Clase agua 2020

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Agua Industrial. Agua de Alimentación a Calderas. Tratamiento 
El Agua
El agua es uno de los recursos naturales fundamentales, junto con el aire, la tierra y la energía constituyen los cuatro recursos básicos en los que se apoya el desarrollo. 
Sus estados de agregación: solida, líquida y gaseosa.
El Agua
Es el disolvente más comúnmente utilizado en operaciones físicas y procesos químicos
Muchas reacciones químicas ocurren en disolución con agua, así como es fundamental para su uso como agua potable y agente de limpieza.
El agua también experimenta muchas reacciones importantes.
El Agua
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS.
  
En su estado puro es incolora, inodora e insípida.
El valor del pH = 7 (neutro ) y se modifica de acuerdo a las impurezas que contenga. 
El agua en su estado sólido (hielo) tiene una densidad inferior a la del agua líquida, (0,92) y flota. 
El calor específico del agua es muy alto (1 cal/gr ºC o 1 Kcal/kg°C) 
El calor de vaporización del agua es un valor alto también: a 20 ºC hay que entregar 585 Kcal para evaporar un kg de agua. 
La conductividad térmica del agua es la mayor de todos los líquidos, con la única excepción del mercurio.
El Agua
FUENTES DE CAPTACION 
Las fuentes de agua pueden ser 
SUPERFICIALES
 y 
PROFUNDAS. 
El Agua
Las AGUAS SUPERFICIALES
Son muy poco mineralizadas, pero en su escurrimiento por pendientes y arroyos, ríos, lagos, adquiere las siguientes características: 
Son poco mineralizadas, su contenido de sales es bajo o muy bajo (200 ppm).
Tienen gran cantidad de materia orgánica.
Tienen gran cantidad de sólidos en suspensión.
Presentan alto contenido de O2. 
Se encuentran libres de CO2 o contienen cantidades pequeñas 
Hay una gran cantidad de materia orgánica presente.
Presenta compuestos de origen mineral como arcillas, factor fundamental de la turbiedad del agua. 
El Agua
 Las AGUAS PROFUNDAS 
son las que se encuentran en napas subterráneas, por lo general, presentan un bajo tenor de oxígeno disuelto. Pero Contienen gran cantidad de sólidos disueltos, Presentan aspecto límpido, claro, poca o nula de turbiedad y color. Además de contener elevado contenido de CO2 y pueden contener SH2.
El agua con el CO2 reacciona de la siguiente manera 
 CO2 + H2O ↔ CO3H2 ↔ CO3H- + H+
Por la acción del CO2 el Calcio y de magnesio se solubiliza bajo la forma de Bicarbonatos 
 CO3Ca + CO2 + H2O ------> (CO3H)2 Ca
	 CO3Mg + CO2 + H2O ------> (CO3H)2 Mg
El Agua
 El agua contiene tres estados de sustancias:
- Sustancias suspendidas (materias flotantes, en suspensión y precipitadas). 
Se eliminan por métodos físicos (filtrado).
- Coloides en suspensión (aceites, grasas, ácidos silíceos, arcillas, humus). 
Se eliminan mediante métodos físicos (clarificación).
Mucho mas pequeñas que sustancias suspendidas
- Sustancias puras diluidas
Su disolución es de carácter molecular, no pueden separarse por un proceso de decantación o filtración, se utilizan procesos químicos.
El Agua
 El agua contiene tres estados de sustancias:
 
- Sustancias puras diluidas. 
 
Principales cationes: Ba, Pb, Sr, Ni, Ca++, Mg++, Na+, Fe2+, H+, Cd, Cu, Co, Zn, Ag, K, Li, Fe, entre otros
Principales aniones: SO4=, Cl-, CO3H-, CO3-, NO3, Br, oxalato, I, CrO4 , SCN, HCOO (formiato), CH3COO (acetato), F, OH -.
Gases: O2, CO2, N2 e H2 en cantidades menores.
 
El Agua
 PROBLEMAS OCASIONADOS POR EL AGUA
 
 Los problemas ocasionados por el agua empleada en la industria, se deben en gran parte a los tipos y concentraciones de los sólidos y gases disueltos, así como los de materia en suspensión en el agua de reposición.
 
  La evaporación del agua en las calderas de vapor de proceso, y en los equipos de refrigeración por evaporación, aumenta el contenido de sólidos disueltos (sd) en el agua. Debido a la insolubilización 
Según cual sea la composición del agua de reposición y las condiciones operativas, este aumento de la concentración de (sd) puede ocasionar dos serios inconvenientes.
La formación de incrustaciones, o bien provocar la corrosión, a menos que se recurra a un correcto tratamiento del agua.
El Agua
 INCRUSTACIÓN
Se denominan así, a los depósitos cristalinos formados por la precipitación de material disuelto en el agua. 
Las incrustaciones más comunes son las de carbonatos de calcio y magnesio, hidróxido de magnesio, sulfatos y silicatos de calcio. 
La formación de incrustaciones depende de varias variables como la temperatura, la concentración de especies químicas incrustantes, pH, calidad de agua.
 No es deseable ya que provoca ua mayor resistencia a la transferencia de calor, mecánicamente y económicamente no es deseable
El Agua
 
Definamos el concepto de DUREZA
 
Por lo general se dice que el agua es dura cuando contiene una elevada concentración de calcio y magnesio. 
La dureza del agua es causada por la presencia de iones calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+) disueltos. Estos elementos cuando están presentes en el agua y se mezclan con la sal sódica del detergente, reaccionan formando sales insolubles que impiden la formación de espuma. 
Otros cationes como el aluminio (Al3+) y el hierro (Fe3+) pueden contribuir a la dureza, sin embargo su presencia es menos crítica.
 
Se conocen dos tipos de dureza: 
DUREZA TEMPORAL : SE VA CON EBULLICION
DUREZA PERMANENTE: NO SE VA CON EBULLICION
Dato: La dureza impide que se forme espuma
 
	Dureza	Tipo de agua
	< 10 ppm	blanda
	10 ppm a 50 ppm	intermedia
	> 50 ppm	dura
ppm (
ppm x
Es decir:
Contenido
Introducción
Desmineralización del agua
2.1 Desmineralización con resinas de intercambio iónico
2.2 Desmineralización por evaporación
3. Desaireación del agua
3.1 Desaireación Física
3.2 Desaireación Química
4.Tratamiento interno o químico del agua.
4.1 Tratamiento a base de fosfatos, cáusticos y captadores de oxígeno
4.2 Tratamientos a base de quelantes
5. Antiebullicivos
Uso de agua en la industria
Tienen parámetros diferentes:
 
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Agua industrial
Agua de alimentación a calderas
Agua de enfriamiento
Agua potable
Agua para incendio
Agua para procesos
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El agua usada en tratamientos proviene de varias fuentes de suministro. Algunas de ellas, en particular las aguas subterráneas y las aguas de lagos y embalses contienen algunas sales del agua natural, que se suelen denominar sales de dureza del agua, siendo las más comunes el calcio y el magnesio. Sin embargo, en muchos procesos existe la necesidad de reducir o eliminar en su totalidad estas sales de dureza. El término que se aplica para este proceso es Desmineralización, y consiste básicamente en el filtrado de estos minerales. Las sales del agua se denominan sólidos disueltos, y como tales requieren el uso de tecnologías para cambiar el estado de las sales del agua de soluble a insoluble, y por consiguiente, extraíbles.
A continuación, ofrecemos algunos ejemplos sobre los tipos de sistemas en los que Condorchem Envitech puede trabajar con el cliente para garantizar una solución correcta y rentable.
Resinas de intercambio de iones: Las resinas de intercambio iónico son materiales sintéticos, normalmente esferas de 0,5-1 mm de diámetro, diseñadas para el tratamiento industrial de aguas residuales. La composición real de resina se puede determinar para la aplicación del agua final y la naturaleza y el origen del agua a tratar.
En el proceso de desmineralización, el agua de entrada que tiene una concentración alta de sales (Ca2) y (Mg2) pasa a través de la resina de intercambio iónico. Esta resina suele ser de base salina, como el carbonato de sodio (Na2CO3). El Ca2 disuelto en el agua queda atrapado en la resina de intercambio iónico y en su lugar se liberan dos protones. Cuando la columna se agota, se regenera con un baño ácido que recarga la resina y libera todos los iones de Ca2 en un efluentede flujo lento. El agua resultante, ya sin las sales disueltas, queda desmineralizada. Una ventaja adicional del uso de resinas de intercambio iónico es que el material adicional potencialmente tóxico también es eliminado por la resina. En los casos en los que la fuente de agua de entrada sea el agua subterránea, si la fuente proviene de una tierra de cultivo intensivo o si se encuentra cerca de antiguas explotaciones mineras, puede contener toxinas como nitratos, plomo y mercurio, y aunque a niveles muy bajos, las resinas de intercambio iónico también eliminarán este material.
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Fuentes de agua
Aguas superficiales
Agua de ríos
Agua de lagos
Aguas subterráneas
Agua de mar
Impurezas contenidas en las aguas naturales
 
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Agentes de contaminación
Microorganismos
Sustancias químicas
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Se clasifican en
Microorganismos
Inorgánicos
arena
Orgánicos
Residuos veg. y anim.
Sólidos coloidales
< 0,2 mm
Sustancias disueltas 
Inorgánicos 
arcillas, sílice, hidróxidos de metales pesados
Orgánicos
taninos
Inorgánicos: cationes, aniones
Orgánicos
DQO, DBO
Gases
O2 (OD) , CO2
Sólidos en suspensión
Bacterias, hongos, virus, algas
Tratamiento del Agua de Alimentación a Calderas
A baja presión basta con un tratamiento de ablandamiento
A mayor presión se hace mas complicado
El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y accidentes. El objetivo principal del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera. El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua de la caldera se consigue 
Se debe cumplir los requerimientos de las normas, que definen los límites recomendados para los diferentes parámetros. 
https://es.scribd.com/presentation/244782554/Tratamiento-Agua-de-Calderas-UNT-2010-ppt 
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Objetivo principal Evitar problemas de corrosión e incrustaciones 
Objetivo de mantenimiento Fundamental para asegurar una vida útil larga del equipamiento
Tratamiento del Agua de Alimentación a Calderas
Pretratamiento o tratamiento externo del agua: desmineralización, ablandamiento, desaireación 
Tratamiento interno o químico: agregado de compuestos químicos para inhibir corrosión y formación de incrustación
Desmineralización del Agua
En calderas de grandes centrales eléctricas que trabajan a alta presión (P) (condiciones de alta P y alta temperatura) existe la necesidad de reducir o eliminar en su totalidad los sólidos disueltos (sales disueltas: iones catiónicos y aniónicos).
Principales iones disueltos en el agua: Na+, K+, Ca++, Mg++, CO3--, SO4--, NO3-, Cl-, etc.
Hay una gran cantidad de trazas de otros elementos.
Desmineralización
Intercambio Iónico
Evaporación
Ósmosis Inversa
Desmineralización con resinas de intercambio iónico
Resina Catiónica
Resina Aniónica
Agua a tratar
Agua desmineralizada
Es asi porque a la resina anionica hay que protegerla un poco mas
En planta piloto hay una resina de ciclo sodio para ablandamiento
Este método se usa para trabajos a altas presiones
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Desmineralización con resinas de intercambio iónico
Resina Catiónica
Se utiliza una resina de intercambio catiónica ácida (XH2)
A diferencia del ablandamiento, no es una resina sódica, sino que es de carácter ácido. En la sódica el elemento de intercambio es el sodio, en este caso es el H, entonces en este caso al liberar protones el agua se vuelve mas acida
El agua sale ácida y por lo tanto es corrosiva. 
Se regenera con una solución de H2SO4 (repongo los protones)
Hacer reacciones
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Desmineralización con resinas de intercambio iónico
Se utiliza una resina de intercambio aniónica de base fuerte oxhidrílica X(OH)2.
Se la regenera con una solución de NaOH. 
Los OH- se combinan con los H+ neutralizando el agua ácida. 
Resina Aniónica
Hacer reacciones
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Desmineralización con resinas de intercambio iónico
Lecho Catiónico
Agua a tratar
Agua desmineralizada
Lecho Aniónico
Lecho Mixto
Mejor resultado
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Desmineralización con resinas de intercambio iónico
El agua pura debido a que está muy poco disociada tiene una conductividad eléctrica de 0,8 x 10-6 mho/cm. Con iones tiene mayor conductividad electrica
Con el sistema de tres lechos: la conductividad es de 1 x 10-6 mho/cm.
Con el sistema de dos lechos: conductividad aproximada de 15 x 10-6 mho/cm.
 en omhs
Los tratamientos requieren un sistema de by-pass, asi cuando se agota una resina, entra a actuar otra
Vida útil de resinas:4 años aproximadamente
Algunas características del agua requerida por una caldera en función de su presión
	Presión de trabajo (ate)	20 a 30	40 a 65	105 a 140
	Oxígeno disuelto, ppm	< 0,040	< 0,007	< 0,005
	Sílice, mg SiO2/l	 90	 20	 1
	Conductividad,  mho/cm (a 25°C)	< 3000	< 1500	< 100
Desmineralización por Evaporación
Entrada de agua de alimentación (ablandada)
Vapor de calefacción
Condensado
TV
Purga de agua (desecho)
Agua destilada
(para alimentación de la caldera)
Condensador tubular
Agua de enfriamiento
Vapor de agua
Separador 
de gotas
Desaireación (Desgasificación) del Agua
Se usan dos procesos que se complementan:
Desgasificación física
Tratamiento químico 
Desgasificación Física
Venteo de vapor y gases arrastrados
Agua a desgasificar
Vapor de baja presión
P  1,2 ate
Agua desgasificada
Vapor arrastra los gases no condensados
Dsiminuye la presión del gas, y disminuye la cantidad del gas en fase liquida
Desgasificación Física
Desgasificación Química
Se agrega sulfito de sodio (SO3Na2).
Previene la fragilidad cáustica.
Tratamiento interno o químico del Agua
Agregado de sustancias al agua alimentada a la caldera que eliminan impurezas que pueden haber quedado en la misma. Además se pueden agregar sustancias que eviten la formación de espuma en la misma
Tratamiento a base de Fosfatos, Caústicos y Captadores de Oxígeno
Para resolver las incrustaciones (Ca, Mg, aplicable a calderas de baja presión)
10 Ca++ + 6 PO4=+ 2 OH-  3 [(PO4)2Ca3]Ca(OH)2
Hidroxiapatita
Forma un lodo suspendido en el agua, poco adherente, se elimina por purgas
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Tratamientos a Base de Quelantes
Los más usados son: 
EDTA (sales de sodio del ácido etilen diamino tetra acéticos) 
NTA (sales de sodio del ácido nitrilo triacético).
Se forman iones complejos con el Ca++ y Mg++
Los complejos son resultantes son solubles y dan ventajas para hacer mínima la purg
Es de mayor costo
Limitados a presiones inferiores a 1500 psig
Tratamiento a base de Fosfatos, Caústicos y Captadores de Oxígeno
Para lograr una disminución de la corrosión por el oxígeno disuelto se agregan los captadores o “secuestradores” de oxígeno, como el sulfito de sodio o la hidrazina (N2H4)
Corrosión por oxígeno
SO3Na2 + ½ O2 -------SO4 Na2 sulfito
N2H4 + O2 -----2 H2O + N2 hidrazina
Antiebullicivos
Evitan la ebullición tumultosa y los arrastres de agua por formación de espuma sobre la interfase agua-vapor. 
Más usados: poliamidas y polioxietilen glicoles.
Son complementarios de los métodos anteriores.
Resumen
Desmineralización del agua
2. Desaireación del agua
3.Tratamiento interno o químico del agua.
4. Antiebullicivos