miércoles, 10 de diciembre de 2008

Toma de datos en una cavidad ( y VII)


Medida de la dureza del agua.- Es otro de los parámetros que nos interesa saber al hacer el estudio medioambiental de una cavidad; la dureza es una característica química del agua que está determinada por el contenido de carbonatos, bicarbonatos, cloruros y ocasionalmente nitratos de calcio y magnesio. Las aguas aptas para la bebida se llaman potables y una de su caracteristicas es que forman espuma persistente con el jabón.




Las aguas de manantiales y ríos suelen llevar siempre bicarbonatos y anhídrido carbónico. La dureza de las aguas naturales depende en gran parte de la naturaleza del suelo del que provienen. Las aguas procedentes de arenisca, granito y gneis suelen ser muy blandas, y las procedentes de cal, yeso y dolomita muy duras; el agua de lluvia es blanda. Las aguas que contienen cantidades notables de sales cálcicas y magnésicas se llaman duras; estas aguas no se utilizan para la bebida y forman grumos sólidos con el jabón. A veces se corrige la dureza de algunas aguas añadiéndoles sustancias que reaccionan con las sales de calcio o de magnesio formando cuerpos insolubles los cuales se separan por filtración. La dureza de las aguas puede ser temporal o permanente; la primera desaparece al hervir. La dureza está ligada al pH ya que aguas de dureza baja suelen ser al mismo tiempo ácidas y viceversa.




Hay varios métodos para medir la dureza del agua; uno es el método de valoración complexométrica con Titriplex III; otro es el llamado procedimiento por Hidrotimetría, que consiste en ir añadiendo gota a gota al agua que se ensaya una disolución alcohólica valorada de jabón hasta que se forma espuma persistente.




Desde que empecé con mis estudios de climática subterránea uso este último procedimiento de valoración por Hidrotimetría según el método de Boutrón y Boudet; para ello vamos a necesitar el siguiente material: licor hidrotimétrico valorado, frasco hidrotimétrico, líquido problema, es decir, el agua recogida en la cueva. El frasco hidrotimétrico viene señalado a 10, 20, 30 y 40 ml y con una referencia de temperatura de 20 grados; se cierra mediante un tapón esmerilado.




Técnica.- Vamos a ver cómo se procede para hallar la dureza. Tomamos, por ejemplo, 40cc del agua problema, exactamente medidos y lo vertemos en el frasco hidrotimétrico; si sospechamos de una dureza elevada tomamos la mitad, la cuarta, o la octava parte diluyendo los 40 cc con agua destilada. La disolución efectuada la tendremos en cuenta para los cálculos en que habrá que multiplicar por 2, 4 u 8 respectivamente. A continuación, mediante un cuentagotas valorado (tenemos que comprobar que cada gota sea igual a una décima de centímetro cúbico (0,1) añadimos licor hidrotimético al líquido problema; podemos hacer la adición de 3 en 3 décimas. Después de cada adición tapamos el frasco con el tapón esmerilado y sacudimos fuertemente 30 o 40 veces; si no forma espuma o si se forma y desaparece rápidamente, continuamos la adición de licor hidrotimético. Se da por termoinada la valoración cuando se consiga espuma persistente durante unos dos minutos.




Anotamos las décimas de cc. de licor hidrotimétrico gastadas y aplicamos la siguiente fórmula: (n-0,96) X 1,044 X D = grados hidrotimétricos. Vemos que: n= Número de décimas de cc. de L.H; 0,96= Gasto de L.H. para producir espuma persistente en un ensayo en blanco; 1,044=Equivalencia de 1 décima de cc. de L.H. en grados franceses; D= Dilución que tendrá el valor de 1,2,4 u 8 según se hayan tomado 40,20,10 o 5 cc. del agua problema. En esta fórmula, para saber la equivalencia entre décimas de cc. y grado hidrotimétrico, dividiremos 24 por 25 lo que nos da 1,044. es decir 0,1 cc =1º hidrotimétrico francés y su recíproca es 1º H=0,958 cc, prácticamente 0,96 cc.




Para saber la equivalencia entre décimas de cc. y grado hidrotimétrico (Gº H) dividiremos 24/23 = 1,044, es decir 0,1 cc = 1º Hidrotimétrico francés y su recíproca es 1º H = 0,958 cc, prácticamente 0,96 cc. Por otro lado, un grado francés equivale a 0,01 gr. de CO3Ca por litro de agua analizada. Veamos un ejemplo: empleamos 20 cc de agua problema + 20cc de agua destilada (D=2) y se han gastado 2,8 cc de L.H = 28 décimas. Aplicando la fórmula tendríamos: (28-0,96) X 1,044 X 2 =56,46º igual a 0,5646 gr. de CO3Ca por litro.




(*) En la foto de arriba, el autor midiendo la dureza del agua de uno de los lagos residuales de la Cueva de Belda en Cuevas de San Marcos (Málaga). Fotografía, archivo de Jose Antonio Berrocal.




domingo, 7 de diciembre de 2008

Toma de datos en una cavidad (VI)


Ya he comentado anteriormente que al hacer un estudio del clima de una cavidad, no sólo se mide la temperatura y humedad del aire; también medimos la temperatura del suelo y su humedad, así como la temperatura de la roca y del agua. Para medir la temperatura del suelo podemos utilizar un termómetro-sonda, fácil de encontrar en tiendas especializadas; en cuanto a la humedad, podemos utilizar una sonda como las que se usan en jardinería; esta última no tiene una escala numerada para medir la humedad. Lleva tres franjas de colores en semicirculo (naranja-verde-azul) que se corresponden con seco, semihúmedo y húmedo; no es de una gran exactitud, pero para nosotros es suficiente.




Pero, en relación al agua, ya he dicho que hay dos medidas que debemos tomar: el pH y la dureza; son dos parámetros muy importantes en cuanto a que afecta a la vida cavernícola, por ejemplos a los anfibios. Y esto nos lleva a esta reflexión: el medio acuático es el más afectado por la contaminación que se pueda producir en una cavidad; el agua se contamina y a su vez actúa como agente contaminante, pues no podemos olvidar que el agua es un agente transportador. Por eso no dejaremos de insistir en el especial cuidado que hay que tener con el uso del carburo en el medio subterráneo; ese polvo residual que nos queda en el carburero es hidróxido de calcio, producto fuertemente básico, que puede contaminar una zona muy extensa de la cueva si lo depositamos en el suelo al limpiar el carburero. Algo que nos interesa saber a todos lo espeleólogos.




Medida del pH.- Vamos a ver algunos conceptos sobre esto, pero sin intentar complicarlo demasiado pues escaparía a los límites de este blog; aquí tendríamos que hablar de los conceptos de basicidad y acidez. Sabemos que el agua pura es neutra y que por cada ión hidroxonio tiene que haber un ión hidroxilo. Por lo tanto las concentraciones de ambos iones han de ser iguales: [ H3O+] = [OH-]. Si añadimos una cierta cantidad de ácido al agua pura, entonces aumenta la concentración de hidroxonio, mientras que la concentración de los iones hidroxilo debe disminuir. Y viceversa.




Se acostumbra a expresar la acidez o basicidad de una disolución por el pH de la misma, por ser más cómodo, ya que de ordinario se trata de concentraciones muy pequeñas. El concepto de pH fue propuesto por Sörensen, quien definió el índice de hidrógeno o pH como "el logaritmo del inverso de la concentración de iones de hidroxonio [H3O+] contenidos en la disolución. También podemos decir que el pH es igual al logaritmo de la concentración de iones de hidroxonio cambiado de signo. Según esto, una disolución sería: si el pH es mayor que 7 es básica; si el pH es menor que 7 es ácida; y si el pH es igual a 7 es neutra.




Como vemos, el pH no tiene unidades; se expresa simplemente por un número. Existen métodos diferentes para medir el pH; uno de los más usados por su sencillez es introduciendo en el agua un trozo de papel indicador (de tornasol rojo) el cual cambiará de color. Cada color indica un valor del pH diferente; normalmente llevan una escala de colores de 1 a 14. Este método no es muy preciso, y no nos va a ser apropiado para hallar valores del pH exactos. Actualmente existen tiras indicadoras más exactas que miden en una escala de 4 a 8 y que pueden determinar valores de 1/2 como 5,5 o 7,5. Actualmente utilizo un pequeño equipo "test kit" de lo que se usan para medir el pH del agua de las piscinas; para ello llenamos el tubo que trae hasta la altura señalada y a continuación echamos dentro una pastilla que trae el equipo. El agua introducida virará al color del pH que tenga el agua, color que compararemos con la escala que trae el kit. Es un método bastante exacto.




(*) Arriba, a la izquierda, el autor tomando medida de la acidez del agua de uno de los lagos residuales de la Cueva de Belda en Cuevas de San Marcos (Málaga). Fotografía, archivo de Jose Antonio Berrocal.




jueves, 4 de diciembre de 2008

Toma de datos en una cavidad (V)


Ya hemos visto que para medir la humedad en una cueva usamos un aparato llamado psicrómetro, aunque no sea descartable el uso del higrómetro. También hemos visto como se debe usar el psicrómetro para tomar los datos, y que necesitamos usar también el barómetro para medir la presión, dato que vamos a necesitar. Pero, una vez que tenemos todos estos datos, surge la pregunta: ¿cómo se calcula a partir de ellos la humedad?. Observemos la siguiente fórmula:

Pv=Ps-0,8(T-Tw)


en donde: (Pv) es la presión parcial de vapor en el aire en cuestión; (Ps) es la presión parcial de vapor de agua saturante; (0,8) es una constante; (T) es la temperatura del termómetro seco y (Tw) es la temperatura del termómetro húmedo.


Pero supongo que os habréis dado cuenta que para hallar Pv nos falta conocer cual es el valor de Ps; bien, hay una tabla en la cual para cada dato de temperatura medida con el termómetro húmedo, corresponde un valor determinado de Ps, que vendrá expresado en mm de mercurio. Por ejemplo para una Tw=10º corresponde un valor Ps=9,209 mm de Hg. Por lo tanto, la fórmula anterior y la tabla de valores de Ps constituyen la base de cálculo en psicrometría. La humedad total vendría dada por la siguiente expresión:


HR %=100 x Pv/Ps


Pero este cálculo es válido si consideramos que la presión real es la normal a nivel del mar (760 mm de Hg); si esto no es así, habrá que introducir en la presión parcial (Ps) el siguiente factor de corrección:


f=Preal/760


Por lo tanto necesitamos saber cual es la presión real en ese momento y en ese punto; esa presión la vamos a medir con el barómetro. Vamos a ver un ejemplo práctico de cálculo de la humedad:


¿Cuál sería la humedad relativa del aire cuando el termómetro seco marca 8º y el húmedo 5º?


Utilizando la tabla vemos que Ps tendría el siguiente valor: Ps=6,543. Ahora aplicamos la fórmula anterior y vemos que Pv es igual a:


Pv=6,543-0,8(8-5)=4,143


Entonces la humedad sería: HR%=4,143/6,543x100=63,3%


En una gruta no es raro encontrar que Tw=T; en este caso la humedad sería del 100%. La experiencia nos ha demostrado que en la zonas profundas de una cavidad la humedad fluctúa normalmente entre el 97 y el 100%.



(*) Arriba, a la izquierda fotografía de un termohigrógrafo; estos aparatos tienen un mecanismo eléctrico o mecánico; sobre un papel milimetrado van dibujando una gráfica con la temperatura y la humedad que hace en una fecha y hora concreta. Se usan en cuevas turísticas o en aquellas que tienen su acceso controlado. Es muy adecuado para controlar el impacto que pueden causar los visitantes. Es un aparato bastante caro.






martes, 2 de diciembre de 2008

Toma de datos en una cavidad (IV)


Hemos visto que para medir la humedad en una cavidad utilizamos un aparato llamado psicrómetro; en el capítulo anterior mostraba una foto del psicrómetro que uso desde hace ya bastantes años, pero el primero que pude ver no era este. Creo haber dicho que mi primer maestro en espeleoclimatología fue Simón A. Carmona de Sevilla; pero él utilizaba, al menos al pricipio, un psicrómetro de los llamados de "carraca"; este psicrómetro tiene también dos termómetros como todos, pero lleva un mango con el que se hace girar y después se toma la lectura. El hecho de hacerlo girar es porque para una mejor lectura necesitamos una cierta corriente de aire; en el caso del mío utilizo un ventilador pequeño a pilas




Bien, vamos a ver cómo tomamos los datos. Tenemos que pensar que con un psicrómetro vamos a determinar la humedad y la temperatura de la cavidad. El psicrómetro debemos situarlo a una cierta altura sobre el suelo; lo ideal sería a 1,5 metros. No debemos ponerlo dentro de oquedades, pues se podrían falsear los datos; si la sala es grande, se debe tomar más de un dato; por otro lado si el techo es alto y hay posibilidad de acceso a zonas altas de la misma, se deberían tomar datos en esas zonas. Una cuestión muy importante es contar con la topografía de la cavidad, pues necesitamos datos como distancia a la boca de la misma y profundidad; Igualmente vamos a necesitar los puntos topográficos, pues en ellos situaremos las estaciones climáticas.




Lo primero que tenemos que hacer, antes de situar el psicrómetro, es llenar de agua el tubo de cristal y meter dentro del mismo la gasa que rodea al termómetro húmedo de modo que se moje totalmente; es muy importante que esta gasa esté siempre mojada, pues es caso contrario se falsearían los datos. A continuación situamos el aparato de la forma que ya he indicado antes, sujetandolo a una estalagmita, por ejemplo, y esperamos unos 5 minutos para que se estabilice. Debemos retirarnos del mismo para no influir en la medida. Pasado este tiempo, tomamos la medida de la temperatura del termómetro seco; a esta temperatura del aire la vamos a llamar T; ahora, a una cierta distancia, ponemos en marcha el ventilador a pilas y dirigimos la corriente de aire hacia el psicrómetro; no debemos ponerlo demasiado cerca, será suficiente a unos 70-80 cms de distancia. Finalmente anotamos la temperatura del termómetro húmedo, que nos dará la temperatura de saturación adiabática a la que llamaremos Tw. Si utilizamos un psicrómetro de carraca, lo giraremos repetidas veces hasta que la temperatura del termómetro húmedo no descienda más. Debemos anotar la temperatura inmediatamente.




Pero ya he dicho en el anterior capítulo que además de la temperatura necesitamos otro dato: la presión. Para ello vamos a utilizar un barómetro o mejor un altímetro-barómetro que puede ser analógico o digital. Yo utilizo uno analógico, simplemente porque lo tengo desde hace muchos años; con ello tendremos dos datos: la altura y la presión. ¿Por qué la presión?; lo veremos más adelante. En cuanto al altímetro, lo utilizaremos para situar la entrada de la cavidad en su cota respecto al mar.





(*) Arriba fotografía de un psicrómetro de carraca. Se utilizó mucho en los años setenta para medir la humedad en las cavidades.