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ESTANDARIZACIÓN DE LOS MÉTODOS ANALITICOS ALCALINIDAD Y DUREZA

EN UNA MUESTRA DE AGUA RECREATIVA DE LA UNIVERSIDAD

MANUELA BELTRAN SEDE BOGOTÀ.

GERALDINE BAUTISTA LENES

Corporación tecnológica de Bogotá Tecnología en química industrial Bogotá, Colombia

2019

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ESTANDARIZACIÓN DE LOS MÉTODOS ANALITICOS ALCALINIDAD Y DUREZA

EN UNA MUESTRA DE AGUA RECREATIVA DE LA UNIVERSIDAD MANUELA

BELTRAN SEDE BOGOTÀ.

GERALDINE BAUTISTA LENES

05112049

Proyecto de investigación para optar por el título de Tecnóloga en química industrial.

Director:

Juan David Parra Ducuara

Corporación tecnológica de Bogotá Tecnología en química industrial Bogotá, Colombia

2019

p. 3

CONTENIDO

RESUMEN ...................................................................................................................... 8 SUMMARY ...................................................................................................................... 9 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 10 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. .................................................................... 12 JUSTIFICACIÓN. .................................................................................................... 14 OBJETIVOS............................................................................................................ 16

4.1.

OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 16

4.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................ 16 VARIABLES ............................................................................................................ 17

5.1

Variable independiente .................................................................................... 17

5.2

Variable dependiente ....................................................................................... 17

5.3

Variable cualitativa ........................................................................................... 17

5.4

Variable cuantitativa ......................................................................................... 17

5.5

Variable continua ............................................................................................. 17 ANTECEDENTES ................................................................................................... 18 MARCO REFERENCIAL ........................................................................................ 21

7.1.

Estandarización ................................................................................................ 21

7.2.

Exactitud y precisión ........................................................................................ 21

7.3.

Linealidad ......................................................................................................... 22

7.4.

Límite de cuantificación .................................................................................... 22

7.5.

Limite de detección .......................................................................................... 23

7.6.

Muestreo .......................................................................................................... 23

7.6.1.

Simple puntual o instantánea .................................................................... 23

7.6.2.

Compuesta (compuesta-tiempo) ............................................................... 24

p. 4

7.6.3.

Integradas .................................................................................................. 24

7.7.

Agua recreativa ................................................................................................ 24

7.8.

Alcalinidad ........................................................................................................ 24

7.9.

Dureza ............................................................................................................. 25 METODOLOGIA ..................................................................................................... 26

8.1

Materiales y reactivos ...................................................................................... 26

8.2

Toma de muestras y tipo de muestreo. ............................................................ 27

8.3

Procedimiento para alcalinidad total ................................................................ 28

8.3.1

Preparación de estándar Na2CO3 .............................................................. 28

8.3.2

Estandarización de la solución H2SO4 O.1 N, titulación potenciométrica. . 28

8.3.3

Preparación de H2SO4 0.02 N. .................................................................. 29

8.3.4

Curva de calibración para alcalinidad. ....................................................... 29

8.3.5

Procedimiento de análisis, alcalinidad total con indicador mixto ............... 29

8.4

Procedimiento para dureza Total. .................................................................... 30

8.4.1

Preparación del estándar de CaCO3 0.01 M ............................................. 30

8.4.2

Estandarización de la solución de EDTA 0.01 M. ...................................... 30

8.4.3

Curva de calibración para dureza total ...................................................... 31

8.4.4

Titulación de muestras para determinación de dureza .............................. 31

8.5

Comparación de los resultados obtenidos con los límites de los parámetros fisicoquímicos. ........................................................................................................... 32 RESULTADOS Y DISCUSION ............................................................................... 33

9.1

Resultados para Alcalinidad ............................................................................. 33

9.1.1

Resultados de la estandarización de la solución de ácido sulfúrico 0.1 N de acuerdo a la sección 2320 B 3b.............................................................................. 33

9.1.2

Curva de calibración alcalinidad ................................................................ 35

9.1.3

Linealidad .................................................................................................. 36

p. 5

9.1.4

Precisión del método. ................................................................................ 36

9.1.5

Control de blancos y límite de cuantificación ............................................. 38

9.1.6

Concentraciones de las muestras analizadas ........................................... 40

9.1.7

Test de Grubbs .......................................................................................... 41

9.1.8

Resumen de estadística descriptiva .......................................................... 45

9.1.9

Comparación de los valores de alcalinidad del laboratorio de la universidad Manuela Beltrán con los valores emitidos por el laboratorio acreditado externo. ... 45

9.1.10 Procedimiento operativo estándar para el parámetro de alcalinidad ....... 47

9.2

Resultados para la determinación de la Dureza............................................... 47

9.2.1

Estandarización de la solución de EDTA 0.01 M según la sección 2340 C 2d del Standard Methods. ....................................................................................... 47

9.2.2

Curva de Calibración dureza. .................................................................... 48

9.2.3

Linealidad del método ............................................................................... 49

9.2.4

Precisión del método. ................................................................................ 49

9.2.5

Control de blancos y límite de cuantificación. ............................................ 50

9.2.6

Concentraciones de las muestras analizadas ........................................... 52

9.2.7

Test de Grubbs .......................................................................................... 53

9.2.8

Resumen de estadística descriptiva .......................................................... 56

9.2.9

Comparación de los valores de dureza del laboratorio de la universidad Manuela Beltrán con los valores emitidos por el laboratorio acreditado externo. ... 56

9.2.10 Procedimiento operativo estándar del parámetro de dureza total ............. 57

CONCLUSIONES ................................................................................................ 58

RECOMENDACIONES ....................................................................................... 59

ANEXOS ............................................................................................................. 60 12.1 ANEXO A ......................................................................................................... 60 12.2 ANEXO B ......................................................................................................... 61

p. 6

12.3 ANEXO C ......................................................................................................... 68 12.4 ANEXO D ......................................................................................................... 74

TABLAS ............................................................................................................... 76

GRAFICAS .......................................................................................................... 77

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................... 78

p. 7

(página sin texto)

p. 8

RESUMEN

La calidad del agua de tipo recreativas es de suma importancia, ya que estas permiten controlar parámetros de tipo microbiológico y fisicoquímicos, que estando fuera de los límites permitidos estipulados en normas gubernamentales vigentes, atentan contra la salud humana.

Para obtener unos buenos niveles de calidad entre las actividades desarrolladas en la Universidad Manuela Beltrán, se hace necesario implementar metodologías estandarizadas que permitan dar un resultado confiable.

El presente trabajo de investigación, consiste en la estandarización de los métodos analíticos alcalinidad total y dureza total basado en el manual de procedimientos analíticos Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, de en una muestra de agua recreativa (agua de piscina) de la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá. Los resultados de los parámetros fisicoquímicos serán comparados con los limites estipulados en la resolución 1618 de 2010 y el decreto 1618 de 2015 del ministerio de protección social de Colombia.

Palabras claves: agua recreativa, calidad del agua, alcalinidad, dureza, estandarización.

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SUMMARY

The quality recreative of the water of type performs supreme importance, since these allow to control parameters and physicochemical of microbiological type, that being out of the allowed limits stipulated in governmental in force procedure, they commit an outrage against the human health.

To obtain a few good levels of quality between the activities developed in the University Manuela Beltrán, it becomes necessary to implement standardized technologies that allow to give a reliable result.

The present work of investigation, total alkalinity consists of the standardization of the analytical methods and total hardness based on the manual of analytical procedures Standard Methods for the Examination of Water closet and Wastewater edition 23 of in a sample of recreative water of the University Manuela Beltran sedates Bogota. The results of the physicochemical parameters will be compared with the limits stipulated in the resolution 1618 of 2010 of the department of social protection of Colombia.

Key words: recreative water, quality of the water, alkalinity, hardness, standardization.

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INTRODUCCIÓN

La calidad del agua en los últimos años se ha convertido en un tema bastante importante, debido a la conciencia ambiental y de problemas de salud pública.

Debido al crecimiento demográfico de la población, existe también una gran demanda de personas que buscan ambientes naturales como sitios de esparcimiento. Dado a que generalmente estos sitios se encuentran lejos de las zonas urbanas, la sociedad actual ha sido capaz de crear entornos de recreación de tipo acuático, tales como complejos deportivos, turísticos y recreativos con piscinas y parques (Carrasquero et al.

2015).

Las piscinas son instalaciones públicas o privadas que deben ser supervisados o auditados permanentemente por agencias gubernamentales con el objetivo de conservar la calidad del agua y la salud pública, debido a que se combinan una serie de elementos que deterioran el recurso hídrico y ponen en riesgo el bienestar de los usuarios de los parques acuáticos y de la comunidad en general (Diaz, Esteller, & Garrido, 2011).

Los aspectos de mayor relevancia dentro del control de calidad de agua de piscinas o también llamadas aguas recreativas son la vigilancia de los parámetros de calidad microbiológicos y fisicoquímicos, en Colombia es realizada por el Ministerio de la protección social quien establece en la resolución 1618 de 2010 relatando que la primera condición que debe reunir el agua es su pureza microbiológica, seguido de los límites de parámetros fisicoquímicos.

En la comunidad científica se han realizado múltiples pruebas con la finalidad de mejorar la calidad del recurso, por esta razón se han estandarizado procedimientos de operación, cuyos resultados permiten un mayor grado de confiabilidad (Diaz & Vanegas, 2005).

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La estandarización de un método analítico es un proceso minucioso, que dependiendo de la técnica analítica a la que pertenezca el método, la matriz, el analito, el número de parámetros de estandarización y la logística empleada para su ejecución puede requerir de tiempos considerables. Generalmente los métodos estandarizados son sometidos a seguimientos sistemáticos por medio de” cartas o graficas de control de calidad” y con ensayos claramente diseñados con el fin de ajustar los puntos débiles o los que no han cubiertos en esta estandarización (Coy, Bojaca, & Duque, 2006). En cuanto a las mediciones de alcalinidad1, estas son utilizadas en la interpretación y control de los procesos de tratamiento de agua potable, residuales y de piscina. Este valor medido puede incluir contribuciones de boratos, fosfatos, silicatos u otras bases, si están presentes. (Rice, Baird, & Eaton, 2017).

Actualmente la dureza total del agua se define como la suma de las concentraciones de calcio y de magnesio, ambas expresadas como carbonato de calcio CaCO3 mg/L2 (Rice, Baird, & Eaton, 2017).

Con el deseo de contribuir al desarrollo integral de la Universidad Manuela Beltrán, basados en las metodologías analíticas de alcalinidad y dureza del Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, en las cuales por medio de estas se pueden caracterizar cuantitativamente las muestras de agua recreativa(agua de piscina) de la universidad, el propósito de este trabajo es estandarizar estas dos metodologías analíticas y comparar los resultados de acuerdo a los límites de los parámetros fisicoquímicos estipulados en la resolución 1618 de 2010 y el decreto 0554 de 2015, y dejar por escrito un procedimiento de operación estándar POE’S en donde se puedan seguir paso a paso estos procedimientos.

1 La alcalinidad de un agua es su capacidad para neutralizar ácidos, y es la suma de todas las bases valorables. El valor medido puede variar significativamente con el pH de punto final utilizado (Rice, Baird, & Eaton, 2017) 2 Cuando la dureza es numéricamente mayor que la suma de alcalinidad de carbonato y bicarbonato, esa cantidad de dureza, equivale a la alcalinidad total, y es llamada “dureza de carbonatos” (Rice, Baird, & Eaton, 2017)

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

La universidad Manuela Beltrán sede Bogotá dentro de su infraestructura cuenta con una piscina ubicada en el laboratorio de Terapias. Esta es utilizada para la realización de actividades terapéuticas en el medio acuático y de tipo deportivo. Para garantizar la calidad del agua de la piscina la universidad dispone de cierto presupuesto para evaluación y caracterización fisicoquímica por medio de la contratación de una empresa proveedora de servicios de análisis externa donde se analizan parámetros microbiológicos como coliformes totales, pseudomonas y aerobios, en cuanto a parámetros fisicoquímicos: Alcalinidad total, dureza total, solidos disueltos, conductividad, pH, cloro residual y cloro total.

También desde los laboratorios de la universidad se hace un contraanálisis para verificar dichos resultados por el laboratorio de servicios externo, con el propósito de comparar los resultados obtenidos de los parámetros microbiológicos y fisicoquímicos reportados por el proveedor de este servicio.

En cuanto a los parámetros fisicoquímicos que se analizan en el agua recreativa, el laboratorio de química de la universidad, ha realizado este análisis durante varios años, basándose en textos de carácter educativos en donde no se ha desarrollado un procedimiento de operación estándar para ejecutarlos.

Por esta razón el proyecto busca implementar las técnicas de estandarización de los métodos analíticos de alcalinidad total y dureza total utilizando como referencia metodológica, los procedimientos analíticos del Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, secciones 2320 para alcalinidad total y

2340 para dureza total del agua, con el fin de realizar un procedimiento de operación

estándar para cada método analítico utilizado y así mismo dar resultados de acuerdo a estos y poder compararlos con los resultados del laboratorio de servicios externos.

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PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN

 ¿Existen diferencias significativas entre los resultados emitidos por el laboratorio de servicios externo y los resultados obtenidos por la estandarización de los métodos analíticos alcalinidad total y dureza total en las instalaciones de la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá?

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JUSTIFICACIÓN.

La calidad del agua depende del uso de que se le quiera dar a esta, y así mismo está determinada por lo diferentes parámetros que caracterizan su calidad.

Los criterios de calidad están dados bajo normas nacionales, en las cuales se expresan los parámetros fisicoquímicos, microbiológicos y de condiciones medioambientales, para que se pueda garantizar que el tipo de agua a utilizar es adecuado para uso humano.

En el caso específico de las aguas de tipo recreativas las normas vigentes en Colombia para garantizar el control de calidad de la misma, en cuanto a parámetros fisicoquímicos3 y microbiológicos4, está la resolución 1618 de 2010 la cual declara los límites establecidos para que el prestador de servicios de piscinas pueda operar, garantizando que el agua que se utiliza, es apta para uso humano y no representa daños a la salud.

Para garantizar que los parámetros fisicoquímicos del agua recreativa se encuentran dentro de los límites establecidos por la normatividad vigente, se requieren de metodologías específicas que sean utilizadas a nivel nacional e internacional. Para ello se utilizan referencias metodológicas de procedimientos analíticos estandarizados como el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, el cual es avalado por la American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation.

Con base en lo descrito anteriormente se hace indispensable garantizar el control de calidad del agua recreativa de la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá, basándose en los parámetros fisicoquímicos descritos en la resolución 1618 de 2010 y el decreto

3 Expresados en el artículo 6, Tabla 2 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL AGUA DE ESTANQUES DE PISCINAS Y

ESTRUCTURAS SIMILARES. (1618, 2010)

4 Expresados en el artículo 9, Tabla 4 CARACTERÍSTICAS MICROBIOLÓGICAS DEL AGUA DE ESTANQUES DE PISCINAS

Y ESTRUCTURAS SIMILARES, (1618, 2010)

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0554 de 2015, utilizando como manual de metodologías el Standard Methods for the

Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, herramienta confiable para el análisis de alcalinidad total y dureza total del agua.

Este proyecto se realiza con la finalidad de implementar en la universidad Manuela Beltrán, los métodos de análisis en muestras de aguas recreativas, a partir de la estandarización de los métodos químicos para que estas sean desarrolladas de la misma forma y bajo los mismos parámetros de control.

La implementación de la estandarización de los métodos analíticos para muestras de aguas recreativas permitirá que exista menor margen de error, producirá datos confiables para comparar con los resultados dados por la empresa externa, buscando contribuir con el mejoramiento continuo de la calidad del agua recreativa Así mismo la elaboración de este proyecto aportara conocimientos en cuanto las técnicas y metodologías utilizadas, que permitirán que las muestras de agua recreativa sean evaluadas en los parámetros antes descritos, permitiendo la unificación de los métodos generando un procedimiento de operación estándar, para dichos análisis.

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OBJETIVOS

4.1.

OBJETIVO GENERAL

Establecer las metodologías analíticas alcalinidad y dureza total para el control de agua recreativa en la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá, de acuerdo al manual de procedimientos analíticos Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017.

4.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Evaluar por medio de comparaciones estadísticas para determinar si existen

diferencias significativas entre el laboratorio de servicios externos y el laboratorio de química de la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá.

2. Desarrollar los procedimientos operativos estándar de las metodologías analíticas

alcalinidad total y dureza total, para el laboratorio de química de la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá.

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VARIABLES

El agua de piscina contiene entre sus componentes carbonato, bicarbonato y su contenido de hidróxido se toma como una indicación de la concentración de estos constituyentes.5 Entre otros que se pueden encontrar es el ion magnesio y el ion calcio. (Londoño, Giraldo, & Gutiérrez, 2010).

Variable independiente Muestra de agua recreativa

Variable dependiente Concentración de los iones calcio, magnesio, carbonato y bicarbonato, expresado en términos de mg/L de CaCO3

Variable cualitativa Color, uso de la muestra

Variable cuantitativa pH, temperatura, concentración

Variable continua Peso de los reactivos, volumen de las soluciones y de las muestras.

5 (Rice, Baird, & Eaton, 2017) STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER

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ANTECEDENTES

Para el presente proyecto se tienen como antecedentes principales los siguientes cinco documentos:

El primer trabajo corresponde a (Sanchez, 2016) quien realizo el trabajo de investigación titulado “Control de calidad del agua en piscinas de uso público”. En este trabajo se presentaron los principales resultados del estudio realizado al agua de diez piscinas de uso público las cuales fueron seleccionadas aleatoriamente para determinar la calidad en relación a parámetros físicos, químicos y microbiológicos. Los resultados obtenidos se compraron con la normatividad vigente en Colombia para piscinas públicas y se encontró que la mayoría de las piscinas muestreadas cumplen con los límites físicos, pero no con los químicos y microbiológicos.

El trabajo se relaciona con la investigación de tipo experimental y teórica ya que propone las metodologías planteadas en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, la determinación de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos.

También por medio de encuestas Sánchez concluyo que existe falta de conocimiento de la normativa, por parte de los operarios de dichas piscinas, por lo cual esto conllevo a que en la investigación se elaborara una “guía para el manejo y control de la calidad del agua en piscinas de uso público” dirigida a todos los responsables de la operación y uso sanitario de las piscinas en Colombia.

El segundo trabajo de (Diaz & Vanegas, 2005) titulado “Documentación e implementación de técnicas analíticas para el laboratorio de aguas del departamento de ingeniería ambiental de la Universidad Libre” donde realizaron la validación y documentación de los parámetros fisicoquímicos del agua, en específico y en relación con esta investigación los parámetros de alcalinidad y dureza, basados en el libro de metodologías Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición

23 de 2017

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Como resultado final (Diaz & Vanegas, 2005) aportaron y registraron la evidencia objetiva y necesaria para demostrar que los métodos validados cumplen con los niveles de rendimiento establecidos por POE’s del laboratorio y aseguran que los métodos son adecuados para su utilización en el análisis de aguas bajo las condiciones del laboratorio.

Este trabajo se relaciona con la investigación científica ya que muestra una serie de metodologías, que son las planteadas en standard methods en la edición 19 de 1995 para el análisis de aguas por medio de pruebas cualitativas y cuantitativas. También es de gran aporte, ya que proporcionan un modelo de organización implementando los procedimientos de operación estándar POE’s de cada una de las metodologías planteadas y además de ello presentan los protocolos de manejo de cada uno de los equipos que se utilizan para su implementación, todo esto con el fin de que cualesquiera de los laboratoristas puedan ejecutar de manera correcta. Un tercer trabajo elaborado por (Hernandez & Cano, 2015) lleva por título “Determinación de la calidad del agua de la alberca de la escuela de nivel medio superior de Guanajuato” se determinó la calidad del agua, en que se analizaron los diferentes parámetros fisicoquímicos y microbiológicos, establecidos en la normatividad vigente de México.

La investigación se dividió en diferentes fases tales como muestreo del agua de la alberca 6 durante su funcionamiento, muestreo del agua durante su descarga (efluente), analizando parámetros como pH, color verdadero, conductividad, cloro residual, turbiedad, dureza total y por calcio, alcalinidad, cloruros, solidos totales, solidos suspendidos totales y hierro, además de los parámetros microbiológicos El análisis resultante que nos relata (Hernandez & Cano, 2015), mostró que los parámetros fuera de los límites permisibles fueron los sólidos totales y los parámetros microbiológicos, por lo que concluyeron que la calidad el agua debe controlarse en paralelo con la actividad operativa de la alberca, para disminuir los riesgos de salud pública y medio ambiental.

6 Alberca: Depósito artificial de agua, con muros de fábrica, para el riego. (Enclave RAE, s.f.)

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La metodología empleada se relaciona con la investigación, ya que el objeto de estudio es una alberca o piscina en la que se analizaron los mismos parámetros que el presente trabajo de investigación, alcalinidad y dureza obteniendo como valores finales 78.50 ppm para alcalinidad y 189.66 ppm para dureza.

El cuarto trabajo de investigación realizado por (Carrasquero, y otros, 2016) titulado “Calidad fisicoquímica y microbiológica del agua de piscinas de dos complejos recreacionales del estado de Zulia” tuvo como objetivo principal evaluar la calidad fisicoquímica y microbiológica del agua de dos complejos recreacionales ubicados al Oeste de la ciudad de Maracaibo, estado de Zulia, de acuerdo a lo establecido en las normas venezolanas7. En el análisis se tomaron muestras de veinte piscinas destinadas a actividades recreativas ubicadas en los dos complejos, y los parámetros analizados fueron color verdadero, conductividad eléctrica, solidos totales, solidos residuales totales, turbidez, alcalinidad total, cloro residual, dureza total, PH y parámetros microbiológicos. Los parámetros fisicoquímicos solidos disueltos, turbidez y color verdadero presentaron concentraciones promedias menores a los establecidos por las normas sanitarias vigentes, los valores promedios de cloro residual y pH se encontraron fuera de los rangos recomendados.

Por último el artículo de investigación titulado” Calidad sanitaria del agua de piscinas de la ciudad de Maracaibo” realizado por (Carrasquero, y otros, 2016) se analizó la calidad fisicoquímica y microbiológica del agua de piscinas de la ciudad de Maracaibo todo esto en base en las normas sanitarias venezolanas, las gacetas oficiales 4.044 y

36.395. En el análisis se hizo muestreo de 10 piscinas en donde se realizan actividades

deportivas y recreacionales pertenecientes a establecimientos públicos y privados. Los parámetros fisicoquímicos que se analizaron fueron: solidos disueltos, solidos totales, turbidez, alcalinidad total y dureza total las cuales estaban en concentraciones menores a lo establecido en las normas sanitarias vigentes.

7 Gacetas oficiales 4044 y 36395.

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MARCO REFERENCIAL

7.1.

Estandarización

Una estandarización es un proceso exhaustivo que dependiendo de la técnica analítica a la que pertenezca el método, la matriz, el analito 8, el número de parámetros de estandarización y de la logística planeada para su ejecución puede requerir de un tiempo más o menos considerable. Sirve para demostrar que los procedimientos ejecutados son adecuados para el fin propuesto. 9 El método estandarizado debe ser sometido a un seguimiento sistemático en los cuales se utilizan cartas o graficas de control de calidad con el propósito de ajustar los puntos débiles o los que no han quedado cubiertos en la estandarización. En la estandarización se establecen criterios de confianza del método analítico; estos parámetros se expresan en términos de exactitud, precisión, linealidad, límite de detección sensibilidad. (Coy, Bojaca, & Duque, 2006).

7.2.

Exactitud y precisión

La exactitud indica si el valor encontrado (medido) coincide de modo satisfactorio con el valor verdadero (teórico), es decir, se presenta una desviación mínima entre el valor encontrado y el valor verdadero (Skoog, West, Holler, & Crouch, 2014) En las titulaciones10 múltiples series de muestras estándar o con muestras de concentración conocidas son valorada, en estas la concentración del analito deberá cubrir el rango completo de determinación. El tamaño de la muestra debe ser al azar y

8 Se refiere a los constituyentes de interés que están contenidos en una muestra. (Harvey, 2000).

9 Tomado de

http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38152/Estandarizacion_metodos_analaticos.pdf/934bd941-dd47- 4501-8507-d2721ef4f316 10 Una Titulación es un método analítico para determinar ácidos, bases, agentes oxidantes, agentes reductores, iones metálicos, proteínas y muchas otras especies químicas. (Skoog, West, Holler, & Crouch, 2014)

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la bureta no se debe llenar de nuevo. La diferencia entre el valor promedio y el valor verdadero permite la determinación de la exactitud (Clavijo, 2002). La precisión es el grado de conformidad con un grupo de mediciones realizadas bajo las mismas condiciones experimentales, para una misma sustancia o propiedad, no se aleja mucho del promedio encontrado, presenta un coeficiente de variación11 pequeño. En titulación dado que múltiples series de una muestra son valoradas, la concentración del analito en el recipiente de la titulación deberá cubrir el rango completo de la determinación. Sobre los resultados obtenidos en esta serie de muestras se realiza un rechazo de datos, todo esto con el fin de eliminar los datos anómalos. Para cada serie de muestras se hace una evaluación estadística para obtener el valor promedio y el coeficiente de variación, el cual me expresa la precisión del método. (Clavijo, 2002)

7.3.

Linealidad

La linealidad expresa si cierto método produce resultados correctos sobre el rango de concentración de interés. En una titulación, la concentración del analito depende de la concentración de la muestra, el tamaño, o el volumen del solvente adicionado para el análisis. Para comprobar la linealidad del método se observa el coeficiente de correlación (R2) de la regresión lineal debe ser mayor que un límite dado R2 >0.995. (Clavijo, 2002)

7.4.

Límite de cuantificación

Según Miller el límite de cuantificación es considerado como el límite inferior para medidas cuantitativas precisas como opuesto al límite de detección, o también se podría definir como la mínima concentración de un analito que se pueda cuantificar por medio de un instrumento. (Miller & Miller, 2000) Se halla el límite de cuantificación como a la señal igual a la media de las señales del blanco más diez veces la desviación estándar de la misma (Repetto, 1995)

11 El coeficiente de variación de variación en una serie de medidas es la desviación estándar, dividida por la media. (Harris, 2001).

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7.5.

Limite de detección

El limite de deteccion es el valor medido, obtenido mediante un procedimiento de medida dado, con una probabilidad β de declarar erroneamente la ausencia de un consituyente en un material, dada una probabilidad α de declarar erroneamente su presencia. (Vocabulario Internacional de Metrología. Conceptos fundamentales y

generales, y términos asociados., 2012) Este seria intuitivamente la concentración

minima obtenida a partir de la medida de un blanco, de una muestra sin un analito presente. (Boqué, El limite de detección de un método analítico.).

7.6.

Muestreo

Proceso en el cual se colecta una o más porciones pequeñas de un material en donde su composición es representativa de la masa/volumen del material de donde fue obtenida. (Skoog, West, Holler, & Crouch, 2014).

En el caso de muestreo de agua se define como la extracción de una porción representativa de agua con el propósito de examinar las diversas características que esta posee. Existen diferentes tipos de muestreo dependiendo del lugar y del tipo de muestra que se requiere extraer entre estos se encuentran:

7.6.1. Simple puntual o instantánea

Son tipos de muestras que fueron tomadas en un lugar en específico durante un tiempo de minutos a segundos y representan la composición del agua en un tiempo y un punto determinado en el espacio de la zona de muestreo. (S.A.S., 2011).

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7.6.2. Compuesta (compuesta-tiempo)

Las muestras compuestas son mezcla de varias muestras simples tomadas en el mismo punto en diferenete intervalo de tiempo, en donde l volumen en la composición es proporcional al caudal. (S.A.S., 2011).

7.6.3.

Integradas

Consiste en el analisis de muestrastomadas en diferentes puntos, tan cerca como sea posible, este debe realizarse de manera proporcional con los caudales medidos al momento de toma de la muestra. (S.A.S., 2011)

7.7.

Agua recreativa

Estructura artificial o natural destinada a almacenar agua con fines recreativos, terapéuticos o simple baño. (nación, 2010) Las aguas recreativas se clasifican en

Aguas dulces: En estas se encuentran lagos, ríos, piscinas y otros). Aguas saladas: En estas se encuentran mares, playas y esteros.

Además, se pueden dividir en aguas a temperatura ambiente y termales (mayores a 30ºC) (nación, 2010)

7.8.

Alcalinidad

La alcalinidad del agua es su capacidad de neutralizar acidos y es la suma de todas las bases titulables, el valor medido puede varias significativamente con el pH del punto fianl empleado. Esta es una propiedad del agua y se puede interpretar en terminos de

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sustancias especificas, solo cuando se conoce su composición química de la muestra (Bojaca, 2005).

La alcalinidad puede considerarse como la presencia de sustancias basicas en el agua, principalmente, sales de acidos debiles o bases fuertes, se puede reconocer por la presencia de iones OH- , CO32- , y HCO3-. (Sierra, 2011) La alcalinidad es importante para el agua debido a un gran sin numero de razones, como por ejemplo, en alatas concentraciones le comunica un sabor desagradable al agua, en presencia de iones Ca o Mg forma precipitados que ocasionan problemas de tapònamiento y obstaculizan el flujo de las tuberias. Otra razon mas importante es que la alcalinidad controla el proceso de coagulación en el tratamiento de agua potable y la digestión anaerobica en el caso de tratamiento del agua residual. La alcalinidad se mide a nivel de laboratorio por titulación o tambien llamda volumetria y los resultados se expresan en mg/L de CaCO3. (Sierra, 2011)

7.9.

Dureza

La dureza se define actualemente como la suma de las concentraciones de calcio y magnesio , ambos expresados como carbonato calcico, en miligramos por litro. Es debida a la presencia de calcio y magnesio y experimentalmente se puede hallar valorando una muestra de agua con acido etilendiaminotetracetico EDTA siendo esta una sustancia que forma complejos fuertes con iones metales, excepto los metales alcalinos. (Baird, 2001) La dureza es uan caracteristica demasiado importante en el agua ya que los iones calcio y magnesio hace que formen sales insolubles con los aniones de los jabones, formando lo que se denomina espuma. (Baird, 2001)

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METODOLOGIA

Materiales y reactivos

Tabla 1 Materiales requeridos para el proyecto

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARACTERÍSTICAS

Bureta cero automática pellet 10 ml Brand Certificada

50 mL

Soporte universal __

Pinzas para bureta __

Erlenmeyer

150 mL

Pipeteadores plásticos

50 mL

Pipetas aforadas Brand

25 mL

Pipetas aforadas Brand

50 mL

Probeta

50 mL

Beaker

150 mL

Vidrio reloj

80 mm

Micro espátula __

Frascos ámbar Schott

1000 mL

Balanza analítica Precisa modelo

Plancha agitadora Thermo Scientific modelo Xt 120 A

Agitador magnético __

Multiparámetro Handylab 180

p. 27

Tabla 2 Reactivos requeridos para el proyecto

CANTIDAD

DESCRIPCIÓN

CARACTERISTICAS

500 mL

Ácido clorhídrico concentrado Reactivo analítico

500 mL

Ácido sulfúrico concentrado Reactivo analítico

100 g

Carbonato de sodio Na2CO3 Reactivo analítico

100 g

Cloruro de amonio NH4Cl Reactivo analítico

100 g

Cloruro de magnesio MgCl2.6 H2O Reactivo analítico

100 g

EDTA

Reactivo analítico

500 mL

Hidróxido de amonio NH4OH Reactivo analítico

100 g

Hidróxido de sodio NaOH Reactivo analítico 5g Indicador fenolftaleína Reactivo analítico 5g Indicador Negro de eriocromo T Reactivo analítico 5g Indicador rojo de metilo Reactivo analítico

5 g

Indicador verde de bromocresol Reactivo analítico

100 g

Sulfato de magnesio MgSO4.7H2O Reactivo analítico

100 g

Sulfuro de sodio Na2S Reactivo analítico

Toma de muestras y tipo de muestreo.

El tipo de muestreo que se utilizó para recolectar las muestras de agua recreativa (piscina) de la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá, fue un muestreo simple el consistió en tomar 500 mL de la muestra en un sitio puntual, el cual fue el desnatador ubicado en la parte norte de la piscina. Las muestras se tomaron por un periodo de 30 días, realizando dos tomas de muestras una mañana y otra en la tarde. En el desnatador se realizaron parámetros de pH y temperatura. Las muestras fueron almacenadas en frascos Schott Duran de boro silicato, que previamente se llevaron a la autoclave con la finalidad de evitar cualquier tipo de contaminación al agua de la piscina, e interfiera en los parámetros microbiológicos de estas. Finalmente, las muestras se analizaron pasados 20 minutos después de su recolección.

p. 28

Procedimiento para alcalinidad total

Preparación de estándar Na2CO3

Primeramente, se secaron de 3 a 5 g de Na2CO3 estándar primario a temperatura de

250 ºC durante 4 h y enfriar en un desecador. Posteriormente pesar 5 g y se procuró

hacerlo con exactitud a la décima de miligramo, y se transfirió esta cantidad a un balón aforado de 1000 mL. Sección 2310B 4c (Rice, Baird, & Eaton, 2017).

Estandarización de la solución H2SO4 O.1 N, titulación potenciométrica.

Se preparó una solución de H2SO4 0.1 N, añadiendo 2.71 mL en un matraz de 1000 mL y se llevó hasta el aforo con agua destilada. Para el procedimiento de estandarización se tomaron 40 mL de la solución de Na2CO3 preparada anteriormente y se llevaron a un erlenmeyer de 250 mL, posteriormente se añadió 60 mL de agua destilada. Se llenó la bureta cero automática pellet 10 mL Brand certificada, con H2SO4 0.1N, y con ayuda de un potenciómetro debidamente calibrado se tituló potencio métricamente, añadiendo pequeños volúmenes de 0.5 mL de H2SO4 0.1 N y luego de 1 mL hasta un pH aproximado de 5. Posteriormente se la solución se dejó hervir por un tiempo de 5 minutos y se dejó enfriar a temperatura ambiente. Finalmente se tituló hasta el punto de inflexión del pH. Sección 2320 B 3b (Rice, Baird, & Eaton, 2017) Se calculó la concentración real de la solución de acuerdo a la siguiente ecuación: 𝐴𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎 𝐿 𝑑𝑒 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 𝑔𝑁𝑎2 𝐶𝑂3

1 𝐿 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗1 𝑒𝑞−𝑔 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3

53𝑔 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 1𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4 1𝑒𝑞−𝑔𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4

𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4 𝐻2𝑆𝑂4 𝐿 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛= 𝑵 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒

p. 29

Preparación de H2SO4 0.02 N.

Se tomaron 142.85 mL de H2SO4 0.1 N y se llevaron a un matraz de 1000 mL, finalmente se llevó al aforo con agua destilada.

Curva de calibración para alcalinidad.

Para la construcción de la curva de calibración se prepararon estándares de diferentes concentraciones, a partir de una solución CaCO3 de 1000 ppm. Las concentraciones realizadas fueron 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 75,80, 90,100,125,150,175,200, 225,

250 ppm. Posteriormente se titularon con H2SO4 0.02 N e indicador mixto hasta cambio

de color y se registraron los volúmenes de ácido gastado, para construir la curva de calibración12.

Procedimiento de análisis, alcalinidad total con indicador mixto

Se tomó una alícuota de 50 mL de muestra de agua y se transfirió a un Erlenmeyer de

150 mL, se agregaron cinco gotas de indicador mixto (verde de bromocresol/naranja de

metilo), y una gota de Na2S2O3 0.1 M, esto se hizo con la finalidad de disminuir la interferencia del cloro libre, se observa una coloración leve. Se Llenó la bureta con H2SO4 0.02N, y se tituló hasta cambio de coloración. Sección 2310B 4c. (Rice, Baird, & Eaton, 2017)

El cálculo para alcalinidad se realiza de la siguiente forma:

12 La curva de calibración consiste en medir la propiedad analítica de interés, en una serie de muestras de composición conocida y preparadas todas ellas en las mismas condiciones. (Hernández & González, 2002)

p. 30

𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑, 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 𝐴× 𝑡× 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

Donde A es el volumen de ácido sulfúrico gastado t es la concentración del ácido utilizado.

Procedimiento para dureza Total.

Preparación del estándar de CaCO3 0.01 M

Se pesó 1.00g de CaCO3, en un erlenmeyer de 500 Ml, seguidamente se adiciono unas gotas de HCl en proporción 1:1 hasta su disolución total. Se añadió 200 mL de agua destilada y se calentó hasta ebullición para eliminar el CO2. Se dejó enfriar a temperatura ambiente y se añadieron unas gotas del indicador naranja de metilo y se ajustó al color naranja intermedio con HCl 1:1. Finalmente esta solución se transfirió a un matraz de 1000 mL y se aforo con agua destilada. Sección 2340 C 2e. (Rice, Baird, & Eaton, 2017).

Estandarización de la solución de EDTA 0.01 M.

Se tomó una alícuota de 10 mL de CaCO3 0.01M y se pasó a un erlenmeyer de 100 mL, se completó a 100 mL con agua destilada y se adiciono 2 mL de solución tampón. Se añadió dos gotas de indicador de Negro Eriocromo T. Finalmente se llenó la bureta con EDTA 0.01M y titular hasta cambio de color. Sección 2340 C 2d. (Rice, Baird, & Eaton, 2017)

p. 31

La concentración real de la solución de EDTA 0.01 M se calculó de la siguiente forma: 𝑀𝐸𝐷𝑇𝐴= 𝐴 𝑋 𝐵 𝐶

Donde A= Alícuota de la solución de CaCO3 B= Molaridad de la solución.

C= Volumen de EDTA consumidos en la titulación.

Curva de calibración para dureza total

Se prepararon estándares de concentraciones 0, 25, 50, 75, 100,125, 150, 175,200, 225, 250, 300 y 350 ppm a partir de una solución de CaCO3 de 2000 ppm. Posteriormente se titularon los estándares con EDTA 0.01M, indicador Negro eriocromo T, inhibidor Na2S y solución amortiguadora de amonio. Finalmente se registró los volúmenes de EDTA gastados, para construir la curva de calibración.

Titulación de muestras para determinación de dureza

Se tomó una alícuota de 25 mL de muestra de agua y se transfirió a un Erlenmeyer y diluyo hasta 50 mL con agua destilada, posteriormente se adicionó1 mililitro de la solución buffer de amonio. Seguido se adicionó 2 gotas de indicador Negro de eriocromo T y 1mL de inhibidor Na2S. Se tituló con EDTA hasta cambio de color. Sección 2340C 3d (Rice, Baird, & Eaton, 2017). La concentración de dureza total expresada en mg/L de CaCO3 se halló con la siguiente ecuación:

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎= 𝐴 𝑋 𝐵 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑥 100091

p. 32

Donde A es el volumen de EDTA gastados en la titulación B es la concentración de EDTA.

100091 es las moles de CaCO3

Comparación de los resultados obtenidos con los límites de los parámetros fisicoquímicos.

Finalmente, los valores obtenidos para alcalinidad y dureza total fueron comparados con los límites de los parámetros fisicoquímicos de la resolución 1618 de 2010, para saber si los datos obtenidos están dentro los límites permitidos, expresados en la tabla

Tabla 3 Características químicas del agua de estanques de piscinas y estructuras similares

CARACTERISTICA

EXPRESADA COMO

VALOR ACEPTABLE (mg/L) Ácido cianurico C3H3N3O3 Menor que 100 Alcalinidad Total CaCO3 Hasta 140 Aluminio Al Menor que 0,2 Bromo libre Br2 Entre 1-2 Bromo total Br2 Entre 2-2,5 Amonio (Ión) NH4+ Menor que 1,5 Cloro residual libre Cl2 Entre 1-3 Cloro combinado Cl2 Menor que 0,3 Cobre Cu Menor que 1 Dureza total CaCO3 Hasta 400 Hierro total Fe Menor que 0,3 Plata Ag Menor que 0,1

p. 33

RESULTADOS Y DISCUSION

Resultados para Alcalinidad Resultados de la estandarización de la solución de ácido sulfúrico 0.1 N de acuerdo a la sección 2320 B 3b.

Tabla 4 Titulación potenciométrica de H2SO4 V(mL) pH Δ pH

0,40

10,90

0,80

10,80

0,10

1,20

10,78

0,02

1,60

10,73

0,05

2,00

10,66

0,07

2,40

10,62

0,04

2,80

10,55

0,07

3,20

10,51

0,04

4,00

10,41

0,10

4,80

10,32

0,09

5,60

10,21

0,11

6,40

10,12

0,09

7,20

10,03

0,09

8,20

9,89

0,14

9,20

9,75

0,14

10,00

9,62

0,13

12,00

9,16

0,46

14,00

7,62

1,54

16,00

7,06

0,56

18,00

6,78

0,28

18,80

6,98

-0,20

19,20

6,97

0,01

19,60

7,00

-0,03

20,00

6,95

0,05

21,00

6,83

0,12

22,00

6,69

0,14

23,00

6,51

0,18

24,00

6,25

0,26

25,00

5,98

0,27

26,00

5,57

0,41

26,60

4,74

0,83

En la tabla se obtuvieron los datos correspondientes a la titulación potenciométrica del ácido sulfúrico 0.1 N, se relaciona el volumen adicionado con el pH obtenido. Posteriormente por el método de la primera derivada que consiste en calcular el

p. 34

cambio de potencial por unidad de volumen del valorante (Potero, 2010), se obtuvo el punto de inflexión el cual se pudo visualizar en la gráfica.

Gráfica 1 Punto de inflexión del H2SO4 0.1N. Volumen de ácido vs pH.

Finalmente, el volumen final obtenido mediante la titulación potenciométrica fue de 26.60 mL, con este valor se pudo calcular la concentración real del ácido sulfúrico, mediante la siguiente ecuación:

0,04𝐿 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 5𝑔𝑁𝑎2 𝐶𝑂3

1 𝐿 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗

1 𝑒𝑞−𝑔 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3

53𝑔 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 1𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4 1𝑒𝑞−𝑔𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 3,773 ∗10−3 𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4

3,773 ∗10−3𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4

0.0266 𝐿

= 𝟎. 𝟏𝟒𝟏 𝑵 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒

Donde 0.04 L fue la alícuota de la solución de Na2CO3 y 0.0266 L fue el volumen gastado de H2SO4.

-0,40

-0,20

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

Series1

p. 35

Curva de calibración alcalinidad

Tabla 5 Concentración de estándares en relación con el H2SO4 gastados Volumen H2SO4 0,02 N mL Concentración mg/L CaCO3

0,2

1,2

2,2

3,4

4,2

5,2

104

6,2

124

7,2

144

7,4

148

8,2

164

9,2

184

9,7

194

12,2

244

14,8

296

17,2

344

19,6

392

22,4

448

500

0,02

0,4

A partir de una solución estándar de CaCO3 de 1000 ppm se realizó diferentes diluciones a concentraciones conocidas presentadas en la tabla obteniendo la relación entre concentración de CaCO3 vs Volumen de H2SO4 0.02 N adicionado. Posteriormente estos valores obtenidos se graficaron, realizando una regresión lineal obteniendo los valores de la ecuación de la recta y=mx+b presentados en la gráfica, esto también permitió obtener la linealidad del método.

p. 36

Linealidad

Gráfica 1 Regresión lineal entre el volumen del ácido y la concentración del estándar.

El coeficiente de correlación arrojado en la regresión lineal de la curva de calibración para la alcalinidad arrojo un valor mayor de R2>0.995 (Clavijo, 2002) lo cual permitió determinar que los resultados obtenidos se ajustan a una línea recta, indicando una buena relación entre la concentración de los estándares y los Volúmenes adicionados de H2SO4 0.02 N.

La linealidad del método es de un valor de 1.

Precisión del método.

La precisión es el grado de conformidad en las que un grupo de mediciones que se realizan bajo las mismas condiciones experimentales, tales como temperatura, presión, humedad etc., no se aleja mucho del promedio encontrado, es decir tiene un coeficiente de variación muy pequeño. (Clavijo, 2002) En este trabajo de investigación, para saber la precisión del método se prepararon estándares de CaCO3 a concentraciones de 0.50, 1.00, 2.00, 2.50, 3.00, 3.50, 4.00, y = 2,00E+01x + 8,17E-14 R² = 1,00E+00

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Volumen de H2SO4 0,02 N vs Concentración de CaCO3 Concentración (mg/L)

p. 37

4.50 y 5.00 ppm. Esto se puede visualizar en la tabla 6, en donde se realizó

tratamiento de datos estadísticos a los volúmenes obtenidos en las titulaciones. El promedio, la desviación estándar y por último el coeficiente de variación fue el tratamiento aplicado a los datos, siendo este último el dato más importante a analizar para saber la precisión del método.

El coeficiente de variación no varía mucho entre sí por lo tanto el método es preciso.

Tabla 6 Relación de patrones a diferentes concentraciones para el límite de cuantificación.

Concentración mg/L CaCO3

 Desviación estándar Coeficiente de variación

0,50 0,20 0,14 0,14 0,10 0,14 0,14 0,04 24,85

1,00 0,16 0,10 0,16 0,16 0,18 0,15 0,03 19,95

1,50 0,22 0,16 0,18 0,18 0,18 0,18 0,02 11,91

2,00 0,12 0,14 0,12 0,12 0,10 0,12 0,01 11,79

2,50 0,14 0,12 0,10 0,10 0,14 0,12 0,02 16,67

3,00 0,16 0,28 0,12 0,12 0,12 0,16 0,07 43,30

3,50 0,14 0,16 0,12 0,12 0,12 0,13 0,02 13,55

4,00 0,16 0,12 0,12 0,12 0,14 0,13 0,02 13,55

4,50 0,16 0,14 0,20 0,14 0,16 0,16 0,02 15,31

5,00 0,36 0,26 0,26 0,28 0,26 0,28 0,04 15,27

Los cálculos para realizar el tratamiento de datos, comenzaron por hallar el promedio de los volúmenes mediante la siguiente ecuación:

Esta medida permite saber dónde está el centro de los datos en una muestra, influenciada por la presencia de las observaciones extremas. (Walpole, 1999) El ejemplo que se muestra a continuación corresponde al patrón de 0.50 mg/L que se observa en la tabla 4, en donde se realizó un promedio de los cinco volúmenes de H2SO4 0.02 N gastados.

𝑋̅ = 0.20 + 0.14 + 0.14 + 0.10 + 0.14

= 0.14

p. 38

Posteriormente se realizó el cálculo estadístico llamado desviación estándar, es una medida de dispersión, es decir reporta los datos que se apartan de su media, se calcula con la siguiente expresión:

Y por último se calculó el coeficiente de variación el cual es la relación entre la desviación de los datos y el promedio. Se realizó por medio de la siguiente ecuación

Control de blancos y límite de cuantificación

Tabla 7 Relación de blancos con volumen de H2SO4 0.02 N gastados Nombre del blanco Volumen de H2SO4 0,02N mL Concentración mg/L AB1

0,22

0,088

AB2

0,22

0,088

AB3

0,24

0,096

AB4

0,20

0,080

AB5

0,20

0,080

AB6

0,22

0,088

AB7

0,22

0,088

AB8

0,22

0,088

AB9

0,24

0,096

AB10

0,22

0,088

Promedio

0,088

Desviación estándar

0,005333333

Una vez establecida la curva de calibración de acuerdo al procedimiento anterior y descrito en la tabla 7 se procedió a determinar el límite de cuantificación del método.

p. 39

El límite de cuantificación del método corresponde a la mínima cantidad del analito que puede producir un resultado significativo.13 El límite de cuantificación14 Se halló por medio de un control de blancos en este caso agua destilada para el análisis de alcalinidad. En la tabla 7 se expresa la relación de blancos y el volumen de H2SO4 0.02 N gastados en cada titulación. Para este procedimiento se utilizaron alícuotas de 50 mL de blanco, haciendo 10 repeticiones de este.

Para hallar el límite de cuantificación del método se utilizó la siguiente ecuación:

𝐿𝑂𝑄= 𝑌𝐵𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜+ 10𝑆

Donde YBlanco= Es el promedio de las concentraciones del blanco

10 S = Es diez veces la desviación estándar

Aplicando esta ecuación a los resultados obtenidos de la tabla 7 se tuvieron los siguientes resultados:

𝐿𝑂𝑄= 0,088 + 10(0.005333) = 0.141 𝑚𝑔/𝐿

13 Validación de métodos analíticos de laboratorio (Giraldo, 1999). 14 El límite de cuantificación corresponde a la menor concentración del analito que puede expresarse con precisión y exactitud razonables (Giraldo, 1999)

p. 40

Concentraciones de las muestras analizadas Tabla 8 Concentraciones de las muestras analizadas de alcalinidad

A1 04/10/2018

32,2

7,54

5,50

5,52

5,50

5,51

110,20

A2 04/10/2018

33,6

7,6

5,52

5,48

5,50

110,00

A3 05/10/2018

27,66

7,58

5,52

5,30

5,48

5,43

108,67

A4 05/10/2018

7,38

5,60

5,62

5,58

5,60

112,00

A5 08/10/2018

34,3

7,56

5,46

5,50

5,49

109,73

A6 08/10/2018

35,6

7,51

5,34

5,40

5,36

5,37

107,33

A7 09/10/2018

32,4

7,62

5,40

5,42

5,58

5,47

109,33

A8 09/10/2018

33,4

7,77

5,60

5,62

5,60

5,61

112,13

A9 10/10/2018

35,6

7,45

5,52

5,54

5,53

110,67

A10 10/10/2018

33,2

7,48

5,62

5,66

5,62

5,63

112,67

A11 11/10/2018

33,2

7,82

5,50

110,00

A12 11/10/2018

28,6

7,46

5,52

5,54

5,60

5,55

111,07

A13 12/10/2018

34,5

7,48

5,30

5,32

5,38

5,33

106,67

A14 13/10/2018

35,85

7,4

5,50

5,52

5,50

5,51

110,13

A15 16/10/2018

34,2

7,54

5,50

5,52

5,60

5,54

110,80

A16 16/10/2018

30,5

7,85

5,40

5,50

5,48

5,46

109,20

A17 17/10/2018

32,4

7,95

5,50

5,52

5,51

110,13

A18 17/10/2018

32,45

7,42

5,30

5,52

5,37

107,47

A19 18/10/2018

34,25

7,56

5,48

5,46

5,50

5,48

109,60

A20 18/10/2018

29,62

7,52

5,52

5,50

5,51

110,27

A21 19/10/2018

36,54

7,54

5,54

5,50

5,51

110,27

A22 19/10/2018

32,48

7,58

5,50

110,00

A23 20/10/2018

35,62

7,77

5,50

5,52

5,51

110,13

A24 22/10/2018

28,7

7,85

5,48

5,50

5,48

5,49

109,73

A25 22/10/2018

35,52

7,45

5,56

5,54

5,55

110,93

A26 23/10/2018

36,54

7,54

5,30

5,48

5,46

5,41

108,27

A27 23/10/2018

38,6

7,88

5,52

5,50

5,52

5,51

110,27

A28 24/10/2018

36,42

7,53

5,48

5,50

5,46

5,48

109,60

A29 24/10/2018

32,74

7,54

5,60

5,62

5,61

112,13

A30 25/10/2018

34,52

7,77

5,62

5,60

5,61

112,13

Nombre de la muestra Temperatura ºC pH Promedio Volumenes [ ] Alcalinidad Fecha de analisis Repeticiones Volumen gastado H2SO4

p. 41

Los resultados expresados en la tabla 8 para la concentración de alcalinidad se realizaron de acuerdo a la siguiente base de cálculo ecuación (ejemplo muestra A1):

0.00551 𝐿 𝐻2𝑆𝑂4 𝑥 0.02 𝑒𝑞−𝑔 𝐻2𝑆𝑂4

𝐿 𝑥 1 𝑒𝑞−𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

1 𝑒𝑞−𝑔 𝐻2𝑆𝑂4 𝑥

50 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

1 𝑒𝑞−𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 𝑋 1000 𝑚𝑔

1 𝑔

= 5.514 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

0.050 𝐿

= 110.29 𝑚𝑔 𝐿

Para cada muestra se hizo una titulación de 3 repeticiones y finalmente se realizó un promedio para hallar el volumen final.

Test de Grubbs

Posteriormente de obtener los volúmenes gastados en cada una de las repeticiones se procedió a aplicar el Test de Grubbs, el cual se usa para detectar valores atípicos en conjuntos de datos univariados cuando se asume normalidad. (Young, 2017). La prueba indica si un valor mínimo o un valor máximo es un valor atípico.

El procedimiento para aplicarlo a los resultados obtenidos en la tabla 6 de este documento se realizó de la siguiente manera:

Se ordenan los datos de menor a mayor y luego se encuentra la media y la desviación estándar del conjunto de datos. Se utilizó las siguientes ecuaciones para hacer el cálculo respectivo

𝐺= 𝑌̅ −𝑌𝑚𝑖𝑛 𝑆

Donde 𝒀̅ es la media muestral S es la desviación estándar de la muestra Ymin es el valor mínimo,

p. 42

𝑮= 𝒀𝒎𝒂𝒙 −𝒀̅ 𝑺

Donde 𝒀̅ es la media muestral S es la desviación estándar de la muestra Ymax es el valor máximo.

Se definió el valor crítico, después de que se halló G con las ecuaciones anteriormente descritas, esta tabla de valores críticos se puede encontrar en los anexos. Para un número de datos de 30 con un 95% de nivel de confianza, el valor crítico es de 2.74.

Para hacer el respectivo análisis se dice, que si el valor de G es mayor que el valor crítico15, el dato es un valor atípico. (Uribe, 2010) En la tabla 8 se visualizó que se realizaron un total de 3 repeticiones para cada muestra, en la siguiente tabla 9 se encuentran ordenados los valores de volúmenes de cada una de las repeticiones para el parámetro de alcalinidad y aplicado el test de Grubbs.

Tabla 9 Prueba Test de grubbs a las repeticiones realizadas Nombre de la muestra Repetición

Nombre de la muestra Repetición

A13

5,30

5,36

A18

5,30

A18

5,30

A13

5,38

A26

5,30

A13

5,32

A26

5,46

5,34

5,40

A28

5,46

5,40

5,42

5,48

A16

5,40

A19

5,46

A16

5,48

5,46

5,48

A24

5,48

A19

5,48

A26

5,48

5,50

A24

5,48

5,50

A28

5,48

A11

5,50

A16

5,50

A11

5,50

A11

5,50

A17

5,50

A14

5,50

15 El valor critico es el número que está en la frontera que separa las estadísticas de muestra que probablemente ocurrirán, de aquellos que no tiene posibilidad de ocurrir. (Triola, 2004)

p. 43

A14

5,50

A21

5,50

A19

5,50

A15

5,50

A22

5,50

A20

5,50

A17

5,50

A23

5,50

A21

5,50

A22

5,50

A24

5,50

A22

5,50

A23

5,50

A27

5,50

A17

5,52

A28

5,50

A18

5,52

A23

5,52

A14

5,52

A27

5,52

A12

5,52

A15

5,52

5,54

A20

5,52

A20

5,52

A25

5,54

A27

5,52

5,54

5,58

A21

5,54

A12

5,54

5,58

A25

5,56

A25

5,54

5,60

A29

5,60

A12

5,60

A30

5,60

A15

5,60

A29

5,60

5,62

A30

5,60

A10

5,62

A10

5,62

A30

5,62

A10

5,66

A29

5,62

Promedio

5,49

Promedio

5,50

Promedio

5,52

Desviación estándar

0,089404158

Desviación estándar

0,085489799

Desviación estándar

0,06279322

G min

2,125180802

G min

2,323864002

G min

2,526812068

G max

1,454071075

G max

1,887164727

G max

1,613762329

Como ejemplo de cálculo estadístico, en la siguiente ecuación se tomó como datos la repetición 1 que se visualiza en la tabla

𝐺𝑚𝑖𝑛= 5,49 −5.30

0.089

= 2.1251

𝐺𝑚𝑎𝑥= 5,62 −5,49

0.089

= 1,4540

Teniendo en cuenta la tabla 9 el valor de Gmin Y G max en las 3 repeticiones no supera, o no es mayor que el valor critico que se puede visualizar en la tabla de valores críticos que se encuentra en el anexo A. Por lo tanto ningún valor en las 3 repeticiones realizadas se considera como un valor atípico.

p. 44

Tabla 10 Concentraciones finales de muestras de alcalinidad Nombre de la muestra Repeticiones Volumen gastado H2SO4 Promedio

Volúmenes [ ] Alcalinidad

5,50

5,52

5,50

5,51

110,20

5,52

5,48

5,50

110,00

5,52

5.30

5,48

5,50

108,67

5,60

5,62

5,58

5,60

112,00

5,46

5,50

5,49

109,73

5,34

5,40

5,36

5,37

107,33

5,40

5,42

5,58

5,47

109,33

5,60

5,62

5,60

5,61

112,13

5,52

5,54

5,53

110,67

A10

5,62

5,66

5,62

5,63

112,67

A11

5,50

110,00

A12

5,52

5,54

5,60

5,55

111,07

A13

5,30

5,32

5,38

5,34

106,67

A14

5,50

5,52

5,50

5,51

110,13

A15

5,50

5,52

5,60

5,54

110,80

A16

5,40

5,50

5,48

5,46

109,20

A17

5,50

5,52

5,51

110,13

A18

5,30

5,52

5,41

107,47

A19

5,48

5,46

5,50

5,48

109,60

A20

5,52

5,50

5,51

110,27

A21

5,54

5,50

5,51

110,27

A22

5,50

110,00

A23

5,50

5,52

5,51

110,13

A24

5,48

5,50

5,48

5,49

109,73

A25

5,56

5,54

5,55

110,93

A26

5,30

5,48

5,46

5,41

108,27

A27

5,52

5,50

5,52

5,51

110,27

A28

5,48

5,50

5,46

5,48

109,60

A29

5,60

5,62

5,61

112,13

A30

5,62

5,60

5,61

112,13

p. 45

Resumen de estadística descriptiva

Tabla 11 Estadística descriptiva para volúmenes gastados de H2SO4 Estadística descriptiva del promedio de los volúmenes gastados de H2SO4 Media

5,506333333

Mediana

5,506666667

Moda

5,5

Desviación estándar

0,06725801

Varianza de la muestra

0,00452364

Rango

0,293333333

Mínimo

5,34

Máximo

5,633333333

Comparación de los valores de alcalinidad del laboratorio de la universidad Manuela Beltrán con los valores emitidos por el laboratorio acreditado externo. Tabla 12 Resultados de muestras analizadas entre el laboratorio externo y el laboratorio de química Universidad Manuela Beltrán. Fecha de análisis Alcalinidad mg/L Lab Química U Manuela Beltrán Fecha de análisis Alcalinidad mg/L Lab acreditado 04/10/2018

110,20

12/10/2018

120,00

04/10/2018

110,00

12/10/2018

71,00

05/10/2018

108,67

14/09/2018

84,00

05/10/2018

112,00

31/08/2018

75,00

08/10/2018

109,73

06/07/2018

55,00

08/10/2018

107,33

08/06/2018

53,00

09/10/2018

109,33

04/05/2018

63,00

p. 46

Para la comparación de resultados entre laboratorios, en el control de procesos en laboratorios de análisis se utiliza una herramienta estadística llamada análisis de varianza (ANOVA). El objetivo de ANOVA es comparar los errores sistemáticos con los errores aleatorios obtenidos en el análisis (Boqué & Maroto, El analisis de la varianza (ANOVA), 2005) Uno de los objetivos de este trabajo de investigación fue establecer las diferencias significativas entre el laboratorio de la Universidad Manuela Beltrán sede Bogotá y el laboratorio externo acreditado.

En la tabla 12 se puede observar los datos obtenidos por los dos laboratorios, existen diferencias en las fechas de los análisis obtenidos por el laboratorio externo y los análisis obtenidos por el laboratorio de química de la Universidad Manuela Beltrán , por lo tanto a simple vista se puede predecir que existirán diferencias significativas.

Al Aplicar ANOVA de un factor en Excel se confirma que existen diferencias significativas entre los dos laboratorios, en la tabla resumen incluida en el anexo se observa que hay una diferencia entre los promedios de cada uno de los laboratorios, la tabla de análisis de varianza es la que nos indicó que existen diferencias significativas. En un nivel de significancia de 0.05 o 95% el F calculado 16,44, es mayor que el F critico 4,74. El valor de probabilidad que aparece en la tabla de análisis de varianza nos indica que en ese nivel de significancia no se detectaría ninguna diferencia significativa, sin embargo el valor de probabilidad es muy bajo, asegurando que existen diferencias significativas. (Boqué & Maroto, El analisis de la varianza (ANOVA), 2005) Como se explicaba anteriormente, la causa más probable de que existan cifras significativas es la diferencia de fechas del análisis, fuera de ellos el histórico de datos del laboratorio acreditado externo es muy reducido lo que puede ser también una interferencia. Se puede visualizar también en la tabla que se encuentra en el anexo D que las condiciones de la piscina fueron muy variables en fechas anteriores, por lo tanto no se podría discutir un posible error sistemático.

p. 47

Procedimiento operativo estándar para el parámetro de alcalinidad

Un procedimiento operativo estándar o POE es un conjunto de instrucciones o procedimientos que describe todos los pasos y actividades durante un proceso o procedimiento. (IBM, 2019) El procedimiento operativo estándar para el parámetro de alcalinidad total se elaboró teniendo en cuenta el procedimiento experimental narrado en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017 en 2320 B y se encuentra en el anexo B de este documento.

Resultados para la determinación de la Dureza

Estandarización de la solución de EDTA 0.01 M según la sección 2340 C 2d del Standard Methods.

Para saber la concentración real de la solución de EDTA 0.01 M, los datos obtenidos con el patrón de CaCO3 se adaptaron a la siguiente ecuación: 𝑀= 𝐴 𝑋 𝐵 𝐶 Dónde:

A: Alícuota de solución de CaCO3 B: Molaridad de la solución de CaCO3 C: Volumen de EDTA consumidos en la titulación Reemplazando los datos obtenidos en la ecuación anteriormente planteada, se obtuvo:

𝑀= 10𝑚𝐿 𝑋 0.01𝑀

10.092 𝑚𝐿

= 0.00990884 𝑀

La concentración real de la solución de EDTA 0.01 M es de 0.00990884 M.

p. 48

Curva de Calibración dureza.

Tabla 13 Curva de calibración concentración vs volumen Volumen de EDTA(mL) 0,01M Concentración mg/L CaCO3

0,1

2,12

5,12

205

7,32

293

9,72

389

12,14

486

14,76

590

17,22

689

19,5

780

22,42

897

24,8

992

29,92

1197

34,94

1398

Se realizaron estándares de concentración conocida a partir de un estándar de CaCO3 de 1000 ppm y se obtuvieron los valores expresados en la tabla 9, posteriormente se realizó una regresión lineal para obtener la linealidad del método.

p. 49

Linealidad del método

Gráfica 2 Regresión lineal entre concentración y volumen. El coeficiente de correlación obtenido en la gráfica 2 de la curva de calibración arrojo un valor mayor que R2>0.995, observando que los valores se ajustan a tendencia de línea de recta.

La linealidad del método de dureza de acuerdo a la curva de calibración es de

Precisión del método.

La precisión del método de dureza al igual que el método de alcalinidad expresado en el numeral 8.2.4 de este proyecto, se calculó experimentalmente realizando estándares de CaCO3 de concentraciones 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5,3.0, 3.5, 4.0, 4.5 y 5.0 ppm a partir de una solución stock de 2000 ppm, realizando 5 repeticiones de cada uno.

Posteriormente a estos datos se les aplico tratamiento de datos estadístico hallando el promedio, desviación estándar y coeficiente de variación. y = 40x R² = 1

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Concentración dureza mg/L CaCO3 Volumen de EDTA mL 0,01 M Concentración vs Volumén Concentración mg/L CaCO32 Lineal (Concentración mg/L CaCO32)

p. 50

Tabla 14 Relación de patrones a diferentes concentraciones para el límite de cuantificación Concentración mg/L CaCO3

 Desviación estándar Coeficiente de variación

0,50

0,22

0,24

0,20

0,22

0,01

6,43

1,00

0,32

0,34

0,22

0,24

0,27

0,06

21,50

1,50

0,42

0,26

0,30

0,24

0,29

0,08

25,90

2,00

0,20

0,38

0,24

0,40

0,24

0,29

0,09

31,24

2,50

0,22

0,40

0,32

0,24

0,28

0,29

0,07

24,50

3,00

0,22

0,24

0,38

0,32

0,38

0,31

0,08

24,56

3,50

0,32

0,16

0,32

0,24

0,28

0,26

0,07

25,35

4,00

0,46

0,38

0,32

0,38

0,05

12,97

4,50

0,50

0,54

0,42

0,46

0,06

12,30

5,00

0,82

1,10

0,90

0,98

0,90

0,94

0,11

11,26

Como se puede observar en la tabla 14 el coeficiente de variación entre las diferentes concentraciones es bajo por lo tanto se puede decir que el método es preciso.

Control de blancos y límite de cuantificación.

Tabla 15 Relación de blancos con el volumen gastado de EDTA 0.01M Nombre del blanco Volumen de EDTA 0,1M mL Concentración mg/L DB1

0,1

0,04

DB2

0,1

0,04

DB3

0,12

0,048

DB4

0,14

0,056

DB5

0,12

0,048

p. 51

DB6

0,1

0,04

DB7

0,14

0,056

DB8

0,1

0,04

DB9

0,12

0,048

DB10

0,08

0,032

Promedio

0,0448

Desviación estándar

0,007728734

El límite de cuantificación en este proyecto de investigación se determinó por medio de un control de blancos en este caso agua destilada para el análisis de dureza. En la tabla 15 se expresa la relación de blancos y el volumen de EDTA

0.01 M gastados en cada titulación. Para este procedimiento se utilizaron

alícuotas de 50 mL de blanco, haciendo 10 repeticiones de este. Para saber el límite de cuantificación del método de dureza total se utilizó la siguiente ecuación:

𝐿𝑂𝑄= 𝑌𝐵𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜+ 10𝑆 Donde YBlanco= Es el promedio de las concentraciones del blanco

10 S = Es diez veces la desviación estándar

Aplicando esta ecuación a los resultados obtenidos de la tabla 15 se tuvieron los siguientes resultados:

𝐿𝑂𝑄= 0.0448 + 10(0,00772) = 0.122 𝑚𝑔/𝐿

p. 52

Concentraciones de las muestras analizadas

D1 04/10/2018

32,20

7,54

7,70

7,72

7,71

308,81

D2 04/10/2018

33,60

7,6

7,78

7,76

5,50

7,01

280,79

D3 05/10/2018

27,66

7,58

7,90

7,80

5,48

7,06

282,66

D4 05/10/2018

35,00

7,38

7,76

7,74

7,70

7,73

309,61

D5 08/10/2018

34,30

7,56

7,98

7,84

7,96

7,93

317,36

D6 08/10/2018

35,60

7,51

7,90

7,88

7,32

7,70

308,28

D7 09/10/2018

32,40

7,62

7,88

7,86

7,87

315,22

D8 09/10/2018

33,40

7,77

7,98

319,49

D9 10/10/2018

35,60

7,45

7,88

7,86

7,90

7,88

315,49

D10 10/10/2018

33,20

7,48

7,98

7,96

7,98

7,97

319,22

D11 11/10/2018

33,20

7,82

7,88

7,84

7,92

7,88

315,49

D12 11/10/2018

28,60

7,46

7,72

7,74

7,73

309,61

D13 12/10/2018

34,50

7,48

7,82

7,86

7,84

313,89

D14 13/10/2018

35,85

7,4

7,82

7,84

7,82

7,83

313,35

D15 16/10/2018

34,20

7,54

7,76

7,80

7,77

311,22

D16 16/10/2018

30,50

7,85

7,86

7,84

7,85

314,15

D17 17/10/2018

32,40

7,95

7,70

7,72

7,70

7,71

308,55

D18 17/10/2018

32,45

7,42

7,80

7,84

7,82

313,08

D19 18/10/2018

34,25

7,56

7,76

7,80

7,74

7,77

310,95

D20 18/10/2018

29,62

7,52

7,90

7,92

7,90

7,91

316,55

D21 19/10/2018

36,54

7,54

7,78

7,84

7,76

7,79

312,02

D22 19/10/2018

32,48

7,58

7,85

7,84

7,85

314,15

D23 20/10/2018

35,62

7,77

7,98

7,80

7,96

7,91

316,82

D24 22/10/2018

28,70

7,85

7,98

7,96

7,98

7,97

319,22

D25 22/10/2018

35,52

7,45

7,86

7,84

7,86

7,85

314,42

D26 23/10/2018

36,54

7,54

7,80

7,76

7,78

311,48

D27 23/10/2018

38,60

7,88

7,70

7,80

7,74

7,75

310,15

D28 24/10/2018

36,42

7,53

7,74

7,78

7,80

7,77

311,22

D29 24/10/2018

32,74

7,54

7,98

7,96

7,97

319,22

D30 25/10/2018

34,52

7,77

7,76

7,80

7,74

7,77

310,95

Nombre de la muestra Temperatura ºC pH Repeticiones Volumen gastado EDTA Promedio Volumenes [ ] DUREZA Fecha de análisis Tabla 16 Dureza de las muestras de agua recreativa analizadas

p. 53

Los resultados expresados la tabla en cuanto a la concentración fueron realizados por medio de la siguiente ecuación.

𝟕. 71 ∗10−3𝑙 𝐸𝐷𝑇𝐴∗0.1 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝐸𝐷𝑇𝐴

𝐿 ∗ 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶𝑂3

1 𝑚𝑜𝑙 𝐸𝐷𝑇𝐴∗ 100.0869 𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝐶𝑂3

∗ 1000 𝑚𝑔

1 𝑔

= 7.716 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 0.025𝑙 = 𝟑𝟎𝟖. 𝟔𝟒 𝒑𝒑𝒎

Test de Grubbs

Teniendo en cuenta la tabla 16 donde se mostró las concentraciones de las muestras analizadas, se hizo necesario aplicar el test de grubbs para saber si se encontraban valores atípicos en las repeticiones de los volúmenes gastados para el parámetro de dureza.

Se aplicaron los mismos pasos para implementar el test de grubbs, explicados en el numeral, pero en este caso en el parámetro de dureza y los resultados obtenidos se muestran en la tabla 17.

Tabla 17 Test de Grubbs aplicado a las repeticiones Nombre de la muestra Repetición 1 Nombre de la muestra Repetición 2 Nombre de la muestra Repetición 3 D1

7,70

7,72

5,48

D17

7,70

D17

7,72

5,50

D27

7,70

7,74

7,32

D12

7,72

D12

7,74

7,70

D28

7,74

7,76

D17

7,70

7,76

D15

7,76

7,72

D15

7,76

D26

7,76

D12

7,74

D19

7,76

D28

7,78

D19

7,74

D30

7,76

7,80

D27

7,74

7,78

D19

7,80

D30

7,74

D21

7,78

D23

7,80

D21

7,76

D18

7,80

D27

7,80

D26

7,78

D26

7,80

D30

7,80

D15

7,80

D13

7,82

7,84

D28

7,80

D14

7,82

D11

7,84

D14

7,82

D22

7,85

D14

7,84

D18

7,82

D16

7,86

D16

7,84

D13

7,84

p. 54

D25

7,86

D18

7,84

D16

7,84

7,88

D21

7,84

D22

7,84

7,88

D25

7,84

7,86

D11

7,88

D22

7,85

D25

7,86

7,90

7,86

7,90

D13

7,86

D20

7,90

D20

7,90

7,88

D11

7,92

7,98

7,88

7,96

7,98

D20

7,92

D23

7,96

D10

7,98

D10

7,96

D29

7,96

D23

7,98

D24

7,96

7,98

D24

7,98

D10

7,98

D29

7,98

D29

7,98

D24

7,98

Promedio

7,84

Promedio

7,83

Promedio

7,66

Desviación estándar

0,09360531

Desviación estándar

0,07349173

Desviación estándar

0,60507470

G min

1,49208059

G min

1,53758795

G min

3,61057343

G max

1,50

G max

2,00022504

G max

0,52114776

Tomando como ejemplo los resultados de la repetición 1, a continuación se muestra como se realizaron los cálculos para hallar G min y G max

𝐺min = 7.84 −7.70

0.093

= 1.4920

𝐺max = 7.98 −7.84

0.093

= 1.50 Observando la tabla la casilla que se encuentra de color amarillo indica que el valor de G min, es mayor que el valor crítico 2.74 que se encuentra en la tabla de valores críticos incluidas en el anexo, por lo tanto la repetición de volumen mínima es un valor atípico. (Uribe, 2010).

Los valores atípicos que fueron eliminados por el test de grubbs, por ser muy bajos corresponden a la muestra D3 repetición 3 y a la muestra D2 repetición 3. En la tabla se puede observar las concentraciones de las muestras analizadas y eliminadas los volúmenes de acuerdo al test de grubbs.

p. 55

Tabla 18 Concentraciones de dureza finales Nombre de la muestra Repeticiones Volumen gastado EDTA Promedio Volúmenes

[ ] DUREZA

7,70

7,72

7,71

308,81

7,78

7,76

7,77

311,08

7,90

7,80

7,85

314,29

7,76

7,74

7,70

7,73

309,61

7,98

7,84

7,96

7,93

317,36

7,90

7,88

7,32

7,70

308,28

7,88

7,86

7,87

315,22

7,98

319,49

7,88

7,86

7,90

7,88

315,49

D10

7,98

7,96

7,98

7,97

319,22

D11

7,88

7,84

7,92

7,88

315,49

D12

7,72

7,74

7,73

309,61

D13

7,82

7,86

7,84

313,89

D14

7,82

7,84

7,82

7,83

313,35

D15

7,76

7,80

7,77

311,22

D16

7,86

7,84

7,85

314,15

D17

7,70

7,72

7,70

7,71

308,55

D18

7,80

7,84

7,82

313,08

D19

7,76

7,80

7,74

7,77

310,95

D20

7,90

7,92

7,90

7,91

316,55

D21

7,78

7,84

7,76

7,79

312,02

D22

7,85

7,84

7,85

314,15

D23

7,98

7,80

7,96

7,91

316,82

D24

7,98

7,96

7,98

7,97

319,22

D25

7,86

7,84

7,86

7,85

314,42

D26

7,80

7,76

7,78

311,48

D27

7,70

7,80

7,74

7,75

310,15

D28

7,74

7,78

7,80

7,77

311,22

D29

7,98

7,96

7,97

319,22

D30

7,76

7,80

7,74

7,77

310,95

p. 56

Resumen de estadística descriptiva

Tabla 19 Estadística descriptiva del promedio de las repeticiones Estadística descriptiva del promedio de los volúmenes gastados de EDTA Media

7,83066667

Mediana

7,83333333

Moda

7,97333333

Desviación estándar

0,08471453

Varianza de la muestra

0,00717655

Mínimo

7,7

Máximo

7,98

Comparación de los valores de dureza del laboratorio de la universidad Manuela Beltrán con los valores emitidos por el laboratorio acreditado externo.

Tabla 20 Comparación entre el laboratorio acreditado externo y el laboratorio de la Universidad Manuela Beltrán.

Fecha de análisis Dureza mg/L Lab Química U Manuela Beltran Fecha de análisis

Dureza mg/L Lab

acreditado 04/10/2018

308,81

12/10/2018

338,20

05/10/2018

280,79

14/09/2018

380,90

05/10/2018

282,66

31/08/2018

398,70

08/10/2018

309,61

06/07/2018

623,00

08/10/2018

317,36

08/06/2018

370,20

09/10/2018

308,28

04/05/2018

347,10

p. 57

En la tabla 20 se puede observar los datos obtenidos por los dos laboratorios, en donde las fechas de los análisis obtenidos por el laboratorio externo son realizados en diferente fecha que los análisis obtenidos por el laboratorio de química de la Universidad Manuela Beltrán , por lo tanto a simple vista se puede predecir que existirán cifras significativas.

Como se puede observar en el numeral 8.2.9 al aplicar el test de ANOVA se observa el F calculado es mayor al F critico indicando que existen diferencias significativas entre los dos laboratorios. Además el valor de probabilidad es muy bajo lo que nos confirma en segunda instancia que existen diferencias significativas. Como se explicaba anteriormente, la causa más probable de que existan diferencias significativas, es la diferencia de fechas del análisis, fuera de ellos el histórico de datos del laboratorio acreditado externo es muy reducido lo que puede ser también una interferencia. Se puede visualizar también en la tabla que se encuentra en el anexo D que las condiciones de la piscina fueron muy variables en fechas anteriores, por lo tanto no se podría discutir un posible error sistemático.

Procedimiento operativo estándar del parámetro de dureza total

Un procedimiento operativo estándar o POE es un conjunto de instrucciones o procedimientos que describe todos los pasos y actividades durante un proceso o procedimiento. (IBM, 2019) El procedimiento operativo estándar para el parámetro de dureza total se elaboró teniendo en cuenta el procedimiento experimental narrado en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017 en 2340 C y se encuentra en el anexo C de este documento.

p. 58

CONCLUSIONES

 Realizando el tratamiento de datos estadístico se pudo comprobar la linealidad del sistema en los métodos para hallar la alcalinidad y dureza, haciendo uso de la curva de calibración en los diferentes intervalos de concentración. El coeficiente de correlación fue de 1, lo que nos garantiza la exactitud del método.

 Se estandarizaron los métodos de alcalinidad y dureza de acuerdo a los lineamientos dados por el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017 cumpliendo el objetivo general de este proyecto de investigación, así como también se elaboraron los procedimientos operativos estándar (POE’S) que da cumplimiento a uno de los objetivos específicos.

 Durante la fase de muestreo y el análisis de los resultados se puede concluir que las concentraciones arrojadas para los parámetros de alcalinidad y dureza en las muestras de agua recreativa de la Universidad Manuela Beltran sede Bogotá, se encuentran dentro de los parámetros establecidos en la resolución 1618 de

2010.

p. 59

RECOMENDACIONES

 Para realizar los análisis de los parámetros de alcalinidad y dureza en una muestra de agua recreativa, se recomienda a la institución realizar análisis periódicos de los parámetros de cloro libre y cloro residual, ya que si estos fuera de los parámetros de la resolución 1618 de 2010, interfieren en las titulaciones.

 Para las titulaciones de dureza con el agente titulante EDTA , es recomendable agregar el inhibidor de y que no pase más de un minuto para realizar la titulación ya que este pierde su efecto y no ayuda a inhibir el cloro libre de la muestra de agua recreativa

 Se recomienda que cuando se ejecuten cualquiera de los dos métodos para los parámetros fisicoquímicos, el análisis se haga por un solo analista, para evitar errores sistemáticos.

 La implementación de los procedimientos operativos estándar (POE’S), permite que se tenga una mejor organización durante la ejecución de los métodos, por lo tanto se recomienda utilizar los procedimientos operativos estándar elaborados en el presente trabajo de investigación.

p. 60

ANEXOS

ANEXO A

TABLA DE VALORES CRÍTICOS TEST DE GRUBBS.16

0,1

0,075

0,05

0,025

0,01

1,15

1,42

1,44

1,46

1,48

1,49

1,6

1,64

1,67

1,71

1,75

1,73

1,77

1,82

1,89

1,94

1,83

1,88

1,94

2,02

2,1

1,91

1,96

2,03

2,13

2,22

1,98

2,04

2,11

2,21

2,32

2,03

2,1

2,18

2,29

2,41

2,09

2,14

2,23

2,36

2,48

2,13

2,2

2,29

2,41

2,55

2,17

2,24

2,33

2,46

2,61

2,21

2,28

2,37

2,51

2,66

2,25

2,32

2,41

2,55

2,71

2,28

2,35

2,44

2,59

2,75

2,31

2,38

2,47

2,62

2,79

2,34

2,41

2,5

2,65

2,82

2,36

2,44

2,53

2,68

2,85

2,38

2,46

2,56

2,71

2,88

2,58

2,73

2,91

2,6

2,76

2,94

2,62

2,78

2,96

2,64

2,8

2,99

2,66

2,82

3,01

2,68

2,84

999

2,7

2,86

999

2,72

2,88

999

2,73

2,9

999

2,74

2,91

999

16 (Grubbs, 1950)

p. 61

ANEXO B

PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN ESTANDAR PARA LA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD DE AGUA RECREATIVA

PROCEDIMIENTO DE

OPERACIÓN ESTANDAR PARA

LA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD DE AGUA

RECREATIVA

VERSIÓN 1

UNIVERSIDAD MANUELA

BELTRAN SEDE BOGOTÁ

ENERO 2019

LABORATORIO DE QUÍMICA

FORMATO

OBJETIVOS

Realizar el análisis de alcalinidad a muestras de agua recreativas de la Universidad Manuela Beltrán, mediante el procedimiento descrito en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, con el fin de cumplir con los parámetros fisicoquímicos señalados en la resolución 1618 de 2010 y el decreto 1618 de 2015 del ministerio de protección social de Colombia.

ALCANCE

El presente procedimiento se aplica específicamente a las aguas de tipo recreativa de la universidad Manuela Beltrán.

RESPONSABILIDADES

 El docente encargado o analista del laboratorio es el responsable del monitoreo de este procedimiento.

 El personal de laboratorio que realiza la tarea es responsable del informe al docente de cualquier inconveniente que se pueda presentar y que implique el no cumplimiento del mismo.

DEFINICIONES

Agua recreativa: Estructura artificial destinada a almacenar agua con fines recreativos, terapéuticos o simple baño.

Muestra: Material para ser analizado (liquido, solido o gas) (Coy, Bojaca, & Duque, 2006). Titulación: Método analítico para determinar ácidos, bases agentes oxidantes, agentes reductores, iones metálicos, proteínas y muchas otras especies químicas. Se basan en la reacción que se da entre un analito y un reactivo estándar conocido (Skoog, West, Holler, & Crouch, 2014).

p. 62

PROCEDIMIENTO DE

OPERACIÓN ESTANDAR PARA

LA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD DE AGUA

RECREATIVA

VERSIÓN 1

UNIVERSIDAD MANUELA

BELTRAN SEDE BOGOTÁ

ENERO 2019

LABORATORIO DE QUÍMICA

FORMATO

Reactivos: Se refiere a toda sustancia que, al interactuar con otra en una reacción química, genera otra sustancia con propiedades características y conformación distinta, que son llamados productos (Clavijo, 2002).

Alcalinidad: La alcalinidad puede considerarse como la presencia de sustancias basicas en el agua, principalmente, sales de acidos debiles o bases fuertes, se puede reconocer por la presencia de iones OH- , CO32- , y HCO3-. (Sierra, 2011)

DOCUMENTOS DE REFERENCIA

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, sección 2320.

ANEXOS

Resolución 1618 de 2010 y el decreto 0554 de 2015, Colombia.

IMPORTANCIA Y USO

La medición del parámetro de alcalinidad, es de suprema importancia para el control de calidad de aguas recreativas, ya que si este se encuentra fuera de los rangos proporcionados por las entidades de sanidad, puede afectar a la salud humana. Si este parámetro se ignora puede afectar el pH del agua.

RESUMEN DEL METODO

Determinar el parámetro de alcalinidad en una muestra de agua recreativa de la Universidad Manuela Beltrán, expresado en concentración de ppm de CaCO3 , por el método de titulación descritos en la sección 2320 B 4 a del Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, donde se realiza por medio de cambio de color utilizando como indicador de color indicador mixto ( verde de bromocresolrojo de metilo). El agente titulante que se utiliza para titular la muestra de agua recreativa es el ácido sulfúrico 0.02 N y para inhibir el cloro libre de la muestra se utiliza como inhibidor tiosulfato de sodio 0.02 N.

p. 63

PROCEDIMIENTO DE

OPERACIÓN ESTANDAR PARA

LA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD DE AGUA

RECREATIVA

VERSIÓN 1

UNIVERSIDAD MANUELA

BELTRAN SEDE BOGOTÁ

ENERO 2019

LABORATORIO DE QUÍMICA

FORMATO

INTERFERENCIAS

La muestra de agua residual contiene cloro residual libre, para ello se utiliza 1 gota de Na2S2O3 (Tiosulfato de sodio) 0.1N, o en su defecto se puede destruir con radiación ultravioleta.

TOMA DE MUESTRAS Y PRESERVACIÓN

Las muestras de agua recreativa se tienen que almacenar en frascos Schott o botellas de vidrio de borosilicato, en lo posible auto clavar las botellas con 24 horas de anticipación para evitar contaminación microbiológica. Para realizar el muestreo la persona debe llevar guantes de nitrilo, y cofia, la toma de muestra se debe realizar en cualquiera de los desnatadores, o en los dos, el frasco debe llenarse hasta sus ¾ partes y taparse inmediatamente. Procurar hacer el análisis lo más pronto posible después de ser recolectada la muestra, o en su defecto conservar a baja temperatura no más de 24 horas, para evitar alteraciones de resultados. De ser conservada a baja temperatura, antes de hacer el análisis dejar temperar la muestra y finalmente ejecutar el análisis.

APARATOS E INSTRUMENTOS

Aparato electrométrico o potenciómetro para medición de pH Groline/pH/CE/TDS/Temperatura con sonda multiparametrica Hanna HI9814. Bureta cero automática Brand pellet 10 mL ± 0.02 mL Erlenmeyer de 250 mL Pipetas aforadas clase A de 25 mL y 50 mL

p. 64

PROCEDIMIENTO DE

OPERACIÓN ESTANDAR PARA

LA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD DE AGUA

RECREATIVA

VERSIÓN 1

UNIVERSIDAD MANUELA

BELTRAN SEDE BOGOTÁ

ENERO 2019

LABORATORIO DE QUÍMICA

FORMATO

REACTIVOS

 Agua destilada  Solución de carbonato de sodio (Na2CO3) 0.05N  Solución estándar de ácido sulfúrico (H2SO4) 0.1N  Solución estándar de ácido sulfúrico (H2SO4) 0.02N  Indicador mixto (verde de bromocresol- rojo de metilo)  Tiosulfato de sodio (Na2S2O3) 0.1N

PROCEDIMIENTO

Estandarización de la solución de ácido sulfúrico 0.1 N: Primeramente se prepara una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) 0.1N, que se estandarizara frente a una solución de carbonato de sodio (Na2SO4) 0.05N. Se toman 40 mL de la solución de Na2SO4, y se llevan a un Erlenmeyer de 150 mL, se añaden 60 mL de agua destilada. Se llena la bureta cero automática con la solución H2SO4 0.1N y con ayuda del potenciómetro debidamente calibrado, se realiza titulación potenciométrica, añadiendo pequeños volúmenes de 0.5 mL y luego volúmenes de 1mL hasta un pH de 5. Posteriormente se coloca a hervir esta solución durante 5 minutos y se deja enfriar a temperatura ambiente. Finalmente se titula hasta el punto de inflexión de pH.

Se calcula la concentración real de la solución de H2SO4 de acuerdo a la siguiente ecuación:

𝐴𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎 𝐿 𝑑𝑒 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 𝑔𝑁𝑎2 𝐶𝑂3

1 𝐿 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗1 𝑒𝑞−𝑔 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3

53𝑔 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 ∗ 1𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4 1𝑒𝑞−𝑔𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 = 𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4

𝑒𝑞−𝑔𝐻2𝑆𝑂4 𝐻2𝑆𝑂4 𝐿 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛= 𝑵 𝑯𝟐𝑺𝑶𝟒 Finalmente se prepara la solución de H2SO4 0.02 N haciendo una dilución de la solución H2SO4 0.1N.

p. 65

PROCEDIMIENTO DE

OPERACIÓN ESTANDAR PARA

LA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD DE AGUA

RECREATIVA

VERSIÓN 1

UNIVERSIDAD MANUELA

BELTRAN SEDE BOGOTÁ

ENERO 2019

LABORATORIO DE QUÍMICA

FORMATO

Determinación de alcalinidad: Se toman 50 mL de la muestra de agua recreativa y se transfieren a un Erlenmeyer de 150 mL. Se agregan 5 gotas del indicador mixto y una gota de Na2S2O3 0.1 M, esto con la finalidad de disminuir la interferencia del cloro libre, se observa una coloración leve. Se llena la bureta cero automática con H2SO4 0.02N y se titula hasta cambio de coloración. Se recomienda hacer este procedimiento con un mínimo de tres repeticiones.

Para calcular la concentración de alcalinidad expresada en mg/L de CaCO3 se utiliza la siguiente ecuación:

𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑, 𝑚𝑔 𝐶𝑎𝐶𝑂3 = 𝐴× 𝑡× 1000 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 Donde A es el volumen de ácido sulfúrico gastado en la titulación t es la concentración del ácido utilizado.

Comparar las concentraciones obtenidas con los parámetros fisicoquímicos en específico alcalinidad, estipulados en la resolución 1618 de 2010 y el decreto 0554 de 2015. Si las concentraciones están fuera de los parámetros establecidos informar de inmediato al docente titular encargado del laboratorio de química de la Universidad Manuela Beltrán.

CONTROL DE CALIDAD

Calibración del método: A partir de una solución de 1000 ppm de CaCO3 y se realizan diferentes diluciones a concentraciones entre 4 y 500 ppm. Posteriormente se titulan cada una de las diluciones anotando el volumen gastado en cada titulación. Los valores obtenidos se grafican según la ecuación de la recta y=mx+b, realizando una regresión lineal, esto con el fin de obtener la linealidad del método. Los resultados obtenidos en la ecuación deben tener un coeficiente de correlación de R2>0.095, esto indicando que los valores se ajustan a una línea recta y una buena relación entre las concentraciones de los estándares y los volúmenes adicionados, por lo tanto la exactitud del método.

Para hallar la precisión del método se preparan estándares de CaCO3 a diferentes concentraciones 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, y 5 ppm, posteriormente se titulan

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OPERACIÓN ESTANDAR PARA

LA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD DE AGUA

RECREATIVA

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alícuotas de 50 mL realizando 5 repeticiones para cada concentración. Para realizar el tratamiento de datos a los volúmenes de ácido sulfúrico gastados se calcula el promedio, la desviación estándar y el coeficiente variación.

𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜= 𝑆𝑢𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑑𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠

𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟= √𝑆𝑢𝑚𝑎𝑡𝑜𝑡𝑖𝑎 𝑑𝑒( 𝐶𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑎𝑡𝑜 )2 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 −𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜2

𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛= 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑥100 Si el coeficiente entre las concentraciones no varía en gran cantidad, el método es preciso.

Para hallar el límite de cuantificación se titulan 10 repeticiones del blanco siguiendo el procedimiento de titulación de muestras y finalmente se realiza tratamiento de datos hallando promedio y desviación estándar de las concentraciones. Finalmente se utiliza la siguiente ecuación 𝐿𝑂𝑄= 𝑌𝐵𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜+ 10𝑆 Donde YBlanco= Es el promedio de las concentraciones del blanco

10 S = Es diez veces la desviación estándar

REPORTE DE RESULTADOS

Los resultados de las concentraciones de alcalinidad deben ser enviadas vía correo electrónico al docente titular encargado del laboratorio, quien informara estos datos a la jefatura de laboratorios en su respectivo formato.

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Realizado por:

Geraldine Bautista Lenes Auxiliar de laboratorio de química

Revisado por:

Aprobado por:

p. 68

ANEXO C

PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN ESTANDAR PARA LA DETERMINACIÓN DE

DUREZA DE AGUA RECREATIVA.

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DUREZA DE AGUA RECREATIVA

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FORMATO

OBJETIVOS

Realizar el análisis de dureza a muestras de agua recreativas de la Universidad Manuela Beltrán, mediante el procedimiento descrito en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, con el fin de cumplir con los parámetros fisicoquímicos señalados en la resolución 1618 de 2010 y el decreto 1618 de 2015 del ministerio de protección social de Colombia.

ALCANCE

El presente procedimiento se aplica específicamente a las aguas de tipo recreativa de la universidad Manuela Beltrán.

RESPONSABILIDADES

 El docente encargado o analista del laboratorio es el responsable del monitoreo de este procedimiento.

 El personal de laboratorio que realiza la tarea es responsable del informe al docente de cualquier inconveniente que se pueda presentar y que implique el no cumplimiento del mismo.

DEFINICIONES

Agua recreativa: Estructura artificial destinada a almacenar agua con fines recreativos, terapéuticos o simple baño.

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Dureza: La dureza se define actualemnte como la suma de las concentraciones de calcio y magnesio , ambos expresados como carbonato calcico, en miligramos por litro

DOCUMENTOS DE REFERENCIA

Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, sección 2340 C.

ANEXOS

Resolución 1618 de 2010 y el decreto 0554 de 2015, Colombia.

IMPORTANCIA Y USO

La medición de la dureza del agua es de gran importancia ya que esta nos garantiza que el agua recreativa se encuentre dentro de los parámetros establecidos por las entidades de salud. Una variación de esta, provoca efectos dañinos en la locación de la piscina, generando sarro e incrustaciones duras de carbonatos de calcio y magnesio, no permitiendo que los filtros al interior de la piscina ejerzan su función y por lo tanto el agua se encuentre turbia.

RESUMEN DEL METODO

Determinar el parámetro de alcalinidad en una muestra de agua recreativa de la Universidad Manuela Beltrán, expresado en concentración de ppm de CaCO3, por el método de titulación descritos en la sección 2340 C 3d del Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater edición 23 de 2017, donde se realiza por medio de cambio de color utilizando como indicador de color negro de eriocromo T. El agente titulante que se utiliza para titular la muestra de agua recreativa es el EDTA 0.02 N y para inhibir el cloro libre de la muestra se utiliza como inhibidor sulfuro de sodio Na2S.

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INTERFERENCIAS

La muestra de agua residual contiene cloro residual libre, para ello se utiliza 1 mL de sulfuro de sodio (Na2S) 5%.

TOMA DE MUESTRAS Y PRESERVACIÓN

APARATOS E INSTRUMENTOS

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REACTIVOS

 Agua destilada  Solución de carbonato de calcio (CaCO3) 0.01 M  Solución de ácido clorhídrico 1:1  Solución Tampón de amonio  Indicador negro eriocromo T  Solución estándar de EDTA 0.01 M  Solución de carbonato de calcio 2000 ppm  Inhibidor de sulfuro de sodio 5%

PROCEDIMIENTO

Estandarización de la solución de EDTA 0.01 M: Para iniciar con la estandarización del EDTA, se necesita que esté preparado con anterioridad un estándar de CaCO3 0.01 M y este será el estándar primario a utilizar. Se toma una alícuota de 10 mL de la solución se CaCO3 0.01M y se pasa a un Erlenmeyer de 250 mL , se completa a 100 mL con agua destilada, se adicionan 2 mL de la solución tampón de amonio, y dos gotas del indicador negro eriocromo T. Finalmente se llena la bureta con una solución de EDTA 0.01 M y se titula hasta cambio de color.

La concentración real de la solución de EDTA se halla con la siguiente ecuación:

𝑀𝐸𝐷𝑇𝐴= 𝐴 𝑋 𝐵 𝐶

Donde A es la alícuota de la solución de CaCO3 B es la molaridad de la solución de EDTA C es el volumen de EDTA gastados en la titulación

Determinación de dureza: Se toman 25 mL de la muestra de agua recreativa a analizar y se transfiere a un Erlenmeyer de 250 mL y se diluye con 50 mL de agua destilada, posteriormente se adiciona 1 mL del buffer de amonio, dos gotas del indicador negro eriocromo T y 1 mL del inhibidor Na2S. Se titula con la solución de EDTA 0.01M.

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FORMATO

Para calcular la concentración de dureza expresada en mg/L de CaCO3 se utiliza la siguiente ecuación:

𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎= 𝐴 𝑋 𝐵 𝑚𝐿 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑥 100091 Donde A es el volumen de EDTA gastados en la titulación B es la concentración de EDTA.

100091 es las moles de CaCO3

CONTROL DE CALIDAD

Calibración del método: A partir de una solución de 1000 ppm de CaCO3 y se realizan diferentes diluciones a concentraciones entre 2 y 500 ppm. Posteriormente se titulan cada una de las diluciones anotando el volumen gastado en cada titulación. Los valores obtenidos se grafican según la ecuación de la recta y=mx+b, realizando una regresión lineal, esto con el fin de obtener la linealidad del método. Los resultados obtenidos en la ecuación deben tener un coeficiente de correlación de R2>0.095, esto indicando que los valores se ajustan a una línea recta y una buena relación entre las concentraciones de los estándares y los volúmenes adicionados, por lo tanto la exactitud del método.

Para hallar la precisión del método se preparan estándares de CaCO3 a diferentes concentraciones 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, y 5 ppm, posteriormente se titulan alícuotas de 50 mL realizando 5 repeticiones para cada concentración. Para realizar el tratamiento de datos a los volúmenes de EDTA gastados se calcula el promedio, la desviación estándar y el coeficiente variación. Si el coeficiente de variación no varía en gran cantidad entre ellos el método es preciso.

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DUREZA DE AGUA RECREATIVA

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FORMATO

𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜= 𝑆𝑢𝑚𝑎𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑜𝑑𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑠 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠

𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛= 𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟 𝑃𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑥100 Para hallar el límite de cuantificación se titulan 10 repeticiones del blanco siguiendo el procedimiento de titulación de muestras y finalmente se realiza tratamiento de datos hallando promedio y desviación estándar de las concentraciones. Finalmente se utiliza la siguiente ecuación 𝐿𝑂𝑄= 𝑌𝐵𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜+ 10𝑆 Donde YBlanco= Es el promedio de las concentraciones del blanco

10 S = Es diez veces la desviación estándar

REPORTE DE RESULTADOS

Elaborado por:

Geraldine Bautista Lenes Auxiliar de laboratorio de química

Revisado por:

Aprobado por:

p. 74

ANEXO D

TEST ANOVA APLICADO A ALCALINIDAD Y DUREZA

Tabla 21 Resumen parámetros estadísticos para test de anova de alcalinidad

Tabla 22 Análisis de Varianza para alcalinidad Origen de las variaciones Suma de cuadrados Grados de libertad Promedio de los cuadrados F Probabilid ad Valor crítico para F Entre grupos

4331,9479

4331,947934

16,44

996

0,00159

3506

4,747225

347

Dentro de los grupos

3160,0914

263,3409524

Total

7492,0393

Tabla 23 Resumen parámetros estadísticos para test de anova de dureza.

Tabla 24 Análisis de Varianza para dureza Origen de las variaciones Suma de cuadrados Grados de libertad Promedio de los cuadrados F Probabilid ad Valor crítico para F Entre grupos

35272,279

35272,27901

6,056

493

0,03361

9194

4,964602

744

Dentro de los

58238,784

5823,878422

Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza Resultados Alcalinidad Lab química

7 767,2666666 109,6095 2,062857

Resultados Alcalinidad lab acreditado.

521 74,42857

524,619

Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza Resultados dureza lab química

1807,51

301,25167 240,03918

Resultados dureza lab acreditado

2458,1

409,68333 11407,718

p. 75

grupos

p. 76

TABLAS

Tabla 1 Materiales requeridos para el proyecto ....................................................... 26 Tabla 2 Reactivos requeridos para el proyecto ........................................................ 27 Tabla 3 Características químicas del agua de estanques de piscinas y estructuras similares ................................................................................................................... 32 Tabla 4 Titulación potenciométrica de H2SO4 .......................................................... 33 Tabla 5 Concentración de estándares en relación con el H2SO4 gastados .............. 35 Tabla 6 Relación de patrones a diferentes concentraciones para el límite de cuantificación. .......................................................................................................... 37 Tabla 7 Relación de blancos con volumen de H2SO4 0.02 N gastados ................... 38 Tabla 8 Concentraciones de las muestras analizadas de alcalinidad ...................... 40 Tabla 9 Prueba Test de grubbs a las repeticiones realizadas .................................. 42 Tabla 10 Concentraciones finales de muestras de alcalinidad ................................. 44 Tabla 11 Estadística descriptiva para volúmenes gastados de H2SO4 .................... 45 Tabla 12 Resultados de muestras analizadas entre el laboratorio externo y el laboratorio de química Universidad Manuela Beltrán. .............................................. 45 Tabla 13 Curva de calibración concentración vs volumen ....................................... 48 Tabla 14 Relación de patrones a diferentes concentraciones para el límite de cuantificación ........................................................................................................... 50 Tabla 15 Relación de blancos con el volumen gastado de EDTA 0.01M ................. 50 Tabla 16 Dureza de las muestras de agua recreativa analizadas ............................ 52 Tabla 17 Test de Grubbs aplicado a las repeticiones .............................................. 53 Tabla 18 Concentraciones de dureza finales ........................................................... 55 Tabla 19 Estadística descriptiva del promedio de las repeticiones .......................... 56 Tabla 20 Comparación entre el laboratorio acreditado externo y el laboratorio de la Universidad Manuela Beltrán. .................................................................................. 56 Tabla 21 Resumen parámetros estadísticos para test de anova de alcalinidad ....... 74 Tabla 22 Análisis de Varianza para alcalinidad ........................................................ 74 Tabla 23 Resumen parámetros estadísticos para test de anova de dureza. ............ 74 Tabla 24 Tabla 22 Análisis de Varianza para dureza ............................................... 74

p. 77

GRAFICAS

Gráfica 1 Regresión lineal entre el volumen del ácido y la concentración del estándar. .................................................................................................................. 36 Gráfica 2 Regresión lineal entre concentración y volumen. .................................... 49

p. 78

BIBLIOGRAFIA

8. Bibliografía

1618,

de Mayo de

2010).

Obtenido de https://www.minsalud.gov.co/sites/rid/Lists/BibliotecaDigital/RIDE/DE/DIJ /Resoluci%C3%B3n%201618%20DE%202010.pdf Baird, C. (2001). Química ambiental. España: Editorial Reverté S.A. Bojaca, R.

(2005).

IDEAM.

Obtenido de http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38155/Alcalinidad+total+en+ agua+por+electrometr%C3%ADa..pdf/dd9a3610-8ff7-49bc-97eb- 5306362466df Boqué, R. (s.f.). El limite de detección de un método analítico. Obtenido de Universidad Rovira i Virgili:

http://www.quimica.urv.cat/quimio/general/lod.pdf Boqué, R., & Maroto, A. (2005). El analisis de la varianza (ANOVA). Obtenido de http://rodi.urv.es/quimio/general/anovacast.pdf Carrasquero, S., Mendoza, A., Acurel, J., Flores, J., Rincón, A., Behling, E., . . . Rubí. (2016). CALIDAD SANITARIA DEL AGUA DE PISCINAS DE LA CIUDAD DE MARACAIBO. Producción cientifica , 01.

Carrasquero, S., Muñoz, C., Tuviñez, P., Torres, R., Vargas, C., & Marin, J. (2016). Calidad fisicoquímica y microbiológica del agua de piscinas de dos complejos recreacionales del Estado Zulia. Boletín de Malariologia y salud ambiental, 1.

Clavijo, A. (2002). Fundamentos de química analítica. Equilibrio iónico y análisis químico. Bogotá: Unilibros.

Coy, G., Bojaca, R., & Duque, M. (10 de 02 de 2006). IDEAM. Obtenido de

IDEAM:

p. 79

http://www.ideam.gov.co/documents/14691/38152/Estandarizacion_meto dos_analaticos.pdf/934bd941-dd47-4501-8507-d2721ef4f316 Diaz, B., Esteller, M., & Garrido, S. (2011). Calidad físico-química y microbiológica del agua en parques acuáticos. 2. Diaz, R., & Vanegas, N. DOCUMENTACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE

TÉCNICAS ANALÍTICAS PARA EL LABORATORIO DE AGUAS DEL

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA AMBIENTAL DE LA UNIVERSIDAD

LIBRE. Universidad Libre, Bogotá.

Enclave

RAE.

(s.f.).

Obtenido de

ENCLAVE

RAE:

http://dle.rae.es/srv/fetch?id=1X0IAxh Giraldo, G. (1999). Validación de métodos analíticos de laboratorio. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, 32.

Grubbs.

(1950).

Grubbs test.

Obtenido de http://www.sediment.unigoettingen.de/staff/dunkl/software/pep-grubbs.pdf Harris, D. C. (2001). Análisis químico cuantitativo. España: Reverté. Harvey, D. (2000). Modern analytical chemistry . En D. Harvey, Modern analytical chemistry (pág. 36). Estados Unidos: Mc Graw Hill . Hernandez, E., & Cano, I. (2015). DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DEL

AGUA DE LA ALBERCA DE LA ESCUELA DE NIVEL MEDIO

SUPERIOR DE GUANAJUATO. Jóvenes en la ciencia. Revista de divulgación cientifica., 1.

Hernández, L., & González, C. (2002). Introducción al análisis instrumental. España: Ariel, S. A.

IBM. (2019). IBM®. Obtenido de Gestión de los procedimientos operativos estándar:

https://www.ibm.com/support/knowledgecenter/es/SS7TH3_1.0.0/com.ib m.pmo.doc/manage_stand_ops_procs.html

p. 80

Londoño, A., Giraldo, G., & Gutiérrez, Á. (2010). MÉTODOS ANALÍTICOS

PARA LA EVALUACIÓN DE LA CALIDAD FISICOQUIMICA DEL AGUA.

Bogotá.

Miller, J., & Miller, J. (2000). Estadistica y quimiometria para química analitica . España: Prentice Hall .

nación, L.

(Abril de

2010).

La nación.

Obtenido de https://www.nacion.com/archivo/aguasrecreativas/CHP5KPVTWFEJFPY3RYCALA5VHM/story/ Potero, M. J. (2010). Universidad politecnica de valencia. Obtenido de https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/52388/M%C3%A9todo%20d e%20la%20primera%20derivada%20para%20la%20determinaci%C3%B 3n%20del%20punto%20de%20final%20en%20valoraciones%20potencio m%C3%A9tricas.pdf?sequence=1 Repetto, M. (1995). Toxicologia avanzada. España: Ediciones Diaz Santos. S.A

Rice, E., Baird, R., & Eaton, A. (2017). STANDARD METHODS FOR THE

EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER.

S.A.S., F. y. (2011). Fibras y Normas de Colombia S.A.S. Obtenido de https://www.fibrasynormasdecolombia.com/terminosdefiniciones/muestreo-de-aguas-residuales-y-tipos-de-analisisempleados/ Sanchez, Y. (2016). CONTROL DE LA CALIDAD DEL AGUA EN PISCINAS DE

USO PÚBLICO. 01.

Sierra, C. (2011). Calidad del agua evaluación y diagnóstico. Medellin: Ediciones de la U.

Skoog, D., West, D., Holler, J., & Crouch, S. (2014). Fundamentos de química análitica. México: Cengage learning.

Triola, M. (2004). Estadistica novena edición. México: Pearson Educación.

p. 81

Uribe, I. (2010). Biblioteca digital Universidad Ncional de Colombia. Obtenido de Guia metodologicapara la selección de tecnicas de depuración de datos: http://bdigital.unal.edu.co/2033/1/71644758.20101.pdf Vocabulario Internacional de Metrología.

Conceptos fundamentales y generales, y términos asociados. (2012). España. Walpole, R. (1999). Probabilidad y estadística para ingenieros. México: Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A.

Young, D. (2017). Handbook of regression methods. Boca Raton: CRC press Taylor & Francis group.

Cita: Bautista Lenes, Geraldine (2019), Estandarización de los métodos analíticos alcalinidad y dureza en una muestra de agua recreativa de la Universidad Manuela Beltrán Sede Bogotá, Universidad de Ciencias Aplicadas y Ambientales, p. N. https://repository.udca.edu.co/handle/11158/2358