AGUA PARA UNA PLANTA INDUSTRIAL

AGUA PARA UNA PLANTA INDUSTRIAL

I.- Orgenes.

II.- Abastecimiento Industrial y Seleccin de las Fuentes de Abastecimiento.

III.- Composicin.

IV.- Usos Industriales.

V.- Tratamientos.VI.- Operaciones Unitarias en los Tratamientos de Aguas.

El agua, es el fluido presente en todo tipo de industrias, y de relevante importancia en la de Alimentos, tanto en actividades de limpieza y desinfeccin, como en la elaboracin de los productos alimenticios estando presente en sus formulaciones.

El Coigo Alimentario Argentino, define en:

. Artculo 982 Agua potable. . Artculos 985/987 Agua mineral.

. Artculo 995 Agua mineralizada artificialmente.

1.- Orgenes. - Superficiales: ros, arroyos, lagos, lagunas, embalses, mares; prcticamente, todas varan diariamente su composicin qumica y bacteriolgica.- Subterrneas: manantiales, surgencias naturales, pozos profundos (en general son de buena calidad, salvo cuando contienen metales pesados), pozos poco profundos (primera napa, normalmente contaminada).

- Atmosfricas: lluvia, nieve (poco utilizables a nivel industrial.)

El agua cubre un 71 % de la superficie total de la Tierra.

El 97 % del volumen total de esa agua, es salada.El 3 % restante es dulce.El 1 % del agua dulce se encuentra en estado lquido y el 2 % restante en estado slido, en capas, campos y plataformas de hielo.II.- Abastecimiento Industrial. Seleccin de la fuente de aprovisionamiento de la Planta.- Propio, de fuentes 1.1 y 1.2.

- Red pblica o privada de agua potable.

- Mixto, de fuentes 2.1 y 2.2.- Se deben considerar distintos factores para evaluar la / las fuentes, que modificarn

el tipo y costo de las obras de captacin y tratamiento/tratamientos: . Seguridad de abastecimiento en cantidad y calidad.

. Calidad del agua. Anlisis qumico, fsico y bacteriolgico.

. Requerimientos en la toma. Obras de captacin, pozos (caractersticas del suelo y

profundidad), acueductos. Su costo de inversin en obras civiles y equipos.

. Requerimientos de la planta de tratamiento. Su costo de inversin en obras, equipos e insumos.

. Requerimientos de distribucin interna de las distintas calidades de aguas. . Consumo de energa elctrica. (kwh / m3 ).

. Costos operativos (mano de obra y aditivos) y mantenimiento. ($ / m3 ).

III.- Composicin qumica, fsica y bacteriolgica

Es fundamental su conocimiento previo, y dependiendo de esta, definir los tratamientos a los que se la someter, en funcin de su utilizacin:

- Principales y ms comunes contaminantes: gases disueltos: CO2, N2, SH2, O2.

( provienen de la atmosfera y de la contaminacin industrial ) ; sustancias en

suspensin: microrganismos, lodos orgnicos e inorgnicos ; sustancias en solucin: sulfatos de Ca y Mg, silicatos, oxidos de Fe y Al, cloruros, nitratos de Ca y Mg, sales de Na , K, Pb, As, Ba, Br y Hg..(metales pesados)- Anlisis fsico, qumico y bacteriolgico. Da a conocer la fisonoma del agua. Los parmetros bsicos a considerar son:

Aspecto del agua .Turbidez. Color. Olor.Aspecto de las materias en suspensin.

Slidos disueltos

PH

Residuo a 105 C. (mg/litro).

Dureza total expresada por ejemplo en mg/litro de CO3Ca.

Dureza permanente expresada en idem.

Alcalinidad

Consumo de 02.Cloro

Na. K.Ca. Si. Al. Mg.

Nitritos. Nitratos. Bromuros. Sulfatos. Amonios.Metales pesadosMateria orgnica. Anlisis bacteriolgico total.

IV.- Usos del agua en las Industrias.

- Procesos: potable apta para consumo humano (art. 982 CAA); filtrada; ablandada; desmineralizada; clarificada; clorada, tratada con rayos UV.

- Produccin de vapor y agua caliente a presin. Calidad en funcin del tipo de caldera y presin de trabajo. Tambien si el vapor se contacta con un alimento sea directa o indirectamente.

- Enfriamiento o refrigeracin de fluidos diversos, en circuitos cerrados o abiertos de intercambio de calor.- Prevencin y lucha contra incendio.

- Limpieza y desinfeccin.

- Uso sanitario ( baos y vestuarios )- Condensadores baromtricos para generacin de vaco (no se recupera).- Condensadores de vapor o de gases refrigerantes a presin (se puede recuperar funcionando en circuito cerrado a travs de una torre de enfriamiento)Se debe tener en cuenta que, un agua potable de red, puede ser de excelente calidad para beber, pero sin embargo puede causar mltiples problemas cuando se la utiliza para elaborar un alimento, especialmente en el caso de bebidas hdricas, productos panificados, helados, etc., fundamentalmente por su contenido de cloro., arsnico y otros metales.V.- Tratamiento del agua.

-- Objetivo: adecuar el agua de que se dispone, a cada una de las calidades, fsicas, qumicas y bacteriolgicas, requeridas para cada uno de los procesos industriales en que se la utilizar.-- Seleccin del tratamiento : es un proceso complejo que involucra diversos factores que concluyen con la produccin de dos o ms calidades de agua, aceptables segn requerimientos, al menor costo, y que depende de :

-Calidad de agua disponible.

-Calidades deseables de aguas tratadas, las que son en funcin de los procesos en que intervienen y caudales necesarios para cada uno de ellos.

-Facilidad de acceso a equipamiento necesario para los procesos de tratamiento.

-Requerimientos operacionales y de capacitacin del personal.

-Abastecimiento y costo de reactivos necesarios.

-Espacio disponible para las instalaciones de tratamiento (en general requieren importantes superficies).

-Costos de inversin y operativos.

-Flexibilidad ante el cambio de calidad del agua cruda de orgen-Disposicin final de los efluentes del proceso de tratamiento.VI.- Operaciones unitarias en el tratamiento de agua.En general estos procesos no se sustituyen sino que se complementan entre si, para obtener una determinada calidad de agua tratada.

- Aireacin y des aireacin.

Se utiliza para remover gases disueltos y compuestos orgnicos voltiles que otorgan olor y/o sabor al agua.

Se agrega O2 para oxidar el Fe y el Mn.

Se realiza en piletas, con sistemas de inyeccin de aire con compresores tipo Root y

toberas de pulverizacin. Tambien en torres verticales con rellenos.

Des aireacin con inyeccin de vapor de baja presin (150 gr/cm2 ), en torres

verticales a contracorriente, especialmente para el tratamiento del agua condensada

proveniente de vapor indirecto utilizado en la Planta, y que retorna al tanque de

agua de alimentacin caldera.

- Coagulacin, mezclado, desestabilizacin y floculacin.

Implica tres pasos:

-Formacin del cugulo

-Desestabilizacin de las partculas suspendidas

-Aglutinamiento de las partculas

Las dos primeras se realizan con un mezclado rpido con el agregado de productos qumicos los que se hidrolizan y dispersan. Se utilizan sales de Fe y Al.

El aglutinamiento es promovido por la colisin entre partculas, formando otras de mayor tamao, las que sern susceptibles de separacin

- Sedimentacin y flotacin.

Son procesos de separacin slido / liquido por accin de la gravedad. Ambos no se sustituyen.

.. Sedimentacin. Promueve la decantacin de las partculas slidas hacia el fondo de

la columna liquida, donde se acumulan en forma de barros.

Se utilizan piletas horizontales, con fondos inclinados con un ngulo superior al

ngulo de reposo del material a sedimentar. El agua ingresa por la parte inferior de

la pileta y sale clarificada por la superior.

Velocidades de decantacin en funcin del dimetro de partculas:-------------------------------------------------------------------------------------------------------------

DIMETRO PARTCULA TIEMPO

mm - 10 Grava 0,30 segundos 1 Arena gruesa 3,00

0,1 Arena fina 38,00

0,01 Limo 33,00 minutos

0,001 Bacterias 35,00 horas

0,0001 Partculas de arcilla 230 das

0,00001 Partculas coloides 63 aos

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.. Flotacin. El proceso introduce burbujas de aire en el agua, que aglutinan las

partculas slidas que flotan en la superficie, desde donde son removidas.

- Filtracin y adsorcin. Se utilizan materiales filtrantes, granulados, solos o combinados.

Arena, grava, carbn activado, antracita.

Los filtros pueden ser recipientes abiertos o cerrados. El agua puede ingresar por gravedad o a presin.

Velocidades de filtracin: de 5 a 15 m3 / hora / m2.

Areas de filtracin: S (m2) = Q ( m3 / hora ) dividido V ( m3 / hora / m2 ).

Los filtros se lavan a contracorriente, con caudales de contralavado de 10 a 40 m3/h/m2. - Ablandamiento o desalinizacin, por intercambio inico y adsorcin de inorgnicos.

Proceso en el cual, iones que entran en contacto con resinas , sintticas o naturales, de intercambio, son absorbidos por estas, las que a su vez ceden otros iones.

El intercambio se efecta entre iones cuyas cargas tienen el mismo signo.. Se remueven los de Ca y Mg., por iones Na o H2.La resinas pueden ser catinicas o aninicas, dependiendo de las sales a eliminar del agua a ablandar..

Las resinas se regeneran, segn su tipo, con sales, cidos o bases.

El tratamiento de ablandamiento del agua tiene por objeto disminuir o eliminar totalmente la dureza de la misma, por la presencia de los iones Ca i Mg, los que son los agentes de la dureza de presente.

Dureza permanente por presencia de:

Sulfatos de Ca y Mg

Cloruros de Ca y Mf

( ambos insolubles)

Dureza temporaria por presencia de :

Bicarbonato de Ca

Bicarbonato de Mg

(ambos solubles)

Dureza total = DP + DT

La dureza se mide en :

Grados alemanes- 1 = 10 miligramos de OCa en un litro de agua

Grados franceses- 1 = 10 CO3Ca

Grados ingleses- 1 = 10 CO3Ca en 0,7 litros de agua

Tambin se expresan en ppm

1 ppm de CO3Ca = 1 miligramo de CO3Ca en 1 litro de agua1 grado francs = 10 ppm - Precipitacin qumica, para lo cual se utiliza cal o hidrxido de sodio. - Desinfeccin, se utiliza

Cloro libre o combinado.

Ozono.

Radiacin ultra violeta

Permanganato de potasio. - Procesos con membranas.En estos procesos existen tres corrientes de flujo:

.. alimentacin

.. rechazo del producto retenido

.. salida producto filtrado

Dependiendo del contenido de los iones presentes, en el agua cruda o pretratada, se selecciona el tipo de membrana a utilizar, en las siguientes variantes:. . Microfiltracin (MF), dimetro de poro de 1000 100000 Angstrom(0,10 micrones = 1000 Angtrom). . Ultrafiltracin. (UF), dimetro de poro de 20 1000 Angstrom, su efectividad para separar molculas disueltas en el agua, es medida por el peso molecular ms bajo de las macromolculas que separa, tales como protenas y otros compuestos orgnicos. Todas las sales disueltas y pequeos pesos moleculares, no son retenidos por esta membrana.. . Nanofiltracion (NF), tienen menor rechazo salino, lo que permite reducir los contenidos de nitratos, sin eliminar o reducir el contenido de las dems sales presentes. Por sus caractersticas, se posiciona entre (UF) y (OI).. . smosis inversa (OI), dimetro de poro de 5 20 Angstrom. Es una membrana semipermeable. Su accin se basa en, una circulacin del agua a una presin superior a la presin osmtica. Se obtienen dos corrientes: una libre de sales (permeado) y la otra concentrada en sales (rechazo).La operacin con (OI), es continua, tiene bajos costos operativos ( menor consumo de productos qumicos, menor mantenimiento y mano de obra).Se utiliza para: desalinizacin, reduccin de dureza, descontaminacin (nitritos y nitratos), eliminacin de color.

. . Electro dilisis (ED)

Tecnologa que permite, bajo la influencia de un campo elctrico continuo, extraer sustancias ionizadas disueltas en el agua, a travs de membranas selectivas de intercambio inico.

Las membranas son un conjunto de celdas. Cada celda contiene una membrana aninica y otra catinica.

El conjunto de celdas, se coloca entre electrodos de corriente contnua, que conforman un campo elctrico.

Por accin del campo elctrico, los cationes migran en direccin de la corriente hacia le polo negativo y atraviesan la membrana catinica. Los aniones migran en direccin del polo positivo y pasan a travs de la membrana aninica.La ED se aplica como tratamiento del agua potable, de agua para proceso y de aguas residuales, para:

. separacin y recuperacin de metales (Au, Ni, Cd, Zn, )

. oxidacin de productos orgnicos o cianuros.

. desalinacin de agua para procesos.

. descalcificacin y ablandamiento para evitar incrustaciones que el agua produzca, en equipos, caerias,.. . Electro dilisis reversa. (EDR) - Destilacin (evaporacin y condensacin ).- Reduccin carbono orgnico total ( TOC ), por radiacin UV en una cmara de contacto dentro de la cual, circula el agua a tratar, en forma continua, obtenindose valores de (TOC) de hasta 5 partes por billn.- Destruccin del Ozono mediante radiacin UV.

Por sus caractersticas oxidantes, el ozono es utilizado, cuando se requiere agua de alta pureza, para su desinfeccin.

Una vez efectuada la desinfeccin del agua, es necesario eliminar todo vestigio de ozono residual presente, antes de su utilizacin en el proceso industrial.Una dosis mnima del orden de 90000 microwatts /segundo / cm2, de radiacin UV de longitud de onda de 254 nm, se cataliza la descomposicin del ozono a oxgeno.- Adsorcin. Elimina olor, color y sabores. Solventes orgnicos.Se utiliza carbones activados. (tambin elimina los agentes oxidantes fuertes como. el cloro)

- Diagrama de flujo general de las operaciones unitarias para el tratamiento de aguas (se entrega en clase ) EA-2013 PAGE 8