Para los propietarios de piscinas y los profesionales del servicio, comprender el papel del ácido isocianúrico, popularmente conocido como estabilziador, acido cianurico, acondicionador (CYA) va más allá de su función básica de proteger el cloro de la degradación por la luz solar. Este artículo explora el papel de la alcalinidad del cianurato como un sistema de amortiguación del pH y cómo influye en el equilibrio general del agua.
En este artículo:
- ¿Qué es el ácido isocianúrico (CYA)?
- Ácido cianúrico y alcalinidad total
- La alcalinidad de cianurato como sistema de amortiguación del pH
- Alcalinidad de cianurato restada de la alcalinidad total (AT)
- Conclusión
¿Qué es el ácido isocianúrico (CYA)?
Tenemos muchos otros artículos sobre el CYA en nuestra página de blogs y centro de ayuda, por lo que aquí sólo haremos un rápido resumen.
El ácido isocianúrico (CYA) se utiliza en las piscinas de manera que al unirse al cloro molecularmente puede protegerlo de la degradación UV de la luz solar (denominada como descomposición fotoquímica o fotólisis).1,2 El cloro unido al CYA se denomina cloro estabilizado, o más técnicamente, isocianuratos clorados (o cloroisocianuratos). Cuando se une al cloro, el CYA modera de cierta forma la fuerza y la velocidad del cloro. Hablamos de esto en otro artículo y en varios episodios de nuestro podcast Controlando la piscina.
Sin CYA en el agua, el cloro se degrada rápidamente. Dependiendo de factores como la profundidad del agua y la temperatura, la vida media del cloro sin protección es de sólo unos 20-45 minutos (dependiendo de la fuente citada), lo que significa que alrededor del 75% del cloro se habrá ido en menos de dos horas.3,4 Después de tres horas, todo el cloro puede haber desaparecido. Ahora es fácil comprender por que es relativamente imposible retener el cloro por una semana.
Mas abajo presentamos una ilustración del educador Bob Lowry, que en paz descanse. El cloro o bien se utiliza para matar y oxidar los contaminantes, o se descompone por la luz UV (luz solar).
La reacción es la siguiente:2HOCl + UV → 2HCl + O2
2 Ácido hipocloroso + UV → Ácido clorhídrico + oxígeno
Fuente: Robert W. Lowry5. Nota, el título de su gráfico es "El cloro líquido NO eleva el pH". Explicamos este concepto y lo aclaramos más a fondo en este artículo. El cloro líquido sólo eleva el pH temporalmente, porque una vez que se descompone y hace su trabajo, el pH vuelve a bajar por la liberación de ácido clorhídrico (HCl).
Los isocianuratos clorados no son tan susceptibles a la degradación UV como el cloro libre no estabilizado (especialmente el HOCl). Las fuentes difieren sobre cuánto más puede durar el cloro estabilizado. Algunas dicen que ocho veces (8x) más. No hemos encontrado estudios que establezcan exactamente cuánto más dura el cloro estabilizado bajo la luz solar porque hay demasiadas variables. Pero sí sabemos que la mayor parte del cloro libre está unido al CYA, incluso con bajos niveles de CYA.
Aunque no sabemos exactamente cuánto más tiempo dura el cloro una vez estabilizado, existe suficiente evidencia que muestra cómo el CYA ralentiza la velocidad de desinfección del cloro.6 Esta es sólo una de las muchas variables que determinan cuánto tiempo puede permanecer el cloro libre en el agua.
También hemos observado estudios acerca de cómo el CYA impacta otros aspectos de la química de la piscina.1 Podríamos escribir docenas de artículos acerca de cómo el CYA tiene una influencia fundamental, pero este artículo se centra en el impacto de la CYA en la alcalinidad, que a su vez impacta en el ISL.
Ácido isocianúrico y alcalinidad total
La alcalinidad es una medida de la capacidad del agua para resistir cambios en el pH. Varios pares de diferentes tipos de ácido y sus contrapartes de base conjugada pueden tomar y ceder un ion hidrógeno (H+), lo que significa que estas bases conjugadas pueden neutralizar ácidos. A esto se le denomina como sistema de amortiguación de pH.
La especie de alcalinidad dominante en las piscinas es el sistema de amortiguación de ácido carbónico y bicarbonato, comúnmente llamado alcalinidad de carbonato. Como se muestra en el siguiente gráfico:
Ácido carbónico (dióxido de carbono disuelto, CO2) es el ácido, y el ion bicarbonato es su base conjugada. Cuando se añade ácido al agua, la mayoría de los iones hidrógeno que introduce el ácido son neutralizados por el bicarbonato en el agua. La adición de hidrógeno a bicarbonato lo convierte en ácido carbónico, que vuelve a carbonatar el agua con CO2 disuelto, restableciendo la física explicada por La Ley de Henry.
El bicarbonato no es el único sistema de amortiguación en las piscinas. Las piscinas exteriores estabilizadas (con CYA) también tendrán alcalinidad cianurada. Abajo está la tabla de nuevo, esta vez con la alcalinidad de cianurato superpuesta:
Este gráfico muestra un contraste de la alcalinidad de cianuratos con la alcalinidad de carbonatos.
Cuando se agrega ácido isocianúrico al agua de la piscina, se forman iones de cianurato. Estos iones contribuyen a la alcalinidad total del agua. El ácido isocianúrico (H3C3N3O3, o H3Cy) es el ácido, y el ion cianurato (H2C3N3O3-, o H2Cy-) es su base conjugada.
A medida que aumenta el pH, más hidrógeno se desprende del ion cianurato, creando cianurato de hidrógeno (HCy2-)7 siendo el 11.2 el valor pKa o el punto medio. Esta disociación está muy por encima del rango de pH normal para una piscina, por lo que puede que nunca ocurra en la mayoría de las piscinas. El valor de pH con más relevancia para la alcalinidad del cianurato esta entre el acido isocianurico y el ion cianurato con un pKa de 6.88 pH.8
La alcalinidad del cianurato como sistema amortiguador del pH
Abajo mostramos una referencia de John Wojtowicz en su papel titulado "Química de amortiguación del agua de piscina." Es un tema bastante extenso si es de su interés pero antes de citarlo, demos un poco de contexto.
Cuando publicamos números y valores específicos (como los valores pKa), estos se ven impactados por las fuerzas iónicas y otros parámetros relevantes como AT, CYA, temperatura, etc. Así que establezcamos los siguientes factores fijos: pH 7.5, 1000 ppm de SDT y 80ºF. Sin embargo si esos factores varían lo suficiente, el siguiente hecho puede no ser del todo verdad:
"Sobre una base molar, el sistema [amortiguador] de ácido isocianúrico/cianurato proporciona una amortiguación más eficaz del agua de la piscina a pH 7,5, 80ºF y 1000 ppm SDT porque su pH de amortiguación mayor está más cerca del pH de la piscina.
Sin embargo, en una base de ppm, la intensidad de amortiguación de los sistemas de ácido carbónico/bicarbonato y ácido cianúrico/cianurato son aproximadamente comparables en el rango de pH recomendado (7.2 - 7.8) y mayor que la del borato a un pH < 7.8.
A un pH de 7.8, la amortiguación de los tres sistemas es aproximadamente comparable en una base de ppm."
- John Wojtowicz 9
Al igual que el sistema de amortiguación de ácido carbónico/bicarbonato, el sistema de ácido isocianúrico/cianurato amortigua mejor frente a una reducción del pH. Esto se debe a que su valor pKa (6.88 pH) es inferior a los niveles de pH de las piscinas. Si el pKa estuviera por encima de los niveles de pH de una piscina, tal vez no seria tan influyente.
Debido a que su pKa está más cerca de los niveles de pH operativos de la piscina que el de la alcalinidad del carbonato, la alcalinidad del cianurato se considera un amortiguador más fuerte contra la reducción del pH en términos por peso molar... pero en ppm,simplemente no se cuenta con la misma cantidad de alcalinidad de cianurato. Si (por alguna razón) el cianurato y el bicarbonato estuvieran en el agua en cantidades equimolares, técnicamente la CYA sería un amortiguador más fuerte. Hay mucho más bicarbonato y, por lo tanto, la alcalinidad de carbonato es el sistema dominante en el agua.
Pero, ¿cómo sabemos cuánta alcalinidad de cianurato tenemos en el agua?
Cómo calcular la alcalinidad de cianurato
Necesitamos conocer dos parámetros de la química del agua para calcular cuánta alcalinidad de cianurato hay en el agua. Son los siguientes:
- Ácido cianúrico (ppm)
- pH
La regla general es multiplicar el nivel de ácido isocianúrico por un tercio, y ese es el nivel de alcalinidad de cianurato.1,9 Esto se debe restar de la alcalinidad total (AT) para "corregir" la alcalinidad en alcalinidad de carbonatos para el calculo apropiado del ISL.
Regla convencional (estimación): 1/3 de CYA ppm
0.33 x (CYA ppm) = alcalinidad cianurada ppm
La matemática exacta es muy específica, pero por suerte, existen tablas ya desarrolladas que simplifican el proceso.10
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Para la ecuación simplificada usamos el factor de corrección de CYA (ver tabla) multiplicado por el nivel de CYA en ppm
(Factor de corrección de cianurato al pH actual) x (CYA ppm) = alcalinidad de cianurato en ppm
Ejemplo, con un pH de 7.8, y 90 ppm de CYA:
(0.35) x (90 ppm) = 31.5 ppm de alcalinidad de cianurato
Alcalinidad de cianurato restada del AT
Podemos calcular nuestra alcalinidad de cianurato sin la necesidad de saber el valor de alcalinidad total, sin embargo al conocer el nivel de alcalinidad total tenemos que saber que una parte proviene de la alcalinidad de cianurato. Entonces suponiendo que no contamos con borato en el agua (el cual también proporciona amortiguación):
Alcalinidad total (AT) - Alcalinidad de cianurato = Alcalinidad de carbonato (también conocida como alcalinidad corregida)
El nivel de alcalinidad de carbonato es de hecho el factor utilizado para calcular la saturacion de carbonato de calcio o el ISL.11
Conclusión
El sistema de amortiguación de ácido carbónico/bicarbonato no es el único sistema de amortiguación del pH en las piscinas. Las piscinas al aire libre que utilizan ácido isocianúrico (CYA) tienen una capacidad de amortiguación adicional contra la reducción del pH, denominada alcalinidad de cianurato. Esto a veces es ignorado ya que esta es incluida en las lecturas o pruebas de alcalinidad total.
Por peso molar, el cianurato es un amortiguador más fuerte que el bicarbonato porque su valor pKa está más cerca de la química normal de la piscina. Pero en una base de ppm, debido a que hay mucho más bicarbonato en el agua, la alcalinidad del carbonato es el sistema de amortiguación de pH dominante en las piscinas.
Aunque la calculadora de Orenda™ realiza todos estos cálculos y correcciones de forma automática, es de gran ayuda que los propietarios y operadores de piscinas comprendan que el ISL y el techo del pH dependen del nivel de alcalinidad de carbonato, que puede calcularse restando la alcalinidad de cianurato de la alcalinidad total.
Cuanta más CYA tenga en el agua, mayor será su alcalinidad de cianurato, lo cual significa que la alcalinidad de carbonato será más baja si mantiene una alcalinidad total fija y, por lo tanto, menores serán el ISL y el techo de pH. Sorprendentemente, sin embargo, esta CYA adicional proporciona más amortiguación contra los ácidos. Teniendo todo esto en cuenta, enseñamos la importancia de mantener los niveles de CYA al mínimo en nuestro Cuarto Pilar.
1 Wojtowicz, John. (2004). Efecto del ácido cianúrico en el mantenimiento de piscinas. Journal of the Swimming Pool and Spa Industry. Vol. 5 (1), pp. 15-19.
2 Agencia de Protección Medioambiental de Estados Unidos. (1992). Isocianuratos clorados. R.E.D. Facts, US EPA Office of Prevention, Pesticides and Toxic Substances. EPA-738-F-92-010.
3 Lowry, Robert W. (2016). Manual de formación básica de la IPSSA (edición revisada de 2016), pág. 108.
4 Técnicamente, la vida media del ácido hipocloroso (HOCl) es de aproximadamente una hora (a un pH de 5.0), mientras que la vida media del ion hipoclorito (OCl-) es de solo unos 12 minutos (a un pH de 8.0). Cuando no hay CYA, el pH influye mucho en la vida media del cloro. Con CYA, sin embargo, los porcentajes tanto de HOCl como de OCl- son mucho menores que en una piscina no estabilizada. Estas cifras proceden de:
Nowell, Lisa N., Hoigné, Jürg. (1992). Fotólisis del cloro acuoso en longitudes de onda de luz solar y ultravioleta--I. Tasas de degradación. Water Research. Vol. 26 (5), pp. 5993-598.
5 Lowry, Robert W. (2018). Química para piscinas residenciales. Instituto de formación en química para piscinas (PCTI). Cap. 5, pág. 46.
6 Pulsar (Recuperado 2024). El efecto del ácido isocianúrico en la desinfección. Boletín técnico Pulsar.</nbsp;
7 Parece que no existe una convención de nomenclatura consensuada para el HCy2-. Está el ácido cianúrico, luego el ión cianurato, luego... ¿qué? Leímos todas las fuentes que encontramos y ninguna de ellas tenía un nombre para él, porque se centraban más en el ión cianurato. Se trata de seguir la convención de denominación de sustancias similares. Al menos, nos da algo para llamarlo. Al igual que el "techo de pH", puede que acabemos de acuñar el nombre. Quién sabe. Si USTED conoce el nombre apropiado para HCy2-, por favor háganoslo saber, y actualizaremos esto inmediatamente.
8 Centro Nacional de Información Biotecnológica (2024). Resumen de compuestos de PubChem para CID 7956, Ácido cianúrico.
9 Wojtowicz, John. (2001). Química de Amortiguación del Agua de Piscinas. Revista de la Industria de Piscinas y Spas. Vol. 3 (2), pp. 34-41.
10 La Calculadora Orenda™ no utiliza números simplificados para este cálculo. Utiliza números precisos que se ajustan en tiempo real a medida que cambia los diales de la calculadora. Pero para los propósitos de este artículo, seguir el gráfico, o simplemente usar la regla de 1/3 es suficiente para entender el concepto. La cuestión es que tenemos que ser conscientes de que aproximadamente 1/3 de nuestro CYA ppm aportara alcalinidad en forma de alcalinidad cianurada, que debe restarse de la AT para el balance apropiado del agua.
11 La Calculadora Orenda™ le pide que introduzca la alcalinidad total porque eso es lo que miden los kits de prueba. Después le muestra el nivel de alcalinidad de carbonatos en tiempo real a medida que ajusta otros factores como CYA y pH. Decidimos mostrar la alcalinidad de carbonatos porque recibimos muchas solicitudes de los usuarios cuestionando cual alcalinidad deberían introducir para los cálculos. Así que sí, introducimos estas variables en la calculadora automáticamente. Sólo tiene que introducir su AT, CYA y pH.