Tratamiento de Aguas Industriales

Análisis Especiales en Cuerpos de Agua

Además de los principales parámetros a analizar en cualquier cuerpo de agua, existen otros análisis que no se pueden determinar por titulación debido a su complejidad y tiempo. Se recurre a los métodos colorimétricos y espectrométricos para simplificar su determinación. Por medio de estos análisis se puede determinar: hierro total, sílice, sulfatos, nitratos, nitritos, cobre, cloro libre, etc.

Colorimetría

Es una técnica instrumental que tiene por objeto determinar la absorción de luz visible por una muestra, que puede ser una sustancia pura o una disolución. Para lograr ello, se requiere que el equipo tenga los siguientes componentes: fuentes de radiación, sistema dispersivo (muestra), detector (fototubo) y sistema de medida de absorción. La absorción de luz en cualquier campo del espectro está regida por la ley de Lambert-Beer.

Tipos de Calderas Acuotubulares

• Tipo A: El tambor superior es más grande para permitir la separación. La mayor parte de la producción de vapor ocurre en los tubos centrales que penetran en el tambor.
• Tipo O: El transporte limita la altura del horno, por eso, a igual capacidad, hace falta una caldera más larga.
• Tipo D: Permite mayor flexibilidad. Los tubos ascendentes más activos entran al tambor cerca del nivel de agua.

Clasificación de Calderas

• Acuotubulares (Tubos de Agua): Están compuestas por tambores y tubos. Por los tubos circula el agua y en los domos superiores se genera el vapor, donde se produce la separación. La mayoría de los acuotubulares son de circulación natural y están diseñados para trabajar a altas presiones.
• Pirotubulares: Consisten en hacer pasar los gases calientes por el interior de los tubos situados dentro de una carcasa llena de agua. Son adecuadas en plantas donde la demanda de vapor es baja y no se necesita ninguna aplicación de turbinas de vapor. Tienen la ventaja de almacenar gran cantidad de agua y regular cambios repentinos de la demanda de vapor. En el lado del agua se generan dos fases. Pueden ser de un paso hasta cuatro.

Generalidades de las Calderas

En una caldera, el agua se convierte en vapor. El vapor se emplea como medio para transferir energía al punto de uso. En la economía actual, la caldera tiene que proporcionar eficiencia y fiabilidad máxima al mínimo costo. Las calderas se pueden clasificar según las siguientes características: uso, presión, material, tamaño, contenido de tubos y combustión.

Tratamientos Químicos del Agua en Calderas

Hidracina

Reacciona lentamente a bajas temperaturas (inferiores a 150 °C). A temperaturas del agua o vapor de la caldera, se descompone formando amoníaco, que es corrosivo para metales amarillos. Fomenta la pasivación del metal hasta cierto grado. Es carcinogénica para el ser humano y medioambientalmente tóxica. Se puede emplear a todas las presiones de operación. Reacciona directamente con el oxígeno como sigue:

Reacción: N₂H₄ + O₂ → N₂ + 2H₂O

Reacción de descomposición: 2N₂H₄ + Calor + 2H₂O → 4NH₃ + O₂

Sulfito de Sodio

Para muchas aplicaciones de calderas industriales, constituye un eliminador fácilmente controlable. Reacciona directamente con el oxígeno disuelto:

2Na₂SO₃ + O₂ → 2Na₂SO₄

Hacen falta 8 ppm de sulfito de sodio para reaccionar con 1 ppm de oxígeno disuelto. Se puede emplear catalizado o sin catalizar. Las velocidades de reacción del sulfito aumentan con la temperatura. Su principal limitación es la presión. A 6000 psig se descompone en H₂S y SO₂, que son corrosivos.

Desaireación Química

Objetivos:

• Complementar la eliminación mecánica.
• Reducir la concentración de materias corrosivas.
• Reducir la generación de productos de la corrosión.
• Reducir el transporte de productos de la corrosión al interior de la caldera.
• Pasivar las superficies.

Removedores de oxígeno disuelto: Retiran el remanente de oxígeno que no es eliminado en el desaireador. Ejemplos: sulfito de sodio, hidracina, hidroquinona, carbohidracida, dietilhidroxilamina.

Tipos de Desaireadores

Desaireador Tipo Atomizador

El agua es pulverizada en el condensador a una atmósfera de presión. La pulverización se logra con válvulas de resorte que distribuyen el agua de manera uniforme y en pequeñas partículas, hasta que su temperatura no se diferencie del vapor en 1.1 a 1.7 °C. El agua precalentada se dirige al atomizador y cae sobre el chorro de vapor a alta velocidad, que la atomiza en partículas o niebla pesada. El agua desaireada cae en la sección de almacenaje, donde ya está disponible para su uso.

Desaireador Tipo Bandeja

El agua es pulverizada en la sección de desaireación. El agua se calienta hasta que su temperatura no se diferencie del vapor en más de 0.6 a 2 °C, eliminándose cerca del 95% del oxígeno y CO₂ libres. El agua cae sobre una serie de bateas distribuidoras para luego caer uniformemente sobre una serie de bandejas colocadas abajo. El agua cae en cascada formando películas delgadas y uniformes. El vapor entra por el nivel más bajo de las bandejas, poniéndose en contacto con ellas y despojando los incondensables.

Tipos de Desaireación

1. Desaireación Mecánica: Tipo bandeja, tipo atomizador.
2. Desaireación Química: Removedores de oxígeno.

Desaireación: Conceptos Clave

1. Es el proceso de retirar la mayor parte del oxígeno disuelto del medio.
2. Debido a la tendencia corrosiva del oxígeno, el agua de alimentación es desaireada.
3. La corrosión es un proceso electroquímico, entonces se forman dos áreas, anódicas y catódicas, en la misma superficie del metal.
4. La profundidad de la corrosión depende del tamaño relativo de las áreas anódicas y catódicas.
5. Un área anódica pequeña y catódica grande produce una disolución concentrada de hierro en el ánodo para proveer electrones al cátodo más grande. El resultado es una picadura profunda en el ánodo.
6. Debido a los problemas que causa el oxígeno, se hace necesario retirarlo del sistema.

Objetivos del Tratamiento de Aguas Industriales

El objetivo del tratamiento de aguas con fines industriales es poder generar los volúmenes suficientes para su uso como agua de proceso en las diferentes etapas de la transformación de la materia prima; el agua para los equipos, los mismos que deben reunir requisitos físicos, químicos y microbiológicos compatibles con el equipo; y el volumen de agua para los aspectos normales, volumétricos y actividades domésticas para el interior de la planta industrial.

Fuentes de Agua y Requisitos

• Agua de proceso (utilizada en la fase de producción): Requisitos físicos, químicos y microbiológicos.
• Agua para equipos (calderas, enfriadores y otros): Requisitos físicos, químicos y microbiológicos.
• Agua de consumo humano.

Caudales de Tratamiento

Agua de proceso: Caudal (Q = m³/día) y/o el volumen (m³).

Los caudales de tratamiento son, para el caso del agua de proceso, una función de la cantidad de materia prima sujeta a transformación en los diferentes procesos y operaciones hasta tener el producto terminado. El volumen de agua también puede ser indicado en función al tiempo para toda la planta o, en su defecto, referido a la masa de materia prima transformada.

Aguas para Equipos

Las diferentes actividades económicas industriales dentro de la planta industrial tienen diferentes equipos que utilizan volúmenes de agua, que deben tener características particulares. Estos equipos generalmente son para otorgar diferentes servicios, como transferir el calor sensible del vapor de agua. Dentro del agua utilizada para los equipos de la planta de proceso, los volúmenes más importantes que se usan son para el caso de las calderas en diferentes potencias de AHP, los intercambiadores de calor y enfriadores.

Agua de Consumo Humano

El volumen de agua para consumo humano es calculado en función de la masa laboral existente en la planta, más los volúmenes necesarios para las actividades domésticas como son: riego de áreas verdes, jardines, acceso a puntos de agua en planta que permitan al trabajador de proceso y administrativos tener satisfechos todos sus requerimientos de agua.

Parámetros de Control

• Parámetros físicos
• Parámetros químicos
• Parámetros microbiológicos

Fuentes de agua: Ríos, embalses, pozos, manantiales = impurezas.