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El pH para mecánicos

¿Qué es el pH? ¿para qué sirve? ¿para qué necesita un mecánico el pH? Todos nos hemos hecho alguna vez estas preguntas antes de irnos a dormir, pues bien, por fin tendrás respuestas.

El pH es una escala de medida simplificada, que indica la acidez o alcalinidad de una solución. En sí, pH significia potencial de hidrógeno, ya que la cantidad de estos iones es quien determina la acidez o alcalinidad. Debemos a Dinamarca las buenísimas galletas de lata azul, la cerveza Carlsberg, y a uno de sus ciudadanos, Søren Peter Lauritz Sørensen, el descubrimiento de este método de medición.

Como cualquier escala de medición, nos sirve para comparar con unas bases establecidas científicamente, y que nos aportan datos sobre la realidad que tenemos presente (lo que estamos midiendo). El ejemplo más básico es cuando medimos el pH de una piscina, utilizamos unos papelitos con unas substancias químicas impregnadas para conocer el pH del agua y actuar en consecuencia.

Fuente: Wikimedia commons

Fuente: Wikimedia commons

Lo mínimo que debemos saber sobre el pH es:

  • el pH igual a 7 es neutro, medido sobre agua a 25ºC.
  • valores por encima de 7 indican alcalinidad.
  • valores por debajo de 7 indican acidez.

Igual que cuando medimos una longitud, la medida por sí sola no nos dice nada, su estudio y comparación sí que nos puede avisar de algo. Por ejemplo, si medimos la cabeza de alguien, y tiene un perímetro de 25cm, y es un barón mayor de 25 años, seguramente nos parecerá raro, y lo es, a menos que haya vivido cerca de una zona de jíbaros y esté muerto. Pues con el pH nos pasa lo mismo, si medimos el pH de nuestra piscina, nos sale pH1, y aún no se ha derretido, yo no me bañaría…

Algunos valores de pH:

  • pH 1,0. Ácido clorhídrico
  • pH 2,3. Zumo de limón
  • pH 2,4. Coca-Cola
  • pH 2,9. Vinagre
  • pH 3,5. Vino
  • pH 4,0. Cerveza
  • pH 4,1. Zumo de tomate
  • pH 5,0. Café, pan.
  • pH 5,6. Lluvia ácida
  • pH 6,0. Orina (lluvia dorada)
  • pH 6,5. Agua de lluvia
  • pH 6,6. Leche
  • pH 7,0. Agua destilada
  • pH 7,4. Sangre, sudor
  • pH 8,0. Agua de mar
  • pH 8,4. Levadura
  • pH 9,0. Bicarbonato de soda
  • pH 9,2. Disolución de bórax
  • pH 9,9. Pasta de dientes
  • pH 10,5. Leche de magnesia
  • pH 11,0. Agua de cal
  • pH 11,9. Amoniaco doméstico
  • pH 13,o. Lejía
  • pH 14,0. Hidróxido de sodio

Y si queréis ver pH de alimentos, por aquellos de los ardores…

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Propiedades de los materiales, diagramas de fase y el Titanic

Las propiedades de los materiales, en especial algunas de ellas, se ven claramente afectadas por efecto de la temperatura.

Esta temperatura no procede únicamente del entorno ambiental o climático, puede provenir de algún proceso natural o artificial: un fuego, una reacción química, un extintor rociado sobre un cuerpo, la fricción producida durante un movimiento, un golpe, y muchísimos sitios más, pero muchos muchos…y es que un calentón lo puede tener cualquiera 😉 Y un enfriamiento también 😦

Bueno, quiero ir a parar, a que el universo de los materiales, a nivel microscópico, está en constante movimiento (parezco el Punset). Los materiales, pueden tener comportamientos diferentes, o muy diferentes, en función de la temperatura a la que están. Y eso afecta a nuestras vidas, y mucho.

Si quisiera lleva esto a la ciencia más pura, podríamos llegar a los conocidos como diagramas de fase, que “no son más” que unos gráficos, obtenidos a través de experiencias, y de tíos empollones que no tenían nada mejor que hacer, que representan las fronteras entre diferentes estados de la materia (líquido, sólido y grasioso gaseoso), siempre en función de la temperatura (un eje), y/o volumen, porcentaje de un elemento, presión, etc (otro eje, o dos más).

En ingeniería química, un diagrama de fase típico es el del agua:

Fuente: Wikipedia

Y en ingeniería mecánica, el más típico es el del acero (hierro-carbono):

Fuente: Wikipedia

Pero no hace falta entrar tan profundo, para saber que debemos tener en cuenta los comportamientos de un material a diferentes temperaturas. Y para ello, tres ejemplos:

  • Cuando el ejército nazi, debido “a los retrasos típicos de la guerra”, se encontró en campo soviético durante el frío invierno, no habían tenido en cuenta que todo su armamento metálico, iba a sufrir las consecuencias del frío. Debemos pensar que, a -40ºC, los aceros pueden contraer entre 1-4%, en función de la aleación. En otras palabras, pensar en un tubito por donde sale una bala de cañón, que debería hacer 100mm, que se ha encogido 2 ó 3mm… ¡¡¡¡ppppuuuummmm!!!
  • El PTFE, en estado 100% sólido, puede aguantar hasta los 270ºC, sin perder sus propiedas, y en cortos periodos de tiempo, hasta los 315ºC ¿por qué no más alla? Resulta que a partir de 325ºC, el PTFE empieza a carbonizarse, y a emitir unos vapores que son bastante tóxicos ¡¡¡ojo!!!
  • en los aceros, existen una fase de transición, donde el material cambia su capacidad de deformarse, o sea, pasa de dúctil a frágil. Resulta que unos amiguetes en canoa que recuperaron partes del casco del malogrado Titanic, realizaron los ensayos para determinar la temperatura de esta transición en el acero utilizado, determinando que estaba a -15ºC. Así que, omitiendo el detalle sin importancia del choque contra el iceberg, el empleo de ese material, la temperatura del agua por donde andaban, además de otros detalles estructurales como las uniones entre planchas, provocó la ruptura del casco, y el hundimiento del barco.

La elección de los materiales en ingeniería es algo tan elemental, que debería estar prohibido equivocarse, al final, y podéis verlo en los tres casos, se está jugando con las vidas de personas…

Tratamientos del agua 6 – Dureza del agua e incrustaciones calcáreas

Artículos anteriores: Tratamientos del agua 1Tratamientos del agua 2 – CloraciónTratamientos del agua 3 – OzonoTratamientos del agua 4 – Radiación UVTratamientos del agua 5 – Filtración

Las incrustaciones calcáreas están directamente relacionadas con la dureza del agua, y la dureza del agua está relacionada, sobre todo, con las sales de calcio y de magnesio que encontramos en ella (entre otras).

Cuando hablamos de dureza del agua, como podemos ampliar en la Wikipedia, nos referimos a la cantidad de sales presentes en cierta cantidad de agua (sales metálicas), sobre todo al bicarbonato cálcico, y al bicarbonato magnésico.

Estas dos sales, difícilmente se mantienen estables en el agua, ya que necesitan gas carbónico para evitarlo, y a no ser que nuestro ayuntamiento haya contratado un suministro de agua con gas para la ciudad, lo que hace el agua es dejar estar sales por cualquier lado, y crear las incrustaciones calcáreas, causantes de un buen número de problemas que solemos sufrir a diario, como roturas de tuberías, problemas de presión en la red, y también causa del buen estado de uno de nuestros deportes nacionales, levantar aceras.

Resumiendo, esta inestabilidad de las sales que transporta el agua por nuestras tuberías (disolución), hace que se depositen fácilmente en superficies rugosas (como el fibrocemento que tenemos en gran parte de nuestras redes, primera foto), aunque sean microscópicamente (como en plásticos, segunda foto), dando lugar en el tiempo, a una especie de capas depositadas que acaban por obstruir totalmente cualquier espacio. Os muestro varios fotos de tuberías que tuve en mis manos en un seminario ¡alucinante!

Las incrustaciones calcáreas son a las conducciones de agua, lo que el colesterol a nuestro organismo. (esta frase no pinta nada aquí, pero se me ha ocurrido).

Existen varios tipos de durezas, la total, la temporal y la permanente, y todas se miden con diferentes tipos de unidades (según el país), que se basan todas en la cantidad de carbonato cálcico presente en una cantidad de agua. Existen diferentes unidades como los grados franceses, americanos, alemanes… ¡parece un chiste! Aunque para convertirlos entre ellos existen tablas, basta con saber que cuanto mayor sea el número, más incrustante será el agua.

Sobre los tratamientos posibles para las incrustaciones, tenemos diferentes maneras de “atacar” el problema, en función de las necesidades:

  1. Mediante la dosificación de inhibidores químicos. Como podéis imaginar, suelen deben suelen deben ser de calidad alimentaria, y su función no es eliminar el calcio (cal) del agua, sino evitar que se enganche en las paredes.
  2. Mediante equipos físicos. Seguro que alguien recuerda los famosos imanes de estos programas de inventos para el hogar en la TV a las tantas de la madrugada, que evitaban las incrustaciones de cal. Pues resulta que se investigó y… ¡¡¡era cierto!!! Pero sólo en algunos casos. Pero eso dio pie a una serie de aparatos que mediante corrientes y electrólisis, evitan las incrustaciones.
  3. Mediante descalcificación. Esta es la única que realmente elimina el calcio del agua, bueno, realmente la “aparca”. Se hace pasar el agua por una resina saturada de sal (sodio), que retiene las partículas de calcio y magnesio (responsables de las incrustaciones) ¡¡¡y la resina hay que regenerarla de vez en cuando!!!

Los juegos de química, y “El hombre que salvó las Navidades”

Parece una frase terriblemente presuntuosa, pero puesta en el contexto del artículo, me ha parecido genial (no es mía como veréis).

Mientras procastinaba, palabra no aceptada por la RAE, pero con amplia definición en la Wikipedia, he leído en Wired Science, sitio que acabo de descubrir, y del que me declararé su más absoluto y ferviente admirador como mínimo durante tres días, información sobre los famosos juegos de química, que tantos disgustos han dado a nuestros padres y abuelos, y que hoy en día, al no tener botones, batería de litio, y pantalla de 10″, se pueden dar por desaparecidos.

Gracias a Chemical Heritage

Pese a que recomiendo su lectura, el artículo habla de la situación por la que están pasando estos juegos de química, antaño deseados por los niños de medio mundo, y hoy, desahuciados en el ocaso de su vida, y banalizados hasta el punto de que el serio y aparentemente importante científico de bata blanca que aparecía haciendo sus experimentos en las cajas de estos juguetes, se ha convertido en un dibujo de un científico, más bien loco, con gafas de pasta gorda, y con poca estima a sus brazos. Además resulta gracioso, pero establecen cierto paralelismo entre el número de licenciados y estudiantes de químicas, y las épocas de mayor o menor éxito de este juguete.

También critican que hoy día, pese a existir algunos juegos de química, debido a los “altos níveles de seguridad nacional”, que en algunos casos podrían estar bien fundamentados, debe existir algo en el medio de los viejos juegos, y el que hayan dejado de existir como tales.

Para acabar, nos muestran una presentación con un repaso histórico, a dos de los juegos clásicos en Estados Unidos, el Chemcraft, del químico John J. Porter, que comenzó a comercializar su juego en 1914, y el de Alfred Carlton Gilbert (nada que ver con el primo de Will Smith), que en 1922 lanzó su primer juego al mercado, y que años antes, en 1918, recién acabada la Primera Guerra Mundial, consiguió detener una propuesta que pretendía detener la producción de juguetes (entiendo que para la utilización de los materiales y dinero en otros asuntos “más importantes”), y que le valió el apoyo de “El hombre que salvó las Navidades” ¡genial!

Fue tal el éxito del primero, que en los 50, convirtieron al país en ¡¡¡el máximo consumidor de tubos de ensayo del mundo!!! Eso sí, en los 60 fue comprada por una gran empresa de juguetes,  que acabó cerrándola en los 80.

Para los que llevéis bien el inglés, os recomiendo el vídeo.

http://www.pbs.org/kcet/wiredscience/video/embed/82

Por cierto, pese a que mis padres nunca osaron comprarme uno, yo recuerdo el Quimicefa ¿os suena alguno más?

Y más importante todavía ¿alguna anécdota que contar?

Tratamientos del agua 3 – Ozono

Artículos anteriores: Tratamientos del agua 1Tratamientos del agua 2 – Cloración

El ozono (O3), es una variedad del oxígeno, una sustancia muy activa, y el oxidante más fuerte que se conoce en la naturaleza. Te tomas un chupito y ardes…

Es famoso por la archinombrada “capa de ozono”, pero en realidad es un desinfectante muy potente y se utiliza mucho en depuradoras. Es capaz de cargarse todo en 2 ó 3 minutos. O sea, que es como soltar a 200 niños en una tienda de caramelos gratis…

Otra ventaja es que no crea subproductos, lo que hace es romper la materia orgánica (la elimina).

Aunque no todo pueden ser cosas buenas, de hecho, el ozono es muy tóxico, incoloro y en su presencia se irritan mucosas, nariz, garganta y otras zonas expuestas (andaros con cuidado).

Para generar ozono:

  • en pequeñas dosis. Haciendo pasar el aire por delante de una luz  ultravioleta. De hecho, en la capa de ozono, se genera mediante la radiación ultravioleta que recibe del sol, y en ese mismo proceso también se destruye (equilibrio dinámico), por eso filtra (consume) esta radiación y no nos quemamos la piel. Es lo que denominamos proceso fotoquímico (estas palabrotas hacen subir el nivel del blog).
  • en dosis más grandes. Los rayos de una tormenta, generan ozono al caer (de ahí la frescura en el ambiente tras una tormenta). Las máquinas reproducen eso en “chiquetito” en una “máquina de chispazos o despertador”. Estamos hablando de 15.000 voltios de nada (una bujía de un motor de explosión puede llegar a los 25.000 voltios (yo vi saltar a un profe mío hace años en el taller por un chispazo, y os aseguro que sólo por la cara, no quiero ni saberlo, ni se quejó…).

Bueno, ya tenemos ozono ¿y ahora qué?

Pues nada, hay que inyectarlo en el agua, o bien aspirarlo del depósito donde lo almacenes. El proceso es:

  1. agua sucia
  2. aportación de ozono en el agua
  3. mezclador (mecánico)
  4. destrucción del ozono sobrante (con UV otra vez, o filtro de carbon activo)
  5. agua limpia y vuelta a empezar ¡guarros!

El ozono es un tratamiento caro, así que se utiliza donde no se puede colocar cloro y tienes que desinfectar muy bien…¿recordáis a la amiga “la he liado parda“? Pues eso…los peligros del cloro…

Después de todo esto, sólo me queda decir que el ozono es nuestro amigo, tenemos que ayudarlo y cuidarlo, además desde hace tiempo, y cada día más lo utilizamos como parte de tratamientos médicos, desde la simple curación de heridas, hasta el tratamiento de hernias discales (virgensita déjame como estoy).

Tratamientos del agua 2 – La cloración

Artículos anteriores: Tratamientos del agua 1

El cloro es un elemento químico, que esta presente en muchos elementos de la naturaleza por la facilidad que tiene para combinarse con ellos. Por ejemplo en la sal común (cloruro de sodio), que es la misma que encontramos disuelta en el agua de mar.

Después de este comentario sobre el cloro para parecer que entiendo del tema, os diré que el cloro para la depuración del agua, se utiliza en forma de gas, o en forma de hipoclorito sódico (lejía). Para grandes caudales de agua, suele utilizarse en forma de gas, para el resto, el segundo. Como anécdota, el cloro fue el primer gas en ser utilizado en guerras como arma química, por su poder irritante. Los enemigos se irritaban porque al dejar la ropa militar de color blanco, eran blancos fáciles… jajaja (que tontería más redundante).

El cloro suele utilizarse para la desinfección del agua estancada, que no significa sucia, puede ser agua suministrada limpia por la compañía, que por el simple hecho de estar almacenada en un depósito, favorece la aparición de microbios, bacterias, virus y billetes de 500€. Al tratamiento del agua mediante aportación de cloro, se llama cloración (tope original).

Cuando se trata agua mediante adición de cloro, es necesario controlar dos parámetros que van unidos de la mano en las reacciones que se producirán, los niveles cloro y el pH del agua. Así:

Sobre el pH del agua.

El agua con pH 7 es la llamada agua en equilibrio o agua pura.

phCuando el agua tiene un pH por debajo de 7, se vuelve ácida, y por tanto se convierte en corrosiva (no os asustéis). En el ph menor de 1, tenemos el famoso ácido clorhídrico o salfumant, y os decía que no os asustéis, porque en nuestro estómago, un 3% de los jugos gástricos son ácido clorhídrico ¿guai, eh?

Cuando el agua tiene un pH por encima de 7, se vuelve básica o alcalina, y se convierte en incrustante (adherir). Al final de la escala, con pH 14 tenemos la también famosa sosa cáustica, que se utiliza en el proceso de elaboración de los pretzel, para darle ese sabor salado tan güeno…arrgghhh…

Los que debemos sentirnos afortunados por abrir un grifo por el que emana agua, solemos beberla con un pH de 7,2.

Sobre el cloro del agua

Explicaré cómo funciona la cloración del agua, sin entrar en reacciones químicas, más que nada porque yo como mecánico, no entiendo ni papa.

cloroEl cloro se puede comprar, o crearlo directamente aplicando corrientes al agua con sal (salmuera), y se añade al agua en una concentración de 4 ppm (4 partículas de cada millón), y se conoce como cloro total; este reacciona con la materia orgánica existente en el agua, dando lugar a dos tipos de cloro: 2 ppm de cloro combinado, y 2ppm de cloro libre. El libre reaccionará dando lugar al cloro activo, que es el que realmente desinfecta el agua.

El cloro es eficaz para desinfectar y para eliminar algunas bacterias, virus y protozoos, pero necesita estar en contacto con el agua al menos 30 minutos.

Como parte negativa, en toda esta reacción, aparecen unos subproductos denominados tríhalometanos, que provienen de la reacción de materia orgánica y cloro en el agua, que son bastante chungos. En España especialmente tenemos este problema porque muchas de nuestras aguas (las que consumimos), son aguas de superficie, y por tanto tienen mucha más materia orgánica de la que puede haber en aguas subterráneas.

El esquema básico de un sistema de cloración sería el que muestro en la figura.

cloracion-2

Tenemos un depósito al que llega el agua, y que enviamos directamente a cada casa. De esa tubería de suministro, se recircula una cantidad que es enviada a una central de control donde se realiza una medición del cloro  y del pH. En función de estos valores, tenemos en 1 una bomba de hipoclorito sódico que bombeará en función de la necesidad, y en 2 una bomba reguladora/correctora del pH, manteniendo así el agua en el depósito según los valores predeterminados en la central de control.

Pues nada, ya podemos beber agua…si es que os han quedado ganas…y esto es sólo el principio.

Tratamientos del agua 1

Dediqué una serie de artículos a la depuración de aguas, y os conté que el agua es media vida, ahora voy a dedicar alguno, los que salgan, al tratamiento de agua.

En este caso, el tratamiento de agua, se refiere a los procesos que se realizan sobre el agua para acabar adaptándola para el uso humano, ya sea para ducharse, o para beber.

Lo primero que hay que aclarar sobre el agua, es que uno de los grandes problemas, es que arrastra todo tipo de contaminantes durante su ciclo de vida.

Empezando por la lluvia, el agua es capaz de atrapar y arrastrar todo tipo de contaminantes que se encuentran en suspensión en el aire, tales como ácido sulfúrico, carbónico o nítrico (casi ná). De hecho, este efecto es el causante de la denominada llúvia ácida.

Tras esto, ya tenemos el agua “en el suelo”, donde puede arrastrar contaminantes de todo tipo. Primero los que encuentra en la superficie, y luego los que va encontrando en las diferentes capas del subsuelo, y aunque algunos pueden parecer beneficiosos como el hierro y el calcio (en determinadas concentraciones), también se arrastran nitratos procedentes de abonos, subproductos de ganadería, pesticidas, sales de aguas freaticas, residuos que podemos encontrar en cualquier calle como aceites y derivados del petróleo, y así, hasta el infinito y más allá; ya sabéis que los humanos no somos precisamente gente muy limpia…

Como todos sabemos, el agua es un recurso cada vez más escaso, y cada día es mayor la preocupación por la salubridad de esta para el consumo humano, incluso industrial ¿y qué significa eso? Pues que hay negocio, y cuando hay negocio todo viene rodado.

A partir de aquí, os hablaré de sistemas de desinfección del agua, sistemas de filtrado, problemas derivados del agua “desequilibrada”, de ósmosis, torres de refrigeración…

Gracias a Manu gomi por la foto

Gracias a Manu gomi por la foto