4.5 Análisis del agua control y agua tratada con el descalcificador ELCLA

4.5.3. Dispersión de luz dinámica (DLS)

Se determinó el tamaño promedio de las partículas usando el pico principal de la distribución arrojada por el Zetasizer. Se desea observar la diferencia entre el agua control y el agua tratada a los 20 y 40 minutos de evaporación para las temperaturas de 50 y 100°C.

De acuerdo a la figura 16 el tamaño de las partículas aumenta para ambos tipos de agua y temperaturas de evaporación, viéndose esto reflejado en la posición del pico más alto en las cuatro gráficas. El agua tratada con el descalcificador posee para ambas temperaturas y tiempos de evaporación una distribución más amplia de tamaños y por tanto de intensidades. Por el contrario, el agua control no presenta una distribución de tamaño con tan solo uno o dos valores. También se observa que el tamaño promedio de los cristales de carbonato de calcio para agua control siempre son menores que los cristales de agua magnetizada. Evaluando el comportamiento del potencial zeta frente al aumento de temperatura y tiempo de evaporación, se observa que los valores negativos del potencial zeta indican que el potencial superficial de la partícula es negativo, por lo cual tenderá a atraer iones positivos del agua.

50ºC

100ºC

Figura 16. Comportamiento del pico principal para los tiempos de evaporación de 20 y 40 min a temperaturas de; (a) 50ºC y (b) 100ºC

(a) (b)

Figura 17. Cambio del potencial zeta repecto a la temperatura y el tiempo para (a). agua control y (b). agua tratada magnéticamente.

De la figura 17 es posible observar que el cambio de la temperatura de evaporación para ambos tipos de agua genera cambios en el potencial zeta. Para el agua control (Fig. 17a) el potencial zeta se acerca más al cero con el aumento de la temperatura, esto implica que el sistema es cada vez más inestable. El valor del potencial zeta pequeño indica que la fuerza de repulsión entre los iones atraídos a la superficie y los que están en la capa difusa es muy débil, razón por la cual otras partículas de carga negativa son atraídas produciéndose aglomeraciones.

Por último, mediante microscopia óptica observamos a 40X y 100X los cristales de carbonato de calcio en suspensión tanto para el agua control como para el agua tratada con el descalcificador magnético, esto con el fin de observar si existe una coherencia entre los tamaños y formas obtenidas mediante SAXS, DLS y microscopia óptica.

(a) (b)

Figura 18. Imagen de microscopia óptica de los cristales en suspensión de carbonato de calcio en agua control a: (a) 40X y (b) 100X

(a) (b)

Figura 19. Imagen de microscopia óptica de los cristales en suspensión de carbonato de calcio en agua tratada a: (a) 40X y (b) 100X

En las figuras 18 y 19 se observan cristales en forma de agujas, que puede aproximarse en promedio a una morfología de cilindros. Se observa para el agua control (Fig. 18) grandes aglomeraciones de agujas, mientras que en el agua tratada (Fig. 19) se presentan menor cantidad de aglomeraciones. En general el tamaño (en la dimensión axial) de los cristales es mayor en promedio para el agua tratada que para el agua control.

5. Conclusiones

Después de realizados los ensayos sobre la aplicación de la instalación del descalcificadores magnéticos ELCLA, en una tubería de red general de suministro de agua potable, con elevada dureza (360 mg/L de CaCO3, determinada de acuerdo a la norma NMX-AA-072-SCFI-2001) se observó lo siguiente:

El paso del flujo de agua a través del dispositivo magnético ELCLA origina un cambio en los polimorfos de carbonato de calcio, esto es, la cantidad de calcita y la del carbonato doble de calcio y magnesio disminuyen. En cambio en la fracción de aragonita aumenta hasta un 13%, el cual deberá reducir la capacidad incrustante del agua tratada con el descalcificadores magnéticos ELCLA.

Se comprobó por microscopia electrónica de barrido y microscopia óptica la formación de cristales de aragonita. En los descalcificadores magnéticos ELCLA 2 y ELCLA 4 presentan mejor cristalización de agujas finas de aragonita, en cambio con el control se aprecia una gran cantidad de aglomeraciones de carbonatos y sales.

El tratamiento magnético del agua produce una alteración sobre la misma que queda establecida durante un cierto tiempo. Al ser analizada la muestra mediante las técnicas SAXS, RMN y DLS esta alteración se manifiesta en los resultados que se obtienen respecto al agua control.

La temperatura y el tiempo de evaporación son parámetros que tienen influencia sobre el crecimiento de los cristales en suspensión. En el caso de agua tratada con imanes, el incremento de estos dos parámetros genera una amplia distribución de tamaños y un aumento en el diámetro promedio del cristal a diferencia de lo que ocurre con el agua control.

La alteración generada por el tratamiento magnético sobre el agua produce diferencias significativas en el ancho de línea base, medio y punta respecto a los resultados obtenidos para el agua destilada y agua control.

El potencial zeta brinda información importante acerca del grado de estabilidad de los cristales, presentándose grandes cúmulos en el agua control y de menor tamaño en el agua tratada magnéticamente.

Los resultados obtenidos con las diferentes técnicas analíticas concuerdan demostrando que los descalcifcadores magnéticos disminuyen la capacidad incrustante de la calcita y favorece la cristalización y la formación de agujas de la aragonita.

5. Bibliografía

Coey J.M.D., Cass S., 2000. Magnetic water treatment. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 209, pp. 71-74.

Powder Diffraction File (PDF), (2000). International Center for Diffraction Data (ICDD) Pennsylvania, USA.

Tijing L.D., Kim H.Y., Lee D.H., Kim C.S., Cho Y.I., 2010. Physical water treatment using

RF electric fields for the mitigation of CaCO3 fouling in cooling water. International Journal of Heat Mass Transfer 53, pp. 1426–1437.

Xiaokai X., 2008. Research on the electromagnetic anti-fouling technology for heat

transfer enhancement. Applied Thermal Engineering 28, pp. 889–894.

Jacobsen N.E., 2007. NMR Spectroscopy explained. Ed. Wiley interscience, Universidad de Arizona, pp. 39–45.

Stribeck N., 2007. X-Ray Scattering of Soft Matter. Ed. Springer. pp. 95-96. Zetasizer Nano, Series User Manual, 2004. pp. 2.1-2.7,14.1-14.6,16.1-16.11.

Quintana P. y Ares O., 2012. Sobre el tratamiento electromagnético del agua y su efecto

en la cristalización y en las incrustaciones de carbonato de calcio. Departamento de

Universidad Tecnología Nacional. Tabla D.9: Valores críticos de la distribución F (0.05). Facultad Regional Mendoza, pp. 1.

In document Informe final ELCLA 2013 Descalcificador ELCLA. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN Unidad Mérida Departamento de Física Aplicada (página 32-38)