Agua Latinoamerica

Suavizantes de Agua y Corrosión

Por Bryanna Poczatek and Eric Yeggy

Este artículo apunta a abordar la idea errónea de que el ablandamiento del agua por intercambio catiónico causa corrosión. Este no es el caso: un suavizante de agua correctamente configurado no hace que el agua tratada sea más corrosiva. Aquí hay algunos datos confusos que a menudo llevan a las personas a esta conclusión errónea. Primero, el agua naturalmente suave es típicamente corrosiva. Por lo tanto, el agua suavizada también debe ser corrosiva, ¿cierto? Esto es una falacia porque el agua blanda naturalmente tiende a ser corrosiva debido a un pH bajo y un contenido de sólidos disueltos totales (SDTs) bajo, mientras que el ablandamiento por intercambio catiónico no causa ninguna de estas condiciones.
En segundo lugar, la escala de carbonato de calcio se cita a menudo como una forma de control de la corrosión y, dado que los suavizantes previenen la formación de incrustaciones al eliminar el calcio y el magnesio, deben causar corrosión, ¿cierto? De nuevo, esto es una falacia. A pesar de la falta de evidencia científica que respalde la premisa de que la escala de carbonato de calcio forma una capa protectora uniforme que protege a los consumidores de la corrosión del plomo o el cobre, esta práctica continúa siendo referenciada como una forma de control de la corrosión.
La gente en Flint, Michigan, comenzó a quejarse de la calidad del agua poco después de que la ciudad comenzara a usar el río Flint como fuente de agua. Irónicamente, el estado respondió declarando que el alto nivel de dureza en el agua del río Flint era la causa de estas quejas.1 Obviamente, la dureza no protegió a nadie en Flint de la corrosión del plomo. A continuación, examinaremos estos conceptos erróneos con más detalle y revisaremos la ciencia relacionada con los suavizantes y la corrosión. Pero primero, examinemos más de cerca la corrosión.

Impactos de la corrosión
La corrosión es un proceso natural en el que un material es degradado por el ambiente, a veces a un estado químico más estable, a través de reacciones de oxidación o reducción. Este es un gran problema en los sistemas de distribución de agua donde las tuberías metálicas se corroen continuamente. La corrosión puede causar muchos efectos indeseables en las tuberías. Los efectos físicos de la corrosión incluyen fugas, color en el agua y en las superficies, sedimentos y partículas en el agua, problemas de sabor y olor, y falla física de las tuberías.
La corrosión también puede causar que subproductos peligrosos se liberen al agua potable. Dos de los subproductos de corrosión más comunes presentes en los sistemas de tuberías son el plomo y el cobre; ambos tienen graves implicaciones para la salud. El plomo puede ingresar al agua potable al ser corroído por las conexiones de servicio de plomo, soldadura de plomo utilizada en tuberías de cobre o accesorios de latón/bronce. Los niños corren mayor riesgo de los peligros del plomo, ya que absorben el 40-50 por ciento del plomo que ingieren, mientras que los adultos solo absorben alrededor del 3-10 por ciento. Las mujeres embarazadas también tienen un alto riesgo de envenenamiento por plomo. Los posibles efectos en la salud por ingerir plomo incluyen bajo peso al nacer, retrasos en el desarrollo, menor coeficiente intelectual, audición dañada, menor capacidad de atención, daño renal y daño reproductivo.2,3
El cobre es otro subproducto común de la corrosión. El cobre es esencial para la salud humana; sin embargo, muy poco o demasiado es poco saludable. El cobre se combina con proteínas para producir enzimas que actúan como catalizadores de varias funciones corporales. Es importante que el cobre se consuma diariamente, ya que el cuerpo no puede sintetizar el cobre. Sin embargo, cuando se ingiere demasiado, puede ocurrir envenenamiento por cobre. Los síntomas de envenenamiento por cobre incluyen malestar estomacal, dolor intestinal, daño hepático y renal y complicaciones de la enfermedad de Wilson (un trastorno genético que hace que el cobre se acumule en el hígado, el cerebro y otros órganos).2

Aceleradores de la corrosión
La corrosión es un proceso natural e inevitable que ocurre en todos los metales expuestos al agua con sales disueltas. Hay varios factores complejos que aceleran la corrosión; sin embargo, los aceleradores de la corrosión comunes incluyen los siguiente:2
1.    Alta velocidad y/o turbulencia.
2.    Alta temperatura
3.    Bajo contenido de SDTs
4.    Contacto metálico distinto.
5.    pH bajo
6.    Dióxido de carbono
7.    Acumulación de biopelículas: corrosión microbiana.
8.    Agentes químicos tales como cloro, cloraminas y oxígeno disuelto.
9.    Una relación de masa de cloruro a sulfato elevada (CSMR)
La alta velocidad y la turbulencia (muchos giros o tuberías demasiado estrechas para el flujo de servicio) pueden acelerar la degradación de la tubería a través de la erosión mecánica y la cavitación. La erosión es la degradación física de la tubería debido al agua turbulenta de rápido movimiento. La cavitación ocurre cuando el agua se mueve rápidamente o se fuerza repentinamente en una nueva dirección, dejando vacíos de baja presión que a menudo aparecen como burbujas. A medida que estas burbujas de baja presión colapsan, se forma una onda de choque que puede dañar las tuberías y los accesorios. El calor acelera casi todas las reacciones químicas y la corrosión no es una excepción. Las temperaturas de más de 70°C (158°F) aumentan especialmente la velocidad de corrosión.
El agua que ha sido completamente desmineralizada (como el agua que ha pasado por un proceso de ósmosis inversa o deionización) tiene hambre de iones. Esto es lo que hace que el agua desmineralizada, o agua en la que se eliminaron todos los SDTs sea corrosiva. Por este motivo, WQA recomienda que las tuberías y conexiones de metal común (por ejemplo, cobre, galvanizado, latón, bronce) no se utilicen aguas abajo de un sistema de tratamiento de ósmosis inversa o deionización. Los suavizantes no eliminan los SDTs y no causan este tipo de corrosión. Un suavizante es simplemente capturar algunos cationes (principalmente calcio y magnesio) y liberar otros cationes en el proceso (generalmente sodio o a veces potasio).
El uso de metales diferentes en las tuberías puede provocar corrosión galvánica. El contacto directo entre metales diferentes iniciará la formación de una celda galvánica, que se crea cuando dos tipos diferentes de metal se conectan conductivamente entre sí, y luego se sumergen en un electrolito como el agua. Dentro de la celda galvánica, el metal más anódico se corroerá y se creará una corriente eléctrica debido al proceso. Un ejemplo común de esto es cuando la tubería galvanizada está conectada directamente a la tubería de cobre. También vale la pena señalar que, si bien el uso de un accesorio de latón para cerrar la brecha entre el tubo galvanizado y el de cobre no acelerará esta actividad galvánica, ni la evitará por completo.4,5,6 Los acoplamientos dieléctricos se pueden usar para mitigar este contacto directo entre metales disímiles. Un acoplamiento dieléctrico contiene un material aislante que separa físicamente el contacto entre los dos metales.
La deposición de escamas también puede crear células mini-galvánicas. Las escamas no existen como capa homogénea. El examen microscópico de los depósitos de escamas ha revelado que a medida que las escamas se acumulan, se pueden incorporar distintos tipos de metales en las escamas. Estos distintos tipos de metales que están presentes en las escamas están conectados de forma conductiva y actúan como celdas galvánicas en miniatura. El pH bajo también aumenta la corrosividad del agua. El pH es la medida de la actividad del ion hidrógeno en una solución y se usa para expresar la intensidad de la acidez de una solución. Las soluciones con un pH bajo (< 7) son ácidos; Las soluciones con un pH alto (> 7) son bases. Los ácidos son compuestos que liberan iones de hidrógeno, que oxidan los metales en las tuberías, acelerando la corrosión. El dióxido de carbono contribuye potencialmente a la formación de ácido carbónico, lo que hace que el agua sea más corrosiva. La presencia de altos niveles de dióxido de carbono tiende a correlacionarse con condiciones geológicas específicas.
Otro acelerador común de la corrosión es la acumulación de biopelículas, que causa una corrosión de influencia microbiana (MIC), una forma de corrosión localizada. Las bacterias se adhieren a la superficie de una tubería, colonizan y crecen, formando una biopelícula. La biopelícula es rica en nutrientes y resistente a desinfectantes como el cloro. El MIC es un fenómeno complejo y las biopelículas influyen en la corrosión en varias maneras. Las teorías sobre los mecanismos involucrados incluyen aumentar la transferencia de electrones, destruir las capas de película protectora de la superficie, cambiar el potencial de reducción-oxidación (redox) de las superficies de las tuberías y crear sustancias corrosivas ácidas.7
Ciertos productos químicos (como el cloro, la cloramina y el oxígeno disuelto) también pueden hacer que el agua sea más corrosiva. Por ejemplo, la presencia de agentes oxidantes como el oxígeno disuelto puede hacer que los metales pierdan electrones y causen corrosión. Otra causa común de corrosión es la eliminación de sulfato y/o la adición de cloruro, lo que se conoce como un CSMR elevado. El aumento del CSMR acelera la corrosión en presencia de materiales que contienen plomo. Un documento de julio de 2007 publicado en la revista AWWA Journal, “La relación de masa de cloruro a sulfato y la lixiviación de plomo al agua,” resumió este efecto de la siguiente manera: “Si bien los sulfatos inhiben la corrosión formando capas de película protectora pasiva y reduciendo las corrientes galvánicas entre metales diferentes los cloruros evitan la formación de tales capas pasivas y estimulan la corriente galvánica.”8 Si el agua de la fuente contiene niveles naturales de cloruro y se instala un tratamiento para eliminar el sulfato, esto impulsará el CSMR hacia arriba y posiblemente acelerará la corrosión. Otra forma en que se puede elevar el CSMR es por la configuración incorrecta de un suavizante con un tiempo de enjuague inadecuado. Si la sal permanece en el lecho del suavizante después de la regeneración, debido al tiempo de enjuague inadecuado, el cloruro en esa sal elevará el CSMR y posiblemente acelerará la corrosión.
El riesgo potencial causado por el CSMR se puede evaluar de esta manera. Si hay materiales en la instalación de plomería que contienen plomo (como tuberías galvanizadas, accesorios de latón/bronce, grifos o soldaduras de plomo) y el CSMR es igual o superior a 0,2, existe un riesgo importante de corrosión y exposición al plomo para el cliente. Si hay materiales en la instalación de plomería que contienen plomo y el CSMR es > 0.5 con una alcalinidad <50 mg/L como CaCO3, existe un grave riesgo de corrosión y exposición al plomo.9

Malentendidos comunes sobre el agua suavizada y la corrosión
Uno de los factores que causa que las personas concluyan erróneamente que el agua suavizada por intercambio catiónico es más corrosiva que el agua dura, es la suposición errónea de que el agua naturalmente suave es similar a la del agua suavizada por intercambio catiónico. Naturalmente, el agua suave y el agua suavizada son diferentes de muchas maneras. Naturalmente, el agua suave es muy corrosiva. Se encuentra comúnmente en las aguas superficiales del noroeste del Pacífico, Nueva Inglaterra y el sureste de los Estados Unidos. Es corrosiva porque tiene un pH bajo y un bajo contenido de SDTs. El ablandamiento por intercambio catiónico no disminuye el pH (podría elevarlo ligeramente, haciendo que el agua sea menos corrosiva) y no reduce el contenido de SDTs.10 Otra percepción errónea común es que las escamas de carbonato de calcio son una forma efectiva de control de la corrosión. Sin embargo, hay una falta de evidencia científica que apoye esta afirmación. Las escamas no se forman en capas homogéneas uniformes que protegen la tubería contra la corrosión. Las escamas pueden ser porosas o suaves y son altamente irregulares. La corrosión aún puede ocurrir en condiciones que son favorables para la formación de escamas de agua dura o incluso cuando ya existe una escama de aguas duras.

Estudios de investigación sobre suavizantes y corrosión
Muchos estudios de investigación han investigado los efectos del intercambio catiónico con el agua suavizada en la corrosión. Un estudio de este tipo, “Lixiviación de metales de materiales de plomería del hogar: Impacto de los suavizantes de agua en el hogar,” fue realizado por el Laboratorio Nacional de Investigación de Gestión de Riesgos de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA, en inglés). Sus objetivos fueron evaluar la lixiviación de metales de tuberías y grifos metálicos y determinar cualquier cambio en las características químicas críticas del agua que pasa a través del suavizante de agua que aceleraría la velocidad de corrosión. Se utilizaron dos calidades de agua diferentes en el estudio: agua del grifo con acabado de cal suave con una dureza de 160 mg/L y agua subterránea con una dureza de 300 mg/L. Los investigadores concluyeron que no hay evidencia de que el agua suavizada por intercambio iónico produjera sistemáticamente niveles más altos de metales que las aguas no suavizadas bajo condiciones idénticas.10
Otro estudio realizado por el British Standards Institute para la Asociación de Tratamiento de Agua del Reino Unido examinó la corrosividad del agua suave natural frente al agua suavizada por intercambio de iones contra una gama de metales, como el aluminio, el acero dulce, el cobre, el latón y el acero inoxidable. Se instalaron dos sistemas de calentamiento de agua de modelo idéntico y se retiraron después de uno, tres y seis meses para determinar las tasas de corrosión, mediante inspección visual y análisis químico. Este estudio concluyó que no había ninguna diferencia significativa en las tasas de corrosión para latón, cobre, acero dulce y acero inoxidable entre las dos plataformas. Inicialmente, hubo una mayor tasa de corrosión del aluminio en el agua ablandada por intercambio iónico, pero esto disminuyó continuamente con el transcurso del tiempo.11
Un tercer estudio realizado en el instituto de investigación METALogic en Bélgica, “Investigación de corrosión in situ sobre el efecto del agua dura y suavizada en los sistemas de agua potable de cobre y acero galvanizado doméstico,” investigó los efectos a largo plazo del agua suavizada por intercambio iónico sobre la corrosión. Se utilizaron cuatro instalaciones representativas de agua potable doméstica: dos para el comportamiento de la corrosión del cobre y dos para el comportamiento de la corrosión del acero galvanizado. La tasa de corrosión se midió después de seis y 12 meses. El análisis también incluyó la medición del pH, potencial redox, conductividad y dureza. Estos investigadores no encontraron ninguna evidencia de que la corrosión en las tuberías de cobre o de acero galvanizado sea más grave en contacto con el agua ablandada en comparación con el agua dura.12

Conclusión
La corrosión es un fenómeno complejo y hay muchos factores que aceleran la corrosión en el sistema de distribución de agua potable y en las instalaciones de plomería. Durante años, ha habido confusión en torno al agua suavizada de intercambio catiónico y la corrosión, por lo que es importante distinguir entre el agua naturalmente suave y el agua suavizada por intercambio catiónico. Naturalmente, el agua suave es corrosiva ya que tiene un pH bajo y un bajo contenido de SDTs; sin embargo, el ablandamiento del agua de intercambio catiónico no contribuye a ningún factor que acelere la corrosión. Además, hay una falta de evidencia científica que respalde la afirmación de que las escamas de agua dura son una forma efectiva de controlar la corrosión. Por lo tanto, considerando todos estos factores, así como los resultados de los estudios de investigación, la posición de WQA es que un suavizante de agua de intercambio catiónico correctamente configurado no hace que el agua sea más corrosiva.

Referencias
1. “State says Flint River water meets all standards but more than twice the hardness of lake water,” Michigan Live, January 17, 2015.
https://www.mlive.com/news/flint/index.ssf/2014/05/state_says_flint_river_water_m.html.
2. Reyneke, G. (2017, May 17). “Key Concepts in Corrosion Chemistry and Treatment.” Lecture presented at the 2017 WQA Convention & Exposition in Orange County Convention Center, Orlando, FL.
3. CDC. (2007). “ToxGuide for Lead.” Retrieved from https://www.atsdr.cdc.gov/toxguides/toxguide-13.pdf.
4. Edwards M., Clark B., Cartier C., St. Clair J., Triantafyllidou S., Prevost M. (2013). “Effect of connection type on galvanic corrosion between lead and copper pipes,” Journal AWWA.
5. St Clair, J., Cartier, C., Triantafyllidou, S., Clark, B. and Edwards, M. (2016). “Long-Term Behavior of Simulated Partial Lead Service Line Replacements.” Environmental Engineering Science, 33(1), 53-64.
6. Welter G., Giammar D., Wang Y., Cantor A. (2013). “Galvanic Corrosion Following Partial Lead Service Line Replacement.” Water Research Foundation.
7. Sand, W. (1997). “Microbial Mechanisms of Deterioration of Inorganic Substrates – A General Mechanistic Overview.” International Biodeterioration and Biodegredation, 40(2): 183-190.
8. Edwards, M. and Triantafyllidou S. (2007). “Chloride-to-sulfate mass ratio and lead leaching to water,” Journal AWWA.
9. Nguyen, C. K., Stone, K., Clark, B., Edwards, M., Gagnon, G. and Knowles, A. (2010). “Impact of Chloride: Sulfate Mass Ratio (CSMR) Changes on Lead Leaching in Potable Water.” Water Research Foundation, 4088.
10. Sorg, T., Schock, M. and Lytle, D. (1998). “Leaching of Metals from Household Plumbing Materials: Impact of Home Water Softeners.” United States Environmental Protection Agency.
11. Munn, P. (2012). “Results from testing corrosivity of hard and softened water in model central heating systems at BSI, Loughborough.” Midland Corrosion Services Ltd.
12. Verdonckt, C. and Nijs, C. (2007). “In situ corrosion investigation on the effect of hard and softened water to domestic copper and galvanized steel drinking water systems.” METALogic.

Acerca de los autores
La Sra. Bryanna Poczatek es Coordinadora de Asuntos Técnicos de la Asociación de Calidad del Agua (WQA, en inglés). Se unió a la asociación en 2016 como Líder de Proyecto Asociado en el Departamento de Certificación de Productos. A principios de 2017, la Sra. Poczatek se transfirió al departamento de Asuntos Técnicos y trabaja junto con el Director Eric Yeggy en varios proyectos técnicos. Poczatek representa a la industria como miembro con derecho a voto del Consejo Asesor de la Industria del Centro de Investigación de Políticas y Equipos de Agua, financiado a través de la Fundación Nacional de Ciencia (WEP IUCRC). Además, participa en numerosos comités y grupos de trabajo de la industria a través de NSF International y otras organizaciones. Antes de unirse a WQA, la Sra. Poczatek trabajó como Coordinadora de Proyectos para Syngenta Crop Protection LLC y como Asistente de Investigación en el Departamento de Bioquímica, Biofísica y Biología Molecular en la Universidad Estatal de Iowa. Es licenciada en biología de Iowa State University.
El Sr. Eric Yeggy es Director de Asuntos Técnicos de WQA; se unió a WQA en 2009. El Sr. Yeggy representa a la industria como miembro con derecho a voto del Comité de Normas de Plomería de ASPE y el Comité de Apoyo de IAPMO, además de participar en numerosos comités y grupos de trabajo de la industria a través de NSF International y otras organizaciones. Planea y coordina las actividades del Comité de Ciencias del Agua de WQA y el Comité de Investigación de la Industria de WQA. El Sr. Yeggy también tiene una función de voluntario como Consultor Científico para la Fundación de Investigación de la Calidad del Agua (WQRF). Antes de unirse a WQA, comenzó su carrera en la industria de pruebas ambientales, donde adquirió una amplia experiencia en química analítica y gestión de sistemas de calidad. Yeggy tiene una licenciatura en química de University of Northern Iowa.

Acerca de la organizacion
WQA es una asociación comercial internacional sin fines de lucro que representa a las industrias de tratamiento de aguas residenciales, comerciales e industriales. Hay más información disponible sobre los aceleradores de corrosión a través de los materiales educativos de WQA. Los miembros Fundamentales y Premier también pueden comunicarse con el departamento de Asuntos Técnicos de WQA y solicitar las últimas investigaciones sobre estos aceleradores de corrosión. El documento de posición de la asociación sobre este tema se puede obtener contactando a los autores en el departamento de Asuntos Técnicos de WQA.

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