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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE CLARIFICACIÓN Y DESINFECCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE LA REFINERÍA ESMERALDAS TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROPUESTA TECNOLÓGICA PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO AUTORA: RAIZA MISHELLE VERA CANTOS TUTOR: ING. LUIS ALBERTO CALLE GUADALUPE QUITO 2017

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE CLARIFICACIÓN Y DESINFECCIÓN DEL

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE LA REFINERÍA ESMERALDAS

TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROPUESTA TECNOLÓGICA

PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO

AUTORA: RAIZA MISHELLE VERA CANTOS

TUTOR: ING. LUIS ALBERTO CALLE GUADALUPE

QUITO

2017

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© DERECHOS DE AUTOR

Yo, Raiza Mishelle Vera Cantos, en calidad autora del trabajo de titulación, modalidad

propuesta tecnológica: autorizo a la Universidad Central del Ecuador hacer uso de todos

los contenidos que me pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines

estrictamente académicos o de investigación.

Los derechos que como autora me corresponden, con excepción de la presente

autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los

artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su

Reglamento.

Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización

y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo

dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

En la ciudad de Quito, a los 7 días del mes junio de 2017.

Raiza Mishelle Vera Cantos

C.C. 0803312529

[email protected]

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APROBACIÓN DEL TUTOR

Yo, Luis Alberto Calle Guadalupe, en calidad de tutor del trabajo de titulación, modalidad

propuesta tecnológica, Estudio de los procesos de clarificación y desinfección del sistema

de tratamiento de agua de la Refinería Esmeraldas, elaborado por la estudiante Raiza

Mishelle Vera Cantos, de la Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería

Química de la Universidad Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los

requisitos y méritos necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico,

para ser sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se designe, por lo

que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo sea habilitado para continuar con el proceso de

titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador.

En la ciudad de Quito, a los 7 días del mes de junio del 2017.

Ing. Luis Alberto Calle Guadalupe

TUTOR

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v

DEDICATORIA

A mis padres y hermanos por su confianza y apoyo incondicional en cada meta que me

he propuesto.

A mi pequeña Sarahí por llegar a alegrar mi vida.

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vi

AGRADECIMIENTOS

A Dios porque con el simple hecho de despertar cada día, me demuestra lo grande e

infinito de su amor.

A mi madre Sonia Cantos, por todo su amor, preocupación, comprensión, confianza, y

cada palabra de ánimo que a pesar de la distancia me reconfortaba cuando tenía un mal

día.

A mi padre Reinaldo Vera, por siempre estar conmigo, y ser el mejor modelo de hombre

trabajador y honesto para mis hermanos y para mí.

A mis hermanos Javier y Rosario, por su apoyo, sus consejos y por guiarme con su

ejemplo de perseverancia en todo lo que me propongo.

A mi sobrina Sarahí porque a pesar de que recién llegas a mi vida eres y serás muy

importante el resto de mi existencia. Gracias porque pensar en ti me da calma en los malos

momentos.

A la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador, por todos los

conocimientos impartidos a lo largo de la carrera.

A EP Petroecuador por su apertura y predisposición para el desarrollo del presente

trabajo. De forma particular a el Ing. Henry Troya, Dr. Edgar Campoverde, Dr. José Once

y a la ingeniera Karina Pazmiño.

A mis amigas y amigos por todos los momentos compartidos lo largo de estos años. En

especial a Liss por este largo tiempo viviendo juntas y a pesar de estar lejos de nuestras

familias, siempre estuviste ahí con una palabra, una palabra o un gesto que me animó a

seguir adelante. A Conny por brindarme su amistad incondicional desde los 12 años. A

mis amigos Vale, Day, Andre, Vane, Katito y Pato, por hacer de esta época universitaria

uno de los recuerdos más felices e inolvidables de mi vida.

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vii

CONTENIDO

Pág.

LISTA DE TABLAS ....................................................................................................... xi

LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... xiii

LISTA DE ANEXOS ..................................................................................................... xv

RESUMEN .................................................................................................................... xvi

ABSTRACT ................................................................................................................. xvii

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 18

1. MARCO TEÓRICO ................................................................................................... 20

1.1. Usos del agua en la Refinería Esmeraldas ....................................................... 20

1.1.1. Agua para consumo humano. ........................................................................... 20

1.1.2. Principales parámetros controlados para el agua potable. ............................. 20

1.1.2.1. Turbidez.. .......................................................................................................... 21

1.1.2.2. pH. .................................................................................................................... 21

1.1.2.3. Color.. ............................................................................................................... 21

1.1.2.4. Sólidos totales disueltos.. ................................................................................. 21

1.1.2.5. Dureza.. ............................................................................................................. 21

1.1.2.6. Cloro residual. .................................................................................................. 22

1.1.2.7. Cloruros. ........................................................................................................... 22

1.1.2.8. Hierro. ............................................................................................................... 22

1.1.2.9. Amonio. ............................................................................................................ 22

1.1.2.10. Coliformes Fecales.. ....................................................................................... 22

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viii

1.2. Tratamiento del agua en la Refinería Esmeraldas............................................ 23

1.2.1. Proceso de Clarificación. ...................................................................................... 23

1.2.1.1. Coagulación. ...................................................................................................... 23

1.2.1.1. Floculación. .................................................................................................. 25

1.2.1.3. Sedimentación. ................................................................................................. 25

1.2.2. Proceso de desinfección. .................................................................................. 25

1.2.2.1. Cloro gaseoso. .................................................................................................. 25

1.2.2.2. Hipoclorito de sodio.. ....................................................................................... 26

1.2.2.3. Hipoclorito de calcio. ....................................................................................... 27

1.3. Prueba de Jarras ............................................................................................... 27

1.4. Intensidad de mezcla. .............................................................................................. 28

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ...................................................................... 29

2.1. Proceso experimental .............................................................................................. 29

2.2. Evaluación actual de los procesos de clarificación y desinfección ........................ 30

2.2.1. Descripción del proceso de clarificación y desinfección..................................... 30

2.2.2. Caracterización del agua cruda y clarificada.. ..................................................... 34

2.2.3. Falencias en los procesos de clarificación y desinfección. ................................... 35

2.2.3.1. Parámetros fuera de la Norma INEN1108. ........................................................ 35

2.2.3.2. Condiciones del proceso clarificación ............................................................... 35

2.2.4. Pruebas de dosificación de coagulante y floculante. ........................................... 36

2.2.4.1. Materiales y sustancias utilizadas para las pruebas de dosificación de

coagulante PAC líquido .................................................................................................. 36

2.2.4.2. Procedimiento para pruebas de dosificación de coagulante PAC líquido ........ 36

2.2.5. Pruebas de dosificación de cloro (agente desinfectante). ..................................... 37

2.2.5.1. Materiales y sustancias necesarias para las pruebas de dosificación de cloro.. 37

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ix

2.2.5.2. Procedimiento para las pruebas de dosificación de cloro ................................. 38

2.2.6. Pruebas de tiempo de floculación y velocidad de agitación. ............................... 38

2.2.6.1. Procedimiento para pruebas de tiempo de floculación y velocidad de

agitación ......................................................................................................................... 38

3. CÁLCULOS Y RESULTADOS ..................................................................... 40

3.1. Análisis estadístico de la turbidez del agua cruda. .................................................. 40

3.1.1. ......................................................................................................................... 41

3.1.1.1. Frecuencia absoluta ........................................................................................... 41

3.1.1.2. Frecuencia relativa ............................................................................................. 41

3.1.1.3. Frecuencia acumulada ....................................................................................... 42

3.1.1.4. Porcentaje parcial .............................................................................................. 42

3.2. Análisis estadístico de la turbidez del agua clarificada ........................................... 43

3.2.1. Análisis por intervalos para el agua tratada. ......................................................... 44

3.3. Dosificación de coagulante y floculante .................................................................. 46

3.3.1. Promedio de turbidez semanal .............................................................................. 46

3.3.2. Resultados de la prueba de jarras para el PAC líquido......................................... 47

3.3.2.1. Resultados de la prueba de jarras para floculante Interpc 50 ............................ 48

3.3.2.2. Resultados de la prueba de jarras para el floculante N8110 .............................. 49

3.3.3. Resultados de la prueba de jarras para el PAC sólido .......................................... 50

3.3.3.1. Resultados de la prueba de jarras para el floculante Interpc 50 ........................ 51

3.3.3.2. Resultados de la prueba de jarras para el floculante N8110 .............................. 52

3.4. Porcentaje de remoción de turbidez......................................................................... 52

3.5. Cálculo de la cantidad de coagulante a escala de Refinería .................................... 54

3.5.1 Cálculo modelo para la cantidad de Policloruro de Aluminio (PAC líquido) ....... 54

3.6. Velocidad de agitación y tiempo de floculación ..................................................... 56

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x

3.7. Tiempo de sedimentación ........................................................................................ 60

3.7.1. Resultados de las pruebas de sedimentación. ....................................................... 60

3.8. Dosificación de productos desinfectantes .............................................................. 65

3.8.1. Dosificación de cloro gaseoso. ............................................................................ 65

3.8.2. Dosificación de hipoclorito de calcio .................................................................. 67

3.8.3. Dosificación de hipoclorito de sodio .................................................................... 68

4. DISCUSIÓN ............................................................................................................... 71

5. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 73

6. RECOMENDACIONES ............................................................................................ 74

CITAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................................... 75

ANEXOS ........................................................................................................................ 77

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xi

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Condiciones de operación de los clarificadores Y_ME3001A y B (EP

Petroecuador, 2016). ....................................................................................................... 31

Tabla 2. Valores aproximados de las dosis aplicadas de coagulante y floculante.......... 32

Tabla 3. Caracterización del Agua cruda........................................................................ 34

Tabla 4. Caracterización del Agua clarificada................................................................ 35

Tabla 5. Tiempos recomendados para la selección de gradientes. (Arboleda, 2000)..... 39

Tabla 6. Turbidez del agua cruda ................................................................................... 40

Tabla 7. Valores mínimo y máximo de la turbidez del agua cruda ................................ 41

Tabla 8. Intervalos de turbidez ....................................................................................... 41

Tabla 9. Análisis estadístico de la turbidez del agua cruda ............................................ 42

Tabla 10. Turbidez del agua clarificada ......................................................................... 43

Tabla 11. Valores mínimo y máximo del agua tratada ................................................... 44

Tabla 12. Intervalos de análisis para la turbidez del agua tratada .................................. 44

Tabla 13. Análisis estadístico de la turbidez del agua tratada ........................................ 45

Tabla 14. Turbidez del agua cruda para la prueba de jarras ........................................... 46

Tabla 15. Promedio semanal de turbidez del agua cruda ............................................... 47

Tabla 16. Prueba de jarras para el PAC líquido ............................................................. 47

Tabla 17. Prueba de jarras PAC líquido y floculante interpc 50 .................................... 48

Tabla 18. Prueba de jarras para el PAC líquido y el floculante N8110 .......................... 49

Tabla 19. Prueba de jarras para el PAC sólido ............................................................... 50

Tabla 20. Prueba de jarras para el PAC sólido y el floculante Interpc 50 ...................... 51

Tabla 21. Prueba de Jarras para el PAC sólido y el floculante N8110 ........................... 52

Tabla 22. Porcentajes de remoción de los dos coagulantes ............................................ 53

Tabla 23. Porcentajes de remoción utilizando los dos floculantes ................................. 53

Tabla 24. Resultados de la cantidad de coagulante PAC líquido actual a utilizar ......... 54

Tabla 25. Resultados de la cantidad de floculante Inter pc 50 actual a utilizar.............. 55

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xii

Tabla 26. Resultados de la cantidad de PAC sólido a utilizar ........................................ 55

Tabla 27. Resultados de la cantidad de floculante N8110 a utilizar............................... 55

Tabla 28. RPM para los gradientes seleccionados ......................................................... 56

Tabla 29. Resultados para diferentes intensidades de agitación para las condiciones

actuales ........................................................................................................................... 56

Tabla 30. Resultados para diferentes intensidades de agitación para el PAC líquido y

el floculante N8110 ........................................................................................................ 57

Tabla 31. Resultados para diferentes intensidades de agitación para el PAC sólido y

el floculante Interpc50 .................................................................................................... 58

Tabla 32. Resultados para diferentes intensidades de agitación para el PAC sólido y

el N8110 ......................................................................................................................... 59

Tabla 33. Tiempo de sedimentación para las condiciones actuales de la empresa ........ 60

Tabla 34. Tiempo de Sedimentación utilizando PAC líquido y el floculante N8110 .... 61

Tabla 35. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el polímero floculante

líquido ............................................................................................................................. 62

Tabla 36. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el floculante N8110 ...... 64

Tabla 37. Comparación entre conjunto coagulante- floculante utilizado actualmente

en la Empresa y el conjunto coagulante-floculante sólidos ............................................ 65

Tabla 38. Resultados de la dosis de cloro suministrada en la desinfección del agua ..... 65

Tabla 39. Cloro libre residual promedio ......................................................................... 65

Tabla 40. Dosificación del hipoclorito de calcio ............................................................ 67

Tabla 41. Dosificación del hipoclorito de sodio ............................................................. 68

Tabla 42. Promedios de cloro libre residual con hipoclorito de calcio .......................... 69

Tabla 43. Promedio cloro libre residual hipoclorito de sodio ........................................ 70

Tabla 44. Resultados del análisis microbiológico para las mejores condiciones de

desinfección .................................................................................................................... 70

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xiii

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Equipo simulador de la prueba de jarras a escala de laboratorio .................... 28

Figura 2. Esquema de distribución de agua clarificada (EP Petroecuador, 2016) .......... 30

Figura 3. Esquema del clarificador del sistema de tratamiento de aguas (EP

Petroecuador, 2016) ........................................................................................................ 31

Figura 4. Intervalos de turbidez del agua cruda.............................................................. 43

Figura 5. Intervalos de turbidez del agua clarificada ...................................................... 45

Figura 6. Turbidez vs dosis de coagulante PAC líquido ................................................ 47

Figura 7. Turbidez vs dosis de floculante interpc 50 ...................................................... 48

Figura 8. Turbidez vs dosis de floculante N8110 ........................................................... 49

Figura 9. Turbidez vs dosis de coagulante PAC sólido .................................................. 50

Figura 10. Turbidez vs dosis de floculante interpc 50 .................................................... 51

Figura 11. Turbidez vs dosis de floculante N8110 ......................................................... 52

Figura 12.Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para las condiciones actuales .......................................................................... 57

Figura 13. Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para el PAC líquido y el floculante N8110 ..................................................... 58

Figura 14. Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para el PAC sólido y el Interpc 50 .................................................................. 59

Figura 15. Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para el PAC sólido y el N8110 ....................................................................... 60

Figura 16.Tiempo de sedimentación con las condiciones actuales de la Empresa vs

turbidez final ................................................................................................................... 61

Figura 17. Tiempo de Sedimentación utilizando PAC líquido y el floculante N8110

vs turbidez final .............................................................................................................. 62

Figura 18. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el polímero floculante

líquido vs turbidez final .................................................................................................. 63

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xiv

Figura 19. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el floculante N8110

vs turbidez final .............................................................................................................. 64

Figura 20.Resultados de la dosis de cloro suministrada en la desinfección del agua..... 66

Figura 21. Cloro libre residual para diferentes dosis de hipoclorito de calcio ............... 69

Figura 22. Cloro libre residual para diferentes dosis de hipoclorito de sodio ................ 70

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xv

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Certificado de conformidad de la empresa .................................................... 78

Anexo B. Recolección de muestras ................................................................................ 79

Anexo C. Prueba de jarras .............................................................................................. 80

Anexo D. Determinación del pH del agua cruda y clarificada ....................................... 82

Anexo E. Determinación de la turbidez del agua cruda y clarificada ............................ 83

Anexo F. Determinación de cloro libre residual en el agua tratada ............................... 84

Anexo G. Dosificación de cloro en la planta .................................................................. 85

Anexo H. Clarificadores de agua cruda .......................................................................... 86

Anexo J. Resultados del análisis microbiológico del agua clarificada ........................... 87

Anexo K. Resultados microbiológicos para las mejores condiciones de desinfección .. 88

Anexo L. Norma INEN 1108: Agua Potable. Requisitos ............................................... 89

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xvi

ESTUDIO DE LOS PROCESOS DE CLARIFICACIÓN Y DESINFECCIÓN DEL

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE LA REFINERÍA ESMERALDAS

RESUMEN

Se efectuó el estudio de los procesos de clarificación y desinfección del sistema de

tratamiento del agua proveniente del Río Esmeraldas, para verificar si el agua tratada es

apta para el consumo del personal de la Refinería Esmeraldas.

Se realizó la caracterización físico-química y microbiológica del agua a la entrada y salida

de los procesos, según la norma INEN 1108; y diariamente se controló la turbidez del

agua cruda y clarificada. Mediante la prueba de jarras, se determinaron las mejores

condiciones para el proceso de clarificación, como la dosificación de los coagulantes PAC

líquido y sólido, y de los floculantes Interpc 50 y N8110. Con los datos se construyeron

curvas que muestran las dosis adecuadas de químicos según la turbidez del agua a tratar.

Para la desinfección se utilizaron el hipoclorito de calcio y el de sodio, obteniendo las

dosificaciones adecuadas de 2 y 2,80 ppm respectivamente. Mediante el control del cloro

libre residual del agua tratada, se determinó que la dosis a inyectarse debe ser de 120

lb/día de cloro gaseoso.

Las dosis que deben aplicarse para el cumplimiento de la norma son: coagulante PAC

líquido 30 - 60 ppm y de floculante Interpc 50 0,33 - 0,60 ppm

PALABRAS CLAVES: /CLARIFICACIÓN/ DESINFECCIÓN/TRATAMIENTO

DEL AGUA/ PRUEBA DE JARRAS/ REFINERÍA ESMERALDAS/ AGUA

POTABLE/

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xvii

STUDY OF THE PROCESSES OF CLARIFICATION AND DISINFECTION OF

THE WATER TREATMENT SYSTEM OF THE ESMERALDAS REFINERY

ABSTRACT

The study of the clarification and disinfection processes of the water treatment system

from the Esmeraldas river was carried out to verify if the treated water is suitable for the

consumption of the Esmeraldas refinery staff.

The physicochemical and microbiological characterization of the water was performed at

the entrance and the exit of the processes, according to the norm INEN 1108; Also, the

turbidity of raw and clarify water was controlled daily. The best condition to the

clarification process, such as the dosage of the liquid and solid PAC clots, and the Interpc

50 and N8110 flocculants were determined by the jar test. The data were used in the

construction of curves that show de appropriate doses of chemicals according to the

turbidity of the water to be treated. Calcium and sodium hypochlorite were used for the

disinfection, obtaining the adequate dosages of 2.00 and 2.80 ppm respectively. By

controlling the residual free chlorine of the treated water, it was determined that the dose

to be injected should be of 120 pounds / day of chlorine gas.

The doses that are applied for the compliance with the standard are: coagulant PAC liquid

30 - 60 ppm and flocculant Interpc 50 0.33 - 0.60 ppm

KEYWORDS: /CLARIFICATION/DISINFECTION/ WATER TREATMENT /JAR

TEST/ REFINERÍA ESMERALDAS/ DRINKING WATER

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18

INTRODUCCIÓN

A nivel mundial el 22 % de consumo de agua dulce está destinado al área industrial.

Mientras que, en el Ecuador, el porcentaje de recurso hídrico consignado para uso

industrial es del 7%. Los procesos industriales requieren de agua para distintos fines, de

modo que se clasifican en: agua de procesos y agua para servicios auxiliares. Estos

últimos incluyen la producción de agua para el consumo humano. (SENAGUA, 2012)

Las fuentes de agua son receptores de desechos procedentes principalmente de

actividades industriales, por tal motivo no son aguas de óptima calidad para el consumo

humano. La Refinería realiza la captación del importante recurso hídrico con aguas

procedentes del Río Esmeraldas (agua cruda). El agua cruda presenta valores de turbidez

desde 20,95 a 74,13 NTU y además una carga de 1,6 x 102 ufc/100 ml de coliformes

fecales, por lo tanto, no es apta para el consumo humano, según la norma INEN 1108.

Actualmente, la Refinería Esmeraldas cuenta con un sistema de tratamiento para el agua

proveniente del río, el cual está conformado por los procesos de clarificación y

desinfección. En el proceso de clarificación, se adiciona una dosis indeterminada de

coagulante PAC líquido y floculante interpc 50. Y simultáneamente se realiza la

desinfección,con la inyección de 80 a 100 lb/día de cloro gaseso. Sin embargo, el agua

resultante de este tratamiento presenta valores de turbidez desde 5,58 a 13,11 NTU y el

cloro libre residual mg/l, se encuentra de 0,07 a 0,20 mg/l, estos resultados indican que

estos parámetros están fuera de la norma INEN 1108 y por lo tanto el agua tratada no

puede ser considerada como agua potable.

Por tal motivo el presente trabajo de titulación, está enfocado a que se realice un estudio

de los procesos de clarificación y desinfección del sistema de tratamiento de agua de la

Refinería, para mejorar los procesos actuales. Por lo cual, es necesario, que se evalúe el

desempeño de los procesos de clarificación y desinfección actuales. Y además definir la

forma de desinfección más adecuada para obtener agua con las condiciones aptas para

consumo humano.

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19

Es así, que, para el desarrollo del estudio, se examinó el funcionamiento y estructura de

estos procesos, mediante revisión de diagramas y la visita a la planta. Posteriormente, se

caracterizó el agua cruda, y agua clarificada. Los análisis que se incluyen son

principalmente turbidez, color, pH, sólidos totales disueltos, dureza total, cloruros, cloro

residual, arsénico, hierro, nitritos, nitratos, plomo y coliformes fecales. Se identificaron

dos parámetros que no cumplían con la norma, los cuales son la turbidez y el cloro libre

residual del agua tratada. De modo que se procedió a realizar un monitoreo diario de los

mismos, encontrando que en el 66,67% de los días que se realizaron las mediciones, el

agua tratada presentó valores de turbidez superiores a 5NTU que es límite máximo para

el agua potable. El valor promedio del cloro libre residual se encontró en 0,10 mg/l

mientras que la norma INEN 1108 indica, que debe estar en un rango de 0,3 a 1,5 mg/l.

Para mejorar el desempeño del proceso de clarificación es necesario encontrar la mejor

dosificación de coagulante y floculante. Para esto, se realizó la prueba de jarras utilizando

los coagulantes PAC líquido y PAC sólido. Se emplearon dosis de 30 a 60 ppm de PAC

líquido con lo que se logró reducir la turbidez a valores menores a 5 NTU. Además, se

agregó desde 0,33 a 0,60 ppm de floculante Interpc 50, obteniéndose valores de turbidez

aproximadamente de 2 NTU el cual es el propósito de la empresa. Al compararse con el

otro floculante N8110 se evidenció que con 0,2 ppm se obtuvo la turbidez de 2 NTU en

el agua tratada. Al utilizar de 20 a 40 ppm de PAC sólido, se consiguió reducir la turbidez

a 2 NTU sin agregarle floculante. También se determinó que el mejor tiempo de

floculación de 27 minutos y que la intensidad de agitación no debe exceder los 50 rpm.

Además, se efectuaron pruebas de cloro libre residual del agua tratada, encontrando que

la dosificación de cloro gaseoso debe ser de 120 lb/día pues se obtiene 0,7 mg/l de cloro

residual y por lo tanto cumple con la norma. También se probaron el hipoclorito de calcio

y sodio, con los cuales se logró que el agua tratada cumpla con la norma adicionando 2,00

mg/l y 2,80 mg/l respectivamente.

En base a estos resultados, se concluyó que utilizando dosis de 30 a 60 ppm de PAC

líquido, 0,33 a 0,60 ppm del floculante Interpc 50, y 120 lb/día de cloro gaseoso, se logra

que el agua tratada por la Refinería Esmeraldas, sea apta para consumo humano.

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1. MARCO TEÓRICO

1.1. Usos del agua en la Refinería Esmeraldas

La Refinería Esmeraldas, requiere constantemente de agua para la ejecución de los

procesos en las diferentes unidades de la planta. El agua clarificada se distribuye hacia:

sistema contra incendios, reposición a torres de enfriamiento, filtros de arena y carbón,

sistema de enfriamiento de bombas para el área de efluentes, y además es llevada a

servicios administrativos, comedor, casetas de operadores, laboratorio, balao y tanqueros.

(EP PETROECUADOR, 2016)

1.1.1. Agua para consumo humano. Debido a que el agua generalmente se encuentra

expuesta a continua contaminación, es necesario que las entidades competentes

establezcan límites con el fin de controlar las impurezas presentes en la misma, de acuerdo

a los usos que se le asigne. Principalmente en el caso del agua potable, es muy importante

el conocimiento y cumplimiento de estos parámetros, para salvaguardar la integridad de

los seres humanos.

En Refinería Esmeraldas, se utiliza la norma INEN 1108 de agua potable como referencia

para controlar la calidad del agua clarificada, la cual es utilizada para consumo de todo el

personal de la empresa.

1.1.2. Principales parámetros controlados para el agua potable. La norma INEN

1108, establece todos los requisitos para un agua apta para consumo humano.

Los parámetros mayormente controlados en la Refinería Esmeraldas son: turbidez y pH,

debido a que son los factores que más influyen en la coagulación química. Sin embargo,

además se realizan análisis de rutina correspondientes a sólidos disueltos totales, dureza

total, cloro residual, cloruros, hierro, y amonio, los cuales también son mencionados en

la norma.

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Conjuntamente, se controlan los requisitos microbiológicos del agua cruda, de manera tal

que los Coliformes fecales se encuentren dentro de los límites permisibles, pues en caso

contrario la presencia de los mismos, provocarían enfermedades en los consumidores.

1.1.2.1. Turbidez. Según Spellman y Drinan, la turbidez es una propiedad que ayuda a

cuantificar la cantidad de luz que atraviesa una columna de agua con partículas orgánicas

dispersas e inorgánicas, donde la dispersión de la luz se incrementa con la carga de

partículas en suspensión; por lo tanto es un parámetro que se mide en Unidades

Nefelométricas de Turbidez (NTU) (Spellman & Drinan, 2004).

1.1.2.2. pH. Aunque podría decirse que no tiene efectos directos sobre la salud, sí puede

influir en los procesos de tratamiento del agua, como la coagulación y la desinfección

(Vargas, 2004).

El pH del agua está controlado por el equilibrio alcanzado por los compuestos disueltos

en el sistema. En las aguas naturales, el pH es principalmente función del sistema de

carbonatos. El agua con bajo pH puede corroer las tuberías de distribución, lo que implica

que algunas sustancias, principalmente iones metálicos, pueden entrar en el agua tratada

(Spellman & Drinan, 2004).

1.1.2.3. Color. Es debido a la presencia de sustancias orgánicas disueltas o coloidales,

sustancias inorgánicas disueltas, así como cuerpos vivos presentes (CEPIS, 2002).

1.1.2.4. Sólidos totales disueltos. Los sólidos totales disueltos, se refieren al total de

sólidos que se encuentran en disolución en una muestra de agua, pues también pueden

existir sólidos en suspensión o sólidos sedimentados (Spellman & Drinan, 2004).

1.1.2.5. Dureza. Vargas (2004) refiere que la dureza en el agua corresponde a la suma

de los cationes polivalentes expresados como la cantidad equivalente de carbonato de

calcio, y aunque no se ha definido si tiene efectos perjudiciales contra la salud humana,

si puede causar la obstrucción de tuberías (Vargas, 2004).

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1.1.2.6. Cloro residual. El cloro residual, es aquel que se encuentra presente en el agua,

después de que se han eliminado a todos los microorganismos presentes en la misma

(CEPIS, 2002).

1.1.2.7. Cloruros. Las aguas superficiales normalmente no contienen cloruros en

concentraciones tan altas como para afectar el sabor, excepto en aquellas fuentes

provenientes de terrenos salinos. A partir de ciertas concentraciones, los cloruros pueden

ejercer una acción disolvente sobre ciertas sales presentes en el agua y componentes del

cemento, confiriéndoles una acción corrosiva, en especial a pH bajo (Vargas, 2004).

1.1.2.8. Hierro. El hierro puede estar en el agua como hierro II (Fe 2+) y como hierro III

(Fe 3+). Es difícil encontrar el hierro III en aguas naturales. Las sales de hierro II son más

solubles y por ello se pueden encontrar en aguas naturales. Cuando la alcalinidad del agua

es muy alta, el Fe 2+ pasa a Fe(OH)2 (hidróxido de hierro II) y cuando es oxidado por el

oxígeno pasa a Fe (OH)3 insoluble. Puede provocar color, sabor, y además pueden existir

bacterias del hierro, que destruyen las tuberías de distribución (CEPIS, 2002).

1.1.2.9. Amonio. Es el producto final de la reducción de las sustancias orgánicas e

inorgánicas nitrogenadas y puede originarse por fijación química del nitrógeno

atmosférico, las proteínas animales o vegetales (por putrefacción mediante acción

bacteriana) o reducción de nitritos. Se le considera un constituyente normal de aguas

superficiales y está relacionado con descargas recientes de desagües (Vargas, 2004).

1.1.2.10. Coliformes Fecales. CEPIS (2002) expone que los coliformes fecales, forman

parte de un grupo de bacterias coliformes, que son responsables de la contaminación fecal.

Se consideran también Coliformes termotolerantes, pues tienden a crecer en temperaturas

de incubación superiores 44, 5 °C. La presencia de estas bacterias en el agua se asocia

directamente con la transmisión de agentes patógenos, es por ello la vigilancia y el control

del agua procedente de fuentes naturales y su tratamiento para consumo humano (CEPIS,

2002).

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1.2. Tratamiento del agua en la Refinería Esmeraldas

El tratamiento del agua, se refiere a un conjunto de procesos físicos y químicos a los que

se somete para reducir las impurezas existen en la misma, de modo que cumpla ciertas

condiciones, dependiendo del uso que se le desee dar. (EPA, 2011)

El agua cruda ingresa a la planta de tratamiento procedente del Río Esmeraldas, donde se

realiza la captación del agua. Posteriormente es trasladada hacia un desarenador, durante

un tiempo de residencia de 4 horas, en el cual se separan las partículas de mayor tamaño.

Se dispone de dos fosas de bombas: La primera, es la fosa de alto caudal, que consta de

tres bombas con la finalidad de llenar las piscinas de agua cruda y la segunda fosa de bajo

caudal, consta de tres bombas que ayudan a mantener el nivel de agua en el desarenador.

(EP PETROECUADOR, 2016)

Finalmente, el agua es bombeada hacia las piscinas de agua cruda A y B, donde se

mantiene en reposo, previo al proceso de clarificación y desinfección.

Una vez el agua es clarificada, es distribuida para el consumo de los trabajadores y

también es enviada a otros tratamientos con el fin de ser utilizada en los diferentes

procesos de la planta.

1.2.1. Proceso de Clarificación. La Refinería cuenta con tres clarificadores, pero

actualmente se encuentran operando dos. Este proceso consiste en la remoción total de la

materia suspendida en el agua. Para la extracción total de la materia suspendida, se

requiere de las operaciones unitarias coagulación, floculación y sedimentación. (EP

Petroecuador, 2016)

1.2.1.1. Coagulación. El proceso de clarificación del agua comienza con la coagulación.

Esta operación unitaria tiene como función principal desestabilizar las cargas

electronegativas de las partículas presente en el agua, y transformar los agregados

impuros que se encuentran en suspensiones finas o en estado coloidal en partículas que

puedan ser removidas por decantación, por medio de la adición de sustancias químicas y

la aplicación de energía del proceso de mezclado (Gafari & al, 2008).

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Estas sustancias químicas, denominadas coagulantes son generalmente sales de aluminio

o de hierro, aunque también se pueden utilizar polímeros inorgánicos. En la empresa

actualmente se trabaja con Policloruro de aluminio en estado líquido.

Según Ye et al. (2007) el Policloruro de aluminio forma parte de los coagulantes

alternativos que han sido descubiertos en el último vigésimo período del siglo XXI donde;

a diferencia de los coagulantes convencionales tienen características de especiación

química, por lo tanto son potencialmente los posibles sustitutos a mediano plazo de los

coagulantes convencionales como el Sulfato de aluminio (Ye & al., 2007).

Por otra parte, Van Benschoten y Edzwald (1990) afirman que las características

poliméricas del PAC le permite formar flóculos que se agrupan en pequeñas esferas con

tamaño que oscila entre 25 y 100 mm; y que actúan bajo fluctuaciones en las condiciones

físicas y químicas del agua en que se encuentren. Sin embargo, su eficiencia también se

ve afectada por algunos parámetros como la composición del agua cruda y las condiciones

de operación específicas (Benschoten & Edzwald, 1990).

Otro factor importante durante la coagulación es la velocidad de mezclado, y se produce

realizando una mezcla rápida, por lo cual los químicos se inyectan a un metro de la entrada

de cada clarificador, debido a que es un punto que presenta gran turbulencia. Luego se

produce una mezcla lenta durante aproximadamente 20 minutos, lo cual contribuye a la

floculación (EP Petroecuador, 2016).

Reacción de hidrólisis del PAC

El polihidroxicloruro de aluminio (PAC) experimenta una reacción de hidrólisis variable,

por lo tanto, una vez que se logran tipificar por la presencia de aluminio en forma de

Al2O3, de sulfatos (SO4)2- y de hidróxido (basicidad); se obtiene una hidrólisis por etapa

(Shen & Dempsey, 1998). Los productos siguientes se obtienen derivados de estas

reacciones:

- Dímeros: [Al2(OH)2(H2O)8]+4;

- Complejos con grupos hidroxilo: [Al8(OH)20], [Al8(OH)22]+2, [Al8(OH)24],

[Al13O4(OH)24(H2O)12]+7, [Al14(OH)38]

+8, [Al30Cl9(OH)81(H2O)38]+5;

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1.2.1.1. Floculación. La floculación es un proceso posterior a la coagulación,

donde mediante una agitación lenta del agua se provoca el aumento el tamaño y la

densidad de los precipitados causados por su aglomeración. Con esta operación se logra

que una determinada cantidad de partículas sedimenten más rápido formando una masa

voluminosa (EP Petroecuador, 2016)

1.2.1.3. Sedimentación. Es una operación física que separa por la influencia de la fuerza

de la gravedad, las partículas más densas que el agua, se depositan en el fondo del

sedimentador.

El proceso utiliza un clarificador que cuenta con rellenos de sedimentación. Dichos

rellenos son una serie de tubos (circulares, cuadrados o hexagonales) o láminas planas

paralelas con un ángulo de inclinación, dispuestos para que el agua ascienda por las celdas

con un flujo laminar. De esta forma se obtienen periodos de retención muy pequeños de

los flóculos formados: generalmente menores o iguales a 15 min (EP Petroecuador, 2016).

1.2.2. Proceso de desinfección. Barrenechea y Vargas (2004) exponen que la

desinfección como proceso selectivo no provoca la destrucción de todos los organismos

patógenos presentes en el agua. Por eso requiere procesos previos que los eliminen

mediante la coagulación, sedimentación y filtración (Vargas, 2004).

La OPS (2007) señala que operativamente las industrias de manera general, emplean

métodos para la desinfección como: tratamiento físico (calor, radiación), ácidos o bases,

agentes oxidantes (Cl2) y algunos de sus derivados) y los procesos de oxidación avanzada

que abarcan al ozono (O3) y fotocatálisis heterogéneas (OPS, 2007).

1.2.2.1. Cloro gaseoso. CCC (2003) refiere que el cloro se añade al agua durante el

proceso de tratamiento, como cloro elemental (cloro gaseoso). En este estado, forma de

cloro libre, es la responsable de destruir los microorganismos que provocan

enfermedades y la muerte de los seres humanos (CCC, 2003).

Es importante destacar que la dosificación el cloro en estado gaseoso utilizado en la

Refinería Esmeraldas, se realiza en la descarga de las bombas. Además el sistema

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empleado para la dosificación es un eyector, que toma como flujo motriz el agua cruda

suministrada por las mismas bombas (EP Petroecuador, 2016).

El cloro en estado gaseoso reacciona con agua y se obtiene cloro acuoso disuelto en sus

iones, que a su vez, se oxidan a Cl+ y reducido a Cl- , como se muestra en la reacción 3.

𝐶𝑙2(𝑔) → 𝐶𝑙2(𝑎𝑐) 1

𝐶𝑙2 + 𝐻2𝑂 → 𝐻𝑂𝐶𝑙 + 𝐻+ + 𝐶𝑙− 2

El ácido clorhídrico obtenido se disocia inmediatamente en sus iones, mientras que por

otro lado se obtiene el ácido hipocloroso, que es débil, como se representa en la semi-

ecuación (5)

𝐻𝑂𝐶𝑙 → 𝐻+ + 𝑂𝐶𝑙− 3

La forma de adición del cloro al agua afecta en gran medida las propiedades alcalinas,

debido a la producción de ambos ácidos (4 y 5) y por tanto su habilidad como

desinfectante disminuye en aguas con valores de pH entre 6 y 9.

1.2.2.2. Hipoclorito de sodio. El hipoclorito de sodio se obtiene por reacción entre el

cloro y el hidróxido de sodio. Para el proceso de desinfección se suministra como solución

acuosa, con una concentración máxima equivalente al 15% p/p Cl2 (cloro gaseoso). La

importancia del uso del hipoclorito de sodio está en su uso; pues a pesar de ser más caro

que el cloro gaseoso, puede contrarrestar el costo de aumentar las medidas de salud y

seguridad, por ende es más fácil y más segura su manipulación (EPA, 2011).

Cuando el hipoclorito de sodio se disuelva en agua, se generan dos sustancias, que juegan

el papel; tanto de oxidantes como desinfectantes. Estos son el ácido hipocloroso (HOCl)

y el ion hipoclorito(OCl-), el cual es menos activo. El análisis del pH del agua determina

la cantidad de ácido hipocloroso que se forma y cuando se utiliza hipoclorito de sodio, se

añade a su vez, el ácido acético para disminuir el pH si este sobrepasa los valores

esperados (LENNTECH, 2016).

Mecanismo de reacción química del Hipoclorito de sodio:

𝑁𝑎𝑂𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐻𝑂𝐶𝑙 + 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻− 4

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Durante la reacción del hipoclorito de sodio con el agua, se obtiene ácido y el ión

hipoclorito (OCl-), y dado que el NaOCl, aumenta el pH del agua, se deben mantener este

valor en un rango de basicidad.

1.2.2.3. Hipoclorito de calcio. También conocido como cal clorada, el hipoclorito de

calcio se emplea como agente blanqueador. Para desarrollar el proceso de desinfección

en las plantas de tratamiento, el hipoclorito de calcio se utiliza granulado, con un 60 por

ciento de pureza, siendo importante la correspondencia entre los cálculos requeridos para

obtener la disolución de dicha sustancia y del grado de turbidez del agua (HEP, 1999).

Quiminet (2011) explica que la función de la cal clorada es eliminar las bacterias, algas,

hongos, moho y los microorganismos que viven en el agua, además su acción es similar

al hipoclorito de sodio, pero a diferencia de este último, se encuentra en estado sólido

(Quiminet, 2011).

Mecanismo de reacción química del Hipoclorito de calcio (Ca (ClO)2 )

𝐶𝑎(𝐶𝑙𝑂)2 → 𝐶𝑎2+ + 2 𝑂𝐶𝑙− 5

Al añadir hipoclorito de calcio al agua se incrementa la alcalinidad y la dureza total,

producto a la presencia de los cationes (Ca⁺ 2 disueltos en el agua, como se muestra en la

selmi-ecuación (6).

2 𝑂𝐶𝑙− + 2𝐻2𝑂 → 2𝐻𝑂𝐶𝑙 + 2 𝑂𝐻− 6

Como el hipoclorito de calcio al reaccionar en agua, eleva el pH de la misma, por lo tanto,

el medio acuoso debe estar acidificado para garantizar el proceso de desinfección (IMTA,

1991).

1.3. Prueba de Jarras

Cogollo (2011) refieren que las pruebas de jarras es un equipo simulador a nivel de

laboratorio de las operaciones de coagulación, floculación, y decantación aplicadas para

el tratamiento y purificación del agua (Cogollo, 2011).

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Esta técnica se utiliza para determinar las dosis más efectivas de coagulante a añadir en

un agua específica durante el control del proceso de coagulación y floculación en una

planta de tratamiento, fundamentalmente cuando la calidad de dicha agua fluctúe

rápidamente. En este proceso influyen factores como: pH, temperatura, concentración de

coagulante, secuencia de aplicación de las sustancias químicas, grado de agitación y

tiempo de sedimentación (Cogollo, 2011).

El equipo para realizar la prueba de jarras consta de seis agitadores con velocidad variable

y de forma simultánea crean turbulencia en seis vasos de precipitados de 1 litro cada

uno. Esta prueba se basa en la norma ASTM D2035-13. La figura 1 muestra al equipo

donde se realiza esta prueba.

Figura 1. Equipo simulador de la prueba de jarras a escala de laboratorio

1.4. Intensidad de mezcla.

Para definir la intensidad de mezcla se relaciona la intensidad producida por los agitadores en

prueba de jarras (rpm) y el gradiente de velocidad (G) que produce dicha velocidad. Se calcula la

intensidad de mezcla en revoluciones por minuto (RPM), en función de la siguiente expresión.

𝑅𝑃𝑀 = 3 ∗ 𝐺4

5 (1)

Para la coagulación el gradiente de velocidad es de aproximadamente 80 s-1 (100rpm) y

para el proceso de floculación se requiere gradientes menores a 80s-1, generalmente entre

10 y 50 s-1. (Nuñez, 2015)

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2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

2.1. Proceso experimental

El presente estudio tiene como finalidad evaluar el proceso actual de clarificación del

sistema de tratamiento de agua de la Refinería Esmeraldas, y definir el mejor método de

desinfección para el agua. Para lo cual se desarrollaron las siguientes etapas:

Evaluación de los procesos de clarificación y desinfección

En esta etapa se hizo la caracterización del agua cruda y clarificada, de acuerdo a la norma

INEN 1108. También se realizó un control diario de la turbidez del agua cruda y agua

tratada. Y por último se analizó el funcionamiento actual de los procesos de clarificación

y desinfección.

Ensayos preliminares

Para evaluar el proceso de clarificación, fue necesario considerar las fases de coagulación

y floculación, por lo que se realizaron pruebas de dosificación de coagulante y floculante,

empleando los agentes químicos actuales con los que se trabaja en Refinería Esmeraldas,

y además se propuso la utilización de otro coagulante y floculante.

Se elaboró un registro con la dosificación necesaria, en base a la turbidez del agua.

Identificación de las principales falencias de los procesos de clarificación y

desinfección

Para determinar las falencias de los procesos el estudio se realizó en base a la evaluación

realizada previamente, y de esta forma se identificaron los principales parámetros a

mejorar.

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Definición del mejor método de desinfección para el agua clarificada

Una vez que se seleccionó la mejor dosificación de coagulante, se ejecutaron pruebas para

determinar la demanda de cloro, utilizando el hipoclorito de sodio e hipoclorito de calcio

respectivamente.

2.2. Evaluación actual de los procesos de clarificación y desinfección

2.2.1. Descripción del proceso de clarificación y desinfección. El agua cruda proviene

del Río Esmeraldas, es trasladada posteriormente a las piscinas de retención de agua

cruda, que cuentan con una capacidad total de 54300 m3.

Figura 2. Esquema de distribución de agua clarificada (EP Petroecuador, 2016)

La Refinería cuenta con dos bombas de carga Y-P3009 A y Y-P3009 B para el trasiego

del agua cruda, de capacidad 450 m3/h cada una. Estas bombas transportan el agua hacia

los clarificadores Y-ME3001A y B (dos equipos idénticos), los cuales están dotados con

sistemas de alimentación de reactivos químicos, que a su vez son capaces de tratar 450

m3/h. El agua tratada es distribuida con la ayuda de las bombas Y-P3003 A y B de 450

m3/h cada una, mientras que para el trasiego de la purga de lodos se utilizan las bombas

Y-3002 A y B de capacidad 17 m3/h cada una (EP Petroecuador, 2016).

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Figura 3. Esquema del clarificador del sistema de tratamiento de aguas (EP

Petroecuador, 2016)

La tabla 1 muestra las condiciones de operación que implementó la Refinería para el

tratamiento de lo sólidos suspendidos en el agua cruda.

Tabla 1. Condiciones de operación de los clarificadores Y_ME3001A y B (EP

Petroecuador, 2016).

Sólidos suspendidos < 15 mg/l

pH 6,0 – 8,5

Presión Diseño 175 psig

Operación 125 psig

Temperatura Diseño 37,8 ° C

Operación 23,9 – 29,4 ° C

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Tabla 2. Valores aproximados de las dosis aplicadas de coagulante y floculante

Químico Dosis aproximada

(8h)

Coagulante PAC

líquido

50 litros

Floculante Interpc

50

4 litros

Los procesos de coagulación, floculación y sedimentación se realizaron en la Refinería

para el tratamiento del agua cruda, como se explica a continuación:

Coagulación

Existen varios factores que influyen en gran medida en la coagulación, entre ellos se

destacan el punto de dosificación de los productos químicos y el tipo de mezcla.

En el caso de los productos químicos, tenemos a los coagulantes los cuales por tendencia

se mezclan en todo el flujo en tiempos comprendidos de 1 a 3 segundos. Para el tipo de

mezcla, se consideró mezcla rápida, por lo tanto, la inyección del coagulante tuvo lugar

en la zona de mayor turbulencia; es decir a la entrada de cada clarificador o en la descarga

de las bombas (puntos críticos recomendados por la literatura).

En los clarificadores Y-ME3001A y Y-ME3001B el sitio de dosificación de coagulante

se encuentra a 1,0 metros de la entrada de los mismos. Ésta ubicación le permite al

operario y al responsable de área ajustarse a las recomendaciones del lugar de mezclado.

Sin embargo, para la validación del coagulante y verificar su correcta disipación, es

necesario tener un punto de drenaje después de la dosificación.

Otros factores relevantes que intervienen en el proceso de coagulación son: el pH y la

turbidez, debido a que influyen directamente en la cantidad de coagulante dosificado.

En la actualidad en la Refinería se dosifican aproximadamente 50 litros de coagulante

cada 8 horas, pero como el agua cruda proviene del Río Esmeraldas, está sujeta a cambios

continuos de turbidez debido a las condiciones climáticas principalmente en la etapa

invernal. Por lo tanto, existen ocasiones en que la turbidez incrementa; y como se añade

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siempre la misma dosis de coagulante, el agua tratada obtenida alcanza valores de

turbidez elevados y fuera del rango esperado.

Floculación

Para la utilización del floculante, se empleó un mezclado lento y con tiempos

relativamente altos, pues la función de estos es formar flóculos de alto peso y

aglomerarlos para su rápida decantación. La intensidad de mezcla se encuentra entre 50

y 80 rpm, y depende de la observación de flóculos según la apreciación de los operadores.

Actualmente en la Refinería el floculante es dosificado manualmente cada hora, por los

operadores; por ende, el proceso no se desarrolla de forma continua. Es importante

señalar, que el floculante utilizado es una sustancia muy viscosa y se debe diluir

completamente para que actúe sobre el agua. Para agua potable es recomendable emplear

una dosis máxima de 1 ppm de floculante. Para el proceso se empleó una cantidad

dosificada de aproximadamente 4 litros durante las 8 horas de cada turno.

Sedimentación

La sedimentación tuvo lugar con el empleo de láminas planas paralelas con un ángulo de

inclinación, para garantizar el ascenso del agua por las celdas con un flujo laminar y lograr

periodos de retención de los flóculos formados menores a 15 minutos. Actualmente la

Refinería emplea normalmente cargas superficiales de 100 a 300 m3/m2/día y las

velocidades de sedimentación oscilan de 0.12 a 0.38 cm/seg.

Desinfección

La desinfección se realizó empleando cloro gaseoso. La dosificación tuvo lugar en la

descarga de las bombas Y-P3009 A/B, y el sistema empleado para la dosificación fue un

eyector tomando como flujo motriz el agua cruda suministrada por las mismas bombas

Y-P3009 A/B. La cantidad de agua que se dosificó fue de 80 lb/día, controlada por un

rotámetro instalado en la válvula del cilindro para la salida del gas cloro.

Para validar las 80 lb/día como la dosificación correcta en la eliminación de la carga

orgánica presente en el agua cruda, se obtuvo la curva de cloración, la cual indicó la

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cantidad de cloro dosificado, y cloro libre. Es importante señalar que el laboratorio de

Refinería Esmeraldas no cuenta con el ensayo de cloro combinado.

2.2.2. Caracterización del agua cruda y clarificada. Se realizó la caracterización del

agua cruda y agua clarificada para conocer las condiciones actuales de entrada de la

primera, y la condición de salida de la segunda, y por consiguiente identificar parámetros

que estaban fuera de la norma INEN 1108.

Los análisis fueron hechos en el Laboratorio de Control de Calidad de la Refinería

Esmeraldas.

Tabla 3. Caracterización del Agua cruda

Parámetros Unidades Resultados Norma INEN 1108

Características físico químicas

pH --- 8,890 6,5-8,5

Turbidez NTU 28,35 5

Color UTC 2 15

STD 116,90 1000

Arsénico mg/l <0,002 0,01

Cloruros mg/l 15,62 250

Cloro residual mg/l 0,00 0,3-1,5

Dureza total mg/l 82,00 300

Amonio mg/l 0,11 1,00

Hierro mg/l 0,10 0,30

Nitritos mg/l 0,07 3,00

Nitratos mg/l 0,10 50,00

Plomo mg/l <0,01 0,01

Características microbiológicas

Coliformes

fecales

Ufc/100ml 1,6 *102 <1

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35

Tabla 4. Caracterización del Agua clarificada

Parámetros Unidades Resultados Norma

INEN 1108

Características físico químicas

pH --- 7,994 6,5-8,5

Turbidez NTU 5,58 5

Color UTC 0 15

STD mg/l 119,55 1000

Arsénico mg/l <0,002 0,01

Cloruros mg/l 20,24 250

Cloro residual mg/l 0,07 0,3-1,5

Dureza total mg/l 68,40 300

Amonio mg/l 0,00 1,00

Hierro mg/l 0,17 0,30

Nitritos mg/l 0,12 3,00

Nitratos mg/l 1,60 50,00

Plomo mg/l <0,01 0,01

Características

microbiológicas

Coliformes fecales Ufc/100ml <1 <1

2.2.3. Falencias en los procesos de clarificación y desinfección.

2.2.3.1. Parámetros fuera de la Norma INEN1108. Los parámetros que se encontraron

fuera de la norma en el agua tratada son la turbidez, pues es mayor a 5 NTU y el cloro

libre residual pues no se encuentra en el rango de 0,3-1,5 mg/l. Por lo tanto, se deben

realizar pruebas de jarras para obtener las dosis correctas de coagulante y floculante. Y,

además se necesita ejecutar pruebas de dosificación de cloro y otros desinfectantes para

que el cloro libre residual entre en norma.

2.2.3.2. Condiciones del proceso clarificación. Es necesario hacer pruebas de jarras para

identificar la intensidad de agitación más adecuada, de manera que favorezca a la

floculación. Del mismo modo también se requiere encontrar el mejor tiempo de

floculación que garantice el proceso de clarificación del agua.

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36

2.2.4. Pruebas de dosificación de coagulante y floculante. Para la realización de las

pruebas de dosificación de coagulante y floculante se empleó el equipo de jarras con la

finalidad de encontrar la dosis óptima, de forma tal que la turbidez del agua cruda fuese

reducida a valores dentro del límite permisible por la norma INEN 1108 (˂ 5 NTU). En

la Refinería Esmeraldas la dosificación se realiza de forma tal que los valores de turbidez

disminuyan hasta aproximadamente 2 NTU para asegurar la calidad del agua clarificada.

Considerando que la turbidez es un parámetro muy cambiante en la época de invierno, es

imprescindible realizar la prueba de jarras durante varios días para obtener la mejor

dosificación, de acuerdo con la turbidez de agua.

2.2.4.1. Materiales y sustancias utilizadas para las pruebas de dosificación de

coagulante PAC líquido

Agua cruda proveniente de las piscinas.

Coagulante PAC líquido

Floculante polímero interpc 50

Equipo de prueba de jarras

Medidor de pH

Turbidímetro

Balanza electrónica

Vasos de precipitación de 1000 ml

Vasos de precipitación de 250 ml

Pipeta graduada

Jeringas

2.2.4.2. Procedimiento para pruebas de dosificación de coagulante PAC líquido

a) Preparar una solución madre de coagulante.

b) Medir la turbidez y el pH del agua cruda.

c) Añadir el agua en 4 vasos de 1000 ml y ubicarlos en el equipo de jarras.

d) Agregar dosis de coagulante de 20 ppm, 30 ppm, 40 ppm y 50 ppm.

e) Iniciar una agitación, a velocidad rápida de 100 rpm durante 1 minuto.

f) Posteriormente realizar una mezcla lenta de 40 rpm durante 15 minutos.

g) Esperar 20 minutos para que se efectúe la sedimentación.

h) Extraer muestras de cada vaso con ayuda de jeringas.

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37

i) Medir turbidez y pH de cada muestra.

El coagulante utilizado actualmente es el policloruro de aluminio en estado líquido y el

floculante es un polímero denominado interpc 50.

2.2.4.3. Procedimiento para pruebas de dosificación de floculante interpc 50

a) Preparar una solución madre de floculante (1ml=0,2 ppm).

b) Añadir el agua cruda en 3 vasos de 1000 ml y ubicarlos en el equipo de jarras.

c) Añadir la mejor dosis de coagulante seleccionada anteriormente. Realizando la mezcla

rápida y la mezcla lenta.

d) Agregar dosis de floculante de 0,2, 0,6 y 1 ppm. Y continuar con la agitación lenta.

e) Esperar 20 minutos para que se efectúe la sedimentación.

f) Con la ayuda de jeringas extraer muestras de cada vaso.

g) Medir turbidez y pH de cada muestra.

2.2.5. Pruebas de dosificación de cloro (agente desinfectante). La desinfección del

agua es un proceso primordial en el tratamiento para consumo humano, pues mediante el

mismo se produce la eliminación de agentes patógenos causantes de distintas

enfermedades.

La norma INEN 1108 establece un rango de cloro residual en el agua potable de 0,3 – 1,5

mg/l. Dicho parámetro es muy importante debido a que nos indicó la cantidad de cloro

remanente en el agua, al menos por 30 minutos de contacto, y nos garantizó la acción del

cloro sobre los microorganismos pues se produjo el consumo del cloro dosificado.

En la Refinería Esmeraldas el cloro libre residual se encuentra fuera del rango de la norma

INEN 1108, por lo cual fue necesario realizar pruebas de dosificación con hipoclorito de

calcio e hipoclorito de sodio.

2.2.5.1. Materiales y sustancias necesarias para las pruebas de dosificación de

cloro

Balanza electrónica

Vasos de precipitación

Pipeta graduadas

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38

Kit de determinación de cloro residual

Hipoclorito de calcio 70%

Hipoclorito de sodio 10%

2.2.5.2. Procedimiento para las pruebas de dosificación de cloro

a) Preparar solución madre de hipoclorito de calcio (1ml=0,4 ppm).

b) Añadir agua clarificada en 6 vasos de precipitación.

c) Agregar diferentes dosis de cloro a cada vaso (0,4 ppm- 4,00 ppm).

d) Determinar el cloro libre residual en cada caso.

e) Identificar la dosificación en la cual, el valor de cloro libre residual se encuentra dentro

de la norma INEN 1108.

f) Repetir el procedimiento para el hipoclorito de sodio

g) Comparar los resultados, para determinar cuál es el mejor agente desinfectante a

utilizar en el agua.

2.2.6. Pruebas de tiempo de floculación y velocidad de agitación. La finalidad de estas

pruebas fue determinar el tiempo de floculación y la velocidad de agitación óptimos para

el proceso de prueba de jarras.

2.2.6.1. Procedimiento para pruebas de tiempo de floculación y velocidad de

agitación

a) Medir la turbidez del agua cruda y colocarla en 6 vasos de 1 litro.

b) Agregar la dosis óptima de coagulante y encender el equipo de jarras a una velocidad

de agitación de 100 rpm durante 1 minuto.

c) A continuación, añadir la dosis óptima de floculante y cambiar a la velocidad de

agitación seleccionada.

d) Posteriormente se ejecuta el procedimiento indicado en la siguiente tabla y se repite el

procedimiento para otras velocidades seleccionadas.

La tabla 5 muestra los valores de tiempos recomendados por la literatura para la selección

de los gradientes de velocidad óptimos.

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Tabla 5. Tiempos recomendados para la selección de gradientes. (Arboleda, 2000)

Tiempo (min) Procedimiento

0 Comienza la agitación al gradiente seleccionado

7 Se levanta el agitador de la celda No. 1

13 Se levanta el agitador de la celda No. 2

17 Se toma la muestra de la celda No. 1

20 Se levanta el agitador de la celda No. 3

23 Se toma la muestra de la celda No. 2

27 Se levanta el agitador de la celda No. 4

30 Se toma la muestra de la celda No. 3

33 Se levanta el agitador de la celda No. 5

37 Se toma la muestra de la celda No. 4

40 Se levanta el agitador de la celda No. 6

43 Se toma la muestra de la celda No. 5

50 Se toma la muestra de la celda No. 6

2.2.6. Pruebas de tiempo de sedimentación

Mediante estas pruebas se obtuvo el tiempo óptimo de sedimentación utilizando los

diferentes coagulantes y floculantes.

El procedimiento realizado se basó en la propuesta presentada en el libro Teoría, diseño

y control de los procesos de clarificación de agua, como se señala a continuación:

a) Medir la turbidez del agua cruda, y determinar la dosis óptima de coagulante y

floculante.

b) Colocar agua cruda en 6 vasos de precipitación de 1 litro y agregar la dosis óptima de

coagulante realizando la mezcla rápida durante 1 minuto, posteriormente añadir el

floculante y continuar la agitación lenta durante 30 minutos.

c) Una vez transcurrido el tiempo de floculación, levantar los agitadores, y tomar muestras

de cada jarra en intervalos de tiempo de 1 minuto, 5 minutos, 10 minutos, 20 minutos y

60 minutos.

d) Medir la turbidez de las diferentes muestras recolectadas, para seleccionar el mejor

tiempo de sedimentación.

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40

3. CÁLCULOS Y RESULTADOS

3.1. Análisis estadístico de la turbidez del agua cruda.

Se monitoreó la turbidez del agua cruda y tratada por 30 días.

Tabla 6. Turbidez del agua cruda

N° Turbidez, NTU

1 20,95

2 22,77

3 23,42

4 24,16

5 25,08

6 27,42

7 28,35

8 28,80

9 29,11

10 30,66

11 31,96

12 32,34

13 36,71

14 39,38

15 40,20

16 42,19

17 44,31

18 45,58

19 47,96

20 48,09

21 48,95

22 50,01

23 53,89

24 56,21

25 57,35

26 61,46

27 62,84

28 63,46

29 64,52

30 74,13

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41

3.1.1. Análisis por intervalos. Se realizó un análisis por intervalos, para observar las

variaciones de la turbidez. Para el agua cruda se utilizaron 6 intervalos. En primer lugar,

se establecieron los valores máximos y mínimos.

Tabla 7. Valores mínimo y máximo de la turbidez del agua cruda

Turbidez (NTU)

Mínimo Máximo

20,95 74,13

Tabla 8. Intervalos de turbidez

Intervalos de

turbidez

20,00-30,00 NTU

30,01-40,00 NTU

40,01-50,00 NTU

50,01-60,00 NTU

60,01-70,00 NTU

70,01-80,00 NTU

3.1.1.1. Frecuencia absoluta

𝒇𝒊 = 𝒏ú𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒅𝒂𝒕𝒐𝒔 𝒆𝒏 𝒖𝒏 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒗𝒂𝒍𝒐

3.1.1.2. Frecuencia relativa

𝒇𝒓𝒊 =𝒇𝒊

𝒏 (2)

Donde:

f= frecuencia absoluta

n= número total de datos

Cálculo modelo para el primer intervalo

𝒇𝒓𝒊 =9

30= 0,3

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42

3.1.1.3. Frecuencia acumulada

𝑭𝒊 = 𝒇𝒊−𝟏 + 𝒇𝒊 (3)

Cálculo modelo para el primer intervalo

𝑭𝟏 = 𝟎 + 𝟗 = 𝟗

3.1.1.4. Porcentaje parcial

% 𝑷𝒂𝒓𝒄𝒊𝒂𝒍 = 𝑓𝑟𝑖 ∗ 100 (4)

Cálculo modelo para el primer intervalo

% 𝑃𝑎𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙 = 0,3 ∗ 100 = 30 %

Tabla 9. Análisis estadístico de la turbidez del agua cruda

Intervalos de

turbidez fi fri Fi

Porcentaje

parcial %

20,00-30,00

NTU 9 0,30 9,00 30,00

30,01-40,00

NTU 5 0,17 14,00 16,67

40,01-50,00

NTU 7 0,23 21,00 23,33

50,01-60,00

NTU 4 0,13 25,00 13,33

60,01-70,00

NTU 4 0,13 29,00 13,33

70,01-80,00

NTU 1 0,03 30,00 3,33

Total 30 1,00 100,00

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43

Figura 4. Intervalos de turbidez del agua cruda

3.2. Análisis estadístico de la turbidez del agua clarificada

Tabla 10. Turbidez del agua clarificada

N° Turbidez, NTU

1 5,58

2 6,06

3 5,91

4 8,23

5 7,31

6 10,24

7 4,12

8 6,53

9 9,22

10 7,86

11 4,32

12 3,10

13 10,48

14 5,73

15 3,77

16 12,71

17 9,47

18 10,83

19 4,56

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

20,00-30,00NTU

30,01-40,00NTU

40,01-50,00NTU

50,01-60,00NTU

60,01-70,00NTU

70,01-80,00NTU

Po

rce

nta

je %

Intervalos de turbidez

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44

Continuación tabla 10

Tabla 11. Valores mínimo y máximo del agua tratada

Turbidez (NTU)

Mínimo Máximo

1,87 13,11

3.2.1. Análisis por intervalos para el agua tratada. Considerando que el agua

tratada debe cumplir con la norma INEN 1108, donde se especifica que el valor

máximo permitido de turbidez para el agua potable es 5NTU, pero que en Refinería

Esmeraldas se pretende mantener este parámetro en 2NTU, se establecieron tres

intervalos, para observar el porcentaje en el que el agua tratada incumple la norma.

Tabla 12. Intervalos de análisis para la turbidez del agua tratada

Intervalos de turbidez

0-2,00 NTU

2,01-5,00 NTU

5,01-13,11 NTU

20 1,87

21 6,18

22 7,05

23 2,03

24 1,99

25 7,08

26 5,66

27 6,96

28 3,71

29 6,4

30 13,11

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45

Tabla 13. Análisis estadístico de la turbidez del agua tratada

Intervalos

de

turbidez fi fri Fi

Porcentaje

parcial %

Norma

INEN 1108

0-2,00 NTU 2 0,07 2,00 6,67 30% cumple

con la norma

INEN 1108 2,01-5,00

NTU 7

0,23 9,00 23,33

5,01-13,11

NTU 21 0,70 30,00 70,00

70% supera

el límite

establecido

30 1,00 100,00

Figura 5. Intervalos de turbidez del agua clarificada

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0-2,00 NTU 2,01-5,00 NTU 5,01-13,11 NTU

Po

rce

nta

je %

Intervalos de turbidez

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46

3.3. Dosificación de coagulante y floculante

Tabla 14. Turbidez del agua cruda para la prueba de jarras

3.3.1. Promedio de turbidez semanal

𝑇(𝑁𝑇𝑈) =𝑇1+𝑇2+𝑇3

3 (5)

Dónde: T = Turbidez promedio (NTU)

T1= Turbidez día 1 (NTU)

T2= Turbidez día 2 (NTU)

T3= Turbidez día 3 (NTU)

Cálculo modelo para la semana 1

𝑇(𝑁𝑇𝑈) =20,95+23,42+25,08

3

𝑇(𝑁𝑇𝑈) = 23,15 𝑁𝑇𝑈

N° Turbidez del

agua cruda,

NTU

Semana

1 20,95 1

2 23,42

3 25,08

4 28,80 2

5 29,11

6 32,34

7 39,38 3

8 44,31

9 45,58

10 48,95 4

11 50,01

12 64,52

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47

Tabla 15. Promedio semanal de turbidez del agua cruda

Semana Promedio

turbidez del agua cruda, NTU

1 23,15

2 30,08

3 43,09

4 54,49

3.3.2. Resultados de la prueba de jarras para el PAC líquido

Tabla 16. Prueba de jarras para el PAC líquido

Turbidez

agua cruda,

NTU

pH agua

cruda

coagulante

ppm

Turbidez

final, NTU pH final

23,15 8,08 30,00 1,99 7,40

30,08 8,14 40,00 2,03 7,48

43,09 7,99 53,33 2,37 7,41

54,49 8,10 60,00 2,41 7,18

Figura 6. Turbidez vs dosis de coagulante PAC líquido

y = -0,019x2 + 2,431x - 16,03R² = 1

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60

Do

sis

de

coag

ula

nte

, pp

m

Turbidez, NTU

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48

3.3.2.1. Resultados de la prueba de jarras para floculante Interpc 50

Tabla 17. Prueba de jarras PAC líquido y floculante interpc 50

Turbidez

inicial,

NTU

pH inicial

Dosis de

floculante

ppm

Turbidez

final,

NTU

pH final

23,15 8,08 0,33 1,91 7,45

30,08 8,14 0,47 1,92 7,53

43,09 7,99 0,60 1,92 7,50

54,49 8,10 0,60 1,85 7,40

Figura 7. Turbidez vs dosis de floculante interpc 50

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0 10 20 30 40 50 60

Do

sis

de

flo

cula

nte

, pp

m

Turbidez, NTU

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49

3.3.2.2. Resultados de la prueba de jarras para el floculante N8110

Tabla 18. Prueba de jarras para el PAC líquido y el floculante N8110

Turbidez

inicial,

NTU

pH inicial

Dosis de

floculante

ppm

Turbidez

final, NTU pH final

23,15 8,08 0,2 1,65 7,466

30,08 8,14 0,2 0,94 7,484

43,09 7,99 0,2 1,94 7,561

54,49 8,10 0,2 1,93 7,434

Figura 8. Turbidez vs dosis de floculante N8110

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0 10 20 30 40 50 60

Do

sis

flo

cula

nte

, pp

m

Turbidez, NTU

Series1

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50

3.3.3. Resultados de la prueba de jarras para el PAC sólido

Tabla 19. Prueba de jarras para el PAC sólido

Turbidez

inicial,

NTU

pH inicial

Dosis de

coagulante,

ppm

Turbidez

final,

NTU

pH final

23,15 7,984 20 1,28 7,446

30,08 8,144 30 1,45 7,499

43,09 7,653 30 1,74 7,449

54,49 7,998 40 1,97 7,289

Figura 9. Turbidez vs dosis de coagulante PAC sólido

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50 60

Do

sis

de

Co

agu

lan

te, p

pm

Turbidez, NTU

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51

3.3.3.1. Resultados de la prueba de jarras para el floculante Interpc 50

Tabla 20. Prueba de jarras para el PAC sólido y el floculante Interpc 50

Turbidez

inicial,

NTU

pH inicial

Dosis de

floculante,

ppm

Turbidez,

final NTU

pH final

23,15 7,984 0,2 1,07 7,438

30,08 8,144 0,2 0,87 7,460

43,09 7,653 0,3 1,78 7,429

54,49 7,998 0,3 1,57 7,169

Figura 10. Turbidez vs dosis de floculante interpc 50

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 10 20 30 40 50 60

Do

sis

de

flo

cula

nte

, pp

m

Turbidez, NTU

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52

3.3.3.2. Resultados de la prueba de jarras para el floculante N8110

Tabla 21. Prueba de Jarras para el PAC sólido y el floculante N8110

Turbidez

inicial,

NTU

pH inicial

Dosis de

floculante,

ppm

Turbidez,

final NTU

pH final

23,15 7,984 0,20 0,71 7,530

30,08 8,144 0,20 0,81 7,493

43,09 7,653 0,20 1,63 7,361

54,49 7,998 0,47 1,54 7,315

Figura 11. Turbidez vs dosis de floculante N8110

3.4. Porcentaje de remoción de turbidez

El porcentaje de remoción se calculó mediante la ecuación 6.

%𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 =𝑇𝑖−𝑇𝑓

𝑇𝑖∗ 100 (6)

Dónde: Ti = Turbidez del agua cruda (NTU)

Tf = Turbidez final del agua (NTU)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0 10 20 30 40 50 60

Do

sis

de

flo

cula

nte

, pp

m

Turbidez, NTU

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53

Cálculo modelo

%𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 =(23,15−1,99)𝑁𝑇𝑈

23,15 𝑁𝑇𝑈∗ 100

%𝑅𝑒𝑚𝑜𝑐𝑖ó𝑛 = 91,40 %

Tabla 22. Porcentajes de remoción de los dos coagulantes

Turbidez

del agua

cruda,

NTU

Dosis de coagulante, ppm Turbidez final, NTU % Remoción

PAC

líquido(actual)

PAC

(sólido)

PAC

líquido(actual)

PAC

(sólido)

PAC

l

PAC

S

23,15 30 20 1,99 1,28 91 94

30,08 40 30 2,03 1,45 93 95

43,09 53 30 2,37 1,74 94 96

54,49 60 40 2,41 1,97 96 96

Tabla 23. Porcentajes de remoción utilizando los dos floculantes

Turbidez

inicial,

NTU

Turbidez

final,

NTU

Porcentaje de Remoción,

%

PAC líquido PAC sólido

Polímero

interpc

50,ppm

N8110,

ppm

Polímero

interpc

50, ppm

N8110,

ppm

Polímero

interpc

50

N8110 Polímero

interpc

50

N8110

23,15 1,91 1,65 1,07 0,71 92 93 95 97

30,08 1,92 0,94 0,87 0,81 94 97 97 97

43,09 1,92 1,94 1,78 1,63 96 95 96 96

54,49 1,85 1,93 1,57 1,54 97 96 97 97

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54

3.5. Cálculo de la cantidad de coagulante a escala de Refinería

ppm a dosificar 30 ppm

Tiempo de consumo de 1 tanque 4 h.

Caudal de Agua a tratar 420 m3/h.

Densidad del coagulante 1,33 g/mL= 1,33 kg/L

3.5.1 Cálculo modelo para la cantidad de Policloruro de Aluminio (PAC líquido)

30 𝑔

𝑚3 𝑥 420

𝑚3

ℎ 𝑥 4 ℎ 𝑥

𝑘𝑔

1000 𝑔= 50.4 𝑘𝑔

𝑉 =𝑚

𝑑=

50.4 𝑘𝑔

1,33𝑘𝑔𝐿

= 37,9 𝐿 = 38 𝐿

Tabla 24. Resultados de la cantidad de coagulante PAC líquido actual a utilizar

Turbidez agua

cruda, NTU

Mejor dosis de

coagulante, ppm

Cantidad de

coagulante, litros

23,15 30 38

30,08 40 51

43,09 53 67

54,49 60 76

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55

Tabla 25. Resultados de la cantidad de floculante Inter pc 50 actual a utilizar

Turbidez

agua cruda,

NTU

Dosis de

floculante

ppm

Cantidad de

floculante,

litros

23,15 0,33 0,4

30,08 0,47 0,5

43,09 0,60 0,7

54,49 0,60 0,7

Tabla 26. Resultados de la cantidad de PAC sólido a utilizar

Turbidez

inicial,

NTU

Mejor

dosis de

coagulante,

ppm

Cantidad

de

coagulante,

kg

23,15 20,00 33,6

30,08 30,00 50,4

43,09 36,67 61,6

54,49 40,00 67,2

Tabla 27. Resultados de la cantidad de floculante N8110 a utilizar

Turbidez

inicial,

NTU

Dosis de

floculante,

ppm

Cantidad

de

floculante,

kg

23,15 0,20 0,336

30,08 0,20 0,336

43,09 0,20 0,336

54,49 0,47 0,784

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56

3.6. Velocidad de agitación y tiempo de floculación

Para obtener los valores de velocidad de agitación se requiere conocer el gradiente de

velocidad asociado a la intensidad de la mezcla, dado que el crecimiento del floc depende

en gran medida del contacto entre las partículas de mayor diámetro que a su vez es

inducido por el gradiente de velocidad de la fase líquida. Sin embargo, para el proceso

se determina el grado de intensidad de la mezcla se calcula en función de las revoluciones

por minutos producida por los agitadores, tal y como muestra la ecuación 5.

𝑟𝑝𝑚 = 3 × 𝐺45

Dónde:

G: Gradiente de velocidad

Cálculo modelo

𝑟𝑝𝑚 = 3 × (30𝑠−1)45

𝑟𝑝𝑚 = 46 𝑟𝑝𝑚

Tabla 28. RPM para los gradientes seleccionados

G rpm

30 46

20 33

10 19

Tabla 29. Resultados para diferentes intensidades de agitación para las condiciones

actuales

Tiempo de

mezcla

lenta, min

Turbidez,

NTU

46 rpm

Turbidez,

NTU

33 rpm

Turbidez,

NTU

19 rpm

7 2,76 3,88 7,45

13 1,95 2,24 2,48

20 2,27 2,57 2,30

27 1,92 2,46 2,10

33 2,17 2,01 1,89

40 2,33 2,42 2,54

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57

Figura 12.Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para las condiciones actuales

Tabla 30. Resultados para diferentes intensidades de agitación para el PAC líquido

y el floculante N8110

Tiempo de

mezcla

lenta, min

Turbidez,

NTU

46 rpm

Turbidez,

NTU

33 rpm

Turbidez,

NTU

19 rpm

7 3,18 3,36 6,05

13 1,36 2,23 3,41

20 2,55 1,39 2,44

27 1,53 1,18 2,06

33 1,39 0,94 1,76

40 0,85 1,32 1,51

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Tíu

rbid

ez, N

TU

Tiempo, min

46 rpm

33 rpm

19 rpm

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58

Figura 13. Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para el PAC líquido y el floculante N8110

Tabla 31. Resultados para diferentes intensidades de agitación para el PAC sólido

y el floculante Interpc50

Tiempo de

mezcla

lenta, min

Turbidez,

NTU

46 rpm

Turbidez,

NTU

33 rpm

Turbidez,

NTU

19 rpm

7 6,71 6,87 9,83

13 5,23 4,29 4,41

20 2,30 2,57 3,76

27 2,17 1,59 2,21

33 1,42 1,18 2,03

40 1,92 1,97 1,34

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Turb

idez

, NTU

Tiempo, min

19 rpm

46 rpm

33 rpm

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59

Figura 14. Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para el PAC sólido y el Interpc 50

Tabla 32. Resultados para diferentes intensidades de agitación para el PAC sólido

y el N8110

Tiempo de

mezcla

lenta, min

Turbidez, NTU

19 rpm

Turbidez, NTU

46 rpm

Turbidez, NTU

33 rpm

7 11,74 9,83 10,04

13 6,13 4,41 5,51

20 4,26 3,76 3,37

27 3,22 2,06 2,29

33 2,23 1,83 1,44

40 2,06 1,03 1,21

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

0 10 20 30 40 50

Turb

idez

Tiempo, min

46 rpm

33 rpm

19 rpm

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60

Figura 15. Tiempo de floculación vs turbidez para diferentes velocidades de

agitación para el PAC sólido y el N8110

3.7. Tiempo de sedimentación

3.7.1. Resultados de las pruebas de sedimentación. Los valores de turbidez disminuyen

en la medida que aumenta el tiempo de sedimentación, dado que se alcanza una

aglutinación de las partículas a sedimentar, en el tiempo esperado.

Tabla 33. Tiempo de sedimentación para las condiciones actuales de la empresa

Fecha 09/03/17

Turbidez inicial, NTU 57,35

pH 7,985

Coagulante PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

Floculante Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Dosis de coagulante,

ppm

50 50 50 50 50 50

Dosis de floculante, ppm 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50

Turb

idez

NTU

Tiempo, min

19 rpm

46 rpm

33 rpm

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61

Continuación tabla 33

Jarra N° 1 2 3 4 5 6

velocidad de mezcla

rápida, rpm

100 100 100 100 100 100

velocidad de mezcla

rápida, rpm

40 40 40 40 40 40

Tiempo de

sedimentación, min

1 5 10 20 30 60

Turbidez final, NTU 33,05 8,69 2,90 1,36 1,05 1,32

Figura 16.Tiempo de sedimentación con las condiciones actuales de la Empresa vs

turbidez final

Tabla 34. Tiempo de Sedimentación utilizando PAC líquido y el floculante N8110

Fecha 09/03/17

Turbidez inicial, NTU 57,35

pH 7,985

Coagulante

PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

PAC

líquido

Floculante N8110 N8110 N8110 N8110 N8110 N8110

Dosis de coagulante, ppm 50 50 50 50 50 50

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70

Turb

idez

fin

al (

NTU

)

Tiempo de sedimentación (min)

Tiempo de sedimentación vs Turbidez final

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62

Continuación tabla 34

Dosis de floculante, ppm 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

Jarra N° 1 2 3 4 5 6

velocidad de mezcla

rápida, rpm 100 100 100 100 100 100

velocidad de mezcla

rápida, rpm 40 40 40 40 40 40

Tiempo de

sedimentación, min 1 5 10 20 30 60

Turbidez final, NTU 26,40 4,03 1,99 1,73 0,67 0,59

Figura 17. Tiempo de Sedimentación utilizando PAC líquido y el floculante N8110

vs turbidez final

Tabla 35. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el polímero floculante

líquido

Fecha 02/03/17

Turbidez inicial, NTU 37,2

pH 8,445

Coagulante

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70

Turb

idez

fin

al (

NTU

)

Tiempo de sedimentación (min)

Tiempo de sedimentación(PAC líquido- floculante N8110) vs turbidez final

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63

Continuación tabla 35

Floculante

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc

50

Polímero

interpc 50

Dosis de coagulante,

ppm 30 30 30 30 30 30

Dosis de floculante,

ppm 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

Jarra N° 1 2 3 4 5 6

velocidad de mezcla

rápida, rpm 100 100 100 100 100 100

velocidad de mezcla

rápida, rpm 40 40 40 40 40 40

Tiempo de

sedimentación, min 1 5 10 20 30 60

Turbidez final,NTU 12,24 5,93 2,17 1,33 1,02 0,66

Figura 18. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el polímero floculante

líquido vs turbidez final

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20 30 40 50 60 70

Turb

idez

fin

al (

NTU

)

Tiempo de sedimentación (min)

Tiempo de sedimentación(PAC -polímero floculante líquido) vs turbidez final

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64

Tabla 36. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el floculante N8110

Fecha 02/03/17

Turbidez inicial, NTU 37,2

pH 8,445

Coagulante

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

PAC

sólido

Floculante N8110 N8110 N8110 N8110 N8110 N8110

Dosis de coagulante, ppm 30 30 30 30 30 30

Dosis de floculante, ppm 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

Jarra N° 1 2 3 4 5 6

velocidad de mezcla rápida,

rpm 100 100 100 100 100 100

velocidad de mezcla rápida,

rpm 40 40 40 40 40 40

Tiempo de sedimentación,

min 1 5 10 20 30 60

Turbidez final, NTU 9,46 2,06 1,51 1,01 0,84 0,53

Figura 19. Tiempo de sedimentación utilizando PAC sólido y el floculante N8110

vs turbidez final

0123456789

10

0 10 20 30 40 50 60 70

Turb

idez

fin

al (

NTU

)

Tiempo de sedimentación (min)

Tiempo de sedimentación (PAC sólido- floculante N8110) vs turbidez final

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65

Tabla 37. Comparación entre conjunto coagulante- floculante utilizado

actualmente en la Empresa y el conjunto coagulante-floculante sólidos

Coagulante PAC líquido PAC líquido PAC sólido PAC sólido

Floculante Polímero

interpc 50

N8110 Polímero

interpc 50

N8110

Tiempo de

sedimentación,

min

20 8,33 10 5

3.8. Dosificación de productos desinfectantes

3.8.1. Dosificación de cloro gaseoso.

Tabla 38. Resultados de la dosis de cloro suministrada en la desinfección del agua

N° Dosis de cloro gaseoso, lb/día

80,00 100,00 120,00 130,00 150,00

1

Cloro libre

residual,

ppm

0,07 0,07 0,7 0,7 0,5

2 0,07 0,1 0,6 0,3 0,4

3 0,06 0,2 0,8 0,4 0,4

Promedio 0,07 0,12 0,70 0,47 0,43

Varianza 0,000033 0,0046 0,0100 0,0433 0,0033

Desviación

estándar 0,0058 0,0681 0,1000 0,2082 0,0577

Tabla 39. Cloro libre residual promedio

Dosis de

cloro

gaseoso,

lb/día

Cloro

libre

residual,

ppm

80,00 0,07

100,00 0,12

120,00 0,70

130,00 0,47

150,00 0,43

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66

Figura 20.Resultados de la dosis de cloro suministrada en la desinfección del agua

En la figura 20 se muestra el breakpoint (punto de quiebre) obtenido con el suministro de

la dosis de cloro gaseoso en el agua tratada, y este valor corresponde al mínimo de la

curva. La menor cantidad de cloro libre residual determinada es 0,43 mg/l, según el punto

de quiebre y como lo establece la norma INEN 1108.

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 110,00 120,00 130,00 140,00 150,00 160,00

Clo

ro li

bre

res

idu

al, p

pm

Dosis de cloro gaseoso, lb/día

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67

3.8.2. Dosificación de hipoclorito de calcio

Tabla 40. Dosificación del hipoclorito de calcio

N° Dosis de hipoclorito de calcio, ppm

0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80 3,20 3,60 4,00

1

Cloro

libre

residual,

ppm

0,07 0,15 0,25 0,30 0,15 0,25 0,30 0,50 0,60 0,70

2 0,05 0,07 0,10 0,15 0,30 0,45 0,20 0,30 0,40 0,50

3 0,07 0,10 0,20 0,30 0,50 0,35 0,40 0,45 0,50 0,60

Promedio 0,06 0,11 0,18 0,25 0,32 0,35 0,30 0,42 0,50 0,60

Varianza 0,0001333 0,0016333 0,0058333 0,0075 0,0308333 0,01 0,01 0,0108333 0,01 0,01

Desviación

estándar 0,011547 0,0404145 0,0763763 0,086603 0,1755942 0,1 0,1 0,1040833 0,1 0,1

.

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68

3.8.3. Dosificación de hipoclorito de sodio

Tabla 41. Dosificación del hipoclorito de sodio

N° Dosis de hipoclorito de calcio, ppm

0,40 0,80 1,20 1,60 2,00 2,40 2,80 3,20 3,60 4,00

1

Cloro

libre

residual,

ppm

0,01 0,01 0,03 0,05 0,07 0,40 0,35 0,30 0,07 0,05

2 0,01 0,02 0,03 0,05 0,06 0,10 0,40 0,25 0,15 0,07

3 0,02 0,03 0,03 0,05 0,07 0,10 0,40 0,35 0,15 0,07

Promedio 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,20 0,38 0,30 0,12 0,06

Varianza

3,33333E-

05 0,0001 0,00 0,00 3,33333E-05 0,03 0,0008333 0,0025 0,0021333 0,0001333

Desviación

estándar 0,00577 0,01 0,00 0,00 0,00577 0,17320 0,0288675 0,05 0,046188 0,011547

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69

Tabla 42. Promedios de cloro libre residual con hipoclorito de calcio

Figura 21. Cloro libre residual para diferentes dosis de hipoclorito de calcio

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

Clo

ro li

bre

res

idu

al, p

pm

Hipoclorito de Calcio, ppm

Dosis

de

hipoclorito

de calcio,

ppm

Cloro

libre

residual,

ppm

0,40 0,06

0,80 0,11

1,20 0,18

1,60 0,25

2,00 0,32

2,40 0,35

2,80 0,30

3,20 0,42

3,60 0,50

4,00 0,60

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Tabla 43. Promedio cloro libre residual hipoclorito de sodio

Dosis

hipoclorito

de sodio,

ppm

Cloro

libre

residual,

ppm

0,40 0,01

0,80 0,02

1,20 0,03

1,60 0,05

2,00 0,07

2,40 0,20

2,80 0,38

3,20 0,30

3,60 0,12

4,00 0,06

Figura 22. Cloro libre residual para diferentes dosis de hipoclorito de sodio

Tabla 44. Resultados del análisis microbiológico para las mejores condiciones de

desinfección

Parámetro Unidades Resultado Norma INEN

1108

Coliformes fecales ufc/100ml <1 <1

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

Clo

ro li

bre

res

idu

al, p

pm

Hipoclorito de Sodio, ppm

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4. DISCUSIÓN

Los resultados de la caracterización del agua cruda, que se muestran en la tabla 2,

indican que la turbidez es de 10,54 NTU lo cual está por encima de la norma INEN

1108 que establece que se debe encontrar en un valor de máximo 5NTU. Al

enfocarnos en el monitoreo diario de este parámetro, se observó que, presenta

muchas variaciones, ya que está influenciada por las condiciones climatológicas,

desde 20,95 NTU hasta 74,13 NTU como se observa en la tabla 5. Además, según

la tabla 7, el mayor porcentaje de las mediciones de turbidez se encuentra en los

siguientes valores, en el 30 % de los días se encuentra en un intervalo de 20-30

NTU, 23,33 % se encuentra entre 40,01 NTU y 50 NTU, el 16,66 % están entre

30,01 NTU y 40 NTU.

En el monitoreo diario de la turbidez del agua tratada, encontramos que el 70% de

las mediciones, se encuentra entre 5,01 y 13,11 NTU, incumpliendo la norma

INEN 1108 y sólo en el 30% de días, se presentan valores menores a 5 NTU como

se puede apreciar en la tabla 10.

En la caracterización del agua tratada se pudo evidenciar que el valor de cloro

libre residual fue de 0,07 mg/l, al utilizar de 80-100 lb/día de cloro gaseoso, es

decir estuvo fuera del rango establecido por la norma que es 0,3-1,5 mg/l, tal como

se exponen en la tabla 3. Finalmente se logra que el agua tratada entre en la norma

al utilizar 120 lb/día de cloro gaseoso.

Actualmente en la Refinería se emplean aproximadamente 50 litros de coagulante

y 4 litros de floculante por cada turno de 8 horas, sin considerar la turbidez del

agua cruda según la tabla 2. Mediante pruebas de jarras se determinó las dosis de

PAC líquido y polímero interpc 50 para valores de turbidez promedio,

construyendo así una curva que se muestra en las figuras 4 y 5, donde observamos

que, al incrementar la turbidez del agua cruda, se requiere mayor cantidad de

químicos, pues es necesario aplicar desde 30 a 60 ppm de coagulante, es decir de

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38 a 76 litros según la tabla 26 y desde 0,33 a 0,60 ppm que equivalen a 0,5 hasta

0,7 litros de floculante según la tabla 27.

En la tabla 16 se observan los resultados de remoción de la turbidez del agua, con

los dos coagulantes PAC líquido y sólido respectivamente, donde para los mismos

valores de turbidez con el sólido se obtiene un porcentaje de remoción del 94 al

96%, con menor dosificación de coagulante. Además de que se obtienen valores

de turbidez menores a 2 NTU sin agregar floculante, mientras que con el

coagulante líquido para alcanzar estos valores necesariamente se debe utilizar el

floculante.

La intensidad de agitación adecuada para el proceso de clarificación es de 46 rpm,

y se debe tener presente que este valor no sobrepase 50 rpm, pues se produciría el

rompimiento de los flóculos y aumentaría la turbidez del agua. Estos resultados

se pueden apreciar en las tablas 30, 31 y 32.

Mediante las pruebas de jarras se determinó que el tiempo de floculación se podría

reducir a 27 minutos, para garantizar valores de turbidez menores o iguales de 2

NTU, ya que este es el valor del parámetro que maneja la Refinería, según las

tablas 30, 31 y 32.

Se realizaron pruebas utilizando dos agentes desinfectantes, el hipoclorito de

calcio y el hipoclorito de sodio. Al utilizar el hipoclorito de calcio, se obtuvo que

con una dosis de 2,00 ppm los valores de cloro libre residual ingresan en el rango

establecido por la norma INEN 1108. Mientras que con el hipoclorito de sodio es

necesario aplicar 2,80 ppm del mismo para que el agua tratada cumpla con la

norma.

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5. CONCLUSIONES

El agua cruda, proveniente del Río Esmeraldas, presenta altos valores de turbidez

y coliformes fecales, por lo tanto, es necesario su tratamiento pues no cumple con

las condiciones de la norma INEN 1108 para que sea apta para consumo humano.

El agua clarificada de la Refinería Esmeraldas no cumple con los valores de

turbidez señalados por la norma INEN 1108 pues presenta más de 5 NTU que es

el límite máximo establecido.

El coagulante PAC líquido en conjunto con el polímero floculante, utilizados

actualmente en Refinería Esmeraldas, garantizan más del 90 % de remoción de la

turbidez del agua cruda, debido a que se logró disminuir valores de turbidez que

se encontraban entre 23,15 y 54,49 NTU hasta un aproximado de 2 NTU.

El coagulante PAC sólido, se logra remover más del 90 % de la turbidez, con dosis

desde 20 a 40 ppm, y obtener valores de turbidez final menores de 2 NTU, el cual

es el valor requerido por la empresa, aplicando menores dosis del químico y

omitiendo el uso del floculante.

Al utilizar el hipoclorito de calcio para el proceso de desinfección del agua, se

logra que los valores de cloro libre residual estén dentro de la norma INEN 1108

con una dosis de 2,00 ppm, mientras que con hipoclorito de sodio se requiere una

dosis mayor de 2,80 ppm.

La intensidad de agitación adecuada para el proceso de clarificación es de 46 rpm,

hasta 50 rpm.

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6. RECOMENDACIONES

Establecer un programa de monitoreo para la turbidez del agua cruda, de forma

tal que se administre la cantidad correcta de químicos, y evitar que el agua

incumpla los requisitos de agua potable.

Proponer el uso del coagulante PAC sólido, pues al utilizarlo se alcanzan valores

de turbidez menores que 2 NTU, garantizando así, que este parámetro permanezca

dentro de los límites permitidos por la norma INEN 1108. Además, se podría

omitir el uso de floculante, lo cual constituye un beneficio económico.

Implementar el análisis microbiológico en el laboratorio, pues es de suma

importancia controlar frecuentemente que el agua cumpla con estos parámetros,

ya que es utilizada por los trabajadores de toda la empresa.

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CITAS BIBLIOGRÁFICAS

Arboleda, J. (2000). Teoría y Práctica de la Purificación del agua. Santa Fe de Bogotá.

Benschoten, V., & Edzwald. (1990). Aspectos químicos de la coagulación con sales de

aluminio: Reacción hidrolítica del alumbre y el policloruro de aluminio.

Investigación del agua (Water Research), 1519-1526.

CCC. (2003). Cloración del agua potable. Ontario.

CEPIS. (2002). Operación y mantenimiento de plantas de tratamiento de agua. Lima.

Cogollo. (2011). Clarificación de aguas usando coagulantes polimerizados: caso del

hidróxicloruro de aluminio . Revista DYNA, 18-27.

EP Petroecuador. (2016). Evaluación del sistema de dosificación de los clarificadores.

Esmeraldas.

EPA. (2011). Manual de Tratamiento de Agua: Desinfección. Irlanda.

Gafari, & al, e. (2008). Aplicación de la Metodología de Superficie de Respuesta (MSR)

para optimizar la coagulación-floculación en el tratamiento por lixiviación

utilizando policloruro de alumino (PAC) y alumbre. Journal of Hazardous

Materials, 650-656.

HEP. (1999). La desinfección del agua. Washington DC.

IMTA. (1991). www.ircwash.org/sites/default/files/245.11-91AD-9089.pdf. Recuperado

el 25 de 04 de 2017, de www.ircwash.org/sites/default/files/245.11-91AD-

9089.pdf: http://www.ircwash.org/sites/default/files/245.11-91AD-9089.pdf

LENNTECH. (2016). Water Treatment. Obtenido de

http://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/quimica/desinfectantes-

hipoclorito-de-sodio.htm

LENNTECH. (2016). Water Treatment. Obtenido de

http://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/quimica/desinfectantes-

hipoclorito-de-sodio.htm

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76

Nuñez, M. (2015). Definición de opciones de mejora en una planta de agua potable.

Universidad Central del Ecuador.

OPS. (2007). Guía para la selección de sistema de desinfección. Lima: COSUME.

Quiminet. (1 de Septiembre de 2011). Quiminet.com. Obtenido de

http://www.quiminet.com/articulos/como-potabilizar-el-agua-a-base-de-

hipoclorito-de-calcio-2565509.htm

SENAGUA. (20 de Septiembre de 2012). Secretaría del Agua. Obtenido de

http://aplicaciones.senagua.gob.ec/servicios/descargas/archivos/download/Diagn

ostico%20de%20las%20Estadisticas%20del%20Agua%20Producto%20IIIc%20

2012-2.pdf

Shen, & Dempsey. (1998). Síntesis y especiación de polialuminio Cloruro para el

tratamiento del agua. . Ambiente Internacional, 899-910.

Spellman, & Drinan. (2004). Manual del Agua Potable. Zaragoza: Acribia S.A.

Vargas, L. (2004). Tratamiento de agua para consumo humano. Manual I: Teoría.

Lima.

Ye, & al., e. (2007). Efecto de alcalinidad en la coagulación con Policloruro de

aluminio. Los coloides y superficies : Aspectos de Ingeniería y Físico-químicos

(Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects), 163-173.

Zouboulis, & al, e. (2008). Un estudio sistemático para la caracterización de un nuevo

coagulante (Cloruro de silicato de polialuminio). Coloides y Superficies.

Aspectos Físico-Química e Ingeniería, 650 - 656.

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ANEXOS

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Anexo A. Certificado de conformidad de la empresa

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Anexo B. Recolección de muestras

Figura B.1. Toma de muestra de agua cruda

Figura B.2. Toma de muestra de agua clarificada

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Anexo C. Prueba de jarras

Figura C.1. Muestra de agua cruda

Figura C.2. Proceso de coagulación a escala de laboratorio

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Figura C.3. Floculación

Figura C.4. Sedimentación

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82

Anexo D. Determinación del pH del agua cruda y clarificada

Figura D.1. pH metro Metler Toledo

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Anexo E. Determinación de la turbidez del agua cruda y clarificada

Figura E.1. Turbidímetro HF Scientific

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84

Anexo F. Determinación de cloro libre residual en el agua tratada

Figura F.1. Kit de ensayos para el análisis colorimétrico del agua tratada

Figura F.2. Ensayos de colorimetría para el cálculo del cloro residual libre

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85

Anexo G. Dosificación de cloro en la planta

Figura G.1. Dosificador de cloro gaseoso controlado mediante un rotámetro

Figura G.2. Cilindro de cloro gaseoso

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86

Anexo H. Clarificadores de agua cruda

Figura H.1. Los clarificadores de agua cruda Y-ME3001A y Y-ME3001B

Figura H.2. Clarificadores de agua cruda vista superior

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Anexo J. Resultados del análisis microbiológico del agua clarificada

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Anexo K. Resultados microbiológicos para las mejores condiciones de desinfección

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Anexo L. Norma INEN 1108: Agua Potable. Requisitos

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