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7/31/2019 Agua Tratamiento Uso Industrial 38313 Completo
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El agua. Tratamiento para usoindustrial
Autor: ANTONIO ROS MORENO
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Presentacin del curso
El agua es un recurso fundamental para la actividad industrial, su utilizacin
ha variado a lo largo del tiempo, disminuyendo su aprovechamiento local o puntual
como fuente de energa primaria (molinos y turbinas), pero contina siendo
imprescindible para el desarrollo industrial usada como medio de reaccin ydisolvente o como regulador trmico en calderas y torres de refrigeracin.
Este curso te guiar a comprender la tecnologa de los procesos del
tratamiento de agua para usos industriales y cules son los beneficios de cada una
de las diferentes opciones existentes.
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1. El agua como recurso industrial
El agua es un recurso fundamental para la actividad industrial, su utilizacin
ha variado a lo largo del tiempo, disminuyendo su aprovechamiento local o puntual
como fuente de energa primaria (molinos y turbinas), pero contina siendo
imprescindible para el desarrollo industrial usada como medio de reaccin ydisolvente o como regulador trmico en calderas y torres de refrigeracin.
Se entiende por usos industriales del agualos que realizan aquellas industrias
que, por su singularidad, tamao y suministro, generalmente individualizado
(independiente, desde luego, de las redes urbanas de abastecimiento), hacen que
deba analizarse de un modo diferente y separado a los usos domsticos. Se trata
por tanto de grandes fbricas, polgonos industriales, importantes y especficos
usuarios industriales del agua tales como centrales trmicas o nucleares, etc. Los
consumos de las pequeas industrias que forman parte de los asentamientos
urbanos (talleres, etc.) con suministro directo desde redes municipales estn
computados en los usos domsticos del agua.
En cualquier caso, el uso industrial del agua es, en general, un uso
consuntivo y prioritario. No obstante, dentro de los usos industriales del agua hay
que exceptuar de dicho carcter consuntivo el volumen de agua utilizado para
refrigeracin de instalaciones industriales, incluidas centrales trmicas y nucleares
en circuito abierto, que siendo un uso industrial, no tiene ese carcter consuntivo,pues no disminuye ni la cantidad ni la calidad del recurso (la refrigeracin en
circuito cerrado s tendra carcter consuntivo).
Los requisitos necesarios para el suministro industrial son generalmente
los mismos que para usos domsticos e incluso, en algunos casos como la
fabricacin de circuitos impresos, son ms elevados. Cada industria requiere,
segn las caractersticas de cada una, aguas apropiadas en caudal suficiente y de
composicin constante, con exigencias de calidad variables segn el sector de que
se trate. En general, deben desecharse las aguas residuales, las contaminadas, las
turbias, las que tengan un pH inferior a 6,5 o superior a 8,5 o las que contengan
sustancias disueltas en proporcin superior a 1.500 mg/litro. En cualquier caso, las
industrias consumen agua fundamentalmente para los cuatro fines siguientes:
a).- Como materia prima en un proceso de fabricacin. El agua es materia
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prima que se incorpora a numerosos productos industriales. En la industria qumica
son numerosos los procesos en los que, para la obtencin del producto, se aporta
agua, tanto en fase lquida como en fase gaseosa (caso por ejemplo de la obtencin
del amoniaco). La mayora de procesos productivos han evolucionado hacia
tecnologas que proporcionan una mayor calidad de producto, pero que al mismo
tiempo exigen una calidad ms alta en las materias primas que intervienen, y entre
ellas el agua de proceso. Es por eso que los de acondicionamientos de la misma han
de ser ms intensos y consecuentemente ms caros. Especial importancia tiene el
uso del agua en la industria alimentaria (crnicas, bebidas embotelladas, etc.), pues
en este caso el agua no solo constituye la mayor proporcin del producto acabado,
sino que se requiere agua de una calidad superior a la mayora de otros usos
industriales.
b).- Como forma de transporte. El transporte hidrulico se emplea en la
minera desde la antigedad y se ha utilizado incluso en la construccin de diques ypresas en que los materiales arcillosos se conducan en suspensin hasta el
emplazamiento en que se colocaban por decantacin. Actualmente, aparte de los
usos mineros, tal vez sean las industrias de la celulosa y el papel las que ms
utilicen el agua para transporte.
c).- Como elemento de transferencia de calor, tanto en procesos de
calentamiento como de enfriamiento. La forma tradicional de suministrar energa
calorfica a diversas zonas de un complejo industrial es la generacin de vapor, si
bien en plantas ms modernas el vapor est siendo sustituido por agua caliente, que
presenta menores costes de instalacin en sus circuitos. La circulacin de agua fra
es el sistema ms comn de enfriamiento en la industria. Es este un uso sin
excesivas exigencias de calidad y normalmente se satisface mediante bombeo desde
una corriente o depsito abundante, con devolucin a dicha fuente del agua
calentada. En industrias costeras el papel de ese gran depsito lo puede cumplir el
mar, con tal de que se resuelvan los problemas de corrosin producidas por el agua
marina.
d).- Como contenedor de vertidos industriales. El agua es el vehculo ms
comn de transporte de deshechos y vertidos.
La gestin de la calidad del agua es, por lo tanto, uno de los mltiples
factores de la gestin industrial. Antes de emprender cualquier accin hemos de
conocer las necesidades reales del proceso, tanto de caudales como de calidades.
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Con este anlisis podemos obtener en muchos casos una reduccin de caudales,
adems de apreciar problemas debidos al uso del agua tanto en el proceso como en
el producto final.
Las tcnicas de tratamiento de agua cubren una amplia variedad de procesos
de purificacin. Si el agua fuese siempre pura, o si siempre tuviese una composicin
constante de los contaminantes presentes, su acondicionamiento para un usoindustrial determinado sera simple y uniforme. Sin embargo ste no es el caso, y la
variedad de las impurezas, junto con las alternativas diferentes de tratamiento que
podemos elegir, cada una ptima para unas condiciones determinadas, requieren
una evaluacin experta, basada en unos conocimientos especializados.
El tratamiento tiene por objeto evitar la introduccin de sustancias extraas
en un proceso de fabricacin, los problemas asociados a la corrosin o incrustacin
en usos energticos, o la perturbacin ecolgica del medio receptor de un agua
residual. La evaluacin del proceso idneo de acondicionamiento debe considerar
tanto las impurezas presentes como las especificaciones de calidad final exigidas.
Se debe hacer hincapi y decir que no existe ningn procedimiento simplista
ni producto qumico apropiado para el tratamiento de todas las clases de aguas.
Cada caso se debe considerar individualmente.
Debido a la importancia que reviste la generacin de vapor y refrigeracin
para los procesos industriales, a lo largo de este captulo haremos mencin expresa
de dichos procesos y los tratamientos ms generales que son necesarios para
garantizar un agua adecuada para dichos usos.
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2. Problemas derivados del uso del agua
El uso industrial del agua lleva consigo problemas de incrustacin, de
corrosin y de contaminacin biolgica.
El trmino incrustacin en su acepcin industrial ms general, se refiere a
cualquier depsito sobre las superficies de los equipos, sin embargo, se tiende a
matizar el tipo de depsito existente y de esta forma se reserva el trmino
incrustacin para significar un depsito duro y adherente formado en el mismo
lugar que se presenta, por componentes inorgnicos presentes en el agua.
Los depsitos menos adherentes se conocen como depsitos, lodos,
sedimentos, precipitados, etc. y pueden haberse formado en el lugar que se
encuentran o haberse formado en otros puntos del sistema y haber sido
transportados.
Los principales problemas debidos a las incrustaciones y dems depsitos
son la reduccin del dimetro de las tuberas, la disminucin de la transferencia de
calor, el origen de corrosiones localizadas y en general un aumento de los costes de
mantenimiento de las instalaciones.
En algunos casos, por el contrario, la incrustacin puede resultar beneficiosa
tal como ocurre con las pelculas de carbonato clcico que se forman en las redes
municipales de agua, que protegen de la corrosin a las tuberas de suministro.
El fenmeno de corrosin se puede definir de una manera amplia como la
destruccin o deterioracin de un material por reaccin qumica o electroqumica
con su entorno. En algunos casos el ataque qumico va acompaado de ataque fsico
y entonces se denomina corrosin-erosin.
En condiciones normales de exposicin los productos de la corrosin son
xidos ms o menos hidratados, carbonatos y sulfuros.
Los problemas debidos a la corrosin son econmicamente importantes, pues
no slo cabe considerar las toneladas de materiales a reponer sino tambin las
interrupciones en los procesos de produccin que pueden llegar a tener costes muy
elevados. Tambin debe considerarse el factor seguridad que viene muy
directamente afectado por los fenmenos de corrosin.
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Los fenmenos de contaminacin biolgica se aprecian fundamentalmente en
los sistemas de refrigeracin, que proporcionan un medio favorable para el
desarrollo de muchos microorganismos, especialmente bacterias, algas y hongos.
Agravndose el problema, en el caso de instalaciones que potencialmente son lugar
de refugio y, por tanto, posibles focos de infeccin porLegionellapor los posibles
problemas que pueden suponer para las personas y para el entorno.
Las acumulaciones de microorganismos forman unos lodos, que debido a su
naturaleza adherente a menudo actan como un agente de cimentacin de otros
materiales inorgnicos presentes en el sistema, tales como los productos de
corrosin. Por otra parte tambin cabe considerar el hecho de que el crecimiento
biolgico puede producir corrosiones graves en el metal e incluso perforaciones.
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3. Tratamientos de agua para generadores de vapor
La calidad del agua de alimentacin a la caldera repercute directamente sobre
el buen funcionamiento de la misma, as como sobre la vida de muchas de las partes
y piezas que forman el equipo del generador de vapor.
Para poder entender la importancia de la calidad del agua de alimentacin de
calderas, debemos conocer las caractersticas del agua, y las necesidades
especficas que debe tener para ser usada en una caldera.
Es muy raro que el agua disponible en una industria se obtenga de una
captacin propia o de una distribucin municipal y que tenga la calidad suficiente
para ser aplicada directamente en la generacin de vapor. El tratamiento de aguas
para calderas es una compleja rama de la qumica del agua. Se debe decir que no
existe ningn procedimiento simplista ni producto qumico apropiado para eltratamiento de todas las clases de aguas. Cada caso se debe considerar
individualmente.
Generador de vapor
Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua,
las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo en aplicaciones como:
Esterilizacin, es comn encontrar calderas en los hospitales, las cuales
generan vapor para esterilizar los instrumentos mdicos, tambin en los comedores
con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos as como
para la elaboracin de alimentos en marmitas.
Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera es muy
utilizado el vapor para calentar a los petrleos pesados y de esta forma mejorar su
fluidez.
Generar electricidad a travs de un ciclo Rankine. Las calderas son parte
fundamental de las centrales termoelctricas.
Una calderaes un intercambiador de calor en el que la energa se aporta
generalmente por un proceso de combustin, o tambin por el calor contenido en
un gas que circula a travs de ella. En ambos casos, el calor aportado se transmite a
un fluido, que se vaporiza o no, y se transporta a un consumidor, en el que se cede
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esa energa.
Segn la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presin en donde el calor
procedente de cualquier fuente de energa se transforma en energa utilizable, a
travs de un medio de transporte en fase lquida o vapor.
Es comn la confusin entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia
es que el segundo genera vapor sobrecalentado. Aunque, debido al cambio de
estado que se produce en el fluido en las calderas que generan vapor, nosotros
utilizaremos indistintamente un trmino u otro en lo concerniente a este apartado.
El vapor saturado es aqul al que no se le ha calentado por encima de la
temperatura de saturacin. Se le denominar seco si ha sido totalmente evaporado,
o hmedo con un % de humedad si no lo ha sido. El vapor sobrecalentado ser aqul
que, por el contrario, s ha sido calentado despus de su completa evaporacin,
modificando su temperatura para la misma presin. Al estar sobrecalentado puedeentregar o perder parte de su energa sin condensar, con los beneficios que esto
conlleva para su transporte o uso en turbinas.
Aunque se pueden hacer muchas clasificaciones de calderas de acuerdo con
diferentes criterios, se puede decir que hay dos tipos generales de calderas: las
pirotubulares (tubos de humo) y las acuotubulares (tubos de agua) y dentro de stas
ltimas se diferenciar entre calderas con caldern agua-vapor y calderas de paso
nico. Adicionalmente, las calderas se pueden clasificar en alta y baja presin, de
vapor saturado o sobrecalentado.
1.- Pirotubulares, o de tubos de humos: Se caracterizan porque la llama de la
combustin se forma dentro de cada hogar cilndrico de la caldera, pasando los
humos generados por el interior de los tubos de los pasos siguientes (normalmente
dos), para ser conducidos a la chimenea de evacuacin. De ello, su otro nombre de
calderas de tubos de humo.
En estas calderas, tanto los hogares, como los tubos de humo, estn en el
interior de la virola, y completamente rodeados de agua. De ello, su otro nombre,
poco usual, de calderas de hogar interior.
Para generar vapor, se regula el nivel medio del agua en su interior, de forma
que vare dentro de una banda prevista, sirviendo su cmara superior de separador
del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.
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Para generar agua sobrecalentada, la caldera est completamente inundada,
siendo iguales los conductos de entrada y salida de agua.
2.- Acuotubulares, o de tubos de agua: Se caracterizan porque la llama de los
quemadores se forma dentro de un recinto formado por paredes tubulares en todo
su entorno, que configuran la llamada cmara de combustin, pasando los humos
generados por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivos recintos estntambin formados por paredes tubulares en su mayora.
La cualidad que diferencia a estas calderas es, que todos los tubos que
integran su cuerpo, estn llenos de agua o, al menos, llenos de mezcla agua-vapor
en los tubos hervidores, en los que se transforma parte de agua en vapor cuando
generan vapor como fluido final de consumo. Estas calderas pueden generar
indistintamente, vapor o agua sobrecalentada.
Cuando se destinan a la generacin de vapor disponen de un caldernsuperior y, normalmente, de otro inferior. El caldern superior trabaja como
separador del vapor generado y el inferior, cuando existe, como distribuidor del
agua a travs de los tubos hervidores. Tambin disponen de un paquete tubular de
precalentamiento del agua de alimentacin, llamado genricamente economizador,
que se puede instalar fuera del cuerpo de caldera en calderas de mediana potencia,
o dentro de ste en calderas de gran potencia. En estas calderas el flujo por los
tubos hervidores se realiza mediante circulacin natural.
En las calderas de mediana potencia es opcional la previsin de un
sobrecalentador del vapor generado; en las calderas de gran potencia, siempre se
prev este sobrecalentador.
Cuando las calderas se destinan a la generacin de agua sobrecalentada no
disponen de calderines, o la distribucin de agua a los tubos de las paredes se
realiza por medio de colectores.
En las calderas acuotubulares la circulacin del agua por su interior es
forzada por medio de las bombas de circulacin.
En las calderas de generacin de vapor se regula el nivel medio de agua en el
caldern superior, de forma que vare dentro de una banda prevista, sirviendo la
cmara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por
la tubuladura de salida.
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3.- Se entender por calderas de alta presinaquellas que operan a una
presin superior a 1 bar. Una ventaja de usar calderas de alta presin es la
reduccin del tamao de la caldera y de las tuberas de vapor para la misma
capacidad de transporte de calor, debido al aumento de la densidad del vapor con la
presin. Esto puede ser particularmente importante si los consumidores del vapor
estn a alguna distancia de la caldera. Adems la energa disponible en el vapor
aumenta con la presin, algo esencial cuando el vapor se usa en una turbina.
4.- Otra clasificacin habitual de las calderas sera por el tipo de tiro. El aire
necesario para la combustin se aporta normalmente a las calderas mediante
ventiladores. Segn estos ventiladores acten sobre el suministro de aire, diremos
que las calderas son de tiro forzado, inducido o equilibrado. Las primeras son
aquellas en las que el ventilador, situado en la entrada, introduce el aire en la
caldera, y por tanto son de hogar presurizado. Las segundas son las que teniendo el
ventilador en la salida aspiran los gases de la combustin y los envan a lachimenea, siendo por tanto de hogar en depresin. Cuando coexisten ambos
ventiladores la caldera se denomina de tiro equilibrado, hacindose que el hogar
trabaje un poco en depresin para evitar escapes de gases.
En general, en una caldera o generador de vapor se f ijan tres objetivos
principales:
- Conseguir un vapor puro.
- La mayor eficacia energtica posible.
- Una operacin fiable y segura.
La caracterstica principal del tratamiento del agua, es que al cumplir con esto
la caldera logra los objetivos esperados en el mbito de produccin, y adems no
pierde su vida til tan pronto.
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4. Aguas para calderas
La definicin de aguas para calderas es: aquellas aguas de cualquier
procedencia que pueden utilizarse con ventaja y seguridad para alimentar calderas .
El agua en general procede de los ros, lagos, pozos, y aguas lluvias. Para los
efectos de alimentacin de generadores de vapor y fines industriales en general
tienen primordial importancia los ros y pozos. Por la misma ndole de su
procedencia no se puede evitar que ella arrastre y disuelva impurezas que la hacen
inapta para el consumo humano y tambin industrial. El agua obtenida de ros,
pozos y lagos es denominada agua bruta y no debe utilizarse directamente en una
caldera.
Las aguas pueden considerarse segn la composicin de sales minerales
presentes como se indica a continuacin:
1 . - Aguas Duras:Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio,
poco solubles, principales responsables de a formacin de depsitos e
incrustaciones.
2.- Aguas Blandas: Su composicin principal esta dada por sales minerales de
gran solubilidad.
3.- Aguas Neutras: Componen su formacin una alta concentracin de
sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias cidas o alcalinas, o sea que
no alteran sensiblemente el valor del pH.
4.- Aguas Alcalinas: La forman las que tienen importantes cantidades de
carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua
la reaccin alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente.
Las impurezas que suele traer consigo el agua sin tratamiento proveniente de
las fuentes descritas se puede clasificar de la siguiente manera:
a).- Slidos en suspensin:
Barro (arcilla)
Materiales orgnicos (madera y bacterias)
Arena (slice)
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b).- Sales disueltas:
Sales de calcio y magnesio
Cloruro de sulfato alcalinos
c).- Gases disueltos:
Aire (oxgeno-nitrgeno)
Anhdrido carbnico
Entre los problemas causados por las impurezas que suele traer consigo el
agua sin tratamiento podemos resear los siguientes:
1.- Embancamiento: El barro y la slice ayudados por algunas sales disueltas
producen embancamientos sumamente rpidos, es decir, se depositan en el fondo
de la caldera, dificultando o impidiendo la libre circulacin y salida del agua.
Estas impurezas deben ser retiradas casi en su totalidad antes del ingreso a la
caldera, sometindose a un proceso de filtracin.
2.- 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. Los depsitos tambin pueden originarse en la precipitacin de slidos en
suspensin, recibiendo el nombre de lodos adheridos.
Por su carcter de aislante, afectan la transferencia de calor al aguareduciendo 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).
3.- 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).
4.- 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.
Elementos que se volatilizan en el vapor.
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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.
5.- Fragilidad Custica: 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.
Como el agua es un compuesto que contiene impurezas, para poder ocupar
esta agua natural en la caldera debe someterse a diferentes procesos y de esta
manera conseguir cumplir, como mnimo, con las siguientes condiciones: a).- Debe
ser clara, con la turbidez menor a 10 ppm. Cuando esta turbidez es superior, debe
ser sometida a filtracin; b).- Debe estar totalmente exenta de dureza no carbnica; c
c).- La dureza total no debe exceder de 35 ppm.; d).- Debe estar prcticamente
exenta de aceites; e).- Debe estar prcticamente exenta de oxgeno; y f).- Debe
contener un bajo contenido de slice.
La calidad del agua de alimentacin, y del agua del interior de las calderas,
est reguladas desde el punto de vista de seguridad de utilizacin del sistema, y el
mtodo de tratamiento adecuado vendr determinado por dichas normas de
seguridad, las especificaciones del fabricante y un estudio econmico de los costosde inversin y operacin.
Tipos de instalaciones de refrigeracin
Los diseos y los equipos de los sistemas de enfriamiento por agua varan
ampliamente dependiendo de la aplicacin. Se incluyen intercambiadores de calor,
tuberas de transferencia, bombas, componentes para torres de enfriamiento y
vlvulas. Con mucho, la mayor variedad en los diseos implica a los
intercambiadores de calor.
En una primera divisin, los sistemas de enfriamiento por agua son abiertos o
cerrados, y el flujo del agua es tanto de un solo paso como circulante. Los tres tipos
bsicos de sistemas de enfriamiento por agua son de un paso, abiertos recirculantes
(evaporativos), y cerrados recirculantes (no evaporativos):
1.- Sin recirculacin (o de un paso): agua tomada de una fuente trmica
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enorme (de temperatura estable; ros, lagos, etc.), la que es descargada luego de
ser usada hacia la fuente de origen. En general, no se le realiza tratamiento (gran
costo y problemas de contaminacin). Lo nico que se hace es bajar la temperatura
(no ms de 10 F), lo que se logra usando grandes caudales.
Las primeras instalaciones de refrigeracin eran sistemas abiertos. Estos
sistemas se siguen utilizando en pequeas instalaciones, o en grandes sistemasdonde el agua es abundante y no llegan a alcanzarse aumentos importantes de la
temperatura del agua, como suele ser el caso de los condensadores de grandes
centrales trmicas situados al lado del mar o grandes ros.
2.- Con recirculacin en circuito abierto: se recircula el agua de enfriamiento,
extrayndose el calor absorbido por contacto directo con el aire atmosfrico
(transferencia de calor) y por evaporacin (transferencia de masa), generalmente en
torres de refrigeracin.
El sistema semiabierto tpico es la torre de refrigeracin, aunque existen otras
alternativas para conseguir la vaporizacin de una parte del agua. El elevado calor
latente del agua permite que por cada gramo de agua evaporada se puedan enfriar
muchos gramos de agua lquida, en varios grados centgrados.
Las torres de refrigeracin pueden ser de tiro natural o de circulacin artificial
(tiro forzado o inducido).
Las torres de tiro natural, en general, tienen alturas considerables y una forma
hiperblica que les da ptimo tiro natural del aire y una buena estabilidad
estructural.
Las torres de circulacin artificial o mecnica hacen circular el aire, que se
llevar el agua evaporada mediante un tiro forzado o inducido. La seleccin de un
tipo u otro de tiro depende de las condiciones particulares de la instalacin. En el
tiro forzado los ventiladores se encuentran en la base del equipo y fuerzan el aire
contra las gotas de agua en descenso. Como el aire que impulsan es seco, los
ventiladores no sufren de corrosiones o depsitos de slidos.
En el tiro inducido los ventiladores se sitan en la parte superior de la torre e
inducen una circulacin del aire, ms cruzada o ms en contracorriente segn el
diseo. En contracorriente se consiguen eficacias mximas porque el agua ms fra
est en contacto con la entrada de aire. En flujo cruzado el aire encuentra las
resistencias menores y se reducen los consumos de potencia. En todos los casos se
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emplean unos separadores de gota que reducen las prdidas de agua por arrastre.
3.- Con recirculacin en circuito cerrado: el sistema completamente cerrado
no es ms que un circuito intermedio, donde se aprovechan las particulares
caractersticas del agua para absorber calor en un paso intermedio, y en los que
finalmente la liberacin de calor al medio receptor se hace a travs de una segunda
superficie de intercambio.
Normalmente, el agua no entra en contacto directo con el material a enfriar
sino que el intercambio de calor se realiza a travs de una pared, en general
metlica, buena conductora del calor. Esta pared es la superficie de intercambio de
calor, que lo mismo que el agua y el fluido a enfriar estn encerrados en un
recipiente llamado intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor tienen
dos diseos comunes: de casco o envolvente y tubos, y de placas de armazn. Los
intercambiadores de calor de casco y tubos son muy comunes.
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5. Tratamientos para purificar el agua de calderas.Tratamientos fsicos
El objetivo de los tratamientos es reducir y evitar los tres principales
problemas asociados a la generacin de vapor:
(1).- La formacin de incrustaciones.
(2).- La corrosin.
(3).- Los arrastres.
Para conseguir estos objetivos, el agua de aporte suele someterse a un
tratamiento externo que reduzca la presencia de contaminantes a un nivel
conveniente. Para contrarrestar el efecto de los contaminantes residuales se aaden,
adems los aditivos qumicos apropiados. El tercer elemento de control de la calidaddel agua en el ciclo de vaporizacin-condensacin es la purga de una parte del agua
del caldern para mantener las concentraciones mximas admisibles.
En definitiva, el agua de alimentacin de las calderas debe ser tratada, por
que de lo contrario se pueden presentar problemas serios en el interior de las
calderas, utilizndose algunos de los siguientes procedimientos:
Fsicos
Qumicos
Trmicos
Elctricos
Mixto
Tratamientos Fsicos
Filtracin: Su objetivo es extraer partculas grandes en suspensin. Se realiza
antes que el agua llegue a la caldera (externo). Los filtros pueden ser de mallas(pequeas instalaciones) o de grava y arena, consiguiendo la eliminacin de lossiguientes parmetros:
Slidos Suspendidos
Colores
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Olores
Sabores
Cloro Residual
Microorganismos
Todo esto se traduce en los siguientes beneficios: ().- Evitar las
incrustaciones: se evita la deposicin de los slidos sobre las superficies de los
equipos donde la transferencia de calor es necesaria. ().- Evitar la corrosin: se
controla la prdida de metal constituyente de la estructura de los equipos. ().- Evitar
Evitar el desarrollo microbiolgico: se elimina la presencia de material orgnico
inconveniente. ().- Evitar el deterioro de las resinas de intercambio inico: no se
permite la llegada de slidos abrasivos ni materiales oxidantes, como el cloro, hasta
los suavizadores.
Desaireacin: Tambin llamada desgasificacin. Consiste en extraer los gasesdisueltos (oxgeno, anhdrido carbnico). Se consigue calentando el agua dealimentacin, proporcionando una gran rea de contacto agua-aire (ducha oagitacin).
Finalidad: ().- Reducir el contenido de oxgeno disuelto el agua de calderas.
( ) . - Reducir el contenido de carbonatos en el agua de alimentacin. () .- Precalentar
Precalentar el agua de alimentacin de las calderas.
Beneficios: ().- Disminuir el consumo de barredor de oxgeno: Para mantener
el residual requerido habr que dosificar menos. ( ).- Precalentar el agua de
alimentacin de las calderas: Se evita el choque trmico y las dilataciones y
contracciones anmalas de los tubos, placas y domos, que causan dao a los
sistemas de generacin de vapor. ().- Disminuir la potencialidad de incrustacin
por carbonatos: Se reduce el contenido de bixido de carbono.
Extracciones o purgas: Consisten en evacuar ciertas cantidades de agua desdeel fondo de la caldera o del domo, con el objeto de disminuir o mantener lacantidad total de slidos disueltos y extraer lodos (en el caso de purga defondo). La extraccin puede ser continua o intermitente. La magnitud de laextraccin depende de la concentracin de slidos disueltos a mantener en lacaldera y la del agua de alimentacin.
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6. Tratamientos para purificar el agua de calderas.Tratamientos Qumicos
Consiste en suministrar internamente sustancias qumicas que reaccionan con
las impurezas del agua, precipitando slidos insolubles o en suspensin, eliminando
mediante purgas. Segn el objetivo que persiguen, las sustancias se clasifican en:
Reductoras de dureza o ablandadoras: La palabra dureza se refiere a lacantidad de compuestos de calcio y magnesio disueltos en el agua,correspondientes al contenido de iones alcalinotrreos. Estos minerales tienensu origen en las formaciones rocosas calcreas, y pueden ser encontrados, enmayor o menor grado, en la mayora de las aguas naturales. Las sales mscomunes en el agua dura son sulfatos, carbonatos, bicarbonatos y cloruros decalcio, magnesio, hierro y otros.
a).- Hidrxido de sodio o soda custica (NaOH): ().- Precipita las sales de
magnesio. ().- Aumenta la alcalinidad. ().- Regeneracin de resinas deintercambio inico
b).- Carbonato de sodio o soda comercial (Na2CO3): ().- Precipita las sales de
calcio. ().- Son de bajo costo. ().- Produce acidez.
c).- Hidrxido de calcio o cal (Ca(OH)2): ().- Precipita las sales de calcio y
magnesio.
d).- Fosfatos de Sodio (Na2HPO4): ().- Precipita sales de calcio. ().- Debe
mantenerse en exceso.
e).- Intercambio de Iones: El intercambio inico es una reaccin qumica
reversible, que tiene lugar cuando un in de una disolucin se intercambia por otro
in de igual signo que se encuentra unido a una partcula slida inmvil. Este
proceso tiene lugar constantemente en la naturaleza, tanto en la materia inorgnica
como en las clulas vivas.
Por sus propiedades como disolvente y su utilizacin en diversos procesos
industriales, el agua acostumbra a tener muchas impurezas y contaminantes. Las
sales metlicas se disuelven en el agua separndose en iones, cuya presencia puede
ser indeseable para los usos habituales del agua. Los intercambiadores inicos son
usados para la separacin de sales (cationes y aniones) del agua.
Se utilizan ablandadores naturales o sintticos (zeolitas o permutitas): son
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sustancias granuladas insolubles, las cuales tienen en su estructura molecular
radicales cidos o bsicos que pueden ser intercambiados. Los iones positivos o
negativos fijados en estos radicales, sern reemplazados por iones del mismo signo
en solucin en el lquido en contacto con ellos.
Hoy en da, las sustancias intercambiadores de iones son llamadas tambin
resinas, hay tres categoras de resinas:
1).- Resinas tipo gel: tienen una porosidad natural limitada entre las
distancias intermoleculares. Esta es una estructura de microporo.
2).- Tipo microporos o de tipo unin cruzada suelta: tienen una porosidad
artificial adicional la cual es obtenida por la adicin de sustancias diseadas para
esta proposicin.
3).- Resinas isoporosas: Se caracterizan por tener un tamao de poro
uniforme, con lo que aumenta la permeabilidad de los iones en el interior de la red.
Son resinas de alta capacidad, regeneracin eficiente y de costo ms bajo que las
resinas macroporosas.
Son utilizadas persiguiendo los siguientes fines: ().- Eliminacin de calcio y
magnesio: dureza del agua cruda, la cual se convertir en agua de alimentacin de
calderas y/o reposicin para sistemas de enfriamiento. ().- Evitar las
incrustaciones: se elimina la formacin y deposicin de los carbonatos, sulfatos e
hidrxidos de calcio y/o magnesio como consecuencia del aumento de la
temperatura sobre las superficies de transferencia de calor, en desaireadores,
calderas, intercambiadores de calor, etc. ().- Suministro de agua suavizada
constante: la buena calidad y suficiente cantidad del agua de alimentacin de
calderas y de cualquier otro sistema estar garantizada. ().- Durabilidad de las
resinas de intercambio inico: se controlan los ciclos de lavado y regeneracin de
los sistemas de intercambio inico.
Inhibidores de corrosin: Los inhibidores de corrosin, son productos queactan ya sea formando pelculas sobre la superficie metlica, tales como losmolibdatos, fosfatos o etanolaminas, o bien entregando sus electrones almedio.
a).- Sulfito de Sodio (NaSO3): Reacciona con el oxgeno produciendo sulfatos
de sodio. Se utiliza para calderas de presiones menores a 30 Kg/cm2.
b).- Hidracina (N2H4): Reacciona con el oxgeno produciendo nitrgeno y agua
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sin producir slidos disueltos. Apta para calderas de alta presin.
c).- Aminas: Utilizadas para el control de la corrosin en tuberas de retorno
de condensado (corrosin por anhdrido carbnico).
Inhibidores de fragilidad custica: Debe usarse donde el agua tienecaractersticas de fragilidad.
a).- Nitratos y nitritos de sodio (NaNO3 - NaNO2).
Inhibidores de adherencias por lodos: Evita la formacin de lodosadherentes y minimizan el arrastre.
a).- Agentes orgnicos: Taninos, almidones, derivados de aguas marinas.
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7. Tratamientos para purificar el agua de calderas.Trmicos, elctricos, magnticos y mixtos
Tratamientos Trmicos
Mediante el calentamiento del agua hasta su temperatura de ebullicin, se
precipitan todos los bicarbonatos en forma de carbonatos insolubles que decantan y
se extraen del fondo del economizador, eliminando de esta manera la dureza
temporal y los gases disueltos. Este procedimiento no separa la dureza permanente.
4.- Tratamientos Elctricos
Por este sistema basado en la electrolisis del agua, el zinc en planchas que se
apernan a tubos de chapas, defiende las planchas de hierro de la accin de las sales
incrustantes.
5.- Tratamiento Magntico
Los minerales en el agua llegan a afectarse cuando se exponen a un campo de
fuerza magntico y pierden sus habilidades para formar sedimentos. De esta forma
se remueve la existencia de sedimentos y elementos de corrosin.
6.- Tratamiento Mixto
Consisten en emplear algunos desincrustantes qumicos y a su vez calentar el
agua eliminando ambas durezas.
En conclusin:
El agua a pesar de encontrarse en grandes cantidades, no siempre se
encuentra en las mejores condiciones, por tal razn es necesario realizar un
tratamiento previo antes de ser usada.
Se puede disponer de una gran cantidad de mtodos y sustancias para el
tratamiento del agua usada en las calderas, cada uno de estos se aplican
dependiendo la necesidad. Es de suma importancia conocer las sustancias que se
pueden encontrar en el agua, ya que a partir de estas podremos determinar el
tratamiento adecuado a realizarse.
El tratamiento de agua de alimentacin, o reposicin, tendr como misin el
acondicionar las aguas brutas disponibles en cada caso para que cumplan las
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prescripciones de los fabricantes de calderas y la normativa legal existente. El
tratamiento a prever no podr ser por tanto siempre el mismo, si no que depender
de las caractersticas de las aguas brutas.
Los tratamientos internos son aquellos en los que se realice la adicin directa
de productos qumicos al interior de la caldera, normalmente con la doble finalidad
de prevenir o reducir la formacin de incrustaciones para aumentar el intercambiode calor en las superficies, y de evitar o disminuir la corrosin de las partes
metlicas, ya sean producidas por gases o por diferentes sustancias disueltas.
El objetivo principal de un tratamiento es, por tanto, preservar la integridad
de los materiales constituyentes de los circuitos, para mantener la operacin de los
sistemas de la planta en el nivel ptimo de disponibilidad, seguridad, fiabilidad,
economa y eficiencia durante la vida til de la instalacin.
Realizando un correcto tratamiento de las aguas usadas en las calderas,podremos evitar gran cantidad de daos como corrosin, incrustaciones o
taponamientos. Elevaremos la eficacia de la mquina y ahorraremos tiempo y dinero
en mantenimiento (algunas veces innecesario).
Un mal tratamiento y mantenimiento de la caldera tiene como consecuencia
su mal funcionamiento y por ende los procesos industriales en los que esta se
inserta no funcionaran de la manera correcta, acarreando problemas como atrasos
en la produccin, los que pueden resultar muy costosos para la empresa. La calidad
del agua influye directamente sobre el rendimiento de la caldera y la seguridad.
El rendimiento de la caldera es la relacin que existe entre el calor total
entregado por el combustible al quemarse y el calor contenido en el vapor. Las
incrustaciones producen una capa aislante que se adhieren a las superficies de
calefaccin de la caldera y que dificultan la transmisin del calor entregado por el
combustible. Por esta razn los gases no transmiten todo su calor al agua,
perdindose combustible y disminuyendo el rendimiento.
Las incrustaciones aslan las superficies de calefaccin del agua, provocando
un calentamiento excesivo de stas, las que pueden llegar a perder gran parte de su
resistencia sufriendo deformaciones permanentes, roturas y explosiones.
Por otra parte, cuando a causa del trabajo propio de la caldera, la incrustacin
se rompe parcial o totalmente, pone en contacto repentino el agua a presin con la
plancha recalentada y por lo tanto la debilita, produciendo un aumento de presin
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interna tal que puede causar explosin. La acumulacin de lodos en los tubos
dificulta la transferencia de calor resultando el sobrecalentamiento de los mismos.
La corrosin del metal de los tubos o la formacin de xidos puede ser debida a la
alta concentracin de productos qumicos en el agua de la caldera, y la formacin
de espumas se debe, principalmente, a la presencia de slidos en suspensin y de
otras sustancias orgnicas.
Todo esto debe evitarse mediante el tratamiento de agua para las calderas,
mediante mtodos qumicos, fsicos o elctricos, o una combinacin de ellos,
atacando los distintos elementos que causan problemas en el correcto
funcionamiento de las calderas.
La mayora de instalaciones industriales usan agua como medio de
enfriamiento. Las principales razones para utilizar agua son su disponibilidad en la
mayor parte de zonas industriales y el calor especfico elevado del agua. Pero,
lamentablemente, el agua no se encuentra pura en la naturaleza. Normalmente
contiene impurezas que se clasifican en cuatro grandes grupos a saber: gases
disueltos, minerales en solucin, microorganismos y material suspendido de
diferentes naturalezas y composiciones. Adicionalmente, el agua de enfriamiento
tambin puede contaminarse cuando se usa en ciertos procesos o por las
caractersticas mismas del sistema utilizado para lograr ese enfriamiento.
Las aguas de refrigeracin de cada circuito tienen que ser tratadas para
cumplir dos requisitos principales: minimizar la cantidad de agua de refrigeracin yproteger la planta entera contra procesos de corrosin, sedimentacin y crecimiento
biolgico.
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8. Tipos de instalaciones de refrigeracin
Los diseos y los equipos de los sistemas de enfriamiento por agua varan
ampliamente dependiendo de la aplicacin. Se incluyen intercambiadores de calor,
tuberas de transferencia, bombas, componentes para torres de enfriamiento y
vlvulas. Con mucho, la mayor variedad en los diseos implica a losintercambiadores de calor.
En una primera divisin, los sistemas de enfriamiento por agua son abiertos o
cerrados, y el flujo del agua es tanto de un solo paso como circulante. Los tres tipos
bsicos de sistemas de enfriamiento por agua son de un paso, abiertos recirculantes
(evaporativos), y cerrados recirculantes (no evaporativos):
1.- Sin recirculacin (o de un paso): agua tomada de una fuente trmica
enorme (de temperatura estable; ros, lagos, etc.), la que es descargada luego deser usada hacia la fuente de origen. En general, no se le realiza tratamiento (gran
costo y problemas de contaminacin). Lo nico que se hace es bajar la temperatura
(no ms de 10 F), lo que se logra usando grandes caudales.
Las primeras instalaciones de refrigeracin eran sistemas abiertos. Estos
sistemas se siguen utilizando en pequeas instalaciones, o en grandes sistemas
donde el agua es abundante y no llegan a alcanzarse aumentos importantes de la
temperatura del agua, como suele ser el caso de los condensadores de grandes
centrales trmicas situados al lado del mar o grandes ros.
2.- Con recirculacin en circuito abierto: se recircula el agua de enfriamiento,
extrayndose el calor absorbido por contacto directo con el aire atmosfrico
(transferencia de calor) y por evaporacin (transferencia de masa), generalmente en
torres de refrigeracin.
El sistema semiabierto tpico es la torre de refrigeracin, aunque existen otras
alternativas para conseguir la vaporizacin de una parte del agua. El elevado calor
latente del agua permite que por cada gramo de agua evaporada se puedan enfriar
muchos gramos de agua lquida, en varios grados centgrados.
Las torres de refrigeracin pueden ser de tiro natural o de circulacin artificial
(tiro forzado o inducido).
Las torres de tiro natural, en general, tienen alturas considerables y una forma
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hiperblica que les da ptimo tiro natural del aire y una buena estabilidad
estructural.
Las torres de circulacin artificial o mecnica hacen circular el aire, que se
llevar el agua evaporada mediante un tiro forzado o inducido. La seleccin de un
tipo u otro de tiro depende de las condiciones particulares de la instalacin. En el
tiro forzado los ventiladores se encuentran en la base del equipo y fuerzan el airecontra las gotas de agua en descenso. Como el aire que impulsan es seco, los
ventiladores no sufren de corrosiones o depsitos de slidos.
En el tiro inducido los ventiladores se sitan en la parte superior de la torre e
inducen una circulacin del aire, ms cruzada o ms en contracorriente segn el
diseo. En contracorriente se consiguen eficacias mximas porque el agua ms fra
est en contacto con la entrada de aire. En flujo cruzado el aire encuentra las
resistencias menores y se reducen los consumos de potencia. En todos los casos se
emplean unos separadores de gota que reducen las prdidas de agua por arrastre.
3.- Con recirculacin en circuito cerrado: el sistema completamente cerrado
no es ms que un circuito intermedio, donde se aprovechan las particulares
caractersticas del agua para absorber calor en un paso intermedio, y en los que
finalmente la liberacin de calor al medio receptor se hace a travs de una segunda
superficie de intercambio.
Normalmente, el agua no entra en contacto directo con el material a enfriar
sino que el intercambio de calor se realiza a travs de una pared, en general
metlica, buena conductora del calor. Esta pared es la superficie de intercambio de
calor, que lo mismo que el agua y el fluido a enfriar estn encerrados en un
recipiente llamado intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor tienen
dos diseos comunes: de casco o envolvente y tubos, y de placas de armazn. Los
intercambiadores de calor de casco y tubos son muy comunes.
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9. Problemas derivados del agua y su tratamiento
Los circuitos de refrigeracin de las instalaciones industriales pueden llegar a
tener graves problemas de incrustacin, corrosin, depsito de fangos y de
crecimiento microbiolgico (contaminacin biolgica). Y dentro de la contaminacin
biolgica, se puede tener un foco de infeccin por Legionella, agravndosemuchsimo el tema, pues puede provocar una problemtica de salud humana. Por
este motivo es fundamental estudiar bien el problema y en cada caso definir el
mejor programa de tratamiento del agua de refrigeracin.
Las caractersticas del agua y de la instalacin permiten prever el tipo de
tratamiento que convendr aplicar a una instalacin determinada. Sin embargo, es el
seguimiento posterior de la instalacin el que permitir definir el programa ms
indicado por la eficacia de los resultados y el ajuste del costo operativo.
1.- Problemas que se presentan en sistemas de enfriamiento
Entre los problemas causados por las caractersticas de los procesos de
refrigeracin y por las impurezas que suele traer consigo el agua sin tratamiento,
podemos resear los siguientes:
1.1.- Crecimiento microbiano: Es uno de los problemas ms frecuentes:
agua a temperaturas prximas a 35C, altas concentraciones de O2, luz UV, etc.,
constituyen un microclima adecuado para crecimiento de microorganismos (algas,bacterias, hongos).
Los microorganismos se introducen en los sistemas de refrigeracin con el
agua de aporte o a partir del aire que cruza las torres.
La formacin de revestimientos orgnicos es llamada biofilm. Uno de los
efectos que se producen es la obstruccin de tuberas, relleno, etc., disminuyendo
la eficiencia del sistema. A menudo, estos biofilms son colonizados por Legionella
que puede proliferar si las condiciones son adecuadas y causar problemas gravessobre la salud. Por ello, es necesario mantener un correcto control microbiolgico
sobre cualquier circuito de refrigeracin, considerado instalacin de riesgo. Adems,
otros microorganismos favorecen la corrosin: absorben o desprenden O2, favorecen
reacciones catdicas (generan H2), forman depsitos (favorecen la aireacin
diferencial).
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Las torres de refrigeracin, que usan madera como material de construccin,
resultan deterioradas por el ataque de la celulosa y la lignina por los
microorganismos, especialmente hongos.
El uso de aguas sin tratar (mar, ro, pozos, etc.) puede permitir el crecimiento
y colonizacin de crustceos que pueden obstruir los intercambiadores de calor en
pocas semanas. Por esta razn, en muchas ocasiones el uso de biocidas debe seraplicado en el agua de aporte.
1.2.- Depsitos e incrustaciones: El agua utilizada para enfriamiento es un
agua de origen natural, que se ver sometida a calentamiento, an cuando sea
mucho menor al que se da en un generador de vapor. Por lo tanto, encontraremos
formacin de incrustaciones, principalmente CaCO3 (tambin Mg(OH)2, CaSO4).
La formacin de depsitos reduce la eficiencia de los sistemas de
refrigeracin ya que actan de aislante para la transferencia de calor y reducen laseccin de paso en los elementos de distribucin. Adems, los diseos que no han
previsto una tolerancia para tener cuenta de la formacin de depsitos en los
intercambiadores de calor, puede que no consigan los valores mnimos de proceso.
Los depsitos tambin aceleran la corrosin debida a la formacin de clulas de
oxidacin diferencial.
Algunas consideraciones a tener en cuenta con relacin a posibles depsitos
en los sistemas de enfriamiento, son las precauciones de que:
SD < 2500 mg/L
[Ca++]CaCO3 < 300
[Ca++]CaCO3 x [SO4= ]CaCO3 < 500.000
[SiO2] < 120 mg/L
Un programa de control del poder incrustante de las aguas de refrigeracin
comporta las mediciones de la dureza, Ca y Mg, del pH, la alcalinidad m (TAC) y latemperatura que definen la concentracin de iones carbonato y bicarbonato y la
solubilidad del carbonato. Tambin hay que controlar la concentracin de sulfatos,
slice y otros contaminantes tales como hidrocarburos, glicoles, amonaco, etc. Los
ndices de estabilidad de Langelier y Ryznar permiten determinar el comportamiento
agresivo o incrustante del agua.
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1.3.- Corrosin: Los sistemas de enfriamiento contienen diversos materiales
metlicos, como aceros, acero galvanizado, aleaciones de cobre, etc. A esto, debe
agregarse los productos utilizados para controlar incrustaciones o crecimiento
microbiano, que estarn disueltos en el agua del circuito, lo que constituye un
medio muy complejo. Adems, en las torres de enfriamiento, al estar el agua en
permanente contacto con el aire, estamos seguros de que, en cada recirculacin la
concentracin de oxgeno disuelto en la misma ser muy cercana a la
correspondiente a la de saturacin de oxgeno disuelto en esas condiciones.
Por lo tanto, los sistemas de enfriamiento sufren muchas formas de corrosin
y fallas. La diversidad en el ataque lo causan las diferencias en el diseo, la
temperatura, el flujo, la qumica del agua, la composicin de las aleaciones, y la
operacin de los sistemas de enfriamiento por agua. Se podran incluir una variedad
casi interminable de caractersticas qumicas en las corrientes de los procesos en los
sistemas de enfriamiento por agua.
Este problema es grave pues la corrosin se dar en los equipos ms caros:
condensadores de amonaco, compresor, intercambiadores de calor, compresor de
tornillo, etc., ocurriendo en forma localizada.
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10. Tratamientos correctores (1/2)
El programa de tratamiento variar mucho segn el tipo de instalacin. En un
sistema totalmente abierto es imposible realizar un tratamiento externo completo.
Debido a los grandes caudales de agua que puede implicar, el tratamiento qumico
se aplicar normalmente a niveles bajos para que resulte econmicamente viable sinintentar reducir al 100 % la corrosin potencial del agua bruta. La prevencin de la
formacin de incrustaciones y el crecimiento microbiolgico seguirn criterios
similares. Los problemas derivados de depsitos de fangos se minimizarn a base
de un acondicionamiento o tratamiento dispersante, pero es fundamental disear
correctamente el sistema hidrulico para evitar zonas de baja velocidad.
Por el contrario, un sistema completamente cerrado con pequeas prdidas y
los pequeos aportes de agua correspondientes, hace econmico y recomendable
utilizar un agua de aporte de alta calidad y un tratamiento qumico interno
completo. Normalmente, los sistemas cerrados se emplean en circuitos de
refrigeracin crticos para los que es aconsejable realizar un control de calidad
permanente. Con un buen acondicionamiento de las aguas los problemas de
corrosin e incrustaciones son mnimos y al no haber contacto con la atmsfera es
fcil evitar el crecimiento de microorganismos. En consecuencia, tampoco son de
esperar problemas de depsitos. Es fundamental conseguir las menores prdidas
posibles de agua porque los problemas sern proporcionales al aporte de agua
necesario.
Los sistemas semiabiertos, de los que forman parte las torres de
refrigeracin, constituyen el grupo ms complejo y cuyo tratamiento de agua
requiere un balance tambin ms complejo entre efectividad y costo.
La forma de controlar el contenido en slidos del agua circulante en estos
sistemas semiabiertos es el mantenimiento de una purga controlada. En tal caso hay
que hacer un aporte de agua que compense la evaporacin, el arrastre de gotas de
agua por el aire, especialmente en condiciones de viento, y la purga. Para los
tratamientos qumicos internos se puede emplear un ndice de residencia del
aditivo, que representa el tiempo que se necesitara para que su concentracin se
redujese a la mitad, teniendo en cuenta las prdidas, evaporacin, purga y aporte de
agua. Los aditivos destinados a evitar la corrosin, incrustacin y depsito se suelen
aadir en forma continua preferentemente, en funcin del agua de aporte y la
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relacin de concentraciones. La adicin de biocidas puede seguir programas
irregulares; a veces con una dosis continua, mas dosis de choque peridicas, para
contrarrestar la adaptacin de los microorganismos a los fenmenos regulares.
As pues, a la vista de todos los factores considerados, el tratamiento de este
tipo de sistemas deber basarse en los siguientes conceptos:
- Tratamiento del agua de reintegro (aporte).
- Tratamiento del agua de recirculacin.
- Tratamiento frente a microorganismos.
En funcin de las demandas, caractersticas del agua e instalacin existirn
diferentes programas de tratamiento, de los cuales hacemos resea de los
siguientes:
Control de depsitos e incrustaciones:
La prevencin de la formacin de depsitos e incrustaciones se inicia con los
tratamientos previos externos. Tanto la decantacin como la filtracin convienen
que floculen y decanten bien, usando adecuadamente los polielectrolitos.
Los iones que pueden dar lugar a precipitados, se eliminan por
ablandamiento y desmineralizacin del agua. Sin embargo, estos procesos tienen un
coste elevado y solamente se aplican en aguas de circuitos cerrados, pero raramente
en los circuitos de recirculacin abierta.
Otra alternativa clsica es un tratamiento en paralelo de una fraccin del agua
circulante, hasta un 5 %, mediante filtracin, o incluso un ablandamiento con cal
previo a la filtracin con arena o antracita.
Tambin es posible utilizar sistemas de tratamiento que modifiquen algunas
de las sustancias presentes o sus caractersticas, para poder trabajar en condiciones
ms seguras. Estos sistemas pueden agruparse en las siguientes dos categoras:
a)Tratamiento cido
La adicin de cido es uno de los ms antiguos tratamientos aplicados para
evitar la formacin de incrustaciones. El cido neutraliza la alcalinidad del agua y
evita la precipitacin de carbonato. El cido sulfrico es el ms usado por su
disponibilidad y precio. La solubilidad del sulfato clcico es muy superior a la del
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carbonato y normalmente no precipita; sin embargo, una adicin excesiva de cido o
la operacin a relaciones de concentracin excesivas, pueden provocar la formacin
de una incrustacin de sulfato clcico. Para evitarlo se recomienda no superar el
valor de 500.000 ppm para el producto de las concentraciones de iones calcio y
sulfato, o el valor de 1.500 ppm para su suma.
Aunque se pueden usar otros cidos, hay que emplearlos con precauciones. El
cido clorhdrico aade iones cloruro que son muy corrosivos, y el cido ntrico es
un oxidante fuerte que puede ser causa de corrosiones.
En general, este tratamiento disminuye la probabilidad de formacin de
CaCO3, pero es un tratamiento peligroso por agregar cido al sistema (requiere un
buen control). Los modernos programas de tratamiento han eliminado la adicin de
cido.
b)Tratamiento alcalino
Otra opcin es mantener el pH del circuito en valores alcalinos y agregar
productos que:
- mantengan el calcio en solucin; secuestrantes o dispersantes (fosfonatos,
poliacrilatos).
- modifiquen la estructura cristalina de los precipitados de calcio, para que
formen lodos que puedan ser removidos por purga (polifosfatos, polmeros de bajo
PM menor a 100.000 por ej. Polimaleatos, copolmeros de polimaleatos con
poliestireno sulfonado).
Los productos utilizados como inhibidores de incrustacin son variados y
numerosos, pero casi todos ellos, con excepcin de los de tipo quelante o
secuestrante, funcionan por algn tipo de mecanismo de superficie, si bien para
muchos de ellos se desconoce el mecanismo preciso de actuacin.
Hay suficientes indicios de que ciertos materiales pueden funcionar por varios
mecanismos dependiendo de la concentracin del aditivo y de su particular entorno.
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11. Tratamientos correctores (2/2)
Control de la corrosin:
Una posible solucin, sera modificar las caractersticas agresivas del agua. El
control de la concentracin de oxgeno disuelto, por ejemplo por agregado de
sulfito, sera excesivamente caro a la vez que ineficiente.
Es frecuente el uso de inhibidores de corrosin, los que actan protegiendo la
superficie del material metlico, cuya accin es la de despolarizar (disminuir o
detener el flujo elctrico) las reacciones de corrosin.
Los inhibidores de corrosin se clasifican como catdicos, andicos o mixtos
dependiendo de la reaccin de corrosin que cada uno controla. La inhibicin
normalmente es el resultado de uno o varios de los mecanismos generales. En el
primero la molcula del inhibidor es adsorbida sobre la superficie del metal por un
proceso de quimisorcin, formando una delgada pelcula protectora, por s slo o en
conjuncin con iones metlicos. En el segundo mecanismo, los inhibidores
simplemente obligan al metal a formar su propia proteccin de xidos metlicos, y
de este modo aumentan su resistencia. En el tercer mecanismo el inhibidor
reacciona con las sustancias potencialmente corrosivas del agua.
Los inhibidores de corrosin ms comunes son:
andicos: molibdatos, ortofosfatos, nitritos, silicatos;
catdicos: zinc, polifosfatos, fosfonatos.
La eleccin del inhibidor adecuado viene condicionada por los parmetros de
diseo del sistema de refrigeracin y por la composicin del agua.
Raramente se utiliza un inhibidor de la corrosin nico; en general, se
mezclan dos o ms inhibidores completando sus ventajas individuales y superando
las limitaciones respectivas. A menudo la mejor proteccin del sistema se consiguecombinando un inhibidor catdico con uno andico. Algunas veces se combinan dos
inhibidores catdicos, pero muy raramente dos andicos.
Tanto los inhibidores de corrosin como los de incrustacin acostumbran a
ser compuestos formulados con mltiples materias activas de forma que se
minimice el consumo de productos a la vez que se potencie el rendimiento. Las
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empresas especializadas disponen de formulaciones propias en que los inhibidores
bsicos estn mezclados con los otros componentes minoritarios.
Control del crecimiento microbiano:
No es viable un control mecnico de los microorganismos que se desarrollan,
por lo que se impone un tratamiento qumico de los mismos.
Para controlar la accin microbiana se emplean agentes microbiocidas,
clasificados en dos grandes grupos: oxidantes y no oxidantes.
El programa de actuacin con biocidas es muy particular de cada instalacin y
debe estar basado en ensayos de cultivo y sensibilidad a los agentes biocidas. Debe
considerarse, adems, la toxicidad potencial para el medio ambiente.
Los microorganismos son capaces de desarrollar formas resistentes a un
medio determinado, de forma que es preciso revisar peridicamente el programautilizado. Dada la variedad de especies es difcil que un solo tipo de biocida pueda
actuar sobre todas las especies y se recurre a combinaciones que demuestren un
efecto sinrgico. Para que el programa sea econmico a menudo se recurre a
combinar un biocida altamente efectivo pero caro, con otro de amplio espectro y
menos caro que haga razonable el costo total del programa. El material de
construccin puede excluir la utilizacin de ciertos biocidas, como ocurre con los
oxidantes, cuando la madera figura como un elemento de construccin con la cual
tendra contacto directo.
a)Biocidas oxidantes
Los biocidas oxidantes, tal y como indica su nombre oxidan la materia
orgnica (material celular, enzimas, protenas, etc.), y por consiguiente provocan la
muerte de los microorganismos. Los ms habituales son el cloro y el bromo, y sus
derivados.
En el caso del cloro y sus derivados, normalmente se forman enlaces estables
entre el nitrgeno de las protenas y el cloro, llevando a la destruccin de losmicroorganismos. Este tipo de biocidas provocan un efecto secundario sobre las
instalaciones tratadas pues incentivan la corrosin. Adems su actividad
desinfectante tiene una dependencia con el pH.
El ozono, en disolucin acuosa, tiene un gran poder oxidante, y reacciona, en
forma parecida al cloro, sobre los microorganismos. No es contaminante pero su
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costo ms elevado lo mantiene poco usado.
La presencia de grandes cantidades de materia orgnica y de amonaco en el
agua puede conllevar problemas a la hora de controlar la contaminacin biolgica
con este tipo de biocidas.
b)Biocidas no oxidantes
Los biocidas no oxidantes son aquellos que interfieren en el metabolismo
celular y/o en su estructura, provocando de esta manera la muerte de los
microorganismos. Existen muchos tipos de biocidas no oxidantes pero en general
todos cumplen los siguientes requisitos: son ms estables y persistentes que los
biocidas oxidantes y su actividad es independiente del pH.
Empleados solos, han demostrado tener en algunos tratamientos un carcter
biocida superior al de los oxidantes. En muchos programas se emplean combinados
para lograr un espectro de actividad ms amplio.
Cada biocida de este tipo tiene su mecanismo de actuacin particular, no
pudindose generalizar un mecanismo de actuacin para todo el grupo.
El pentaclorofenato y otros fenoles clorados son los biocidas no oxidantes
ms comunes, solos o mezclados con ciertos tensoactivos aninicos para aumentar
la efectividad biocida.
Los compuestos rgano-estaados son biocidas para muchas bacterias y
algas. Se aplican a pH alcalino, a menudo combinados con dispersantes amnicos o
aminados.
Los compuestos rgano-sulfurados funcionan por mecanismo competitivo al
captar el hierro que las clulas necesitan para su actividad respiratoria. El
metilenbistiocianato inhibe el crecimiento de algas, hongos y bacterias en general,
pero es especialmente til para atacar las especies sulfato reductoras desulfovibrio.
No es muy soluble en agua y se formula con dispersantes. Se hidroliza rpidamente
a pH por encima de 8.
Otros compuestos organosulfurados utilizados son las sulfonas, tionas y
tiocarbamatos.
La acrolena se emplea como un sustituto del cloro en aguas muy
contaminadas. Al no ser consumido por la materia orgnica interpuesta alcanza, por
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difusin, cualquier zona bajo tratamiento. Tiene la ventaja adicional de ser
fcilmente desactivada por el sulfito sdico y se puede eliminar cualquier residuo
antes de su vertido al medio ambiente receptor.
Las sales de amonio cuaternario son agentes tensoactivos catinicos. Son
sustancias desinfectantes, que actan especialmente en medio alcalino y a
temperaturas elevadas. Estos compuestos son particularmente activos contrabacterias Gram positivas, ante las que muestran actividad a concentraciones
extremadamente bajas. Su efecto sobre bacterias Gram negativas es menor y
requiere concentraciones ms elevadas. Su accin bioesttica se atribuye a su carga
positiva, que forma un enlace electrosttico con las partes cargadas negativamente
de la pared celular. Estos enlaces electrostticos creados producen la lsis y la
muerte de la clula. Tambin producen la muerte de la clula mediante la
desnaturalizacin de protenas y distorsin de la permeabilidad de la pared celular,
reducindose el flujo normal de sustancias vitales y nutrientes para la clula. Losamonios cuaternarios suelen descomponerse en cloroaminas, que son efectivas
frente a la Legionella, son voltiles y huelen mal. En disoluciones con
anticorrosivos/anti-incrustantes se ha observado que los amonios cuaternarios
tienen una elevada tendencia a precipitar en presencia de estos aditivos, que suelen
contener aniones.
De todo esto se concluye que en un sistema de refrigeracin la utilizacin de
una sal de amonio cuaternario es adecuada para realizar un tratamiento biolgico,
siempre y cuando no se realice un tratamiento anticorrosivo/anti-incrustante.
Debido a este inconveniente, su utilizacin queda reducida a sistemas en los que no
se realice un acondicionamiento qumico para evitar la corrosin e incrustacin del
circuito (circuitos de agua contra incendios, depsitos de hormign, etc.).
Teniendo en cuenta que en un circuito de refrigeracin en el agua hay ms
sustancias en disolucin, ya que no slo se dosifican biocidas, hay que considerar
las ventajas e inconvenientes de su utilizacin en este tipo de sistemas.
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