OPS-COSUDE/03-07

GUÍA PARA LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE DESINFECCIÓN

Lima, 2007

Guía para la operación y mantenimiento de sistemas de desinfección Contenido Página Introducción

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Objeto

........................................................................................................ 4

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Definiciones............................................................................................................ 4

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Aplicación............................................................................................................... 4

4

Operación de la producción de las soluciones madres ...........................................4 4.1 Por Disolución ............................................................................................ 4 4.2 Por Electrolisis ...........................................................................................5 4.2.1 Producción por celdas electrolíticas (fuente eléctrica o solar..................... 5

5

Calibración del equipo dosificador.........................................................................7

6

Operación y mantenimiento de sistemas de desinfección .....................................8 6.1 6.1.1 6.1.2 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.4 6.4.1 6.5

7

Bajo presión atmosférica ............................................................................8 Tanque con válvula flotador tubo c/orificio en flotador.............................8 Sistema vaso/botella .................................................................................10 Bajo presión positiva o negativa...............................................................11 Bomba diafragma (positiva) ....................................................................11 Dosificador por succión (negativa) .........................................................13 Dosificador de Carga constante o por goteo ............................................14 Erosión...................................................................................................... 15 De tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio.........................................15 Hipoclorador de flujo difusión .................................................................17

Bibliografía

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Introducción Este documento está dirigido a técnicos encargados de la operación y mantenimiento de los sistemas de desinfección del agua en sistemas rurales. Presenta las pautas para mantener correctamente un sistema de desinfección, lo cual nos permitirá asegurar que la familia consuma agua de buena calidad, evite la prevalencia de enfermedades de origen hídrico y disminuir los gastos en sus reparaciones. Se incluye información de la operación y mantenimiento, de los equipos dosificadores del desinfectante. En el caso de la operación, se desarrollarán las acciones adecuadas y oportunas que se efectuarán para que los sistemas de desinfección, funcionen en forma continua y eficiente. Asimismo, con la finalidad de prevenir o corregir daños en los sistemas de desinfección, se desarrollarán dos tipos de mantenimiento, preventivo y correctivo. En el primer caso, para evitar los problemas de funcionamiento y, en el segundo, para reparar los daños causados por acciones extrañas o imprevistas o deterioros normales del uso.

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Guía para la operación y mantenimiento de sistemas de desinfección

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Objeto

Proporcionar la información necesaria para la operación y mantenimiento de sistemas de desinfección del agua, para sistemas de abastecimiento de agua en el medio rural. 2 o

o

o

o

o

o

o

3

Definiciones Operación.- Conjunto de acciones adecuadas y oportunas que se efectúan para que todas las partes del sistema funcionen en forma continúa según las especificaciones de diseño. Mantenimiento.- Conjunto de acciones que se realizan con la finalidad de prevenir o corregir daños que se produzcan en los equipos o instalaciones durante su funcionamiento. Mantenimiento correctivo.- Acciones que se realizan para reparar daños que se producen por efectos del deterioro o mal funcionamiento de un sistema y que no ha sido posible evitar con el mantenimiento preventivo. Mantenimiento de emergencia.- Es aquel que se realiza cuando el sistema o equipos ha sufrido daños por causa imprevista y requiere solución rápida. Mantenimiento preventivo.- Serie de acciones de conservación que se realizan con una frecuencia determinada en las instalaciones y equipos para evitar fallas en su funcionamiento. Mantenimiento Predictivo: Es la sustitución de piezas cuando es posible predecir su falla por antigüedad o condiciones de trabajo. Operador.- Persona calificada y responsable de operación y mantenimiento de las instalaciones del sistema. Aplicación

La aplicación de la guía será en sistemas rurales y pequeñas localidades. 4 4.1

Operación de la producción de las soluciones madres Por Disolución

Cuando se emplea el cloro se aplica a través de un equipo dosificador, para esto se deberá proceder a su disolución, de acuerdo con el mecanismo de dosificación del equipo a utilizar. Las fórmulas que rigen la cantidad de agua de disolución requerida para obtener una solución de hipoclorito con una concentración de cloro activo que permita su fácil manejo y control por el equipo dosificador, son las que se indican en el Cuadro 5.

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Cuadro Nº 1. Disolución del cloro A partir de: Descripción

Agua de disolución requerida

Hipoclorito de sodio

hipoclorito de calcio

Es comercializado en forma líquida en concentraciones variables de cloro activo, como ya se indicó, siendo la presentación de 10% la más comúnmente empleada.

Es comercializado en forma de sólido. El contenido de cloro activo de este producto es variable según su presentación, siendo la de 60% una de las más comúnmente empleadas.

Definida la concentración final de la solución de cloro (Cf) a ser empleada por el equipo dosificador, se aplica la siguiente ecuación para obtener el volumen del agua de disolución (Vf) que será agregada a la solución matriz:

Definida la concentración final (Cf) a ser empleada por el equipo dosificador, se aplica la siguiente ecuación para obtener el volumen del agua de disolución (Vf) en litros que será agregada a la masa de hipoclorito de calcio sólido:

Vf =(Co.Wo)/ Cf

Vf = (Co.Vo/ Cf) – Vo Donde: Co = Concentración inicial de la sol. Matriz (g/l) Vo = Volumen inicial de la sol. Matriz (l) Cf = Concentración final de la sol. Diluida (g/l)

Ejemplo

4.2

Es usual emplear en estos casos tanques de 200 lt que almacenan soluciones de 2% de cloro activo para ser dosificadas. Si se cuenta con 40 lt de hipoclorito de sodio al 10% (solución. Matriz), haciendo el cálculo se verá que el volumen de agua de disolución a agregar deberá ser igual a 160 litros.

Donde: Co = Porcentaje en peso de cloro activo Wo = Peso del sólido de hipoclorito de calcio (Kg) Cf = Concentración de cloro activo en solución (g/l)

Si se dispone de 1 kg (Wo=1.000 g) de hipoclorito de calcio de concentración 60% (Co=0,6) en peso y se desea obtener una solución para dosificar de concentración 2% (Cf=0.02), el agua a agregar será igual a 30 litros.

Por Electrolisis

4.2.1 Producción por celdas electrolíticas (fuente eléctrica o solar) Un problema que puede ocurrir con ciertos tipos de dispositivos es la acumulación de depósitos en los electrodos (o la membrana que utilizan algunos equipos) debido a la presencia de calcio y magnesio en la sal. Los ánodos de titanio con revestimiento de óxido de iridio o rutenio generalmente son muy duraderos (entre 4 y 6 años) y los de grafito (que algunos equipos utilizan en vez del titanio) duran alrededor de 1 año. Los ánodos de titanio se pueden limpiar en una solución de ácido clorhídrico.

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Operación: 1. 2. 3. 4.

Preparar la salmuera en una relación de 30 gramos por cada litro de agua Introducir el electrodo en la solución de salmuera Seleccionar el tiempo requerido Seleccionar la corriente (Amp) deseable de trabajo de acuerdo al modelo (ver cuadro de Amperaje de acuerdo a cada tipo de celda) 5. Terminada la producción retirar la celda agregar la cal y dejar reposar por dos horas 6. Luego conectar el dosificador de flujo constante (por goteo) para la desinfección del agua.

Fig. 1 Proceso de producción de hipoclorito de sodio por electrolisis

Cuadro Nº 1: Características de equipos productores de hipoclorito de sodio

Marca Sanilec

Dipcell Clorid Aquachlor

Modelo

Características Corriente eléctrica Capacidad Amp Gr Cl2/h

2 6 Mini A B C L-30 AC-5 AC-25

40 - 45 50 - 55 4.5 – 4.7 12 – 15 30 60 – 68 12 – 14 5 17 - 19

6

45 100 9 – 10 20 – 25 40 – 45 100 – 110 15 5 20 - 25

Fig.2 Producción de hipoclorito de sodio por electrolisis

Mantenimiento:

Fuente: 1. 2. 3. 4.

Limpiar cada 2 ó 3 meses Antes de la limpieza desconectar la fuente del suministro eléctrico Desconectar la celda Limpiar el polvo del disipador de energía y del transformador con una brocha

Electrodo: 1. Preparar solución de vinagre con agua en una relación de 1 a 3 2. Introducir el electrodo en la solución durante dos horas 5

Calibración del equipo dosificador

Uno de los pasos previos a la puesta en operación de los dosificadores es la calibración del equipo dosificador para aplicar la cantidad óptima de producto, la cual depende de tres factores: o o

o

Las características físicas del producto a emplear: líquido o sólido. La dosis de cloro necesaria para obtener la concentración de cloro residual esperada al extremo de la red. El caudal de agua a desinfectar. En caso de que no sea factible controlar las variaciones de caudal, por ejemplo en manantiales, se deberá considerar el caudal máximo de la fuente.

La dosis de cloro, se obtendrá a través del estudio de la demanda de cloro y de la concentración de cloro residual esperada, la cual está usualmente definida por las normas de calidad del agua que rigen en el país.

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El caudal de agua a tratar, no sólo condiciona la cantidad de cloro a dosificar, sino también el tipo de equipo que se adapte mejor a esta necesidad. El procedimiento de calibración varía según el equipo dosificador, y éste a su vez depende del caudal de agua a desinfectar. Tomando en cuenta estos factores, los equipos dosificadores que se encuentran disponibles en el mercado y aplicables a los sistemas rurales se pueden clasificar en dosificadores mecánicos y bombas dosificadoras para solución líquida. La calibración de estos equipos puede realizarse manualmente y automáticamente. En el Cuadro No. 2 se resume el método de calibración a emplearse en función del equipo dosificador. Cuadro Nº 2. Calibración del equipo dosificador Equipo Dosificador

Dosificador mecánico y bomba dosificadora - Para solución líquida

Descripción

Para determinar la cantidad de hipoclorito solución a inyectar se emplea la misma ecuación utilizada para determinar la cantidad de agua de disolución. Es importante disponer de dos tanques de disolución de dimensiones adecuadas que permitan un abastecimiento continuo de solución de cloro al dosificador mecánico o tanque regulador con bomba dosificadora.

M = (D x Q)/C La cantidad a dosificar se calcula a partir de la siguiente Fórmula

Ejemplo

6

6.1

Donde: M (l/hr) = Cantidad de cloro a dosificar. D (mg/l) = Dosis de cloro. Q (l/hr) = Caudal de agua a tratar. C (mg/l ) = Concentración de la solución

Para una dosis de cloro equivalente a 4 mg/l en una fuente con caudal de 10,000 l/hr y una concentración de solución de hipoclorito de 2%, se requiere suministrar 2 l/hora.

Operación y mantenimientote de dosificadores

Bajo presión atmosférica

6.1.1 Tanque con válvula flotador y tubo con orificio en flotador Operación o o

o

La operación es sencilla, fácil de mantener y reparar No se requieren operadores especializados. Estos pueden ser adiestrados fácilmente en un breve periodo de tiempo. La preparación manual de la solución de hipoclorito se tiene que hacer con mucho cuidado Cuando se usa hipoclorito de calcio, la concentración de la solución debe ser entre 1% y 3% de cloro disponible para impedir la formación excesiva de depósitos y sedimentos de calcio.

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o

o

o

o

Las soluciones de hipoclorito de sodio pueden ser de hasta el 10%. Las concentraciones mayores no son aconsejables porque pierden potencia rápidamente y si son muy altas se pueden cristalizar. La puesta en marcha del dosificador, se iniciara con la descarga en forma controlada del contenido del recipiente dentro del tanque de almacenamiento o en el pozo donde se encuentra el agua a tratar. La dosificación se realizara por medio del tubo de abasto el cual, dentro del recipiente, se mueve verticalmente gracias al flotador y una manguera flexible a la que está conectado. Se recomienda que el hipoclorador se ubique de tal manera que el suministro del cloro se haga lo más cercano posible a la entrada de agua al tanque, con el propósito de lograr una buena mezcla en un tiempo corto. La solución de cloro entra al tubo de abasto por un pequeño orificio que, gracias al flotador, esta siempre a la misma profundidad dentro de la solución del cloro por lo que la presión en el orificio será la misma; de allí el nombre de dosificador de carga constante.

Fig. 3 Sistema de tanque con válvula flotador

Fig. 4 Sistema de tubo con orificio en flotador

Mantenimiento - frecuencia o

o o

Verificar que el dosificador se mantenga limpio, que esté fluyendo la dosificación adecuada, que la solución del tanque no se haya agotado o debilitado en su concentración, que no haya cambio de flujo, etc. La limpieza se deberá realizar en forma semanal La inspección en forma mensual 9

o o o

o

o

Se deberá usar un filtro para retener el material particulado. Aunque el mantenimiento es rápido y simple deben ser frecuentes Estos dispositivos son muy seguros, sin embargo, es preciso disminuir los riesgos por salpicaduras y derrames. La superficie del piso debe escurrir hacia fuera de los tanques, los canales de mezcla y las cámaras de contacto. Se debe ubicar un grifo y un fregadero en un lugar conveniente para lavarse la piel o la ropa en caso de accidentes. Al preparar las soluciones madre deben usarse guantes de goma, delantales y una mascara facial. El control analítico es muy simple. Existe una gama de comparadores de cloro residual sencillos y baratos

6.1.2 Sistema vaso/botella Operación o o

La operación de este equipo es por demás sencilla. Una vez realizadas las conexiones respectivas, se deberá agregar la solución de hipoclorito verificándose que en los conductos no exista aire. Luego, utilizando la válvula se procede a regular la dosis suministrada.

Mantenimiento - frecuencia o

o

o

Si la solución en el tanque se termina y el dosificador se “seca”, el flotante caerá y al ser llenado nuevamente puede volver a ocurrir un nuevo desacomodamiento, por lo que se sugiere no dejar secar el recipiente con la solución en el tanque. Otro pequeño detalle a tener en cuenta es el relativo a insolubles. Debido a que los conductos son relativamente estrechos, se debe usar hipoclorito líquido de preferencia y no olvidar colocar un filtro para eliminar el material particulado. Al preparar las soluciones madre deben usarse guantes de goma, delantales y una mascara facial.

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Fig. 5 Dispositivo vaso/botella

6.2

Bajo presión positiva o negativa

6.2.1 Bomba diafragma (positiva) Operación Este tipo de clorador emplea una bomba de diafragma de desplazamiento positivo como el que se muestra en la figura 6. El Diafragma flexible, hecho de material resistente a los efectos corrosivos de las soluciones de hipoclorito, es accionado por una leva o biela de pistón excéntrico. Con cada recorrido de la biela, el diafragma flexible bombea la solución de hipoclorito hacia el abastecimiento de agua. Dos válvulas de retención, una en el extremo de succión y la otra en el extremo de descarga, aseguran el flujo unidireccional de la solución de hipoclorito. Para accionar las bombas de diafragma es usando un motor eléctrico. Las de accionamiento hidráulico son menos comunes esta ultima se puede usar cuando no se dispone de una fuente fiable de energía eléctrica. La selección del accionador específico para el hipoclorador dependerá de las características de cada caso.

Fig. 6. Esquema de operación de una bomba de diafragma

Fig. 7. Hipoclorador de diafragma de desplazamiento positivo alimentando una tubería a presión

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o

o

o

La exactitud y la uniformidad de la dosificación pueden obtenerse si el equipo se mantiene libre de precipitados y depósitos en las válvulas. Generalmente se recomienda una concentración de 1 a 3% para las soluciones madre de hipoclorito de calcio para alcanzar un equilibrio económico entre los costos de bombeo y el de evitar la precipitación de calcio en las válvulas de retención y la cámara del diafragma. Se deberá tener especial atención cuando el agua es dura o tiene altos contenidos de sólidos disueltos, o cuando se emplee cal clorada disuelta. Se recomienda el empleo de soluciones de hipoclorito de sodio menores a 10% para evitar precipitados y mantener la estabilidad del cloro.

Mantenimiento - frecuencia o

o o o

o

o

o

El caudal de las bombas de diafragma puede regularse para ajustar la dosificación de la solución de hipoclorito, ajustando ya sea la frecuencia o la longitud del recorrido de la biela. Revisar periódicamente en control automático de arranque-parada El mantenimiento debe ser continuo y adecuado. Como la bomba de diafragma está formada por piezas metálicas, puede sufrir corrosión y por tanto se afecta su vida útil. Por este motivo es preciso cambiar la bomba periódicamente. Las válvulas de retención están expuestas a la deposición de calcio, por lo que hay que limpiarlas con una solución ácida para evitar un funcionamiento deficiente y tener que reemplazarlas con mayor frecuencia cuando pierdan su elasticidad debido a la oxidación Es preciso, también, tener cuidado en el manipuleo de las soluciones de hipoclorito. Estas son sumamente corrosivas y por consiguiente las herramientas y los recipientes utilizados para prepararlas, deben ser de plástico, cerámica u otro material resistente a la corrosión. El personal debe ser adiestrado en el manejo de derrames y en los procedimientos correctos para la operación y mantenimiento del equipo.

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6.2.2 Dosificador por succión (negativa) tipo Venturi Operación o

o

o

o

La operación de este tipo de clorador se basa en el mismo principio que el de eyector empleado en los cloradores a gas. El vacío creado por el flujo del agua a través de un tubo Venturi, succiona la solución de hipoclorito y la descarga directamente en la corriente de agua principal o en una corriente de derivación. La dosificación se regula ajustando una válvula de aguja instalada entre el dispositivo Venturi y el rotámetro, tal como lo muestra la figura 8. Los equipos Venturi no se deben utilizar en condiciones de fluctuaciones amplias en el flujo y de presión que exceden el régimen operacional de éstos. Solo se deben usar instrumentos Venturi fabricados específicamente para soluciones oxidantes fuertes. Fig. 8. Esquema de operación de l Venturi

Fig. 8. Esquema de una instalación de hipoclorador tipo Venturi.

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Mantenimiento - frecuencia o

o

o

o

o

6.3

Los hipocloradores del tipo Venturi no son muy precisos, especialmente cuando el flujo varía mucho, en consecuencia, en estos casos es necesario ajustar con frecuencia la dosificación. El Venturi de material acrílico tiene ventajas porque permite al operador determinar visualmente cuando hay que limpiarlo, y además es muy resistente al hipoclorito. Todos los Venturi son sensibles a los depósitos de calcio que se pueden producir ya sea provenientes de la solución de hipoclorito o del agua dura. Los Venturi se deben limpiar rutinariamente, si fuera necesario con ácido para eliminar los depósitos más duros y otros precipitados o sedimentos. La mayoría de los empaques de las juntas, válvulas de retención, resortes y juntas con el tiempo se deterioran por estar en contacto con el hipoclorito, por lo que deben reemplazarse periódicamente. Estas piezas de repuesto deben ser del material apropiado y estar a mano en todo momento.

Dosificador de Carga constante o por goteo

Operación o

o

o

o

La operación se inicia al conectar la entrada del dosificador a la salida del tanque de almacenamiento del desinfectante, para esto se hace uso de una unión universal. Con una segunda unión universal se conecta la tubería de alimentación desde el dosificador al punto de aplicación. Asegúrese que el control de dosificación esté cerrado. Abra la llave del tanque de almacenamiento de hipoclorito para llenar el dosificador. Lleno el dosificador retire la unión universal inferior y gire el dispositivo de control hasta obtener el caudal de aplicación del desinfectante. Puede ayudarse con un recipiente de volumen conocido (o una probeta) y un cronometro.

Fig. 9. Esquema de una instalación de hipoclorador de carga constante.

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o

o

o

Calibrado el dosificador, vuelva a colocar la unión universal. El sistema estará listo para aplicar en el punto de cloración. El sistema de hipocloración debe aplicarse preferiblemente en el ingreso del agua al tanque de almacenamiento, con el fin de disminuir la producción de elementos orgánicos como plantas, raíces, etc. El hipoclorador funciona en captaciones de agua con caudal “constante”, por lo que se recomienda aforar mensualmente el caudal de ingreso para efectuar los respectivos ajustes. Cuando las variaciones del caudal son notorios, es aconsejable aforar semanalmente.

Mantenimiento - frecuencia

o

Debido a que el dosificador es desmontable, el mantenimiento de las piezas que la conforman resulta fácil de realizar. La limpieza del dosificador se sugiere realizar cada semana

6.4

Erosión

o

6.4.1 De tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio Operación Los dosificadores por erosión de tabletas y los de píldoras son sencillos de operar. El equipo se calibra, de manera sencilla pero no muy precisa, por medio de un ajuste de la profundidad de inmersión de una columna de tabletas o de la velocidad ó caudal que se hace pasar por la cámara de disolución. Una vez calibrado el equipo, si no hay grandes variaciones en el flujo, normalmente requieren de poca atención, excepto para cerciorarse de que el depósito esté lleno de tabletas para asegurar una dosificación continua. Mantenimiento - frecuencia El mecanismo del dosificador de tabletas se debe inspeccionar con regularidad para detectar de que no haya obstrucciones, teniendo cuidado de limpiarlo bien, volver a ponerlo en la posición correcta y calibrarlo. La inspección y el rellenado de tabletas dependerán de la instalación específica y serán una función de la dosificación de cloro y el volumen de agua tratada. Debido a la sencillez de operación del equipo, el personal se puede adiestrar rápidamente. En cuanto a la seguridad, en general, las tabletas de hipoclorito son más fáciles y más seguras de manejar y almacenar que otros compuestos de cloro; sin embargo, es necesario tener precauciones de seguridad mínimas. Es importante no usar tabletas destinadas a piscinas, porque suelen contener isocianurato, un compuesto químico, que tal como se ha explicado no es recomendado para el consumo humano prolongado.

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Fig. 10. Operación de un dosificador de tabletas de hipoclorito de calcio

Fig. 11. Esquema de operación de dosificador de tabletas de hipoclorito de calcio

Fig. 12. Operación de una instalación típica de un dosificador de píldoras de hipoclorito de calcio

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6.5

Hipoclorador de flujo difusión)

Operación: o o

o

Retirar la tapa superior y el disco de resina de poliéster. (figura 14) Preparación de la masa de hipoclorito de calcio (30 -35 %). En un recipiente agregar una parte de agua por dos partes de hipoclorito de calcio, mezclar bien. En el momento de cargar el hipoclorador use una varilla de plástico o de madera para evitar la formación de espacios vacíos. (figura 15) Colocar el disco de resina y la tapa; luego, sumergir el hipoclorador en un balde de 80 litros, dejarlo reposar cinco minutos; después de este lapso colocarlo en el reservorio sujetándolo del asa. (figura 16)

Fig. 13. Elementos del Hipoclorador de flujo difusión

Fig. 14. Hipoclorador sin tapa y resina

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Fig. 15. Proceso de recarga del hipoclorito de calcio

Fig. 16. Hipoclorador con hipoclorito

Mantenimiento - frecuencia o

o o o

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Para realizar la limpieza se procede a quitar la tapa y el disco de resina, luego con una varilla de plástico o de madera raspar las paredes internas de los tubos perforados tratando de eliminar las impregnaciones calcáreas que se pudieran formar. Con agua y una escobilla plástica o trapo limpie la parte externa. Finalmente lavar con agua limpia. Para poner en operación nuevamente proceder como se indica en los pasos indicados para operación. Bibliografía

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