El Agua Como Servicio Industrial

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Clasificacin del agua como servicio. El agua constituye un recurso fundamental para el sector industrial, as como para el desarrollo de actividades agropecuarias, domsticas y municipales. El agua parece en principio ser un recurso ilimitado, sin embargo, del agua presente en el Planeta, el 97% corresponde a agua salada, y el 70% del agua dulce se encuentra en forma de hielo. An as, el agua se considera un recurso abundante, pero debido al incremento en las cifras de consumo y la alteracin negativa de las caractersticas del agua, el agua ha ido adquiriendo el carcter de un bien cuya utilizacin queda sujeta a principios de economa de consumo. Datos sobre la importancia del consumo de agua. En Estados Unidos el consumo de agua diario supera los 1,700 millones m3 (20% consumo neto, no devuelta). En Espaa, se calculan 50 000 millones de m3 por ao. Del consumo actual, ms del 75% corresponde a uso agrcola, 10% sin retorno. Del agua utilizada para fines industriales y domsticos se devuelve el 95%. En la industria el agua desempea un papel de primordial importancia. Casi un 60% del agua utilizada en Estados Unidos se destina a actividades industriales y la cifra se sita cercana al 50% como media en los pases de la Comunidad Europea. En cuanto a las aplicaciones del agua en la industria, son numerosas, dadas su economa y disponibilidad relativas. Se utiliza como fluido refrigerante y para la produccin de vapor, como disolvente y vehculo de arrastre, como materia prima sujeta a transformacin qumica, como medio de transporte y como agente de limpieza. En este ltimo caso, el agua puede ser fuente de H2 o de O2. La obtencin conjunta de ambos elementos puede darse a partir del agua por va electroltica, pero tanto uno como otro se producen industrialmente por procedimientos de mayor viabilidad tecnolgica, partiendo de otras materias primas. La electrlisis de agua queda hoy restringida a situaciones donde se necesitan pequeas cantidades de H2 de alta pureza. El sector de hidrogenacin de grasas en un consumidor tpico de H2 electroltico. Composicin del agua natural y sus repercusiones. El estudio analtico de las caractersticas de un agua es requisito previo para determinar sus posibilidades de empleo y, en su caso, establecer las operaciones de tratamiento necesarias para su uso en aplicaciones concretas. La valoracin de la calidad del agua resulta, por tanto, inseparable del uso especfico a que se destine y ha de realizarse en funcin del mismo. As, mientras que la presencia en concentraciones moderadas de Ca2+ Mg2+ en un agua no excluye su empleo como agua potable, afecta seriamente su utilizacin en calderas de vapor. El caso es exactamente inverso para la presencia de materia orgnica, es indiferente para su uso en calderas, pero inhabilita el consumo humano e impide su vertido legal a un cauce pblico.

Bibliografa: PROF DR. NGEL VIAN ORTUO: Introduccin a la qumica industrial. Editorial Revert. 1998. Captulo 4, pgs. 93-111. Referencias web: http://materias.fi.uba.ar/6720/unidad11.PDF http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/agua%20como%20solvente.html

Las aguas pueden encontrarse impurificadas por compuestos slidos, lquidos o gaseosos, disueltos o en suspensin. Entre las sustancias ms comunes las siguientes: Gases disueltos (O2, CO2, NH3, SH2, CH4); Sales inorgnicas disueltas (Ca2+, Mg2+) responsables de la dureza del agua; Materia orgnica disuelta (natural o artificial, hmica o vertidos) existe en forma biodegradable y refractaria; Slidos en suspensin (orgnicos, inorgnicos, naturales o artificiales) su presencia comunica turbiedad. Aspectos econmicos y legales de la depuracin de las aguas. Los costos de acondicionamiento del agua para su utilizacin como materia prima o como servicio general en la industria suponen un captulo ms dentro de los costos de produccin, por lo que su adscripcin y tratamiento conceptual no ofrecen especial dificultad. Es decir, al considerarse como parte indispensable del proceso de produccin, es simple agregar este servicio como un gasto costeable. En el caso de las aguas residuales, su depuracin resulta una exigencia relacionada con la conservacin del medio ambiente. Esta depuracin del vertido carece de una justificacin econmica directa para el responsable, pero se inscribe dentro del costo social que determina la conveniencia de su prctica. La obligatoriedad de depurar requiere la existencia de un reglamento legal al respecto. La elaboracin de criterios para el establecimiento de dichas reglamentaciones constituye un campo de especialidad en el que legisladores y tcnicos han de colaborar estrechamente. En la economa de depuracin de aguas juega un papel fundamental la posibilidad de integracin. El tratamiento conjunto de distintos efluentes permite aprovechar las ventajas y beneficios tcnicos derivados de efectos sinrgicos de carcter fisicoqumico. La posibilidad de reutilizacin de las aguas tratadas constituye un aspecto de creciente importancia en relacin con la economa de la depuracin. El agua como materia prima para la produccin de hidrgeno. La descomposicin del agua, directamente o por reaccin con los constituyentes de otras materias primas, conduce a la obtencin de H2 como producto ms noble. La produccin industrial de H2 se lleva a cabo en la actualidad, en su gran mayora, por reformado, mediante vapor de agua, de gas natural o nafta, por combustin parcial de fracciones petrolferas, normalmente pesadas, o por gasificacin de carbones. Tanto en el reformado como en la gasificacin el H2 derivado de la misma suplementa al resultante de la descomposicin de materias primas hidrocarbonadas, econmicamente de mayor significacin. En la actualidad la produccin electroltica de H2 representa apenas un 3% a nivel mundial, sin embargo, merece especial atencin debido a la creciente economa energtica en la que el H2 parece llamado a desempear un papel preponderante. Es en esta perspectiva, en la que se pretende independizar la produccin de H2 de los combustibles fsiles, donde la electrlisis de H2O adquiere un especial inters. Bibliografa: PROF DR. NGEL VIAN ORTUO: Introduccin a la qumica industrial. Editorial Revert. 1998. Captulo 4, pgs. 93-111. Referencias web: http://materias.fi.uba.ar/6720/unidad11.PDF http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/agua%20como%20solvente.html

Situacin actual del consumo de H2 La principal aplicacin del H2 (50%) es su empleo como materia prima en la produccin de NH3. Entre un 35 y 40% del consumo total de H2 se utiliza en procesos de refino de petrleo, como hidrocraqueo, hidrodesulfuracin y refino de lubricantes. El 10 a 15% restante se destina a la fabricacin de metanol, ciclohexano, oxoalcoholes, anilina. Ciertas aplicaciones de menor cuanta relativa, en las industrias metalrgica, electrnica y de alimentacin (hidrogenacin de grasas vegetales) constituyen algunos de los mercados ms importantes del H2 electroltico. En cuantos a los costos de produccin de H2 electroltico de acuerdo con las condiciones de operacin encontradas en la prctica (tensin de 1.8V y rendimiento de corriente de 100%) podemos suponer que el consumo de energa para este proceso es de 48.3 kWh/Kg H2. De acuerdo con los datos obtenidos en la pgina de la Comisin Federal de Electricidad (Mxico) el costo del kWh en promedio ponderado del ao 2011 es de $0.758, por lo que el costo de produccin por va electroltica de un Kg de H2 se encuentra en $36.61, lo cual, en comparacin con otros mtodos es an muy elevado. El agua como refrigerante. La capacidad calorfica de un compuesto se define como la dificultad de experimentar cambios de temperatura con la absorcin de calor, en otras palabras, es la capacidad de una sustancia para almacenar calor. El agua tiene una capacidad calorfica alta, por lo tanto un alto calor especfico.Es debido a su alta capacidad calorfica que al agua se le considera un excelente refrigerante. Un ejemplo del uso del agua en la transferencia de calor de sa en los motores a combustin interna, en los que el agua circula por un sistema separado del sistema de lubricacin, pasando por conductos de la culata, el bloque, y el enfriador de aceite para recibir el calor de la combustin y llevarlo a travs de la bomba de agua al radiador donde puede pasar este calor al ambiente. Cuando est cerrado el termostato, el agua en el radiador se queda all sin circular y el agua caliente circula dentro del bloque hasta calentarse. Cuando se abre el termostato, el agua caliente pasa al radiador. Condensadores Son intercambiadores de calor que utilizan agua fra (de una corriente natural o enfriada en una torre de enfriamiento)para enfriar y condensar el vapor de escape de la turbina. Al ser el flujo caliente bifsico (vapor y liquido) su diseo y operacin es muy complejo. Se debe notar que como la bomba de condensado extrae el mismo caudal msico que entra, la presin queda fijada por el cambio de volumen de vapor a lquido (del orden de 300/1), por lo que el condensador, y las ltimas etapas de la turbina, trabajan a presin inferior a la atmosfrica. La diferencia que esto Bibliografa: PROF DR. NGEL VIAN ORTUO: Introduccin a la qumica industrial. Editorial Revert. 1998. Captulo 4, pgs. 93-111. Referencias web: http://materias.fi.uba.ar/6720/unidad11.PDF http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/agua%20como%20solvente.html

puede producir es notable: del diagrama de Mollier (unidad 8) obtenemos sobre la curva de vapor saturado (fin de la expansin, ingreso al condensador) para: P=10 atm (T=180C), i=677 kcal/kg P=1 atm (T=100C), i=640 kcal/kg P=0.05 atm (T= 35C), i=613 kcal/kg Si el punto de ingreso a la turbina fuera 10 atm, 800C (i=850 kcal/kg), el salto entlpico sera de 173, 210 o 237 kcal/kg (10% y 37%). Al estar parte del circuito bajo vaco es inevitable que entre aire al circuito (y quizs otro gases no condensables como CO2). Se hace necesario extraer estos gases del condensador que est bajo vaco. Esto puede hacerse con bombas de vaco (costoso) o con eyectores de vapor. Una disposicin t