exposicion vapor de agua
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VAPOR DE AGUA
UNIVERSIDAD NACIONAL“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
APLICACIONES DE ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA
INDUSTRIAL
LUNA VILLARREAL SHARONRURUSH TOLENTINO CAROLINASANCHEZ DEPAZ STEFFANY
Calentamiento de equipos de proceso
Generación de fuerza motriz mecánica por medio de maquinas de vapor.
Generación de fuerza motriz mecánica por medio de turbinas
Generación de energía eléctrica por medio de turbinas
Generación de vacío por medio de eyectores
VAPOR DE AGUAEl vapor de agua generado por una caldera tiene múltiples aplicaciones, dependiendo de su presión, temperatura y caudal. Las principales aplicaciones en la industria son las siguientes:
Calentamiento de equipos de proceso
Tiene la gran ventaja de permitir efectuar calentamientos en múltiples equipos de una fabrica
En instalaciones pequeñas se acostumbra a usar vapor sobre calentado para evitar condensaciones en las líneas y debe ser evacuado por las llamadas “trampas de condensado”.
La calefacción por vapor se realiza de dos maneras:
Se realiza por medio de chaquetas, intercambiadores o serpentines u otros dispositivos donde el vapor recorre una delas vías de circulación, transmitiendo su calor y no tiene contacto directo con el material a calentar.
Consiste en la inyección directa de vapor al material por calentar
Directo
Indirecto
Generación de fuerza mecánica por medio de maquinas de vapor
La maquina de vapor consiste en un cilindro dentro del cual se mueve un pistón, este recibe la presión del vapor en forma alternativa por los dos lados así se crea un movimiento lineal alternativo, el pistón esta conectado a un vástago que lleva en un extremo una cruceta con una articulación, la cual se conecta con una biela, la cual mueve al cigüeñal de un eje que convierte el movimiento alternativo en circular.
Generación de fuerza mecánica por medio de maquinas de vapor
Fue el origen de la industrialización en todos los países ya que fue la primera fuente de energía mecánica que se podía instalar en cualquier
Una maquina de vapor central movía un eje maestro que se extendía hacia ambos lados, hasta los extremos de la fabrica, desde este cada maquina tomaba la fuerza necesaria por medio de poleas y fajas
También se podía instalar ejes maestros secundarios para mover las maquinas de otras secciones, pero aquello tenia serios inconvenientes:-La eficiencia de transmisión de energía era muy baja-No era fácil conectar las fajas en un sistema en movimiento, pues tendían a romperse-Las fajas eran causantes de numerosos accidentes a los trabajadores
Pero todos estos problemas se fueron eliminando con el desarrollo de motores eléctricos para cada maquina y diferentes motores para los movimientos de una maquina, los motores cada vez de menor tamaño y peso pero con igual potencia, desarrollo de las fajas V
Han hecho casi desaparecer la generación de energía mecánica por medio de las maquinas de vapor, pero ha mantenido su uso en los ferrocarriles, donde las locomotoras de vapor han ido impulsando trenes hasta 1960 y hoy lo siguen haciendo en forma limitada
Generación de fuerza motriz mecánica por media de turbinas
Consta de un eje sobre el cual gira un rotor, este esta provisto de una gran cantidad de paletas de diseño muy especial curvadas en formas calculada
El vapor al ser inyectado en sentido paralelo al eje de la turbina crea en estas paletas un impulso en sentido tangencial de modo que entran en movimiento y hacen girar el rotor
Cuando el vapor de la primera hilera de paletas encuentra unas paletas estacionarias fijadas a la caja de la turbina, en estas el vapor se reorienta para impulsar una segunda hilera de paletas del rotor y así sucesivamente
En cada etapa el vapor pierde presión de manera que su volumen aumenta
El vapor de salida pasa a un condensador, ahí el vapor forma un vacío que ayuda a la impulsión de la turbina, así adquiere un movimiento rotativo de alta velocidad que puede propulsar un sistema de engranajes, que reduce la velocidad del eje a la que se requiera , este tipo de turbina se denomina a “condensación total”
“condensación parcial”, una parte del vapor se extrae, de una de las etapas de la turbina que se halla a la presión conveniente para otro uso
En otras turbinas no se produce condensación y el vapor residual se emplea en otros calentamientos o turbinas de características diferentes “co - generación”, ya que permite generar energía con la primera turbina
Generación de energía eléctrica por medio de turbinas
• Las turbinas pueden ser acopladas a generadores de electricidad en este caso la velocidad de las turbinas tiene que regularse de modo que el ciclaje de la corriente alterna generada corresponda con los estándares establecidos.
Turbinas eléctricas
Generación de vacío por medio de eyectores
• La reducción de presión sobre un liquido, permite que este hierva a presión mas baja que su punto normal de ebullición. Este fenómeno se emplea cuando hay que evaporar cantidades importantes de agua, partiendo de una solución que contiene un soluto que se puede descomponer o alterar por el calor
Vacío por medio de eyectores
Externos, cuando el tratamiento se
efectúa antes de usarla
El agua puede provenir de la red de la ciudad, de pozos propios, de derivaciones de algún rio o acequia, por bombeo desde lagos o del mar
TRATAMIENTO “ACONDICIONAMIENTO
DEL AGUA” Internos, cuando se efectúa el
tratamiento en el momento del uso.
Aguas dulces
Aguas salobres
Aguas saldas
Se pueden beber directamente
No se pueden beber directamente
Aguas dulces
Aguas salobre
s
Aguas saldas
Sólo es de uso industrial
- Sales en pequeñas cantidades- Gases disueltos
- Mayor contenido de sales
- Sulfato- Sales de
magnesio
- Cloruro- Sodio- Sulfato - Magnesio- Bicarbonat
o - Calcio
- Bromuro- Potasio- Flúor- Estroncio- Ácido
bórico- Gases
CARACTERÍSTICAS E IMPUREZAS
ORGANOLÉPTICASEl COLOR denota la presencia de impurezas, ya sean orgánicas o
inorgánicas.
La falta de TRANSPARENCIA o turbidez, denota la presencia de
materias en suspensión sean orgánico o inorgánico.
El SABOR y el OLOR señalan la presencia de impurezas en el agua.
ACIDEZ O ALCALINIDAD
El agua pura tiene un pH de 7.0 La divergencia de esta cifra indica la
presencia de impurezas
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
- Indica la presencia de impurezas ionizable.
- Las aguas demuestran que tienen un bajo contenido de sales por su conductividad.
- La conductividad no es utilizable para cantidades mayores de sales.
IMPUREZAS
SÓLIDOS NO DISUELTOS- Sólidos fecales- Papeles- Maderas- Restos de comida- Basura y materiales similares
SÍLICE EN COMBINACI
ÓN CON OTRAS SALES
SULFATOS, CLORUROS, NITRATO,
FLUORUROS, ETC.Alteran las
propiedades organolépticas de las aguas y conducen a la disolución del calcio y del magnesio
incrementando la dureza
HIERRO Y MANGANE
SO
SÓLIDOS DISUELTOS
SALES DE CALCIO Y
MAGNESIO, SALES DE HIERRO,
MANGANESO, ESTRONCIO Y
BARIO
Confieren al agua la
dureza, ya que se concretan
en las paredes de los
recipientes y ductos
Forma precipitados
sobre las paredes
delos depósitos que son
difíciles de eliminar
ACEITE Y GRASAS.
Reduce la facilidad de transmitir calor de muchas
superficies metálicas
Alteran la coloración
de las aguas.
- Oxigeno y anhídrido carbónico (corrosiones en los equipos industriales)
- El hidrogeno sulfurado y el amoniaco (malos olores y severas corrosiones)
GASES DISUELTOS
DE ACUERDO AL USO QUE SE DARÁN A LAS AGUAS, ES MUY IMPORTANTE EL CONTROL DE LAS IMPUREZAS. PARA ELLO SE UTILIZAN MUCHOS TIPOS DE TRATAMIENTOS, LOS CUALES PERMITEN CONSERVAR EL AGUA EN LOS DIVERSOS USOS QUE SE LES DA EN LAS INDUSTRIAS.
El tratamiento físico es para reducir aceites, grasas, arenas y sólidos gruesos. Este paso está enteramente hecho con maquinaria, de ahí que se conoce también como tratamiento mecánico
Son los más sencillos en la limpieza del agua y tienen la función de preparar el agua.
Estos tratamientos son el cribado o las mallas de barreras, la flotación o eliminación de grasas y la sedimentación
TRATAMIENTOS FÍSICOS DEL AGUA
CRIBADOLa remoción de los sólidos habitualmente se realiza mediante el cribado. Los sólidos que se remueven son de gran tamaño, por ejemplo, botellas, palos, bolsas, balones, llantas, etc. Con esto se evita tener problemas en la planta de tratamiento de aguas, ya que si no se remueven estos sólidos pueden llegar a tapar tuberías o dañar algún equipo.
DESARENADO Y DESENGRASADO
El desarenado tiene como objetivo eliminar partículas más pesadas que el agua, que no se hayan quedado retenidas en el cribado, y que tienen un tamaño superior a 200 micras, sobre todo arenas pero también otras sustancias como cáscaras, semillas, etc. Con este proceso se consiguen proteger los equipos de procesos posteriores ante la abrasión, atascos y sobrecargas
Las arenas, debido a su mayor peso, sedimentan en el fondo.Las grasas ascienden a la superficie por flotación, ayudadas por el burbujeo de aire que generan soplantes y que distribuyen difusores sumergidos.
La sedimentación es una operación unitaria que consiste en la separación, por la acción de la gravedad de las partículas suspendidas. Las impurezas se depositan en el fondo , desde donde se les retira.
LA SEDIMENTACIÓN
OBJETIVOS: Efluente clarificado Obtención de un "fango"
manejable y pueda ser tratado (concentración de sólidos)
Potabilización del agua
En la potabilización del agua, el proceso de sedimentación está gobernado por la ley de Stokes, que indica que las partículas sedimentan más fácilmente cuanto mayor es su diámetro, su peso específico comparado con el del líquido, y cuanto menor es la viscosidad del mismo. Por ello, cuando se quiere favorecer la sedimentación se trata de aumentar el diámetro de las partículas, haciendo que se agreguen unas a otras, proceso denominado coagulación y floculación Compuestos que producen la
coagulación:- El sulfato de alúmina- Sulfato ferroso- Sulfato férrico cloruro férrico
FLOCULACIÓNAdherir las partículas menores a las partículas mayores formadas por los coagulantes, así como adjuntarles moléculas de agua que quedan fijadas a la partícula, formando conglomerados de mayor dimensión y acelerar el proceso.
Tratamiento de las aguas residuales
el agua residual se pasa a través de grandes tanques circulares o rectangulares. Estos tanques son comúnmente llamados clarificadores primarios o tanques de sedimentación primarios. Los tanques son lo suficientemente grandes, tal que los sólidos fecales pueden situarse y el material flotante como la grasa y plásticos pueden levantarse hacia la superficie y desnatarse. .
FILTRACIÓN
Operación unitaria que consiste en la separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso que retienen las impurezas indeseables y dejan pasar el agua con sus solidos disueltos
La filtración aparece en el acondicionamiento de aguas residuales y en el tratamiento de fangos. La filtración de agua implica su paso a través de capas de arena, carbón y otros materiales granulares para eliminar microorganismos y cualquier floculo o sedimento que pudiera quedar.También se emplean los filtros prensa en la filtración de fangos urbanos (ver diagrama). El acondicionamiento se realiza con cal y cloruro férrico que mejora el espesamiento. Se consiguen humedades residuales del 50%
AIREACIÓNEs el proceso mediante el cual el agua se pone en contacto íntimo con el aire para modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella
Este proceso es utilizado en el tratamiento de aguas residuales, para eliminar gases disueltos no deseados o eliminar substancias inorgánicas disueltas, por oxigenación, tales como hierro o manganeso. El caso más importante es la transferencia de oxigeno al Agua residual y luego al floculo bacteriano, cuyo objetivo es llevar a cabo todas las reacciones aerobias que son fundamentales en la procesos de lodos activados y filtros biológicos
• Para eliminarlos gases indeseables.
AIREADORES
DE CASCADA
DE FUENTE
DE BANDEJAS MULTIPLES
El agua se deja caer, en laminas o capas delgadas; sobre uno o mas
escalones
Consiste en una serie de toberas fijas, sobre una malla de tuberías, las cuales dirigen el
agua hacia arriba, verticalmente o en ángulo inclinado, de tal manera que el agua se
rompe en gotas pequeñas
Consiste en una serie de bandejas equipadas con ranuras, fondos
perforados o mallas de alambre, sobre las cuales se distribuye el agua y se deja
caer a un tanque receptor en la base
DE TURBINAS
DE PALETA
MECANICOS
utilizando la energía mecánica para provocar la ruptura del agua en gotas. El aumento de la transferencia del Oxigeno, se logra por incremento en el área de la
interface aire-agua
consiste en un eje rotario propulsado por un motor eléctrico con una seria
de paletas
Existen turbinas lentas con reductor de velocidad y turbinas rápidas con toma
directa del motor.
DESAIREACIÓN
Se quiere eliminar gases indeseables precisamente el oxigeno, nitrógeno, o el anhídrido carbónico provenientes del aire.Se hace caer agua previamente calentada a la temperatura de ebullición dentro de un recipiente donde entra en un mínimo contacto con un chorro de vapor. Los gases son casi insolubles en el agua muy caliente por consiguiente se desprenden y descargan a la atmosfera..Se logra la eliminación casi completa de todos los gases.
PROCESOS BÁSICOS DE INTERCAMBIO IÓNICO EN EL TRATAMIENTO DE AGUA
Varias tecnologías de intercambio iónico existen para tratar aguas:
• TRATAMIENTO POR INTERCAMBIO IONICO• ABLANDAMIENTO• DESCARBONATACIÓN• DESCATIONISZACIÓN• LECHOS MEZCLADOS DE PULIDO• ELIMINACIÓN DE NITRATO• TRATAMIENTO DE DEMINERALIZACION O DEIONIZACIÓN• DESTILACIÓN• OSMOSIS INVERSA• CLORACION• OZONIZACION• CONTROL DE ALGAS Y FANGOS EN SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO• AGUAS PARA CALDERAS
TRATAMIENTO POR INTERCAMBIO IONICOEL INTERCAMBIO IONICO
Desde el principio del siglo XIX, se descubrió que algunas arcillas, al estar suspendidas en agua, tenían la propiedad de absorber iones de calcio contenidos en forma soluble en dicha agua, cediendo en cambio iones de sodio de su propia molécula, y que este proceso era reversible.
En la siguiente Figura N° 01 se puede observar en forma esquemática, que los iones positivos de sodio, que están ligados a estructura molecular de estas resinas pueden ser cedidos de agua, a cambio de los iones positivos de las sales de calcio y magnesio. En el agua, los aniones que estaban ligados al calcio y magnesio. En el agua los aniones que estaban ligados al calcio y al magnesio se pueden combinar con los iones de sodio provenientes de la resina, formando sales que no crean dureza, de modo que el agua queda “ablandada”.
Las resinas, ahora cargadas de iones de calcio y magnesio, se pueden generar si se les, pone en contacto con agua fuertemente cargada de sal, que sea cloruro de sodio.La alta concentración de iones de sodio en la solución produce el mismo efecto inverso, o sea que los iones de calcio y magnesio capturados por la resina, pasan a la solución, colocándose en su lugar nuevos iones de sodio.
Figura N° 01: CORTE DE UN GRANO DE RESINA INTERCAMBIADORA CATIONICA
Las reacciones quedan representadas por las siguientes ecuaciones químicas: Ciclo de Trabajo (Reacción de intercambio)
CaCl2 + 2NaZ(s) Ca2Z + 2NaCl
CaSO2 + 2NaZ(s) CaZ2(s) + NaSO4
Ciclo de Trabajo (Reacción de intercambio)
CaZ2(s) + 2NaCl 2NaZ(s) + CaCl2
El Tratamiento por intercambio Iónico puede eliminar por completo las sales de calcio y magnesio, de modo que el agua queda totalmente ablandada y es utilizable para todas las aplicaciones donde se desean evitar deposiciones de dureza, sean sobre las paredes de los recipientes, como en el caso de las calderos de baja presión, o sobre tejidos, durante sus tratamientos de lavado o de tintura, o en general, cuando la presencia de dureza moleste en el trabajo. El sistema de ablandamiento es muy usado en la industria y en el consumo doméstico, donde es un gran ahorrador de jabón.
El agua ablanda no es un sustituto del agua pura, ni se puede ser empleado para usos de bebida, ya que se altera el sabor del agua, Lo que se logra sustituir las sales de calcio y magnesio por las sales de sodio, en cantidad equivalente.
El Tratamiento por intercambio Iónico puede eliminar por completo las sales de calcio y magnesio, de modo que el agua queda totalmente ablandada y es utilizable para todas las aplicaciones donde se desean evitar deposiciones de dureza, sean sobre las paredes de los recipientes, como en el caso de las calderos de baja presión, o sobre tejidos, durante sus tratamientos de lavado o de tintura, o en general, cuando la presencia de dureza moleste en el trabajo. El sistema de ablandamiento es muy usado en la industria y en el consumo doméstico, donde es un gran ahorrador de jabón.
El agua ablanda no es un sustituto del agua pura, ni se puede ser empleado para usos de bebida, ya que se altera el sabor del agua, Lo que se logra sustituir las sales de calcio y magnesio por las sales de sodio, en cantidad equivalente.
Para el uso práctico, se dispone de recipientes cerrados, en los cuales se coloca la resina, que se halla en forma de pequeños gránulos esféricos, de hasta 2 mm de diámetro a través de la cuales circula el agua. Para la regeneración, basta abrir otras válvulas y cerrar las que conducían el agua fresca, introduciendo una solución de sal de 20-25%. Una vez que esta solución se carga de iones y calcio y magnesio, de descarta al desagüe y el proceso se reinicia.
FIG. Sección transversal en elevación de una unidad para intercambio iónico, mostrando la distribución interna para
una resina
APLICACIONES
La hidrometalurgia, acabado de metales, química y petroquímica, farmacéutica, azúcar y edulcorantes, agua subterránea y potable, nuclear, ablandamiento industrial del agua, semiconductores, energía, y otras muchas industrias.
Un ejemplo típico de aplicación es la preparación de agua de alta pureza para las Industrias energéticas, electrónica y nuclear. Los intercambiadores de iones poliméricos o minerales son ampliamente utilizados para ablandamiento del agua, purificación de agua, descontaminación, etc.
El intercambio iónico es un método ampliamente utilizado también en el hogar como en los detergentes de lavado.
En bioquímica es ampliamente utilizado para separar moléculas cargadas, tales como proteínas. Un área importante de aplicación es la extracción y purificación de sustancias de origen biológico, tales como proteínas (aminoácidos) y ADN/ARN.
Los procesos de intercambio de iones se utilizan para separar y purificar metales, incluyendo la separación de uranio, plutonio y otros actínidos, incluyendo torio y lantano, neodimio, etc. Extrayendo cada uno de ellos por separado y del resto de los demás lantánidos.
El proceso de intercambio iónico se utiliza también para separar otros conjuntos de elementos químicos muy similares, tales como circonio y hafnio, que por cierto son también muy importantes para la industria nuclear. El circonio es prácticamente transparente a los neutrones libres, y se utiliza en la construcción de reactores, pero el hafnio es un absorbente de neutrones muy fuerte, usado en las barras de control del reactor.
• Los intercambiadores de iones se utilizan en el reprocesamiento del combustible nuclear y el tratamiento de los residuos radiactivos.
Figura N° 02 :Columna intercambiadora de iones,
empleada para purificación de proteinas.
ABLANDAMIENTO
Aguas naturales contienen iones de calcio y de magnesio que forman sales no muy solubles. Estos cationes, así como el estroncio y el bario que son menos comunes y aún menos solubles, se llaman iones de dureza. Cuando se evapora el agua, estos cationes pueden precipitar. Eso es lo que se puede observar cuando bulle agua en el hervidor de la cocina.
El agua dura produce incrustaciones en tuberías y calderas domésticas e industriales. Puede crear turbidez en la cerveza o bebidas gaseosas. Sales de calcio ensucian vasos en su lavaplatos si la dureza del agua municipal es alta o si olvidó adicionar sal.
Resinas intercambiadoras de cationes fuertemente ácidas usadas en forma de sodio eliminan los cationes de dureza del agua. Columnas de ablandamiento agotadas con estos cationes se regeneran con cloruro de sodio (NaCl, sal común).
Aquí el ejemplo del calcio: 2 R-Na + Ca++ R2-Ca + 2 Na+
R representa la resina, la cual está inicialmente en forma sodio. La reacción con el magnesio es idéntica.Esta reacción es un equilibrio. Se puede invertir aumentando la concentración de sodio en el lado derecho. Eso se hace con NaCl y la reacción de regeneración es:
R2-Ca + 2 Na+ 2 R-Na + Ca++
¿Qué ocurre en el agua?
SAC (Na)
La salinidad del agua es igual que antes, pero contiene ahora sodio en lugar de dureza. Un pequeño residuo de dureza permanece, que depende de las condiciones de regeneración.
USOS:
Ejemplos de uso de ablandadores:
Tratamiento de agua para calderas de baja presión.
En Europa, muchos lavaplatos tienen un cartucho de resina ablandadora en el fondo de la maquina.
Cervecerías y productores de refrescos tratan el agua de producción con resinas de calidad alimentaria.
Ablandar el agua no reduce su salinidad: solo elimina los cationes de dureza y los reemplaza por sodio. Las sales de sodio son mucho más solubles, de manera que no producen incrustaciones.
DESCARBONATACIÓN
Este proceso emplea una resina intercambiadora de cationes débilmente ácida, que es capaz de eliminar dureza del agua cuando esa tiene alcalinidad (es decir bicarbonatos). El agua tratada tiene gas carbónico libre que se puede eliminar en una torre desgasificadora. La resina se regenera muy fácilmente con un ácido fuerte, preferentemente ácido clorhídrico.
ReaccionesAquí el ejemplo del calcio:
2 R-H + Ca++(HCO3–)2 R2-Ca + 2 H+ + 2 HCO3
–
Después, los cationes de hidrógeno se combinan con los aniones de bicarbonato y producen ácido carbónico y agua:
H+ + HCO3– CO2 + H2O
¿Qué ocurre en el agua?
Agua bruta
Agua descarbonatada
WAC (H)
Recombinación del hidrógeno con el bicarbonato y eliminación del dióxido de carbono en la torre de desgasificación:
Agua descarbonatada Agua desgasada
DEG
La salinidad ha sido reducida. La dureza temporal ha desaparecido.
USOS:La descarbonatación sirve: En cervecerías En cartuchos domésticos de
agua potable Para calderas de baja presión Como primera etapa de una
desmineralización
La descarbonatación disminuye la salinidad del agua eliminando cationes de dureza y aniones de alcalinidad.
DESCATIONISZACIÓN
La eliminación de todos los cationes no es un proceso individual muy corriente, sino como primera etapa de un tratamiento de condensados ante un lecho mezclado. Se hace con una resina intercambiadora de cationes fuertemente ácida en forma H+.
Reacciones
Aquí el ejemplo del sodio, pero todos los cationes reaccionan igualmente. Es una reacción de equilibrio:
R-H + Na+ R-Na + H+
La reacción inversa (de regeneración) ocurre aumentando la concentración de hidrógeno en el lado derecho. Se hace con un ácido fuerte, HCl o H2SO4:
R-Na + H+ R-H + Na+
¿Qué ocurre en el agua?
Agua bruta
SAC (H)
Agua descationizada
DEG
Descationizada y desgasada
En la segunda etapa, una torre de desgasificación elimina aquí también el dióxido de carbono, combinando los aniones de bicarbonato y los cationes de hidrógeno producidos en la primera etapa. La salinidad del agua ha sido reducida y el agua tratada es ácida. Una pequeña fuga de sodio permanece (en rojo en la imagen).
LECHOS MEZCLADOS DE PULIDO
Las últimas trazas de salinidad y de sílice se pueden eliminar en un lecho mixto donde una resina intercambiadora de cationes fuertemente ácida y una resina intercambiadora de aniones fuertemente básica muy bien regeneradas están mezcladas.
Los lechos mezclados producen un agua de calidad excelente, pero son difíciles de regenerar, porque hay que separar las resinas antes de regenerarlas. Además, precisan de cantidades elevadas de regenerantes, y las condiciones hidráulicas de regeneración no son óptimas. Entonces lechos mezclados se usan principalmente para el tratamiento de agua pre-desmineralizada o de baja salinidad, cuando los ciclos son largos.
¿Qué ocurre en el agua?
Lechos mezclados de pulido producen agua con una conductividad de menos que 0,1 µS/cm. Con un diseño óptimo y resinas apropiadas se puede alcanzar la conductividad del agua pura (0,055 µS/cm). La sílice residual puede ser 1 µg/L, a veces menos. El pH del agua tratada no se puede medir en agua desmineralizada. Los valores indicados con un pH-metro son erróneos cuando la conductividad es menor que 1 µS/cm.
Un lecho mixto en producción
y en regeneración
USOS:- Pulido de agua pre-
desmineralizada con resinas.- Pulido de permeado de ósmosis
inversa.- Pulido de agua de mar destilada.- Pulido de condensados de
turbina en centrales eléctricas- Tratamiento de condensados de
proceso en varias industrias.- Producción de agua ultrapura en
la industria de semiconductores.- Desmineralización de
cartuchos (con regeneración externa).
ELIMINACIÓN DE NITRATO
La eliminación selectiva de nitratos en agua potable se puede hacer con resina fuertemente básicas en ciclo cloruro, es decir con regeneración con una salmuera de NaCl. La reacción de intercambio es:
RSBA-Cl + NO3– RSBA-NO3 + Cl–
¿Qué ocurre en el agua?
Agua bruta Agua Deshidratada
Se puede usar resinas SBA convencionales, pero ellas también eliminan sulfatos. En función del tipo de resina, una pequeña parte (resinas selectivas) o todo el sulfato (resinas convencionales) desaparecen. El bicarbonato es eliminado parcialmente en la primera parte del ciclo.
SBA ( Cl)
USO:
Principalmente tratamiento de aguas municipales.
TRATAMIENTO DE DEMINERALIZACION O DEIONIZACIÓN
En este procedimiento, se utilizan dos resinas o “lechos”. El agua pasa primero por un recipiente que contiene una resina catiónica, como en el caso del ablandamiento.
Pero esta resina en lugar, en lugar de disponer de iones de Sodio como ion intercambiable, dispone de iones de hidrogeno. Al pasar el agua por esta resina, intercambia sus iones positivos, llamados cationes, como por ejemplo sodio, potasio, calcio, magnesio, hierro y otros, por los iones hidrogeno con los iones hidrogeno, que, en presencia de los aniones que provienen de las sales que están presentes, forman los ácidos correspondientes, de modo que el agua queda acida. Esta agua se denomina “decationizada”.
El agua ácida (decationizada) pasa luego por un segundo recipiente, similar al anterior, pero que está lleno de resinas de tipo aniónico.
Estas resinas tienen, en calidad de iones intercambiables, a iones Hidroxilo (OH)- al entrar en el agua, reaccionan con los iones Hidrogeno, formando nuevas moléculas neutras de agua, mientras que los aniones que estaban en el agua, quedan retenidos por la resina.
Para regenerar las resinas catiónicas se emplea una solución de ácido sulfúrico de 5% o de ácido sulfúrico de 5 % o de ácido clorhídrico al 10 %. Estas soluciones intercambian sus hidrógenos por los cationes que están unidos a la resina, los que se eliminan junto con el exceso de soluciones. Después de un contra – lavado con agua, la resina queda lista para un nuevo ciclo de trabajo.
De igual modo, para regenerar las resinas aniónicas, basta hacer pasar por ellas una solución de soda caustica, NaOH al 10 %.
Estas reacciones de intercambio iónico pueden quedar representadas por las siguientes ecuaciones químicas respectivamente:
Donde:
Zk = El radical de la resina catiónica
ZA = El radical de la resina aniónica
Resinas Catiónicas
Ciclo de Trabajo: Reacción directa
Ciclo de Regeneración: Reacción de regeneración (inversa)
CaZ2k + H2SO4 CaSO4 + 2HZK
Resinas Aniónicas
Ciclo de Trabajo: Reacción directa
Ciclo de Regeneración: Reacción de inversa
ZA2SO4 + 2NaOH 2ZaOH + Na2SO4
Al nivel del muy bajo contenido residual de sales en el agua tratada por desmineralización, el análisis ya no puede ser hecho por los métodos normales, sino que se mide por conductividad eléctrica del agua está dada por la presencia de sales ionizables, de modo que, en ausencia de estas, la resistencia al paso de la corriente eléctrica aumenta mucho, y su medición es difícil. Por eso se emplea la conductividad, inversa de la resistencia.
Un conjunto de recipientes con resinas, dispuesto en forma ordenada, se denomina “Un tren de desmineralización”, y puede estar constituido de muy diversas maneras, en función de la calidad del agua de alimentación de la calidad del agua que se desea obtener. Existen resinas catiónicas y anionicas “fuertes” y “débiles”, de manera que los trenes de desmineralización pueden arreglarse de diversas maneras.
También es usual intercalar entre los recipientes de resinas catiónicas y anionicas un degasador, que elimina el anhídrido carbónico que hubiera podido formarse en al agua acida decationizada, ya que el ácido carbónico proveniente de los carbonatos y bicarbonatos que estaban en el agua fresca se descompondrá en anhídrido carbónico y agua, disminuyendo el costo de operación.
Fig. Instalaciones de Desmineralización
USO:El agua desmineralizada tiene uso en:
- Los calderos de alta presión.
- Plantas electrolíticas de refinación de metales.
- Plantas de electrolisis.
- La fabricación de espejos.
- Fabricación de productos químicos y farmacéuticos.
- Agua para calderas de alta presión en centrales eléctricas nucleares o térmicas y en otras industrias
- Agua de lavado en la producción de semiconductores y otros productos electrónicos
- Agua de proceso en varias aplicaciones de las industrias químicas, de tejidos y de papel
- Agua para baterías
- Agua para laboratorios
En muchas Industrias, en las cuales las impurezas del agua pueden causar
dificultades.
Como el caso del ablandamiento, la desmineralización no altera la presencia de impurezas orgánicas o no ionizables, de modo que ellas tienen que ser eliminadas previamente por otros métodos.
La imagen siguiente es una cadena completa de desmineralización, incluyendo una columna de intercambio catiónico de dos cámaras (WAC y SAC), una torre de desgasificación, una columna de intercambio aniónico de dos cámaras (WBA y SBA), y un lecho mezclado como pulido final. El uso de la resina débilmente ácida (WAC) y de la torre de desgasificación depende de la concentración de dureza y de alcalinidad en el agua bruta.
Cadena de desmineralización
DESTILACIÓN
Consiste en evaporar el agua en un recipiente apropiado y luego condensarla. Este procedimiento elimina todos los sólidos disueltos y no disueltos, inclusive los no ionizables. Tiene como desventaja el alto consumo de energía. La destilación se realiza, de acuerdo a la pureza que se desea lograr, en aparatos de cobre, estaño, titanio, vidrio, vidrio neutro o sílice fundida. Hay que tener en cuenta que el poder disolvente del agua pura es muy grande y logra captar pequeñas cantidades de material de los equipos. El agua destilada puede contener también pequeñas cantidades de aire o de gases disueltos, lo cual incrementa ligeramente su conductividad.
USO:
Se emplea para:- La Industria Química Fina- La Industria Farmacéutica (en especial
para la producción de inyectables)
OSMOSIS INVERSAUn recipiente dividido en dos partes por una membrana semipermeable contiene un lado disolvente puro (por ejemplo: agua) y del otro una solución de un soluto de bajo de bajo peso molecular (ejemplo: la sal). Una porción del solvente puro pasara a través de la membrana hacia el lado de la solución. Al alcanzar un equilibrio, del lado de la solución se crea una sobrepresión, conocida como la presión osmótica.
Si se aplica una presión del lado de la solución que supere a la presión osmótica, la dirección del proceso se invierte. De allí la denominación de Osmosis Inversa. Las moléculas del disolvente salen de la solución en sentido opuesto, a través de la membrana, que retiene las moléculas de soluto.
Las membranas constan de películas de polímeros sintéticos, tales como el acetato de celulosa, o de fibras huecas poliamidas.
La presión osmótica depende de la concentración y la temperatura de la solución y para compensarla se requieren presiones bastante elevadas. Los siguientes ejemplos resultan ilustrativos:
Agua salobre 1 000 p.p.m Cloruro de Na Presion 0.79 bar
Agua salobre 1 000 p.p.m Sulfato de Mg Presion 0.25 bar
Fig. Osmosis inversa
USO:
La osmosis inversa se emplea para:- La purificación de aguas salobres. - La desalinización del agua de mar, obteniéndose agua potable.
CLORACION
Para la eliminación de bacterias y otros microbios que pueden producir efectos indeseables, se emplean las adiciones de cloro gaseoso o hipoclorito de sodio. Para esta última aplicación, el hipoclorito de sodio se disuelve previamente en agua, como se emplea en los equipos de recirculación para las piscinas.
PROCEDIMIENTO
La adición de cloro deber ser siempre tal, que quede un residuo de cloro activo en el agua. Cuando recién se le adiciona el cloro al agua, hay un consumo inicial de este producto para eliminar las impurezas. Pero no basta eliminar estas, sino que debe agregarse un excedente activo, por si existe una contaminación posteriormente. Es usual que este excedente activo sea de 1 p.p.m.
El sistema de cloración se emplea en:
- La preparación de agua para uso municipal (uso doméstico), para piscinas.
- Aguas de enfriamiento.
- Elimina bacterias y algas.
- Reduce los malos olores y sabores.
OZONIZACION
Para la purificación de las aguas y eliminación de bacterias en las industrias alimenticias, se emplea el gas ozono. Este gas está formado por átomos de oxígeno, donde tres átomos de este elemento se juntan para conformar una molécula de ozono. El ozono es un activo oxidante de la materia orgánica y se reduce a oxigeno diatomico, no dando a las aguas sabores ni olores.
Se usa mucho en la producción de aguas de mesa.
CONTROL DE ALGAS Y FANGOS EN SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
En sistemas de aguas industriales para enfriamiento, estas son recicladas hacia la planta de tratamiento de aguas para reducir su temperatura, haciéndolas caer en forma de lluvia dentro de torres de enfriamiento de madera, metal o concreto, en contra - corriente con un flujo de aire. De esta manera captan polvo del aire que arrastra bacterias y hongos. Al mismo tiempo las aguas absorben oxígeno y están expuestas a la luz solar, condiciones excelentes para el crecimiento de plantas, plantas, principalmente de algas.
Ellas crean obstrucciones en los circuitos de enfriamiento y, al cubrir las superficies de intercambio de calor, reducen o aun anulan su efecto. Es pues indispensable su eliminación, para lo cual se agregan al agua sales de cobre, de mercurio, de cromo, iones de yodo, fenoles clorados y otros productos.
Ninguno de estos efectivo al 100%, teniendo en cuenta que las algas se adaptan al medio ambiente porque están sumergidas, y por consiguiente los compuestos algicidas pierden su efecto. Para evitarlo, los algicidas deben ser alternados o cambiada su concentración.
AGUAS PARA CALDERAS
Al calentarse el agua, se producen deposiciones de algunas sales, formando incrustaciones y fangos, según sea por adherentes o no.
Los fangos se eliminan por purga periódica del agua de caldero, o sean descargar parciales al desagüe. Las incrustaciones en cambio reducen la capacidad de transmisión de calor de las paredes o tubos del caldero y llevan a un mayor consumo de combustible. Producen además recalentamiento de las paredes de los tubos, que los debilita y expone al riesgo de explosión. Las impurezas del agua mayormente responsables de estos efectos son las sales de calcio y de magnesio, así como la sílice.
Si hubiera oxigeno presente, se producen corrosiones localizadas.
Los tratamientos externos de las aguas ya han sido mencionados más arriba, tanto para el ablandamiento del agua para calderos de baja presión, como por desmineralización para los calderos de alta presión.
Al mismo tiempo se escogerán las resinas intercambiadoras para eliminar sílice. El oxígeno se eliminara por deaereazacion. Sin embargo, siempre será necesario un tratamiento interno, o sea la adición de agua de caldero que eliminan los últimos restos de estas sustancias.
EJEMPLO:
Para eliminar las sales residuales de calcio y magnesio se agrega fosfatos de sodio, que forman con el calcio y magnesio sedimentos no adherentes que se eliminan en forma de fangos.
