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OBA_Ref_Algodon

Ensayo sobre el Agente Blanqueador
Óptico LEUCOFOR BSB LIQ como trazador hidrológico

Miguel Ángel Rioseras Gómez
Francisco Ruiz García
Juan Acha Alarcia
G.E. Edelweiss

Enlaces relacionados:
Ensayo de un nuevo colorante en la Cueva de Basconcillos del Tozo
Coloración C. del Aguanal-Orbaneja del Castillo
Enlace al artículo Cubía16 en formato PDF aquí


Cubía. Boletín del G. E. Edelweiss.
Excma. Diputación Provincial de Burgos.
Número 16, 2012, págs. 12 a 17

 

 

Los compuestos más comunes que han sido utilizados como trazadores hidrológicos han sido la Fluoresceína sódica, la Rodamina y el Dicromato potásico entre otros. En los últimos años se han ido incorporando nuevos colorantes industriales como trazadores que esencialmente por su bajo precio y alto poder de coloración están sustituyendo progresivamente a la fluoresceína.

En este artículo nos centraremos en los blanqueadores ópticos industriales, concretamente en el Agente Blanqueador Óptico LEUCOFOR BSB LIQ (OBA-LEUCOFOR)

Introducción

Los abrillantadores ópticos, agentes abrillantadores ópticos, agentes fluorescentes abrillantadores o agentes fluorescentes blanqueadores son colorantes que absorben luz en la región ultravioleta y violeta (usualmente 340-370nm) del espectro electromagnético, y re-emiten luz en la región azul (típicamente 420-470nm). La fluorescencia es una respuesta rápida de emisión de corta duración, a diferencia de la fosforescencia, que es una emisión retardada. Estos aditivos son usados frecuentemente para mejorar la apariencia de color de textiles y papeles, causando un efecto percibido de "blanqueamiento", haciendo que los materiales parezcan menos amarillos al incrementar la cantidad total de luz azul reflejada.

La clase más común de químicos con esta propiedad son los estilbenos y los colorantes fluorescentes más antiguos y no comerciales como la umbeliferona, que absorbe energía en la porción UV del espectro y la reemiten en la porción azul del espectro visible. Una superficie blanca tratada con un abrillantador óptico puede emitir más luz visible que la que incide sobre él, haciéndola aparecer más brillante. La luz visible emitida por el abrillantador enmascara loz tonos amarillos y marrones, haciendo que los materiales así tratados aparezcan más blancos.

Hay aproximadamente 400 tipos de abrillantadores de los cuales menos de 90 son producidos realmente a una escala comercial, y sólo unos pocos son comercialmente importantes. Genéricamente, el número C.I. FBA puede ser asignado a una molécula específica, sin embargo, algunos están duplicados, dado que algunos fabricantes aplican para el número index cuando lo producen. La producción global de abrillantadores ópticos para papel, textiles y detergentes está dominada por unos cuantos triazol-estilbenos di- y tetrasulfonados, y un bifenilestilbeno disulfonado. Estos son sujetos de degradación cuando están sometidos a una larga exposición a los UV, debido a la formación de isómeros cis de estilbeno ópticamente inactivos. Todos los abrillantadores tienen conjugación o aromaticidad extendida, permitiendo el movimiento de electrones. Algunos abrillantadores no derivados del estilbeno son usados en aplicaciones más permanentes tales como fibras sintéticas blanqueadoras.

Los abrillantadores pueden ser "mejorados" por la adición de ciertos polioles como polietilenglicol o alcohol polivinílico de alto peso molecular. Estos aditivos incrementan significativamente las emisiones de luz azul visible. Los abrillantadores también pueden ser "quenched". Demasiado uso de los abrillantadores causa un efecto de enverdecimiento, debido a que las emisiones empiezan a verse sobre la región azul del espectro visible. Junto a la formación del isómero cis en los abrillantadores que contienen estilbeno (sólo el isómero trans es ópticamente activo), la exposición continua a luz que contiene UV originará la ruptura de la molécula y empezará el proceso de degradación.

Nota extraída y adaptada de wikipedia.org

OBA1

CONCENTRACIÓN
1/1.000
CONCENTRACIÓN
1/10.000
CONCENTRACIÓN
1/100.000
CONCENTRACIÓN
1/1.000.000
OBA2a OBA3a OBA4a OBA5a

Ensayo de laboratorio con distintas concentraciones y materiales del captador


Ensayo sobre el poder de coloración LEUCOFOR BSB LIQ
Ensayos de laboratorio
Referencia del producto: KS13928


Se toma como nivel de referencia para este estudio que el poder de coloración de la fluoresceína,  para una detección a simple vista mediante radiación UV,  se estima en una concentración mínima de 1ml sobre 1m3 de agua, es decir,  una proporción de una parte por millón (1ppm).

Para ello se preparan distintas disoluciones para su análisis. Las proporciones se establecen en unidades de volumen: 1.000ppm, 100ppm, 10ppm y 1ppm. Posteriormente se realizan disoluciones de 2.5 y 5ppm para ajustar las concentraciones optimas.
Como material de los captadores se han hecho pruebas sobre algodón de farmacia y lana virgen, además de otros materiales que han sido desechados rápidamente.

A partir de estas experiencias se determina que la concentración mínima para una detección visual con lámpara UV para este producto es 2,5 ppm

Si el punto de referencia para la fluoresceína es 1 ppm, entonces estamos en condiciones de afirmar  que este producto presenta un poder de coloración 2,5 veces inferior a la fluoresceína. Por tanto la primera idea intuitiva es que se deben modificar las formulas de la fluoresceína aplicando un coeficiente multiplicador por 2.5

Tabla1

Tabla2

Tabla3

OBA6a

El poder de coloración del OBA LEUCOFOR BSB LIQ es aprox. 2,5 veces inferior a la fluorescina

formulas

Cuadro de formulas  utilizadas habitualmente con la fluoresceína

Ensayos de Campo de LEUCOFOR BSB LIQ, utilizando las formulas modificadas de la fluoresceína
Referencia del producto: KS13928


Los ensayos de campo se han realizado en la Cueva del Agua de Basconcillos del Tozo y  Garganchón. Cueva del Agua de Basconcillos del Tozo se escogió por su relativa cercanía a Burgos, unos 60Km, por ser un ensayo real y porque en su momento nos pareció un sistema hidrológico sencillo para hacer este tipo de pruebas. Pronto descubrimos que no podíamos estar más equivocados: el funcionamiento hidrológico de la cavidad es bastante complejo, mostrando distintos comportamientos en función del régimen de carga/recarga del acuífero, según este sea alto, medio o bajo.

Con el fin de disipar algunas dudas acerca de estas variables no controladas decidimos realizar nuevos ensayos en Garganchón, sobre un curso de agua canalizado del cual conocíamos todas las variables. Garganchón por tanto nos iba a proporcionar el apoyo teórico y la Cueva del Agua la aplicación práctica.

ENSAYO Nº1.- BASCONCILLOS
Caudal l/s = 60
Distancia en Km = 1.263
Velocidad en m/minuto = 6
Captador: Algodón de farmacia
Empleado: 375 gramos (0.3 litros)  
RESULTADOS:  POSITIVO

ENSAYO Nº2.- BASCONCILLOS
Caudal l/s = 60
Distancia en Km = 1.263
Velocidad en m/minuto = 6
Captador: Algodón de farmacia
Empleado: 125 gramos (0.1 litros)  
RESULTADOS:  NEGATIVO
Observaciones: No salía agua por la surgencia junto al cauce del río

Basconcillos1

Basconcillos2 Basconcillos3
Vertido del colorante sobre un ramal del curso principal Recogida de los captadores en la Resurgencia permanente

 

ENSAYO Nº3.- GARGANCHON
Caudal l/s = 135
Distancia en Km = 0.3
Velocidad en m/minuto = 22.5
Captador: Algodón de farmacia
Empleado: 125 gramos (0.1 litros) 
RESULTADOS: POSITIVO
Observaciones: Problemas con la forma geométrica del captador de algodón. Hay que estudiar este aspecto.

ENSAYO Nº4.- GARGANCHON

Caudal l/s = 135
Distancia en Km = 0.3
Velocidad en m/minuto = 22.5
Captador: Lana virgen
Empleado: 125 gramos (0.1 litros) 
RESULTADOS: POSITIVO
Observaciones: Problemas con la forma geométrica del captador de lana virgen. Hay que estudiar este aspecto

ENSAYO Nº5.- BASCONCILLOS

Caudal l/s = 1000
Distancia en Km = 1.263
Velocidad en m/minuto = 66
Captador: Lana virgen
Empleado: 375 gramos (0.3 litros) 
RESULTADOS: POSITIVO muy dudoso
Observaciones: Nos ha sorprendido el aumento brusco de caudal y no hemos empleado la cantidad necesaria de colorante para esta experiencia.

ENSAYO Nº6.- BASCONCILLOS
Caudal l/s = 900
Distancia en Km = 1.263
Velocidad en m/minuto = 60
Captador: Algodón de farmacia y lana virgen
Empleado: 1.375 gramos (1.1 litros) 
RESULTADOS: POSITIVO muy claro en algodón de farmacia

ENSAYO Nº7.- TREMA -Km8
Caudal l/s = 3000
Distancia en Km = 5.5
Captador: Algodón de farmacia
Empleado: 18.750 Kg (15 litros) 
RESULTADOS: POSITIVO muy claro

 

OBA22



ENSAYO Nº8.- AGUANAL - CUEVA DEL AGUA

Caudal l/s = 170
Distancia en Km = 9
Captador: Algodón de farmacia
Empleado: 12.5 Kg (10 litros) 
RESULTADOS: NEGATIVO
Observaciones: No esta clara la relación hidrológica en un régimen hidrológico bajo

Aguanal01

Aguanal02

COBA3

 

Aguanal03

Detalles constructivos del captador empleado

Conclusiones generales
Desde el primer momento, centramos nuestro interés en obtener el valor mínimo de disolución para que fuera detectable a simple vista mediante observación con lámpara UV. En este sentido empleamos la formula de DREW y SMITH por ser la que mejor se aproximaba a nuestros resultados prácticos.
Según nuestras experiencias el valor mínimo para asegurar una concentración detectable a simple vista es, como expresión descriptiva:


P (Kg) > 750g por Km y por m3

Puesto que el producto LEUCOFOR BSB LIQ es un líquido con una densidad de 1.25 (1.25 ± 0.05 g/cm3), aplicamos este valor para la conversión de unidades de peso a unidades de volumen, con lo que se obtiene como expresión descriptiva:


V (L) > 600ml por Km y por m3


No obstante, a medida que avanzábamos con la experiencia nos íbamos dando cuenta que lo realmente importante es garantizar el resultado de una coloración, más aun si te tiene en cuenta el bajo coste de este producto que apenas llega a los 3 Euros por litro, unas 250 veces inferior a la fluoresceína. En este sentido no merece la pena bajar excesivamente la concentración para luego encontrarse con positivos que puedan ser dudosos. Es siempre preferible trabajar con concentraciones más altas que generen positivos claros y fuera de toda duda.

Bajo este nuevo criterio, lo más recomendable es utilizar la formula de MARTEL empleando captadores de algodón de farmacia.
Formula a utilizar:

MARTEL:  P(Kg) = D(Km) x Q(m3/s)
Donde:
P = Peso en Kg. de producto.
Q = caudal en m3/s de las surgencias/sumideros. (Utilizar el mayor de todo ellos)
D = número de kilómetros en línea recta que hay desde el punto de inyección del trazador hasta el manantial más lejano.


Observaciones acerca del captador
· En cuanto al material, mejor emplear algodón de farmacia no blanqueado que lana virgen no blanqueada. Al iluminar el captador con una lámpara UV, en el algodón se produce un efecto luminiscente mientras que en lana se observa un efecto blanqueador.

· En cuanto a la forma, mejor esfera, ovoide o cilindro no hueco y compactado.

· El mejor lugar para colocar el captador es en aguas remansadas pero con flujo de agua.

· Para la detección, mejor utilizar dos linternas UV, enfocando una al captador y otra a un algodón testigo de referencia para evaluar las diferencias visuales en la luminiscencia. Mejor realizar esto a oscuridad completa.

· Protocolo de actuación en el momento de la colocación de los captadores y antes del vertido del colorante: En los casos en que aguas arriba haya núcleos de población, hay que colocar un captador testigo para verificar la presencia de detergentes con algún porcentaje de blanqueadores ópticos, ya que de ser así, esto invalidaría la prueba del colorante.

 

OBA_Ref_Algodon

En la fotografía se puede apreciar en la parte superior el algodón saturado de producto colorante que presenta un fuerte efecto luminiscente y en la parte inferior, el algodón de referencia para la comparación visual.

Agradecimientos
Los autores firmantes de este artículo agradecen el apoyo y la colaboración prestada a José A. Cuchí (Profesor Titular de Escuela Universitaria de Ingeniería de Zaragoza),  a  Virgil  Dragusin (Equipo de Investigación del CENIEH) y a Josep Guarro (SIE de Barcelona), así como al Grupo Espeleológico Edelweiss por su apoyo incondicional a este estudio.

Bibliografía
· Antiguedad, I., Ibarra, V., Morales T. (1989-90). Los trazadores en la hidrogeología kárstica: Metodología de su uso e interpretación de los ensayos de trazado. Munibe 41. pp 31-45.
· D.S. Mull, T.D. Liebermann, J.L. Smoot, and L.H. Woosley, Jr., of the U.S. Geological Survey Water Resources Division Louisville, Kentucky. Digital Version Courtesy of the authors & The Karst Waters Institute. www.karstwaters.org. APPLICATION OF DYE-TRACING TECHNIQUES FOR DETERMINING SOLUTE-TRANSPORT CHARACTERISTICS OF GROUND WATER IN KARST TERRANES.
· José A. Cuchí. 1993. El uso de abrillantadores ópticos en espeleología. Sota Terra 7.

 

NOTA SOBRE LA TOXICIDAD DEL PRODUCTO
La empresa LEUCOFOR dispone de un documento de conformidad  sobre Datos de Seguridad conforme a la directiva 2001/58/CE en la que se indica la baja toxicidad del producto en medios acuáticos. Enlace al documento PDF aquí 

Enlace al artículo Cubía16 en formato PDF aquí
Otras experiencias realizadas despues de la publicación del artículo
 
- Experiencia realizada en Matienzo. Cantabria.
CUEVA DE LA VALLINA
Enlace: http://cuevasdelason.canalblog.com/archives/2015/06/14/32208829.html
Publicado en junio de 1015 
 
- Nueva coloración complementaria al Ensayo Nº 8
SUMIDERO DE AGUANAL-CUEVA DEL AGUA. Orbaneja del Castillo
Enlace: aquí
Publicado en abril de 1016 
 
- Coloración Valnera - Gándara
CASTRO VALNERA-EL BERNACHO-SISTEMA DEL GÁNDARA. Burgos-Cantabria.
Enlace: aquí
Publicado en mayo de 1016 
 
Ampliación del informe Leucofor. Nuevas experiencias
abril 2016
 
Nuevos detalles constructivos del captador
 

El nuevo captador sigue siendo esférico, pero mucho más grande que los anteriores debido a la bola de Poliestrireno de 6,5Cm de diámetro que se encuentra en su interior. Esto le proporciona una mayor flotabilidad y una mayor superficie de captación del colorante. Todos los materiales se pueden encontrar en droguerías y en las tiendas de los chinos.

 

El producto terminado tiene este aspecto:

P1040085

A continuación se pasa a describir el proceso y los materiales para su construcción:

1.- Se parte de una base esférica de Poliestrireno de 6,5Cm de diámetro.
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...
2.- Se forra con algodón de farmacia no blanqueado, a ser posible. Esta es la parte más complicada porque es muy difícil encontrar un algodón no blanqueado. Lo deseable es algodón virgen, algodón en rama o algodón ecológico. En cualquier caso comprobar con una lámpara UV que no contiene trazas de ningún elemento luminiscente. La marca comercial presentada en la fotografía está blanqueada, no es lo ideal, pero sirve hasta encontrar otra mejor.
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3.- Se introduce en una bolsa para lavadora previamente cortada al tamaño de la esfera con el algodón.  Es preferible utilizar el tamaño medio de 47x32Cm.
Nota: Este producto tiene una tira de cremallera que es por si, luminiscente. Eso puede ser un motivo de confusión, en particular si no lo sabes de antemano. Nada es perfecto.
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4.- Se ata el conjunto cosiéndolo fuertemente con el alambre de la imagen superior
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5.- Se anuda una cuerda resistente al agua directamente al alambre, procurando que el conjunto no se suelte bajo ninguna circunstancia.
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6.- Se dejan dos extremos de cuerda libres: Uno para el contrapeso bajo el agua y el otro para retirarlo desde el exterior del cauce. En nuestra última experiencia las longitudes eran de 8 y 2,5m.P1040085
 
7.- El captador ya finalizado se introduce en una bolsa para congelar cerrada y etiquetada.P1040086
 
Acerca de la colocación de los captadores
 
Pendiente de redactar, en breve
 
Cálculos. Hoja de cálculo
 
Pendiente de redactar, en breve