+ H - Campus Latam

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Curso
“Operación de equipos químicos”
OQCT02
Objetivo General:
Manejar adecuadamente los equipos químicos
Gestores de contenido: Hugo A. Martinez y Darío P. Müller
Unidad 1
“El agua de una central Termoeléctrica”
• Objetivos : Presentar los
distintos tipos de aguas y
justificar su tratamiento
para la utilización en
centrales termoeléctricas
Lección
1
Tipos de Aguas
• Según la fuente, podemos distinguir los
siguientes tipos:
–
–
–
–
–
–
de mar
de río
Subterráneas
De lagos y lagunas
De red o potabilizadas
Efluentes industriales
Introducción
• Las impurezas presentes en el agua usada para la generación de vapor y otros
procesos de las plantas de energía pueden causar problemas de corrosión y de
formación de depósitos sobre las superficies de los equipos, dificultando así
la transferencia de calor, el flujo de los líquidos, etc.; tales depósitos pueden
también contribuir a la corrosión de las superficies metálicas, disminuyendo
la confiabilidad por la degradación del equipamiento. Los principales tipos de
impurezas son: la materia disuelta, tanto inorgánica como orgánica, gases
disueltos, partículas en suspensión y organismos microbiológicos.
• El tipo y cantidad de las impurezas contenidas en el agua dependen de su
naturaleza. Las aguas de superficie a menudo contienen materiales orgánicos
tales como restos de hojas, además de barros insolubles, arena y otros
materiales inorgánicos. Las aguas subterráneas adquieren impurezas a
medida que atraviesan las capas de rocas, disolviendo parte de la materia con
la que entran en contacto. Sin embargo, el efecto natural de filtrado de la roca
y la arena usualmente remueve la materia en suspensión. (La Tabla 1
compara la concentración de impurezas en varias aguas).
• La materia insoluble constituye la impureza más fácilmente reconocible,
conocida como turbiedad. Su contenido abarca desde unas pocas partes por
millón (ppm SiO2) en la mayoría de las aguas subterráneas y algunas fuentes de
superficie, hasta tal vez 60.000 ppm SiO2 en agua barrosa de río. La turbiedad es
indeseable para la mayoría de los usos; los límites más exigentes son los usados
en la producción de papel de calidad (5 ppm SiO2 como máximo). Para agua
potable, el máximo es 10 ppm SiO2, dato de la CEE (dependiendo de la
legislación del país en que se encuentre).
• El Calcio y el Magnesio le dan al agua la cualidad de dureza. Estas aparecen en
forma de bicarbonatos, sulfatos, cloruros o nitratos, en orden decreciente de
abundancia. Estos forman depósitos que pueden obstruir los flujos en los
sistemas e inhibir la transferencia de calor en los equipos y tuberías. Las
unidades de dureza se expresan en ppm de carbonato de calcio, o en miligramos
por litro (mg/L) de la impureza.
•
El Cloruro es altamente corrosivo, y uno de los principales culpables de la
formación de pitting (corrosión por picado)
•
La Sílice es la más común de los contaminantes, abarcando desde 1 a 100 ppm o
más en las aguas naturales. Puede formar depósitos en los sistemas enfriamiento,
ocasionando problemas mecánicos y de transferencia de calor. También causa
inconvenientes disuelta en el vapor a altas presiones y precipitando cuando cae la
presión, formando depósitos vítreos sobre las aspas de las turbinas.
•
El Hierro aparece en concentraciones hasta 15 ppm. Los problemas asociados
pueden ser de un rango más amplio que aquellos de la sílice. El bicarbonato ferroso
al exponerse al aire forma un sedimento amarillo o marrón rojizo que mancha al
contacto. Por ejemplo, tan sólo 0.05 ppm puede resultar problemático para la
manufactura del papel.
•
El Manganeso, el más raro de los tres, aparece en formas similares. Crea depósitos
y manchas de color negro, y es indeseable en fuentes industriales y domésticas. Las
aguas subterráneas por lo general son ricas en estos elementos. Los depósitos en las
tuberías se forman con apenas 0.2 ppm.
• Las sales de Sodio y Potasio pueden producir corrosión en calderas de alta
presión y arrastrarse con el vapor a la sección de los sobrecalentadores para
luego precipitar en turbina dependiendo de la concentración.
Extremadamente solubles, pueden forman depósitos a concentraciones
altas. No pueden admitirse en aguas de alta pureza.
• Las especies biológicas se encuentran habitualmente en las aguas de
superficie, algunas veces en las aguas subterráneas y raramente en los pozos
profundos. Estos comprenden microorganismos que incluyen diatomeas,
musgos, algas, bacterias del hierro y manganeso, bacterias reductoras de
sulfato, etc. Aparte de ser indeseables en el agua potable, pueden formar
depósitos y obstrucción de cañerías. Además, las secreciones ácidas y las
diferencias en la oxidación pueden producir corrosión.
•
Los gases solubles primariamente comprenden oxígeno, nitrógeno, dióxido
de carbono (CO2), y sulfuro de hidrógeno. Mientras el nitrógeno es inerte el
oxígeno es corrosivo para el hierro, zinc, bronce, etc. Ambos se encuentran
en las aguas de superficie y las aireadas, pero poco en los pozos profundos.
El CO2 está presente en la mayoría de las fuentes naturales. Generalmente,
las aguas de superficie contienen menos que las aguas subterráneas, aunque
pueden encontrarse en algunos casos hasta 50 ppm. En las aguas
subterráneas las concentraciones pueden ser insignificantes, o tan grandes
que el CO2 burbujea cuando disminuye la presión; las aguas de pozo
contienen de 2 a 50 ppm, dependiendo del lugar, época del año, etc.
Intrínsecamente corrosivo, este gas también puede acelerar la corrosión por
el O2. El sulfuro de hidrógeno es famoso por su olor a huevos podridos. Su
presencia hace al agua desagradable y corrosiva para la mayoría de los
metales.
Tabla N° 1: comparativa de concentraciones dependiendo de la
fuente.
Agua de Mar*
Agua de Río**
Agua de Lago*
Agua potable de red**
Calcio
416 mg/l
50-65
38 mg/l
30-60
Sodio
11035 mg/l
100-180
11 mg/l
50-100
Magnesio
1330 mg/l
35-40
8 mg/l
10-40
Potasio
397 mg/l
5-11
Sin dato
2-7
0
Sin dato
0
Sin dato
Bicarbonatos
140 mg/l
Sin dato
117 mg/l
Sin dato
Sulfatos
2769 mg/l
50-70
26 mg/l
30-50
Cloruros
19841 mg/l
90-120
18 mg/l
20-50
Nitratos
1.5 mg/l
No determinado
1.8 mg/l
No determinado
Fluoruros
1.4 mg/l
No determinado
0.1 mg/l
No determinado
Sílice
Sin dato
8-11 ppm
12 ppm
10-15 ppm
pH
Sin dato
6.5-7.5
7.9
6.8-7.6
Turbidez
Sin dato
40-70 N.T.U.
Sin dato
1-3 N.T.U.
50.000 µS/cm
300-600 µS/cm
Sin dato
200-450 µS/cm
Dureza
Sin dato
85-105
Sin dato
40-100
Alcalinidad Total
Sin dato
90-140
Sin dato
60-80
Carbonatos
Conductividad
* Degrémont,”Manual Técnico del Agua”,4ta. Ed., Ed. A.G. Grijelmo, Barcelona (1979)
** Datos obtenidos en el Lab. Quim. de Endesa Costanera período 2001-2002. Los datos están expresados como ppm de Carbonato de calcio
Volver
Actividades
1. Repaso de conocimientos químicos
2. Recabar información sobre el agua utilizada
en tu trabajo
Lección 2
Esquema del tratamiento de aguas
Esquemas de tratamiento
• Ejemplo para aguas subterráneas
Con actividad
microbiana y
Fuente
Oxidación
Desmineralización
Materia
Orgánica
Sin actividad microbiana ni
Materia Orgánica
Alimentación
a caldera
Esquemas de tratamiento
• Ejemplo para aguas de ríos/lagos
Fuente
Rastrillos y
Tamices
Rotativos
Clarificación
Filtración
Alimentación
a caldera
Oxidación
Desmineralización
Esquemas de tratamiento
• Ejemplo para agua de mar
Rastrillos y
Tamices
Rotativos
Fuente
Filtración
Alimentación
a caldera
Microfiltración
Desmineralización
Esquemas de tratamiento
• Ejemplo para agua potable
Alimentación
Eliminación
Fuente
Cl2 libre
Desmineralización
a caldera
Actividades
1. Realizar esquema de la planta de tratamiento
de su lugar de trabajo
2. Foro de intercambio
Unidad 2
Pretratamiento del Agua
Objetivo:
Conocer los distintos procesos de acuerdo
al tipo de agua a tratar
Lección 3
Proceso de Pretratamiento I
Pretratamiento
Introducción
En la práctica una variedad de pasos de pretratamiento se aplican a las aguas para
remover los sólidos en suspensión y gases que pueden interferir con la operación de
desmineralización, reduciendo así la efectividad y durabilidad del proceso de
desmineralización.
Las opciones de pretratamiento incluyen procesos como: coagulación, floculación,
sedimentación, filtración, microfiltración, ablandamiento, oxidación y cloración.
Estos son seleccionados y aplicados en combinaciones y secuencias dictadas por las
características especificas del agua y de los requerimientos del proceso de
desmineralización empleado.
Clarificación
La clarificación se aplica tradicionalmente para remover los coloides (partículas
pequeñas en suspensión de 10 ó menos micrones de diámetro). Los pasos de coagulación y
floculación de sólidos son necesarios para adaptar el agua con suspensión coloidal a los
procesos de decantación y filtración.
Los coloides se mantienen en suspensión por repulsión mutua (Fig. 1). Por
ejemplo, este tipo de partículas pueden tardar hasta 20 años para sedimentar una
profundidad de apenas 1 metro. Los coagulantes químicos trabajan aglutinando las
partículas para formar cuerpos de mayor tamaño y así facilitar la sedimentación y filtración
de los mismos.
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Cargas Superficiales
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+
+
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+
+
+
+
+
+
+
+
Distancia mínima
entre partículas
Fig. 1
En el rango de tamaños 0,1 a 10 micrones los sólidos suspendidos resisten la
aglomeración debido a la presencia de iones de carga eléctrica similar en su
superficie, lo cual crea fuerzas mutuamente repulsivas. Para obtener la coagulación
estas cargas deben ser al menos parcialmente neutralizadas.
La adición de un coagulante químico es el instrumento para esto. Implica la
introducción de un ión metálico pesado y de carga positiva, tal como aluminio o
hierro.
Como sabemos, la valencia de estos metales es mayor que la del ión sodio, de
modo que un ión de aluminio formará un enlace con tres iones hidroxilo. Resulta
entonces que un ión de aluminio desplazará tres iones negativos de la nube,
reduciendo el tamaño de la misma y el de su barrera de potencial (Fig. 1). Luego
entonces las partículas pueden atravesar la barrera más fácilmente, permitiendo que
las fuerzas atractivas formen con ellas partículas más grandes. Durante esta fase es
esencial agitar el fluido fuertemente. Sólo de esta manera los iones metálicos
pesados pueden ser llevados lo suficientemente cerca de las partículas para efectuar
la formación del flóculo.
Una vez completado esto el agua está lista para el siguiente paso:
floculación. Esto describe el posterior incremento en el tamaño de las partículas de la
materia finamente dividida. Esto se logra a través de la agitación lenta del agua para
aumentar el contacto entre partículas para su aglomeración. La adición de un polímero de
alto peso molecular (fig. 2) puede acelerar el proceso: las moléculas de cadena larga se
adsorben en la superficie de las partículas, arrastrándolas físicamente para formar masas
más pesadas que se asientan rápidamente (fig. 3). Aunque no resulta esencial, esto hace el
proceso de clarificación posible en un volumen menor.
Partícula en
suspensión
Molécula de
polímero
Sólidos
aglomerados
Fig. 2
Fig. 3
Actividad: cuestionario
1.- Sobre cuáles tipos de partículas actúan los procesos de sedimentación y
filtración?
2.- A cuáles tipos de partículas no son aplicables los procesos de la
pregunta anterior y cómo puede subsanarse este problema?
3.- Cual es el origen de la fuerza de repulsión entre las partículas
coloidales?
4.- Qué iones contienen, en general, los coagulantes químicos?
5 - Cómo se llama el paso siguiente a la coagulación y en qué consiste?
Respuestas
1.- Se aplican a partículas de diámetro mayor a 10 µm.
2.- No se pueden aplicar a coloides, y puede subsanarse a través de la coagulación
y floculación.
3.- El origen de la fuerza es electrostático.
4.- Contienen, en general, algún ión metálico polivalente, como el hierro o el
aluminio.
5.- Se lo denomina floculación, y consiste en el aumento del tamaño de las
partículas coagulantes.
Lección 4
Proceso de Pretratamiento II
Floculadores, Decantadores y Filtros
Los compuestos de aluminio, especialmente sulfato y aluminato de sodio, son los
coagulantes más usados.
El sulfato de aluminio reacciona con la alcalinidad del agua para formar hidróxido
de aluminio. Este compuesto es prácticamente insoluble en el rango de pH desde 5.7 a
7.5. Se disuelve cuando el pH es menor que 5.7 (para formar Al3+) y cuando es mayor
que 7.5 (para formar AlO3 3-). Por lo tanto, el compuesto insoluble se forma mejor en la
zona de pH comprendida entre estos valores. Desde un punto de vista químico, la
coagulación con sulfato de aluminio depende tanto del análisis del agua como del pH
después de la adición del sulfato.
Cuando existe una alcalinidad natural en el agua, el sulfato de aluminio se
hidroliza y forma hidróxido de aluminio, liberando ácido sulfúrico. Este reacciona con
la alcalinidad para formar entre otros, sulfato de calcio y dióxido de carbono. Cada ppm
de sulfato de aluminio consume aproximadamente 0.5 ppm de la alcalinidad natural,
reduciendo así el pH.
Para contrarrestar la disminución del pH y asegurar la coagulación, se agrega cal
viva (hidróxido de calcio 90%) en una proporción de 0.4 ppm de cal por cada ppm de
sulfato de aluminio. La cantidad real adicionada se controla para dar el mejor valor para
cada tipo particular de fuente de agua.
La cantidad de sulfato necesaria dada una cierta condición es casi imposible de
predecir. El método práctico consiste en realizar "jar test" bajo las condiciones reales de
operación y encontrar el dosaje óptimo por medio del ensayo y error. La cantidad precisa
varía con el tamaño y la cantidad de la materia en suspensión, la temperatura del agua, el
tiempo de retención previo a la coagulación, etc.
No existen reglas simples para guiar la selección del coagulante, su dosificación o
el rango de pH. Todo depende del análisis del agua, su temperatura, el tipo de equipo de
clarificación, caudales y la clase de equipo que continúa el proceso. En cualquier caso,
unos pocos ensayos simples bajo las condiciones reales de operación permiten hallar las
combinaciones adecuadas y a un bajo costo.
Como en cualquier proceso, existen diferentes equipos y alternativas para
lograrlo. Las unidades de sedimentación horizontal (fig. 4), el tipo más antiguo, usa
cámaras en secuencia para la mezcla rápida del agua con el coagulante, agitación lenta
para la floculación y luego la decantación final. La limitación del espacio condujeron al
desarrollo de equipos que combinan los tres procesos. La mezcla inicial, coagulación y
floculación ocurren en sucesivas regiones concéntricas de la unidad circular que se
muestra (fig. 5), el posterior contacto del agua tratada con los sólidos preformados
aumenta el grado de aglomeración.
Finalmente, el clarificador vertical con placas inclinadas maximiza la superficie
de asentamiento para acelerar la remoción de turbiedad, al mismo tiempo que minimiza el
requerimiento de espacio
Vista superior de un sistema de decantación estático
horizontal
Agua
clarificada
Entrada
Brazo de rastrillo
Vertedero
Pileta de decantación
Fig. 4
Floculador
Esquema de un decantador acelerado
Agitadores
Adición de Reactivos
(polímero)
Distribuidores de
agua
Salida del agua
clarificada
Entrada de agua con
el coagulante
Purga y drenaje
Fig. 5
Filtración
Aún con clarificadores funcionando en niveles óptimos para las condiciones
dadas, se necesita un tratamiento adicional para asegurar la remoción de los posibles
pases de sólidos suspendidos y flóculos. Su fin es prevenir el daño en las membranas o
resinas de intercambio iónico que se usan en los pasos siguientes del tratamiento. Esto
se obtiene a través de filtros con algún tipo de medio poroso por el que se hace pasar el
agua.
La eficiencia de retención de los sólidos depende del tamaño del filtro y del
poro en sí, además de la naturaleza del medio poroso. Los medios típicos incluyen
rejillas, fibras sintéticas, papel y lechos rígidos o un sólido granular. La filtración más
fina requiere el uso de membranas sintéticas, que pueden llegar a ser efectivas incluso
hasta el rango iónico.
En la secuencia de pretratamiento, la filtración sigue a la etapa de clarificación.
Debemos notar que en algunos casos especiales, la turbiedad del agua puede ser tan
baja que permite la filtración en forma directa, omitiendo la clarificación (siempre que
el agua este libre de coloides).
Los medios granulares han sido usados predominantemente para esta tarea
desde épocas tempranas, ya sea en filtros abiertos (fig. 6) o cerrados. Estos
generalmente presentan un lecho de arena fina de 50 a 100 cm de profundidad. Los
sólidos son removidos del agua a medida que atraviesan la masa filtrante quedando
retenidos en él, de manera que se obtiene un agua muy limpia como resultado.
Filtro por Gravedad
•
Arena
Fig. 6
•
Entrada de
Agua
•
Descarga del
contralavado
•
Salida de
agua
filtrada
•
Entrada de agua
de contralavado
La limpieza periódica del lecho de filtrado es esencial para mantener la
eficiencia del sistema. La frecuencia de la limpieza varía con la caída de presión
admitida a través del filtro; el límite práctico está dado por una excesiva caída de
presión en el lecho. El método más usado es el contralavado con agua filtrada.
Dependiendo de la temperatura del agua, este flujo varía de 500 a 1000 lpm/m2:
suficientemente grande como para expandir el volumen del lecho por lo menos en un
50%. Esto permite la agitación de los granos del medio sin que se salgan del filtro. El
filtro debe enjuagarse antes de ponerlo nuevamente en servicio.
Los filtros presurizados contienen masas filtrantes en recipientes cerrados.
Por ejemplo, las unidades verticales tienen forma cilíndrica, con diámetro de
alrededor de 3 m (Fig. 7). Estas unidades pueden ser intercaladas en las tuberías sin
necesidad de modificar el sistema de bombeo, y permiten la operación a temperaturas
elevadas sin pérdida de calor. Existen de varios tipos y tamaños, permitiendo
mayores caudales y usualmente menos espacio que los del tipo por gravedad.
La profundidad de los lechos es mayor, usualmente de 1 a 2 m, permitiendo
ciclos de operación más largos entre cada limpieza. La limpieza puede ser ayudada
por la inclusión de jets de agua a fin de romper las posibles “tortas” que se forman en
la superficie del lecho, antes de contralavar. La introducción de aire a presión desde
el fondo hacia arriba también puede servir a este propósito.
La práctica normal hace uso de medios en el siguiente orden: arena, grava,
canto rodado. Las partículas menores son menos densas que las mayores, de modo
que el contralavado de abajo hacia arriba en los caudales recomendados no altera la
secuencia de las capas.
Válvula de Alivio de
Presión
Entrada de
Agua
Descarga del Contralavado
Salida de agua filtrada – entrada de
agua de contralavado
Fig. 7
•
Arena
•
Grava
•
Canto Rodado
Para casos en que la carga de sólidos sea alta –arriba de 25-30 ppm- un medio
de mayor tamaño de poro puede agregarse para evitar una obstrucción en el lecho de
arena.
Aún con agua pretratada, apenas unos pocos centímetros de la masa filtrante
participan de la filtración cuando el lecho está formado por arena fina (partículas del
tamaño de 0.25 a 1 mm). La obstrucción de esta capa impide la penetración, terminando
rápidamente el período de operación. Como resultado, la práctica usual favorece el uso
de dos o más medios de diferentes tamaños de poro.
La antracita es la elección más frecuente en estos casos, con poros de tamaño
20% mayor que la arena. La antracita es usada como recubrimiento, estratificando el
lecho de grueso a fino en la dirección del flujo de corriente. Los caudales de flujo de un
filtro por gravedad varían de 50 a 200 litros por minuto (lpm) por metro cuadrado de área
del filtro.
Una capa de tamaño de poro mayor por encima del lecho de arena remueve los
sólidos más grandes selectivamente, permitiendo una más profunda y más uniforme
penetración de los sólidos suspendidos. Esto permite una menor caída de presión,
permitiendo mayores caudales (300 a 500 lpm/m2) y períodos de operación más largos
entre cada limpieza.
Actividad
1. Foro de intercambio
Unidad 3
Desmineralización del Agua
Objetivo:
Conocer las distintas clases de acuerdo al tipo
de agua que se requiere
Desmineralización: Introducción
Una vez eliminados los sólidos
en suspensión, el agua todavía
contiene sales disueltas.
Las sales disueltas en el agua
se disocian en cationes y
aniones.
Para eliminar las sales, o bien
desmineralizar el agua, los
procesos más utilizados son los
de ósmosis inversa,
electrodiálisis y las resinas de
intercambio iónico.
Lección 5
Intercambio iónico 1
Intercambio iónico introducción
• El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando
un ion de una disolución se intercambia por otro ion de igual signo que se
encuentra unido a una partícula sólida inmóvil. Este proceso tiene lugar
constantemente en la naturaleza, tanto en la materia inorgánica como en las células
vivas.
Por sus propiedades como disolvente y su utilización en diversos procesos
industriales, el agua acostumbra a tener muchas impurezas y contaminantes. Las
sales se disuelven en el agua separándose en iones, cuya presencia es indeseable para
los usos habituales del agua en una central.
El medio para el intercambio iónico es conocido como resina de intercambio. Ésta
se presenta como un polímero sintético de estructura granular, confinada dentro de
un recipiente. Existen varios tipos de resinas, entre ellas:
• Resina tipo gel: También conocidas como resinas microporosas ya que presentan
tamaños de poro relativamente pequeños En estas resinas el fenómeno de expansión
(swelling) es muy importante, ya que se hinchan en mayor o menor medida en
contacto con el agua.
• Resinas macroporosas: También llamadas macroreticulares. Las perlas tienen una
relación área/volumen mayor que las resinas tipo gel, y por tanto, mayor capacidad
de intercambio. La estructura macroreticular favorece la difusión de los iones,
mejorando por tanto la cinética de intercambio.
•
•
•
Capacidad de intercambio: Se define como la cantidad de iones que una resina puede
intercambiar en determinadas condiciones experimentales. Depende del tipo de grupo
activo y del grado de entrecruzamiento de la matriz y se expresa en equivalentes por
litro de resina.
Las sustancias minerales disueltas en el agua ( Salinidad ) se eliminan de acuerdo a su
carga iónica ( Positiva o Negativa ). Las resinas de intercambio (catiónicas y
aniónicas) retendrán las sales disueltas que se encuentran ionizadas, es decir están
desdobladas en aniones ( con carga negativa ) y en cationes ( con carga positiva ). Los
aniones más comunes son: Carbonatos, Bicarbonatos, Cloruros, Nitratos, Sulfatos y
Silicatos. Los cationes más comunes son: Calcio, Magnesio, Sodio, Hierro y Potasio.
En el proceso de intercambio iónico los distintos cationes se intercambian por iones
hidrógeno ( H+) y los distintos aniones por iones oxhidrilo (OH-), de manera que las
moléculas de las sales disueltas se reemplazan por moléculas de agua.
Resina de intercambio
Esquema de una Resina de Intercambio Catiónico
R- H+ R- H+
R- H+
R- H+
R- H+
R- H+
R- H+
R- H+
R- H+
R- H+ R- H+
R- H+
R- H+
Volver
Intercambiadores Catiónicos
Ejemplo de una columna catiónica con resina convencional
Producción
El agua (H2O )ingresa con
las sales ionizadas (C+A-) y
se pone en contacto con la
resina (RH), luego del
intercambio sale el agua
(H2O), la resina retuvo el
catión (RC), y el anión junto
con el hidrógeno forman
ácido (HA)
VENTEO
ENTRADA (PROCESO)
SALIDA (RETROLAVADO)
DISTRIBUIDOR
DE AGUA DE
ENTRADA
DISTRIBUIDOR
DE
REGENERANTE
NIVEL (TOPE)
DE RESINA
Entrada o salida de
regenerante
HCl ó H SO
2 4
Producción
C+A-
+ H2O + RH =
RC + H2O + HA
Regeneración
RESINA CATIÓNICA
agotada
RC
HCl + H2O + RC =
RH + H2O + CCl
RESINA CATIÓNICA
regenerada
RH
COLECTOR
DE SALIDA
Controles químicos y límites de parámetros
SOPORTES
DE
CILINDRO
SALIDA (PROCESO)
ENTRADA (RETROLAVADO)
Controles Químicos y Parámetros
Para columnas catiónicas es indispensable:
Control en línea y periódico de laboratorio para detectar la posible fuga de cationes,
siendo el más representativo el sodio, debido a la poca afinidad que tiene con la resina.
Si el tren desmineralizador consta de dos cationes en serie se tiene que asegurar que el
valor de fuga del 2° catión no supere el límite de entrada del lecho mezclado.
Comúnmente este valor se encuentra por debajo de 1 ppm de Na+, sea esto con la
columna en servicio o controlando el enjuague después de la regeneración.
Control en Línea
1°
Catión
2°
Catión
Determinación de
Sodio
Control en Laboratorio
Determinación de
Sodio
Torres descarbonatadoras
• Después de pasar por las columnas catiónicas el agua decationizada entra en las torres
descarbonatadoras, las cuales se encuentran ubicadas sobre la cisterna de agua
descarbonatada de cada Cadena.
• Aunque en las columnas aniónicas se retienen los Carbonatos y Bicarbonatos es
conveniente, de acuerdo con la concentración de los mismos, colocar torres
descarbonatadoras.
• En las mismas se elimina el anhídrido carbónico correspondiente a la alcalinidad del agua
potable, mediante la insuflación de aire en contracorriente. En su interior están cargadas
con anillos tipo Raschig de porcelana blanca y en la parte inferior cada torre cuenta con
un soplador de aire. Este soplador será el que suministrará el aire en contracorriente.
• Estas torres sólo funcionarán cuando la sección pre-torre esté en servicio o sea
produciendo agua decationizada. La puesta en servicio de la torre dependerá del comando
de la sección pre-torre, y sólo entrará en funcionamiento el motor del soplador de aire, ya
que el agua la suministrará la salida del último catión.
• El proceso dentro de la Torre se
producirá de la siguiente manera:
el agua proveniente del último
catión entrará por la parte superior
a un colector que tendrá como fin
distribuir el agua en forma de
lluvia, para obtener una mayor
superficie de contacto entre el agua
y la contracorriente de aire. El
agua en forma de lluvia chocará
con los anillos de porcelana, así se
romperán aún más las gotas de
agua y entonces el aire en
contracorriente liberará el
anhídrido carbónico contenido en
la misma.
• Una vez descarbonatada el agua
cae a la cisterna desde donde será
bombeada a la columna Aniónica
Débil de cada Cadena y así
comenzará el ciclo en la PosTorre.
•Entrada de agua
•Bandeja de
soporte de masa
•Difusor
•Bandeja de
reparto
•Masa de contacto
•Soplador de
Aire
•Salida de
agua
Actividad
Identificar cuales iones son retenidos de acuerdo al tipo de
intercambiador
Elementos:
cloro, sodio, calcio, magnesio, sílice,
potasio, hierro
Radicales:
sulfato, nitrato, carbonato, bicarbonato
Lección 6
Intercambio iónico 2
Ejemplo de una columna aniónica con resina convencional
VENTEO
ENTRADA (PROCESO)
SALIDA (RETROLAVADO)
Producción:
Ingresa el agua (H2O)junto con el
anión más el hidrógeno (H+A-) y
se pone en contacto con la resina
(ROH), después del intercambio
tenemos la resina que retuvo el
anión (RA) más el agua de
proceso (H2O) y el protón del
ácido con el oxhidrilo cedido por
la resina forman más agua (H2O)
DISTRIBUIDOR
DE
REGENERANTE
DISTRIBUIDOR
DE AGUA DE
ENTRADA
NIVEL (TOPE)
DE RESINA
Entrada o salida de
regenerante
NaOH
Regeneración
RESINA ANIÓNICA
agotada
H+A-
+ H2O + ROH =
RA + H2O + H2O
COLECTOR
DE SALIDA
Controles químicos y límites de parámetros
RA
RESINA ANIÓNICA
regenerada
ROH
NaOH + H2O + RA =
ROH + H2O + NaA
SOPORTES
DE
CILINDRO
SALIDA (PROCESO)
ENTRADA (RETROLAVADO)
Lecho Mezclado
Los Intercambiadores de Lecho Mixto remueven los iones , con carga positiva
y negativa, que no pudieron ser retenidos en las Columnas Catiónicas y
Aniónicas respectivamente.
Una mezcla íntima de resinas Aniónica Fuerte y Catiónica Fuerte es a menudo
usada en un único recipiente. Su efecto es equivalente a tener un gran número
de desmineralizadores en serie.
El Lecho Mixto recibirá el agua del Anión Fuerte, ésta entrará por la parte
superior del equipo, luego pasará a través del manto de mezcla de resinas y
saldrá por la parte inferior por medio de un colector, y así el agua
desmineralizada se dirigirá hacia un tanque de reserva.
El Lecho Mixto será el último equipo por donde circulará el agua en el proceso
de desmineralización. Aquí se le efectuará al agua un pulido, ya que la mezcla
de resina tiene como objeto retener los iones ( positivos y negativos ) que
pudieron fugar de las columnas catiónicas y aniónicas respectivamente.
Los efluentes de los lechos mixtos comúnmente llegan a valores por debajo 0.1
µS/cm de conductividad, muy próximo al limite teórico para el agua pura (sin
sólidos disueltos).
Lecho Mezclado - producción
VENTEO
ENTRADA (PROCESO)
SALIDA (RETROLAVADO)
DISTRIBUIDOR
DE AGUA DE
ENTRADA
COLECTOR
DE
INTERFASE
DISTRIBUIDOR
DE
REGENERANTE
NIVEL (TOPE)
DE RESINA
RESINA ANIÓNICA
RESINA
CATIÓNICA y ANIÓNICA
MEZCLADA
COLECTOR
DE SALIDA
Controles químicos y límites de parámetros
SOPORTES
DE
CILINDRO
SALIDA (PROCESO)
ENTRADA (RETROLAVADO)
Controles Químicos y Parámetros
Control en Línea
Anión
Control en Laboratorio
Conductividad
débil
pH
Alcalino a neutro
pH
Conductividad
Cloruros
Conductividad, Sílice
pH
Conductividad
Sílice
Anión
Fuerte
pH
Lecho
Mezclado
Conductividad, Sílice
Parámetros normales
pH
Conductividad
Sílice
<10µS/cm
<0.1ppm
Alcalino
<10µS/cm
<20ppb
Neutro
<0.1µS/cm
<10ppb
Actividades
1. Recabar información sobre los parámetros de
trabajo de su planta de agua
2. Foro de intercambio
Lección 7
Operación de una Planta de
Tratamiento de Agua
Esquema básico para una planta de tratamiento para agua filtrada
TO
C1
C2
AD
AF
LM
TD
Cond. < 0.1µS/cm
SiO2 < 10 ppb
Figura A
Descripción del sistema de la Figura A
El sistema de agua Desmineralizada comienza en la Cisterna de Agua Filtrada. Esta
cisterna abastece de agua filtrada a la cadena desmineralizadora.
El agua filtrada alimenta a la Trampa Orgánica por medio de bombas, ingresando a ésta
a través de un distribuidor ubicado en la parte superior, pasando por un manto de resina
(aniónica) y saliendo por un colector ubicado en la parte inferior. Los principales
elementos que retiene la Trampa Orgánica son detergentes y materia orgánica, que los
remplaza por iones oxhidrilos ( OH- ).
Este agua pasa directamente a dos Intercambiadores Catiónicos instalados en serie a
continuación de cada Trampa Orgánica (TO); el agua pasa primero por el Catión 1 (C1)
y luego por el Catión 2 (C2) cumpliendo el mismo recorrido entrando por la parte
superior, pasando a través de los mantos de resina (catiónica) y saliendo por la parte
inferior del tanque. En los intercambiadores catiónicos, los iones cargados
positivamente son removidos del agua y reemplazados por iones Hidrógeno ( H+).
Desde los Intercambiadores catiónicos el agua fluye hasta una Torre Descarbonatadora
(TD), que es la que libera el anhídrido carbónico presente, recolectándose la salida en la
cisterna de agua decationizada y descarbonatada.
El agua decationizada y descarbonatada es impulsada por las bombas hacia la
segunda fase de desmineralización ingresando por la parte superior a la primer
columna aniónica AD (anión débil) en donde serán retenidos principalmente
sulfatos, cloruros y nitratos. Luego, continuando el proceso, saldrá por la parte
inferior de la misma para ingresar en la segunda columna aniónica AF (anión
fuerte) por la parte superior. Allí serán retenidos los carbonatos que pudieran
quedar y los silicatos. Para asegurarnos un proceso de desmineralización
completo, normalmente se agrega un lecho mezclado (LM), también llamado
lecho mixto, en el cual son retenidos todos los posibles pases, tanto de aniones
como de cationes. De esta forma se obtiene una excelente calidad de agua ultra
pura.
Regeneración
Cuando el intercambio de iones prácticamente satura toda la resina, el
intercambiador debe sacarse de servicio y su resina debe ser regenerada.
Esto generalmente involucra cuatro pasos:
•Contralavado
•Regeneración Química
•Desplazamiento
•Enjuague
Contralavado:
Aunque la función de un lecho de intercambio iónico es la remoción de las
impurezas iónicas, usualmente también atrapa algunas partículas por simple
filtrado granular. Esta acumulación debe removerse antes de retornar el
intercambiador al servicio. Esto se obtiene pasando una corriente de agua de abajo
hacia arriba por unos 10 a 20 minutos, a una velocidad suficiente para expandir el
lecho de resina en un 50 a 100%.
Este paso de contra lavado además rompe la compactación que pueda haberse
producido (tortas), y además permite escapar los gases que pudieron quedar
atrapados.
Regeneración:
En este paso se intercambian los iones que fueron retenidos durante el período de
servicio, retornando la resina a su forma iónica inicial. Esto se obtiene usando
soluciones de suficiente fuerza impulsora para desplazar los iones retenidos durante
el servicio del intercambiador. Los reactivos típicos de regeneración son ácidos
minerales para las resinas de intercambio catiónico:
HCl + H2O + RC
RH + H2O + CCl
y álcalis fuertes para las resinas de intercambio aniónico:
NaOH + H2O + RA
ROH + H2O + NaA
Las concentraciones de los regenerantes son típicamente del orden del 4 al 6%, de
acuerdo a las especificaciones de las resinas.
El flujo del regenerante debe ser lo suficientemente lento para permitir que los
reactivos difundan dentro de la resina y permitir que los iones más grandes de
impureza salgan de la resina. La eficiencia de la regeneración puede a veces
mejorarse significativamente calentando el regenerante. El calentamiento de la soda
cáustica a una temperatura entre 40° a 45°C, por ejemplo, es útil para remover la
sílice en las resinas aniónicas fuertes.
Desplazamiento:
El circuito de agua será igual que en el paso anterior, sólo que no se utilizará reactivo.
Este paso sirve para que el reactivo termine de pasar por todo el manto de resina .
Enjuague:
Este paso tendrá como fin evacuar todas las impurezas que queden de la regeneración y
los restos de reactivo.
En este paso se utilizará agua filtrada ó decationizada dependiendo si se trata de pretorre o post-torre, y tanto el sentido como el caudal de flujo en todos los equipos será
el de servicio. Se tendrá en cuenta el valor de conductividad a la salida para dar por
finalizado el paso, el cual será igual o menor al valor de puesta en servicio. Luego de
este paso el intercambiador está listo para ser usado nuevamente.
Regeneración de los Lechos Mezclados
En este caso se necesitan tener en los recipientes de los intercambiadores ciertos
distribuidores apropiados para los flujos de regeneración.
Un diseño típico incluye un distribuidor superior, para la entrada de agua en la
operación normal y la salida del contralavado. Debe agregarse además un
distribuidor en la parte superior, para la entrada del regenerante cáustico de la resina
aniónica, y un distribuidor central para la salida de reactivos. Un distribuidor en la
parte inferior introduce el ácido para la regeneración de la resina catiónica y sirve
para la introducción del aire comprimido para la mezcla de resinas. Éste se emplea
además para colectar el agua tratada durante el ciclo de operación normal.
Diagrama de Regeneración de un Lecho Mezclado
Contralavado
En servicio
agua
Mezcla de
Regeneración
anión/catión
Simultanea
resinas
(1)
anión
catión
Desplazamiento
Drenaje
(3)
(4)
Soda
(2)
ácido
Llenado
Mezclado con
aire
(5)
(6)
Enjuague
(7)
La secuencia de regeneración puede verse en la figura anterior. El primer paso después del
fin del ciclo es el contralavado. Además de limpiar el lecho, ayuda a clasificar la resina: la
resina aniónica, más liviana, pasa a ocupar la parte superior del recipiente y la resina
catiónica, más pesada, pasa a ocupar la inferior. Este paso debe hacerse con cuidado y
siguiendo las directivas de diseño y operación, puesto que una mala separación redunda en
una mala regeneración y por lo tanto una calidad de producto final inferior.
A continuación se comienza con la regeneración simultánea, con el ingreso del ácido por
debajo y fluyendo hacia arriba hasta el distribuidor central (resina catiónica), mientras por
el distribuidor superior del nivel de resina se inyecta el producto cáustico -usualmente
NaOH- desde arriba, recogiendo el efluente en el colector medio (resina aniónica) en la
interfase (paso 2). Luego continúa el desplazamiento de los regenerantes dependiendo el
tiempo de éste del diseño de la columna (paso 3). Los regenerantes son entonces
desplazados y el recipiente es parcialmente drenado (paso 4). Las resinas a continuación
son mezcladas con un flujo de aire (paso 5) y luego llenado nuevamente con agua (paso
6). Luego de un enjuague final (paso 7), el lecho puede ser puesto en servicio nuevamente.
Gracias al avance tecnológico en la fabricación
de resinas se está logrando un tamaño de partícula
mucho más uniforme. De hecho con la resina UPS (de
la siglas en inglés de Tamaño Uniforme de Partícula)
el 90% de los gránulos se encuentran a ± 10% del
tamaño de medio del gránulo. Logrando:
• Cinética más rápida
• Menor consumo de reactivos para regenerar
• Reducción del tiempo de regeneración
• Menor nivel de fugas iónicas
• Ciclos de producción más largos
• Menor pérdida de carga en el lecho de resinas
• Autolimpiable; no requiere paso de limpieza
contra corriente independiente
Resina UPS
Resina
Tradicional
(Tamaño de
Partícula
Uniforme)
Numerosas comparaciones entre los sistemas de
equicorriente y contracorriente han confirmado
que, el introducir productos químicos de
regeneración en los lechos de resina de
desmineralización en la dirección opuesta al
flujo de servicio, ofrece ventajas tangibles. Entre
otras, este procedimiento garantiza que la resina
con mayor nivel de regeneración se encuentra
más próxima a la salida del flujo de servicio del
lecho de resinas.
Durante el ciclo de servicio, cuando el agua
entra en el lecho, se pone en contacto
progresivamente con la resina que presenta
mayor nivel de regeneración, lo que garantiza la
producción de agua desmineralizada, minimiza
las posibilidades de fuga iónica y maximiza la
capacidad de explotación del lecho de resina. La
regeneración puede realizarse con mayor rapidez
y eficiencia, con un consumo reducido de
producto químico, menor cantidad de agua de
contra lavado, menor cantidad de efluentes y
menores gastos globales.
Lección 8
Desmineralización por otros
métodos
Proceso de ósmosis inversa y
Electrodeionización.
Desmineralización con Membranas:
Ósmosis Inversa y Electrodiálisis
La esencia del tratamiento con membranas es la separación de las componentes de un
fluido presurizado a través de membranas semipermeables, usualmente constituidas por
polímeros.
La característica particular de la filtración transversal es que el fluido a tratar se mueve
paralelo a la superficie del medio filtrante (la membrana), que es totalmente diferente de
la filtración normal de partículas (macrofiltración), en la cual el fluido atraviesa
perpendicularmente la superficie del medio poroso.
Fotografía de un equipo típico
de ósmosis inversa
La ósmosis inversa -OI- (o RO, por sus iniciales en inglés) es el más familiar y el
más empleado proceso de los de filtración transversal. Su operación está basada en la
presurización de un fluido para contrarrestar la presión osmótica normal cuando dos
soluciones con diferentes concentraciones de solutos (sales) son separadas por una
membrana semipermeable. Por efecto de la presión osmótica, el fluido (agua) se
mueve desde el lado más diluido hacia el lado más concentrado; cuando se aplica
una presión suficiente en sentido opuesto, el fluido se mueve en la dirección opuesta,
dejando atrás un fluido con una concentración de sales aumentada.
Principio de funcionamiento de un proceso de ósmosis normal e
inversa
En la práctica el flujo de entrada es presurizado, fluyendo tangencialmente a la
superficie de la membrana y, a medida que el agua la atraviesa, el flujo se vuelve más
concentrado en sólidos: sales y compuestos orgánicos. Las necesidades de producción
de caudal -y los costos- implican una adecuada presión de bombeo. Esta puede ser de
15 a 30 kg/cm2 para aguas de superficie y hasta 70 kg/cm2 para la desalinización del
agua de mar. Después de las membranas tenemos dos corrientes de agua: el producto,
con una concentración de impurezas mínima y el rechazo, que resulta concentrado en
sales, que se desecha. El aprovechamiento que puede realizarse del agua de
alimentación depende del tipo y cantidad de sales presentes y normalmente oscila
entre el 60 y el 75%.
La configuración más empleada para la mejor relación área-volumen es el
arrollamiento espiral de la membrana, formando un cartucho cilíndrico con un colector
en su centro.
Las membranas de OI pueden estar constituidas por materiales celulósicos,
normalmente acetato o triacetato de celulosa, o una mezcla de ambos. Son
relativamente baratas, pero el agua de entrada debe ser clorinada para evitar la
biodegradación y debe mantenerse bajo un estrecho rango de pH para evitar la
hidrólisis, usualmente entre pH 4 y pH 6.
Las membranas no celulósicas están formadas por polímeros (generalmente
poliamidas aromáticas) y tienen un rango de pH más amplio que las anteriores. El
tipo más usado es el de película delgada compuesta (TFC son sus siglas en inglés),
que están formadas por una capa de 0.2 micrones de membrana de poliamida, seguida
por una intercapa polisulfonada de unos 40 micrones y
finalmente una capa de soporte hecha con fibras de poliester. Estas membranas pueden
operar en un rango de pH de 2 a 11 y a temperaturas hasta 45ºC, contra un máximo de
40ºC de las de celulosa. Debemos remarcar que las temperaturas innecesariamente bajas
reducen los flujos de permeabilidad por debajo de los valores de diseño, perjudicando el
proceso.
Detalles de una unidad de desmineralización por ósmosis inversa. Se trata de un equipo Osmonics E8-72K, con una capacidad
de producción de 11 m3/h y una recuperación máxima del 75%
La electrodiálisis (ED) es el otro proceso de desmineralización por membrana. La base del
la operación de ED es el pasaje del agua entre un conjunto apareado de membranas
dispuestas en paralelo. Bajo la fuerza de un campo eléctrico aplicado perpendicularmente
al flujo, los iones positivos de las impurezas son movidos hacia el cátodo y los iones
negativos hacia el ánodo. Las membranas son selectivamente permeables: la membrana
catiónica (C) en cada par permite el pasaje de los iones positivos pero rechaza los
negativos: las membranas aniónicas (A) hacen el proceso inverso.
En la práctica se apilan varios cientos de membranas en serie entre el cátodo y el ánodo,
con delgados separadores intercalados para permitir el flujo a lo largo de la superficie
de ellas. Debido a que los minerales ionizados pasan a través de una membrana pero no
de la siguiente, éstos se concentran en compartimientos alternados, mientras que el agua
desmineralizada se recoge de los compartimientos intermedios. Una ventaja del proceso
de ED es que se usan presiones de entrada menores que en los otros procesos con
membranas.
Normalmente la operación puede verse afectada por el depósito de de iones, coloides,
materia orgánica, etc., haciendo necesario una frecuente limpieza. Esto ha sido
solucionado en la práctica a través de la llamada electrodiálisis inversa (EDR en inglés).
El sistema de EDR efectúa una autolimpieza automática por medio de una inversión
periódica de la polaridad de la tensión aplicada al conjunto de celdas. Cuando se
invierte la polaridad, un compartimiento de purificación se convierte en uno de
concentración y viceversa, de modo que la alternancia se mantiene.
Debemos remarcar que este sistema de por sí solo tiene sus limitaciones. Por ejemplo, si
bien con una serie de conjuntos de EDR se puede llegar a una eficiencia de más del
97% con un mínimo de agregado de químicos o de pretratamiento, sólo puede hacerse
cargo de las sustancias ionizadas, de modo que la sílice débilmente ionizada y la
mayoría de los coloides no son removidos.
Electrodeionización
Es el desarrollo más moderno en lo que se refiere a tecnología de pulido de agua. En
este caso se combina el proceso convencional de intercambio iónico con el de las
celdas de electrodiálisis con membranas selectivas de iones.
Distintos modelos de celdas de electrodeionización, dependiendo del fabricante
Al igual que en los procesos convencionales de intercambio iónico, los cationes y
aniones en el agua de alimentación son intercambiados por iones hidrógeno y
oxhidrilos en la resina de intercambio iónico, produciendo agua desmineralizada. La
diferencia de la operación es que en la electrodeionización (EDI) se regenera en forma
continua, mientras que en el proceso convencional ésta se produce intermitentemente.
La regeneración continua en la EDI se logra electroquímicamente, por medio de
membranas conductoras de iones y por la aplicación de una corriente eléctrica. Los
iones hidrógenos y oxhidrilos necesarios para la regeneración son formados in-situ, sin
adición de reactivos químicos, por medio de la conocida reacción de disociación del
agua (H+ - OH-)
Módulo de varias celdas EDI, con el objeto
de aumentar el caudal de trabajo y el factor
de recuperación
Para comprender el mecanismo de remoción de iones vamos a ver primero un esquema de
una celda de EDI
1
El agua de alimentación entra en el elemento de EDI y es
repartida en una serie de celdas, atravesando un lecho mezcla
de resinas aniónica y catiónica
2
Una tensión de corriente continua es aplicada a través de la
celda, separando las moléculas de agua de la cámara “D” en
iones hidrógeno y oxhidrilos
3
Los iones hidrógeno y oxhidrilo atraviesan las membranas catiónicas y aniónicas
respectivamente hacia la cámara “C” de acuerdo a sus cargas. La producción y
migración de estos iones regenera continuamente el lecho de resina
4
Los iones contaminantes, tales como sílice, cloruro, etc., son retenidos por
sus respectivas resinas de intercambio iónico y luego migran hacia la cámara
“C” debido a la fuerza ionizante de corriente
5
En la cámara “C”, los iones hidrógeno y oxhidrilos se combinan para producir
agua.
6
Hasta un 95% del agua de entrada es deionizada por la mezcla de resinas y
sale a través de la cámara “D”
El concentrado de agua se recircula para lograr una mayor velocidad de
circulación dentro de la celda, aumentando el rendimiento y favoreciendo el
mezclado
7
8
Con un pH en el rango de 5 a 8, el agua saturada con iones contaminantes
es purgada, y puede descartarse o reinyectarse al sistema previo al
pretratamiento
En resumen, el proceso de la EDI consiste en tres procesos encadenados:
•Intercambio iónico: el agua pasa a través de un lecho de resinas de intercambio
•Remoción continua de iones: por transporte a través de las resinas de intercambio y
membranas hacia la corriente de concentrado
•Regeneración continua: por la presencia de iones hidrógeno y oxhidrilos obtenidos
por la disociación del agua causada por la aplicación de corriente eléctrica
Comparación de EDI con la deionización
de lechos mixtos
•La EDI y los desmineralizadores de lechos mixtos normalmente ocupan la misma
posición en los procesos de obtención de agua ultrapura: posterior a una unidad de
ósmosis inversa.
•Los lechos mixtos de intercambio iónico usan resinas que actúan como esponjas para
retener contaminantes ionizables. Cuando la resina se satura, se regenera en una
operación de batch usando bases y ácidos fuertes. La regeneración produce
volúmenes importantes de efluentes y requiere la atención permanente de un operario
para asegurar un resultado exitoso.
•La EDI elimina la necesidad del manejo y el consumo de productos químicos
agresivos para regenerar. Se elimina el costo de operación e inversión en el
equipamiento de regeneración adecuado para el manejo de productos químicos,
incluyendo válvulas especiales, cañerías, bombas, instrumentos, tanques de
almacenaje, bombas de reenvío, cañerías de interconexión, tanques de neutralización
y otros componentes relacionados para la reposición continua de productos químicos
y el costo de mantenimiento de los componentes.
•El equipo EDI sólo requiere de una limpieza química periódica en el caso que la
unidad de ósmosis inversa no esté operando adecuadamente o fuera de los límites de
diseño. En caso de alteraciones, los componentes internos del EDI están diseñados
para soportar limpiezas químicas periódicas.
•La calidad del producto del EDI alcanza valores menores a 0,1 µS/cm, en
condiciones de diseño. La calidad del producto no es sensible a las fluctuaciones de
alimentación, ni decae en el tiempo.
•La reducción de SiO2 y Carbono Orgánico Total (TOC) ionizable en un sistema EDI
es comparable a los resultados obtenidos en un lecho mixto de pulido final. Sin
embargo, los desmineralizadores de lecho mixto proveen una calidad de producto
ligeramente mejor, dependiendo de las condiciones particulares de diseño y tienen
menos exigencia respecto del agua de alimentación.
•Espacio: los requerimientos son menores para el EDI ya que no se necesita de la
instalación de tanques y bombas auxiliares para la regeneración.
Equipos desmineralizadores
RO/EDI
Equipo de desmineralización GE-Osmonics
Otra unidad desmineralizadora. Puede apreciarse el cartucho de RO detrás de la celda de EDI.
Manufacturado por GAT SRL, Argentina.
Membranas de RO de DOW Chemical., celdas de EDI manufactura Electropure Inc.
Otra unidad de desmineralización de GAT SRL
Equipo de desmineralización RO/EDI manufacturado por ROMIN Ingeniería, Argentina.
Estas unidades tienen una capacidad de producción de 7 a 83 m 3/h de acuerdo a los distintos
modelos.
Cuestionario Final
1.- Cuál es el efecto de las impurezas en el agua de los generadores de vapor?
2.- Qué elementos dan la cualidad de dureza del agua y qué inconvenientes
provoca?
3.- Qué problemas provoca la sílice en el agua de caldera?
4.- Cuál es el objetivo del pretratamiento de aguas?
5.- Para qué se emplea el proceso de clarificación?
6.- Qué procesos componen la clarificación?
7.- Qué ventajas posee un decantador acelerado respecto de uno
tradicional?
8.- Cuál es la indicación de la necesidad de limpieza de un filtro?
9.- Cuál es el propósito de usar, por ejemplo, canto rodado dentro de una
unidad de filtrado?
10.-Qué se entiende por intercambio iónico?
11.- Que tipo de elementos retiene una resina catiónica? Y una aniónica?
12.- Cuál es la finalidad de una torre descarbonatadora?
13.- Cuál es el efecto equivalente a tener una mezcla de resinas aniónicas y
catiónicas en un único intercambiador?
14.- Qué valores de conductividad específica pueden obtenerse típicamente a
la salida de un Lecho Mezclado?
15.- Enumere los parámetros de control y sus valores normales de
operación a la salida del Anión Débil, Anión Fuerte y del Lecho Mezclado.
16.- Cuál es el propósito del contralavado de la resina?
17.- Qué compuestos químicos se usan en la regeneración de un
Intercambiador Catiónico y en la de un Intercambiador Aniónico?
18.- Cuál es la diferencia entre desplazamiento y enjuague?
19.- Cómo se separan para su regeneración los diferentes tipos de resina de
un Lecho Mezclado?
20.- Cómo se procede a mezclar al final de la regeneración las resinas de
un Lecho Mezclado?
21.- Qué tipo de agua entra a un cartucho de Ósmosis Inversa y cuáles son
las características del agua de sus salidas?
22.- Cuál es el aprovechamiento típico de producción de un sistema de
Ósmosis Inversa? Cuál es la diferencia respecto de un sistema de
desmineralización por resinas de Intercambio Iónico?
23.- Qué procesos se combinan en una Celda de Electrodeionización?
24.- Mencione 3 diferencias entre el proceso de pulido de agua por un
Lecho Mezclado y por una Celda de Electrodeionización
Respuestas
1.- Ocasionan problemas de corrosión y formación de depósitos .
2.- El calcio y el magnesio. Forman depósitos que pueden obstruir cañerías e inhibir
la transferencia de calor.
3.- Puede formar depósitos en el sistema de enfriamiento y depósitos vítreos sobre
las turbinas.
4.- Remover sólidos en suspensión y gases que pueden interferir con el proceso de
desmineralización.
5.- Para la remoción de sólidos en suspensión, fundamentalmente coloides.
6.- Está compuesta por: coagulación, floculación y decantación.
7.- Ocupa un volumen menor.
8.- La excesiva caída de presión entre la entrada y salida.
9.- El material mas grueso sirve como soporte o apoyo del mas fino.
10.- El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar
cuando un ion de una disolución se intercambia por otro ion de igual signo que se
encuentra unido a una partícula sólida inmóvil.
11.- La resina catiónica retiene iones con carga positiva (cationes), la aniónica
retiene iones con carga negativa (aniones).
12.- Eliminar el anhídrido carbónico del agua.
13.- Es equivalente a tener un gran número de desmineralizadores en serie.
14.- Pueden obtenerse valores menores a 0.1 µS/cm.
15.- Los parámetros son: pH, conductividad específica, sílice y cloruros.
AD
AF
LM
alcalino/neutro
alcalino
neutro
Cond. <10 µS/cm
<10 µS/cm
< 0.1 µS/cm
SiO2
---
<20 ppb
<10 ppb
Cl-
<0.1 ppm
---
---
pH
16.- La remoción de sólidos insolubles (suciedad) de la misma, el rompimiento de
tortas y la eliminación de gases atrapados en el recipiente.
17.- Para las resinas catiónicas se emplean ácidos minerales y para las aniónicas se
emplean álcalis fuertes, comúnmente se utiliza ácido sulfúrico o clorhídrico para los
cationes y una solución de soda cáustica para los aniones.
18.- El caudal, y en algunos casos, el sentido del flujo del agua. En el desplazamiento es
similar al de la introducción de reactivos (regeneración) y en el enjuague es igual al
caudal y sentido del intercambiador en servicio normal.
19.- Se separan por contra lavado, pues las resinas aniónicas son menos densas y por lo
tanto quedan arriba de las catiónicas.
20.- Drenando el agua del recipiente, e insuflando una corriente de aire comprimido.
21.- Entra agua con sales disueltas y las salidas son: el producto con una muy baja
concentración de sales y el rechazo, que está concentrado en sales.
22.- Es del orden del 50 al 75%. La diferencia reside en que el sistema de Intercambio
Iónico tiene un aprovechamiento del 100% respecto del caudal de agua de alimentación
(sin tener en cuenta el agua gastada en las regeneraciones).
23.- Se combinan el Intercambio Iónico y el de la Celda de Electrodiálisis.
24.- La EDI no consume reactivos, no se necesitan cañerías ni recipientes para la
regeneración, pero tiene mayores exigencias que el Intercambio Iónico respecto de el
agua de alimentación del proceso y la calidad es ligeramente menor que la obtenida con
un lecho mezclado.
Repaso de conocimientos
pH
•
Principio La determinación del pH en el agua es una medida de la tendencia de su
acidez o de su alcalinidad. No mide el valor de la acidez o alcalinidad (vea el método
de determinación de alcalinidad ).
pH = - log [H + ]
Un pH menor de 7.0 indica una tendencia hacia la acidez, mientras que un valor
mayor de 7.0 muestra una tendencia hacia lo alcalino.
La mayoría de las aguas naturales tienen un pH entre 4 y 9, aunque muchas de ellas
tienen un pH ligeramente básico debido a la presencia de carbonatos y bicarbonatos.
Un pH muy ácido o muy alcalino, puede ser indicio de una contaminación industrial.
El valor del pH en el agua es un parámetro importante también cuando nos interesa
conocer su tendencia corrosiva o incrustante, en las plantas de tratamiento de agua.
Se puede determinar el pH, midiendo el potencial generado (en milivolts) por un
electrodo de vidrio que es sensible a la actividad del ión H+ , este potencial es
comparado contra un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e
independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel
saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino.
Volver
Escala de pH – valores de algunas sustancias
Volver
Conductividad eléctrica
La conductividad eléctrica, se define como la capacidad que tienen las sales inorgánicas en
solución (electrolitos) para conducir la corriente eléctrica.
El agua pura, prácticamente no conduce la corriente, sin embargo el agua con sales disueltas
conduce la corriente eléctrica. Los iones cargados positiva y negativamente son los que
conducen la corriente, y la cantidad conducida dependerá del número de iones presentes y de
su movilidad.
En la mayoría de las soluciones acuosas, entre mayor sea la cantidad de sales disueltas, mayor
será la conductividad, este efecto continúa hasta que la solución está tan llena de iones que se
restringe la libertad de movimiento y la conductividad puede disminuir en lugar de aumentar,
dándose casos de dos diferentes concentraciones con la misma conductividad. (ver Tabla)
Todos los valores de conductividad están referidos a una temperatura de referencia de 25 ° C
Volver
Valores de conductividad de muestras
típicas
Tipo de muestra (a 25°C)
Conductividad (µS/cm)
Agua ultra pura
0,05
Agua de alimentación a calderas
1a5
Agua potable
50 a 300
Agua de mar
50.000
NaOH 5 %
220.000
NaOH 50 %
150.000
HCl 10 %
700.000
HCl 32 %
700.000
HNO3 31 %
865.000
Volver
Este método es aplicable a la detección de impurezas y en algunos casos a la
medición cuantitativa de los constituyentes iónicos disueltos presentes en el agua,
por ejemplo:
•Verificación de la pureza del agua destilada y desionizada.
•Verificar en forma rápida la variación del contenido de sales disueltas en
aguas superficiales, de uso doméstico e industrial.
•Analizar cuantitativamente los sólidos totales disueltos en una muestra de
agua. Esto se puede obtener multiplicando el valor de la conductividad por un
factor de correlación empírico, que depende de los componentes solubles y la
temperatura de la muestra. Este factor se puede determinar mediante análisis
comparativos de sólidos disueltos totales por evaporación y determinaciones
del valor de la conductividad correspondiente. Este factor de correlación solo
es válido cuando la muestra tiene un pH entre 5 y 8, a valores mayores o
menores del pH los resultados no serán confiables.
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Alcalinidad: Carbonatos y Bicarbonatos
La alcalinidad en el agua, tanto natural como tratada, usualmente es causada por la
presencia de iones carbonatos (CO-23 ) y bicarbonatos (HCO-3), asociados con los
cationes Na+, K+ Ca+2 y Mg+2 .
La alcalinidad se determina por titulación de la muestra con una solución valorada
de un ácido fuerte como el HCl, mediante dos puntos sucesivos de equivalencia,
indicados ya sea por medios potenciométricos o por medio del cambio de color
utilizando dos indicadores ácido-base adecuados.
Este método es aplicable para la determinación de la alcalinidad de carbonatos y
bicarbonatos naturales, domésticas , industriales y residuales en aguas. La medición
de la alcalinidad sirve para fijar los parámetros del tratamiento químico del agua, así
como ayudarnos al control de la corrosión y la incrustación en los sistemas que
utilizan agua como materia prima o en su proceso.
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