Qué son las Cloraminas?

December 14, 2020
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Las cloraminas son subproductos químicos del cloro cuando este oxida los compuestos a base de nitrógeno en el agua. Se les conoce como subproductos desinfectantes (DBP por sus siglas en inglés). Normalmente, se producen debido a la oxidación incompleta del carbono, el amoníaco y los desechos orgánicos a base de nitrógeno.

Primero que nada, la mayoría de la gente piensa que todos los DBP son "cloraminas", pero ese no es el caso. Solo hay tres tipos de cloraminas diferentes entre los muchos subproductos desinfectantes, estas son: monocloramina , dicloramina y tricloramina. Todos los demás DBP (como el cloroformo, cloruro de cianógeno, etc.) se forman mediante una serie específica de reacciones químicas. Para nuestra relevancia en el mundo de las piscinas, solo nos centraremos en las cloraminas. Si desea saber cómo se forman los otros DBP, lo invitamos a que investigue más.

Cómo se forman las cloraminas

amoniacoComencemos con el amoníaco, que es una molécula con un nitrógeno unido a tres hidrógenos (NH3). Dado que el nitrógeno tiene tres 3 electrones, los enlaces covalentes están completamente en equilibrio con las 3 moléculas de hidrógeno de 1 electrón. A medida que el cloro hace su trabajo, en lugar de simplemente oxidar y destruir el nitrógeno, se combina con él en una serie de reacciones químicas. Estas reacciones químicas son la razón por la que existe el término "cloro combinado"No es raro que las personas en la industria usen los términos cloraminas y cloro                                           combinado de manera intercambiable.

Monocloramina (NH2Cl)

monocloraminaA medida que se introduce en el agua la forma fuerte y mortal del cloro, el ácido hipocloroso (HOCl) se oxida y destruye los contaminantes. Sin embargo, cuando el HOCl se encuentra con el nitrógeno, el nitrógeno no se oxida tan fácilmente. Se necesita una relación en peso de 5:1 (relación de moles 1:1) de HOCl:NH 3 para que un hidrógeno se disocie del amoníaco y sea reemplazado por un cloruro (Cl). En otras palabras, la Monocloramina se forma cuando uno de los tres Hidrógenos es             reemplazado por un Cloruro (Cl) de HOCl. La reacción ocurre rápidamente y se desarrolla de la siguiente manera:

HOCl + NH 3  → NH2Cl + H2O

Ácido hipocloroso + amoníaco producen monocloramina y agua

Dicloramina (NHCl2)

dicloraminaDigamos que hay más contaminantes en el agua y el HOCl continúa oxidándose, alcanzando la relación en peso de 5:1 una vez más y esto hace que se disocie otro hidrógeno del nitrógeno que también es reemplazado por un ion de cloruro (Cl), formándose una dicloramina. Si está llevando la cuenta, la relación de peso es ahora de 10:1 de HOCl con lo que solía ser amoníaco. La reacción química es la siguiente:

HOCl + NH2Cl → NHCl2  + H2O

El ácido hipocloroso + monocloramina producen dicloramina y agua

Tricloramina (NCl3)

tricloraminaProbablemente ya descubriste el ciclo. Sí, el proceso se repite y se alcanza otra relación de 5:1 de HOCl a [este compuesto de nitrógeno en evolución], lo que eleva la cuenta a una relación en peso total de 15:1 (relación molar 3:1). Cuando el hidrógeno final se disocia del nitrógeno y es reemplazado por el tercer (y último) ion de cloruro, se forma la tricloramina. En realidad, el nombre químico adecuado para este compuesto es Tricloruro de nitrógeno. 

Las tricloraminas son diferentes a las anteriores 2. Las mono y dicloraminas permanecen en el agua mientras que las tricloraminas pueden escaparse en el aire. Esta liberación de gases es una parte inevitable del proceso y es el principal culpable de los problemas de calidad del aire interior.

Relacionado: Acerca de los problemas de calidad del aire en la piscina cubierta (IAQ), Parte 1

Reflexionemos esta situación un momento. Para lograr oxidar el amoníaco en el agua y formar tricloraminas, se necesita una proporción en peso de 15:1 (proporción molar 3:1) de HOCl contra amoníaco. Solo tomando en cuenta la cantidad de HOCl, no todo el cloro en sí. Con un pH de 7.5, eso es solo el 50% del cloro libre disponible (FAC por sus siglas en inglés), asumiendo que no hay ácido isocianúrico (CYA) involucrado. En conclusion, se necesita una gran cantidad cloro para este proceso! Ojalá pudiéramos inventar una enzima o algún otro producto que pudiera ayudar en la descomposición del amoníaco y otros compuestos de nitrógeno como la urea, pero no es así. Así que debemos de apoyarnos sólo en el cloro para hacer el trabajo duro. La reacción final para formar la tricloramina es de la siguiente manera:

HOCl + NHCl2  → NCl3 + H2O

El ácido hipocloroso + dicloramina producen tricloramina y agua

Cloro combinado

Entonces, el cloro reacciona con el amoniaco en 3 diferentes etapas formando la monocloramina (NH2Cl), dicloramina (NHCl2) y la tricloramina (NCl3) sucesivamente. Aunque no sea facil de creer, las cloraminas en realidad también tienen cierta capacidad de desinfección, por lo que a veces también se utilizan como desinfectantes en el agua municipal. Su impacto en la salud continúa siendo un tema debatido. Dicho esto, a medida que se agrega más y más cloro al agua, este tiende a tratar de destruir las cloraminas como si fueran desechos orgánicos hasta alcanzar el punto de ruptura de la cloración. Como podemos observar en la siguiente gráfica del punto B al C.

Punto-de-ruptura

Eliminación de cloraminas

En Orenda, reconocemos el impacto que tienen las cloraminas en nuestra salud y bienestar. También creemos que existe una solución eficaz para lidiar con las cloraminas. Existen productos químicos, sistemas y estrategias que ayudan a tratar el problema de las cloraminas, cada cosa es necesaria en diferentes situaciones. En este artículo compartimos las diferentes opciones y nuestra opinión acerca de ellas. Dicho esto, nuestras opiniones se basan en experiencia personal y observaciones realizadas en las piscinas utilizando estos métodos.

Soluciones químicas 

Supercloración (choque)

No estamos al tanto de ninguna sustancia química que descomponga o reduzca directamente los compuestos de nitrógeno como el amoníaco o la urea. Las enzimas Orenda descomponen y eliminan las sustancias a base de carbono del agua, pero no el nitrógeno. Al menos por ahora, el cloro es la mejor sustancia para deshacerse de las cloraminas. Es decir, a menos que tenga nitratos, los cuales pueden eliminarse drenando o filtrando parcialmente la piscina con ósmosis inversa.

De manera tradicional, se les enseña a los operadores a medir el cloro combinado (cloro total menos cloro libre). Cuando el cloro combinado excede las 0.2ppm, es cuando se debe de aplicar un choque de cloro. Algunos operadores usan más cloro libre, como hipoclorito de calcio (a veces 10 veces más la cantidad normal), y otros usan productos de choque sin cloro como el monopersulfato de potasio (aunque no es desinfectante, solo oxidante). Pero el monopersulfato de potasio no elimina las cloraminas. Solo ayuda a prevenir futuras cloraminas al reducir los compuestos orgánicos.

Relacionado: Sanitización, Desinfección, Oxidación y Reducción.

La idea al hacer un choque es exceder el punto de ruptura en el proceso de cloración donde los contaminantes parcialmente quemados, como los desechos orgánicos, se oxidan por completo. Esto es importante, porque el punto de ruptura de cloración es un proceso constante, pero el cloro se consume y reduce constantemente otros contaminantes. La supercloración ayuda con una nueva ola de cloro que destruye todo en su camino.

Sin embargo existen algunos problemas con este proceso. En primer lugar, se necesitan cantidades enormes de productos químicos para realizar el choque y todavia mas quimicos después para restaurar el equilibrio. Por ejemplo, el uso de un choque sin cloro como el monopersulfato de potasio puede reducir el pH de la piscina, además de dejar subproductos. Restaurar el equilibrio requiere más químicos. En este artículo se observan todos los problemas que pueden surgir al tratar de vencer a las cloraminas con más químicos. En segundo lugar, no es 100% seguro que el choque químico realmente resuelve el problema.

Chocar químicamente una piscina en nuestra opinión, debe hacerse sólo con fines de desinfección, como un incidente fecal o un brote de enfermedades. Tener que realizar un choque para oxidar y limpiar la piscina es una alarma o señal indicando que la cloración actual no está logrando abastecer el volumen de usuarios.

 

Complementando el cloro con enzimas

Como ya lo sabemos, las enzimas descomponen y digieren los desechos orgánicos no vivos para ayudar a que el cloro sea más eficiente. Con la excepción de un incidente fecal, las enzimas Orenda pueden reducir significativamente la necesidad de realizar un choque de cloro, si no es que eliminarlo por completo. Sin embargo, siempre pueden existir excepciones. En términos generales, las enzimas se encargan de procesar los desechos orgánicos para abrir el camino de desinfección para que el cloro actúe en donde se es necesario.

Las enzimas no funcionan como desinfectantes ni destruyen cloraminas. Incluso en una piscina tratada con enzimas, algunas cloraminas se seguirán formando y liberando gases al aire, pero la tasa de crecimiento será menor. Hemos observado varias piscinas cubiertas en donde la calidad del aire mejoró (la cantidad de cloraminas disminuyó) gracias al uso de las enzimas Orenda.

Sistemas de eliminación de cloraminas

Cloraminas transmitidas por el agua

Si hablamos de las mono, di y tricloraminas el ultravioleta (UV) de presión media es un destructor muy eficaz. Incluso los rayos ultravioleta de baja presión pueden destruir la monocloraminas (pero las longitudes de onda no son lo suficientemente grandes para encargarse de las otras 2). La desventaja de instalar los rayos UV es que estos se encuentran ubicados en la sala de bombas y se tiene que esperar a que el agua circule por ellos. Si su piscina tiene mala circulación o una gran cantidad de bañistas (o ambos), es posible que los rayos UV no puedan dar a basto al problema. A esto se le conoce como un sistema de punto de contacto. En una situación ideal, el sistema es extremadamente eficaz. 

Otra alternativa es el ozono (O3), que en realidad fluye hacia la circulación con una vida útil relativamente corta y principalmente desinfecta y oxida en una cámara de contacto en la sala de bombas. Aquí nuevamente, el ozono es un sistema de punto de contacto y está a merced de la circulación de la piscina. Cuando se configura y opera correctamente, el ozono es un oxidante increíble que puede destruir no solo las cloraminas, sino también los compuestos nitrogenados que conducen a su creación, como el amoníaco y la urea. De hecho, el ozono es uno de los oxidantes y desinfectantes naturales más eficaces del planeta.

Recientemente, se ha vuelto popular el concepto de introducir oxígeno (O2) concentrado y purificado en forma de microburbujas. El proceso se conoce como oxígeno hiperdisuelto (HDO por sus siglas en ingles). Si bien el oxígeno puro es un oxidante relativamente débil en comparación con el HOCl y el ozono, el HDO pone oxígeno en una solución y lo envía a la piscina. Las burbujas son literalmente tan pequeñas que pueden permanecer en dicha solución durante días. Esto permite que el HDO cree un residuo de altos niveles de oxígeno, complementando el cloro y las enzimas. También hemos tenido la oportunidad de observar cómo funciona una piscina con HDO, y el impacto en la calidad del aire interior y la calidad del agua. El cambio es muy distintivo. El subproducto es oxígeno puro que eventualmente libera gases del agua, lo que proporciona oxígeno a la zona de respiración de los nadadores.

Cloraminas en el aire 

CloraminasLas tricloraminas son el tipo de cloraminas más nocivas que existen para el usuario y las instalaciones. Estas viajan principalmente por el aire. 
 
 
Las cloraminas transportadas por el aire son muy ácidas y cuando se combinan con la humedad que ya está en el aire, debido a la evaporación de la piscina, se condensan en metales fácilmente, causando oxidación, corrosión y destrucción. Los problemas son realmente graves en piscinas cubiertas, donde los sistemas HVAC recirculan las cloraminas y se quedan atrapadas en el fondo del natatorio, en la zona de respiración del nadador, sin poder escapar.

Las tricloraminas y otros DBP destruyen poco a poco los sistemas HVAC, las estructuras metálicas (como un techo de acero estructural) y el equipo metálico de la piscina, como los bloques de salida, las luces o el equipo de cronometraje. Los productos químicos para piscinas y los sistemas para tratar las cloraminas transportadas por el agua son inútiles contra las tricloraminas transportadas por el aire (obviamente). Desafortunadamente solo hemos descubierto una solución para atender los problemas de las tricloraminas en el aire: The Evacuator, por Paddock. Es un sistema de ventilación que captura y expulsa el aire dañino de una piscina y evita que los sistemas HVAC lo recirculan. Hemos visto varias piscinas cubiertas con sistemas Evacuator, y podemos asegurar que es muy efectivo.

Sin embargo no todo es perfecto y el sistema también tiene sus deficiencias. En primer lugar, a menos que su diseño se coordinará antes de que se construyera la piscina (con el "The Evacuator" integrado en la canaleta de la piscina o en el desagüe de la plataforma), su eficacia se verá afectada dependiendo en el diseño de la piscina. El diseño del sistema se puede modernizar pero esto dificulta una solución 100% exitosa ante el problema. En segundo lugar, instalar uno de estos en una piscina ya construida es una inversión monetaria significativa. En tercer lugar, el Paddock Evacuator no cabe en todas las instalaciones; muchos requieren de un rediseño del sistema de conductos y ventilacion.

Estrategia de prevención de cloraminas

Debido a que la eliminación de las cloraminas es un proceso muy complicado y casi imposible, prevenirlas es la segunda mejor opción. Tenga cuidado con cualquier marca o producto que afirme lo contrario, porque este problema no es fácil como el 1, 2 y 3. Hay una multitud de factores que se tienen que cubrir para los natatorios, pero generalmente se necesita lo siguiente para un entorno saludable.

  • Desinfectante de cloro
  • Hiperclorato (para choques) solo cuando sea absolutamente necesario. Como durante un incidente fecal.
  • Suplementos para el cloro: ya sea ​​un sistema de desinfección secundario (UV u ozono), o un refuerzo suplementario de oxígeno puro (HDO) y el uso de enzimas. Estos suplementos siempre mejoraran la eficacia del cloro.
  • Diseño efectivo para el flujo de aire. Puede tener el sistema de circulación de aire más elegante que existe, pero si el diseño no es el apropiado, aun asi tendra problemas de calidad del aire. El problema es que la mayoría de las veces los ingenieros no construyen la piscina y se dejan muchos factores sin supervisión. Afortunadamente, existen expertos en la calidad del aire del natatorio que pueden evaluar su piscina y diseñar modificaciones para mejorar el flujo de aire. Incluso pueden ayudar a un ingeniero profesional a diseñar nuevos natatorios.
  • evacuador de paddock, evacuador, evacuador de aire, sistema de cloramina, eliminación de cloramina, captura de fuente"The Evacuator" para piscinas cubiertas únicamente. Dado que solo hay una compañía que fabrica este producto, Paddock, si tiene un problema de cloramina en el aire, comuníquese con ellos para ver si su piscina es elegible para su sistema. 

Las cloraminas son una parte inevitable de la química de la piscina, pero se pueden atender de la manera correcta y los problemas que causan se pueden prevenir.

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