TEORÍA DESCALCIFICACIÓN

La descalcificación se basa en la utilización de resinas de intercambio iónico generalmente constituidas por copolímeros de estireno y divinilbenceno con grupos sulfonados que incluyen el ión sodio. Cuando el agua atraviesa estas resinas, se intercambian los iones calcio y magnesio por el ión sodio de tal forma que los primeros quedan retenidos en la resina y este último se incorpora al agua de acuerdo con la reacción:

 

(de forma análoga sucede con el ión magnesio)

Este proceso continúa hasta que la mayor parte de los iones sodio de la resina se han intercambiado, en cuyo momento la resina ya no es capaz de retener por completo los iones calcio y magnesio y es preciso proceder a su regeneración.

El equipo utilizado para la descalcificación del agua se denomina "descalcificador" y está básicamente constituido por los siguientes elementos:

Botella (en material plástico o en acero protegido) con resina de intercambio iónico

Depósito con carga de sal para producción de salmuera Sistema de control para ajuste de ciclo y para regular las

diversas fases del proceso de regeneración

Elementos auxiliares como, por ejemplo, válvula mezcladora para ajuste de la dureza residual

 

Los principios básicos de la descalcificación se han descrito en el apartado de Problemas y Soluciones - La cal; en este capítulo profundizaremos en los siguientes conceptos:

Regeneración de las resinas

o Criterios para inicio de la regeneración

o Cantidad de sal regenerante

o Equipos con doble columna

o Regeneración con auto-desinfección

Válvulas mezcladoras para ajuste de la dureza residual

Incremento del contenido de sodio en el agua

Reducción del contenido de cloro

Otros conceptos: Consumo de detergentes y sabor del agua

Cálculo de un descalcificador  

Veamos a continuación cada uno de estos conceptos.

Regeneración de las resinas

Una vez agotada la capacidad de intercambio de las resinas debe procederse a su regeneración. Para ello simplemente se debe invertir la reacción de intercambio proporcionando a la resina una concentración muy elevada de sodio.

Esto se consigue a partir de una disolución saturada de cloruro sódico (salmuera) que se hace circular a través de la resina. En ese momento y, debido a la elevada concentración de sodio existente se invierte el intercambio y la resina se vuelve a cargar con iones sodio cediendo el calcio y magnesio retenidos que, conjuntamente con el ión cloruro restante, se conducen a desagüe.

 

(de forma análoga sucede con el ión magnesio)

 

Durante el proceso de regeneración el descalcificador generalmente abre automáticamente una válvula de by-pass para no cortar el suministro de agua, pero el agua que entonces se envía a consumo es agua dura sin tratar, por este motivo, en ocasiones puede ser importante establecer la hora en que se producirá la regeneración, como veremos a continuación.

Criterios para inicio de la regeneración

El proceso de regeneración se realiza normalmente por tiempo o por volumen directo o estadístico (existen otros criterios menos utilizados en los equipos domésticos como el inicio por dureza residual a la salida del agua descalcificada, con un analizador de dureza, o por control electrónico del grado de agotamiento de las resinas).

Por tiempo.

La regeneración tiene lugar por tiempo programado sin que el consumo influya. Es un sistema económico y permite fijar la hora exacta de regeneración, no obstante tiene la desventaja de que cuando no existe consumo o éste es muy reducido, el equipo regenera igualmente a la hora prefijada sin que sea preciso y, por el contrario, en caso de consumos importantes el equipo no regenera hasta la hora y día predeterminados con lo cual puede estar suministrando agua dura al agotarse la capacidad de la resina.

Por volumen directo

La regeneración tiene lugar al llegar a un volumen programado. Requiere la instalación de un contador y repercute positivamente en el consumo de sal ya que si no hay consumo no regenera y, por consiguiente, no gasta sal y si el consumo es superior al previsto regenera antes. Si bien aprovecha al máximo la capacidad de la resina, tiene como inconveniente el hecho de que no se determina la hora de la regeneración la cual puede producirse en un momento de máximo consumo. En ese momento el by-pass interno del descalcificador (si existe) suministrará entonces agua dura. Es el sistema más utilizado cuando se dispone de un depósito de acumulación ya que permite aprovechar al máximo la capacidad de las resinas.

Por volumen estadístico

Se utiliza cuando se desea controlar la hora en que tendrá lugar la regeneración. Se introduce el volumen programado y la hora en que debe realizarse la regeneración. El sistema de control realiza un cálculo estadístico del consumo semanal de tal forma que al llegar la hora prefijada para la regeneración determina si debe proceder a realizarla o bien si puede suministrar agua descalcificada durante un día más.

 

Cantidad de sal regenerante

La capacidad de intercambio de la resina depende en forma muy importante de lacantidad de sal utilizada para su

regeneración: a mayor cantidad de sal, mejor se regenera la resina; no obstante la relación entre la cantidad de sal y el rendimiento de la regeneración no es lineal, como podemos ver en la siguiente tabla orientativa:

Gramos de sal por litro de resina % de resina regenerada (y de ciclo)

250 100 % (como referencia)

200 90 %

150 80 %

100 70 %

80 60 %

60 50 % 

Es mucho más rentable regenerar con 80 - 100 g de sal por litro de resina (en  equipos industriales  son los valores habituales) aunque el ciclo, logicamente sea más corto.

Equipos con doble columna

Durante la regeneración de un descalcificador, éste no puede suministrar agua descalcificada. Cuando por las características de la instalación, no es posible o no se desea interrumpir la producción de agua descalcificada durante el proceso de regeneración, se utilizan equipos de doble columna en funcionamiento alternativo.

En estos equipos cuando una columna está agotada, entra en fase de regeneración y la otra entra en fase de servicio. Cuando la columna que se está regenerando finaliza este proceso se queda en espera hasta el agotamiento de la otra y así sucesivamente.

Regeneración con auto-desinfección

Las resinas de intercambio iónico, como todo lecho inerte, es un lugar donde en determinadas circunstancias podría desarrollarse un crecimiento microbiológico y biocapas.

Para prevenir y minimizar cualquier riesgo accidental de contaminación, es posible utilizar una variante especial de la regeneración que se combina con una autodesinfección de las resinas. Para realizarla existen varios procedimientos; el más sencillo consiste en incorporar en el equipo una célula electrolítica en la aspiración de la salmuera la cual, en la etapa de aspiración, hace pasar una corriente continua a través de dicha disolución de salmuera lo que provoca que una pequeña porción de ésta se transforme en cloro que desinfecta la resina.

Válvulas mezcladoras para ajuste de la dureza residual

Un agua dura con carácter incrustante forma siempre una capa de mayor o menor tamaño de cal en las tuberías que, a pesar de los inconvenientes que produce, las aísla frente a los procesos de corrosión.

El agua descalcificada evidentemente no ejerce esta función por lo cual, especialmente en aguas que por su composición posean con carácter corrosivo, el hecho de descalcificar totalmente el agua aumenta el riesgo de que se produzcan procesos de corrosión.

Para minimizar este riesgo en elementos metálicos de la instalación, es aconsejable que el agua descalcificada tenga una cierta dureza residual (6 ºf – 15 ºf en función de las características del agua). Teniendo en cuenta que el agua a la salida de un descalcificador tiene una dureza de 0 – 0,5 ºf, en los equipos domésticos, generalmente, se incorpora una válvula mezcladora que permita la incorporación de agua sin tratar en la proporción adecuada para conseguir una mezcla con la dureza indicada.

 

Incremento del contenido de sodio en el agua

Durante el proceso de descalcificación se intercambian los iones calcio y magnesio presentes en el agua por el ión sodio que contiene la resina cuyo contenido en el agua descalcificada será superior al del agua de aporte. El Real Decreto 140/2003 establece un valor máximo para este ión de 200 mg/L.

Efectuando unos cálculos puede deducirse que la concentración en sodio aumenta exactamente en 4,6 mg/L por cada 1 ºf eliminado.

Este incremento en la concentración de iones sodio no es, en general, significativo en una dieta normal ya que solamente representa alrededor de un 5 - 10 % del consumo diario de sodio, no obstante sí debe ser tenido en consideración a nivel del cumplimento de la legislación vigente así como por aquellas personas con hipertensión arterial que deban seguir una dieta estricta de sodio y controlar su contenido en todo lo que ingieran.

Reducción del contenido de cloro

El agua de consumo humano normalmente incorpora una pequeña concentración de cloro (hipoclorito sódico) para su desinfección y para evitar el desarrollo de microorganismos. A medida que va efectuando su función, lógicamente se va consumiendo y su concentración se va reduciendo.

Cuando un agua de red clorada llega a un descalcificador, se encuentra con un lecho de resina que dispone de una gran superficie de contacto; en estas circunstancias, si bien el cloro no es absorbido por la resina (la resina utilizada para la descalcificación es catiónica y, por consiguiente, intercambia cationes como el calcio y el magnesio por sodio, pero el hipoclorito es un anión y no puede intercambiarse), lógicamente realiza su función de desinfección de toda la superficie en contacto con el agua y su concentración se reduce, en mayor o en menor cantidad, en función de las características del agua y de la instalación (temperatura, velocidad de paso, etc.).

Generalmente la concentración de cloro solamente disminuye en parte, no obstante, si el paso del agua a través del descalcificador tuviera como consecuencia la reducción de la concentración de cloro en el agua por debajo de 0,2 mg/L se debería instalar un sistema de recloración para garantizar la protección frente a una posible contaminación microbiológica.

Asimismo debe destacarse que elevadas concentraciones de cloro (> 1 mg/L) favorecen la oxidación de la resina y producen un proceso de desreticulación; en estos casos la resina pierde su rigidez y su capacidad de intercambio y debe ser sustituida.

Otros conceptos: Consumo de detergentes y sabor del agua

Consumo de detergentes

Una de las principales aplicaciones del agua descalcificada es la reducción del consumo de detergentes. Generalmente estos productos se basan en tensioactivos que reaccionan con la dureza del agua formando compuestos insolubles que precipitan.

La utilización de agua descalcificada en lavadoras domésticas y lavanderías industriales permite una importante reducción del consumo de detergentes.

Asimismo en duchas, la utilización de agua descalcificada proporcionará un tacto distinto en el contacto del gel o del champú con la piel.

Sabor del agua

La descalcificación del agua cambia su composición química al sustituir el calcio y el magnesio presentes por sodio.

El sabor del ión sodio es distinto del sabor de los iones de la dureza del agua (más metálico); con lo cual al descalcificar el agua ésta cambiará siempre su sabor en mayor o en menor grado.