La alcalinidad total y el pH en la química del agua

Sabe que son el pH y la alcalinidad y cómo se diferencian? Es muy común que las personas se confundan fácilmente cuando se está trata de la química de la piscina. Podemos entender porque, ya que las palabras como “alcalino” y “alcalinidad" parecen ser la misma cosa o provenir del mismo lugar, pero es importante que aclaremos sus definiciones en este artículo. 

Si leer no es lo suyo, lo invitamos a escuchar nuestro podcast educativo. Nuestro primer episodio de hecho habla del pH y la alcalinidad y sus diferencias:

Nuestro podcast se encuentra disponible en la mayoría de las plataformas auditivas móviles como en spotify, apple podcasts, amazon music, etc, y también en nuestro sitio de internet.

En este articulo:

• Video resumen
• Que es el pH?
• El impacto del pH en la química del agua
  • La fuerza o eficacia del cloro (%HOCl)
  • Comodidad de los usuarios (mito)
  • Equilibrio del agua (de hecho es el ISL)
• Impacto del CO₂ en el pH
• Que es la alcalinidad total (AT)?
  • Cómo se mide la alcalinidad?
• El impacto de la alcalinidad en la química del agua
  • AT y ajustes del pH
  • Más alcalinidad significa un pH más alto
• Cómo elevar la alcalinidad y el pH
• Cómo reducir el pH y la alcalinidad
• Conclusión

Vídeo resumen

Qué es el pH?

La palabra pH se originó del término "potencia de hidrógeno" o potencial de hidrógeno, y mide la concentración de iones de hidrógeno en una solución. Entre más bajo sea el pH, mayor será la concentración de iones de hidrógeno exponencialmente.

pH = -log[H⁺]

La escala del pH se compone por números del 1 al 14, en donde el agua tiene un pH neutro de 7.0 y las sustancias por arriba de ese número son conocidas como alcalinas o base y las sustancias por debajo de 7.0 se consideran ácidas.  Cuando la concentración de iones de hidrógeno aumenta, el pH disminuye y viceversa.

La escala es logarítmica, lo que significa que cada número entero en la escala de pH del 1-14 es 10 veces mayor o menor que el número anterior o posterior. Por ejemplo, una sustancia con un pH de 6 es 10 veces más ácida que el agua pura. Y una sustancia con un pH de 5 es 10 veces más ácida que la sustancia con pH de 6, lo que quiere decir que será 100 veces más ácida que el agua pura con pH de 7.0 (10x10 = 100).

Hagamos un ejemplo con una sustancia común, el tricloro, un tipo popular de cloro estabilizado que se usa principalmente en piscinas al aire libre. El tricloro tiene un pH de 2.8.

Para hacer las cosas más simples, digamos que su valor del pH es exactamente 3.0. ¿Qué tan ácido es el tricloro en comparación con el 7.0 de pH del agua pura? Podemos resolver las matemáticas de la siguiente manera:

(7.0pH - 3.0pH) = 4.0

La escala logarítmica significa  10⁴ o 10x10x10x10 = 10,000

El Tricloro es 10,000 veces más ácido que el agua pura

Pero no hay que preocuparse por dichas matemáticas, porque es solo para explicar la escala de pH en sí. Desde la perspectiva de química del agua, el pH ideal para una piscina o spa está entre 7.4-7.8.

El impacto del pH en la química del agua

Equilibrar el pH es un paso necesario para mantener la química del agua adecuada. Hay ciertas razones por las cuales es importante monitorear el pH como por ejemplo debido a que es un factor determinante en el índice de saturación de Langelier (ISL), y también porque el pH determina qué tan efectivo será el cloro, o bueno bajo ciertas circunstancias. Pero hay otras razones por las que se procura tener el pH entre 7.2 y 7.8, y no necesariamente son válidas.

Fuerza o eficacia del cloro (%HOCl)

Cuando agregamos cloro al agua, sin importar que tipo de cloro sea o su concentración, dos subproductos se formarán, el ácido hipocloroso (HOCl) y el ion de hipoclorito (OCl^-), el segundo desafortunadamente no tiene propiedades considerables como desinfectante.

HOCl ⇌ H+ + OCl-

El ácido hipocloroso se puede disociar en hidrógeno y el ion de hipoclorito

Estos dos subproductos están en equilibrio y los porcentajes que se formaran de ácido hipocloroso y del ion de hipoclorito dependen del pH siempre y cuando no exista acido isocianurico en el agua. En otras palabras, en piscinas que no tienen la necesidad de utilizar estabilizador o acondicionador, el pH determinará la fuerza o eficacia del cloro.

Sin embargo la situación es muy diferente cuando agregamos CYA al agua. Observemos el gráfico siguiente que refleja la química de una piscina con 30 ppm de CYA. La línea roja representa el porcentaje de HOCl:

En una piscina sin CYA, a un pH de 7.5 podemos esperar aproximadamente 50% de HOCl, y 50% de OCl, pero qué ocurre cuando agregamos tan solo 30 ppm de CYA? en donde se encuentra la línea roja? gran parte del HOCl, y de hecho también del OCl está unido al CYA. Por esa misma razon, el pH deja de ser tan influyente en la química del cloro cuando introducimos CYA en el agua, o en otras palabras en piscinas descubiertas o al aire libre. Mas al respecto en este artículo.

Comodidad del usuario

Otra de las razones por las que las personas le ponen tanta atención al pH es por la creencia de que un pH fuera de rango (por fuera de 7.2-7.8) causa irritación en la piel, ojos y comodidad del usuario en general, pero este de hecho es simplemente un mito:

• Primero que nada, el pH de los ojos (lagrimas especificamente) depende de la hidratación. Este estudio examinó el pH de las lágrimas en 44 personas y descubrieron que el pH variaba de 6.5 a 7.6.¹ 
• Segundo, de hecho lo que causa la irritación en los ojos, la piel y el sistema respiratorio son los subproductos de la desinfección cuando exceden cierto nivel. Las cloraminas y otros subproductos son parte del cloro combinado y es algo que queremos evitar en las piscinas. 
• Como si no fuera poco, el pH de algunas marcas de agua embotellada varía desde 5.5 a 9.5, lo cual implica una diferencia de 10,000 en términos de acidez. Si gusta hacer el experimento, se dará cuenta que es virtualmente imposible notar alguna diferencia en términos de sabor, y muchos menos, conformidad. Esto tal vez le llevará a preguntarse, entonces cuál es el pH ideal para la piscina?
  
  

Equilibrio del agua (de hecho es el ISL)

Otro argumento con cierta validez, es que un pH fuera de equilibrio puede causar problemas de corrosión o problemas de sobresaturación y esto puede de cierta forma provocar daños permanentes en el equipo y en las paredes o materiales cementosos, o crear sarro de carbonato.

Aunque esto es parcialmente cierto, es ambiguo. La realidad es que el equilibrio del agua no solo depende del pH, si no que también de otros 5 factores que determinan la saturación del carbonato de calcio. En total, estos seis factores son evaluados con el Índice de Saturación de Langelier. Este índice evalúa de manera holística si el agua es propensa a precipitar sarro, o carbonato de calcio o a intentar disolverlo de donde pueda, causando así daño corrosivo.

Sin embargo, el pH si es uno de los factores con mayor impacto y por lo tanto uno de los más significativos debido a que también puede afectar el agua de manera localizada. Por ejemplo si usa flotadores para las pastillas de tricloro, estas pastillas tienden a quedarse estancadas contra la pared y siendo que el tricloro tiene un pH de 2.8 (bastante acido), el pH local en esa zona del agua será muy bajo, causando asi un ISL agresivo, lo que puede causar decoloración o daño permanente en esa zona. No tener una buena circulación también es parte del problema.

En el otro extremo, cuando agrega productos químicos concentrados como el carbonato de sodio, que tiene un pH entre 10.9 - 11. 6 (bastante alcalino), el pH localmente subirá rápidamente y al momento sobrepase 8.3, el agua se verá sobresaturada (ISL alto) formando así una nube o agua lechosa.

Entender como el equilibrio del ISL es la prioridad, y como el pH puede influir de manera local la química del agua es el primer fundamento para un cuidado proactivo de la piscina. 

Impacto del CO₂ en el pH

El pH mide la concentración de iones de hidrógeno en el agua, sin embargo este término puede ser algo difícil de conceptualizar. Para fines practicos, podemos decir que el nivel de pH depende de la cantidad de CO₂ disuelto en el agua.

Entre más dióxido de carbono disuelto en el agua, menor sera el pH. Esto explica por qué algunas instalaciones comerciales utilizan inyectores de CO₂ para reducir el pH y por que el pH tiende ser mayor en piscinas con borde infinito, fuentes, jets o accesorios que agitan el agua, produciendo aireación y la pérdida de CO₂.

Si quiere aprender más acerca del tema, le recomendamos fuertemente leer los siguientes artículos: 

• Qué causa alto pH en las piscinas?
• Conteniendo el pH en lugar de controlarlo
• CO₂, pH y la ley de Henry.

Y básicamente eso es todo lo que tiene que saber acerca del pH. Ahora hablemos de la alcalinidad.

Qué es la alcalinidad total?

Video resumen acerca de la alcalinidad: 

Episodio en nuestro podcast "Controlando la piscina":

A diferencia del pH, que es básicamente una escala, la alcalinidad total es una medida de todas las sustancias alcalinas disueltas en el agua. Estas sustancias son principalmente carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos, entre otros. Si gusta puede leer este artículo que cubre todo lo que se tiene que saber acerca de la alcalinidad.

Las sustancias alcalinas en el agua equilibran el pH cuando se presenta la adición de sustancias ácidas. En otras palabras, la alcalinidad total es una medida de la capacidad del agua para resistir el cambio en el pH.

La alcalinidad total se mide en partes por millón (ppm), y el rango ideal depende de diferentes factores, como la temperatura y el tipo de cloración que use. Por ejemplo, el tricloro tiene un pH bajo de aproximadamente 3, lo que significa que es conveniente tener una alcalinidad un poco más alta. Al final de cuentas, el equilibrio del ISL es lo que más importa y lo que le dará equilibrio a su agua.

Cómo se mide la alcalinidad

Esta es una diferencia importante porque de esta forma es como se confunden el pH y la alcalinidad. La alcalinidad total se mide por la cantidad de sustancias alcalinas disueltas (ppm) en el agua, no por lo alcalino (pH) del agua.

Los productos que incrementan la alcalinidad son prevalentes en la industria de piscinas, aunque tienen un efecto sobre el pH. Si se está buscando en el mercado un producto que aumenta la alcalinidad, el más común es el bicarbonato de sodio. En cuanto a los productos que "disminuyen la alcalinidad", se encuentran los ácidos como el ácido muriático.

El impacto de la alcalinidad en la química del agua

Si se dedica al mantenimiento de piscinas o es dueño de una, probablemente está consciente de que el pH fluctúa constantemente, y generalmente tiene la tendencia a subir. Para bajarlo al nivel deseado se puede usar ácido o la inyección de CO_2.

Perseguir el pH significa que está luchando contra las leyes de física y de equilibrio, y la química se hace más complicada. Tener sustancias alcalinas en el agua, o en otras palabras alcalinidad es simplemente una manera de neutralizar las sustancias ácidas, o los cambios drásticos en el pH. La alcalinidad es como tener un sistema de soporte o amortiguación, como el de su vehículo. Cuando hay anomalías en el camino, el sistema de suspensión absorbe los golpes para evitar que se transmitan a la cabina, poco a poco el sistema de suspensión se va desgastando y tiene que ser reemplazado. La alcalinidad funciona de la misma manera absorbiendo los "golpes de ácido" o iones de hidrogeno(H⁺) para prevenir el cambio drástico en el pH. El sistema de alcalinidad funciona de la siguiente manera.

Alcalinidad total y ajustes del pH

Debido a que el CO₂ es parte del sistema de alcalinidad, y el equilibrio en el sistema es también dependiente del pH, es más sencillo visualizar estos 3 términos como un equilibrio en general, el pH, la alcalinidad total y el dióxido de carbono.

Ya explicamos cómo agregar dióxido de carbono disminuye el pH y perderlo aumenta el pH. Pero entonces cómo disminuyen los productos ácidos el pH? Los productos acidos (productos que se disocian en iones de hidrógeno), al ser neutralizados por la alcalinidad producen ácido carbónico. Esto utiliza o "quema" la alcalinidad y reduce el pH al mismo tiempo.

Más alcalinidad significa un pH más alto

Una mayor alcalinidad significa una mayor resistencia al ácido, lo que implica que se necesitará más de la sustancia ácida para poder penetrar el pH, pero también implica mayores concentraciones de dióxido de carbono en el agua. Esto significa que el ambiente podrá absorber más de ese gas, o en otras palabras la ventana del pH sera mas alta. El techo del pH será más elevado:

Para saber cómo utilizar esto a su conveniencia, lea este articulo.

Cómo aumentar la alcalinidad total

Si desea aumentar la alcalinidad total en una piscina, necesita saber el volumen de la piscina. Tener una calculadora de dosificación le hará las cosas mas facil. Puede usar nuestra aplicación gratuita, descarguela directamente de la tienda de aplicaciones en su celular buscando "Orenda".

Incrementar la alcalinidad se logra agregando sustancias alcalinas con capacidad de neutralización. Dos de los productos de piscina más comunes son el carbonato de sodio (ceniza de soda) y el bicarbonato de sodio.

Cómo reducir la alcalinidad total

Puede reducir la alcalinidad usando ácido. Algunos expertos recomiendan un "vertido de columna de ácido" para reducir la alcalinidad, pero nosotros no estamos de acuerdo. Nosotros recomendamos siempre disolver los químicos con agua antes de agregar a la piscina ya que el ácido es más denso que el agua y tiende a llegar al fondo de la piscina rápidamente, causando un ISL desequilibrado y daños en las superficies. Hemos desarrollado el procedimiento más seguro para añadir ácido en la piscina en este artículo y un video tutorial correspondiente.

Conclusiones

El pH y la alcalinidad son dos factores muy importantes para el equilibrio del ISL y por lo tanto el equilibrio del agua, pero no son los unicos. El pH mide la concentración de iones de hidrógeno (H+) en la piscina y dicta qué tan ácida o alcalina es el agua, mientras que la alcalinidad mide la concentración de sustancias alcalinas en el agua en ppm, las cuales pueden prevenir o amortiguar el cambio en el pH cuando se agrega ácido. 

Si tiene dudas o necesita apoyo con cualquier cosa, no dude en contactarnos.