Características físicas y químicas del agua

PRINCIPALES
CARACTERÍSTICAS
FÍSICAS Y QUÍMICAS
DEL AGUA
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CONTENIDO
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•
•
•
•
Introducción.
La Humedad.
¿Cuánta agua hay?.
Propiedades físicas.
Propiedades químicas.
Interés sanitario.
Caracterización del agua.
Huella hídrica.
Conclusiones.
Referencias.
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INTRODUCCIÓN
• CONTEXTO EN LA CÁTEDRA MANUEL ANCÍZAR
• ENFOQUE DESDE LA INGENIERÍA AMBIENTAL
• PROPÓSITO PRINCIPAL:
COMPARTIR INFORMACIÓN BÁSICA SOBRE LAS
PROPIEDAS FÍSCAS Y QUÍMICAS DEL AGUA,
COMO REFERENCIA DE TÉRMINOS Y
CONCEPTOS A LAS DISTINTAS CONFERENCIAS DE
LA CÁTEDRA.
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LA TIERRA:
SUS ESFERAS
• ATMÓSFERA
• LITÓSFERA
• HIDRÓSFERA
• BIÓSFERA
• ANTROPÓSFERA
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Imagen tomada de: http://www.efektotv.com/noticia/7108-difundio-nasa-imagenes-nocturnas-delplaneta-tierra.html
CICLO HIDRÓLOGICO
CONDENSACIÓN
PRECIPITACIÓN
EVAPORACIÓN
ESCORRENTÍA
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INFILTRACIÓN
ACUÍFEROS
INTERVENCIONES
ANTRÓPICAS
LA HUMEDAD
• RELACIONES DETERMINATES
KG DE AGUA POR KG
DE AIRE SECO
• AGUA – AIRE
CARTA
PSICROMÉTRICA
HUMEDAD
RELATIVA (%)
TEMPERATURA
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LA HUMEDAD
• RELACIONES DETERMINATES
• AGUA – SUELO (SÓLIDOS)
SOLIDOS (%)
SOLIDO «SECO»
AGUA DE CRISTALIZACIÓN
HUMEDAD RESIDUAL
HUMEDAD DE EQUILIBRIO
SATURACIÓN DEL LÍQUIDO
LODOS - PASTAS
SÓLIDOS SUSPENDIDOS
SÓLIDOS DISUELTOS
AGUA «PURA»
AGUA (%)
7
CUÁNTA
AGUA
HAY?
PROPORCIÓN
(PPM)
TOTAL: 1386 Millones de km3
OCEANOS Y MARES
CASQUETES POLARES
17400
AGUA SUBTERRÁNEA SALADA
9400
AGUA SUBTERRÁNEA DULCE
7600
PERMAFROST
ACTUAL
965000
220
LAGOS DE AGUA DULCE
70
LAGOS DE AGUA SALADA
60
HUMEDAD SUELO
10
HUMEDAD ATMOSFÉRICA
10
EMBALSES
8
RÍOS
2
AGUA BIOLÓGICA
1
TOTAL AGUA DULCE
25320
8
INDICE DE ARIDEZ
BALANCE DE AGUA EN EL
CUERPO HUMANO
CONTENIDO PROMEDIO
Bebida
Alimentación
Metabolismo
1,3
1
0,3
1,4
70%
Metabolismo
1
Transpiración
0,2
Heces
11
INGRESO TOTAL 2,6 L
EGRESO TOTAL 2,6 L
Densidad
Presión
de
vapor
Agua y
energía
Contaminación
térmica
PROPIEDADES
FÍSICAS
Viscosidad
Propiedades
térmicas
Color y
turbiedad
Tensión
superficial
Conductividad
eléctrica
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DENSIDAD
• GRAVEDAD ESPECÍFICA
• AGUA:
(g/cm3)
• LIQUIDO: 1.0
• SÓLIDO: 0.92
• VAPOR SATURADO
A 100°C
A 340°C
0.00058
0.09381
OTROS FLUIDOS:
AGUA DE MAR:
GASOLINA:
ALCOHOL:
MERCURIO:
MADERA:
ORO:
HUESOS:
CARBÓN:
AIRE:
MENOR EN EL
SÓLIDO QUE EN
EL LÍQUIDO !!
1.025
0.7
0.79
13.6
0.3 A 0.9
19.2
1.7 – 2.0
1.2 – 1.3
0.0013
13
PRESIÓN DE VAPOR
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COLOR Y
TURBIEDAD
• CARACTERÍSTICAS
ÓPTICAS
RELACIONADAS
CON LA CALIDAD
PRODUCCIÓN DE CLORAM
Y OTROS COMPUESTOS COLO
DEL AGUA
POR LA PREPARACIÓN DE CLORO CO
EN LA CELDA No. 2
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PROPIEDADES TÉRMICAS
• CALOR ESPECIFICO :
• CALORES LATENTES
• EVAPORACIÓN
• FUSIÓN
1 cal/g °C
540 cal/g
80 cal/g
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CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
INDICADOR
DE IONES
DISUELTOS
EN AGUA.
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VISCOSIDAD (kg/m. s)
• AGUA:
• A 20°C:
• A 100°C (LIQ):
• A 100°C (VAP):
0.0010
0.00028
0.000012
• OTROS FLUIDOS:
• ACEITE MOTOR:
• GASOLINA:
• AIRE:
0.1-0.9
0.00029
0.000018
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TENSIÓN SUPERFICIAL
• ENERGÍA “SUPERFICIAL”.
• INTERFACES LIQUIDO-GAS.
• FUERZA DE COHESIÓN.
• CAPILARIDAD.
PEQUEÑOS
DIÁMETROS.
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CONTAMINACIÓN “TÉRMICA”
• PRODUCE UN CAMBIO DE CONDICIONES
EN LAS FUENTES RECEPTORAS
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AGUA Y ENERGÍA
• PRESIÓN
• VELOCIDAD
• ALTURA
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Molécula
del agua
Otras
sustancias
Solvente
“Universal”
PROPIEDADES
QUÍMICAS
Aniones y
cationes
Disolución
O2 en el agua
Y Demanda
de O2
Suspensión
y arrastre
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MOLECULA DEL AGUA
ESTRUCTURA
BIPOLAR
HIELO
AGUA LIQUIDA
Imagen basada en : http://www.um.es/molecula/grafagua/est-agua.gif
AGUA EN
EBULLICIÓN
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SOLVENTE UNIVERSAL
• BIPOLAR DISOLUCIÓN
• ARRASTRE Y
SUSPENSIÓN DE
PARTÍCULAS NO
SOLUBLES
SÓLIDOS
DISUELTOS
SÓLIDOS
SUSPENDIDOS
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OXÍGENO EN EL AGUA Y
DEMANDA DE O2
• Oxígeno disuelto (OD).
• Demanda química de
oxígeno (DQO).
• Demanda biológica de
oxígeno (DBO).
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OXÍGENO DISUELTO
EN EL RIO BOGOTÁ
ANIONES Y CATIONES
• SALINIDAD.
• DUREZA.
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OTRAS SUSTANCIAS
• GRASAS Y ACEITES.
• DETERGENTES.
• TÓXICOS
• METALES PESADOS.
• CONTAMINANTES ORGÁNICOS
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INTERÉS SANITARIO
• VIDA EN EL AGUA.
• ENFERMEDADES.
• INDICADORES.  COLIFORMES
• SISTEMAS HIDRÁULICOS.
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REDUCCIÓN DE MICROORGANISMOS
POR EFECTOS DEL TRATAMIENTO
Coliformes fecales en las excretas humanas
(1.950.000.000 CF / persona día)
Aguas residuales municipales, sin tratar
Reducciones por tratamiento de las aguas residuales
Reducción acumulativa (%)
Tratamiento primario
50
Tratamiento secundario
80
Tratamiento terciario
98
Desinfección
99.99
(8.260.000 CF/100 ml)
CF/100 ml supervivientes
4.130.000
1.652.000
165.200
800
Tratamiento del agua para suministro
Reducción acumulativa (%)
Almacenamiento del agua sin tratar
50
Coagulación / sedimentación
60
Filtración
99,9
Desinfección
99,9999
CF/100 ml superviviente
200-350
80-140
0,8-1,4
0,00008-0,00014
Adaptado de: Romero, J.
CARACTERIZACIÓN DEL AGUA
• NORMATIVIDAD ACTUAL.
• RESOLUCIÓN 2115 DE 2007
(CARACTERÍSTICAS DEL AGUA PARA
CONSUMO HUMANO.)
• DECRETO 1594 PARA VERTIMIENTOS
• AGUA POTABLE.
• CALIFICACIÓN DE LAS FUENTES.
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USOS DEL AGUA CON BASE EN LA
CALIDAD
• CAMBIOS EN LA CALIDAD DEL AGUA.
• CONTAMINACIÓN.
• AUTODEPURACIÓN.
• AGUAS GRISES.
• SISTEMAS DE TRATAMIENTO.
• VALORACIÓN DEL AGUA.
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CALIDAD DEL AGUA
HUELLA HÍDRICA
• Ciclo de vida.
• Requerimientos de agua en el ciclo de
cada producto o servicio.
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Reciclado
CICLO DE
VIDA
Remanufactura
Agua - Energía
Mano de Obra
Insumos
COMERCIALIZACIÓN Y
DISTRIBUCIÓN
Reciclado
de ciclo
cerrado
Agua - Energía
Mano de Obra
Insumos
Reutilización
Agua - Energía
Mano de Obra
Insumos
Residuos
ELABORACIÓN DE
PRODUCTOS
Y SERVICIOS
Agua - Energía
Mano de Obra
Insumos
USO Y CONSUMO
Agua - Energía
Mano de Obra
Insumos
Residuos
TRANSFORMACIÓN
PRIMARIA
Residuos
Residuos
Agua - Energía
Mano de Obra
Insumos
Residuos
ADQUISICION DE
MATERIA PRIMA
Residuos
RETIRO Y DESCARTE
Residuos
TRATAMIENTO Y
DISPOSICION
Reciclado
de ciclo
abierto o
cerrado a
ciclos de
otros
sistemas
Agua - Energía
Mano de Obra
Insumos
Transferencia de materiales
(Incluye transporte y
empaque)
Adaptado de:
Incluyendo:
U.S. EPA. Life Cycle Design Guidance Manual. EPA 600/R-92/226
Story of Stuff. Ann Leonard.
LCA (Análisis de ciclo de vida) aplicado a procesos en Colombia en: Control de Operaciones y procesos (U. Central).
Gerencia Ambiental (Forum - U. de la Sabana) y Prevención de la Contaminación Industrial (U. Nacional)
A MANERA DE CONCLUSIÓN
• AGUA COMO SISTEMA DE TRANSPORTE A
DIFERENTES ESCALAS.
• LA VIDA COMO LA CONOCEMOS.
• LAS PRINCIPALES AMENAZAS
(Y OPORTUNIDADES).
• CONTAMINACIÓN CRECIENTE
• CAMBIO CLIMÁTICO
• NUEVA CONCIENCIA SOCIAL
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PRINCIPALES REFERENCIAS
RECOMENDADAS
• IDEAM. «Estudio Nacional del Agua». 2010.
• Leonard, Annie. «La historia de las cosas». FCE , 2010.
• Marín, Rodrigo. «El Agua un Derecho Intransferible». Kimpres.
2004 .
• Masters, G. & Ela, W. «Introducción a la ingeniería
medioambiental». Pearson. 2008.
• Mindesarrollo. “Reglamento de Agua potable y saneamiento
básico. RAS” – 2008.
• Novotny, V. , Ahern, J. & Brown, P. «Water centric Sustainable
Communities». Wiley. 2010.
• Pauli, Gunter. “La economía azul”. Tusquets. 2011.
• Romero, Jairo. «Tratamiento de Aguas Residuales». ECI. 2006.
37