La curva de demanda de cloro es una herramienta fundamental en el tratamiento de agua potable y aguas residuales. Permite identificar la cantidad exacta de cloro que debe dosificarse para lograr una desinfección efectiva, garantizando al mismo tiempo un nivel adecuado de cloro residual libre según las normativas vigentes.
Esta curva se obtiene mediante una serie de mediciones controladas, en las que se analiza cómo varía la concentración de cloro residual en el agua frente a diferentes dosis aplicadas de cloro. La dosis óptima de cloro es ligeramente superior al punto de quiebre (Break Point), lo que asegura desinfección completa y una concentración mínima de cloro residual libre conforme a norma.
Qué es la curva de cloración del agua
La cloración del agua es un proceso empleado en los tratamientos de aguas para lograr la desinfección de bacterias y organismos patógenos. La cloración se emplea en las partes finales de los tratamientos de potabilización, desalación, incluso depuración.
En este proceso se busca eliminar los microorganismos que puedan haber sobrevivido a los procesos anteriores. Para esto se añade una sustancia oxidante (cloro o compuestos de cloro), que garantiza la calidad del agua ante posibles contaminaciones accidentales o durante su recorrido a través de la red de abastecimiento o saneamiento.
Además de lograr la destrucción de patógenos, también sirve para eliminar sólidos minerales y orgánicos no deseados. En este grupo se encuentran las sustancias que provocan olores y sabores desagradables en el agua.
El cloro es el desinfectante de mayor uso debido a su bajo coste, a su fácil comercialización, y a que tiene sobre el agua efecto residual. El cloro es el reactivo más usado para desinfectar el agua destinada al consumo humano.
El cloro posee un gran poder oxidante, que favorece la destrucción de las materias orgánicas. El cloro es un producto químico de gran poder bactericida y remanente.
Este compuesto químico logra destruir las enzimas fundamentales para la vida de estos agentes patógenos. Es decir, el cloro consigue eliminar los microorganismos patógenos que pueden existir en el agua, y en consecuencia, disminuye la probabilidad de transmisión de enfermedades por medio del agua.
Para qué sirve la curva de demanda de cloro
- Determinar la dosis óptima de cloro para desinfección.
- Seleccionar correctamente una bomba dosificadora de cloro.
- Verificar la efectividad del proceso de cloración.
- Cumplir con la normativa de cloro residual vigente en Colombia (por ejemplo, la Resolución 2115 de 2007 indica que el cloro residual libre en redes debe estar entre 0.2 y 2.0 mg/L).
El cloro libre residual y el cloro combinado residual son parámetros clave indicadores de la calidad del agua de consumo, debido a su papel fundamental en el proceso de desinfección de la misma.
Su presencia por encima o por debajo de los valores establecidos puede afectar a la seguridad del agua, darle mal sabor u olor y provocar irritaciones cutáneas.
La determinación del contenido de cloro residual, tanto libre como combinado, es de interés y debe hacerse diariamente en las aguas de distribución para consumo humano.
Cómo actúa el cloro en el agua
La hipótesis más aceptada sobre cómo actúan y destruyen los desinfectantes a los microorganismos, se centra en las alteraciones físicas químicas y bioquímicas sobre la membrana o pared celular y de las enzimas.
Cuando se ha destruido esta barrera protectora, se acaban las funciones vitales de la célula, y se produce su muerte.
Al añadir cloro en forma de Cl2 se producen dos reacciones químicas: la reacción de hidrólisis y reacción de disociación.
La reacción de hidrólisis se puede definir del modo:
Cl2 + H2O ↔HClO + HCl
Cuando el Cl2 se disuelve en agua, se hidroliza rápidamente para generar ácido hipocloroso (HClO) y ácido clorhídrico (HCl).
En el caso de los hipocloritos, se produce la disociación de ambas sales de acuerdo a las ecuaciones:
NaClO + H2O↔NaOH + HClO
Ca(ClO)2 +2H2O↔Ca(OH)2 + 2HClO
En cualquiera de los dos casos: cloro, hipoclorito sódico e hipoclorito cálcico, se acaba formando acido hipocloroso, que es realmente la especie desinfectante.
No obstante, el ácido hipocloroso HClO es un ácido débil que se disocia parcialmente en el agua del siguiente modo:
HClO↔ClO- + H+
El equilibrio está regido por la siguiente constante Ka, que presenta un valor aproximado de Ka= 3,2·10-8
El cloro se hidroliza completa y rápidamente en solución para formar ácido hipocloroso (HOCl) y ácido clorhídrico de acuerdo a la siguiente reacción química:
Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl-
Influencia del pH en la eficacia de la cloración
El sentido de desplazamiento de estas reacciones de equilibrio depende del pH del medio. De modo que:
- Si el pH<2 todo el cloro se encuentra en forma molecular, por lo que no ejerce poder desinfectante en el agua.
- Si el pH=5, el cloro molecular ha desaparecido y se encuentra en forma de ácido hipocloroso (HClO).
- Si el pH=10 el cloro se encuentra combinado en forma de iones hipoclorito (ClO-).
La importancia de la curva de disociación del ácido hipocloroso (HOCl) en función del pH radica en su impacto directo en la eficacia del cloro como agente desinfectante.
El ácido hipocloroso (HOCl) es la forma molecular no disociada del cloro, y esta forma es mucho más efectiva en la desinfección que su forma ionizada, el ion hipoclorito (OCl-).
La curva de disociación del HOCl muestra cómo la proporción entre estas dos formas cambia en relación con el pH del agua.
En particular, en un entorno de pH más bajo, el HOCl predomina, lo que es crucial para la desinfección eficiente.
Al ajustar y mantener el pH dentro de un rango específico, se puede maximizar la presencia de HOCl, mejorando así la capacidad del cloro para eliminar microorganismos patógenos.
Se considera que el ácido hipocloroso es más eficaz como desinfectante que el ión hipoclorito. Este hecho podría estar motivado con la inexistencia de carga en la molécula de ácido hipocloroso.
Al ser una molécula neutra, le sería más fácil penetrar la pared bacteriana con la consiguiente actividad bactericida.
Según diferentes estudios químicos, los datos muestran que el hipoclorito presenta diferente actividad bactericida a distintos valores de pH.
Cuando el pH desciende de 7,5 la cantidad de hipoclorito necesaria para desinfectar un agua es mucho menor que para valores de pH superiores a 7,5.
Por lo tanto, el cloro es más eficaz en medio acido que en medio básico o alcalino. Esto es debido a que su efecto bactericida es mayor cuando se encuentra en forma de hipocloroso.
Cloro libre residual y cloro combinado residual
En el proceso de cloración se obtiene dos tipos de cloro residual, el cloro libre residual, cloro molecular, ácido hipoclorito e ión hipoclorito, y el cloro combinado residual, monocloramina, dicloramina y tricloramina.
Todos los productos clorados utilizados en el tratamiento de desinfección al reaccionar con el agua producen ácido hipocloroso (HClO), que a su vez se disocia a hipoclorito (ClO-) siguiendo un equilibrio muy condicionado por el valor del pH del agua.
La suma de estas 2 formas (HClO + ClO-) constituye lo que se llama el cloro libre residual, que todavía tiene capacidad para desinfectar el agua.
Por otra parte, el cloro combinado residual se forma al reaccionar el cloro con el amoniaco y la materia orgánica que contiene el agua durante el tratamiento de desinfección, y generalmente está formado por cloraminas.
El cloro residual combinado se forma cuando el agua tiene amoníaco y productos orgánicos. Esta forma de cloro es un agente oxidante más débil y su acción bactericida es más lenta.
Las monocloraminas (reacción ácido hipocloroso + amoníaco) tienen un poder desinfectante inferior al hipoclorito, pero son muy estables y pueden desempeñar un papel importante como desinfectante residual contra la regeneración de microorganismos a lo largo del sistema de distribución del agua.
En cambio, otras formas de cloraminas, como las dicloraminas (reacción ácido hipocloroso + monocloraminas) o tricloraminas (reacción ácido hipocloroso + dicloraminas) tienen un poder desinfectante bajo y su presencia en el agua únicamente provoca el empeoramiento de la calidad de la misma, generando irritaciones a los usuarios en los ojos, vías respiratorias, piel, etc.
El cloro combinado (CC) es el cloro que se combina con amoníaco y otros compuestos nitrogenados (incluidas las cloraminas y otros SBP).
Cloro total disponible (CTD) = CL + CC.
La mayoría de los kits de prueba miden el cloro total y libre, por lo que simplemente resta:
Cloro total - Cloro libre = Cloro combinado
Reacciones de formación de cloraminas
Entonces, ¿qué le sucede al amoníaco (NH3 ) cuando se encuentra con ácido hipocloroso (HOCl)? Bueno, el cloro comienza a reemplazar a los hidrógenos.
La reacción química que crea la monocloramina (NH2Cl) se ve así:
2NH 3 + 2HOCl → 2 NH2Cl + 2H2O
Amoníaco + ácido hipocloroso produce monocloramina + agua.
Observe que uno de los tres (3) hidrógenos del amoníaco fue reemplazado por un cloruro (Cl).
La cloración adicional de la monocloramina crea dicloramina (NHCl2):
2NH 2 Cl + 2HOCl → 2 NHCl 2 + 2 H 2 O
Monocloramina + ácido hipocloroso produce dicloramina + agua
Aquí nuevamente, un hidrógeno más ha sido reemplazado por un cloruro (Cl).
Y, por supuesto, incluso una cloración adicional produce la más nociva de las cloraminas que liberan gases de las piscinas, el tricloruro de nitrógeno, también conocido como tricloramina (NCl3 ):
NHCl 2 + 3HOCl → NCl 3 + 3H 2 O
Dicloramina + ácido hipocloroso produce tricloramina + agua
Finalmente, todos los hidrógenos han sido reemplazados por cloruros para crear tricloruro de nitrógeno.
Qué es el punto de ruptura o Break Point
La cloración del punto de ruptura es un concepto clave en la química de la piscina.
El punto de ruptura o “break point” es la dosis mínima de cloro necesaria para eliminar el amoníaco y parcialmente destruye las cloraminas que se formaron previamente.
El punto de ruptura de la cloración es el punto donde los niveles de cloro exceden la demanda de oxidante y el agua comienza a acumular un residuo de cloro libre disponible (CL o FAC).
A partir del punto de ruptura, es decir, con la formación del cloro libre, se empiezan a cumplir las garantías de desinfección.
Solo después de que se haya abordado la demanda de oxidante puede ocurrir la desinfección. Por lo tanto, solo después de que se haya superado el punto de ruptura de la cloración puede acumularse un residuo de cloro libre.
Se necesita cloro libre disponible (CL o FAC) como desinfectante residual en el agua.
El breakpoint del cloro es un término utilizado en el proceso de desinfección mediante la cloración del agua.
El punto de ruptura es facilmente reconocible. Esto es debido al mal olor que desprende la mayor parte de los compuestos formados.
Otra forma es por el escaso sabor a cloro que presenta el agua en ese punto.
Según hemos visto, el cloro libre es la forma de cloro que tiene propiedades desinfectantes efectivas.
Las cloraminas no son tan eficaces en la desinfección y pueden generar subproductos no deseados, como trihalometanos, que son compuestos orgánicos volátiles potencialmente perjudiciales.
Las tres zonas de la curva
La curva tiene tres zonas clave:
- Zona de consumo total: Al inicio, todo el cloro agregado es consumido. No hay cloro residual.
- Punto de quiebre o Break Point: El punto donde la demanda ha sido satisfecha y empieza a aparecer cloro residual libre.
- Zona de saturación: Todo el cloro adicional ya no reacciona y se acumula como residual.
Cuando agrega cloro al agua por primera vez, inmediatamente este comienza a oxidar metales como el hierro y el manganeso, que reducen el cloro.
Esta reacción inicial elimina una cierta porción de cloro, por lo que no aparece nada en el gráfico hasta el punto (A).
A medida que se agrega más cloro al agua, este reacciona al contacto con otros contaminantes, no solo gérmenes, sino también compuestos orgánicos no vivos y compuestos nitrogenados, que crean subproductos.
Los orgánicos están basados en carbono y se oxidan con el cloro, reduciéndolo aún más.
El amoníaco (NH3) y los contaminantes a base de nitrógeno como la urea se oxidan y se convierten en variaciones de las cloraminas cuando se combinan con el cloro.
Las cloraminas son desinfectantes, por lo que se les conoce como subproductos desinfectantes (SBP).
De hecho, muchas plantas de tratamiento de agua agregan cloraminas a su agua como desinfectante secundario.
Aunque débiles y lentas, las cloraminas contribuyen primero a los niveles totales de cloro porque ayudan con la desinfección.
Esto, sin embargo, alcanza un umbral en el que el cloro activa las cloraminas, indicado en el punto (B).
En otras palabras, el cloro oxida todos los contaminantes, lo que incluye las cloraminas después del punto (B) del gráfico.
Es por eso que el nivel de cloro total cae con la adición de más cloro libre (el eje X en el gráfico).
La tendencia a la baja en el gráfico muestra que el cloro comienza a "ganar la batalla" contra los contaminantes hasta que oxida todo menos el cloro residual combinado.
Este nivel de cloro residual se muestra en el gráfico en el punto (C).
Cuando el cloro puede satisfacer la demanda de oxidantes, el agua ha alcanzado el punto de ruptura de cloración.
Procedimiento para elaborar la curva de cloración
Materiales y equipos necesarios
- Muestras representativas de agua cruda o tratada.
- Reactivos DPD (N,N-Dietil-p-fenilendiamina) para medir cloro residual.
- Reactivo declorante (como tiosulfato de sodio).
- Kit de prueba de cloro o espectrofotómetro.
- Pipetas, matraces y probetas graduadas.
- Hoja de cálculo o software para graficar.
Paso 1. Toma de muestras
Recolecta muestras representativas del agua en estudio, ya sea de una fuente natural, tanque o red de distribución.
No alteres químicamente las muestras.
Paso 2. Calibración del equipo
Verifica que el medidor de cloro esté calibrado correctamente según el manual del fabricante.
Esto asegura lecturas confiables.
Paso 3. Preparación de dosis de cloro
Agrega cantidades crecientes de cloro (por ejemplo, hipoclorito de sodio al 13%) a diferentes muestras: 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0 ppm, etc.
La dosis debe expresarse en unidades compatibles con el análisis, habitualmente mg/L o ppm.
Paso 4. Tiempo de reacción
Deja actuar el cloro durante 30 minutos.
Este es el tiempo estándar para que se complete la reacción con materia orgánica, hierro, amonio y otros compuestos presentes.
Otro aspecto destacable en el uso de cloro como desinfectante es el tiempo de contacto con el agua.
Su efecto aumenta con el tiempo de contacto entre el agua y el cloro. Un tiempo de contacto pequeño se puede compensar con el empleo de una mayor dosis de reactivo.
Paso 5. Medición de cloro residual
Aplica el reactivo DPD a cada muestra y mide el cloro libre residual con tu equipo.
Anota todos los resultados.
Paso 6. Registro de datos y graficación
Construye una tabla con los valores de cloro agregado (ppm) frente al cloro residual medido (ppm).
Luego grafica la curva:
- Eje X: Cloro agregado (ppm).
- Eje Y: Cloro residual medido (ppm).
| Dosis de cloro agregado | Cloro residual medido | Interpretación |
|---|---|---|
| 0.5, 1.0, 1.5 ppm | Según el análisis | Zona de consumo total |
| 2.0, 3.0 ppm | Según el análisis | Zona próxima al punto de quiebre |
| 4.0 ppm o superior | Según el análisis | Zona de aparición y acumulación de cloro residual |
Cómo interpretar la curva
Al comienzo de la prueba, el cloro añadido reacciona con la materia orgánica, el hierro, el manganeso, el amonio y otros compuestos presentes en el agua.
Mientras la demanda de cloro no ha sido satisfecha, el cloro residual puede ser nulo o muy bajo.
Cuando se alcanza el punto de ruptura, la demanda de oxidante ha sido atendida y comienza a aparecer cloro libre residual.
Después del punto de ruptura, el cloro adicional ya no se consume completamente en las reacciones iniciales y permanece disponible como residual.
Si el cloro no puede superar la demanda de oxidantes, la demanda de cloro de su agua aumenta y el ORP disminuye.
Esto parecería una tendencia descendente más prolongada hacia el punto de ruptura, porque el punto de ruptura estaría en una dosis mucho más alta de cloro.
El cloro libre residual después del punto de ruptura es el indicador de que existe una fracción de desinfectante disponible para actuar frente a microorganismos y conservar protección en el sistema de distribución.
Qué dosis de cloro debe aplicarse
La dosis óptima de cloro es ligeramente superior al punto de quiebre (Break Point), lo que asegura desinfección completa y una concentración mínima de cloro residual libre conforme a norma.
La dosis final no debe definirse únicamente a partir de una concentración teórica, porque la demanda cambia según la calidad del agua, la materia orgánica, el amonio, la turbidez, el pH, el tiempo de contacto y el caudal.
La turbidez del agua y el cloro libre residual están relacionados, en el sentido de que la turbidez puede afectar la eficacia del cloro como desinfectante y, por lo tanto, influir en la calidad del agua de consumo.
En aguas con alta turbidez, es posible que se necesite ajustar la dosis de cloro para compensar la interferencia de las partículas y garantizar una desinfección efectiva.
Por otra parte, el pH del agua puede influir en la eficacia del cloro como desinfectante.
Como hemos visto, el ácido hipocloroso (HClO), más efectivo como desinfectante, predomina en aguas con un pH más bajo, y el ion hipoclorito (OCl^-) predomina en aguas con un pH más alto.
Esto significa que, a pH más altos, se puede requerir una mayor concentración de cloro para lograr una desinfección efectiva.
Cloro residual y control normativo
La reglamentación técnico-sanitaria española establece que las aguas distribuidas para consumo humano deberán contener en todo momento cloro residual libre o combinado, u otros agentes desinfectantes.
La presencia de cloro residual en el agua provoca, con frecuencia, un fuerte rechazo de la misma por parte del consumidor.
El umbral de detección de sabor es de 0,5 ppm.
El cloro presente en el agua no representa ningún peligro para el consumidor.
El cloro no sólo es un importante desinfectante, sino que también reacciona con el amoniaco, hierro, manganeso y sustancias productoras de olores y sabores; por lo que, en general, mejora notablemente la calidad del agua.
En España, el Real Decreto 3/2023 establece límites específicos para los niveles de cloro libre y cloro combinado residual en el agua de consumo.
Estos límites están diseñados para garantizar la desinfección efectiva del agua, a la vez que se previenen problemas de mal sabor, mala olor o irritaciones para los consumidores.
Valores indicados para cloro libre
El RD 3/2023 establece un valor paramétrico de 1,0 mg/L para el cloro libre residual en el agua de consumo, que es de aplicación en red de distribución, cisterna, depósito de distribución o de regulación y grifo.
El valor de no aptitud del agua es de 5,0 mg/L de cloro libre residual.
En el RD 3/2023 se emiten recomendaciones: se recomienda que, de forma general, existan al menos niveles de 0,2 mg/L en todos los puntos de la red de distribución.
Para garantizar la eficacia de la desinfección, se recomienda que durante 30 minutos se mantengan unos niveles de cloro libre residual de al menos 0,5 mg/L con un pH inferior a 8,0 y como máximo, una turbidez de 1 UNF.
Valores indicados para cloro combinado
El Real Decreto 3/2023 establece un valor paramétrico de 2,0 mg/L para el cloro combinado residual, que es de aplicación para red de distribución, cisterna, depósito de distribución o de regulación y grifo.
El valor de no aptitud del agua es de 3,0 mg/L de cloro combinado residual.
En el RD 3/2023 se recomienda:
Si por causas diferentes al uso de la cloraminación la presencia de cloro combinado residual a la salida de tratamiento es superior a 1 mg/L, se recomienda que las medidas correctoras sean de rápida aplicación y se realice una revisión de los niveles del cloro libre residual.
En el caso de uso de la cloraminación, si se supera el valor paramétrico de cloro combinado residual en la red de distribución, se recomienda que las medidas correctoras sean de rápida aplicación.
Métodos para medir el cloro residual
La determinación de cloro activo libre y combinado puede hacerse mediante:
- Clorómetros.
- Test rápido colorimétrico cuantitativo.
- Método de la otolidina.
- Test rápido de cloro mediante juegos de reactivos con escala de colores.
- Método iodométrico.
- Determinación volumétrica mediante el reactivo N, N-dietil-p-fenilendiamonio, DPD.
- Método colorimétrico de la ortotolidina.
- Método amperométrico.
Método DPD
La determinación volumétrica es un método aplicable a la determinación de cloro residual en aguas de consumo con concentración comprendida entre 0,1 y 4 mg/l.
En presencia de cloro, la DPD produce, entre 6,2 y 6,5 una coloración roja susceptible de valoración volumétrica.
El método DPD es adecuado para concentraciones de «cloro activo libre» entre 0,1 y 4 mg/l o ppm.
Producen interferencias los iones de cobre en concentraciones superiores a 5 mg/l y los iones de hierro en concentraciones superiores a 100 mg/l.
También interfiere el manganeso.
Método de la ortotolidina
El método de ortotolidina es aplicable a aguas de consumo público para las que se utiliza como desinfectante el cloro que queda en el agua en forma de cloro residual libre o combinado.
El contenido de cloro debe estar entre 0 y 1 ppm.
Al añadir ortotolidina a un agua que contenga cloro residual, libre o combinado, se produce una coloración amarilla, susceptible de medir espectrofotométricamente.
El contenido de cloro en mg/l se obtiene directamente a partir de la curva patrón previamente trazada.
Interfieren en la determinación de cloro por el método de la ortotolidina, concentraciones elevadas de hierro, manganeso y nitritos.
Otros rangos de análisis
Test rápido de cloro mediante juegos de reactivos con escala de colores. Contenidos de cloro entre 0,1 y 1,5 ppm.
Método colorimétrico de la ortotolidina para concentraciones entre 0,01 y 1 ppm de cloro libre residual.
Método iodométrico para la determinación del contenido de cloro activo en concentraciones elevadas, superiores a 1 mg/l.
Tiempo de contacto y laberintos de cloración
Con el objetivo de aumentar el tiempo de contacto se emplean los laberintos de cloración.
El laberinto de cloración consiste en un canal rectangular alargado que alterna tramos rectos y curvas de 180 grados.
Presenta unas condiciones hidráulicas de flujo pintón con ratios de L/A de al menos de 20:1 para evitar cortocircuitos (se recomienda 40:1) (Metcalf-Eddy, 2003).
Además es importante que la mezcla del agua tratada con el reactivo se realice correctamente antes de entrar al depósito de agua tratada o al sistema de abastecimiento.
El tiempo de contacto suele oscilar entre 20 y 30 minutos a caudal medio.
No debe ser inferior a 15 minutos para que el acción del cloro alcance su objetivo.
La velocidad en el canal o laberinto debe ser de 2-4 m/min. evitando así posibles sedimentaciones de sólidos en el fondo.
Un ejemplo de dosificación para un efluente sin nitrificación y filtrado, con menos de 10 mg/L en DBO5 y en SST, sería de 4- 6 mg/l de Cl2,con un tiempo de contacto de 20 minutos, para llegar a menos de 2.000 de coliformes fecales.
Fases de la cloración del agua
El proceso de clorar agua para consumo humano tiene tres etapas.
Cada proceso tiene equipos y procedimientos diferentes.
Precloración
En esta etapa la cantidad de cloro necesaria para superar se agrega el punto de interrupción.
Esto garantiza que el nivel de cloro residual sea apropiado para una desinfección más lejos.
Por lo general, la dosis de cloro se lleva proporcionalmente al flujo de agua a tratar.
Desinfección en planta
Esta etapa se lleva a cabo dentro del depósito de desinfección.
En esta fase, se produce la desinfección del agua tratada.
El jefe de planta determina el tiempo de contacto necesario para mantener un nivel residual de cloro.
De esta forma, asegura que no se ha producido la contaminación microbiológica.
Para llevar a cabo la entrada de cloro se necesita un equipo de dosificación de cloro.
Postcloración
Cuando el agua ha salido del tanque anterior, se puede aportar una cantidad de cloro adicional.
El objetivo será garantizar que los niveles de cloro residual sean adecuados en los puntos de consumo.
El equipo de control en línea es de gran importancia, ya que será el último responsable de mantener el nivel de cloro en la red de distribución.
Aplicación práctica: cálculo del caudal de dosificación
Una vez determinada la dosis necesaria en ppm, y conociendo el caudal de agua en el sistema (en L/h o m³/h), puedes calcular el caudal de dosificación requerido con esta fórmula:
Para determinar la bomba dosificadora adecuada en un sistema de tratamiento de agua, es fundamental calcular el caudal de dosificación en función del caudal de agua, la dosis de cloro deseada y la concentración del producto químico disponible.
Caudal de dosificación (L/h) = (Caudal de agua (m³/h) × Dosis de cloro (g/m³)) ÷ (Concentración de cloro (%) × 10)
Esta fórmula parte de que 1 ppm = 1 g/m³ y que 1% de cloro equivale a 10 g/L.
Factor de seguridad: operación al 60 %
Para seleccionar correctamente la bomba, se recomienda que trabaje al 60% de su capacidad máxima, garantizando precisión, vida útil y margen de ajuste.
Se aplica dividiendo el caudal de dosificación entre 0,6.
Ejemplo de cálculo
| Dato | Valor |
|---|---|
| Caudal de agua | 50 m³/h |
| Dosis deseada de cloro | 3 ppm = 3 g/m³ |
| Concentración de hipoclorito de sodio | 5% |
| Caudal calculado | (50×3)÷(5×10) = 150÷50 = 3,00 L/h |
| Caudal considerando operación al 60% | 3,00÷0,6=5,00 L/h |
Aplicando el factor de operación al 60%: 3,00÷0,6=5,00 L/h
Se requiere una bomba dosificadora con caudal nominal de al menos 5 L/h para operar al 60% de su capacidad.
Equipos de dosificación para la cloración
Existen en el mercado diversos sistemas de dosificación de cloro.
Un equipo estándar para la desinfección final de una planta potabilizadora podría ser el siguiente:
- Un tanque de almacenamiento de hipoclorito sódico bien dimensionado para garantizar una autonomía de al menos 15 días al caudal y dosis de la planta.
- Tendrá instrumentación para la detección de nivel de fluido en el interior de máximo y mínimo nivel, y bloqueo de la instalación por nivel mínimo.
- Un equipo de dosificación compuesto por dos bombas dosificadoras de membrana.
- Estas deben estar provistas con dispositivos de regulación electrónica (variadores de frecuencia) conectados mediante señal digital externa.
- Tuberías desde el punto de almacenamiento hasta el punto de destino incluyendo valvuleria, rebosadero, sistema de vaciado y sistema de carga.
- Un sistema automático con información proporcionada proporcionada por un medidor de cloro residual.
- La instalación de dosificación de cloro estará dimensionada a caudal máximo de la dosificación prevista.
La cloración final se realizará mediante la dosificación en el colector de salida de agua tratada, justo antes de la entrada en el depósito de agua tratada.
La instalación debe permitir ajustar la dosis de acuerdo con el caudal, el cloro residual medido y la evolución de la calidad del agua.
Cloración de aguas residuales
El propósito fundamental del tratamiento del agua es proteger al consumidor de impurezas, que pueden ser dañinas para la salud humana.
Un objetivo secundario es tratar las impurezas que, aunque no son directamente perjudiciales para la salud, pueden causar problemas como corrosión y decoloración.
Estos propósitos se logran mediante el tratamiento de aguas.
En estos procesos se eliminan los sólidos en suspensión que pueden afectar la eficacia de la desinfección.
Por ejemplo, la instalación de barreras como la coagulación y la filtración, que eliminan las impurezas por precipitación y captura de partículas.
El objetivo principal del tratamiento antes de la desinfección es preparar el agua para una desinfección eficaz y fiable.
La barrera final es la desinfección.
Además de lograr la destrucción de patógenos, la cloración puede contribuir a la eliminación de metales del agua, como el hierro y el manganeso, ácido sulfhídrico, colorantes orgánicos, olores, sabores y algas.
- Corrección de presencia de bulking.
- Eliminación de metales del agua, como el hierro y el manganeso.
- Eliminación de ácido sulfhídrico.
- Eliminación de colorantes orgánicos.
- Mejoras en la coagulación por dióxido de silicio.
- Control de olores y sabores.
- Prevención de crecimiento de algas.
Alternativas a la cloración
El cloro es el desinfectante y oxidante más utilizado en el tratamiento del agua potable.
Sin embargo, existen otras alternativas a la cloración del agua para lograr su desinfección.
- El ozono.
- El dióxido de cloro.
- La monocloramina.
El ozono es un poderoso oxidante y un excelente desinfectante.
Se utiliza para el tratamiento del agua potable en muchas plantas de abastecimiento de agua en todo el mundo.
Debe generarse in situ y, por tanto, es menos adecuado que el cloro para su aplicación en pequeñas plantas de tratamiento.
El ozono no deja residuos en el sistema de distribución.
Se descompone rápidamente en el agua.
El dióxido de cloro se usa en plantas de abastecimiento de agua.
Es más frecuente en plantas con presencia de sabores clorofenólicos en el agua producto.
No forma trihalometanos y persiste en el agua de bebida, es decir, proporciona un residuo en el suministro distribuido.
Sin embargo, el inconveniente del uso de este desinfectante es que produce clorito y clorato.
Estas sustancias deben controlarse cuidadosamente, ya que son especies relativamente tóxicas.
La monocloramina es un desinfectante menos potente que el cloro, el ozono o el dióxido de cloro.
Pero, su ventaja es que se trata de un compuesto más persistente en el agua potable.
Por eso, se ha utilizado para mantener un nivel residual bajo en un sistema de distribución durante muchos años.
Cloraminación y control de subproductos
El término «cloraminas» describe los tres compuestos que se pueden formar a partir de la reacción del amoníaco con el cloro: la monocloramina, la dicloramina y la tricloramina.
Estos compuestos se forman en instalaciones de agua potable al realizar la cloraminación.
También sucede, de forma natural en lugares con agua subterránea clorada que contengan amoníaco natural y en efluentes de aguas residuales cloradas.
Las cloraminas se forman de manera secuencial: primero monocloramina, luego dicloramina y, finalmente, tricloramina.
El objetivo de la cloraminación es la formación completa de monocloramina, así como evitar la formación de dicloraminas y tricloraminas.
Se ha determinado que el ratio 5:1 Cl 2:N es el mejor ratio de carga.
Esta proporción evita la formación de dicloramina, al tiempo que minimiza el amoníaco no reaccionado y controla la nitrificación y la formación de biopelículas.
Se debe evitar la formación de dicloramina, porque genera problemas de sabor y olor.
La cloraminación es un proceso de desinfección del agua que implica la adición controlada de cloraminas al agua, que como hemos visto, son compuestos con una acción desinfectante menor pero más estable que el cloro libre.
La cloraminación es especialmente útil en situaciones donde la formación de subproductos de la cloración es una preocupación o donde se busca una desinfección más persistente a lo largo de grandes sistemas de distribución de agua.
La relación entre el cloro combinado residual y la formación de nitrosaminas (NDMA CAS: 62-75-9 ) se basa en el hecho de que las NDMA pueden formarse como un subproducto de la cloraminación.
Las nitrosaminas están clasificadas como un probable carcinógeno humano por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC).
Control operativo de la curva de cloración
Realiza la curva periódicamente si la calidad del agua cambia.
Asegúrate de contar con equipos de medición calibrados y personal capacitado.
El monitoreo y el control del cloro libre residual y del cloro combinado residual son prácticas esenciales para garantizar la calidad microbiológica del agua potable y cumplir con los estándares de seguridad y calidad del agua establecidos por la normativa.
Si el agua tiene cambios en el caudal, la turbidez, el pH, el amonio, la materia orgánica, el hierro o el manganeso, la demanda de cloro puede cambiar y la curva debe revisarse.
El control en línea permite comprobar que la dosis calculada mantiene el residual requerido en los puntos de control.
Si aplica choques de cloro en su piscina con frecuencia para alcanzar el punto de ruptura de cloración, pregúntese cómo llegó allí.
Claramente, los niveles normales de cloro en su piscina no son suficientes para satisfacer la demanda.
El alto contenido de cloro combinado se debe generalmente a la introducción de amoníaco en la piscina.
Identifique las fuentes de amoníaco y evite que entren en el agua.
Aplicar la química adecuada para las situaciones adecuadas puede minimizar los costos, maximizar la eficiencia y mejorar la experiencia general del nadador.
Determinación de demanda de cloro
Publicaciones populares:
- Causes y señales de una fosa séptica que no filtra
- Guía rápida de Filtro de lluvia para imágenes más creíbles
- Usos médicos del hipoclorito de sodio y su papel en la sanidad
- Cómo cambiar el filtro de aire del habitáculo en BMW E46
- Cómo funciona el Clever Pure: filtros y rendimiento