Práctica de Laboratorio: Determinación del calor latente de fusión del agua

 

Determinación del calor latente de fusión del agua

1. Introducción

Cuando el hielo se transforma en agua líquida, absorbe energía sin experimentar un cambio de temperatura mientras coexisten ambas fases a presión aproximadamente constante. La energía requerida por unidad de masa para producir esta transformación se denomina calor latente específico de fusión.

En esta práctica se determinará experimentalmente el calor latente de fusión del agua mediante un balance energético en un calorímetro sencillo. Se mezclará una masa conocida de agua inicialmente tibia con hielo a una temperatura próxima a 0 °C y se medirá la temperatura final de equilibrio.

Se realizarán ensayos repetidos y, siempre que sea posible, una calibración previa del calorímetro. Los resultados se compararán con el valor de referencia y se analizará cómo influyen las pérdidas de calor, el agua adherida al hielo y la precisión de las mediciones.

2. Objetivos

2.1 Objetivo general

Determinar experimentalmente el calor latente específico de fusión del agua por calorimetría, aplicando el principio de conservación de la energía.

2.2 Objetivos específicos

·        Preparar hielo cercano a 0 °C a partir de agua destilada y controlar las condiciones iniciales de temperatura.

·        Medir las masas de agua y hielo involucradas en un proceso de fusión dentro de un sistema calorimétrico.

·        Estimar la capacidad calorífica del calorímetro mediante una mezcla de agua caliente y fría, cuando el equipo lo permita.

·        Calcular el calor latente de fusión y el error porcentual respecto del valor de referencia.

·        Identificar fuentes de error experimental y proponer mejoras al aislamiento y a la medición de temperatura.

3. Fundamentos teóricos

3.1 Calor latente y cambios de estado

A la presión atmosférica ordinaria, el hielo puro funde aproximadamente a 0 °C. Mientras ocurre la fusión, la energía absorbida se destina al cambio de fase y no al aumento de temperatura. La energía asociada se expresa como:

Qfusión = mh · Lf

donde Qfusión es el calor absorbido (J), mh la masa de hielo fundido (g) y Lf el calor latente específico de fusión (J·g⁻¹). Como referencia se utilizará Lf,ref = 333,5 J·g⁻¹ (aprox. 79,7 cal·g⁻¹), a 0 °C. Se empleará cw = 4,184 J·g⁻¹·°C⁻¹ para el calor específico del agua líquida.

3.2 Balance energético agua–hielo

Si el hielo está a 0 °C y llega a fundirse por completo, el calor cedido por el agua tibia y el calorímetro equivale al calor requerido para fundir el hielo y calentar el agua resultante hasta la temperatura final:

(ma · cw + Ccal) · (Ti − Tf) = mh · Lf + mh · cw · (Tf − 0 °C)

Aquí ma es la masa inicial de agua tibia, Ccal es la capacidad calorífica efectiva del calorímetro (J·°C⁻¹), Ti es la temperatura inicial del agua y del recipiente, y Tf la temperatura final. Se supone que las pérdidas hacia el ambiente son pequeñas y que no hay derrames.

3.3 Capacidad calorífica del calorímetro

El recipiente también intercambia energía. Puede estimarse su capacidad calorífica por mezcla de agua fría y caliente, colocando primero el agua fría en el calorímetro. Así, el recipiente parte de la temperatura Tc del agua fría:

Ccal = cw · [mc · (Th − Tm) − mf · (Tm − Tc)] / (Tm − Tc)

En esta ecuación, mc es la masa de agua caliente añadida, mf es la masa de agua fría inicialmente contenida, Th y Tc son las temperaturas de ambas porciones antes de mezclarlas y Tm la temperatura final. Se debe emplear la misma unidad de masa en toda la ecuación. Si no es posible efectuar esta calibración, se trabajará con Ccal = 0 como aproximación y se señalará expresamente su limitación.

4. Parte experimental

4.1 Materiales y equipos

·        Calorímetro de mezcla o vaso de poliestireno expandido de 200–300 mL con tapa aislante; idealmente, un segundo vaso exterior.

·        Balanza con resolución de 0,01 g (preferiblemente) y capacidad adecuada para el recipiente.

·        Termómetro de −10 a 100 °C con resolución de 0,1 °C, o sonda de temperatura equivalente.

·        Dos vasos de precipitados de 150–250 mL; probeta de 100 mL; varilla o agitador plástico.

·        Recipiente para preparar un baño de hielo y agua; colador o pinzas; papel absorbente limpio.

·        Fuente segura de agua tibia o caliente (placa calefactora o agua caliente preparada por el docente); cronómetro.

4.2 Sustancias y disponibilidad según el inventario

·        Agua destilada: disponible en los inventarios de reactivos líquidos (frascos) y de galones/botellas (galones).

·        Hielo de agua destilada: preparar previamente en congelador; no aparece registrado como reactivo independiente.

No se requieren ácidos, bases, sales, disolventes orgánicos ni indicadores. Los documentos aportados inventarían reactivos, pero no acreditan existencia de calorímetro, balanza, termómetro ni fuente de calor: verificar estos equipos antes de programar la sesión.

4.3 Preparación del sistema

1. Un día antes, congelar suficiente agua destilada en cubiteras limpias. Mantener el hielo libre de sales u otras sustancias.

2. Preparar el calorímetro con tapa y termómetro; procurar que la sonda no toque el fondo ni las paredes. Definir qué piezas del recipiente se incluirán en todas las pesadas.

3. Para obtener hielo próximo a 0 °C, mantenerlo varios minutos en un baño de hielo y agua; retirar cada porción inmediatamente antes de usarla, escurrirla y secar cuidadosamente su superficie.

4. Preparar agua tibia para la determinación (aprox. 35–40 °C). No utilizar agua hirviendo. Mantener el montaje alejado de corrientes de aire.

4.4 Calibración del calorímetro (recomendada)

1. Pesar el calorímetro vacío. Añadir cerca de 60,0 g de agua a temperatura ambiente y obtener por diferencia la masa mf. Cerrar y esperar a que el recipiente alcance una temperatura estable Tc.

2. En un vaso aparte preparar aproximadamente 50,0 g de agua a 50–60 °C. Registrar Th inmediatamente antes de transferirla.

3. Añadir rápidamente el agua caliente al calorímetro, tapar, agitar suavemente y registrar la temperatura máxima o de equilibrio Tm alcanzada tras mezclar.

4. Determinar la masa mc de agua caliente realmente añadida por diferencia de pesadas. Calcular Ccal con la ecuación de la sección 3.3. Si se obtiene Ccal < 0, revisar mediciones y pérdidas térmicas antes de usar ese valor.

4.5 Ensayo A: fusión del hielo

1. Vaciar, limpiar y secar el calorímetro. Pesarlo vacío (m0). Añadir aproximadamente 100,0 g de agua destilada tibia y volver a pesarlo (m1). Calcular ma = m1 − m0.

2. Tapar, esperar brevemente y registrar la temperatura inicial Ti del agua dentro del calorímetro (idealmente 35–40 °C).

3. Tomar una porción de hielo a 0 °C aproximado, secar rápidamente el agua superficial y añadir de forma gradual unos 15–25 g al calorímetro. Tapar de inmediato y agitar con suavidad.

4. Observar hasta que se funda todo el hielo. Registrar la temperatura final de equilibrio Tf; se recomienda obtener un valor final superior a 10 °C para asegurar fusión completa y una lectura clara.

5. Pesar nuevamente el mismo conjunto del calorímetro con su contenido (m2), sin pérdidas por salpicaduras. Determinar la masa de hielo añadida: mh = m2 − m1.

6. Calcular Lf y el error porcentual con las ecuaciones de la sección 5. Si persisten fragmentos de hielo, repetir con menor masa; no usar datos de un ensayo con hielo sin fundir.

4.6 Ensayos B y C: repetibilidad

1. Repetir el ensayo con porciones nuevas de agua tibia y hielo, manteniendo masas iniciales y temperaturas semejantes.

2. Registrar las tres series de resultados y calcular el promedio, la desviación estándar y el error relativo respecto al valor de referencia.

3. Comparar el efecto de pequeñas variaciones de temperatura inicial y masa de hielo sobre Lf obtenido.

5. Cálculos y tratamiento de datos

5.1 Masas y balance energético

ma = m1 − m0                     mh = m2 − m1

Qcedido = (ma · cw + Ccal) · (Ti − Tf)

Qganado = mh · Lf + mh · cw · Tf

Las masas se expresan en gramos, las temperaturas en °C y Ccal en J·°C⁻¹. Los términos de temperatura son diferencias, por lo que admiten °C o K de forma equivalente.

5.2 Determinación del calor latente de fusión

Lf = [(ma · cw + Ccal) · (Ti − Tf) / mh] − cw · Tf

Si no se calibra el calorímetro, usar Ccal = 0 J·°C⁻¹ e indicar que se desprecia el calor cedido por el recipiente, lo cual puede sesgar el resultado hacia valores menores. La expresión es válida para hielo a 0 °C que se funde completamente.

5.3 Error porcentual y promedio

Error (%) = |Lf,exp − 333,5| / 333,5 × 100

Lf,prom = (Lf,A + Lf,B + Lf,C) / 3

Calcular también la desviación estándar de los tres ensayos si se dispone de los valores. Identificar cualquier resultado físicamente implausible antes de promediar.

5.4 Ejemplo orientativo (datos hipotéticos)

Si ma = 100,0 g, mh = 20,0 g, Ti = 40,00 °C, Tf = 20,82 °C y Ccal = 20,0 J·°C⁻¹:

Lf = [(100,0 × 4,184 + 20,0) × (40,00 − 20,82) / 20,0] − 4,184 × 20,82

Lf ≈ 333,3 J·g⁻¹; error ≈ 0,06 %

Los valores anteriores son exclusivamente ilustrativos. Los resultados reales dependen de las condiciones del ensayo y del desempeño del calorímetro.

6. Observaciones y resultados

Fecha: ____________________________    Grupo: __________    Temperatura ambiente: __________ °C

Integrantes: _______________________________________________________________________________

Tabla A. Calibración del calorímetro (si se realiza)

Magnitud	Valor registrado
Masa de agua fría, mf (g)
Masa de agua caliente, mc (g)
Temperatura del agua fría, Tc (°C)
Temperatura del agua caliente, Th (°C)
Temperatura final de mezcla, Tm (°C)
Capacidad calorífica, Ccal (J·°C⁻¹)

 

Tabla B. Masas medidas durante la fusión

Ensayo	m0 (g)	m1 (g)	m2 (g)	ma (g)	mh (g)
A
B
C

 

Tabla C. Temperaturas y datos calculados

Ensayo	Ti (°C)	Tf (°C)	Ccal (J·°C⁻¹)	Lf (J·g⁻¹)	Error (%)
A
B
C

 

Tabla D. Síntesis de resultados

Indicador	Valor obtenido
Lf promedio (J·g⁻¹)
Desviación estándar (J·g⁻¹)
Error del promedio (%)
Número de ensayos válidos

 

Observaciones durante la fusión:

_________________________________________________________________________

Interpretación de los resultados:

_________________________________________________________________________

7. Precauciones y seguridad

·        Utilizar bata, gafas de seguridad y zapatos cerrados. Secar de inmediato las superficies mojadas para evitar resbalones.

·        No manipular recipientes calientes sin protección; el calentamiento del agua debe ser supervisado por el docente. No utilizar llama abierta con vasos de poliestireno.

·        Emplear únicamente agua destilada e hielo del mismo origen; no incorporar sales para enfriar el hielo ni otros reactivos.

·        Secar el hielo superficialmente antes de introducirlo: el agua líquida adherida no requiere calor de fusión y altera la masa calculada.

·        Evitar derrames y agitar suavemente; pesar siempre el mismo conjunto antes y después de la adición de hielo.

·        No golpear el termómetro ni apoyarlo contra el fondo del vaso; si es de vidrio, evitar choques térmicos y seguir el protocolo ante roturas.

·        No cerrar herméticamente recipientes sometidos a calentamiento. Desechar el agua utilizada por la vía habitual si no hubo contaminación química.

8. Cuestionario

1. Explique por qué la temperatura del hielo permanece aproximadamente constante mientras se funde a presión constante.

2. ¿Qué diferencia existe entre calor específico y calor latente específico? Indique sus unidades en el Sistema Internacional y en J·g⁻¹.

3. Justifique la necesidad de conocer la masa del hielo por diferencia de pesadas y no solamente mediante su volumen aproximado.

4. ¿Por qué el hielo debe hallarse próximo a 0 °C y con la superficie seca antes de introducirlo en el calorímetro?

5. Deduzca la ecuación de Lf a partir del balance de energía, indicando todos los términos considerados.

6. Con los datos del ensayo A, calcule el calor cedido por el agua y el calor aportado por el calorímetro.

7. Calcule Lf de los tres ensayos y el error porcentual de cada uno respecto de 333,5 J·g⁻¹.

8. ¿Qué efecto tendría sobre el Lf calculado una masa adicional de agua líquida adherida al hielo?

9. Analice qué implicaciones tiene tomar Ccal = 0 cuando la capacidad calorífica real del recipiente es distinta de cero.

10. Proponga dos mejoras para reducir el intercambio de calor con el ambiente y aumentar la repetibilidad de los ensayos.

9. Referencias bibliográficas

Atkins, P., de Paula, J., & Keeler, J. (2018). Atkins’ physical chemistry (11th ed.). Oxford University Press.

Ling, S. J., Sanny, J., & Moebs, W. (2016). University physics volume 2. OpenStax. https://openstax.org/details/books/university-physics-volume-2

Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2019). Physics for scientists and engineers with modern physics (10th ed.). Cengage Learning.

PRÁCTICA DE LABORATORIO: TRATAMIENTO EXPERIMENTAL DEL AGUA MEDIANTE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN, SEDIMENTACIÓN Y FILTRACIÓN

 

TRATAMIENTO EXPERIMENTAL DEL AGUA MEDIANTE COAGULACIÓN-FLOCULACIÓN, SEDIMENTACIÓN Y FILTRACIÓN

1. Introducción

El tratamiento del agua comprende una secuencia de operaciones físicas y químicas destinadas a disminuir la presencia de partículas suspendidas y otras sustancias que afectan su calidad. Entre las etapas convencionales se encuentran la coagulación, la floculación, la sedimentación y la filtración.

En esta práctica se realizará un ensayo experimental de tratamiento a escala de laboratorio empleando cloruro férrico como coagulante. Se estudiará el efecto de diferentes dosis sobre la formación de flóculos y la clarificación de una muestra turbia. Posteriormente, el sobrenadante correspondiente al mejor tratamiento se someterá a filtración en una columna sencilla constituida por arena y carbón activado.

En esta práctica no se utilizará espectrofotómetro. La eficiencia del proceso se evaluará mediante observaciones estandarizadas de claridad, altura o volumen de sedimento, tiempo de sedimentación, pH y conductividad eléctrica. La comparación se realizará siempre bajo condiciones iguales de iluminación y utilizando un blanco visual de referencia. (Método semicuantitativo).

La experiencia integra conceptos de química ambiental, equilibrio ácido-base, hidrólisis de sales metálicas, formación de hidróxidos insolubles, separación de fases y adsorción, y permite discutir las ventajas y limitaciones de un tratamiento simplificado frente a una planta de potabilización real.

2. Objetivos

Objetivo general

Evaluar experimentalmente un proceso simplificado de tratamiento de agua mediante coagulación-floculación con cloruro férrico, sedimentación y filtración con arena y carbón activado.

Objetivos específicos

• Preparar una muestra turbia modelo o utilizar una muestra ambiental con turbidez visible.

• Aplicar diferentes dosis de cloruro férrico y comparar la formación de flóculos.

• Identificar la dosis que produzca la mejor clarificación bajo las condiciones del ensayo.

• Medir el pH antes y después del tratamiento y relacionar sus cambios con la hidrólisis del Fe³⁺.

• Evaluar el efecto de la sedimentación sobre la separación de partículas suspendidas.

• Construir y utilizar una columna sencilla de filtración con arena y carbón activado.

• Comparar cualitativa y semicuantitativamente el agua antes y después de las diferentes etapas del tratamiento.

• Reconocer las limitaciones del proceso realizado y diferenciar clarificación de potabilización.

3. Fundamento teórico

3.1. Coagulación

Muchas partículas presentes en aguas turbias son suficientemente pequeñas para permanecer dispersas durante tiempos prolongados. La adición de un coagulante ayuda a desestabilizar estas partículas y favorece su agrupación. En esta práctica se utilizará cloruro férrico, FeCl₃.

En agua, el cloruro férrico se disocia:

FeCl₃(ac) → Fe³⁺(ac) + 3 Cl⁻(ac)

3.2. Hidrólisis del ion férrico y formación de flóculos

El ion Fe³⁺ se hidroliza y puede formar hidróxido férrico, un sólido gelatinoso que favorece la captura y arrastre de partículas suspendidas:

Fe³⁺(ac) + 3 H₂O(l) ⇌ Fe(OH)₃(s) + 3 H⁺(ac)

La formación de H⁺ explica por qué la coagulación con sales férricas puede disminuir el pH. La alcalinidad natural del agua contribuye a neutralizar parte de esa acidez. Cuando predomina el bicarbonato puede representarse, de forma simplificada, como:

HCO₃⁻(ac) + H⁺(ac) → CO₂(ac) + H₂O(l)

3.3. Floculación y sedimentación

Después de la mezcla rápida, una agitación más lenta favorece el contacto entre partículas desestabilizadas y el crecimiento de flóculos. Cuando estos alcanzan un tamaño suficiente, sedimentan por acción de la gravedad y dejan una fase superior más clara.

3.4. Filtración

La filtración retiene partículas que no fueron eliminadas por sedimentación. En una columna sencilla, la arena actúa principalmente como medio físico de retención y distribución del flujo. El carbón activado, además de participar en la retención de partículas, posee una elevada área superficial y puede adsorber diversas sustancias.

La adsorción puede representarse de forma general como:

Contaminante(ac) + sitio activo(s) ⇌ contaminante adsorbido(s)

3.5. Dosis óptima de coagulante

La mayor dosis de coagulante no necesariamente produce el mejor resultado. Una dosis insuficiente puede dejar partículas sin desestabilizar, mientras que una dosis excesiva puede modificar demasiado el pH, incrementar especies disueltas o reducir la eficiencia de la floculación. Por ello se compararán varias dosis manteniendo constantes el volumen de muestra y las condiciones de mezcla.

4. Materiales y equipos

• Cinco vasos de precipitados de 250 mL o recipientes transparentes equivalentes

• Probeta de 100 o 250 mL

• Pipetas graduadas o micropipetas

• Varillas de agitación o agitadores

• Cronómetro

• pH-metro

• Conductímetro, si está disponible

• Embudo o columna plástica/transparente para filtración

• Algodón o material de soporte para el fondo de la columna

• Papel de filtro, si se requiere

• Balanza

• Espátula

• Fondo blanco con texto negro impreso para comparación visual

• Guantes, gafas de seguridad y bata

Reactivos

• Solución de cloruro férrico (FeCl₃)

• Carbón activado

• Arena de playa

• Agua destilada

• Solución de bicarbonato de sodio al 5 %, únicamente si se requiere corregir una acidez excesiva en una prueba adicional

5. Preparación previa

5.1. Preparación de la muestra turbia

Se recomienda utilizar una muestra ambiental con turbidez visible. Cuando se requiera una muestra modelo, puede prepararse de la siguiente manera:

1. Colocar 2 g de arena fina o de la fracción más fina disponible en 1 L de agua.

2. Agitar vigorosamente durante 2 minutos.

3. Dejar reposar 30 segundos y utilizar la fracción superior todavía turbia para distribuir los tratamientos.

4. Preparar volumen suficiente para que todos los tratamientos provengan de una misma mezcla homogénea.

Nota: si la arena disponible es demasiado gruesa y no produce turbidez persistente, debe preferirse una muestra ambiental turbia. No se recomienda añadir sustancias no contempladas en el manual únicamente para aumentar la turbidez.

5.2. Solución de trabajo de FeCl₃

Se requiere de una solución de trabajo de 10 g/L de FeCl₃ para el ensayo de dosis. Si se parte de FeCl₃ sólido, se disuelven 1 g y se completa a 100 mL con agua destilada. Si se parte de una solución comercial o previamente preparada, deberá calcularse la dilución a partir de la concentración indicada en su etiqueta.

Con una solución de trabajo de 10 g/L, cada 1 mL añadido a 200 mL de muestra equivale a una dosis de 50 mg/L de FeCl₃.

Dosis (mg/L) = [C coagulante (mg/mL) × V añadido (mL)] / V muestra (L)

6. Procedimiento experimental

Parte A. Caracterización inicial

1. Homogeneizar la muestra turbia inmediatamente antes de distribuirla.

2. Medir 200 mL de muestra en cada uno de cinco vasos identificados como T0, T1, T2, T3 y T4.

3. Medir y registrar el pH inicial de la muestra.

4. Si se dispone de conductímetro, medir y registrar la conductividad inicial.

5. Observar la muestra frente a un fondo blanco con texto negro y registrar el grado de visibilidad del texto.

Parte B. Ensayo de coagulación-floculación

Utilizando FeCl₃ de 10 g/L, aplicar las siguientes dosis:

Tratamiento	Volumen de FeCl₃ 10 g/L	Dosis de FeCl₃	Volumen de muestra
T0	0.00 mL	0 mg/L	200 mL
T1	1.00 mL	50 mg/L	200 mL
T2	2.00 mL	100 mg/L	200 mL
T3	3.00 mL	150 mg/L	200 mL
T4	4.00 mL	200 mg/L	200 mL

1. Agregar la dosis correspondiente de FeCl₃ a cada vaso. T0 será el control sin coagulante.

2. Realizar una mezcla rápida durante 1 minuto, procurando utilizar la misma intensidad de agitación en todos los vasos.

3. Reducir la velocidad y realizar una mezcla lenta durante 10 minutos para favorecer la floculación.

4. Detener la agitación y comenzar inmediatamente a medir el tiempo de sedimentación.

5. Dejar sedimentar durante 20 minutos sin mover los vasos.

6. A los 5, 10 y 20 minutos registrar cualitativamente el tamaño de los flóculos y la claridad del sobrenadante.

7. Al finalizar los 20 minutos, medir el pH del sobrenadante de cada tratamiento sin perturbar el sedimento.

8. Si se dispone de conductímetro, medir la conductividad del sobrenadante.

9. Seleccionar el tratamiento con mejor clarificación considerando simultáneamente claridad, formación de flóculos, sedimentación y pH final.

Parte C. Escala visual de claridad

1. Colocar detrás de cada vaso una hoja blanca con una misma palabra o cuadrícula negra impresa.

2. Asignar un grado de claridad de 0 a 5 utilizando la misma iluminación y distancia de observación.

3. Utilizar la escala: 0 = texto no visible; 1 = apenas perceptible; 2 = visible con gran dificultad; 3 = visible; 4 = claramente visible; 5 = muy claramente visible.

4. Realizar la valoración de cada vaso por dos observadores y registrar ambos resultados.

5. Calcular el promedio de claridad visual para cada tratamiento.

Parte D. Construcción de una columna de filtración

1. Colocar una pequeña capa de algodón en la parte inferior de una columna, jeringa grande sin émbolo o embudo adecuado para evitar pérdida de material.

2. Agregar aproximadamente 3 cm de carbón activado previamente humedecido con agua destilada.

3. Agregar sobre el carbón aproximadamente 5 cm de arena previamente enjuagada con agua destilada.

4. Enjuagar la columna con agua destilada hasta que el efluente salga sin partículas visibles del medio filtrante.

5. Desechar el agua de enjuague según el procedimiento establecido.

Parte E. Filtración del mejor tratamiento

1. Decantar cuidadosamente 100 mL del sobrenadante correspondiente al mejor tratamiento de coagulación-floculación.

2. Reservar aproximadamente 20 mL como muestra «antes de filtración».

3. Pasar el volumen restante lentamente por la columna de arena y carbón activado.

4. Recoger el filtrado en un vaso limpio.

5. Medir el pH del filtrado.

6. Si se dispone de conductímetro, medir la conductividad del filtrado.

7. Comparar visualmente la muestra inicial, el sobrenadante antes de filtración y el filtrado final utilizando la escala de claridad de 0 a 5.

8. Registrar cualquier cambio de color, olor, presencia de partículas o velocidad de filtración.

Parte F. Prueba opcional de ajuste de pH

Esta parte solo se realizará si el mejor tratamiento presenta una disminución marcada de pH y el docente considera pertinente demostrar el papel de la alcalinidad.

1. Tomar 50.0 mL de una nueva porción de muestra turbia.

2. Agregar 0.50 mL de bicarbonato de sodio al 5 % y mezclar.

3. Medir el pH.

4. Aplicar la dosis de FeCl₃ seleccionada como mejor en el ensayo anterior, ajustando el volumen proporcionalmente a 50.0 mL.

5. Repetir la mezcla rápida, floculación y sedimentación.

6. Comparar el pH final y la formación de flóculos con el tratamiento equivalente sin bicarbonato.

7. Registro de resultados

Tabla 1. Ensayo de coagulación-floculación

Trat.	FeCl₃ (mg/L)	pH inicial	pH final	Claridad 5 min	Claridad 10 min	Claridad 20 min
T0	0
T1	50
T2	100
T3	150
T4	200

Tabla 2. Observaciones de floculación y sedimentación

Trat.	Flóculos	Sedimento	Sobrenadante	Observaciones
T0
T1
T2
T3
T4

Tabla 3. Comparación de etapas del tratamiento

Etapa	pH	Conductividad*	Claridad (0-5)	Color	Partículas
Muestra inicial
Después de coagulación/sedimentación
Después de filtración

*Completar únicamente cuando se disponga del equipo correspondiente.

8. Cálculos y tratamiento de datos

1. Calcule la dosis de FeCl₃ aplicada en cada tratamiento utilizando la ecuación de la sección 5.2.

2. Calcule el promedio de las dos valoraciones visuales de claridad para cada tratamiento.

3. Calcule el cambio de pH para cada tratamiento: ΔpH = pH final - pH inicial.

4. Si se midió conductividad, calcule el cambio porcentual respecto de la muestra inicial.

5. Construya una gráfica de dosis de FeCl₃ frente a claridad promedio a los 20 minutos.

6. Construya una gráfica de dosis de FeCl₃ frente a pH final.

7. Identifique experimentalmente la dosis que produjo el mejor compromiso entre clarificación y pH.

9. Análisis e interpretación de resultados

1. ¿Qué tratamiento produjo los flóculos más visibles y el sobrenadante más claro?

2. ¿La claridad aumentó continuamente al incrementar la dosis de FeCl₃? Explique el comportamiento observado.

3. ¿Cómo cambió el pH con la dosis de coagulante? Relacione el resultado con la hidrólisis del Fe³⁺.

4. ¿El control T0 presentó sedimentación? ¿Qué indica esto sobre la fracción de partículas que puede separarse únicamente por gravedad?

5. Compare la claridad obtenida después de sedimentación con la obtenida después de filtración.

6. ¿Qué función cumplió la arena en la columna?

7. ¿Qué función cumplió el carbón activado?

8. Si se midió conductividad, ¿aumentó o disminuyó después de añadir FeCl₃? Proponga una explicación química.

9. ¿Qué diferencias se observaron en la prueba opcional con bicarbonato?

10. Explique por qué el agua visualmente más clara no puede considerarse automáticamente potable.

11. Indique al menos tres variables que deberían controlarse mejor en un ensayo de jarras profesional.

12. Proponga una modificación del experimento para comparar otro factor, como tiempo de floculación, masa de carbón activado o velocidad de filtración.

10. Cuestionario poslaboratorio

1. ¿Cuál es la diferencia entre coagulación y floculación?

2. Escriba la ecuación de hidrólisis simplificada del Fe³⁺ que conduce a Fe(OH)₃.

3. ¿Por qué la coagulación con FeCl₃ puede disminuir el pH?

4. ¿Qué papel desempeña la alcalinidad durante la coagulación?

5. Calcule la dosis de FeCl₃ cuando se agregan 2.5 mL de una solución de 10 g/L a 250 mL de agua.

6. ¿Por qué una dosis excesiva de coagulante puede ser desfavorable?

7. ¿Qué diferencia existe entre sedimentación y filtración?

8. Explique por qué el carbón activado puede remover sustancias que atraviesan la arena.

9. ¿Qué ventaja tiene incluir un tratamiento control sin coagulante?

10. ¿Por qué debe mantenerse igual la intensidad y el tiempo de mezcla para todos los tratamientos?

11. ¿Qué limitación presenta una escala visual de claridad frente a un turbidímetro?

12. ¿Qué análisis adicionales serían necesarios antes de afirmar que el agua tratada es apta para consumo humano?

11. Seguridad y manejo de residuos

• Utilizar bata, guantes y gafas de seguridad durante toda la práctica.

• Evitar el contacto de la solución de FeCl₃ con piel y ojos; puede ser irritante o corrosiva dependiendo de su concentración.

• No pipetear con la boca.

• Evitar inhalar polvo de carbón activado y manipularlo suavemente durante la pesada.

• No consumir ni probar ninguna de las muestras tratadas.

• No desechar directamente por el desagüe los lodos producidos por coagulación ni el carbón activado usado.

• Recolectar lodos, arena y carbón utilizados en recipientes identificados para residuos de laboratorio.

• Los filtrados deberán gestionarse según la composición de la muestra y las indicaciones del responsable del laboratorio.

• Limpiar inmediatamente cualquier derrame de FeCl₃ siguiendo el procedimiento institucional.

• Lavarse las manos al finalizar la práctica.

12. Referencias bibliográficas

American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. (2023). Standard methods for the examination of water and wastewater (24th ed.). APHA Press.

Crittenden, J. C., Trussell, R. R., Hand, D. W., Howe, K. J., & Tchobanoglous, G. (2012). MWH's water treatment: Principles and design (3rd ed.). Wiley.

World Health Organization. (2022). Guidelines for drinking-water quality: Fourth edition incorporating the first and second addenda. World Health Organization.