El agua ultrapura o ultrapurificada (UPW) es aquella que se ha sometido a varios procesos para eliminar partículas, iones, compuestos orgánicos, microorganismos y cualquier otro tipo de impureza o contaminante. Se trata de un tipo de agua de pureza excepcional, que no contiene disueltos metales pesados, productos químicos, bacterias, virus, pesticidas o herbicidas, y que se emplea en la industria sanitaria, farmacéutica, alimentaria y eléctrica.
En el contexto maya, la gestión del agua alcanzó un nivel tecnológico notable mediante sistemas naturales de filtración, mientras que el agua ultrapura moderna se obtiene con técnicas avanzadas y controles analíticos estrictos. Una investigación desarrollada por antropólogos, geógrafos y biólogos ha encontrado restos de un sistema de filtrado de agua empleado por los mayas en la antigua ciudad de Tikal.
Qué es el agua ultrapura
El agua ultrapura se utiliza como reactivo crítico en muchos procesos industriales, científicos y tecnológicos en los que resulta imprescindible gracias a su elevada pureza y su capacidad para eliminar contaminantes. Este tipo de agua se obtiene en plantas especializadas gracias al uso de técnicas de purificación avanzadas como la filtración, la desionización, la destilación y la ósmosis inversa.
Muchas industrias necesitan un componente crucial en diversas fases de producción: el agua como materia prima. Esta puede utilizarse como disolvente en procesos químicos, procesos de limpieza, como agua de refrigeración o como materia prima de un producto final, por ejemplo, en alimentos, cosméticos o productos médicos. Se requieren diferentes calidades y propiedades del agua.
Algunos procesos no requieren necesariamente agua de calidad potable, mientras que otros necesitan agua del máximo nivel de pureza. El agua del grifo o de manantial, como producto de partida para el agua purificada, sigue conteniendo sales, gérmenes, minerales, oligoelementos o sustancias extrañas (contaminantes industriales).
Las sales presentes en el agua se disuelven en sus componentes y forman cationes cargados positivamente (entre otros, calcio, magnesio, sodio, manganeso y hierro) y aniones cargados negativamente (cloruro, nitrato o sulfato). En cambio, el agua ultrapura no debe contener impurezas ni sustancias disueltas.
Características y parámetros de calidad
El agua ultrapura tiene unos estándares de calidad muy altos. Su pureza se mide a través de tres parámetros clave: la conductividad eléctrica, la resistencia eléctrica y la cantidad de impurezas detectadas.
Como norma, el agua contiene solo H20, así como un número equilibrado de iones H+ y OH-. Tiene una resistividad de 18,2 MΩ.cm, TOC de < 10 ppb y recuento bacteriano de <10 CFU/ml. Para ser clasificada como ultrapura, el agua no debe contener endotoxinas detectables.
| Parámetro | Referencia del agua ultrapura |
|---|---|
| Resistencia eléctrica | 18,2 MΩ•cm. |
| Carbono orgánico total | TOC inferior a 10 ppb |
| Recuento bacteriano | Menor a 10 CFU/ml |
| Conductividad | Inferior a 0,055 µS/cm. |
| pH | Cercano a 7 |
| Endotoxinas | No detectables |
Además, el agua ultrapura contiene únicamente moléculas de H₂O, y está libre de endotoxinas detectables. El agua ultrapura, también denominada agua de tipo 1, alcanza los niveles ideales teóricos de pureza, con una resistividad de 18,2 MΩ.cm, TOC de <10 ppb y recuento bacteriano de <10 CFU/ml.
Las endotoxinas también se eliminan y, así, el agua ultrapura suele contener <0,03 EU/ml, con nucleasas y proteasas a niveles no detectables. En medicina, en particular, el agua ultrapura debe cumplir requisitos estrictos en cuanto a contenido de nitratos (< 0,2 mg/l) y carbono ligado orgánicamente (TOC < 0,5 mg/l), así como endotoxinas bacterianas (< 25 ng/l).
Cómo se produce el agua ultrapura
El agua bruta - es decir, sin tratamiento - puede proceder de diversas fuentes: Ríos y lagos, como agua subterránea de pozos o de agua de lluvia. El agua se trata en varias etapas (filtración, ablandamiento, destilación, desalinización o desinfección) hasta alcanzar el grado de pureza deseado, que se determina analizando el agua.
El agua ultrapura pasa por diferentes procesos:
- Filtración. Se utilizan filtros de diferentes tamaños para remover y atrapar las partículas grandes y los sólidos suspendidos en el agua.
- Desionización. Consiste en eliminar los iones del agua: las sales minerales y otros contaminantes se adhieren a las resinas de intercambio iónico, dejando el agua libre de impurezas.
- Destilación. Básicamente, se trata de calentar el agua hasta el punto de ebullición y dejar que el vapor se condense. El proceso es muy efectivo para separar impurezas y asegura la eliminación de la mayoría de los contaminantes presentes en el agua.
- Ósmosis inversa. Crucial para obtener agua ultrapurificada, en esta técnica se emplean membranas semipermeables para eliminar sales, metales pesados y compuestos orgánicos, lo que garantiza la máxima neutralidad y pureza.
El agua del grifo o de manantial con sus sales disueltas seleccionado como producto de partida puede transformarse en agua osmotizada mediante ósmosis inversa. En este proceso de filtración, se ejerce una presión superior a la presión osmótica sobre la solución salina más concentrada y se presiona el agua a través de una membrana semipermeable.
Las moléculas de agua pasan a través de la membrana hacia una solución menos concentrada. La membrana sólo es permeable a las moléculas de agua, por lo que las impurezas y los sólidos disueltos, así como muchas bacterias y virus, quedan retenidos en el lado de mayor presión.
Después, se produce agua pura mediante tratamiento con intercambiadores de iones, ósmosis inversa o destilación. El agua ultrapura o purísima es el agua de mayor nivel de pureza. Se produce a partir de agua desmineralizada mediante varios pasos de tratamiento adicionales, como el uso de intercambiadores de iones adicionales, la desmineralización, la ultrafiltración con carbón activado como adsorbente o la fotooxidación para eliminar gérmenes.
Como resultado, sólo quedan trazas mínimas de compuestos orgánicos, microorganismos o electrolitos, y la conductividad específica del agua ultrapura es inferior a 0,1 µS/cm.
Clasificación de las calidades de agua
La conductividad específica de diferentes calidades de agua se determina a una temperatura del agua de 25 °C. Se mide en microsiemens por centímetro (µS/cm). Cuanto menor es la conductividad, mayor es la pureza del agua analizada.
| Tipo de agua | Características y conductividad específica |
|---|---|
| Agua potable | 50 - 5000 µS/cm, por ejemplo. |
| Agua purificada | 1 - 50 µS/cm |
| Agua totalmente desmineralizada | 0,1 - 1 µS/cm |
| Agua ultrapura | Inferior a 0,1 µS/cm |
Además de los estrictos límites de contaminantes, la conductividad específica del agua potable según la Ordenanza alemana sobre agua potable (TVO) puede ser de 50 - 5000 µS/cm, por ejemplo. Una vez evaluados todos los parámetros químicos y físicos, el producto de agua purificada se asigna a un grupo.
El análisis del agua distingue entre propiedades físicas y químicas e ingredientes para determinar el grado de pureza. Los parámetros físicos importantes son el valor del pH, la conductividad o la adsorción UV. En el aspecto químico, la concentración de carbono orgánico total en el agua (valor COT) es un criterio importante. El nivel de este valor influye a su vez en la conductividad del agua.
Agua osmotizada
Como el agua osmotizada está libre de sustancias nocivas, se utiliza como agua potable y en la producción de alimentos y bebidas, por ejemplo.
Agua destilada
El agua destilada se obtiene por destilación. El agua se evapora y luego se condensa en forma de agua pura sin impurezas como minerales, bacterias, virus y gases disueltos.
Aquadest es adecuada para laboratorios, aplicaciones médicas, en la producción de baterías y en muchos aparatos en los que se quiere evitar la formación de calcificaciones. El agua destilada no debe beberse.
Agua purificada y agua para inyectables
Esta categoría incluye el agua purificada producida de acuerdo con la Farmacopea Alemana (DAB) y etiquetada como «aqua purificata», que se utiliza en la fabricación de muchos productos farmacéuticos. Todavía contiene residuos de determinados iones, por lo que su conductividad específica es de 1 - 50 µS/cm.
El agua para inyectables (aqua ad injectabilia) es otra agua pura que se considera aún más limpia según la clasificación DAB. Se considera estéril y se utiliza para disolver y diluir todos los medicamentos que se administran en forma de inyecciones o infusiones.
Agua totalmente desmineralizada
El agua totalmente desmineralizada (agua de desalación o agua desionizada) también se produce mediante el proceso de ósmosis inversa o intercambiadores de iones. El proceso de intercambio iónico desmineraliza el agua.
Los cationes se intercambian por iones de hidrógeno (H+) y los aniones por iones de hidróxido (OH-). El resultado es un agua desalada con una conductividad específica de 0,1 - 1 µS/cm.
Sin embargo, los componentes orgánicos, así como los virus y las bacterias, no se eliminan mediante el proceso de intercambio iónico. Para ello sería necesaria la filtración. El agua desalada no es adecuada como agua potable. Se utiliza como agente de enjuague y disolvente en laboratorios químicos y bioquímicos.
Aplicaciones del agua ultrapura
Las características del agua ultrapura garantizan que su uso tenga sentido en investigación biomédica, biotecnología e industrias que exigen un plus de pureza en sus procesos.
- Farmacéuticas y biotecnológicas. Producción de medicamentos, cosméticos, productos de cuidado personal y soluciones estériles.
- Limpieza de equipos de laboratorio para la fabricación de medicamentos y preparación de reactivos, medios y soluciones para pruebas y experimentos.
- Esterilización de equipos médicos. Limpieza y esterilización de equipos médicos, dispositivos e instrumentos quirúrgicos.
- Pruebas de laboratorio, limpieza de heridas y diálisis renal.
- Industria de alimentos y bebidas. Aplicaciones en las que una cantidad mínima de contaminantes compromete la calidad del producto, como fórmulas para bebés, productos lácteos, refrescos y cerveza.
- Fabricación de semiconductores y electrónica. Limpieza y enjuague de semiconductores y placas de circuitos impresos.
- Limpieza de placas de circuitos durante el montaje de dispositivos electrónicos y microelectrónicos con componentes sensibles.
- Industria química. Síntesis química, producción y control de calidad para evitar reacciones con impurezas y garantizar resultados precisos y objetivos en pruebas analíticas.
- Centrales eléctricas. Generación de vapor y alimentación de sistemas de refrigeración y calderas de alta presión.
La falta de minerales de este tipo de agua reduce la corrosión de los equipos, aumenta su eficiencia, reduce el tiempo de inactividad y prolonga su vida útil. El agua ultrapura también es una materia prima importante en la moderna tecnología del hidrógeno y se utiliza en sistemas de electrólisis como la electrólisis PEM.
Uso en laboratorios y análisis científicos
Este nivel de pureza lo convierte en un reactivo perfecto para el trabajo de laboratorio. El agua ultrapura es un reactivo esencial y crítico utilizado en muchas aplicaciones científicas muy sensibles , como HPLC, LC-MS, GFAAS, PCR y cultivo de células de mamíferos, así como analizadores clínicos.
- Cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC)
- Cromatografía líquida-espectrometría de masas (LC-MS)
- Cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS)
- Espectroscopia de absorción atómica con horno de grafito (GFAAS)
- Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
- Inmunoquímica (ICC)
- Cultivo de celdas de mamífero
- Analizadores clínicos
- Análisis de trazas
Importancia en cromatografía
La sensibilidad mejorada de técnicas avanzadas de cromatografía ampliamente utilizadas, como la LC-MS y la cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), exige agua de la más alta pureza. Esto se debe a que una variedad de contaminantes, incluyendo gases disueltos, partículas, coloides, bacterias y compuestos orgánicos, pueden afectar los resultados de los datos, como producir valores de fondo más altos o interferir directamente con los análisis.
Esto hace que el agua ultrapura sea vital para proteger la fiabilidad de sus aplicaciones de cromatografía líquida.
Importancia en análisis de trazas
El análisis de oligoelementos implica detectar concentraciones muy bajas (trazas) de ciertos elementos químicos en una muestra. Esto requiere técnicas analíticas muy sensibles y precisas, ¡con resoluciones de detección tan bajas como partes por billón!
Pero la desventaja de esta detección altamente sensible es que los resultados de datos pueden verse afectados negativamente incluso por pequeñas cantidades de contaminación por elementos o iones adicionales. Esto incluye que se causen errores en las muestras en blanco y de calibración, o concentraciones artificialmente altas de muestras.
De este modo, la fiabilidad del análisis de oligoelementos debe protegerse con agua ultrapura prácticamente libre de impurezas.
Almacenamiento y materiales compatibles
La composición del agua ultrapura la hace bastante inestable, ya que al agua no le gusta estar en un estado ultrapuro. Cuando este agua entra en contacto con impurezas y minerales, como compuestos orgánicos e inorgánicos, intenta absorberlos en su estructura.
Por lo tanto, debe tener cuidado con la forma de almacenarla para minimizar el riesgo de contaminación y mantener el agua ultrapura. Por otra parte, el transporte y almacenamiento del agua ultrapurificada deben ajustarse a unas condiciones muy estrictas, lo que puede suponer un desafío logístico para las empresas.
Al eliminar todas las sales, el agua desionizada y el agua ultrapura tienen un efecto muy agresivo sobre la mayoría de los materiales. Estas calidades de agua atacan las tuberías convencionales de latón o acero y disuelven los iones que contienen de los metales.
Por este motivo, las válvulas para este campo de aplicación deben ser de acero inoxidable de alta calidad, pero como mínimo AISI 316L (1.4404). Dependiendo del sector, pueden aplicarse otros requisitos: Libre de ADI, FDA, UPS Clase VI, libre de aceite y grasa, libre de silicona/LABS.
¿Se puede beber el agua ultrapura?
El agua ultrapurificada no está destinada para consumo humano porque carece de minerales esenciales desde el punto de vista nutricional, como el calcio, el magnesio o el potasio. Al hacerlo, ponemos en riesgo nuestra salud: por su pureza, esta agua tiene una elevada capacidad de disolución que puede alterar el equilibrio electrolítico, provocando deshidratación y afectando negativamente a músculos y sistema nervioso.
Además, el sabor del agua ultrapura tampoco es agradable, así que resulta poco apetecible. El agua destilada no debe beberse. El agua desalada no es adecuada como agua potable.
Diferencia entre agua destilada y agua ultrapura
Agua destilada y agua ultrapura se someten a varios procesos para eliminar sus impurezas y solutos: en el primer caso, el más importante es la destilación (evaporación y posterior condensación del agua); en el segundo, la ósmosis inversa, que permite obtener un punto de pureza mayor.
Como consecuencia, el agua destilada puede contener compuestos orgánicos volátiles y microorganismos resistentes al calor, lo que condiciona (y reduce) su uso respecto al agua ultrapurificada.
Por otra parte, producir y almacenar agua destilada es más económico y sencillo porque no es necesario acudir a plantas especializadas ni mantener las condiciones estrictas de almacenamiento (recipientes de alta calidad y atmósfera controlada) que marcan los estándares de calidad del agua ultrapura.
Filtración del agua en la civilización maya
El agua, fuente de vida y recurso esencial para una civilización. Si algo evidencia la Historia es que el ser humano, por su naturaleza, necesita agua y por ello, siempre busca formas de gestionarla adecuadamente.
Un ejemplo es el hallazgo de investigadores de la Universidad de Cincinnati de cómo, en la antigua ciudad maya de Tikal, se disponía de un sistema de filtrado de agua. Una civilización precolombina que disponía de sistemas de filtrado de agua.
Materiales naturales del sistema de Tikal
Estos sistemas estaban compuestos por materiales naturales que procedían de lugares lejanos al de instalación. De esta forma, se obtenía agua potable con origen en el embalse Corriental. Un sistema de filtrado natural.
A pesar de su antigüedad, es un sistema sofisticado. Se han identificado cuarzo como componente de arena gruesa y zeolita (sustancia de naturaleza cristalina formada por silicio y aluminio). De esta forma, la antigua ciudad disponía de un sistema de filtrado natural.
La presencia de cuarzo cristalino y zeolita fue reveladora. Gracias a la desconexión aparente entre los materiales que componían el filtro y la ubicación de la ciudad, los investigadores trataron de establecer el nexo.
Treinta y cinco kilómetros era una enorme distancia para transportar una pesada carga, más aún tratándose de una civilización que no disponía de animales de carga.
Qué podía eliminar el filtro maya
Según indica, el sistema, creado hace más de 2.000 años, podría ser utilizado hoy día. Además, señala cómo era efectivo eliminando microbios, compuestos ricos en nitrógeno y metales pesados como por ejemplo el mercurio.
El sistema encontrado en Tikal, supone que los mayas dispusieron de filtración de agua casi 2.000 años antes que en Europa. Esto convierte al sistema de filtrado de Tikal en uno de los más antiguos del mundo en su modalidad.
El sistema maya es uno de los más antiguos de su tipo en el mundo.
La necesidad de gestionar el agua
Para la civilización Maya, almacenar agua potable era una necesidad crítica. Esto se debe a que, por su ubicación, en las ciudades mayas era difícil el acceso al agua potable durante gran parte del año a causa de las numerosas sequías.
Dos componentes provocaban la dificultad al acceso del agua, la estacionalidad de las sequías y las construcciones sobre caliza porosa donde se encontraban las ciudades.
Sostenibilidad de la producción de agua ultrapura
El agua ultrapura es indispensable en industrias, especialmente “sensibles” a la contaminación. Su pureza y calidad son excepcionales y, al eliminar impurezas y residuos del agua, permiten que algunos procesos sean más eficientes.
El uso de tecnologías avanzadas de purificación asegura la obtención de este tipo de agua sea eficiente y sostenible en términos de consumo y uso de recursos. Sin embargo, la producción de agua ultrapura también presenta algunos desafíos, como el elevado coste de aplicar tecnologías especializadas, mantener los equipos de purificación o manejar los residuos generados durante el proceso de manera adecuada.
La innovación siempre es clave. Han pasado 2.000 años desde que, empleando materiales naturales, los mayas crearon un filtro de agua y, sin embargo, la necesidad de hallar nuevos sistemas de filtrado de agua sigue estando de actualidad.
Son diferentes los ejemplos que nos ha ofrecido la Historia de gestión del agua, mayas, la antigua Grecia o Egipto. Por ello, mirando hacia atrás, sólo podemos comprender que nuestros esfuerzos presentes deben reforzar un futuro sostenible.
Publicaciones populares:
- Cómo funciona una depuradora monobloc
- Cómo elegir la protección respiratoria con mascarilla con filtro: criterios clave
- Puente móvil para depuradora: criterios de mantenimiento, funciones y usos
- Pastillas potabilizadoras de agua: dónde adquirirlas
- Funcionamiento y etapas del purificador por ósmosis inversa alcalina