CAP-3 TRATAMIENTO-DE-AGUA-EN-LA-INDUSTRIA.pdf
-
Upload
jose-humberto-choque -
Category
Documents
-
view
41 -
download
16
Transcript of CAP-3 TRATAMIENTO-DE-AGUA-EN-LA-INDUSTRIA.pdf
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
1
1 CONTENIDO
1. OBJETIVOS .................................................................................................................... 4
1.1 OBJETIVO GENERAL .............................................................................................. 4
1.2 OBJETIVO ESPECIFICO ......................................................................................... 4
2 INTRODUCCION ............................................................................................................. 4
3 CONTAMINACION QUIMICA, FISICA Y MECANICA DEL AGUA EN LA NATURALEZA 5
3.1 CONTAMINANTES DE NATURALEZA QUMICA .................................................... 5
3.2 CONTAMINANTES FSICOS ................................................................................... 9
4 POTABILIZACION DEL AGUA ...................................................................................... 10
4.1 CAPTACIN ........................................................................................................... 11
4.2 CONDUCCIN ....................................................................................................... 11
4.3 FLOCULACIN ...................................................................................................... 11
4.4 SEDIMENTACIN .................................................................................................. 11
4.5 FILTRACIN .......................................................................................................... 12
4.6 DESINFECCIN .................................................................................................... 12
5 METODOS DE ELIMINACION DEL SILICE ................................................................... 12
6 DESAIREACION, OXIGENACION, EVAPORACION ..................................................... 13
7 CLARIFICACIN DEL AGUA ........................................................................................ 14
7.1 SEDIMENTACIN .................................................................................................. 14
7.2 COAGULACIN ..................................................................................................... 14
7.2.1 PRUEBAS DE LABORATORIO ....................................................................... 15
7.2.2 COAGULANTES ............................................................................................. 16
7.3 FILTRACIN .......................................................................................................... 18
7.3.1 FILTROS DE PRESION .................................................................................. 18
7.3.2 FILTROS DE GRAVEDAD ............................................................................... 19
7.4 CLORACIN .......................................................................................................... 19
7.5 ESTERILIZACIN .................................................................................................. 20
8 FORMACIN DE INCRUSTACIONES .......................................................................... 21
8.1 SUS CAUSAS ........................................................................................................ 22
8.2 MECANISMOS DE FORMACION ........................................................................... 23
8.3 REACCIONES QUIMICAS ..................................................................................... 26
9 FRAGILIDAD CAUSTICA, CAUSAS .............................................................................. 26
10 PROCESOS DE ABLANDAMIENTO DEL AGUA, DUREZA TEMPORAL Y
PERMANENTE, UNIDADES ................................................................................................. 27
10.1 ABLANDAMIENTO DEL AGUA .............................................................................. 27
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
2
10.1.1 APLICACIN DEL ABLANDADOR DE AGUA ................................................. 27
10.1.2 FUNCIN DEL ABLANDADOR DEL AGUA .................................................... 28
10.2 DUREZA DEL AGUA. ............................................................................................. 28
10.2.1 DUREZA TEMPORAL ..................................................................................... 29
10.2.2 DUREZA PERMANENTE ................................................................................ 29
11 METODO DE CAL-SODA, PROCESOS EN CALIENTE ............................................ 30
11.1 DOSIFICADORES QUIMICOS ............................................................................... 31
11.2 CALENTADOR PRIMARIO, CONDENSADOR DE PURGA, DESAEREADOR ...... 32
11.3 TANQUES DE ASENTAMIENTO ........................................................................... 33
11.4 FILTROS ................................................................................................................ 34
11.5 DOSIS DE REACTIVOS ......................................................................................... 34
11.6 ABLANDADORES PARA PROCESOS EN CALIENTE: TIPOS Y DISEOS .......... 35
12 METODO DEL AMONIACO, FOSFATOS DE SODIO ................................................ 38
13 PROCESOS POR INTERCAMBIO IONICO, ZEOLITAS, RESINAS SINTETICAS ..... 38
13.1 APLICACIONES ..................................................................................................... 39
14 DISEO DE LOS EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA, ANALISIS
QUIMICOS DEL AGUA PARA LA INDUSTRIA, CONTROL DIARIO. ................................... 40
14.1 DISEO DE EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS ................................... 40
14.2 ANALISIS QUIMICO PARA LA INDUSTRIAL ......................................................... 40
15 TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS Y RESIDUALES ......................................... 41
15.1 TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS ................................................................ 41
15.1.1 SUSTANCIAS QUMICAS ............................................................................... 41
15.1.2 PRINCIPALES PARMETROS ....................................................................... 42
15.1.3 ANLISIS MS FRECUENTES PARA AGUAS RESIDUALES ....................... 42
15.2 TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL ................................................................ 43
15.2.1 ETAPAS DEL TRATAMIENTO DEL AGUA RESIDUAL ................................... 44
15.2.2 PRINCIPALES PASOS DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ....... 46
15.3 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES POR PROCESOS
BIOTECNOLGICOS ....................................................................................................... 47
16 IMPACTO AMBIENTAL .............................................................................................. 50
16.1 IMPACTOS AMBIENTALES POSITIVOS ............................................................... 51
16.2 IMPACTOS AMBIENTALES NEGATIVOS ............................................................. 51
17 APLICACIN EN LA INDUSTRIA .............................................................................. 51
17.1 INDUSTRIA TEXTIL ............................................................................................... 54
17.1.1 CARACTERSTICAS DE LOS RESIDUOS ...................................................... 54
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
3
17.1.2 CICLO TOXICO DE LA INDUSTRIA TEXTIL ................................................... 55
17.1.3 MTODOS ELECTROQUMICOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES ................................................................................................................ 55
17.1.4 DESCRIPCIN DEL PROCESO ..................................................................... 56
17.1.5 APLICACIONES .............................................................................................. 58
18 CONCLUSION ........................................................................................................... 58
19 BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................... 59
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
4
DISEO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA PARA LA
INDUSTRIA
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Conocer las principales operaciones, mtodos y tecnologas que se involucran en el
diseo de una planta de tratamiento de agua para la industria.
1.2 OBJETIVO ESPECIFICO
Conocer el impacto ambiental del tratamiento de aguas en la industria.
Mostrar la aplicacin del tratamiento de aguas en la industria de textil.
Conocer el proceso del tratamiento de aguas residuales.
2 INTRODUCCION
El agua, fundamental para los procesos industriales, que es usada en mltiples aplicaciones
tales como refrigeracin, lquido intermediario, produccin de vapor, lavaderos, produccin de
aguas gaseosas, industria de la alimentacin, etc,en su estado natural y dependiendo cul es
su procedencia (de ros, deshielos, lagunas o napas subterrneas) posee distintos tipos de
impurezas, sales minerales o material orgnico, as mismo el agua de lluvia al caer puede
absorber oxgeno, CO2, nitrgeno, polvo y otras impurezas contenidas en el aire, y tambin
disolver substancias minerales de la tierra.
Esta contaminacin puede acrecentarse adems con cidos procedentes de la
descomposicin de materias orgnicas, residuos industriales y aguas spticas descargadas
en lagos y ros.
Dentro del tratamiento de aguas la clarificacin de esta consiste principalmente en:
Sedimentacin: La cual puede llevarse a efecto en lagos, estanques, depsitos o tanques,
cuyos tamaos y periodos de retencin pueden variar ampliamente, los periodos usados en
sedimentacin pueden variar desde algunas horas hasta un mes. Donde se emplean tanques
o estanques, se recomienda el uso de deflectores para evitar los cortos circuitos.
Coagulacin: Tanto el color o la turbidez estn formados por partculas coloidales por eso es
necesario tratar el agua antes de filtrarla, de manera que estas partculas se aglomeren
formando grumos, este tratamiento se llama coagulacin
Filtracin: Los tipos de filtros usados para la filtracin de agua casi todos son del diseo que
emplea material granulado como medio filtrante, tales como arena fina o antrafilt.
Cloracin: El efecto letal del cloro y sus derivados, se debe a una accin combinada de su
efecto oxidante sobre los constituyentes de la clula y a la interaccin con algunas sustancias
celulares y la consiguiente intoxicacin de los microorganismos.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
5
Sin embargo hace que exista formacin de incrustaciones en tubos de la planta de tratamiento
de agua se debe por perturbar el estado natural de este puede ser con el cambio de
temperatura o presin, la liberacin de un gas, una modificacin del PH o el contacto con agua
incompatible, existe aguas de produccin que a pesar de encontrarse sobresaturadas y ser
proclives a las incrustaciones minerales, no presentan problema alguno. Las incrustaciones se
desarrollan a partir de una solucin. El primer desarrollo dentro de un fluido saturado es una
formacin de grupos de tomos inestables, proceso denominado nucleacin homognea. Los
grupos de tomos forman pequeos cristales (semillero de cristales) provocado por
fluctuaciones locales en el equilibrio de la concentracin de iones en las soluciones
sobresaturadas
En el agua aparte de que tenga impurezas, tambin tiene un grado de dureza que est
determinada por la cantidad de sales de calcio y magnesio que contenga. Por eso es necesario
ablandar el agua entre los mtodos empleados para lograr esto podemos mencionar al
procedimiento de agua cruda con cal-soda en caliente que es un proceso continuo en el cual
el agua se calienta se trata con una cantidad dada de reactivo qumico, se asienta y se filtra.
Las sustancias qumicas usadas son cal hidratada y soda ash. En lugar de comprar cal
hidratada se puede comprar cal viva y se apaga antes de usarse. Cuando se requiere para la
eliminacin de slice, pueden usarse tambin cal dolomtica hidratada y/o magnesia activada.
El equipo usado consiste en los siguientes cuatro elementos: dosificador, calentador primario,
tanque de asentamiento, filtros. Adems se puede usar un desaereador como parte integral
del tanque de asentamiento o como una unidad separada.
3 CONTAMINACION QUIMICA, FISICA Y MECANICA DEL AGUA EN LA
NATURALEZA
Considerando que los contaminantes del agua son muy heterogneos, tanto por su diversidad, naturaleza, comportamiento, importancia de cada uno, as como por sus efectos o riesgos para la salud derivados de su presencia en el agua, se pueden establecer las siguientes categoras en relacin con su naturaleza:
Contaminantes de naturaleza qumica (inorgnicos y orgnicos).
Contaminantes de naturaleza biolgica (por organismos patgenos).
Contaminantes de naturaleza fsica (mecnica, trmica, radiactiva)
3.1 CONTAMINANTES DE NATURALEZA QUMICA
CONTAMINANTES INORGNICOS: Los contaminantes inorgnicos son diversos productos disueltos o dispersos en el agua que provienen de descargas domsticas, agrcolas e industriales o de la erosin del suelo. Los principales son cloruros, sulfatos, nitratos y carbonatos. Tambin desechos cidos, alcalinos y gases txicos disueltos en el agua como los xidos de azufre, de nitrgeno, amonaco, cloro y sulfuro de hidrgeno (cido sulfhdrico). Buena parte de la fraccin inorgnica est en forma soluble, aunque tambin es significativa la parte insoluble que se presenta en forma de partculas en suspensin. Por su impacto
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
6
ambiental son ms relevantes las especies solubles dado que en esta forma las sustancias son ms mviles y su alcance txico es mayor.
Entre los contaminantes inorgnicos de las aguas pueden destacarse:
Iones nitrogenados: se encuentran en forma de NO3-, NO2-, NH4+ y N orgnico. Los nitritos y el amonio son muy inestables y tienden a oxidarse a nitrato.
Una excesiva carga de nutrientes nitrogenados en cuencas vertientes a lagos o embalses puede provocar la eutrofizacin de los mismos, o en los ros con la posible incidencia de las aguas subterrneas.
La presencia de cantidades excesivas de nitratos en las aguas puede provocar en los lactantes efectos mortales (cianosis) por la formacin de metahemoglobina, y en adultos, nitrosaminas, cancergenas, por la reaccin de nitratos con aminas y aminocidos.
Generalmente son indicadores de contaminacin agrcola.
Iones cianuro: Su presencia en el agua indica siempre una contaminacin de tipo industrial, procede usualmente de galvanoplastias, altos hornos y coqueras. Su toxicidad es muy elevada.
Iones sulfato: La contaminacin por estos iones se debe mayoritariamente al aporte de la lluvia (lluvia cida) y origina una acidificacin del medio acutico provocando graves alteraciones sobre la vida del mismo. La disminucin del pH, por ejemplo, puede ser particularmente devastadora para las salamandras y las ranas, durante los primeros ciclos de vida, as como tambin para algunos peces.
Metales pesados: Aunque muchos de los elementos metlicos son necesarios para el desarrollo de los organismos vivos, al exceder de una determinada concentracin pueden resultar perjudiciales. Muchos de estos elementos tienen afinidad por el azufre, con lo que atacan los enlaces que conforman este elemento en las enzimas produciendo su inmovilizacin. Otros, como el cadmio, el cobre o el plomo (en forma inica) forman complejos estables con los grupos amino y carboxlico, dificultando los procesos de transporte a travs de las paredes celulares.Los metales pesados constituyen un importante problema mundial. Esta problemtica se encuentra relacionada con su persistencia en el medio, y el consecuente factor de acumulacin.
Origen de algunos metales traza en las aguas y principales efectos sobre la salud (Manahan, 1991; Lpez Vera, 1991; Vandecateele y Block, 1993).
Contaminante Origen Toxicidad (individuo de 80 kg)
Otros efectos
Plata Medio geolgico, procesado fotogrfico, electrodeposicin, desinfeccin del agua
Coloracin azul-griscea en piel, membranas mucosas, ojos
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
7
Arsnico Medio geolgico, pesticidas, minera, residuos qumicos
Dosis letal 130 mg. Acumulativo
Posible cancergeno en concentraciones menores, inhibe la produccin de ATP, coagula protenas, forma complejos con enzimas
Bario Acumulativo Dosis letal 600 mg.
Alta DBO. Agua sin oxgeno. Olores por HS
Boro Carbn, detergentes, algunas plantas(ctricos), residuos industriales
Dosis letal 5-20 g
Nuseas y calambres intestinales en dosis menores
Berilio Carbn, industrial espacial y nuclear
Toxicidad aguda y crnica, posiblemente cancergeno, beriliosis, (fibrosis pulmonar y pneumonitis)
Calcio Posibles clculos biliares a elevadas concentraciones. No acumulativo
Cadmio Medio geolgico, minera, electrodeposicin, tuberas
Dosis letal 9 g Reemplaza bioqumicamente al Zn, causa elevada presin en la sangre y problemas renales, destruye el tejido testicular y los glbulos rojos, txico para la biota acutica, afecta a enzimas importantes; acumulativo en hgado, rin y pncreas
Cobalto Medio geolgico, minera, metalurgia
Elemento esencial, forma parte de la vitamina B-12, txico para las plantas a pH cido
Cromo Electrodeposicin, curtido
Dosis letal 0.5 g Efectos corrosivos en el intestino.
Posible cancergeno como Cr(VI)
Cobre Medio geolgico, minera, electrodeposicin, residuos industriales
Elemento esencial para la hemoglobina. Baja toxicidad para animales (vmitos a elevadas concentraciones), txico para plantas y algas a niveles moderados
No acumulativo
Mercurio Medio geolgico, minera, pesticidas
Toxicidad aguda y crnica, especialmente complejos organometlicos, sntomas psicopatolgicos
Hierro Medio geolgico, corrosin de
Nutriente esencial, componente de la
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
8
metales, residuos industriales
hemoglobina, deficiencia provoca anemia, no muy txico, perjudica materiales
Manganeso Medio geolgico, minera
Elemento esencial, baja toxicidad para animales, txico para las plantas a altas concentraciones, mancha materiales
Molibdeno Medio geolgico, minera
Elemento esencial, txico en altas concentraciones
Magnesio Sabor desagradable.
Posiblemente relacionado con encefalitis a elevadas concentraciones
Nquel Residuos industriales
Posiblemente esencial, interfiere con la absorcin
Plomo Medio geolgico, minera, fundiciones, gasolina, tuberas
Veneno acumulativo
Sabor desagradable.
Inhibicin de la sntesis de hemoglobina. Txico (anemia, riones, sistema nervioso). Posiblemente relacionado con encefalitis a elevadas concentraciones
Selenio Medio geolgico Esencial a baja concentracin, txico a altas concentraciones. Posible cancergeno
Estao Residuos industriales
Posiblemente esencial, interacciones metablicas poco conocidas
V Medio geolgico Posiblemente esencial, interfiere con la absorcin del hierro
Cinc Medio, geolgico, residuos industriales
Esencial en algunas metalo-enzimas, ayuda a cicatrizar heridas
Fuente: M. lvarez Cobelas & F. Cabrera Capitn, Eds., 1995,"La calidad de las aguas continentales espaolas. Estado actual e Investigacin", Geoforma ediciones
CONTAMINANTES ORGNICOS: Como compuesto orgnico se designa a un amplio grupo de compuestos qumicos que tienen en comn el hecho de que en su composicin interviene siempre el carbono. Son, pues, los compuestos del carbono, aunque haya que exceptuar el propio carbono en sus distintas formas, sus xidos, el cido carbnico y sus sales, los carburos, los cianuros y algunos otros compuestos carbonados que son completamente inorgnicos.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
9
Los contaminantes orgnicos tambin son compuestos disueltos o dispersos en el agua que provienen de desechos domsticos, agrcolas, industriales y de la erosin del suelo. Son desechos humanos y animales, de rastros o mataderos, de procesamiento de alimentos para humanos y animales, diversos productos qumicos industriales de origen natural como aceites, grasas, breas y tinturas, y diversos productos qumicos sintticos como pinturas, herbicidas, insecticidas, etc.
Los contaminantes orgnicos consumen el oxgeno disuelto en el agua y afectan a la vida acutica. De entre los contaminantes orgnicos merece la pena destacar a los plaguicidas. Se trata de agentes que combaten los organismos que atacan al alimento y a otros materiales esenciales para los seres humanos, por lo que tienen un uso fitosanitario, ganadero, domstico, ambiental (desinfeccin y desratizacin), en la industria alimentaria e incluso en la higiene personal. Muchos de ellos tienen un origen sinttico de modo que en el medio son difcilmente biodegradables por los microorganismos, si adems tenemos en cuenta su amplia toxicidad con los organismos, nos daremos cuenta de la importancia que tiene su control.
Contaminantes de naturaleza biolgica: El principal problema de la contaminacin microbiolgica de las aguas, consiste en la propagacin de enfermedades producidas por virus y bacterias que sean introducidos al ro y/o acufero por vertidos de aguas fecales de origen humano o animal.
Grupo Agente Efecto
Virus
Bacterias
Virus A de la hepatitis drmica
Coxackia
Adenovirus
Salmonella typhi
Salmonella paratyphi
Shigella disenteriae
Vibrio cholerae
Escherechia coli
Yersinia enterocolitica
Campylobacter fetus
Hepatitis epidrmica
Afeccin gastrointestinal
Conjuntivitis
Fiebre tifoidea
Fiebre partifica
Disentera bacilar
Clera
3.2 CONTAMINANTES FSICOS
Sustancias radiactivas. Istopos radiactivos solubles pueden estar presentes en el agua y, a veces, se pueden ir acumulando a lo largo de las cadenas trficas, alcanzando
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
10
concentraciones considerablemente ms altas en algunos tejidos vivos que las que tenan en el agua.
CONTAMINACIN TRMICA: El agua caliente liberada por centrales de energa o procesos industriales eleva, en ocasiones, la temperatura de ros o embalses con lo que disminuye su capacidad de contener oxgeno disuelto y por tanto afecta a la vida de los organismos.
Indicadores de la contaminacin del agua
Indicadores fsico-qumicos:
Slidos totales: comprende la materia (orgnica e inorgnica) disuelta, coloidal
Color: debe ser incolora; las aguas residuales tienen un color entre gris y negro.
Olor: ser inodora; las aguas residuales domsticas tienen un olor desagradable.
Temperatura: influye en el desarrollo de la vida acutica, el oxgeno disuelto.
Turbidez: es mayor cuanto mayor es la contaminacin del agua.
pH: mide la concentracin de hidrogeniones; pH del agua potable entre 6,5-8,5.
(DBO): determina midiendo la cantidad de oxgeno consumido por los microorganismos.2mg/l
Indicadores microbiolgicos:
Coliformes: Escherichia coli; sirven como indicadores de contaminacin fecal.
Otros indicadores: Elementos no deseables y/o txicos: Al, As, Fe, Mn, Ti, Zn, Sb, Ag, Ba, Cr, Sn, F, Hg, Ni, Pb, Se,Micro contaminantes orgnicos: hidrocarburos clorados, hidrocarburos aromticos poli cclicos, aceites y grasas, pesticidas, detergentes, cianuros, fenoles, etc.
4 POTABILIZACION DEL AGUA
Al proceso de conversin de agua comn en agua potable se le denomina potabilizacin. Para confirmar que el agua ya es potable, debe ser inodora (sin olor), incolora (sin color) e inspida (sin sabor).
Los procesos de potabilizacin son muy variados, por ejemplo una simple desinfeccin, para eliminar los patgenos, que se hace generalmente mediante la adicin de cloro, mediante la irradiacin de rayos ultravioletas, mediante la aplicacin de ozono, etc. Estos procedimientos se aplican a aguas que se originan en manantiales naturales o para las aguas subterrneas.
Si la fuente del agua es superficial, agua de un ro arroyo o de un lago, ya sea natural o artificial, el tratamiento suele consistir en un stripping de compuestos voltiles seguido de la precipitacin de impurezas con floculantes, filtracin y desinfeccin con cloro u ozono. El caso extremo se presenta cuando el agua en las fuentes disponibles tiene presencia de sales y/o metales pesados. Los procesos para eliminar este tipo de impurezas son generalmente complicados y costosos. En zonas con pocas precipitaciones y zonas de y disponibilidad de
http://www.monografias.com/trabajos12/desorgan/desorgan.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/falta-oxigeno/falta-oxigeno.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/contamagua/contamagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/proteinas/proteinas.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos32/derecho-al-agua/derecho-al-agua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/valoracion/valoracion.shtml#TEORICAhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidro
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
11
aguas marinas se puede producir agua potable por desalinizacin. Este se lleva a cabo a menudo por smosis inversa o destilacin.
Sin embargo, la potabilizacin del agua puede resumirse en los siguientes pasos:
4.1 CAPTACIN
La captacin de aguas superficiales se realiza por medio de tomas de agua que se hacen en los ros o diques.
El agua proveniente de ros est expuesta a la incorporacin de materiales y microorganismos requiriendo un proceso ms complejo para su tratamiento. La turbiedad, el contenido mineral y el grado de contaminacin varan segn la poca del ao (en verano el agua de nuestros ros es ms turbia que en invierno).
La captacin de aguas subterrneas se efecta por medio de pozos de bombeo perforaciones.
4.2 CONDUCCIN
Desde la toma de agua del ro hasta los presedimentadores, el agua se conduce por medio de aqueductos canales abiertos.
Esta etapa se realiza en piletas preparadas para retener los slidos sedimentables (arenas), los slidos pesados caen al fondo. En su interior las piletas pueden contener placas o seditubos para tener un mayor contacto con estas partculas. El agua pasa a otra etapa por desborde.
Agregado de productos qumicos:El agregado de productos qumicos (coagulantes) se realiza para la desestabilizacin del coloide o turbiedad del agua.
4.3 FLOCULACIN
En los floculadores, que pueden ser mecnicos o hidrulicos, se producen la mezcla entre el producto qumico y el coloide que produce la turbiedad, formando los floculos.
Los floculadores mecnicos son paletas de grandes dimensiones, y velocidad de mezcla baja. Son hidrulicos con canales en forma de serpentina en la cual se reduce la velocidad de ingreso del agua produciendo la mezcla.
4.4 SEDIMENTACIN
La sedimentacin se realiza en decantadores o piletas de capacidad variable, segn la Planta Potabilizadora. En ellos se produce la decantacin del floculo, que precipitan al fondo del decantador formando barros. Normalmente la retencin de velocidad del agua que se produce en esta zona es de 40 minutos a una hora.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
12
Los decantadores o sedimentadores es su tramo final poseen vertederos en los cuales se capta la capa superior del agua que contiene menor turbiedad por medio de estos vertederos el agua pasa a la zona de filtracin.
4.5 FILTRACIN
Un filtro est compuesto por un manto sostn: piedras, granza y arena.
La filtracin se realiza ingresando el agua sedimentada o decantada por encima del filtro. Por gravedad el agua pasa a travs de la arena la cual retiene las impurezas o turbiedad residual que queda en la etapa de decantacin.
Los filtros rpidos tienen una carrera u horas de trabajo de aproximadamente 30 horas.
Una vez que el filtro colmat su capacidad de limpieza, se lava ingresando agua limpia desde la parte inferior del filtro hacia arriba, esto hace que la suciedad retenida en la arena, se despegue de la misma.
4.6 DESINFECCIN
Una vez que el agua fue filtrada, pasa a la reserva, all se desinfecta segn distintos mtodos. El ms usado es el agregado de cloro lquido. El cloro tiene la caracterstica qumica de ser un oxidante, lo cual hace que se libere oxgeno matando los agentes patgenos, por lo general bacterias anaerbicas.
Otros desinfectantes utilizados son: hipoclorito de sodio, hipoclorito de calcio (pastillas), ozono, luz ultravioleta, etc.
Durante todo el proceso de potabilizacin se realizan controles analticos de calidad.
5 METODOS DE ELIMINACION DEL SILICE
El silicio es el segundo elemento ms abundante del planeta y se encuentra en la mayora de las aguas. Es el constituyente comn de las rocas gneas, el cuarzo y la arena. La slice existe normalmente como oxido (como Si02 en la arena y como silicato Si03= ). Puede estar en forma insoluble, soluble y coloidal. Muchas aguas naturales contienen menos de 10 mg/l de slice, algunas pueden llegar a contener hasta 80 mg/l. Las aguas volcnicas la contienen abundancia. El anlisis de la slice en el agua de alimentacin de las calderas de alta presin, es de gran importancia para evitar la formacin de depsitos duros de slice en los tubos de las calderas y en las aspas de las turbinas de vapor. Es importante conocer el contenido de la slice en aguas de uso industrial y aguas de desecho. Los anlisis de la slice, tambin proporcionan un mtodo sensitivo para el control de la operacin los desmineralizadores de agua, ya que la slice es una de las primeras impurezas que salen a travs de una unidad agotada. Se puede eliminar la slice del agua por:
intercambio inico
destilacin
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
13
tratamientos con cal
carbonato y magnesio
En ocasiones es usado para formar capas protectoras internas en las tuberas para inhibir la corrosin. No tiene efectos txicos conocidos.
6 DESAIREACION, OXIGENACION, EVAPORACION
DESAIREACION: Tambin llamada desgasificacin. Consiste en extraer los gases disueltos
(oxgeno, anhdrido carbnico). Se consigue calentando el agua de alimentacin,
proporcionando una gran rea de contacto agua-aire (ducha o agitacin).
La desaireacin se basa en los siguientes dos principios cientficos:
a) El primero puede ser descrito por la ley de Henry, el cual afirma que la solubilidad de
un gas en una solucin disminuye, cuando la presin parcial sobre la solucin
disminuye.
b) El segundo principio que gobierna la desaireacion, es la relacin que existe entre la
solubilidad y la temperatura. La solubilidad de un gas en una solucin disminuye a
medida que la temperatura de la solucin aumenta y alcanza la temperatura de
saturacin.
El tipo ms comn de agua corrosiva es la que tiene disuelto aire. Ya que es el contenido de
oxgeno disuelto la causa de la corrosin, esta se conoce como corrosin por oxgeno
disuelto. En atmosfera seca, el hierro no se oxida. Si un espcimen de hierro se coloca dentro
de agua perfectamente desaireada con un PH no demasiado bajo, no se aprecia una corrosin
notable. Pero si la muestra se sumerge en agua que contenga oxgeno disuelto, la corrosin
se hace rpidamente evidente.
La velocidad de la corrosin por el oxgeno disuelto se aumenta bajando el PH del agua y se
disminuye elevndolo. Consecuentemente, cuando estn presentes aire y gran cantidad de
bixido de carbono libre en aguas de baja alcalinidad, la corrosin toma lugar ms rpidamente
que en aguas de la misma alcalinidad pero de menor contenido de bixido de carbono. Si hay
suficiente CO2 libre para bajar el PH, el agua puede ser corrosiva aun cuando est libre de
oxgeno disuelto. De una manera general, se puede decir que el oxgeno es 10 veces ms
corrosivo que el CO2.
La velocidad de la corrosin por oxgeno disuelto en los calentadores de agua aumenta
rpidamente con los aumentos en la temperatura, hasta un mximo de 76,7 C. Inversamente,
bajando la temperatura, la velocidad de corrosin baja prontamente. En general, podemos
suponer que esta reaccin, de acuerdo con la regla qumica, se dobla en velocidad por cada
10 C de aumento en la temperatura. Generalmente se puede esperar que a altas
temperaturas la corrosin por el oxgeno sea 200 veces mayor que a 0C.
Sin embargo es conocido en la prctica, que las lneas de agua caliente de baja dureza se
corroen ms rpidamente que las que transportan agua fra, y la peor agua roja se obtiene
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
14
de las purgas de lneas de agua caliente (con aguas de alta dureza de bicarbonato, la pelcula
de carbonato de calcio que se forma de una proteccin definitiva al metal que recubre).
Obviamente deben evitarse depsitos muy fuertes de carbonato de calcio; sin embargo en
muchos sistemas municipales de distribucin de agua, de sistemas de enfriamiento, donde el
agua se recircula a travs de torres de enfriamiento abiertas, etc. Muy a menudo se emplean
estas delgadas capas de carbonato de calcio para reducir la corrosin. Tambin en las
calderas antiguas de baja presin, los operadores frecuentemente confiaban en estos
dispositivos para reducir la corrosin de la caldera, naturalmente esto no evita la corrosin en
las lneas de retorno de condensado
7 CLARIFICACIN DEL AGUA
Para eliminar materia orgnica, color, y turbidez del agua se emplean los siguientes
procedimientos:
7.1 SEDIMENTACIN
Se refiere a la remocin (mover, que cambia la situacin) sin ayuda de coagulantes, de materia
suspendida, reduciendo la velocidad del agua hasta que sea prcticamente nula.
Usualmente la eliminacin que se logra es solo parcial, dependiendo de la materia que se
trate, temperatura del agua y la amplitud de los tiempos de retencin. Como las partculas
pueden variar en un amplio margen, desde material relativamente grueso hasta materia
coloidal
Debe hacerse una serie de pruebas en las cuales el grado de sedimentacin efectuado en
ciertos periodos se determine cuidadosamente. Estas pruebas servirn para mostrar que tanto
el material suspendido puede ser removido en varios periodos de sedimentacin y determinar
si puede haber economa en el uso de coagulantes mediante sedimentacin primaria.
La sedimentacin puede llevarse a efecto en lagos, estanques, depsitos o tanques, cuyos
tamaos y periodos de retencin pueden variar ampliamente, los periodos usados en
sedimentacin pueden variar desde algunas horas hasta un mes. Donde se emplean tanques
o estanques, se recomienda el uso de deflectores para evitar los cortos circuitos.
En los grandes lagos y depsitos el periodo de retencin puede ser tan largo que no solo se
elimina la materia gruesa sino tambin los sedimentos muy finos
Ocasionalmente las aguas de pozo profundo que han sido claras, se vuelven arenosas. Esta
arena usualmente se elimina en equipo de sedimentacin relativamente pequeo, conocido
como desarenador. Por lo tanto, en algunos casos, los slidos suspendidos pueden ser
eliminados por sedimentacin simple, pero esto es una cosa excepcional y generalmente se
requiere la combinacin de varios procesos.
7.2 COAGULACIN
El color o la turbidez estn formados por partculas coloidales por eso es necesario tratar el
agua antes de filtrarla, de manera que estas partculas se aglomeren formando grumos, este
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
15
tratamiento se llama coagulacin, las sustancias qumicas usadas son coagulantes y los
precipitados gelatinosos que se obtiene se llama floculos. Si los floculos se producen en
condiciones apropiadas, capturaran ya sea electroforesis o por entrampamiento simple los
suspensoides y formaran, por aglomeracin, grumos suficientemente grandes que sern
retenidos por el filtro, dando efluentes claros. La gran mayora de los floculos se asientan
fcilmente, de manera que con el uso de equipo apropiado para su manejo, la carga de los
filtros se reduce grandemente.
Las sustancias que se usan en la coagulacin son compuestos de hierro y aluminio,
usualmente sus sulfatos. Debido a su naturaleza acida, estas sustancias reaccionan con la
alcalinidad natural o aadida del agua para formar hidrxidos y sulfatos respectivos.
Generalmente se admite que los floculos los forman los hidrxidos de hierro o aluminio, pero
en realidad son sulfatos bsicos de composicin compleja. La mayora de las partculas
coloidales que forman el color y turbidez, tiene cargas elctricas negativas, mientras que los
hidrxidos mencionados tienen carga positiva. De aqu que en la coagulacin se encuentren
involucrados fenmenos mecnicos y elctricos
Las dosis de coagulante y el PH ptimo varan para cada agua en particular. De una manera
general, se puede decir que la dosis de coagulante vara desde fracciones de ppm hasta ms
de 80 ppm
COAGULANTE PH
Condicin general Aguas muy altas en color
aguas altas en solidos disueltos
Coagulante de aluminio 5.5 a 6.8 PH< 5.5 7.5
Coagulante de hierro 3.5 a 5.5 - -
Fuente: Nordell, Eskel,Eds.,Mexico continental,1965-64,"Tratamiento de agua para la industria y otros usos
Las aguas ms difciles de coagular son las aguas altas en color, libres de turbidez y de bajo
contenido de materia inorgnica disuelta, para esto el rango de PH para una buena
coagulacin puede ser muy estrecho, pero puede ampliarse aadiendo una ayuda de la
coagulacin, tal como arcilla, slice activada o polielectrolitos. El color se elimina a PH debajo
de 6.5.
Una agitacin controlada tambin sirve para ampliar el margen de coagulacin y el grado de
agitacin debe ser tal que permita una buena formacin de cogulos y su siguiente
asentamiento, pero no debe ser excesiva, ya que una agitacin violenta evita la formacin de
floculos.
7.2.1 PRUEBAS DE LABORATORIO
Para efectuar una buena coagulacin, se deben determinar en el laboratorio mediante
cuidadosas pruebas que se efectan en frascos de vidrio de boca ancha, es preferible efectuar
varias pruebas simultaneas empleando un agitador mecnico mltiple de velocidad variable.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
16
La iluminacin de los frascos de vidrio es probablemente la mejor manera de determinar el tipo
de coagulacin que se forma y el mejor mtodo de lograr esto es dirigir un rayo luminoso por
la parte inferior de los frascos, dirigido hacia arriba. Deben evitarse los efectos de
calentamiento que esto podra acarrear.
Una vez agitndolas vigorosamente y midiendo la cantidad deseada antes de que se asiente.
Este procedimiento no es muy exacto, pero es suficientemente rpido y aproximado para
indicar los rangos de dosificacin.
Se registra el tiempo para la formacin de los floculos. Se detiene la agitacin y se anota el
tiempo necesario para el asentamiento. Esto generalmente se expresa como porcentaje sobre
lo que se asienta en periodos de 5, 10 y 15 minutos. No hay un mtodo bueno y precio de
determinar estas constantes. Ya que esto se hace por estimacin del observador, lleva
implcito un error humano.
Las primeras determinaciones usualmente no se hacen con mucha exactitud, sino que solo se
busca determinar el grado de magnitud de los factores que interviene en el proceso de
coagulacin, posteriormente se refinan las determinaciones hasta alcanzar un grado de
exactitud satisfactorio para cada caso.
Con los volmenes que se manejan en los equipos de coagulacin, se obtienen mejores
coagulaciones con menos dosis de coagulantes que las que usualmente se obtienen en los
pequeos volmenes de los frascos de boca ancha. Por lo que las pruebas en los frascos
indican solamente las dosificaciones aproximadas y ptimos PH. Los ajustes finales se hacen
en el equipo.
7.2.2 COAGULANTES
Los coagulantes ms comnmente usados son:
7.2.2.1 SULFATO DE ALUNIMIO
Este tipo de coagulante es el de uso mas amplio. Se dispone en formas acida y bsica con
contenido de 23 de 14.5 a 17.5 % (el contenido terico de 23 en el sulfato puro es
15.3%).El contenido de agua de las formas industriales es de 14 moleculas de agua, se puede
comprar en forma granular, cristales, polvo o solucin. Al disolver las formas solidas se
recomiendan contar con agitacin mecnica. Este reactivo se puede dosificar con
dosificadores en seco, electroqumicos, de gravedad por orificio, de presin,etc.
7.2.2.2 SULFATO FERRICO
2(4)3 En EEUU se conocen 2 formas comerciales,Ferrisul y Ferrifloc, difieren los
grados de este producto en su contenido de sulfato frrico que generalmente varia de 70 a
90%. Algunos tipos tienen cantidades apreciables de sulfato de aluminio. En el mercado se
encuentran en forma granular. El sulfato frrico es muy soluble y sus soluciones se preparan
fcilmente por agitacin con dos partes de agua y una parte de sulfato. La solucin
concentrada se diluye a la cantidad deseada. Las soluciones diluidas se hidrolizan a hidrxido
frrico. No se recomienda guardar soluciones concentradas por mucho tiempo.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
17
El sulfato frrico puede dosificarse tanto en solucin como solido; en la dosificacin como
liquido deben emplearse materiales no corroibles tales como hule, plomo, cermica, durion y
acero inoxidable. El PH ptimo para la coagulacin debe determinarse por experimentos en el
laboratorio. Sus reacciones con sustancias alcalinas usualmente se indican para mostrar la
precipitacin del hidrxido frrico.
7.2.2.3 SULFATO FERROSO
4 72.Comunmente se conoce como coperas. En el mercado se encuentra en forma
granular o formando cristales, es fcilmente soluble en agua. Reacciona con la alcalinidada
para formar hidrxido ferroso que tiene una solubilidad de 4 ppm como Fe que es muy alta.
Debe por lo tanto oxidarse a la forma ferrica Fe (OH)3 que tiene una solubilidad despreciable
(menos de 0.01 ppm). A valores de PH arriba de 7, esta oxidacin debe llevarse a efecto
aireando el agua, o por clorinacion a valores de PH mucho ms bajos. Tericamente, cada
parte por milln de sulfato ferroso aadido, requiere solamente 0.03 ppm de oxgeno para
oxidarse. De manera que si un agua superficial contiene nicamente 6 ppm de oxgeno
disuelto, contendr cerca del doble de la cantidad terica necesaria para oxidar 104 ppm de
sulfato ferroso, siempre que el PH sea alto
7.2.2.4 COPERAS CLORINADA
Cuando el ion ferroso de sulfato ferroso se oxida con cloro hasta ion frrico, el tratamiento se
llama clorinacion de coperas, la frmula de esta sustancia qumica puede ser Fe S4, 72 +1
2 2. Sin embargo, en el tratamiento del agua, tanto el sulfato como el cloro se alimentan
separadamente. Tericamente, cada ppm de sulfato ferroso requiere 0.126 ppm de cloro para
oxidarse.
7.2.2.5 ALUMBRE DE POTASIO O AMONIO
Estos dos coagulantes, ya sea en forma cristalina o en forma de grumos, son los nicos que
se pueden usar en los alimentadores de tipo presin de solucin. Las frmulas para estos
compuestos son: Al (S4)3 *(N4)2S4* 24 2. Las reacciones del alumbre de amonio son
similares, solo que se produce sulfato de amonio, (N4)2 4 en lugar de sulfato de potasio.
7.2.2.6 ALUMINATO DE SODIO
El aluminato de sodio NaAl2 difiere de los anteriormente descritos, en que tiene carcter
alcalino en sus reacciones. Cuando se usa para coagular aguas turbias o coloreadas,
usualmente se dosifica junto con sulfato de aluminio. Tambin reacciona con el C2 libre.
La composicin del aluminato de sodio varia, pero de una manera general puede esperarse
que contenga el 88% de NaAl2, el resto es bicarbonato de sodio de hidrxido de sodio. Esta
sustancia puede dosificarse tanto con dosificadores en seco coom aparatos para manejas
soluciones. Es muy en agua, 30 partes por cada 100 partes de agua partes de agua a 0C.
Generalmente se recomienda calentar para facilitar la solucin. No se preparen soluciones que
deban almacenarse por periodos de tiempos mayores de 24 horas, ya que a menos de que
tengan una fuerte alcalinidad residual, estas soluciones depositan un residuo difcil de eliminar.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
18
El aluminato de sodio se vende en sacos o cuetes que deben abrirse inmediatamente antes
de usarse. Su peso es de 53 a 60 lb/pie2 y una tonelada requiere de 35 a 38 pies3
7.3 FILTRACIN
Los tipos de filtros usados para la filtracin de agua casi todos son del diseo que emplea
material granulado como medio filtrante, tales como arena fina o antrafilt, a travs de los
cuales el agua se filtra en flujo descendente. A este tipo de filtros se le conoce genricamente
como filtros de arena. Al tipo antiguo de filtro de baja velocidad se le llamaba filtro ingls. No
se agregaba coagulante y deban madurarse por algn tiempo hasta que apareciera el
schmutzdecke, especie de sedimento formado por desarrollo bacteriano en la superficie del
filtro, una vez que esto se lograba se iniciaba la filtracin del agua. La velocidad de filtracin a
travs de este tipo de filtro era muy lenta, y se expresaba en galones por acre de rea de
filtracin.
3 a 8 millones de galones por acre por dia 0.048 a 0.128 gpm/pie2
Aun cuando un buen nmero de estos filtros se encuentran en operacin, no se han hecho
nuevas instalaciones usando este tipo de filtracin.
Modernamente se usa el filtro rpido o americano. A este filtro no es necesario someterlo a
procesos de maduracin. En su operacin se usan coagulantes, y usualmente es suficiente un
periodo de dos a tres minutos al iniciar el ciclo para que el efluente este completamente claro.
La velocidad de filtracin por este tipo de filtro es de 3 gpm/pie2. Para uso municipal se disean
con dos gpm/pie2
Los filtros rpidos se pueden dividir en dos clases:
1.- de presin
2.- de gravedad
En las instalaciones industriales se usa casi siempre el primer tipo. Pero cuando se manejan
grandes volmenes de agua se usa el tipo de gravedad, principalmente en el proceso de
ablandamiento de cal en frio.
7.3.1 FILTROS DE PRESION
Los filtros de presin se fabrican en el tipo vertical y horizontal, los filtros estn formados por
una coraza metlica cilndrica con tapas abombadas que contienen una capa de medio filtrante
(arena o antrafilt) soportado por capas de grava o antrafilt, equipados con los accesorios
necesarios para llevar a efecto las operaciones de filtracin, retrolavado, y enjuague. Los filtros
verticales varan de 30 cm a 3 m de dimetro y tienen capacidades de 2.5 a 235 gpm a una
velocidad de filtracin de 3 gpm/pie2 de superficie filtrante. La altura de los filtros verticales es
usualmente de 1.60 m en la parte cilndrica, aunque ocasionalmente es usan de 1.20 m. Los
filtros horizontales tiene 2.5 m de dimetro y su longitud varia de 3.5 a 8.5 m y tiene
capacidades de 201 a 516 gpm.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
19
En estas unidades, la filtracin se efecta pasando el agua en flujo descendente a travs de
un lecho de arena fina soportada por lechos de grava graduadas. El material ms ampliamente
usado y tambin el ms antiguo es la arena. En segundo lugar la antracita lavada y graduada.
En los filtros neutralizadores se emplea calcita. La ventaja de usar un medio filtrante granular
es que en la operacin de lavado, el lecho se expande provocando que la materia insoluble
retenida en el filtrado sea puesta en libertad.
7.3.2 FILTROS DE GRAVEDAD
Estos filtros no se emplean tan extensamente como los filtros de presin, sin embargo tambin
se usan. Para las aplicaciones industriales generalmente se operan a 3 gpm/pie2 ; en la
prctica municipal se emplea una velocidad de filtracin de 2 gpm/pie2. Recientemente se ha
aumentado la velocidad de filtracin como resultado de una mejor coagulacin y asentamiento.
Los filtros de gravedad pueden constituirse, de concreto acero o madera, pero el concreto es
el material que ms se usa. Tambin la forma ms usada es la rectangular
El filtro generalmente se monta sobre una cisterna, de la cual se toma para el servicio general
y para retrolavado. Las canaletas de lavado ya sean de concreto o de fierro, que estn situadas
en la parte superior del filtro, tiene el doble propsito de distribuir el agua durante la filtracin
y colectar el agua de retrolavado cuando se efecta esta operacin. En el fondo del filtro est
el sistema colector que sirve para recoger el agua durante la filtracin y distribuirla durante la
operacin de retrolavado.
7.4 CLORACIN
Desinfectante es el producto qumico que destruye las formas vegetativas de los
microorganismos patgenos y no patgenos. Los desinfectantes qumicos ms corrientes son
aquellos con propiedades oxidantes, de los cuales el cloro es el ms universalmente usado.
El efecto letal del cloro y sus derivados, se debe a una accin combinada de su efecto oxidante
sobre los constituyentes de la clula y a la interaccin con algunas sustancias celulares y la
consiguiente intoxicacin de los microorganismos.
Los principales compuestos que se emplean para la cloracin de aguas son: 1) cloro gaseoso,
2) hipoclorito, 3) cloraminas y otros compuestos clorados de menor difusin.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
20
La cloracin permite el control de gusto y olores reducindolos, esto se debe que el cloro oxida
sustancias que se presentan naturalmente, nos referimos a las secreciones de algas
malolientes y olores de vegetacin que se encuentra en proceso de descomposicin; el cloro
le otorga al agua atributos inodoros y modifica favorablemente su sabor.
El contener partculas microscpicas en la dilucin del agua son suficientes para que se
ubiquen entre 10.000 y 20.000 colonias de bacterianas . de todo esto lo bueno debe ser
que no dejan residuos txicos para el mantener a largo plazo este efecto debe de estar
bsicamente esterilizado el conducto en donde circule el agua y en todo esto siempre se
debe de contener bien controlado la luz ultravioleta para que esto tenga siempre buenas
prcticas y el agua siempre sea un xito.
El cloro es un elemento halgeno, no metlico, no se encuentra libre en la naturaleza, es un
componente importante de minerales hlito (sal de rocas o cloruro sdico) Silvita (cloruro
potsico) y carnalita, y un cloruro en el agua de mar. Es una agente oxidante extremadamente
fuerte, ligeramente soluble en agua fra. Cuando se adiciona cloro al agua se forma una mezcla
de cido hipocloroso (hocl) y cido clorhdrico. cl2+h2o=hocl+hcl (h++c-).
En caso del cloro gas o una cloramina acidificada cuanto ms compuesto clorado se
adicione, mayor seria la velocidad de destruccin de las bacterias. Sin embargo en el caso de
los hipocloritos la cantidad adicionada no es un indicador de la letalidad de la solucin; en
razn de que en la formulacin de los hipocloritos deben estar presentes compuestos alcalinos.
Una solucin que contiene 1000 ppm de hipoclorito tiene un PH de 11 a 12, mientras que de
una de 25 ppm tiene un PH de 8 a 9
El cloro se aplica al agua filtrada para eliminarle los microorganismos patgenos an
presentes en ella. Entre ellos el bacilo de Cook causante de la tuberculosis. Se busca que el
residual de cloro en el ltimo tanque servido por la planta sea al por menos 0.05 p.m. de cloro.
El cloro libre se busca que sea de 1 a 1.3 p.m. en la planta y el cloro combinado de 0.05 a 0.08
p.m. al cloro que existe en forma de cido hipocloroso y de ion hipoclorito se le denomina cloro
libre, la suma del cloro libre y el combinado es el cloro total.
Otra forma de oxidar la materia orgnica del agua filtrada es por medio del ozono pero es un
proceso caro, difcil de manejar y el ozono es muy inestable. Por ello en se prefiere manejar
este parmetro con cloro gaseoso.
7.5 ESTERILIZACIN
La remocin, destruccin o prevencin del crecimiento de microorganismos puede llevarse a
efecto por varios medios. Las algas y otras plantas clorofilianas necesitan de la luz del sol para
crecer. De aqu que si el agua se puede almacenar en depsitos cerrados, se previene el
crecimiento de estos organismos. A veces se han usado balsas flotantes, pero no son de
recomendarse ya que usualmente no son satisfactorias. En los depsitos abiertos, algunas
veces se han usado el carbn activado para aprovechar su accin selectora de la luz, pero
obviamente, estas son aplicaciones limitadas. En los depsitos de gran tamao,
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
21
frecuentemente se emplean ciertas dosis de sulfato de cobre para impedir el crecimiento de
los microorganismos.
Sin embargo, en muchas plantas industriales la destruccin y remocin de los crecimientos
orgnicos se lleva a efecto en los depsitos de sedimentacin de la planta de tratamiento de
agua. Esto usualmente se hace con cloro y coagulacin seguido de sedimentacin y filtracin.
Cuando el cloro se usa de esta manera, el proceso se llama preclorinacin y es frecuentemente
de gran valor para reducir las dosis de coagulantes requerido. En muchos casos, la mayora
de la materia orgnica se remueve por coagulacin, sedimentacin y filtracin, siguiendo la
postclorinacion. En otros casos, se usa post preclorinacion.
Los crecimientos del crenothrix se previenen mejor removiendo el hierro y manganeso,
siguiendo luego por clorinacion. En el caso de aguas azufrosas, la reduccin de sulfuro de
hidrogeno debe primero llevarse a efecto, despus de lo cual el agua se clorina para remover
las ultimas trazas de sulfuro de hidrogeno y matar las bacterias que puedan estar presentes.
Donde las cantidades de agua que se deben manejar son relativamente pequeas y el
contenido de microorganismos y turbidez es poco, generalmente no se usan recipientes de
sedimentacin y los coagulantes y el cloro se inyectan a las lneas que conducen a los filtros.
En tales casos, especialmente si la demanda de agua no es muy grande, un tanque de presin
en el que se lleve a efecto la reaccin que se le conoce como tanque de sedimentacin a
presin, es de cierta ventaja el colocarlo antes de los filtros. En las plantas en que se emplean,
los procesos de cal sodada o soda en frio, la coagulacin y asentamiento pueden muy bien
efectuarse en el equipo que se usa. Si el tratamiento se lleva a efecto en la fase caustica, se
puede lograr considerable reduccin en el contenido de bacterias, pero se aconseja la
postclorinacion.
El agua de desinfeccin antes de que entre el sistema de distribucin para asegurar que los
microbios potencialmente peligrosos se mueran. El cloro, clramelos, o dixido de cloro que
son usados ms frecuentemente porque son desinfectantes ms efectivos, no solo en la planta
de tratamiento pero tambin en las tuberas que distribuyen el agua a nuestros hogares y
negocios. El ozono es un desinfectante potente, y una radiacin ultravioleta es un
desinfectante eficaz y un tratamiento para una fuente de aguas relativamente limpia; pero
ninguna de estas es efectiva para controlar contaminantes biolgicos en las tuberas de
distribucin.
8 FORMACIN DE INCRUSTACIONES
En las incrustaciones (minerales) el agua juega un papel importante dado que es un buen
solvente para muchos materiales y puede transportar grandes cantidades de minerales. Todas
las aguas naturales disuelven distintos componentes cuando contactan fases minerales en su
estado natural. Esto da lugar a fluidos complejos, ricos en iones, algunos de los cuales se
encuentran en su lmite de saturacin para ciertas fases minerales. Dependiendo del lugar de
donde provenga el agua su composicin qumica es diferente.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
22
Agua de mar Rica en iones
agua de suelo o de ambiente Suele ser ms diluida
Aguas subterrneas de ambientes profundos
Enriquecida con iones mediante la alteracin de los minerales sedimentados
8.1 SUS CAUSAS
La formacin de las incrustaciones en el agua se debe por perturbar el estado natural puede
ser con el cambio de temperatura o presin, la liberacin de un gas, una modificacin del PH
o el contacto con agua incompatible, existe aguas de produccin que a pesar de encontrarse
sobresaturadas y ser proclives a las incrustaciones minerales, no presentan problema alguno.
Las incrustaciones se desarrollan a partir de una solucin. El primer desarrollo dentro de un
fluido saturado es una formacin de grupos de tomos inestables, proceso denominado
nucleacin homognea. Los grupos de tomos forman pequeos cristales (semillero de
cristales) provocado por fluctuaciones locales en el equilibrio de la concentracin de iones en
las soluciones sobresaturadas. A continuacin los cristales crecen por adsorcin de iones
sobre las imperfecciones de los cristales. Esto implica que los cristales grandes tienden al
continuo crecimiento de los mismos y adems que los cristales pequeos se pueden
redisolver. El semillero de cristales de hecho acta como un catalizador de la formacin de
incrustaciones.
El crecimiento de cristales tambin tiende a iniciarse sobre una superficie preexistente de lmite
de fluidos, proceso denominado nucleacin heterognea. Los sitios en que se produce la
nucleacin heterognea incluye los defectos en las superficies, como las asperezas en las
superficie de los tubos o caoneos en las tuberas cortas de produccin, o incluso en las juntas
y las costuras de las tuberas de produccin y en los tubos de conduccin. Un alto grado de
turbulencia tambin puede hacer las veces de un catalizador para el depsito de sedimentos.
Causando el crecimiento en espesor de una capa calcrea/magnsica acarreando graves
consecuencias econmicas y de produccin.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
23
8.2 MECANISMOS DE FORMACION
El agua, recurso utilizado prcticamente en toda actividad humana, contiene naturalmente carbonatos de calcio, magnesio (compuestos inicos) y otras sales, as como microorganismos y elementos varios en solucin.
Las sales presentes en el fluido de un circuito se adhieren a sus paredes interiores debido a
las cargas elctricas naturales de sus molculas y a las propiedades de sus estructuras
cristalinas.
La formacin de incrustaciones se deben fundamentalmente a las sales de calcio y magnesio,
presentes en el agua en cantidades apreciables, que por calentamiento se concentran y
precipitan, formando depsitos duros y trmicamente aislantes. Est compuesto de calcio y
magnesio, ocasionalmente se cementan con slice. Incluso en condiciones severas se pueden
construir silicatos complejos y xidos de hierro y cobre mezclados
Los efectos directamente ocasionados son:
Reduccin de coeficiente de transmisin de calor.
Reduccin de la seccin libre del paso del fluido.
Rotura de tubos de agua por sobrecalentamiento.
Debido al mal uso de productos qumicos para mitigarlas, combinado con una inadecuada
prevencin y mantenimiento, que agravan an ms los problemas. Este es entonces una
dificultad por considerar en la industria por su incidencia econmica ya que es responsable de
la sustitucin de equipos, del mantenimiento y de prdidas de tiempo y dinero por paradas de
planta, seguridad, corrosin, entre otras. Adems, las incrustaciones formadas son un gran
inconveniente debido a que actan como aislante trmico, disminuyendo de esta manera, la
transferencia de calor y, por tanto, la productividad del equipo
Formador de incrustacin dura, blanda o corrosin tales como: Silicato clcico Bicarbonato
clcico Nitrato clcico Silicato clcico Carbonato clcico Cloruro clcico Silicato magnsico
Hidrxido clcico Cloruro magnsico Slice Bicarbonato magnsico Sulfato magnsico
Carbonato magnsico Nitrato de magnesio Hidrxido magnsico Almina Fosfato clcico
Silicato sdico Carbonato de hierro xido de hierro
La solucin preventiva consiste en eliminar o reducir al mximo, el contenido de estas sales
en el agua de alimentacin, mediante procedimientos adecuados.
Las tcnicas utilizadas para eliminar las incrustaciones deben cumplir ciertas condiciones: ser
rpidas, no daar el pozo, las tuberas, ni el ambiente de la formacin, y ser efectivas en la
prevencin de nuevas precipitaciones en el futuro. En los tratamientos de estimulacin de la
matriz de la formacin, por lo general, se emplean disolventes de incrustaciones con el fin de
detener la cada de la produccin. Para poder decidir cul es la mejor tcnica, es necesario
conocer el tipo y la cantidad de incrustaciones y su composicin fsica o su textura, ya que si
se eligi un mtodo inadecuado se puede llegar, en realidad a incentivar el depsito de
incrustaciones.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
24
El grado de resistencia y la textura de las incrustaciones presentes en las tuberas revisten
gran importancia en la eleccin de la tcnica de remocin. La resistencia y las texturas pueden
variar desde hilos delicados y quebradizos o cristales de alta microporosidad hasta capa de
aspecto rocoso de baja permeabilidad y porosidad. La pureza de las incrustaciones afecta su
resistencia a los mtodos de limpieza. Puede ocurrir que se trate de fases de un solo mineral,
si bien, por lo general, son una mezcla de compuestos similares y compatibles. El sulfato de
bario puro es normalmente de baja porosidad y totalmente impenetrable con agentes qumicos,
y solo se puede quitar lentamente utilizando alguno de los mtodos mecnicos ms
tradicionales. Las mezclas de sulfato de bario, que por lo general contienen sulfato de
estroncio, sulfato de calcio o incluso carbonato de calcio, con frecuencia ceden frente a
diversos mtodos de limpieza, tanto qumicos como mecnicos.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
25
ANTES DESPUES
Eliminacin de incrustaciones de carbonato de calcio con chorros de agua. La tubera de produccin recibi un chorro de agua a razn de 2,4 pulg/min [1 mm/seg]. Si bien se ha logrado remover los sedimentos de carbonatos, todava se observa una cantidad remanente considerable.
Eliminacin de incrustaciones de carbonato de calcio con chorro de agua abrasivo. La tubera recibi un solo chorro de agua con arena abrasiva a razn de 2.4 pulg/min [1 mm/seg].Durante el ensayo se mantuvo el chorro en la misma posicin durante 3 min y el chorro de arena penetra casi el 80% de la pared del tubo
Tubera sometida a la limpieza con abrasivos de partculas de vidrio. La tubera recibi un solo chorro de agua con partculas de vidrio a razn de 1 mm/seg. Las incrustaciones de carbonato fueron eliminadas. Durante el ensayo se mantuvo el chorro en la misma posicin por espacio de 3 minutos y las partculas de vidrio cortaron un agujero hasta una profundidad de casi un 30 % de la pared de tubo.
Incrustaciones eliminadas con el abrasivo Sterling Beads. El tubo recibi un solo chorro de agua con Sterling Beads a razn de 2.4 pulg/min 1 mm/seg para eliminar las incrustaciones de carbonatos. Durante el ensayo se mantuvo el chorro en la misma posicin durante 3 minutos y menos del 2% del acero fue removido de las paredes del tubo.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
26
8.3 REACCIONES QUIMICAS
CONSTITUYENTES MINERALES QUE USUALMENTE SE DETERMINAN EN UN ANALISIS
DE AGUA
Nombre formula Expresado como Nombre comn
Calcio Magnesio Sodio Bicarbonato Carbonato Hidrxido Cloruro Sulfato Nitrato Acidez mineral Fluoruro Slice Hierro manganeso
Ca Mg Na HCO3 CO3 OH Cl SO4 NO3 - F SiO2 Fe Mn
CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 F SiO2 Fe Mn
Dureza de calcio + Dureza de magnesio Alcalinidad de carbonato Alcalinidad de carbonato Alcalinidad caustica - - - Acidez mineral - - - -
Fuente: Nordell, Eskel,Eds.,Mexico continental,1965-64,"Tratamiento de agua para la industria y otros usos
9 FRAGILIDAD CAUSTICA, CAUSAS
Estas impurezas deben ser retiradas casi en su totalidad antes del ingreso a la caldera,
sometindose a un proceso de filtracin.
Incrustaciones: Son depsitos en forma de costras duras producidos por las sales de calcio y
magnesio que se adhieren en las superficies metlicas de la caldera.
Por su carcter de aislante, afectan la transferencia de calor al agua reduciendo la capacidad
de la caldera, provocan recalentamiento de los tubos con el consiguiente peligro de
deformaciones o roturas y restringen el paso del agua (calderas acuotubulares).
Los depsitos tambin pueden originarse en la precipitacin de slidos en suspensin,
recibiendo el nombre de lodos adheridos.
Corrosiones: Es el deterioro progresivo de las superficies metlicas en contacto con el agua,
debido a la accin de oxgeno, anhdrido carbnico y algunas sales como el cloruro de sodio.
Tambin pueden ser causadas por compuestos qumicos derivados de tratamientos de agua
mal aplicados (desincrustantes).
Arrastre: Ocurre cuando el vapor que sale de la caldera lleva partculas de agua en suspensin.
El arrastre se puede dividir en dos partes:
Elementos transportados mecnicamente por el vapor y agua
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
27
Elementos que se volatilizan en el vapor
Los slidos disueltos en esas partculas se depositan en los elementos y equipos donde
circulan y se utilizan el vapor, provocando problemas de funcionamiento de los sistemas de
vapor. Este fenmeno est muy asociado a la formacin de espuma en la superficie del agua.
Entre sus causas se tiene la presencia excesiva de slidos totales disueltos, alta alcalinidad,
materiales oleosos, sustancias orgnicas y detergentes.
FRAGILIDAD CAUSTICA: Es el agrietamiento (pequeas fisuras) del metal de los tubos y
elementos sometidos a esfuerzos mecnicos. Se produce cuando el agua contiene hidrxido
de sodio en exceso.
Esta se produce en puntos donde el metal trabaja a altas tensiones y adems existe una
elevada concentracin de hidrxidos alcalinos.
Generalmente se produce una rotura inter cristalina del metal. Se evita con un
acondicionamiento adecuado del agua en el interior de la caldera (tratamiento coordinado)
INHIBIDORES DE FRAGILIDAD CAUSTICA: - Nitratos y nitritos de sodio (NaNO3-NaNO2):
Debe usarse donde el agua tiene caractersticas de fragilidad.
10 PROCESOS DE ABLANDAMIENTO DEL AGUA, DUREZA TEMPORAL Y
PERMANENTE, UNIDADES
10.1 ABLANDAMIENTO DEL AGUA
Cuando el agua contiene una cantidad significante de calcio y magnesio, es llamada agua dura. El agua dura es conocida por taponar las tuberas y complicar la disolucin de detergentes en agua.
El ablandamiento del agua es una tcnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayora de los casos iones de calcio y magnesio. En algunos casos iones de hierro tambin causan dureza del agua. Iones de hierro pueden tambin ser eliminados durante el proceso de ablandamiento. El mejor camino para ablandar un agua es usar una unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua.
EL ABLANDADOR DE AGUA: El ablandador de agua es una unidad que se utiliza para ablandar el agua, eliminando los minerales que hacen a dicha agua ser dura.
10.1.1 APLICACIN DEL ABLANDADOR DE AGUA
El ablandamiento del agua es un proceso importante porque la dureza del agua en las casas y en las compaas es disminuida durante este proceso.
Cuando el agua es dura, puede atascar las tuberas y el jabn se disolver menos fcilmente. El ablandamiento del agua puede prevenir estos efectos negativos.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
28
El agua dura causa un alto riesgo de depsitos de cal en los sistemas de agua de los usuarios. Debido a la deposicin de la cal, las tuberas se bloquean y la eficiencia de las calderas y los tanques se reduce. Esto incrementa los costes de calentar el agua para uso domstico sobre un 15 a un 20%.
Otro efecto negativo de la precipitacin de la cal es que tiene un efecto daino en las maquinarias domsticas, como son las lavadoras. El ablandamiento del agua significa aumentar la vida media de las maquinarias domsticas, como son las lavadoras, y aumentar las vida de las tuberas, incluso contribuye a incrementar el trabajo, y una expansin en la vida de los sistemas de calefaccin solar, aires acondicionados y muchas otras aplicaciones basadas en agua.
10.1.2 FUNCIN DEL ABLANDADOR DEL AGUA
Los ablandadores de agua son especficos intercambiadores de iones que son diseados para eliminar iones, los cuales estn cargados positivamente. Los ablandadores mayormente eliminan los iones de calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2). Calcio y magnesio son a menudo referidos como minerales duros.
Los ablandadores son algunas veces incluso aplicados para eliminar hierro, cuando el hierro causa la dureza del agua. Los mecanismos de ablandamiento son capaces de eliminar ms de cinco miligramos por litro (5 mg/l) de hierro disuelto. Los ablandadores pueden operar de forma automtica, semiautomtica, o manual. Cada tipo tiene un ratio de actuacin.
Un ablandador de agua colecta los minerales que causan la dureza y los contiene en un tanque colector y este es de vez en cuando limpiado de su contenido.
Intercambiadores inicos son a menudo usados para ablandar el agua. Cuando un intercambiador inico es aplicado para ablandar el agua, este reemplazar los iones de calcio y magnesio por otros ines, por ejemplo sodio y potasio. Los intercambiadores inicos son aadidos desde un tanque de intercambiadores de inones que contiene sales
TIEMPO DE DURACIN EN LA FUNCIN DEL ABLANDADOR DE AGUA: Un buen ablandador de agua durar muchos aos. Los ablandadores que fueron provistos en los aos 80 trabajan actualmente, y muchos necesitan poco mantenimiento, solamente requieren llenarlos con la sal de vez en cuando.
10.2 DUREZA DEL AGUA.
La dureza del agua est determinada por la cantidad de sales de calcio y magnesio que contenga. Mientras ms sales de calcio y magnesio tengan, mayor ser su dureza,y en menor proporcin por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza temporal y puede eliminarse por ebullicin, que al mismo tiempo esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no carbnica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza pueden ablandarse aadiendo carbonato de sodio y cal, o filtrndolas a travs de ceolitas naturales o artificiales que absorben los iones metlicos que producen la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias causantes de la dureza del agua.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
29
El hierro, que produce un sabor desagradable en el agua potable, puede extraerse por medio de la ventilacin y, o pasando el agua a travs de filtros de ceolita. Tambin se puede estabilizar el hierro aadiendo ciertas sales, como los poli fosfatos. El agua que se utiliza en la sedimentacin laboratorios, se destila o se desmineraliza pasndola a travs de compuestos que absorben los iones.
Si se pone en contacto con calizas, agua que contenga CO2, se transformar paulatinamente en hidrogeno carbonato, con lo que se disolver:
CaCO3 + H2O + CO2 == Ca(HCO3)2
El proceso real es:
CO3 - + CO2 +H2O == 2HCO3-
El CaCO3 se disuelve tanto ms, cuanto mayor sea la cantidad de CO2 que contiene el agua.
De esta forma se produce la dureza debida a los carbonatos de las aguas naturales, es decir, debida a su contenido en iones HCO3-. Las aguas subterrneas y que discurren por campos calizos son particularmente duras. Por el contrario, el agua de los grandes lagos suele ser relativamente blanda, puesto que las algas y las plantas superiores durante los procesos de asimilacin (verano) substraen CO2 a los iones HCO3- y con ello se puede producir la precipitacin del carbonato clcico (por inversin de la reaccin anterior).
El contenido de iones Ca2+ y Mg2+ recibe el nombre de dureza total.
De esta manera podemos decir que existen dos tipos de durezas:
10.2.1 DUREZA TEMPORAL
Es la formada por sales de calcio y magnesio. Cuando el agua hierve se precipitan a fondo.
10.2.2 DUREZA PERMANENTE
Es la formada por sales solubles en el agua. Durante la ebullicin no sufren cambios, pero a medida que esta se evaporiza sufre el grado de concentracin decantando y formando incrustaciones.
La suma de la dureza temporal y la permanente se llama dureza total.
Generalmente las industrias controlan la cantidad del agua de sus calderas por anlisis de muestras que realizan en sus propios laboratorios y/o a travs de la asesora externa de alguna firma especializada.
Sin embargo, algunas empresas, adems de estos mtodos, poseen un equipo porttil que maneja el propio operador de la caldera para controlar diariamente tanto la dureza (salinidad) como el pH (alcalinidad y acidez) del agua.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
30
Los envases en que se toman las muestras de agua deben estar totalmente limpios y enjuagarse con la misma agua que se analizar.
La muestra de agua debe tomarse del interior de la caldera (del tubo de nivel o del fondo), teniendo la precaucin de purgar bien, hasta que salga el agua que represente realmente la que contiene la caldera.
11 METODO DE CAL-SODA, PROCESOS EN CALIENTE
El procedimiento de agua cruda con cal-soda en caliente se aplica en los siguientes casos:
Cuando se desea tratar grandes cantidades de agua y se dispone de un espacio
reducido.
Cuando se dispone de vapor de baja presin.
Cuando se desea reducir la slice como en las teroelctricas de vapor.
Cuando se requiere eliminar gases no condensables.
La finalidad del procedimiento de una agua cruda con cal-soda en caliente es la de disminuir
el contenido de calcio, magnesio y slice, reducir los slidos totales y la alcalinidad total,
eliminar el bixido de carbono disuelto y reducir el contenido de oxgeno disuelto.
Se usa como un pretratamiento que debe ser afinado mediante suavizadores, evaporadores,
etc. Ya que la calidad obtenida no es suficiente para muchos procesos y operaciones unitarias.
La calidad de agua obtenida debe estar de acuerdo con los siguientes valores:
Alcalinidad a la fenolftalena: 15-30 ppm. Como CaC3
Alcalinidad al anaranjado de metilo: 40-55 ppm. Como CaC3
Dureza total:20-55 ppm. Como CaC3
Potencial hidrogeno Ph: 8.5-9.5
El proceso de cal soda en caliente es un proceso continuo en el cual el agua se calienta se
trata con una cantidad dada de reactivo qumico, se asienta y se filtra.
Las sustancias qumicas usadas son cal hidratada y soda ash. En lugar de comprar cal
hidratada se puede comprar cal viva y se apaga antes de usarse. Cuando se requiere para la
eliminacin de slice, pueden usarse tambin cal dolomtica hidratada y/o magnesia activada.
Los precipitados formados con carbonato de calcio CaCO3 e hidrxido de magnesio Mg(OH)2
que se pueden eliminar por asentamiento y filtracin. El grado de ablandamiento que se puede
llevar a efecto en este proceso directo cal sodada, con la cantidad usual de reactivos qumicos,
es a una dureza residual de menos de 25 ppm.
El equipo usado consiste en los siguientes cuatro elementos: dosificador, calentador primario,
tanque de asentamiento, filtros. Adems se puede usar un desaereador como parte integral
del tanque de asentamiento o como una unidad separada.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
31
11.1 DOSIFICADORES QUIMICOS
Dosificador cal sodada. Los dosificadores usados en el proceso cal sodada en caliente, son
casi invariablemente, del tipo de operacin proporcional hmedos equipados con un agitador
mecnico continuo. Cuando se emplea cal hidratada, es prctica usual mezclar la cal y la soda
y alimentarlas con el mismo dosificador. Cuando se emplea cal viva, se usa un tanque
separado equipado con agitador mecnico para apagar la cal, despus de lo cual se aade la
cantidad indicada de soda ash y se alimentan juntos al reactor. Este tanque apagador
usualmente se encuentra montado sobre el tanque alimentador, de manera que este ltimo
puede llenarse por gravedad a partir del tanque superior. En ocasiones este tanque se parado
tambin se emplea cuando se usa cal hidratada.
Se emplean varios diseos o tipos de dosificadores para alimentar cal y soda ash a los
procesos en caliente. Todos ellos deben de proveerse con un agitador mecanico para
mantener la cal en suspensin y alimentador deben ser del tipo proporcional para qu dosifique
el reactivo en razn directa al flujo de agua, segn la demanda de las calderas. Un diseo
tpico es el alimentador electroqumico, que se conecta elctricamente a un medidor de flujo
en la lnea de agua cruda, de manera que la dosificacin es proporcional al flujo de agua cruda
al tanque asentador del reactor.
Puesto que las sustancias qumicas deben alimentarse a la parte superior del reactor, se hace
necesario una bomba. Esta se conecta al tanque dosificador mediante una lnea de
recirculacin que tiene como objeto prevenir la formacin de depsitos en la tubera que va
del tanque al reactor. Se conecta por medio de una T a cierta altura de esta tubera y se
estrangula precisamente arriba del embudo de descarga mediante una vlvula manual. Esta
vlvula se cierra de manera que la cantidad recirculada es insufiente para interferir con el gasto
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
32
mximo de sustancias qumicas descargadas por el cabezal de salida del tanque dosificador.El
tanque de reactivos tambin se provee, comnmente, con un indicador de nivel que se conecta
a una segunda polea en la unidad de control de alimentacin. Otro accesorio que es de valor
en la prevencin de molestias causadas por el polvo, es el eliminador de polvo, que consiste
de una tubera conectada a la tapa y drenaje. Esta tubera contiene un eductor, de manera
que chupa el aire que contiene polvo, eliminando este ltimo con agua a travs del drenaje.
11.2 CALENTADOR PRIMARIO, CONDENSADOR DE PURGA, DESAEREADOR
Calentador primario, se monta en la parte superior del reactor. El calentador de tipo de rocio
es ampliamente usado en estos procesos y prcticamente no presenta problemas de
incrustacin , aun con aguas duras que tiene altos contenidos de dureza de bicarbonato. Las
vlvulas de rocio son de resortes calibrados, de manera que se obtienen buenas eficiencias
en todo el rango de calibracin. En el calentamiento, usualmente se emplea vapor de
desperdicio y la presin ms usual es de 4 a 10 lb/plg2 g.
El equipo usualmente se basa en una presin de trabajo de 10 lb/plg2 g, pero ocasionalmente
se trabaja a 20.
El vapor llena la parte superior del reactor arriba del nivel de agua, al ser rociada el agua en
este espacio se calienta, hasta de 2 a 3 C la temperatura del vapor. A esta temperatura, se
desprende el bixido de carbono libre y cualquier cantidad de aire que el agua contenga. Estos
gases (nitrgeno, oxgeno y CO2) pueden purgase directamente a la atmosfera a travs de la
tubera de ventilacin o preferiblemente, se pasan primero a travs del condensador hmedo
que est a la cabeza de la tubera de ventilacin. Cuando el condensador de purga se usa en
estos equipos, parte del agua de compensacin pasa por el recuperado as calor que de otra
manera se desperdicia. La tubera de purga se equipa con una vlvula estranguladora que se
calibra de tal manera que los gases se purgan a la atmosfera desperdiciando solo una
pequesima cantidad de vapor.
El calentador primario desaireara a menos de 0.3 ml/lt de oxgeno disuelto por litro. Si el agua
fra estuviera saturada con aire disuelto a 50 F, esto representa una remocin de ms del
96% del oxgeno disuelto. Para instalaciones con calderas de baja presin, que no estn
equipadas con economizadores, este grado de desaeracin es por lo general suficiente. En la
prctica se encontrara que el contenido actual de oxgeno disuelto ser entre 0.1 y 0.2 ml/lt.
Calentador desaireadores
Para calderas de alta presin o para las equipadas con economizadores de tubos de acero, el
contenido de oxgeno disuelto debe ser reducido bajo 0.005 ml/lt (mtodo modificado de
Schwartz-Gurney), usando calentadores desaireadores adems del calentador primario. Este
tipo de equipo, usualmente es una parte integral del equipo de ablandamiento, pero en algunos
casos, es una pieza aparte del equipo. En cualquier caso, el principio de operacin es el
mismo: el volumen de vapor requerido para el calentador primario, primero se burbujea a
travs del agua blanda en el desairedor, despus de lo cual pasa al calentador primario.
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
33
El agua blanda caliente que entra al desaireador esta solo unos grados debajo de la
temperatura del vapor, de manera que hay poca compensacin de vapor es este departamento
y puesto que el contenido de oxgeno disuelto es de solo 0.1 a 0.3 ml/lt al entrar al desaireador,
la presin parcial de esta traza de oxgeno en tan grande volumen de vapor, es despreciable,
por lo que su remocin es casi completa, siendo la cantidad residual el mnimo garantizado
de 0.005 ml/lt.
11.3 TANQUES DE ASENTAMIENTO
El diseo de los reactores para ablandamiento de cal sodada en caliente, varan de acuerdo
con el grado de desaeracin requerida, de si se requiere o no desairear y calentar los
condensados y de las proporciones relativas de condensado y agua de compensacin que se
deba manejar; y si se requiere o no eliminar la slice. Por ejemplo si la instalacin cuenta con
calderas de baja presin y no usa economizadores, el grado de desaeracion efectuado por los
calentadores primarios es suficiente, no necesitndose desaireador integral.
Por otra parte, si una planta utiliza calderas de alta presin con recuperadores, entonces el
grado de desaeracion debe ser casi completo, y usualmente se requiere el empleo de
desaireadores integrales construidos en el tanque de asentamiento o de reaccin, tambin,
cuando se manejan condensados estos requieren un compartimiento separado, de manera
que todos los condensados se resan y solamente la cantidad de agua blanda necesaria para
los usos de compensacin se alimenta a las calderas. Por otra parte, los condensados pueden
requerir desaeracion completa y solamente parcial, como la que se logra con calentadores de
esprea.
El tanque de asentamiento de reaccin en el que se efecta el ablandamiento , es un tanque
alto, vertical, construido de acero, con tapa abombada y fondo cnico invertido, montado en
cuatro patas a suficiente elevacin para proporcionar una presin hidrosttica suficiente para
la operacin adecuada de los filtros. El tamao del tanque se basa en una capacidad
equivalente a aproximadamente un periodo de retencin de una hora a flujo mximo,
usualmente se provee de una capa de aislante externo para disminuir las prdidas de calor.
Las capacidades se basan en el volumen total del efluente caliente y en la prctica americana
usualmente se indican en galones por hora. Un galn de agua a 100 C pesa 8 lb.
El agua en la parte superior del reactor se calienta rocindola a travs de una cmara llena de
vapor. Para prevenir la formacin de vacio si accidentalmente llegara a faltar el vapor, se
proveen con una valvula rompedora de vacio. Las sustancias qumicas se aaden al calentador
de agua en la parte superior del tanque, donde rpidamente reaccionan con los constituyentes
de la dureza, formando floculos grandes y fcilmente asentables.
En los ltimos modelos de este tipo de equipo que usan el principio de lecho suspendido, el
agua tratada fluye hacia abajo a travs del tubo central que llega casi hasta el fondo del tanque.
Aqu, invierte su trayectoria subiendo y filtrndose a travs de un lecho suspendido formado
por lodos cuya altura se controla cuidadosamente. Se obtiene un agua comparativamente
clara. De la salida de efluente, si no se requiere otra desaeracion, el agua fluye directamente
a los filtros. Si se requiere una desaeracion a menos de 0.005 ppm de oxgeno disuelto,
-
DISEO DE PROCESOS INDUSTRIALES I
34
entonces el agua fluye a travs de un desaireador integral o una unidad separada antes de ir
a los filtros.
En los tipos antiguos de reactores, en lugar del tubo interior de bajada se empleaba una
seccin conica o cilndrica, que estaba centralmente dispuesta, cuyo fondo llegaba a corta
distancia de la seccin recta del tanque. El agua tratada fluye hacia abajo entre la pared del
tanque y la de la seccin cilndrica. Cuando llega al fondo de la seccin cilndrica invierte su
trayectoria subiendo hasta la salida, mientras que los lodos se asientan en el tanque asentador.
Todos los tanques asentadores se proveen con entradas de agua y salidas de efluente,
vlvulas de vapor, vlvulas rompedoras de vacio reguladas, niveles de control y sellos para
prevenir inundaciones; termmetros, ya sea del tipo indicador o registrador; y medios