmente sobre él.
En caso de sufrir la caída de un rayo la probabilidad de muerte no es tan dramática como parece, ya que el 94% de los afectados sobreviven. No obstante hay que tener presente que si bien el impacto no resulta mortal, las secuelas pueden ser permanentes.
Datos relevantes
Tensión entre nube y un objeto a tierra: 1.000 a 1.000 millones de V Intensidades de descarga: 5 a 300 millones de Amperios di/dt: 7,5 kA/s a 500 kA/s Frecuencia: 1 kHz a 1 MHz Tiempo: 10 Microsegundos a 100 ms Temperatura superior a: 27.000 ºC Propagación del sonido del relámpago: 340 m/s Propagación de la luz del relámpago c = 300.000 km/s Campo electrostático por metro de elevación sobre la superficie de la tierra: 10 kW.
Fuentes: http://es.wikipedia.org/wiki/Rayo http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Lightnings http://www.proteccioncivil-andalucia.org/Emergencias/RayosyRelampagos.htm http://www.practiciencia.com.ar/ctierrayesp/tierra/atmosfera/atmosfera/troposfera/fenomelec/rayo/index.html
Pararrayos y conexión a tierra
Cobre
El cobre cuyo símbolo es Cu, es el elemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.
El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces y latones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas.
Fue uno de los primeros metales en ser utilizado por el ser humano en la prehistoria. El cobre y su aleación con el estaño, el bronce, adquirieron tanta importancia que los historiadores han llamado Edad del Cobre y Edad del Bronce a dos periodos de la Antigüedad. Aunque su uso perdió importancia relativa con el desarrollo de la siderurgia, el cobre y sus aleaciones siguieron siendo empleados para hacer objetos tan diversos como monedas, campanas y cañones. A partir del siglo XIX, concretamente de la invención del generador eléctrico en 1831 por Faraday, el cobre se convirtió de nuevo en un metal estratégico, al ser la materia prima principal de cables e instalaciones eléctricas.
El cobre posee un importante papel biológico en el proceso de fotosíntesis de las plantas, aunque no forma parte de la composición de la clorofila. El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es un oligoelemento esencial para la vida humana.
El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo. El desequilibrio de cobre ocasiona en el organismo una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson.
El cobre es el tercer metal más utilizado en el mundo, por detrás del hierro y el aluminio. La producción mundial de cobre refinado se estimó en 15,8 Mt. En el 2006, con un déficit de 10,7 % frente a la demanda mundial proyectada de 17,7 Mt. Los pórfidos cupríferos constituyen la principal fuente de extracción de cobre en el mundo.
Isótopos
En la naturaleza se encuentran dos isótopos estables: 63Cu y 65Cu. El más ligero de ellos es el más abundante (69,17 %). Se han caracterizado hasta el momento 25 isótopos radiactivos de los cuales los más estables son el 67Cu, el 64Cu y el 61Cu con periodos de semidesintegración de 61,83 horas, 12,70 horas y 3,333 horas respectivamente. Los demás radioisótopos, con masas atómicas desde 54,966 uma (55Cu) a 78,955 uma (79Cu), tienen periodos de semidesintegración inferiores a 23,7 minutos y la mayoría no alcanzan los 30 segundos. Los isótopos 68Cu y 70Cu presentan estados metaestables con un periodo de semidesintegración mayor al del estado fundamental.
Los isótopos más ligeros que el 63Cu estable se desintegran principalmente por emisión beta positiva, originando isótopos de níquel, mientras que los más pesados que el isótopo 65Cu estable se desintegran por emisión beta negativa dando lugar a isótopos de cinc. El isótopo 64Cu se desintegra generando 64Zn, por captura electrónica y emisión beta positiva en un 69 % y por desintegración beta negativa genera 64Ni en el 31 % restante.
Propiedades y características del cobre
Propiedades físicas
El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones, siendo el tercer metal, después del hierro y del aluminio, más consumido en el mundo. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. Es un material abundante en la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de forma indefinida; forma aleaciones para mejorar las prestaciones mecánicas y es resistente a la corrosión y oxidación.
La conductividad eléctrica del cobre puro fue adoptada por la Comisión Electrotécnica Internacional en 1913 como la referencia estándar para esta magnitud, estableciendo el International Annealed Copper Standard (Estándar Internacional del Cobre Recocido) o IACS. Según esta definición, la conductividad del cobre recocido medida a 20 °C es igual a 5,80 × 107 S/m. A este valor de conductividad se le asigna un índice 100 % IACS y la conductividad del resto de los materiales se expresa en porcentaje de IACS. La mayoría de los metales tienen valores de conductividad inferiores a 100 % IACS pero existen excepciones como la plata o los cobres especiales de muy alta conductividad designados C-103 y C-110.
Propiedades mecánicas
Tanto el cobre como sus aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fáciles de mecanizar. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs (50 en la escala de Vickers) y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa. Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas.
Características químicas
En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1.
Expuesto al aire, el color rojo salmón, inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO).La coloración azul del Cu+2 se debe a la formación del ion [Cu (OH2)6]+2.
Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.También pueden formarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa de acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de cobre reaccionan con ácido acético, que es el responsable del sabor del vinagre y se produce en procesos de fermentación acética. Al emplear utensilios de cobre para la cocción de alimentos, deben tomarse precauciones para evitar intoxicaciones por cardenillo que, a pesar de su mal sabor, puede ser enmascarado con salsas y condimentos y ser ingerido.
Los halógenos atacan con facilidad al cobre, especialmente en presencia de humedad. En seco, el cloro y el bromo no producen efecto y el flúor sólo le ataca a temperaturas superiores a 500 °C. El cloruro cuproso y el cloruro cúprico, combinados con el oxígeno y en presencia de humedad producen ácido clorhídrico, ocasionando unas manchas de atacamita o paratacamita, de color verde pálido a azul verdoso, suaves y polvorientas que no se fijan sobre la superficie y producen más cloruros de cobre, iniciando de nuevo el ciclo de la erosión.
Los ácidos oxácidos atacan al cobre, por lo cual se utilizan estos ácidos como decapantes (ácido sulfúrico) y abrillantadores (ácido nítrico). El ácido sulfúrico reacciona con el cobre formando un sulfuro, CuS (covelina) o Cu2S (calcocita) de color negro y agua. También pueden formarse sales de sulfato cúprico (antlerita) con colores de verde a azul verdoso. Estas sales son muy comunes en los ánodos de los acumuladores de plomo que se emplean en los automóviles.
El ácido cítrico disuelve el óxido de cobre, por lo que se aplica para limpiar superficies de cobre, lustrando el metal y formando citrato de cobre. Si después de limpiar el cobre con ácido cítrico, se vuelve a utilizar el mismo paño para limpiar superficies de plomo, el plomo se bañará de una capa externa de citrato de cobre y citrato de plomo con un color rojizo y negro.
Propiedades biológicas
En las plantas, el cobre posee un importante papel en el proceso de la fotosíntesis y forma parte de la composición de la plastocianina. Alrededor del 70 % del cobre de una planta está presente en la clorofila, principalmente en los cloroplastos. Los primeros síntomas en las plantas por deficiencia de cobre aparecen en forma de hojas estrechas y retorcidas, además de puntas blanquecinas. Las panículas y las vainas pueden aparecer vacías por una deficiencia severa de cobre, ocasionando graves pérdidas económicas en la actividad agrícola.
El cobre contribuye a la formación de glóbulos rojos y al mantenimiento de los vasos sanguíneos, nervios, sistema inmunitario y huesos y por tanto es esencial para la vida humana. El cobre se encuentra en algunas enzimas como la citocromo c oxidasa, la lisil oxidasa y la superóxido dismutasa.
El desequilibrio de cobre en el organismo cuando se produce en forma excesiva ocasiona una enfermedad hepática conocida como enfermedad de Wilson, el origen de esta enfermedad es hereditario, y aparte del trastorno hepático que ocasiona también daña al sistema nervioso. Se trata de una enfermedad poco común.
Puede producirse deficiencia de cobre en niños con una dieta pobre en calcio, especialmente si presentan diarreas o desnutrición. También hay enfermedades que disminuyen la absorción de cobre, como la enfermedad celiaca, la fibrosis quística o al llevar dietas restrictivas.
El cobre se encuentra en una gran cantidad de alimentos habituales de la dieta tales como ostras, mariscos, legumbres, vísceras y nueces entre otros, además del agua
potable y por lo tanto es muy raro que se produzca una deficiencia de cobre en el organismo.
Aleaciones y tipos de cobre
Desde el punto de vista físico, el cobre puro posee muy bajo límite elástico (33 MPa) y una dureza escasa (3 en la escala de Mohs ó 50 en la escala de Vickers). En cambio, unido en aleación con otros elementos adquiere características mecánicas muy superiores, aunque disminuye su conductividad. Existe una amplia variedad de aleaciones de cobre, de cuyas composiciones dependen las características técnicas que se obtienen, por lo que se utilizan en multitud de objetos con aplicaciones técnicas muy diversas. El cobre se alea principalmente con los siguientes elementos: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si, Cd, Cr y otros en menor cuantía.
Latón (Cu-Zn)
El latón, también conocido como cuzin, es una aleación de cobre, cinc (Zn) y, en menor proporción, otros metales. Se obtiene mediante la fundición de sus componentes en un crisol o mediante la fundición y reducción de menas sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50 %. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos se deforman plásticamente produciendo láminas, varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar alambres. Su densidad depende de su composición y generalmente ronda entre 8,4 g/cm³ y 8,7 g/cm³.
Las características de los latones dependen de la proporción de elementos que intervengan en la aleación de tal forma que algunos tipos de latón son maleables únicamente en frío, otros exclusivamente en caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de latones se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión.
El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir. Es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es maleable, por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía la temperatura y con la presencia, incluso en cantidades mínimas, de otros metales en su composición.
Bronce (Cu-Sn)
Las aleaciones en cuya composición predominan el cobre y el estaño (Sn) se conocen con el nombre de bronce y son conocidas desde la antigüedad. Hay muchos tipos de bronces que contienen además otros elementos como aluminio, berilio, cromo o silicio. El porcentaje de estaño en estas aleaciones está comprendido entre el 2 y el 22 %. Son de color amarillento y las piezas fundidas de bronce son de mejor calidad que las de latón, pero son más difíciles de mecanizar y más caras.
El bronce se emplea especialmente en aleaciones conductoras del calor, en baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas, tuberías y uniones de fontanería. Algunas aleaciones de bronce se usan en uniones deslizantes, como cojinetes y descansos, discos de fricción; y otras aplicaciones donde se requiere alta resistencia a la corrosión como rodetes de turbinas o válvulas de bombas, entre otros elementos de máquinas. En algunas aplicaciones eléctricas es utilizado en resortes.
Alpaca (Cu-Ni-Zn)
Las alpacas o platas alemanas son aleaciones de cobre, níquel (Ni) y zinc (Zn), en una proporción de 50-70 % de cobre, 13-25 % de níquel, y 13-25 % de zinc. Sus propiedades varían de forma continua en función de la proporción de estos elementos en su composición, pasando de máximos de dureza a mínimos de conductividad. Estas aleaciones tienen la propiedad de rechazar los organismos marinos (antifouling). Si a estas aleaciones de cobre-níquel-cinc se les añaden pequeñas cantidades de aluminio o hierro constituyen aleaciones que se caracterizan por su resistencia a la corrosión marina, por lo que se utilizan ampliamente en la construcción naval, principalmente en condensadores y tuberías, así como en la fabricación de monedas y de resistencias eléctricas.
Las aleaciones de alpaca tienen una buena resistencia a la corrosión y buenas cualidades mecánicas. Su aplicación se abarca materiales de telecomunicaciones, instrumentos y accesorios de fontanería y electricidad, como grifos, abrazaderas, muelles, conectores. También se emplea en la construcción y ferretería, para elementos decorativos y en las industrias químicas y alimentarias, además de materiales de vajillas y orfebrería.
El monel es una aleación que se obtiene directamente de minerales canadienses y tiene una composición de Cu=28-30 %, Ni=66-67 %, Fe=3-3,5 %. Este material tiene gran resistencia a los agentes corrosivos y a las altas temperaturas.
Otro tipo de alpaca es el llamado platinoide, aleación de color blanco compuesta de 60 % de cobre,14 % de níquel, 24 % de cinc y de 1-2 % de wolframio.
Aplicaciones y usos del cobre
Ya sea considerando la cantidad o el valor del metal empleado, el uso industrial del cobre es muy elevado. Es un material importante en multitud de actividades económicas y ha sido considerado un recurso estratégico en situaciones de conflicto.
Cobre metálico
El cobre se utiliza tanto con un gran nivel de pureza, cercano al 100 %, como aleado con otros elementos. El cobre puro se emplea principalmente en la fabricación de cables eléctricos.
Electricidad y telecomunicaciones
Cable eléctrico de cobre.
Fuente: “http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre”
El cobre es el metal no precioso con mejor conductividad eléctrica. Esto, unido a su ductilidad y resistencia mecánica, lo han convertido en el material más empleado para fabricar cables eléctricos, tanto de uso industrial como residencial. Asimismo se emplean conductores de cobre en numerosos equipos eléctricos como generadores, motores y transformadores. La principal alternativa al cobre en estas aplicaciones es el aluminio.
También son de cobre la mayoría de los cables telefónicos, los cuales además posibilitan el acceso a Internet. Las principales alternativas al cobre para telecomunicaciones son la fibra óptica y los sistemas inalámbricos. Por otro lado, todos los equipos informáticos y de telecomunicaciones contienen cobre en mayor o menor medida, por ejemplo en sus circuitos integrados, transformadores y cableado interno.
Medios de transporte
El cobre se emplea en varios componentes de coches y camiones, principalmente los radiadores (gracias a su alta conductividad térmica y resistencia a la corrosión), frenos y cojinetes, además naturalmente de los cables y motores eléctricos. Un coche pequeño contiene en total en torno a 20 kg de cobre, subiendo esta cifra a 45 kg para los de mayor tamaño.
También los trenes requieren grandes cantidades de cobre en su construcción: 1 - 2 toneladas en los trenes tradicionales y hasta 4 toneladas en los de alta velocidad. Además las catenarias contienen unas 10 toneladas de cobre por kilómetro en las líneas de alta velocidad.
Por último, los cascos de los barcos incluyen a menudo aleaciones de cobre y níquel para reducir el ensuciamiento producido por los seres marinos.
Construcción y ornamentación.
Una gran parte de las redes de transporte de agua están hechas de cobre o latón, debido a su resistencia a la corrosión y sus propiedades anti-bacterianas, habiendo quedado las tuberías de plomo en desuso por sus efectos nocivos para la salud humana. Frente a las tuberías de plástico, las de cobre tienen la ventaja de que no arden en caso de incendio y por tanto no liberan humos y gases potencialmente tóxicos.
El cobre y, sobre todo, el bronce se utilizan también como elementos arquitectónicos y revestimientos en tejados, fachadas, puertas y ventanas. El cobre se emplea también a menudo para los pomos de las puertas de locales públicos, ya que sus propiedades anti-bacterianas evitan la propagación de epidemias.
Dos aplicaciones clásicas del bronce en la construcción y ornamentación son la realización de estatuas y de campanas.
El sector de la construcción consume actualmente (2008) el 26 % de la producción mundial de cobre.
Cobre no metálico
El sulfato de cobre (II) también conocido como sulfato cúprico es el compuesto de cobre de mayor importancia industrial y se emplea como abono y pesticida en agricultura, alguicida en la depuración del agua y como conservante de la madera.
El sulfato de cobre está especialmente indicado para suplir funciones principales del cobre en la planta, en el campo de las enzimas: oxidasas del ácido ascórbico, polifenol, citocromo, etc. También forma parte de la plastocianina contenida en los cloroplastos y que participa en la cadena de transferencia de electrones de la fotosíntesis. Su absorción se realiza mediante un proceso activo metabólicamente. Prácticamente no es afectado por la competencia de otros cationes pero, por el contrario, afecta a los demás cationes. Este producto puede ser aplicado a todo tipo de cultivo y en cualquier zona climática en invernaderos.
Para la decoración de azulejos y cerámica, se realizan vidriados que proporcionan un brillo metálico de diferentes colores. Para decorar la pieza una vez cocida y vidriada, se aplican mezclas de óxidos de cobre y otros materiales y después se vuelve a cocer la pieza a menor temperatura. Al mezclar otros materiales con los óxidos de cobre pueden obtenerse diferentes tonalidades. Para las decoraciones de cerámica, también se emplean películas metálicas de plata y cobre en mezclas coloidales de barnices cerámicos que proporcionan tonos parecidos a las irisaciones metálicas del oro o del cobre.
Un pigmento muy utilizado en pintura para los tonos verdes es el cardenillo, también conocido en este ámbito como verdigris, que consiste en una mezcla formada principalmente por acetatos de cobre, que proporciona tonos verdosos o azulados.
Alambre de cobre desnudo
Bobina de alambre desnudo.
Fuente: “http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre”
El alambre de cobre desnudo se produce a partir del alambrón y mediante un proceso de desbaste y con un horno de recocido. Se obtiene alambre desnudo formado por un hilo de cobre electrolítico en tres temples, duro, semiduro y suave y se utiliza para usos eléctricos se produce en una gama de diámetros de 1 mm a 8 mm y en bobinas que pueden pesar del orden de 2250 kg. Este alambre se utiliza en líneas aéreas de distribución eléctrica, en neutros de subestaciones, conexiones a tierra de equipos y sistemas y para fabricar hilos planos, esmaltados y multifilares que pueden tener un diámetros de 0,25/0,22 mm. Está fabricado a base de cobre de alta pureza con un contenido mínimo de 99,9 % de Cu. Este tipo de alambre tiene una alta conductividad, ductilidad y resistencia mecánica así como gran resistencia a la corrosión en ambientes salobres.
Otros datos:
Número atómico: 29 Peso atómico: 63.546 Símbolo atómico: Cu Punto de fusión: 1084,6° C Punto de ebullición: 2562° C
Fuente: “http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre”
Carbón
El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno, utilizada como combustible fósil. La mayor parte del carbón se formó durante el período Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años). Es un recurso no renovable.
Formación del carbón
El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad. Los restos vegetales se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire, que los degradaría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no necesitan oxígeno para vivir. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonización. Se estima que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por diferentes procesos durante la diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos.
En las cuencas carboníferas las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón.
Si, por ejemplo, un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido, por descenso del continente o por una transgresión marina, y los restos vegetales se acumulan en la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo.
En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbón como en las rocas intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical.
Tipos de carbón
Principales tipos de carbón
Existen numerosas variedades de carbón, las cuales se pueden clasificar según características como:
humedad porcentaje en materias minerales no combustibles(cenizas) el poder calorífico inflamabilidad, en conexión con el porcentaje de elementos volátiles.
El análisis elemental es un ensayo químico que proporciona la fracción másica de cada uno de los cinco elementos que componen principalmente todos los tipos de carbón: carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O), hidrógeno (H), azufre (S).
La mayoría de los países productores de carbón tienen su propia clasificación de tipos de carbón, sin embargo para el comercio internacional es la clasificación americana (ASTM) la más utilizada.
Aplicaciones
El carbón suministra el 25% de la energía primaria consumida en el mundo, sólo por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con 40% de la producción mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbón son:
1. Generación de energía eléctrica. Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presión. Otra tecnología en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de síntesis obtenido mediante la gasificación del carbón.
2. Coque. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbón, consumiendo en ello 12% de la producción mundial de carbón (cifras de 2003).
3. Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:
1. Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono.2. Acero: entre 0,2 % y 1,2 % de carbono.3. Fundición: más del 1,2 % de carbono.
4. Industrias varias. Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en sus procesos, como las fábricas de cemento y de ladrillos.
5. Uso doméstico. Históricamente el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Aún hoy sigue siendo usado para calefacción, principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice de contaminación.
6. Carboquímica. La carboquímica es practicada principalmente en África del Sur y China. Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de síntesis, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos productos químicos de interés como, por ejemplo:
1. Amoniaco2. Metanol3. Gasolina y gasóleo de automoción a través del proceso Fischer-Tropsch
(proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de gas de síntesis, CO y H2).
7. Petróleo sintético. Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.
Estas dos últimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha energía, desperdiciando así un tercio del balance energético global. Debido a la crisis del petróleo se han vuelto a utilizar.
Fuente: “http://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n”
Agua
1- CONSIDERACIONES SOBRE EL AGUA EN LA NATURALEZA
El agua, en contacto con la superficie de la tierra al atravesar sus estratos, va enriqueciéndose con las sustancias inorgánicas que encuentra. Favorecen este enriquecimiento los componentes gaseosos que ha absorbido en la atmósfera o que todavía adquiere en su camino subterráneo.
El agua es una solución porque lleva disuelta una cantidad de sales y gases.
Es una suspensión porque en ella se encuentran suspendidos materiales que pueden sedimentar por reposo.
El agua es una dispersión, porque muchos de sus componentes se encuentran al estado coloidal.
2- DISTINTAS CLASES DE AGUA:
En la naturaleza el agua se puede encontrar en distintos lugares y en distintos estados, así por ejemplo la nieve, el hielo y el granizo, la bruma, las nubes, los arroyos y ríos, el mar, son nada mas que agua en sus tres estados: Líquido, sólido y gaseoso.
AGUA SUBTERRANEA: Es la que corre con pequeña velocidad por debajo de la superficie terrestre. El agua subterránea que por su camino natural sale a la superficie, se llama manantial.
AGUA SUPERFICIAL: Esta comprende aguas de río, lagos y mares. Las aguas de ríos límpidos pueden servir, convenientemente tratadas, para el abastecimiento de ciudades y de muchas industrias que en ellas se hallan radicadas.
AGUA METEORICA: Corresponde esta denominación al agua de lluvia, nieve, granizo, etc. El agua de lluvia se recoge en cisternas, siendo un agua blanda. En algunas regiones donde el agua blanda escacea, se acostumbra utilizarla para lavar.
Se entiende por agua blanda al agua que posee muy poca cantidad de sales de Ca y Mg. Estas sales cuando se encuentran en altas concentraciones, se combinan con los ácidos grasos del jabón formando jabones de Ca o de Mg, los que son insolubles en agua e impiden la formación de espuma y por supuesto, el lavado.
La mayoría de las industrias de la alimentación utilizan agua como materia prima. Si no la utilizan en la composición de sus productos, por lo menos la utilizan en el lavado de los recipientes o como alimentación de las calderas, para lo cual debe reunir determinadas condiciones.
3- POTABILIZACION DEL AGUA
CLARIFICACION: La clarificación elimina la materia orgánica, turbidez y color del agua. Incluye esta operación a la coagulación, sedimentación y filtración.
Coagulación: Mediante esta operación se separan del agua las finísimas partículas que originan turbidez y color.
El coagulante casi universalmente utilizado es Sulfato de Aluminio. Mediante la adición de cantidades conocidas de una solución de esa sal, puede calcularse la cantidad necesaria para coagular las partículas en suspensión en una gran pileta.
Sedimentación: Cuando no es necesario utilizar coagulantes, se deja reposar el agua y por acción de la gravedad sedimentan en el fondo del recipiente todas las partículas en suspensión.
Decantación: Una vez logrado el coágulo por la adición de Sulfato de Aluminio, ésta es la etapa siguiente. Un decantador consiste en un recipiente generalmente rectangular con un volumen suficiente como para permitir que el agua permanezca el tiempo necesario para que los coágulos se depositen en el fondo, formando lo que
comunmente se denominan barros. Posteriormente el agua límpida se elimina por la parte superior del recipiente.
FILTRACION: Al igual que en la operación de laboratorio, la filtración en gran escala consiste en separar un sólido de un líquido por un método físico.
El agua límpida conserva aún algunos materiales en suspensión y es necesario filtrarla para producir una clarificación completa.
Filtro lento de arena: éste sistema, fue el primero en utilizarse a gran escala. Consiste en un lecho de arena que descansa sobre uno de grava. El agua ingresa por la parte superior y se filtra lentamente por la arena fina, operación que se acelera cuando llega a la grava, por la que atraviesa más rápidamente.
DESINFECCION: Aunque la carga microbiana puede haber quedado retenida en el filtro de arena fina, es necesario desinfectar el agua.
A partir de la cloraciòn de las aguas, se han podido controlar la mayoría de las enfermedades de transmisión hídrica como el cólera y las disenterías bacterianas.
El desinfectante utilizado casi universalmente es el gas Cloro, pudiéndose utilizar también el método de la ozonización.
La medida de la concentración de Cloro activo residual en el final de la línea de provisión (grifo domiciliario), garantiza la correcta desinfección del agua. El Código Alimentario Argentino en su Articulo Nº 982 estipula un mínimo de 0,20 mg/L (o p.p.m.) de Cloro.
4- EL AGUA EN ALGUNAS INDUSTRIAS ALIMENTICIAS
Industria del Azúcar: Las aguas que contienen altas concentraciones de Sulfatos o carbonatos y especialmente nitratos, dificultan la cristalización del azúcar. Esta con el tiempo se hace delicuescente. Las aguas que contienen una concentración microbiana relativamente alta hace que el azúcar se descomponga con facilidad durante el almacenaje.
Panaderías: Se requiere agua potable y con el mínimo de materia orgánica que pueda afectar la acción de la levadura.
Industria del alcohol: Las aguas que se emplean deben ser puras y frescas con pocos microorganismos que puedan afectar la fermentación. Los constituyentes minerales no aparecen en el producto debido a que se trata de un destilado.
Industria de la cerveza: El agua destinada a esta industria requiere determinados parámetros biológicos y químicos. No debe contener mucho hierro porque colorea la malta y da a la cerveza un sabor desagradable. Para remojar la cebada no hay demasiada exigencia. Solo debe estar libre de materia orgánica, Nitratos y Amoníaco.
En el agua de elaboración se elige una cierta concentración de sales.
5- TOMA DE MUESTRA PARA ANALISIS QUIMICO:
La muestra de agua debe ser lo mas representativa posible del total del liquido a analizar. Se debe recoger en un recipiente perfectamente limpio y para un examen de potabilidad se recomienda la extracción de por lo menos 1,5 L.
Cuando se adose Cloro activo residual, éste se efectuará de ser posible in situ. Si el período de extracción ha sido demasiado largo, el valor puede variar.
Para la toma de una muestra de agua de red se abrirá el grifo y dejara que el agua corra por lo menos durante 5 minutos de manera de tener purgada toda la cañería que llega desde el tanque.
6- CARACTERÌSTICAS FÌSICAS:
Ya en el laboratorio se tomará nota de todas las características físicas del agua como ser:
ASPECTO: Este puede ser límpido, opalescente (lechoso), levemente turbio, o coloreado de algún tono en particular.
SEDIMENTOS: Se observa en un recipiente con un diámetro aproximado de 10 c ó en un "Cono de Imhoff". Puede o no contener. Si los contuviera, se recomienda observar microscópicamente el sedimento.
CARACTERES ORGANOLEPTICOS: En este punto se describirán el color, sabor y olor de la muestra.
7- ANALISIS QUIMICO:
Antes de extraer la muestra del recipiente, se agitara éste de manera de tener una muestra lo mas representativa posible.
a- pH Se determinará con la ayuda de un peachìmetro o de una solución de rojo fenol con su correspondiente escala calorimétrica patrón. o con un peachìmetro correctamente calibrado con soluciones Buffer.
b- Alcalinidad de los Carbonatos.
Método Volumétrico. Se determina por volumetría con una solución 0,01 N de SO4H2 tomando 100 ml. de muestra y utilizando fenolftaleina como indicador.
Cálculos
2 x ml. gastados (Fen) x 0,01 x 0,05 x 1000 x 1000 = mg/L de CO3= , como CO3Ca
100
c- Alcalinidad de los Bicarbonatos: Sobre la misma muestra de la determinación de carbonatos, se agregan gotas de Heliantina (Anaranjado de metilo) y se continúa la valoración con SO4H2 0,01 N hasta viraje del indicador a rosa salmón.
Cálculos: Hel - Fen x 0,01 x 0,05 x 1000 x 1000 = mg/L de CO3H- como CO3Ca
100
d- Cloruros.
Método Volumétrico- Argentimetría.
100 ml de la muestra se valora con solución de NO3Ag 0,1 N utilizando 5 gotas de Cromato de Potasio 5% como indicador y siguiendo los fundamentos teóricos del método de Mohr.
Cálculos: ml. NO3Ag x 0,1N x 0,0355 x 1000x 1000 = mg/L de Cl-
100
e- Cloro activo residual: Se colocan los patrones permanentes de Cromato/Dicromato de Potasio sobre un fondo blanco y en un tubo limpio de las mismas dimensiones del de los patrones, se coloca un volumen similar de muestra de agua. Se agrega 1 o 2 gotas de Rvo. Ortotolidina, se agita por inversiòn y compara el color amarillo desarrollado, anotando el valor correspondiente.
f- Ion Nitrito:
Método Colorimétrico.
Reactivos: Naftilamina: solución acética de alfanaftilamina, filtrada e incolora.
Ácido sulfanílico: Solución acética del reactivo.
Solución patrón de Nitrito de Sodio de 0,10 mg/l.
A 25 ml. de muestra se agregan 0,5 ml. de -Naftilamina , se agita y se agregan 0,5 ml. de Ac. Sulfanílico.
Se efectúa la misma operación con la solución patrón de Ion Nitrito. Se deja reaccionar durante 10 minutos al cabo de los cuales, si hubiera desarrollo de color, se lee en foto colorímetro a 530 nm con una solución de concentración conocida de Ion Nitrito (0,10 p.p.m.),
habiendo llevado a cero el aparato con agua destilada.
Cálculos:
Concentración de NO2- de la Muestra = Conc. Conocida (0,10) x Abs. Muestra (desc.)
Abs. conocida.
g- Ion Amonio
Método Colorimétrico. Nesslerización.
Reactivos: Rvo. De Nessler. Patrón de Cloruro de Amonio conteniendo 0,20 mg/l de Ion amonio. En un tubo de ensayo grande, se colocan aproximadamente 15 ml. de muestra a la que se le agregan 0,5 ml. de Rvo. de Nessler(¡Cuidado, corrosivo. No agitar!). Si hubiere desarrollo de color amarillento o pardo, se comparará con un testigo de 0,20 mg/L de NH4+, que es el límite permitido.
Si se desea cuantificar el resultado, se operará con un foto colorímetro leyendo a 460 nm y operando como en la determinación del ion Nitrito.
h- Ion Sulfato: Método turbidimètrico.
Reactivos: Solución de SO4H2 que correspondan a concentraciones de Se construye una curva turbidimètrica de concentraciones de 10, 20, 30 y 40 mg/L de SO4= .
Solución de Cloruro de Bario al 10% p/v.
Reactivo acondicionador: 50 ml. De glicerina + 300 ml. De agua + 30 ml. De ClH + de etanol ó isopropanol + 75 g de ClNa (previamente disuelto en una porción de los 300 ml, de agua).
Patrones de 10, 20, 30 y 40 mg/L de SO4= con 10 ml. de solución de cada concentración.
A 10 ml. de muestra se agrega 0,5 ml. de Rvo. acondicionador, se agita y agrega 0,5 ml,. de Cl2Ba 5%
(o una pequeña porción conocida de Cl2Ba en polvo), se agita durante 1 minuto y lee 30 segundos después en foto colorímetro a 420 nm. Se calcula la concentración de iones sulfato con la ecuación calorimétrica:
Concentración conocida x Absorbancia conocida = Concentración desconocida x Absosrbancia desconocida
Fuente: “http://www.monografias.com/trabajos24/analisis-agua/analisis-agua.shtml”