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Informe 2 Termodinámica

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“Año del Fortalecimiento de la Soberanía Nacional”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA


Facultad de Ingeniería Geológica, Minas y Metalúrgica

INFORME DE LABORATORIO N°2


ÍNDICE DE SATURACIÓN DE LANGELIER EN LAS AGUAS

Termodinámica

Autor(es):
Alegría Espinoza Luigui Enrique
Borda Mendoza Miguel Angel
Mamani Guardia Angel David
Mendoza Barrientos Raul Josue
Quiroz Paitan Marx Paul
Yacila Gomez Carlos Fabian
Yparraguirre Caballero Flor Malu

Asesor(a):
Ing. Nelli S. Guerrero Gárate

Sección “A”

Lima, Perú
2023
1.Introducción…………..………………………………………………………………… 2

1.1. Objetivos……………………………………………………………………… 3

2. Marco teórico ………………………………………………………………….……….. 3

3. Determinación del Índice de Langelier ………………………………………………… 6

3.1. Preparación….…………………………………………………….………….. 6

3.2. Agua de pozo UNI: Mediciones obtenidas………………………………..…. 7

3.2.1. Temperatura y pH………………………………………………..…. 7

3.2.2. CE y SDT………………………………………………….…….…. 7

3.2.3. Dureza cálcica…………………………………………….…..……. 8

3.2.4. Alcalinidad…………………………………………….………..…. 9

3.2.5. Cálculo del ISL……………………………………………….…... 10

3.3. Agua San Mateo: Mediciones obtenidas……………………………………. 11

3.3.1. Temperatura y pH…………………………………………………. 11

3.3.2. CE y SDT……………………………………………………….…. 11

3.3.3. Dureza cálcica………………………………………………..……. 12

3.3.4. Alcalinidad……………………………………………….……..…. 13

3.3.5. Cálculo del ISL…………………………………………………..... 13

4. Conclusiones y observaciones ……….………………………………………………... 14

4.1. Conclusión principal…..………………………………………….………….. 14

4.2. Conclusiones secundarias………………..………………………………..…. 14

5. Cuestionario …………………………………………………………….……………... 15

6. Bibliografía ..………..………………………………………………….……………… 19

FIGMM 1
1.INTRODUCCIÓN

El índice de Langelier, también conocido como índice de saturación Langelier (LSI),

es una medida utilizada para evaluar la tendencia de una solución acuosa.. Este índice fue

desarrollado por el químico Langelier en la década de 1930 y se utiliza comúnmente en el

campo de la química del agua y la calidad del agua.

Nosotros en el momento de realización de este informe de laboratorio, tenemos que

tener claro los factores para la determinación el índice de langelier, en la vida cotidiana

nosotros observamos como las disoluciones de sales están presentes entre nosotros, en la

naturaleza existen dos grandes ejemplos el mar y los ríos en ellas apreciamos grandes

cantidades de sales disueltas aportando características diferentes dependiendo de la sal

disuelta, un ejemplo de cómo vemos estas diferentes propiedades serían en las cañerías o en

nuestras duchas en la acumulación de sarro, para ello es importante poder determinar su

índice de langelier para poder determinar nuestra calidad de vida en el agua potable. En este

laboratorio la intención del docente es darnos esos conocimientos para poder tomar una

muestra de agua y determinar el carácter que tiene el agua, para ello nosotros seguiremos una

serie de pasos , tomando una serie de datos ya sean de conductividad, dureza cálcica,

potencial hidrógeno,etc. Es importante resaltar que el índice de Langelier es solo una

herramienta de evaluación y no proporciona una medida completa de la calidad del agua, para

ello faltan analizar factores biológicos.

FIGMM 2
1.1. Objetivos

Objetivo principal:

- Determinar el carácter corrosivo o incrustante del agua mediante el índice de

langelier.

Objetivo secundario:

- Poder determinar todos los factores sean así estos la dureza cálcica, potencial

de hidrógeno(pH), conductividad , temperatura , alcalinidad total(AF).

- Aprender a interpretar los valores del índice de langelier.

2. MARCO TEÓRICO

El Índice de Saturación de Langelier es una fórmula, el cual mide la saturación de

carbonato de calcio en el agua y nos dice cuando el agua es agresiva (un bajo nivel en el ISL)

o cuando el agua está sobresaturada y formará sarro (alto nivel en el ISL).

¿Qué es el ISL?

El índice de saturación de Langelier es básicamente una medida para determinar si el

agua es corrosiva (ISL negativo) o si es propensa a formar sarro (ISL positivo). Un valor del

ISL entre -0.3 y +0.3 se encuentra en un rango aceptable, sin embargo, el valor ideal está

entre 0.20 y 0.30.

Un nivel perfecto en la escala del ISL es el valor 0.0. Cero es un nivel de agua

perfectamente balanceada lo cual significa un nivel correcto de saturación de calcio y de

sólidos disueltos, así como un nivel de pH estable. Debido a que el agua es el solvente

universal, si se encuentra desbalanceada, buscará encontrar su propio balance pese a lo que

pese: si no tiene suficiente calcio, el agua será agresiva y extraerá el calcio del yeso en las

paredes de la piscina.

FIGMM 3
La medición de ciertas variables es extremadamente importante para prevenir

numerosos problemas de corrosión e incrustación, pues se requiere tener las características

del agua en un estado balanceado.

El índice de saturación de Langelier representa la estimación de la habilidad de una

solución para disolver o precipitar depósitos de carbonato de calcio. En el tratamiento y

monitoreo de agua de piscinas, además del cloro, los parámetros clave a monitorear son los

siguientes:

- pH: Se recomienda mantener en valores entre 7.2 – 7.4 donde se dan las

menores tasas de corrosión y la suficiente actividad desinfectante del cloro.

- Alcalinidad: Corresponde mayormente a la concentración de bicarbonatos

disueltos en agua. Valores muy bajos de alcalinidad dificultan el control de

pH, mientras que valores muy altos generan resistencia al cambio de pH. Se

recomienda mantener un valor de 80 – 125 ppm CaCO3.

- Carbonato de Calcio: Se recomienda mantener en valores de 200 – 400 ppm

CaCO3 para evitar una condición corrosiva e incrustante en el agua.

La fórmula de cálculo del índice de Langelier está expresada como:

𝐿𝐼 = 𝑝𝐻 + 𝑇𝐹 + 𝐻𝐹 + 𝐴𝐹 − 12. 5

Donde:

𝐿𝐼 = Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝐿𝑎𝑛𝑔𝑒𝑙𝑖𝑒𝑟

𝑝𝐻 = 𝑝𝐻 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑇𝐹 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑉𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎)

𝐻𝐹 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑑𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎 𝑎𝑙 𝐶𝑎𝑙𝑐𝑖𝑜 (𝑉𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎)

𝐴𝐹 = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑉𝑒𝑟 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎)

FIGMM 4
*Para calcular el índice de langelier se debe revisar la tabla de referencias “Water

Index Reference Table”

De acuerdo con el balance realizado se puede clasificar el tipo de agua según la siguiente

tabla:

Link para calcular ISL: https://www.lenntech.es/calculadoras/langelier/langelier.htm

FIGMM 5
3. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE LANGELIER

El ejercicio experimental busca determinar los índices de Langelier de dos muestras

de agua: Agua de pozo UNI y Agua San Mateo. Las muestras fueron obtenidas a partir del

agua del grifo del laboratorio (Pozo UNI) y una botella sellada de agua San Mateo.

3.1. Preparación

Previo a cualquier experimentación, se debe acondicionar el área de estudio con los

materiales y reactivos a utilizar, por lo que se portó con lo siguiente:

Conductímetro Carbonato de calcio

pH-metro Hidróxido de sodio

Termómetro Solución Amortiguadora o Buffer

Bureta de 25 ml Ácido sulfúrico

Matraz de 250 ml Indicador Murexida

Vasos plásticos EDTA

Por tanto, se realizó la limpieza de los instrumentos usando agua destilada para evitar

contaminaciones en las muestras de agua. Además, se vertieron muestras de agua del pozo

UNI y San Mateo en vasos de precipitado para su experimentación.

FIGMM 6
3.2. Agua de pozo UNI: Mediciones obtenidas

3.2.1. Temperatura y pH

Se tomó el pHmetro encendido y se sumergió el sensor en la muestra,

esperando a la indicación del check para tomar la medición. En consecuencia se

obtuvo un pH del agua del pozo UNI de 7.86 además de una temperatura de 25.8°C.

3.2.2. CE y SDT

Para la medición de la conductividad eléctrica de la muestra se usó un medidor

de conductividad introduciéndose el sensor en la muestra, finalmente se registró una

medición de 1400 uS/cm. Como indicación de la asesora, se tomará al CE como SDT.

En consecuencia, el SDT será 1400/(1.51) = 1,011.7 ppm

FIGMM 7
3.2.3. Dureza cálcica

Para la medición de la dureza cálcica, tras una previa limpieza de la bureta, se

tituló con EDTA 10 𝑚𝑙 de la muestra en la que se agregó 2 𝑚𝑙 de 𝑁𝑎𝑂𝐻 0. 991𝑁 y

murexida como indicador registrándose un cambio del color rosa al color violeta.

Se obtuvo un gasto final de 5.30 ml, por lo que siendo

𝑛1𝑉1 = 𝑛2𝑉2

(0. 991𝑁)(5. 30 𝑚𝑙) = 𝑛2(10 𝑚𝑙)

Por lo que la dureza cálcica será 𝑛2 = 525 𝑚𝑔/𝐿

FIGMM 8
Nota: Se marcó previamente el vaso que contenía al NaOH “1N” con un

rotulador acrílico para evitar confusiones. Se midieron los volúmenes usando una

pipeta y absorción.

3.2.4. Alcalinidad

Para la medición de la alcalinidad se hizo necesario el uso de la bureta, por lo

que esta se limpió con agua destilada previamente. Luego se tituló con 𝐻2𝑆𝑂4 0.021N

unos 20 ml de la muestra en la que se agregó fenolftaleína, pero al presentarse

incolora se usó un mix de alcalinidad para visualizar el indicador obteniendo un color

inicial zafiro. registrándose un cambio del color zafiro al color verde.

FIGMM 9
En gasto final obtenido fue de 3.50 ml, por lo que siendo

𝑛1𝑉1 = 𝑛2𝑉2

(0. 021𝑁)(3. 50 𝑚𝑙) = 𝑛2(20 𝑚𝑙)

Por lo que la dureza cálcica será 𝑛2 = 185 𝑚𝑔/𝐿

3.2.5. Cálculo del ISL

Habiendo obtenido la totalidad de los datos medibles, procedemos a realizar el

cálculo de las siguientes variables.

1
𝐴= 10
(𝑙𝑜𝑔[𝑇𝐷𝑆] − 1) = 0. 05

𝐵 = (− 13. 12)(𝑙𝑜𝑔[𝑇(°𝐶) + 273, 2] + 34, 55) = 2. 06919

𝐶 = 𝑙𝑜𝑔[𝐶𝑎(𝑚𝑔𝐶𝑎𝐶𝑂3/𝑙)] − 0. 4) = 1. 95218

𝐷 = 𝑙𝑜𝑔[𝐴𝑙𝑘(𝑚𝑔𝐶𝑎𝐶𝑂3/𝑙)] = 2. 26717

𝑝𝐻𝑠𝑎𝑡 = (9. 3 + 𝐴 + 𝐵) − (𝐶 + 𝐷) = 6, 83

𝐼𝑆𝐿 = 𝑝𝐻 − 𝑝𝐻𝑠𝑎𝑡 = 7. 86 − 6, 83 = 1, 03

FIGMM 10
3.3. Agua San Mateo: Mediciones obtenidas

3.3.1. Temperatura y pH

Bajo el mismo método de 3.2.1. se obtuvo un pH del agua San Mateo de 8.70

además de una temperatura de 26.2°C.

3.3.2. CE y SDT

Tal como se indica el método en 3.2.2., se midió la conductividad eléctrica

obteniendo un valor de 670 uS/cm aproximadamente. Por lo tanto, la cantidad de

sólidos disueltos será 670/(1.51) = 444 ppm

FIGMM 11
3.3.3. Dureza cálcica

Tras la medición del agua de pozo, se tituló con EDTA 20ml de la muestra en

la que se agregó con la pipeta 2ml de NaOH 0.991N y murexida como indicador

usándose la misma metodología.

Se obtuvo un gasto final de 4.55 ml, por lo que siendo

𝑛1𝑉1 = 𝑛2𝑉2

(0. 991𝑁)(4. 55 𝑚𝑙) = 𝑛2(20 𝑚𝑙)

Por lo que la dureza cálcica será 𝑛2 = 225 𝑚𝑔/𝐿

FIGMM 12
3.3.4. Alcalinidad

Tras la medición del agua de pozo se continuó la titulación con 𝐻2𝑆𝑂4 0.021N

unos 30 ml de la muestra de agua San Mateo en la que se agregó fenolftaleína y el

mix de alcalinidad anteriormente mencionado registrándose un cambio al verde.

En gasto final obtenido fue de 5.50 ml, por lo que siendo

𝑛1𝑉1 = 𝑛2𝑉2

(0. 021𝑁)(5. 50 𝑚𝑙) = 𝑛2(30 𝑚𝑙)

Por lo que la dureza cálcica será 𝑛2 = 194 𝑚𝑔/𝐿

3.3.5. Cálculo del ISL

Habiendo obtenido la totalidad de los datos medibles, procedemos a realizar el

cálculo de las siguientes variables.

1
𝐴= 10
(𝑙𝑜𝑔[𝑇𝐷𝑆] − 1) = 0. 06

𝐵 = (− 13. 12)(𝑙𝑜𝑔[𝑇(°𝐶) + 273, 2] + 34, 55) = 2. 06157

𝐶 = 𝑙𝑜𝑔[𝐶𝑎(𝑚𝑔𝐶𝑎𝐶𝑂3/𝑙)] − 0. 4 = 2. 3201

𝐶 = 𝑙𝑜𝑔[𝐴𝑙𝑘(𝑚𝑔𝐶𝑎𝐶𝑂3/𝑙)] = 2. 2878

𝑝𝐻𝑠𝑎𝑡 = (9. 3 + 𝐴 + 𝐵) − (𝐶 + 𝐷) = 7, 18

𝐼𝑆𝐿 = 𝑝𝐻 − 𝑝𝐻𝑠𝑎𝑡 = 1, 52

FIGMM 13
4. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

4.1. Conclusión principal

Según el Índice de Langelier obtenido en ambas muestras, se obtiene la siguiente

interpretación del carácter corrosivo o incrustante de las aguas evaluadas:

Pozo UNI: Se obtuvo un ISL de 1.03, lo que significó un carácter incrustante del

agua, misma que no es ideal porque excede el rango -0.3 a 0.3 del ISL que evitaría un

daño en tuberías y demás materiales y/o equipos.

San Mateo: Se obtuvo un ISL de 1.52, que también es de carácter incrustante y de un

mayor grado que la del Pozo UNI, lo que significa una mayor precipitación de sales

en caso de usarse esta agua para procesos industriales o fines científicos.

4.2. Conclusiones secundarias

El ISL es un referente práctico para la evaluación de la calidad del agua, útil para

distintos ámbitos. Este índice necesita variables medibles, en las cuales se midieron para las

muestras:

Pozo UNI:

T(°C) = 25.8 °C

TDS = 927

Dureza cálcica = 525

Alcalinidad = 185

San Mateo:

T(°C) = 26,2 °C

TDS = 444 ppm

Dureza cálcica = 225

Alcalinidad = 194

FIGMM 14
5. CUESTIONARIO

5.1. ¿Qué es el Índice de Saturación de Langelier y para qué sirve?

El índice de saturación de Langelier sirve para indicarnos qué tendencias corrosivas o


incrustantes hay en el agua, y con esta indicación, poder equilibrar el agua y sus niveles de
saturación, reduciendo su tendencia a ser corrosiva o incrustante. Por ejemplo, si:

ISL>0:

-Tendencia incrustante.
- Sobresaturada.
- Precipita carbonatos (CaCO3, MgCO3).

ISL=0:

- Equilibrada.
- Saturada.
- No precipita carbonatos (CaCO3, MgCO3) y no hay disolución de carbonatos.

ISL<0:

- Tendencia corrosiva
- Es una disolución del sólido de CaCO3, MgCO3.

5.2. Con los datos obtenidos grafique el Índice de Saturación de Langelier en la plantilla en
Excel y de acuerdo al resultado diga si el agua es incrustante o corrosiva.

Según los resultados:

- El ISL del agua de Lima es 0,148 la cual indica una tendencia incrustante, es
decir, que se encuentra sobresaturada y que precipitan carbonatos
( )
𝐶𝑎𝐶𝑂3, 𝑀𝑔𝐶𝑂3 . Y se encuentra dentro del rango ideal (− 0. 3 𝑎 0. 3).
- El ISL del agua del pozo UNI es 1,03 la cual indica una tendencia incrustante,
es decir, que se encuentra sobresaturada y que precipitan carbonatos
(𝐶𝑎𝐶𝑂3, 𝑀𝑔𝐶𝑂3 . )

FIGMM 15
ÍNDICE DE LANGELIER Datos
Muestra Pozo UNI
Temperatura °C 25,8
pH 7,86
TDS mg/L 927
Dureza cálcica mg CaCO3 /L 525
ALCALINIDAD mg CaCO3/L 185
Cálculos Resultados
A f(TDS) 0,05 0,05
B f(T) 2,07 2,07
C f(Ca) 2,322219295 2,322219295
D f(Alc) 2,267171728 2,267171728
pHsat simplificado (9.3+A+B)-(C+D) 6,83 6,83
Índice de Langelier = pH - pHsat 1,03 1,03

- El ISL del agua San Mateo es 1,52 la cual indica una tendencia incrustante, es
decir, que se encuentra sobresaturada y que precipitan carbonatos
(𝐶𝑎𝐶𝑂3, 𝑀𝑔𝐶𝑂3 . )
ÍNDICE DE LANGELIER Datos
M. Agua San Mateo
Temperatura °C 26,2
pH 8,7
TDS mg/L 444
Dureza cálcica mg CaCO3 /L 225
ALCALINIDAD mg CaCO3/L 194
Cálculos Resultados
A f(TDS) 0,06 0,06
B f(T) 2,06 2,06
C f(Ca) 1,954242509 1,954242509
D f(Alc) 2,28780173 2,28780173
pHsat simplificado (9.3+A+B)-(C+D) 7,18 7,18
Índice de Langelier = pH - pHsat 1,52 1,52

FIGMM 16
5.3. ¿Qué mide la conductividad?

La conductividad iónica se mide utilizando un medidor de conductividad o


conductímetro. Este dispositivo mide la capacidad del agua para conducir corriente eléctrica
debido a la presencia de iones disueltos en ella. El medidor de conductividad se compone de
electrodos sumergidos en el agua, y al aplicar un voltaje, mide la conductividad eléctrica del
agua en microsiemens por centímetro (µ𝑆/𝑐𝑚) o en otras unidades equivalentes. En el
contexto del ISL, la conductividad iónica se utiliza para evaluar la cantidad de iones
presentes en el agua y su influencia en la formación de incrustaciones o corrosión.

5.4. ¿Cuál es la importancia del Índice de Saturación de Langelier en la Industria?

El Índice de Saturación de Langelier es una herramienta importante en la industria


relacionada con el suministro y tratamiento del agua. Algunas de las razones por las cuales es
relevante en este contexto son las siguientes:
Evaluación de la corrosividad del agua
El ILS permite determinar si el agua es corrosiva para las tuberías y los
equipos de una planta industrial. Esto es fundamental para prevenir la degradación de
los sistemas y asegurar su funcionamiento adecuado a largo plazo.
Control de incrustaciones
El Índice de Saturación de Langelier también ayuda a evaluar la propensión
del agua a formar incrustaciones en los sistemas industriales. Las incrustaciones
pueden obstruir las tuberías, reducir la eficiencia de los intercambiadores de calor y
provocar otros problemas operativos.
Optimización de sistemas de agua
Al conocer el ILS de un agua determinada, se pueden tomar decisiones
informadas sobre el tratamiento y manejo del agua en los sistemas industriales. Esto
incluye la selección de equipos de tratamiento adecuados, el ajuste de los parámetros
de operación, como el pH y la alcalinidad, y la implementación de prácticas de
mantenimiento preventivo. La optimización de los sistemas de agua puede conducir a
una mayor eficiencia operativa, menor consumo de energía y prolongar la vida útil de
los equipos.
Cumplimiento de regulaciones y estándares
En muchos países, existen regulaciones y estándares de calidad del agua que
las industrias deben cumplir. El Índice de Saturación de Langelier es una herramienta
reconocida para evaluar la calidad del agua en términos de corrosividad e
incrustaciones. Al monitorear y controlar el índice, las industrias pueden asegurarse
de cumplir con las normativas y garantizar la calidad del agua utilizada en sus
procesos.
En resumen, el Índice de Saturación de Langelier es importante en la industria
porque permite evaluar y controlar la corrosividad y la formación de incrustaciones en los
sistemas de agua, lo que a su vez contribuye a la eficiencia operativa, el mantenimiento
adecuado de los equipos y el cumplimiento de las regulaciones de calidad del agua.

FIGMM 17
5.5. De los resultados obtenidos en la gráfica diga cuantos datos exceden el rango del ISL.

Imagen referencial del cuadro brindado.

Los datos que exceden el rango ISL que es de -0.3 a 0.3 son 17.

- Muestra 1: -1.48 (corrosiva) - Muestra 14: 0.39 (incrustante)

- Muestra 2:-1.43 (corrosiva) - Muestra 20: 0.45 (incrustante)

- Muestra 3:-0.96 (corrosiva) - Muestra 21: 0.50 (incrustante)

- Muestra 4: -1.29 (corrosiva) - Muestra 22: 0.59 (incrustante)

- Muestra 6: -0.39 (corrosiva) - Muestra 23: 0.86 (incrustante)

- Muestra 9: 1.11(incrustante) - Muestra 24: 0.68 (incrustante)

- Muestra 10: 0.90 (incrustante) - Muestra 25: 0.75 (incrustante)

- Muestra 11: 0.88 (incrustante) - Muestra 26: 0.82 (incrustante)

- Muestra 12: 0.85 (incrustante) - Muestra 27: 0.58 (incrustante)

- Muestra 13: 0.58 (incrustante)

5.6. En el caso de exceder los límites de -0.3 a 0.3 qué acciones propone?

Si el índice indica que el agua es corrosiva, se pueden tomar medidas para mitigar los
efectos corrosivos, como el uso de inhibidores de corrosión o el ajuste del 𝑝𝐻 y la alcalinidad
del agua.
Al monitorear el índice, se pueden implementar estrategias de tratamiento del agua,
como el uso de agentes dispersantes o el ajuste de la dureza del agua, para prevenir la
formación de incrustaciones no deseadas.

FIGMM 18
7. BIBLIOGRAFÍA

● CASTELLAN, G. W. (1998). FISICOQUÍMICA (1a. ed.). MEXICO: ADDISON

WESLEY LONGMAN

● GUERRERO,N.S. GUIA DE PRACTICA DE LABORATORIO(2022) ,13-15.

● DIGIUNII, S. N. (2022). CÁLCULO DEL ÍNDICE DE SATURACIÓN DE

LANGELIER EN MUESTRAS DE AGUA DE CONSUMO .1-2.

● White, W. M. (2013). Geochemistry. John Wiley & Sons.

● Adamson, A. W. (1979). Química física, Reverte S.A., Barcelona.

FIGMM 19

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