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ANÁLISIS DEL AGUA: USO INDUSTRIAL

“Año de la Consolidación del Mar de Grau”

TRATAMIENTOS DE AGUAS INDUSTRIALES

Tema:

Análisis del Agua: Uso Industrial

Docente:

César Lévano Salazar

Ciclo:

VIII

Sección:

única

Integrantes:  Alvarez Uchuya, Aldhair  España Flores, Yoselyn  Figueroa Valencia, Leonardo  Fuentes Tasayco, Edevair  Sevillano León, Alfredo

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ANALISIS DEL AGUA: USO INDUSTRIAL I.

INTRODUCCION

En la industria el agua es sin duda uno de los recursos más utilizados en los procesos, tales como: calefacción, enfriamiento, elaboración de productos, limpieza y aclarado. El tratamiento de agua permite optimizar operaciones de producción, tener un mejor producto si este contiene agua o simplemente mantener en buen estado las tuberías y recipientes que lo contienen. Desde una simple filtración mecánica para eliminar sedimentos; hasta tratamiento especiales para eliminar dureza o desmineralizar el agua. Los generadores de vapor pueden tener incrustaciones o corroerse, lo que significará que necesite más combustible para calentar la misma cantidad de agua. Las torres enfriamiento también pueden evitarse mantenimientos constantes o hacer paros en las plantas, el agua almacenada o de uso humano puede tener presencia de bacterias. Además, el tratamiento del agua se utiliza para mejorar la calidad del agua en contacto con el producto, por ejemplo, fabricado semiconductores, y / o pueden ser parte de producto, por ejemplo: bebidas, productos farmacéuticos, etc. II.

PRINCIPIOS TEORICOS

Características físico-químicas de las aguas Las aguas contaminadas presentan compuestos diversos en función de su procedencia: pesticidas, tensoactivos, fenoles, aceites y grasas, metales pesados, etc. La composición específica de un agua determinada influye en propiedades físicas tales como densidad, tensión de vapor, viscosidad, conductividad, etc. Los parámetros de control se pueden agrupar de la siguiente manera: a) Parámetros físicos Color Es el resultado de la presencia de materiales de origen vegetal tales como ácidos húmicos, turba, plancton, y de ciertos metales como hierro, manganeso, cobre y cromo, disueltos o en suspensión. Olor Es debido a cloro, fenoles, ácido sulfhídrico, etc. La percepción del olor no constituye una medida, sino una apreciación, y ésta tiene, por lo tanto, un carácter subjetivo. El olor raramente es indicativo de la presencia de sustancias peligrosas en el agua, pero sí puede indicar la existencia de una elevada actividad biológica. Por ello, en el caso de aguas potable, no debería

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apreciarse olor alguno, no sólo en el momento de tomar la muestra sino a posteriori (10 días en recipiente cerrado y a 20ºC). Turbidez Es una medida de la dispersión de la luz por el agua como consecuencia de la presencia en la misma de materiales suspendidos coloidales y/o particulados. La presencia de materia suspendida en el agua puede indicar un cambio en su calidad (por ejemplo, contaminación por microorganismos) y/o la presencia de sustancias inorgánicas finamente divididas (arena, fango, arcilla) o de materiales orgánicos. Por otra parte, la transparencia del agua es especialmente importante en el caso de aguas potables y también en el caso de industrias que producen materiales destinados al consumo humano, tales como las de alimentación, fabricación de bebidas, etc. Sólidos en suspensión Comprenden a todas aquellas sustancias que están suspendidas en el seno del agua y no decantan de forma natural. Temperatura La temperatura de las aguas residuales y de masas de agua receptora es importante a causa de sus efectos sobre la solubilidad del oxígeno y, en consecuencia, sobre las velocidades en el metabolismo, difusión y reacciones químicas y bioquímicas. El empleo de agua para refrigeración (por ejemplo en las centrales nucleares) conlleva un efecto de calentamiento sobre el medio receptor que se denomina “contaminación térmica”. Su alteración suele deberse a su utilización industrial en procesos de intercambio de calor (refrigeración). Influye en la solubilidad de los gases y las sales. Temperaturas elevadas implican aceleración de la putrefacción, con lo que aumenta la DBO y disminuye el oxígeno disuelto. Densidad Las medidas de densidad son necesarias en aguas de alta salinidad para convertir medidas de volumen en peso. Es práctica común medir volumétricamente la cantidad de muestra usada para un análisis y expresar los resultados como peso/volumen (por ejemplo, mg/L). Aunque ppm y mg/L sólo son medidas idénticas cuando la densidad de la muestra es 1, para muchas muestras se acepta el pequeño error que se introduce al considerar que 1 ppm es 1 mg/L. Sólidos Los sólidos se pueden clasificar en dos grupos: disueltos y en suspensión. En cada uno de ellos, a su vez, se pueden diferenciar los sólidos volátiles y los no volátiles. La medida de sólidos totales disueltos (TDS) es un índice de la cantidad de sustancias disueltas en el agua, y proporciona una indicación general de la calidad química. TDS es definido analíticamente como residuo filtrable total (en 3

mg/L) Los principales aniones inorgánicos disueltos en el agua son carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos, fosfatos y nitratos. Los principales cationes son calcio, magnesio, sodio, potasio, amonio, etc. Por otra parte, el término sólidos en suspensión, es descriptivo de la materia orgánica e inorgánica particulada existente en el agua (aceites, grasas, arcillas, arenas, fangos, etc.). La presencia de sólidos en suspensión participa en el desarrollo de la turbidez y el color del agua, mientras que la de sólidos disueltos determina la salinidad del medio, y en consecuencia la conductividad del mismo. Por último, la determinación de sólidos volátiles constituye una medida aproximada de la materia orgánica, ya que a la temperatura del método analítico empleado el único compuesto inorgánico que se descompone es el carbonato magnésico. b) Parámetros químicos PH Es una propiedad básica e importante que afecta a muchas reacciones químicas y biológicas. El pH es un factor muy importante en los sistemas químicos y biológicos de las aguas naturales. La alcalinidad es la suma total de los componentes en el agua que tienden a elevar el pH del agua por encima de un cierto valor (bases fuertes y sales de bases fuertes y ácidos débiles), y, lógicamente, la acidez corresponde a la suma de componentes que implican un descenso de pH (dióxido de carbono, ácidos minerales, ácidos poco disociados, sales de ácidos fuertes y bases débiles). Ambos, alcalinidad y acidez, controlan la capacidad de tamponamiento del agua, es decir, su capacidad para neutralizar variaciones de pH provocadas por la adición de ácidos o bases. El principal sistema regulador del pH en aguas naturales es el sistema carbonato (dióxido de carbono, ión bicarbonato y ácido carbónico). Materia orgánica La materia orgánica existente en el agua, tanto la que se encuentra disuelta como en forma de partículas, se valora mediante el parámetro carbono orgánico total (TOC, total organic carbon). Los compuestos orgánicos existentes en el medio acuático se pueden clasificar en dos grandes grupos atendiendo a su biodegradabilidad, es decir, a la posibilidad de ser utilizados por microorganismos como fuente de alimentación y para su medida se utilizan los parámetros denominados DQO (Demanda Química de Oxígeno) y DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno), que exponemos a continuación. . Nitrógeno y derivados

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De forma natural, en el medio acuático, también se producen compuestos orgánicos nitrogenados que contienen nitrógeno amínico o amídico, constituyendo compuestos heterocíclicos tales como purinas y piridinas. La presencia de nitratos proviene de la disolución de rocas y minerales, de la descomposición de materias vegetales y animales y de efluentes industriales. Tampoco puede descartarse la contaminación proveniente del lavado de tierras de labor en donde se utiliza profusamente como componente de abonos y fertilizantes. La producción de NO3− en depuradoras de aguas residuales debe tenerse en cuenta, pues se convierte en factor limitante del crecimiento en sistemas hídricos si existe abundancia de fósforo, promoviendo fenómenos indeseables como la eutrofización. El nitrógeno Kjeldahl (NTK) mide la cantidad de nitrógeno amoniacal y de nitrógeno orgánico. Indica el contenido proteínico del agua. Fósforo y derivados El fósforo elemental no se encuentra habitualmente en el medio natural, pero los ortofosfatos, pirofosfatos, metafosfatos, polifosfatos y fosfatos orgánicamente unidos sí se detectan en aguas naturales y residuales. El fósforo es considerado como un macronutriente esencial, siendo acumulado por una gran variedad de organismos vivos. Hidrocarburos Bajo la denominación de hidrocarburos se encuentran agrupados una serie de compuestos cuya característica común es el presentar en su estructura átomos de carbono y de hidrógeno. Entre todas estas sustancias, se pueden diferenciar dos grupos que presentan una mayor importancia, los hidrocarburos derivados del petróleo y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs). Estos últimos son cancerígenos. Detergentes Como detergentes se designan a las sustancias que poseen unas importantes propiedades limpiadoras. Se trata de productos complejos constituidos por uno o varios agentes surfactantes, compuestos minerales (carbonatos, fosfatos, polifosfatos, perboratos), frecuentemente asociados a materias orgánicas mejorantes, a enzimas y a secuestrantes. De todos ellos, los más característicos son los surfactantes, productos químicos orgánicos que reducen la tensión superficial del agua y de otros líquidos. Cloro y cloruros El gran inconveniente de los cloruros es el sabor desagradable que comunican al agua. Son también susceptibles de ocasionar una corrosión en las canalizaciones y en los depósitos, en particular para los elementos de acero inoxidable.

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Sulfatos Los sulfatos sirven como fuente de oxígeno a las bacterias, en condiciones anaeróbicas, convirtiéndose en sulfuro de hidrógeno. Pueden ser producidos por oxidación bacteriana de los compuestos azufrados reducidos, incluyendo sulfuros metálicos y compuestos orgánicos. Cianuros Como cianuros se incluyen una serie de diversos compuestos orgánicos caracterizados por el grupo −C≡N. Los gérmenes aerobios responsables de la depuración. Metales La concentración de mercurio en medios acuosos es relativamente pequeña, encontrándose normalmente unido a materia particulada y al sedimento. El mercurio presenta una elevada toxicidad potencial, principalmente como consecuencia de los procesos de bioacumulación. En las aguas naturales el cadmio se encuentra normalmente en la forma divalente, formando compuestos orgánicos e inorgánicos, principalmente como ión libre, cloruros y carbonatos. El cadmio presenta una toxicidad elevada con efecto acumulativo. Otros Gases disueltos Nitrógeno Dióxido de carbono Metano Ácido sulfhídrico Biológicos Coliformes totales y fecales Estreptococos fecales Salmonellas Enterovirus III.

EQUIPOS PARA EL ANALISIS

Métodos y equipos para el análisis del agua a) Por colorimetría Es la ciencia encargada de medir los colores para obtener la cuantificación de los mismos, favoreciendo así su estandarización. Para llevar a cabo las mediciones colorimétricas es necesario tomar como punto de comparación la llamada “curva espectral codificada” que permite asignar valores numéricos a la respuesta de estímulos de colores. Una vez

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asignados los valores se hace una suma de los mismos y se obtiene la cuantificación del o los colores. Se puede determinar:   

El cloro con DPD (N-N´dietil-para-feniléndiamina) El NH3 (M. Nessler) Reacción con yodomercuriato potásico en medio alcalino y NH3 El NO2 (M. Zanmelli) Reacción con ac. Sulfanílico en HCl, NH3 y fenol

En la industria se aplican dos formas de colorimetrías: 1. Forma óptica. - Este método tiene una exactitud del 5% donde se emplea el ojo humano como detector. 2. Forma analítica. - Este método emplea el colorímetro. Los colorímetros son cualquiera de las herramientas tecnológicas que utilizamos para identificar los colores y sus matices, con los cuales conseguimos una medida más precisa y objetiva de los colores. Generalmente los colorímetros miden el color en función de tres variables fácilmente comparables e indispensables para la medición completa y con precisión del color. Estas variables son conocidas como coordenadas o valores triestímulo.

b) Por espectrofotometría La espectrometría es la técnica espectroscópica para tasar la concentración o la cantidad de especies determinadas. En estos casos, el instrumento que realiza tales medidas es un espectrómetro o espectrógrafo.

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La espectrometría a menudo se usa en física y química analítica para la identificación de sustancias mediante el espectro emitido o absorbido por las mismas. En el análisis industrial del agua se emplea para: 1.) Detección del fosforo, nitratos (incluyendo derivados), fenoles e hidrocarburos Para este método solo se debe emplear normalmente el espectrofotómetro lo que requiere los siguientes procedimientos:  Encender  Ajustar la longitud de onda correspondiente al elemento  Seleccionar el filtro correspondiente (estos elementos se miden en ultravioleta)  Cerciorar la muestra correcta y alistada  Analizar los datos obtenidos 2.) Medición de la Turbidez Este método de ensayo es adecuado para la turbidez, como la que se encuentra en el agua potable, agua de proceso, y la alta pureza del agua industrial. Resumen del Método de Prueba La propiedad óptica expresada como turbidez se mide por el efecto de dispersión que tiene material particulado suspendido en la luz; cuanto mayor sea la intensidad de la luz dispersada, mayor es la turbidez. En las muestras que contienen material particulado. El método se basa en una comparación de la intensidad de la luz dispersada por la muestra con la intensidad de la luz dispersada por una suspensión de referencia. Valores de turbidez son determinados por un nefelómetro, que mide la dispersión de luz de una muestra en una dirección que está a 90 ° con respecto a la línea central de la trayectoria de la luz incidente. c) Por gravimetría La gravimetría es un método analítico cuantitativo, es decir, que determina la cantidad de sustancia, midiendo el peso de la misma con una balanza analítica y por último sin llevar a cabo el análisis por volatilización. Se emplea para el análisis de solidos suspendidos, grasas y aceites. Para ello se colocan muestras en vasos de precipitado los que se miden su peso y volumen, después estos son evaporados por acción del calor (puede emplearse mufa u otros)

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Por equipos de medición de temperatura La temperatura es un estado relativo del ambiente, de un fluido o de un material referido a un valor patrón definido por el hombre, un valor comparativo de uno de los estados de la materia. Los diferentes tipos de instrumentos que son usados para la medición de la temperatura son básicamente los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5.

- Termómetro de Vidrio - Termómetro Bimetálico - Termopares - Termoresistencia ( RTD ) - Pirómetros de Radiación

Siendo los último de uso más frecuente en las industrias por los sectores de calderas e intercambiadores de calor

Termoresistencia (RTD)

Pirómetros de Radiación

Su uso solo consiste en el análisis de datos presentados d) Por densímetro

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Es un instrumento que permite conocer la densidad relativa de líquidos sin necesidad de medir su masa y su volumen. Formado por un bulbo que contiene el peso en su extremo y un vástago con la escala graduada, flota libremente en posición vertical cuando se introduce en un líquido cuya densidad esté en su rango de medida. Esta es la primera consideración importante: debemos usar un densímetro adecuado a la densidad del líquido, si es poco denso se hundirá por completo y si es demasiado denso flotará fuera de escala. Su uso se da a las temperaturas de 15 °C -20 °C y se siguen los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4.

Introducir la muestra a ensayar en la probeta Agitar con una varilla para homogeneizar densidad y temperatura Coger el densímetro limpio ¡por encima de la escala! Introducir el densímetro en el líquido con suavidad, si lo soltamos muy rápido puede hundirse y romper en el fondo. 5. Dejar que el densímetro se equilibre sin tocar las paredes de la probeta. 6. Hacer la lectura en la escala del densímetro (en la base del menisco) 7. Comprobar la temperatura y corregir si es diferente a la de calibración.

e) Por PHmetro Este instrumento tiene un sensor el cual es utilizado para medir el PH de una disolución. Quiere decir que junto con los electrodos, el voltímetro será sumergido en la sustancia haciendo que genere una corriente eléctrica, es así que la concentración de iones de hidrógenos presenta la solución en la corriente eléctrica. Esto se da por medio de la membrana de vidrio que tiene el pH metro la cual obtiene la sensibilidad y selectividad de las dos soluciones de concentración. Su uso solo se enfoca en leer los datos proporcionados por el equipo

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En el caso de la materia orgánica y DQO Todos los métodos analíticos para conocer el contenido aproximado de materias orgánicas se basan en la utilización de fuertes oxidantes químicos en presencia de catalizadores. Los métodos usuales son: f) El método de dicromato al reflujo. Es de gran reproductividad y de oxidación más completa que el del permanganato. La mayor parte de la materia orgánica resulta oxidada por una mezcla a ebullición de los ácidos crómico y sulfúrico. Se somete a reflujo una muestra en una disolución ácida fuerte con un exceso de dicromato potásico. Después de la digestión, el dicromato no reducido que quede, se determina con sulfato ferroso amónico, sal de Mohr (SO4)2 Fe(NH4)2, para determinar la cantidad de dicromato consumido y calcular la materia orgánica oxidable en términos de equivalente de oxígeno.

Para la valoración utilizamos un indicador, 1-10 fenantrolina o ferroina, que a su vez reacciona con el exceso de Fe2+ que no ha reccionado con el dicromato, dando lugar a un complejo de color marrón/rojizo que nos indica el punto final de la valoración

g) El método del permanganato. El método de oxidabilidad al permanganato consiste en conocer la cantidad de materias orgánicas presentes en el agua mediante la oxidación con permanganato potásico en caliente y en medio ácido 11

Este ensayo es rápido y adecuado para laboratorios con poco material. Las sustancias de origen orgánico presentes en el agua se tratan con un reactivo oxidante, el MnO4K. En la oxidación producida hay un gasto de reactivo, del cual mediante cálculo se deduce la materia orgánica que hay en el agua analizada. Las reacciones que se producen en este método son:

Si lo expresamos como O2, ya que la cantidad de MnO4K que es reducida por la materia orgánica del H2O, es igual al O2 liberado. Esta expresión es válida para 100 ml de muestra y KMnO4 0,01N.

h) Por conductividad La conductividad de un agua depende de la concentración y la naturaleza de los iones disueltos en ella, así como de la temperatura. Normalmente un aumento se sales supone un aumento de conductividad. Las aguas de pozos sobreexplotados, de terrenos salinizados o de vertidos industriales suelen presentar alta conductividad. Se mide mediante un aparato: conductímetro; el aparato suele estar calibrado para medir a 20ºC y se ajusta el valor de la medida a los factores de corrección que pueden ir indicados en las etiquetas de las soluciones de calibrado. También existen tablas. La unidad de media es S/cm, microsiemens/cm, 1S = 1-1 En la RTS se establece como valor máximo de conductividad 1.500 S/cm y como valor guía 400 S/cm. Según la conductividad podemos determinar los siguientes niveles de mineralización de las aguas potables:     

muy débil: por debajo de los 100 S/cm débil: 100-300 S/cm media: 300-700 S/cm alta: 700-1500 S/cm excesiva: superior a 1500 S/cm

También se puede establecer una correspondencia entre conductividad y dureza del agua.

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i) Determinación del DBO El agua residual contiene una cierta flora bacteriana, que tras un tiempo de incubación, actúa degradando la materia orgánica contenida en el agua residual. Si cierta cantidad del agua a analizar se introduce en un recipiente, y éste se cierra herméticamente, se crea un sistema que contiene el agua a analizar, con su flora bacteriana y aire, el cual contiene un 21% de oxígeno. En un tiempo determinado, los microorganismos consumen todo o parte del oxígeno contenido en el sistema al degradar la materia orgánica, liberando una cierta cantidad de anhídrido carbónico gaseoso. Suponiendo que se inhibe la nitrificación y que se retira del sistema el CO2 gaseoso producido, la depresión que se registra en el sistema se deberá exclusivamente al descenso de la presión parcial del oxígeno, como consecuencia del consumo de oxígeno en la oxidación biológica de la materia orgánica. A continuación, se describe la determinación de DBO con un periodo de incubación de cinco días (DBO5) en biómetros diseñados a tal efecto (WTW- Oxitop). Estos biómetros están dotados de tapones con dispositivos de lecturade la presión parcial de los frascos. La captación del CO2 gaseoso producido se efectúa porreacción con OHNa, que ha de disponerse al comienzo del ensayo en una cápsula diseñada a tal efecto, en el sistema. Reactivos:  Disolución de alliltiourea: Disolver 5 g de alliltiourea reactivo en un litro de agua destilada.  Esta disolución se utilizará como inhibidor de la nitrificación.  Sosa cáustica (OHNa) en perlas. j) Por complexometría Entre los diferentes métodos analíticos para la determinación de la dureza cálcica y magnésica de aguas naturales y aguas corrientes, el más recomendado de forma generalizada es la valoración complexométrica con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA). El presente trabajo está dedicado al 13

estudio teórico y práctico del proceso de valoración por complexometría de uno de los diferentes procedimientos que hay establecidos para poder determinar la dureza del. El procedimiento estudiado determina en primer lugar la dureza total del agua mediante valoración con EDTA utilizando negro de eriocromo T como indicador y tamponando la disolución a pH 10. En segundo lugar, a pH 12, se determina la dureza cálcica mediante valoración con EDTA utilizando murexida como indicador. La dureza magnésica se obtiene por diferencia entre la dureza total y la dureza cálcica.

IV.

APLICACIÓN DEL AGUA EN LA INDUSTRIA

El siguiente afiche nos brinda datos estadísticos del uso del agua en las industrias:

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El agua usada en una industria puede llegar directamente desde una captación independiente o a través de una red de suministro que probablemente entregará el agua con algunas modificaciones en su composición original. Cuando las impurezas representan elementos nocivos para el uso al que va destinada, se denominan contaminantes. A continuación, se muestra una tabla, indicando valores de agua procedente de un pozo:

Cada proceso industrial requiere unas características especiales del agua, exenta de determinados contaminantes. Así también los efluentes están sujetos a unas calidades mínimas de vertido. Por todo ello es necesario técnicas de tratamiento.

Los usos principales del agua en la industria son: Como elemento de transferencia de calor

a) En procesos de calentamiento: 15

La forma tradicional de suministrar energía calorífica a diversas zonas de un complejo industrial es la generación de vapor, si bien en plantas más modernas el vapor está siendo sustituido por agua caliente, que presenta menores costes de instalación en sus circuitos. El aparato principal en proceso de calentamiento es la caldera, por ello el tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y accidentes.

Para los efectos de alimentación de generadores de vapor y fines industriales en general tienen primordial importancia las aguas procedentes de los ríos y pozos. Por la misma índole de su procedencia no se puede evitar que ella arrastre y disuelva impurezas que la hacen inapta para el consumo humano y también industrial. Las impurezas encontradas con mayor frecuencia en las fuentes de agua, figuran las siguientes: los sólidos en suspensión, líquidos no mezclables con agua (ej. aceite), colorantes, bacterias y otros microorganismos, sustancias semi-coloidales, gases disueltos, sales minerales disueltas (cationes, aniones y sílice).

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A continuación, se muestran los requerimientos que deberán satisfacer el agua de alimentación y el agua de una caldera para prevenir incrustaciones y corrosión en calderas de baja presión (hasta 10 bar). Requerimientos agua alimentación calderas vapor

Requerimientos agua caldera

Problemas causados por los contaminantes en una caldera: 

INCRUSTACIONES: Son depósitos en forma de costra dura producidos por las sales de calcio y magnesio que se adhieren en las superficies metálicas de la caldera. Por su carácter 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 depósitos también pueden originarse en la precipitación de sólidos en suspensión, recibiendo el nombre de lodos adheridos.

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CORROSIONES: Es el deterioro progresivo de las superficies metálicas en contacto con el agua, debido a la acción del oxígeno, anhídrido carbónico y algunas sales como el cloruro de sodio.

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EMBANCAMIENTO: El barro y la sílice ayudados por algunas sales disueltas producen embancamientos sumamente rápidos, es decir, se depositan en el fondo de la caldera, dificultando o impidiendo la libre circulación y salida del agua. Estas impurezas deben ser retiradas casi en su totalidad antes del ingreso a la caldera, sometiéndolas a un proceso de filtración.

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ARRASTRE: Ocurre cuando el vapor que sale de la caldera lleva partículas de agua en suspensión. Los sólidos disueltos en esas partículas se depositan en los elementos y equipos donde circula y se utiliza el vapor, provocando problemas de funcionamiento de los sistemas de vapor. Este fenómeno está muy asociado a la formación de espuma en la superficie del agua. Entre sus causas se tiene la presencia excesiva de sólidos totales disueltos, alta alcalinidad, materiales oleosos, sustancias orgánicas y detergentes.

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FRAGILIDAD CAUSTICA: Es el agrietamiento (pequeñas fisuras) del metal de los tubos y elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el agua contiene hidróxido de sodio en exceso.

Tratamientos para purificar el agua de alimentación: 

Tratamientos físicos:

FILTRACION: Su objeto es extraer partículas grandes en suspensión. Se realiza antes que el agua llegue a la caldera (externo). Los filtros pueden ser de mallas (pequeñas instalaciones) o de grava y arena. DESAIREACION: También llamada desgasificación. Consiste en extraer los gases disueltos (oxígeno, anhídrido carbónico). Se consigue calentando el agua de alimentación, proporcionando una gran área de contacto agua-aire (ducha o agitación). EXTRACCIONES O PURGAS: Consiste en evacuar cierta cantidad de agua desde el fondo de la caldera o del domo, con objeto de disminuir o mantener la cantidad total de sólidos disueltos y extraer lodos (en el caso de purga de fondo).

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Tratamientos Químicos:

Consiste en suministrar internamente sustancias químicas que reaccionan con las impurezas del agua, precipitando sólidos insolubles o en suspensión, eliminables mediante purgas. Según el objetivo que persiguen, las sustancias se clasifican en: REDUCTORAS DE DUREZA O ABLANDADORAS:

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-

Hidróxido de sodio o soda cáustica (NaOH): Precipita las sales de magnesio: aumenta la alcalinidad. Carbonato de sodio o soda comercial (Na2CO3): Precipita las sales de calcio; bajo costo; produce acidez. Hidróxido de calcio o cal (Ca(OH)2): Precipita las sales de calcio y magnesio. Fosfatos de Sodio (Na2HPO4): Precipita sales de calcio. Debe mantenerse en exceso. Intercambio de Iones: Se utilizan ablandadores naturales o sintético (zeolitas o permutitas).

INHIBIDORES DE CORROSION: -

Sulfito de Sodio (NaSO3): Reacciona con el oxígeno produciendo sulfatos de sodio. Se utiliza para calderas de presiones menores a 30 Kg/cm2. Hidracina (N2H4): Reacciona con el oxígeno produciendo nitrógeno y agua sin producir sólidos disueltos. Apta para calderas de alta presión.

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-

Aminas: Utilizadas para el control de la corrosión en tuberías de retorno de condensado (corrosión por anhídrido carbónico).

INHIBIDORES DE FRAGILIDAD CAUSTICA: -

Nitratos y nitritos de sodio (NaNO3-NaNO2): Debe usarse donde el agua tiene características de fragilidad.

INHIBIDORES DE ADHERENCIAS POR LODOS: 

Agentes orgánicos: Taninos, almidones, derivados de aguas marinas. Evita la formación de lodos adherentes y minimizan el arrastre. TRATAMIENTOS TERMICOS: Mediante el calentamiento del agua hasta su temperatura de ebullición, 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.

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TRATAMIENTOS MIXTOS: Consiste en emplear algunos desincrustantes químicos y a su vez calentar el agua eliminando ambas durezas.

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TRATAMIENTOS ELECTRICOS: Por este sistema basado en la electrólisis del agua, el zinc en planchas que se apernan a tubos de chapas, defiende las planchas de hierro de la acción de las sales incrustantes.

b) En procesos de enfriamiento: La circulación de agua fría es el sistema más común de enfriamiento en la industria. Es este un uso sin excesivas exigencias de calidad y normalmente se satisface mediante bombeo desde una corriente o depósito abundante, con devolución a dicha fuente del agua calentada. Es muy común que la industria y los servicios requieran de un sistema de enfriamiento. El calor generado en una refinería de petróleo, en la generación de energía eléctrica, en la industria química, etc. debe disiparse a la atmósfera 21

exterior por medio de torres de enfriamiento o torres evaporativas. Estos sistemas de enfriamiento también se emplean con fines de acondicionamiento de ambiente para disminuir la temperatura en verano o en climas calurosos y secos enfriando el aire que se renueva constantemente en el medio ambiente. El aparato principal son las torres de enfriamiento donde el agua de enfriamiento sufre cambios en sus características y propiedades ya que los componentes del agua se concentran y la cantidad de sólidos disueltos y suspendidos que contiene el agua aumentan en su concentración.

Para que el enfriamiento tenga los resultados que buscamos, requerimos que el líquido que utilizaremos cumpla con algunas características de primera importancia sin las cuales no podríamos realizar este objetivo adecuadamente. Las características mínimas requeridas en general para cualquier sistema son las siguientes:

Problemas causados por los contaminantes del agua de enfriamiento son:

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

INCRUSTACIÓN: incremento en sales y sólidos puede conducir a la precipitación, especialmente las más insolubles como son los carbonatos de calcio y los óxidos de magnesio, por lo que en las torres evaporativas uno de los principales problemas en su operación y mantenimiento es la formación de depósitos de sarro en tuberías y accesorios del equipo.

También, los precipitados de sales cristalinas se depositan en el medio de empaque de la torre y su eficiencia en enfriamiento disminuye, ya que el área de contacto en la interfase aire-agua se afecta negativamente por los cristales formados. Si el agua no está completamente limpia y contiene sólidos suspendidos, estos también coprecipitan con los carbonatos, óxidos y sulfatos insolubles, por lo que para evitar el taponamiento del medio de empaque el agua de proceso no debe contener materia coloidal suspendida. 

CORROSIÓN: La oxidación del material de la torre o sistema de enfriamiento es otro de los problemas que se presentan en esta operación unitaria. Aunque no son tan severas las condiciones de operación como en una caldera, los gases disueltos en el agua como bióxido de carbono y oxigeno causan corrosión, por lo que es necesario agregar agentes químicos para neutralizar la acción de estos.



MATERIA ORGÁNICA: Uno de los principales problemas en sistemas de enfriamiento es el crecimiento de especies microbiológicas como hongos, algas y bacterias que se desarrollan sobreviven y subsisten de los materiales que se forman en el sistema de enfriamiento y que aprovechan como sustrato.

Estos microorganismos atacan el fierro y forman coágulos y depósitos de biomasa que cambian el patrón de flujo del agua y disminuyen la eficiencia de intercambio entre la masa de aire que circula por la torre o sistema de enfriamiento y el agua que transfiere masa y energía térmica a los alrededores. En una caldera el problema microbiano no es frecuente ni critico a menos que se tenga un sistema de desinfección muy deficiente en el agua de entrada. En una torre de enfriamiento, la desinfección y control microbiano es uno de los parámetros de control más importantes en la operación del sistema.

Tratamientos para purificar el agua de enfriamiento: 23



Tratamiento anti-incrustante:

Se identifica el mineral limitante o el que genera más riesgo según las condiciones a las que va a someterse el agua, de esto modo se mantienen disueltas las partículas y se evita que precipiten.

Varios procedimientos pueden utilizarse para evitar la formación de incrustaciones:

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DOSIFICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO: el ácido sulfúrico reduce la alcalinidad natural del agua producida principalmente por bicarbonatos y por lo tanto el pH; según la reacción: Ca(HCO3)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2CO2 + 2H2O

De esta manera se evita que los bicarbonatos de calcio se conviertan a carbonatos de calcio, causantes principales de las incrustaciones. -

DOSIFICADOR DE POLIFOSFATOS: estos productos químicos aumentan la solubilidad del carbonato de calcio y lo conducen a un estado de sobresaturación sin que se precipite.

Es posible mantener hasta 400 ppm de dureza total en el agua con una dosis de 5 a 20 ppm. de polifosfatos y un pH de 6.5 a 7.0. -

PURGA: Se permite tener cierta cantidad de minerales dentro del agua que el químico pueda manejar, sin embargo, la reconcentración de minerales es inevitable por lo que es necesario evacuar constantemente pequeñas cantidades de agua del sistema para mantener estable la concentración de sales por medio de una “purga”.

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La reposición adecuada y el tratamiento químico específico para la calidad de agua de suministro permitirán mantener el equipo protegido de incrustaciones. 

Tratamiento Anti-Corrosivo:

En la actualidad aún se utiliza el hexametafosfato de sodio en los sistemas de enfriamiento como inhibidor de corrosión; también se emplean el tripolifosfato y el decafosfato de sodio. Estos productos que en forma general se les denomina como polifosfatos, poseen una buena actividad superficial que impide la formación de incrustaciones y disminuyen la formación de tubérculos, así como la corrosión en general.

Existen varios métodos para disminuir la corrosión, entre los cuales se pueden citar los siguientes: -

METODO DICATÓDICO CROMATO-ZINC: protege de corrosión al fierro, acero, cobre, bronce y aluminio; no produce lodos ni depósitos en el sistema ni provee de nutrientes que facilitan los crecimientos microbiológicos, evita el ataque corrosivo localizado y origina una inhibición rápida.

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METODO DIANÓDICO DE ZINC: mantiene el pH en los límites de 6.0 a 7.0 y la relación de la mezcla dianódica es 30 ppm de fosfatos por 15 ppm de cromatos para tener una concentración de 45 ppm como producto y que se puede emplear teniendo valores de pH y concentraciones de zinc, que produzcan la formación de un recubrimiento de todo el sistema.

Por tanto, éste método se considera muy efectivo ya que puede reducir la corrosión a valores inferiores de una milésima de pulgada por año a un costo bastante reducido. -

METODO DE LOS FOSFONATOS: compuestos orgánicos que protegen contra la corrosión e incrustación simultáneamente. Tienen una gran ventaja sobre el método dicatódico y dianódico debido a que no presentan problemas de contaminación del agua de desecho como los cromatos.

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Generalmente una dosis residual de 40-60 ppm de fosfonatos es suficiente para proteger el sistema de corrosión e incrustación, manteniendo un pH de 8.2 a 8.8 y una alcalinidad total de 400 ppm como CaCO 3. 

Tratamiento para inhibir la materia orgánica:

Existen muchos compuestos y sustancias químicas que destruyen o inhiben el crecimiento de algas, hongos, bacterias y demás microorganismos presentes en el agua de enfriamiento, los cuales se pueden separar en dos grupos: -

BACTERICIDAS: son aquellos productos que, como su nombre lo indica, matan a las bacterias a concentraciones relativamente bajas, tales como el cloro gas, el hipoclorito de calcio, bromo y el permanganato de potasio.

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AGENTES BACTERIOSTATICOS: son aquellos que sólo a altas concentraciones matan a los microorganismos, pero inhiben su crecimiento a bajas concentraciones tales como el pentaclorofenato de sodio, hipoclorito de sodio, sales de cobre y compuestos cuaternarios de amonio.

c) Transporte: El transporte hidráulico se emplea en la minería desde la antigüedad y se ha utilizado incluso en la construcción de diques y presas en que los materiales arcillosos se conducían en suspensión hasta el emplazamiento en que se colocaban por decantación. Actualmente, aparte de los usos mineros, tal vez sean las industrias de la celulosa y el papel las que más utilicen el agua para transporte. Aplicaciones: 

Industria Minera: El movimiento de materiales finos dentro de una faena minera, como ser, el transporte de mineral desde la planta de molienda a la planta de flotación, los flujos en el interior de la planta de flotación, el transporte de concentrados desde la concentradora a la fundic

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d) Materia prima: El agua es materia prima que se incorpora a numerosos productos industriales. En la industria química son numerosos los procesos en los que, para la obtención del producto, se aporta agua, tanto en fase líquida como en fase gaseosa (caso por ejemplo de la obtención del amoniaco). La mayoría de procesos productivos han evolucionado hacia tecnologías que proporcionan una mayor calidad de producto, pero que al mismo tiempo exigen una calidad más 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 más intensos y consecuentemente más caros. Especial importancia tiene el uso del agua en la industria alimentaria (cárnicas, bebidas embotelladas, etc.), pues en este caso el agua no solo constituye la mayor proporción del producto acabado, sino que se requiere agua de una calidad superior a la mayoría de otros usos industriales. e) Agua De Limpieza La limpieza industrial se resume en el conjunto de acciones y procedimientos destinados a controlar los factores ambientales que pueden afectar a la producción industrial y a la salubridad en el ámbito de trabajo. Si bien el uso del agua a usar en la operación de limpieza es un agua estándar (potable) las cuales debe cumplir con las siguientes características. El agua que se considera potable, no debe contener las siguientes sustancias:

– Plomo: El plomo es una de las sustancias más tóxicas que se encuentran en el medio. Es venenoso y causa la muerte. Se dice que este tipo de sustancia no se encuentra mucho en aguas poco profundas, pero con las constantes industrias cerca de los ríos, es algo bastante probable en esta actualidad. – Zinc: Una de las sustancias que se eliminan fácilmente con el proceso de purificación del agua, la mala noticia, es que el agua purificada se contamina

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de zinc gracias a las tuberías oxidadas o mal tratadas. Recordemos que nunca somos conscientes del recorrido que el agua hace por las tuberías. La mayoría de las veces, por no decir todas, el agua sufre de contaminación, gracias al mal estado de las tuberías. De la misma forma que el zinc, el cobre también otra de las sustancias que tienen presencia por medio de las tuberías. – Yodo: El yodo es normalmente una sustancia que se encuentra dentro del agua pero que en cantidades muy grandes puede afectar el correcto funcionamiento del organismo.

f) Agua de Aclaramiento El reglamento comunitario 852/2004 de 29 de abril de 2004 sobre higiene de los productos alimenticios establece la obligatoriedad de las empresas alimentarias de crear, aplicar y mantener un sistema de autocontrol basado en el Análisis de Peligros y Puntos de Control Crítico (APPCC). Uno de los aspectos esenciales del sistema APPCC es la higiene, ya que la calidad del producto depende de la limpieza que presenten los equipos y utensilios, así como las instalaciones. PROCEDIMIENTOS Y MÉTODOS DE LIMPIEZA La limpieza puede realizarse utilizando varios métodos, físicos y químicos. Los procedimientos de limpieza consistirán en:  Eliminar los residuos grandes de las superficies.  Aplicar una solución detergente para despegar la capa de suciedad y de bacterias.  Aclarar con agua, para eliminar la suciedad adherida y los restos de detergente.  Desinfectar en profundidad si la zona o equipo lo requiere. Existen dos tipos de limpieza, el químico y mecánico, pero el agua tiende a influenciar en el tipo mecánico con los siguientes métodos:

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 Hydroblast: Consiste en la aplicación de un chorro de agua a alta velocidad sobre las superficies para separar los elementos ensuciantes del metal base. El sistema consiste, en forma general, de una bomba de desplazamiento positivo que descarga agua a través de mangueras o tubos de alta resistencia, y en su extremo se colocan boquillas o toberas, cuyo patrón de chorro se selecciona de acuerdo al diseño del equipo y a la condición de ensuciamiento. Se puede aplicar a cambiadores de calor, tanques, tuberías, calderas, y en general, a cualquier superficie como pisos, estructuras, muros, etc. Se le conoce también como Water-blast, Water-jet, Hidro-laser, etc. el agua es expulsada a una temperatura de 100°C bajo una presión de hasta 4000lb.

 Hydro-sandblast: Es un método variado del anterior, que consiste en agregar arena al chorro de agua, para incrementar la masaimpacto y se aplica para retirar incrustaciones más consistentes como barnices, pinturas, acrílicos, etc. Además de ser una mejor alternativa al sand-blast pues no emite partículas suspendidas al medio-ambiente.

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g) Aguas Residuales Industriales Se originan en la utilización del agua como medio de transporte, lavado, refrigeración directa y que puede contaminarse con los productos de fabricación o incluso de los líquidos residuales. Generalmente su contaminación es