Característica

Efectos del dióxido de cloro en las tuberías de distribución de agua fría y caliente

Los resultados del estudio indican que el desinfectante puede reducir la vida útil de la mayoría de los materiales de distribución de plomería a vidas útiles inferiores a las esperadas normales.

2 de septiembre de 2024

La mayoría de los sistemas de agua comunitarios (CWS, por sus siglas en inglés) en América del Norte utilizan uno o más desinfectantes químicos para tratar el agua superficial o subterránea para uso potable. En los Estados Unidos y Canadá, aproximadamente el 99 % de los sistemas de agua potable desinfectados utilizan cloro libre o cloramina como desinfectante, según la Asociación Estadounidense de Obras Hidráulicas (AWWA, por sus siglas en inglés).

El cloro se suele suministrar en forma líquida, como hipoclorito de sodio, la misma sustancia química que se encuentra en la lejía. También está disponible en forma de gas. La cloramina se forma cuando se añade amoníaco al agua tratada previamente con cloro. Estos compuestos han demostrado ser métodos eficaces para mantener segura nuestra agua potable.

Los materiales de tuberías plásticas CPVC (cloruro de polivinilo clorado), PEX (polietileno reticulado), PE-RT (polietileno de resistencia a altas temperaturas), PP-R (copolímero aleatorio de polipropileno) y PP-RCT (copolímero aleatorio de polipropileno con cristalinidad modificada y resistencia a la temperatura) han demostrado ser resistentes a estos desinfectantes cuando se utilizan en la distribución de plomería de agua fría y caliente, servicios de agua, líneas de suministro de edificios y otras aplicaciones relacionadas. 

Pero ¿qué pasa con otros desinfectantes de agua? 

Dióxido de cloro en sistemas municipales

Un desinfectante secundario del agua menos común es el dióxido de cloro (ClO 2 ). Si bien se utiliza a menudo como desinfectante primario del agua en plantas de tratamiento de agua, el dióxido de cloro se utiliza como desinfectante secundario (es decir, residual) en menos del 1 % de los sistemas públicos de agua potable de los Estados Unidos. 

El artículo de la revista AWWA de 2021 , “Comprensión de las prácticas de desinfección de los sistemas de agua comunitarios en los Estados Unidos”, contiene información reciente sobre el uso de desinfectantes de agua (https://bit.ly/3XLWTQG).

Los hallazgos de este informe incluyen: “El cloro libre… es por lejos el desinfectante residual más reportado por los servicios públicos para los CWS muy grandes, medianos y pequeños” y “Las cloraminas son el segundo desinfectante secundario más reportado en los CWS grandes y muy grandes… Calculamos que alrededor del 18% de los CWS, excluyendo los sistemas muy pequeños, usan cloraminas para la desinfección secundaria”. 

El dióxido de cloro es un gas disuelto que se utiliza en concentraciones diferentes a las del cloro libre o las cloraminas. Es muy volátil y eficaz como agente oxidante para la desinfección. El ClO2 tiene  un mecanismo de ataque diferente en los diversos materiales a los que está expuesto. Se ha demostrado que es agresivo para la mayoría de los materiales de las tuberías, incluidos el cobre y los plásticos a base de poliolefina.

“El dióxido de cloro es un gas de color amarillo a amarillo rojizo que puede descomponerse rápidamente en el aire”, explican los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC). “Como es un gas peligroso, el dióxido de cloro siempre se produce en el lugar donde se utiliza. El dióxido de cloro se utiliza como blanqueador en las fábricas de pulpa, que fabrican papel y productos de papel, y en las instalaciones públicas de tratamiento de agua, para que el agua sea potable. También se ha utilizado para descontaminar edificios públicos”.

La EPA de Estados Unidos ha establecido el nivel máximo de dióxido de cloro para el agua potable en 0,8 partes por millón (ppm), pero rara vez se utiliza en niveles tan altos en el tratamiento residual. Es normal que los niveles de desinfectante disminuyan según la edad del agua, la temperatura del agua, la distancia a la planta de tratamiento, el material de las tuberías, la materia orgánica en el agua y otros factores. 

En los sistemas de agua comunitarios tratados con dióxido de cloro, el nivel residual real que llega a la mayoría de los edificios es normalmente inferior a 0,4 ppm. Aun así, este nivel de ClO 2  podría ser agresivo para ciertos componentes del sistema de tuberías, por lo que los edificios conectados a suministros de agua con ClO 2  deben tener componentes de tuberías cuidadosamente seleccionados. 

Sin embargo, los sistemas de plomería tienen otro riesgo de exposición al ClO 2  , desde el interior del propio edificio (frases sacadas de películas de terror de los años 70).

¿Dónde y por qué se utiliza el dióxido de cloro en los edificios?

El diseño del sistema de distribución de plomería es un desafío dinámico con varias variables interactivas, como demandas de accesorios y caudales de agua, diámetros y longitudes de tuberías, temperaturas del agua, velocidades de recirculación, demandas de conservación de agua y energía y otros factores. 

La bacteria Legionella pneumophila ha sido un tema de mucha investigación en los últimos años, y los expertos en los campos de la salud pública y la plomería se han centrado en diseños de tuberías que eliminen los tramos muertos y utilicen tuberías de tamaño adecuado para ayudar a prevenir su crecimiento al reducir el volumen de agua estancada. 

Según los CDC y otras fuentes, la Legionella puede crecer en agua entre 68 F y 120 F (20 C a 48 C) con un rango de crecimiento ideal de 85 F a 110 F (29 C a 43 C).

En instalaciones de gran tamaño, como hospitales, residencias de ancianos, hoteles, edificios de apartamentos y grandes edificios de oficinas, a veces se añade dióxido de cloro a los sistemas de distribución de agua caliente y fría para tratar o controlar brotes de bacterias nocivas. Se pueden añadir dispositivos especializados de generación de dióxido de cloro para inyectar ClO 2  en dosis medidas directamente en el sistema de tuberías antes de que se distribuya el agua en todo el edificio. Estos dispositivos de inyección se encuentran más comúnmente en los sistemas de agua caliente. 

El dióxido de cloro es una de las diversas opciones de tratamiento de los sistemas de plomería para combatir el crecimiento de patógenos. Otras opciones incluyen la cloración, el tratamiento del agua con rayos ultravioleta, el choque térmico para eliminar las colonias existentes de Legionella y combinaciones de estos. Hay varios recursos de la industria disponibles para brindar orientación sobre estos temas, incluidos: 

• Directriz 12 de ASHRAE, Gestión del riesgo de legionelosis asociado con los sistemas de agua de los edificios;

• ASHRAE 188, Legionelosis: Gestión de riesgos para sistemas de agua en edificios;

• ASHRAE 514, Gestión de riesgos para sistemas de agua en edificios: peligros físicos, químicos y microbianos;

• Código uniforme de plomería de IAPMO, Apéndice N, Impacto de la temperatura del agua en el potencial de quemaduras y crecimiento de Legionella;

• Metodologías de ingeniería ASPE para reducir el riesgo de Legionella en sistemas de plomería de instalaciones locales .

La inyección de dióxido de cloro en el sistema de distribución de agua potable de los edificios puede ser ocasional, por ejemplo, para tratar un brote. El proceso también puede mantenerse para el tratamiento recurrente o permanente del sistema, especialmente en grandes instalaciones con diseños complejos de distribución de agua potable donde se forman biopelículas persistentes dentro de los componentes metálicos de las tuberías y los brotes son recurrentes. 

Por lo tanto, la exposición (por ejemplo, concentración, tiempo y temperatura) de los materiales de las tuberías al dióxido de cloro puede variar significativamente de un edificio a otro. ¿Cuáles son los posibles efectos en las tuberías de la inyección frecuente o constante de ClO 2  en un sistema de plomería? Un nuevo informe ayuda a abordar este tema. 

Efectos del  ClO 2  en los materiales de las tuberías de distribución de fontanería

En 2020, un equipo de expertos de la industria de las tuberías de plástico inició un proyecto de investigación para investigar los posibles efectos del dióxido de cloro en los materiales de las tuberías de presión que se utilizan en los sistemas de distribución de plomería. Su investigación descubrió que varios equipos de investigación en todo el mundo han realizado pruebas de laboratorio para evaluar los efectos del ClO 2  en estos materiales. 

Las investigaciones han demostrado que el tratamiento del agua con ClO2 puede  ser agresivo para la mayoría de los materiales de distribución de las tuberías, incluidas las tuberías metálicas como el cobre, donde sus efectos oxidativos pueden afectar el rendimiento a largo plazo. El dióxido de cloro también puede afectar a los materiales elastoméricos, como los sellos y las juntas que se encuentran en las bombas y en accesorios como las válvulas. 

El informe de 2019 “Problemas de degradación del dióxido de cloro en tuberías de agua de metal y plástico probadas en paralelo en un sistema semicerrado”, disponible en el International Journal of Environmental Research and Public Health ((https://bit.ly/3LhIMLJ), afirma que “cuatro tipos diferentes de [tuberías] de agua, dos basadas en plásticos, a saber, polipropileno aleatorio (PPR) y polietileno de temperatura elevada (PERT/aluminio multicapa), y dos hechas de metales, es decir, cobre y acero galvanizado, se colocaron en un sistema semicerrado donde  se dosificó ClO 2 de forma continua. …

“Los resultados muestran que el ClO 2  tiene un efecto profundo en todos los materiales probados (plásticos y metales) [y se producen] daños severos debido a su fuerte poder oxidante en términos de modificación química de la superficie de los metales y agrietamiento progresivo de los plásticos”.

 Si bien dichas pruebas fueron de naturaleza experimental y no simularon con precisión la exposición al agua caliente tratada que fluye a través de sistemas de tuberías presurizadas, los resultados publicados indican que el dióxido de cloro tiene el potencial de reducir la vida útil de la mayoría de los materiales de distribución de plomería a vidas útiles por debajo de lo normal. 

Para muchos materiales de tuberías de distribución de agua fría y caliente, los efectos reales del dióxido de cloro dependen de la combinación de factores como la temperatura del agua, la velocidad del agua, la presión del sistema, el uso de otros productos químicos para el tratamiento del agua, la concentración de ClO 2  en sí y otras variables potenciales exclusivas de cada sistema. 

Los datos indican que el dióxido de cloro tiene el potencial de ser sustancialmente más agresivo que el cloro libre o las cloraminas, incluso en concentraciones comparativamente más bajas, para los materiales de tuberías de cobre, PEX, PE-RT, PP-R y PP-RCT. La evaluación realizada por las empresas miembro del Plastics Pipe Institute (PPI) indica que no se sabe que el dióxido de cloro sea agresivo para el CPVC a temperaturas elevadas de 200 °F (93 °C) o inferiores. 

El resumen de la investigación de PPI, incluidos los enlaces a los estudios referenciados, se ha publicado en la Nota técnica TN-67 de PPI, “Dióxido de cloro y tuberías de distribución de agua fría y caliente de plástico” (https://bit.ly/3LhIMLJ).

Con base en estos hallazgos, los especificadores y diseñadores deben tener cuidado al considerar el uso de dióxido de cloro como desinfectante químico para tratar el agua para el control de Legionella u otros patógenos. 

PPI recomienda contactar a cada fabricante de sistemas de tuberías para obtener orientación sobre cómo utilizar sus materiales para tuberías y accesorios cuando se ha seleccionado dióxido de cloro como producto químico desinfectante. 

Puede haber casos en los que un material de tubería en particular no sea adecuado para una aplicación específica debido a los factores enumerados anteriormente, o no haya suficientes datos disponibles para indicar si un material de tubería o conexión determinado es adecuado. 

Lance MacNevin, ingeniero profesional, es el director de ingeniería de la División de Construcción y Edificación del Plastics Pipe Institute y ha trabajado en la industria de las tuberías de plástico desde 1993 en diversos puestos técnicos. Participa en comités técnicos de ASHRAE, ASPE, ASTM International, AWWA, CSA Group, IAPMO, ICC, IGSHPA, NSF International y RPA, y colabora en el desarrollo de códigos y normas para tuberías.