E fectos del tratamiento magnético ma gnético del agua y soluciones soluciones acuosas acu osas B. Rodríguez, M. Correa, A. Hurtado
?
Universidad de Oriente
Ÿ Resumen En el presente trabajo se investiga la influencia del tratamiento magnético de líquidos sobre la variación de la densidad, viscosidad, índice de refracción, absorción de la luz, pH y tensión superficial de los mismos. Se demuestra que, para las condiciones experimentales utilizadas, no se observan variaciones estadísticas significativas en dichas dicha s magnitudes, excepto para la tensión superficial, en la que se obtiene una tendencia al aumento de la misma con el incremento de la inducción magnética.
Ÿ Abstract The influence of the magnetic treatment of liquids over density variation viscosity, refractive index, light absorption, pH and surface tension is researched in this work. It is shown that -for the experimental conditions used- no significant statistical variations are observed, except for the surface tension in which the increase of magnetic induction gives rise to an increase tendency.
Ÿ Introducción El Tratamiento Magnético del Agua (TMA) ha adquirido gran popularidad debido, fundamentalmente, a los efectos observados en la utilización del agua tratada magnéticamente (ATM) en varias esferas de la vida, entre los que se pueden mencionar: disminución o eliminación de incrustaciones en sistemas de intercambio de calor de las industrias, modificación en crecimiento y desarrollo de animales y plantas, así como sus efectos sobre la salud humana, en comparación con los obtenidos al utilizar agua sin tratar magnéticamente (ASTM). El uso de los magnetizadores de agua ha estado limitado por la poca disponibilidad de métodos efectivos de valoraciones del TMA que permitan optimizar las instalaciones de forma rápida y eficiente. Una de las causas fundamentales de esto es que, hasta la actualidad, no se puede hablar categóricamente de cuáles son las propiedades que cambian ni cómo lo hacen. Una muestra elocuente de lo antes dicho se evidencia en los a veces contradictorios resultados
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publicados por diferentes autores, /3, 7/ debido, fundamentalmente, a la pobre reproducibilidad de los resultados, lo que pudiera explicarse si se tiene en cuenta la extraordinaria naturaleza del agua, que hace que una muestra de una fuente dada cam bie sus propiedades después de un ligero calentamiento o enfriamiento. No obstante lo expuesto anteriormente, hasta ahora se ha acumulado una gran cantidad de datos experimentales que demuestran que el TMA provoca en ésta cambios en algunos parámetros físicos y químicos que la hacen más apropiada para diferentes usos. Muchos de los autores reportan que las mayores variaciones de dichos parámetros, parámetro s, entre las que se pueden mencionar el pH, conductividad eléctrica y tensión superficial, se obtienen cuando el vector Inducción Magnética es aproximadamente perpendicular al de la velocidad del agua a través del magnetizador,estandolasmagnitudesdelosmismosenlos intervalos:0-0,16Ty0- 0,2m/srespectivamente,asícomo un tiempo de permanencia del agua en los magnetizadores mayor que 0,2 s./1, 2, 4, 8, 10/
Por otra parte, se ha comprobado /3, 5/ que con la magnetización del agua aumenta notablemente en ésta la concentración de oxígeno disuelto y la cantidad de iones OH- y H3O+ presentes en la misma. El objetivo del trabajo es investigar la influencia del TMA y de soluciones acuosas, sobre algunas magnitudes físicas en ellas.
Ÿ Parte experimental Reactivos, equipos y métodos de trabajo - Magnetizador vertical (0 - 0,16 T) - pHmetro digital ( ∆pH = 0,05) - Viscosímetro de Ostwald - Balanza analítica - Refractómetro de inmersión (∆n = 10-5) - Espectómetro automatizado ULTRAESPEC III - Catetómetro KM - 2 (∆l = 0,01 mm) - Fuente CD (0 - 10A) - Amperímetro - Cronómetro ( ∆t = 0,2 s) - Botellones de vidrio de 2 500 mL, soporte universal, pinzas de sujeción - Termómetro ( ∆T = 0,1 ºC) - Capilares de vidrio de 0,02 mm. Las magnitudes físicas investigadas y los métodos usados para el estudio de sus posibles variaciones se relacionan a continuación:
1. Densidad: A través de las variaciones de masa de agua usando la técnica de picnometría. 2. Viscosidad: Mediante las posibles variaciones temporales de los flujos de líquidos a través del viscosímetro de Ostwald.
fundamentalmente en la zona UV donde se reportan variaciones de la absorción debido al tratamiento magnético./4/
5. pH: Usando un pHmetro digital certificado. 6. Tensión superficial: Usando el método de las posibles variaciones de la altura de la columna de líquido en el capilar.
Ÿ Métodos y materiales El tratamiento magnético de las muestras investigadas se realiza con un magnetizador vertical externo, en el interior del cual se coloca una manguera de material diamagnético, arrollada helicoidalmente sobre un cilindro plástico, por la cual circula la muestra investigada. El conjunto se coloca de forma que las líneas de inducción magnética sean aproximadamente perpendiculares a la dirección del movimiento del líquido, de manera que puede ser cambiado con facilidad. El magnetizador se calibra realizando mediciones de la inducción magnética a lo largo del eje del mismo, para diferentes intensidades de corriente circulando por éste. Se demostró, experimentalmente, que la zona de más altos valores de inducción y mayor uniformidad se halla entre 120 y 240 mm, colocando la manguera en dicha zona. El recipiente con la muestra a investigar se pone en un soporte que permite su desplazamiento vertical, para el control, por gravedad, de la velocidad de la solución a través del magnetizador. Se ajustaron las posiciones del recipiente de manera que se aseguraran velocidades entre 1,0 y 1,5 m/s, valores que se hallan en el intervalo óptimo reportado en la literatura, garantizándose, adicionalmente, que el tiempo de permanencia de la muestra en el interior del magnetizador fuera mayor que 0,2 s. /1, 2, 4, 8, 10/
Condiciones experimentales utilizadas
3. Indice de refracción: A través de supuestas variaciones en la magnitud del mismo a causa del tratamiento magnético de la muestra, usando un refractómetro de inmersión.
La investigación se realizó sobre tres muestras diferentes: agua destilada (AD); agua corriente (AC) y una solución de NaCl (SOL) al 0,9 % (suero fisiológico).
4. Absorción de la luz: Mediante el análisis del espectro de absorción del ATM y ASTM,
El tratamiento magnético se llevó a cabo de acuerdo con las variantes señaladas en la tabla 1.
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TABLA 1: VARIAN TE S EXPERIME N TALES UTI LIZADAS EN LOS EXPERI MEN TOS Variante Experimental
B(T)
V(m/s)
M0
-
-
M1
0,03
1,0
M2
0,13
1,0
M3
0,03
1,5
M4
0,13
1,5
Ÿ Resultados y discusión En la tabla 2 se presentan los valores medios para la densidad, viscosidad, índice de refracción, pH, tensión superficial y absorción de la luz. En la misma puede verse que no existen estadísticas significativas entre los parámetros investigados para las diferentes muestras en todas las variantes
utilizadas, excepto para la tensión superficial, en la que se observa una acción estimuladora del Campo Magnético (CM) para las diferentes muestras estudiadas, observándose en todos los casos, un incremento de dicho parámet ro con el aumento de la inducción magnética, siendo este incremento superior, para la mayor velocidad del fluido a través del campo magnético.
TABLA2: VALORE S MEDI OS DE LOS PARAME TRO S IN VESTIGADO S PARALAS DI FE RE N TE S VARIAN TE SE XPE RIMEN TALES Variante Experimental Parámetro Muestra
M0
M1
M2
M3
M4
Densidad
AD
3,25604
3,25600
3,25604
3,25604
3,25604
(g/mL)
AC
3,25700
3,25700
3,25700
3,25700
3,25700
SOL
3,26844
3,26844
3,26844
3,26844
3,26844
Viscosidad
AD
5,6
5,6
5,6
5,6
5,6
t(s)
AC
5,6
5,6
5,6
5,6
5,6
SOL
5,6
5,6
5,6
5,6
5,6
Indice
AD
1,33543
1,33543
1,33543
1,33543
1,33543
de
AC
1,33552
1,33552
1,33552
1,33552
1,33552
refracción
SOL
1,33666
1,33666
1,33666
1,33666
1,33666
AD
5,95
5,95
5,95
5,95
5,95
AC
8,11
8,12
8,11
8,12
8,11
SOL
5,92
5,90
5,91
5,90
5,90
Absorbancia AD
0,071
0,070
0,072
0,070
0,073
(nm)
AC
0,072
0,072
0,070
0,071
0,070
378
SOL
0,083
0,081
0,080
0,082
0,081
± 5.10-3
AD
0,060
0,060
0,061
0,061
0,061
± 1 nm
(nm)
AC
0,058
0,060
0,059
0,060
0,058
528
SOL
0,065
0,068
0,061
0,061
0,061
Tensión
AD
0,07390
0,07393
0,07398
0,07396
0,07410
superficial
AC
0,07435
0,07443
0,07446
0,07453
0,07453
(N/m)
SOL
0,07425
0,07439
0,07443
0,07448
0,07449
pH
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E
± 4.10-5
± 0,2
± 2.10-5
± 0,05
± 4.10-5
En las figuras 1-3 se representa la dependencia entre la tensión superficial y la inducción magnética,
la que, para todas las muestras estudiadas, se incrementa con el aumento de la misma.
Fig. 1: Dependencia d e la tensión superficial con la inducción m agnética: I) V=1,0 m/ s; II) V=1,5 m/ s.
Como puede observarse en éstas, existe un comportamiento bien diferenciado entre AD, AC y SOL, observándose un incremento monótono de la tensión superficial con la inducción magnética para el agua destilada (fig. 1), mientras que para el agua corriente y la solución de NaCl se aprecia una zona de saturación en la cual, a pesar de incrementarse en un orden la inducción, no hay aumento apreciable de la tensión superficial,
efecto que es más notable para la velocidad de los líquidos de 1,5 m/s (fig. 2 y 3), lo cual puede ser un indicador de que, el efecto estimulador del campo magnético, respecto a la tensión superficial, se obtiene, en las condiciones experimentales utilizadas, para valores de inducción menores o iguales a 0,03 T, lo que coincide con lo reportado por Kutsenkov para el agua bidestilada en el intervalo de 0-04 T./7/
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Fig. 2: Depend encia de la tensión sup erficial con la inducción m agnética pa ra el agua corriente (I) y para la solución de N aCl (II), para V=1,0 m/ s.
Otros resultados interesantes que se pueden obtener del análisis de las figuras 2 y 3 son los siguientes: - Para ambas velocidades del líquido, el mayor incremento de la tensión superficial se observa en el AC, respecto a la SOL. - Tanto para el AC, como para la SOL, la velocidad de crecimiento de la tensión superficial con la inducción magnética es mayor en el intervalo de 0 a 0,03 T.
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Una explicación probable para los resultados obtenidos puede ser la siguiente: como se c onoce de la Física General, el coeficiente de tensión superficial de un líquido puede expresarse por la fórmula α
=
∆ E/ ∆ S
donde ∆ E es la variación de energía libre de la película líquida y ∆ S variación del área de la misma.
Fig. 3: Depend encia de la tensión sup erficial con la inducción m agnetica pa ra el agua corriente (I) y para la solución de N aCl (II), para V=1,5 m/ s.
Para un sistema con una sección transversal constante, como en el caso de la instalación experimental utilizada, se producirá un aumento de la tensión superficial, debido al incremento de la energía interna del líquido investigado, lo que puede estar determinado por la energía adicional que proporciona el campo magnético a dicho sistema para una temperatura dada. Por otra parte, como en todas las muestras estudiadas, el aumento de la tensión superficial para la velocidad de las mismas es mayor que 1,5 m/s, esto podría interpretarse de la manera siguiente: la fuerza que ejerce el campo magnético sobre las partículas presentes en el líquido se expresa por F = V B Sen θ y, como el líquido circula en el sistema en dirección aproximadamente perpendicular
a la del campo, entonces θ = Oº, y por tanto, F = V B, y para una inducción magnética dada, esta fuerza aumenta al aumentar V y, en consecuencia mayor es la variación de la energía interna del sistema y, por consecuencia, la tensión superficial del mismo. En relación con las diferencias obtenidas para el agua destilada, la corriente y la solución de NaCl, los resultados se corresponden con lo esperado ya que, la concentración de partículas en el agua destilada es menor que en la solución de NaCl y en ésta, menor que en el agua corriente, lo que explica las posiciones relativas de las curvas en las figuras 1-3. Como se sabe, en la actualidad no existe una fundamentación teórica concluyente sobre las
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variaciones observadas en algunos de los parámetros investigados, por lo que los resultados obtenidos en el presente trabajo pudieran explicarse por la concurrencia de diferentes factores, entre los que pueden mencionarse: las variaciones de temperatura en el sistema, superiores a 0,1 ºC; la interacción de las partículas tensioactivas del ambiente con la muestra líquida, así como la posible variación de la concentración de oxígeno en la misma, debido al tratamiento magnético de ésta./5/ También en la literatura se reportan resultados singulares, e incluso contradictorios, respecto a la variación de determinados parámetros físicos y químicos de los sistemas acuosos debido al tratamiento magnético de éstos./3, 7/
Las causas de las diferencias reportadas pueden estar dadas, además de por la no optimización de las instalaciones, por la falta de control de la interacción de partículas tensioactivas del ambiente, con la superficie del agua en el recipiente utilizado. Finalmente, con el objetivo de evaluar la influencia de la temperatura del sistema en los resultados obtenidos, se repitieron los experimentos para el agua destilada y la velocidad de 1,0 m/s, para una temperatura de 25ºC. Los resultados se muestran en la tabla 3 en la que se aprecia un incremento de la tensión superficial con la inducción magnética y, como era de esperar, un aumento de los valores de la misma con la disminución de la temperatura, lo que se ilustra en la figura 4.
TABLA 3: VALORE S MEDI OS DE LA TE N SION SUPE RFI CIAL DEL AGUA DE STILADA PARAUN A VELO CIDAD DE LA MISMA A TRAVES DE L MAGNE TIZ ADOR D E 1m/ s, PARA DIFE REN TE S TEMPERATURAS Variante Experimental
α
Temperatura (ºC)
M0
28 25
.10 (exp.-3) (N/m)
M1
M1
73,86
73,96
73,98
74,54
74,60
74,64
Fig. 4: Dependencia de la tensión superficial con la inducción m agnética para diferentes temperaturas del sistema.
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4 Conclusiones y recomendaciones - El tratamiento magnético de las muestras investigadas, para las diferentes variantes y condiciones experimentales usadas, no produjo variaciones en la densidad, viscosidad, índice de refracción, absorción de la luz y pH de las mismas. - Se observó un aumento de la tensión superficial con la inducción magnética en las diferentes muestras investigadas, bajo las condiciones experimentales utilizadas. - Los mayores incrementos de la tensión superficial, así como la velocidad de crecimiento de dicho parámetro con la inducción magnética, se obtuvieron para V = 1,5 m/s.
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