REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACION UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

PROPUESTA DE OPTIMIZACION DEL SISTEMA PRETRATAMIENTO DE AGUA Y OSMOSIS INVERSA DE LA PLANTA TERMOZULIA EN EL COMPLEJO TERMOELECTRICO GENERAL RAFAEL URDANETA (CTGRU) DE ENELVEN.

Trabajo Especial de Grado presentado ante la Ilustre Universidad Rafael Urdaneta para optar al Titulo de Ingeniero Químico

Presentado por: Segovia Guerra, Miguel Ángel C.I V-15.260.493

Maracaibo, Enero 2007

DEREC

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VAD R E S E R HOS

PROPUESTA DE OPTIMIZACION DEL SISTEMA PRETRATAMIENTO DE AGUA Y OSMOSIS INVERSA DE LA PLANTA TERMOZULIA EN EL COMPLEJO TERMOELECTRICO GENERAL RAFAEL URDANETA (CTGRU) DE ENELVEN.

Este Jurado aprueba el Trabajo Especial de Grado titulado: PROPUESTA DE OPTIMIZACION DEL SISTEMA PRETRATAMIENTO DE AGUA Y OSMOSIS INVERSA DE LA PLANTA TERMOZULIA EN EL COMPLEJO TERMOELECTRICO GENERAL RAFAEL URDANETA (CTGRU) DE ENELVEN. Presentado por: SEGOVIA GUERRA, Miguel Ángel portador de la C.I. V- 15.260.493 para optar al Titulo de Ingeniero Químico. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo, Enero 2007.

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OS

VAD R E S E R HOS Ing. Lenin Herrera Tutor Académico C.I. 3.379.061

Lic. Eudo Osorio

Ing. Humberto Martínez

C.I. 4.145.556

C.I. 3.112.552

Jurado

Jurado

DEDICATORIA

A DIOS TODOPODEROSO, por darme la paciencia, sabiduría, fuerza y voluntad para impulsarme en nuevos caminos y seguir adelante. A mis padres, porque sin ellos no hubiese podido llegar y culminar esta meta.

OS

A mi Abuela, por su cariño incondicional que me impulsa a seguir

VAD R E S E R HOS

C E R E D mi hermano Eduardo,

adelante en los momentos difíciles. A

gracias por apoyarme en cada momento

importante de mi vida. A mi tía Delia, por su constante presencia, gracias tía por estar en los momentos difíciles. A mis tías, gracias por estar y apoyarme cada vez que lo necesite. A MIMI, sin tu apoyo, sin tu ayuda y sin tu compresión no hubiese podido llegar hasta donde hoy he llegado te quiero mucho.

Miguel Angel Segovia Guerra

Miguel Segovia

IV

AGRADECIMIENTOS

A la empresa ENELVEN, por haberme dado la oportunidad de desarrollar este trabajo de investigación. A el Ing. Lenin Herrera, por su excelente labor como tutor y amigo. A el Ing. Edy Rincón, por su colaboración y su ayuda para la realización de este trabajo.

OS

VAD R E S E R HOS

C E R E D haberme ayudado en todo momento de la investigación.

A el Ing. José Luís Castillo, por su labor como tutor industrial y por

A la Ing. Xiomara Galue, por su colaboración prestada en la recopilación de información sobre este proyecto. A la Ing. Maria Leal, por su brillante colaboración y destreza en la ayuda de la elaboración de este trabajo. A la Planta Termozulia y a su personal, por haberme ayudado a la realización de este trabajo. A la familia Rincón, por su apoyo y compresión en los momentos difíciles. A la familia Leal, por su colaboración prestada en la elaboración de este trabajo. A mis amigos del C.S.D.G. por haber compartido y apoyado los momentos difíciles.

Miguel Segovia

V

A mis amigos de la URU, Leo, Ma. Laura, Carlos, Yoli, Ma. Rosario, Ma. Caridad, Joha, Ramón, Emiro, gracias por todos los momentos compartidos durante la carrera, siempre los recordare. A mis amigos Arnoldo, Marilin, Samary, Meche, Ronny, Cecilia,

Ana

Maria, Mariana, Luisa, Marcos, Maritrini, Iván, José, gracias por haber compartido muchos momentos importantes de mi vida incluyendo este, muchas gracias.

OS

VAD R E S E R HOS

C E R E D A todas las personas que de una u otra manera ayudaron a la realización A todos mis amigos gracias por su apoyo y su amistad.

de este proyecto.

Gracias Miguel Angel Segovia Guerra.

Miguel Segovia

VI

RESUMEN Segovia Guerra, Miguel Ángel; “PROPUESTA DE OPTIMIZACION DEL SISTEMA PRETRATAMIENTO DE AGUA Y OSMOSIS INVERSA DE LA PLANTA TERMOZULIA EN EL COMPLEJO TERMOELECTRICO GENERAL RAFAEL URDANETA (CTGRU) DE ENELVEN.”. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Trabajo Especial de Grado para Optar al Titulo de Ingeniero Químico. Maracaibo, 2007. En la planta Termozulia, ubicada en la vía a la Cañada de Urdaneta, se llevan a cabo diversos procesos, los cuales requieren de un alto consumo de agua con características químicas muy especificas como lo son las bajas concentraciones de sales disueltas (agua desmineralizada), la cual proviene de un pozo perforado ubicado dentro del mismo complejo. Actualmente la planta Termozulia de Enelven presenta problemas en el área de pretratamiento y en el área desmineralizadora específicamente en el sistema de osmosis inversa, esta son ocasionadas por diferentes causas que se presentan durante el proceso de tratamiento del agua que es destinado a la generación de potencia, dichos problemas pueden generar pérdidas significativas o pueden impedir el adecuado funcionamiento de los equipos de purificación del agua en la planta. De igual manera podemos mencionar que el agua producida por el pozo, es pasada por un proceso de pretratamiento y luego es desmineralizada, por cuanto sus características físico-químico no son aptas para ser introducidas en el proceso de esta planta. Siendo el objetivo principal la propuesta de optimización del sistema de pretratamiento de agua y osmosis inversa en la planta termozulia (PTZ) del Complejo Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU) de ENELVEN. Este proyecto de investigación se realiza con la finalidad de estudiar el problema que presenta la planta de tratamiento de agua y desmineralizadora, trayendo como consecuencia problemas en la generación de potencia, viéndose afectado diversas áreas de la planta termozulia. Luego de las diversas pruebas realizadas se pudo comprobar la incidencia que tiene un inadecuado tratamiento del agua sobre el proceso de generación de potencia ya que en este intervienen diversos factores que determinan la calidad del proceso. Finalmente se realizaron las recomendaciones pertinentes que pueden ayudar a la mejora del proceso evaluado y así aumentar la productividad conservando y mejorando la calidad del producto final, de tal modo que se cumpla con la misión de la empresa satisfaciendo de igual manera las exigencias realizadas por el consumidor.

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Miguel Segovia

OS

VAD R E S E R HOS

VII

INDICE GENERAL

DEDICATORIA…………………………………………………………………IV AGRADECIMIENTOS…….…………………………………………………....V RESUMEN…...…………………………………………………………………VII INDICE

GENERAL…………………………………………………………VIII

OS

INDICE DE FIGURAS………………………………………………………..XIV

VAD R E S E R HOS

C E R E D INIDICE DE CUADROS…………………………………………………….XVII

INDICE DE GRAFICAS………………………………………………………XVI

INDICE DE TABLAS………………………………………………………XVIII INDICE DE ECUACIONES………………………………………………..XVIIII INTRODUCCION……………………………………………………………….1

CAPITULO I. EL PROBLEMA 1.1. Planteamiento del Problema………………………………………………6 1.2. Formulación del Problema………………………………………………...9 1.3. Objetivos………………………………………………………………….....9 1.3.1 Objetivo General……………………...…………………………..9 1.3.2 Objetivos Específicos…………………………………………...10 1.4. Justificación de la Investigación…………………………………………10 1.5. Delimitacion………………………………………………………………..12

Miguel Segovia

VIII

CAPITULO II. MARCO TEORICO 2.1. Antecedentes de la Investigación………………………………………14 2.2. Bases Teóricas……………………………………………………………22 2.3. Conceptos Bases Utilizados…………………………………………….60 2.3.1. Osmosis Inversa………………………………………………..60 2.3.2. Filtración con Membranas de Osmosis Inversa…………..…63

OS

2.3.3. Clasificación de las Membranas según su estructura………65

VAD R E S E R HOS

ECAsimétricas……………………………………………65 DER2.3.3.2. 2.3.3.1. Simétricas…………………………………………….65

2.3.4. Clasificación de las Membranas según su naturaleza…..…66 2.3.4.1. Integrales………………………………………………66 2.3.4.2. Compuesta de Capa Fina……………………………66 2.3.5. Clasificación de las Membranas según su forma…………...67 2.3.5.1 Planas…………………………………………………..67 2.3.5.2. Tubulares……………………………………………...67 2.3.5.3. Fibra Hueca…………………………………………...68 2.3.6. Clasificación de las Membranas según su composición química......................................................................................................68 2.3.6.1. Membranas Orgánicas………………………………68 2.3.6.1.1. Acetato de Celulosa……………………….69 2.3.6.1.2. Triacetato de Celulosa…………………….69 2.3.6.1.3. Poliamidas Aromáticas…………………….69 2.3.6.2. Membranas Inorgánicas……………………….……70

Miguel Segovia

IX

2.3.6.2.1. Cerámicas…………………………………70 2.3.6.2.2. Vidrios………………………………………71 2.3.6.2.3. Fosfacenos…………………………………71 2.3.6.2.4. Carbonos……………………………………71 2.3.7.

Clasificación

de

las

Membranas

según

la

Capa

Superficial……………………………………………………………………….72

OS

2.3.7.1. Neutras………………………………………………...72

VAD R E S E R HOS

ECAniónicas………………………………………………73 DER2.3.7.3. 2.3.7.2. Cationicas……………………………………………..73

2.3.8. Clasificación de las Membranas según la Morfología de su Superficie………………………………………………………………………73 2.3.8.1. Membranas Lisas…………………………………….73 2.3.8.2. Membranas Rugosas………………………………...74 2.3.9. Clasificación de la Membrana según la Presión de Trabajo…………………………………………………………………………..74 2.3.9.1. Membranas de muy baja presión…………………...75 2.3.9.2. Membranas de baja presión…………………………75 2.3.9.3. Membranas de media presión………………………75 2.3.9.4. Membranas de alta presión…………………………76 2.3.10. Clasificación de las Membranas según la Técnica de Fabricación……………………………………………………………………..76 2.3.10.1. De Maquina………………………………………….76 2.3.10.2. Dinámicas……………………………………………77

Miguel Segovia

X

2.3.11. Configuraciones Existentes………………………………….77 2.3.11.1. Módulos de Placa…………………………………..77 2.3.11.2. Módulos Tubulares…………………………………78 2.3.11.3. Módulos Espirales………………………………….78 2.3.11.4. Módulos de Fibra Hueca…………………………..79 2.3.12. Ecuaciones Básicas del Proceso……………………………79

OS

2.3.13. Evolución del Flujo del Solvente y del Rechazo de

VAD R E S E R HOS

C E R E D 2.3.14. Coeficiente de Permeabilidad………………………………..81

Soluto……………………………………………………………………………79

2.3.15. Polarizacion de la Membrana………………………………..82 2.3.16. Ensuciamiento de las Membranas………………………….82 2.3.16.1. Causas………………………………………………83 2.3.16.1.1. Precipitaciones……………………………83 2.3.16.1.1.1. Sales Minerales…………………84 2.3.16.1.1.2. Óxidos Metálicos……………..…84 2.3.16.1.2. Depósitos…………………………………..85 2.3.16.1.3. Otros………………………………………..86 2.3.16.2. Tecnicas de Limpieza………………………………87 2.3.16.2.1. Necesidad de Limpieza………………….87 2.3.16.2.2. Limpieza Mecánica………………………90 2.3.16.2.3.

Limpieza

con

Permeado

a

Presión

(Flushing)……………………………………………………………………….91 2.3.16.2.4. Limpieza Química…………………………91

Miguel Segovia

XI

2.3.16.2.5.

Precauciones

y

Normas

de

Seguridad……………………………………………………………………….92 2.3.16.2.6. Bombas de Alta Presión………………….93 2.3.16.3. Agrupación de Módulos…………………………….94 2.3.16.3.1. En Paralelo………………………………..94 2.3.16.3.2. En Serie……………………………………94

OS

2.3.16.4. Agrupación por Etapas……………………………95

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DEREC2.3.16.4.2. Recirculación del Rechazo………………96

2.3.16.4.1. Rechazo en Serie…………………………………………96

2.3.16.5. Agrupación del Sistema……………………………97 2.3.16.5.1. En Paralelo………………………………..97 2.3.16.5.2. En Serie……………………………………98 2.3.16.6. Tecnicas de Funcionamiento………………………99 2.3.16.6.1. Funcionamiento por Carga………………99 2.3.16.6.2. Funcionamiento en Continuo………….100 2.4. Fundamentos Teóricos…………………………………………………100 2.5. Mapa de Variables………………………………………………………125

CAPITULO III MARCO METODOLOGICO 3.1. Tipo de Investigación……………………………………………………128 3.2. Diseño de la Investigación…………………………………………….129 3.3. Población…………………………………………………………………131 3.4. Técnica de Recolección de Datos……………………………………..132

Miguel Segovia

XII

3.5. Fases Metodologicas…………………………………………………134

CAPITULO IV. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS…….138

Conclusiones………………………………………………………………..194 Recomendaciones.…………………………………………………………196

OS

Anexos…………………………………………………………………….....202

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VAD R E S E R HOS

Bibliografía………………………………………………………………….213

Miguel Segovia

XIII

INDICE DE FIGURAS

Figura # 1 Esquema de la Planta de Pretratamiento de Agua…...……….32 Figura # 2 Esquema de la Planta de Agua Desmineralizada…….……….53 Figura # 3 Síntesis de Copolimero (Resina)..………………………………59 Figura # 4 Separación por Membrana Semipermeable………..………….61

OS

Figura # 5 Trenes de Osmosis Inversa……………………………………...62

VAD R E S E R HOS

C E R E D Figura # 7 Cartuchos de Membrana de Osmosis Inversa..……………….64

Figura # 6 Trenes de Osmosis Inversa.……..…………….……..………….62

Figura # 8 Membrana de Osmosis Inversa Contaminada……..………...160 Figura # 9 Presencia de Resina en Membrana de Osmosis Inversa…..161 Figura # 10 Membrana del primer paso primera etapa obstruida con resina……………………………………………………………………….…162 Figura # 11 Diagrama de las cinco Ms…………….………………………168 Figura # 12 Pozo de Agua………………………………………………..…203 Figura # 13 Ubicación del Pozo de Agua……………….…………………204 Figura # 14 Cabezal común de tubería de agua de pozo………………..205 Figura # 15 Tanque de Polímero y Cloruro Ferrico……….………………206 Figura # 16 Área de Inyección Gas-Cloro…………………………………207

Miguel Segovia

XIV

Figura # 17 Piscina de Oxidación………………………………….………208 Figura # 18 Piscina de Oxidación…………….……………………………209 Figura # 19 Área de Pretratamiento………….……………………………210 Figura # 20 Trenes de Osmosis Inversa……..……………………………211 Figura # 21 Lecho de Intercambio iónico y Tanque de Soda Cáustica y

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Acido Sulfúrico………………………………………..………………………212

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Miguel Segovia

VAD R E S E R HOS

XV

INDICE DE GRAFICAS

Grafica # 1 Análisis de Cloro Residual..……………………………………141 Grafica # 2 Dosificacion de Cloruro Ferrico……………………………....143

OS

Grafica # 3 Dosificacion de Polímero……...……………………………….145

VAD R E S E R HOS

C E R E D Grafica # 5 Análisis de Hierro en la Planta de Pretratamiento….……….148 Grafica # 4 Conductividad………………………………………..………….146

Miguel Segovia

XVI

INDICE DE CUADROS

Cuadro # 1 Análisis de Cloro……………………………………………….150 Cuadro # 2 Cloruro Ferrico………………………………………………….151

OS

Cuadro # 3 Polímero……………………………………...………………….151

VAD R E S E R HOS

C E R E D Cuadro # 4.1 Salida de Pretratamiento….………………………..……….153

Cuadro # 4 Salida de Pretratamiento…………………...………………….152

Cuadro # 4.2 Salida de Pretratamiento…………………………….………154 Cuadro # 4.3 Salida de Pretratamiento……………………….……………155 Cuadro # 4.4 Salida de Pretratamiento…………………………………….156 Cuadro # 5 Análisis de Hierro en la Planta de Pretratamiento.…...…….157

Miguel Segovia

XVII

INDICE DE TABLAS

Tabla

#

1

Requerimientos

Físico-químicos

del

agua

de

Alimentación………………………………………………………...………….25

OS

Tabla # 2 Parámetros de la Calidad a la Salida de Pretratamiento……..33

VAD R E S E R HOS

C E R E D Tabla # 4 Análisis Físico-químico de las Aguas alimentada a la planta de Tabla # 3 Parámetros de Calidad de Agua Desmineralizada…………….54

Pretratamiento y Desmineralizadora Planta Termozulia………………....139 Tabla # 5 Contaminantes de las Membranas al Sistema………… …….164 Tabla # 6 Análisis del Diagrama Causa-Efecto………………….……….171 Tabla # 7 Análisis del Diagrama Causa-Efecto…………….…………….172 Tabla # 8 Análisis del Diagrama Causa-Efecto………….……………….173 Tabla # 9 Análisis del Diagrama Causa-Efecto….……………………….174 Tabla # 10 Análisis del Diagrama Causa-Efecto…………..…………….175 Tabla # 11 Análisis del Diagrama Causa-Efecto……………………..….178 Tabla # 12 Análisis del Diagrama Causa-Efecto………..……………….180 Tabla # 13 Análisis del Diagrama Causa-Efecto……………..………….182 Tabla # 14 Análisis del Diagrama Causa-Efecto……………..………….183 Tabla # 15 Análisis del Diagrama Causa-Efecto……………………..….184

Miguel Segovia

XVIII

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación # 1…………………………………………………………………58 Ecuación # 2…………………………………………………………………58 Ecuación # 3…………………………………………………………………59 Ecuación # 4…………………………………………………………………81

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Miguel Segovia

OS

VAD R E S E R HOS

XIX

INTRODUCCION

En Venezuela, como en otras partes del mundo, los recursos acuaticos

se

encuentran

fuertemente

deteriorados,

producto

del

crecimiento poblacional y la acciones desmedida del hombre; así, en la Región Zuliana específicamente en el Municipio Maracaibo, el consumo

OS

de este líquido producto del rápido crecimiento de la población mundial,

VAD R E S E R HOS

C E R E D impiden la utilización del recurso hídrico para ciertas labores industriales.

así como la alta demanda tecnológica presentada en el sector industrial

Cabe destacar como Maracaibo fue la primera cuidad iluminada del país, originando la creación y rápido desarrollo de la industria termoeléctrica. En tal sentido, la pionera Energía Eléctrica de Venezuela (ENELVEN), En su Planta Termozulia, ubicada en la vía a la Cañada de Urdaneta, lleva a cabo diversos procesos, los cuales presentan un alto consumo de agua con características químicas muy importantes, la cual debe provenir de pozos perforado.

Sin embargo, esta agua debe pasar por un proceso de pretratamiento y desmineralización por cuanto sus características fisicoquímicas no son aptas para ser introducidas en los procesos de esta planta.

Miguel Segovia

1

En

tal

sentido,

el

agua

pre-tratada

llega

a

la

planta

desmineralizadora, en este punto debe realizarse pruebas para corregir las dosificaciones en exceso de los compuestos químicos, como lo son el anti-incrustante y el bisulfito de sodio, por ser los primeros en incorporarse al sistema de desmineralización antes de dar paso al agua pre-tratada a la ósmosis inversa; aunado a esto, se necesita reestablecer las

OS

dosificaciones de la soda cáustica la cual se utiliza en el segundo paso de

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la ósmosis inversa.

VAD R E S E R HOS

Finalmente se le da paso al agua a los lechos mixtos donde se cumple con la etapa final del proceso de desmineralización.

Al analizar el proceso, el presente estudio tiene la finalidad de proponer la optimización del sistema de pretratamiento de agua y osmosis inversa de la planta termozulia, basada en cuatro capítulos plenamente identificados, como lo son:

El Problema, que contiene el planteamiento del problema, objetivo general y objetivos específicos, justificación de la investigación y la delimitacion.

Miguel Segovia

2

El Marco Teórico, donde se hace referencia a los antecedentes de la investigación así como las bases teóricas sobre la cual se desarrollo el trabajo apoyando en la definición de términos básicos.

El Marco Metodológico, en el cual se explica el nivel de la investigación y las fases metodologicas desarrolladas para la obtención de los objetivos planteados.

OS

VAD R E S E R HOS

C E R E D Resultado y Análisis

de Resultados, donde son expuestos los

resultados alcanzados que representan el motivo principal de esta investigación.

Miguel Segovia

3

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OS

VAD R E S E R HOS

CAPITULO I

EL PROBLEMA

Miguel Segovia

5

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Específicamente Maracaibo, fue la primera cuidad iluminada del país, originó la creación y el rápido desarrollo de la industria termoeléctrica, establecida desde 1888 extendiendo sus servicios desde la urbe marabina hasta los sectores rurales de todo el estado.

OS

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C E R E D nombre de Energía Eléctrica de Venezuela (ENELVEN) y se expande en Fue el 16 de mayo de 1940, cuando la empresa aparece con el

los años 60 hacia las áreas rurales, pues para entonces ya contaba con la Central Termoeléctrica

Ramón Laguna y posteriormente en el estado

Zulia surgen las plantas de Perija, Colon y la Rafael Urdaneta, las cuales suministran la electricidad a las zonas aledañas y foráneas. Así mismo la planta Termozulia fue inaugurada el 12 de octubre de 2003.

La planta Termozulia, ubicada en la vía a la Cañada de Urdaneta, se llevan a cabo diversos procesos, los cuales requieren de

un alto

consumo de agua con características químicas muy especificas como lo son las bajas concentraciones de sales disueltas (agua desmineralizada), la cual proviene de un pozo perforado ubicado dentro del mismo complejo.

Miguel Segovia

6

El agua se encuentra en un proceso cíclico constante y se contamina con el polvo del aire y por disoluciones de minerales, metales del suelo, aguas negras y residuos industriales.

La composición química del agua revela de donde ella proviene como por ejemplos de lagos, manantiales, ríos entre otros, en este caso

OS

en la planta Termozulia de Enelven el agua proviene de los pozos que se

VAD R E S E R HOS

C E R E D mencionar que contiene un alto contenido en sustancias orgánicas e

encuentran ubicados dentro de este complejo, referente a esto podemos

inorgánicas además de minerales siendo el principal de ellos el hierro, que trae como consecuencia el envejecimiento prematuro de las membranas de la Osmosis Inversa.

La calidad del agua fluctúa ampliamente en cada estación, debido a que existe un aumento del contenido de minerales.

En las industrias de grandes tamaños es usual recurrir a fuentes de agua superficiales como ríos, lagos o embalses, sin dejar a un lado el requerimiento de agua para la irrigación, abastecimiento publico y en este caso para la generación de potencia.

Hoy en día la planta Termozulia de Enelven presenta problemas en el área de pretratamiento y en el área desmineralizadora específicamente

Miguel Segovia

7

en el sistema de osmosis inversa, esta son ocasionadas por diferentes causas que se presentan durante el proceso de tratamiento del agua que es destinado a la generación de potencia, dichos problemas pueden generar

pérdidas

significativas

o

pueden

impedir

el

adecuado

funcionamiento de los equipos de purificación del agua en la planta. De igual manera podemos mencionar que el agua producida por el pozo, es

OS

pasada por un proceso de pretratamiento y luego es desmineralizada, por

VAD R E S E R HOS

C E R E D introducidas en el proceso de esta planta.

cuanto sus características físico-químico no son actas para ser

El problema mas frecuentes en el sistema de osmosis de la Planta Termozulia de Enelven, es el de las membranas utilizadas para el tratamiento

del

agua,

estas

membranas

están

presentando

un

ensuciamiento prematuro durante el proceso de separación, evitándose una eliminación completa de los contaminantes disueltos en el agua, provocando un déficit en la calidad del agua destinada a la alimentación de la generación de potencia.

El agua desmineralizada es inyectada en cada una de las cámaras de combustión de las turbinas para la generación de energía eléctrica, cada unidad requiere 47m3/h de agua desmineralizada, obteniendo así un control de emisiones parciales, esto garantiza los bajos niveles de oxido de nitrógeno en el escape de las turbinas, cumpliéndose con las

Miguel Segovia

8

normativas internacionales, así como la de no generación de sólidos incrustantes generando problemas de carácter mecánico al sistema o en el desarrollo de fenómenos corrosivos en el equipo, por ello esta investigación esta dirigida a la mejora de los tratamientos químicos utilizados en esta planta.

OS

VAD R E S E R HOS

C E R E D ¿Evaluar los factores que determinan el funcionamiento eficiente y

1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA

eficaz del sistema de tratamiento de agua para procesos y diseñar las acciones para optimizar el funcionamiento del los sistemas de pretratamiento de agua y ósmosis inversa de la Planta Termozulia (PTZ) de ENELVEN?

1.3. OBJETIVOS

1.3.1. OBJETIVO GENERAL

Propuesta de optimización del sistema de pretratamiento de agua y osmosis inversa en la planta termozulia (PTZ) del

Complejo

Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU) de ENELVEN.

Miguel Segovia

9

1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Caracterizar las corrientes que intervienen en el tratamiento de agua en la planta termozulia (PTZ) de ENELVEN. 2. Evaluación de las operaciones del Sistema de Tratamiento de Agua en la planta termozulia (PTZ) de ENELVEN.

OS

3. Analizar las causas de los problemas presentes en el Tratamiento de

VAD R E S E R HOS

C E R E D Diseñar un plan

Agua en la planta termozulia (PTZ) de ENELVEN. 4.

de opciones para

mejorar el Sistema de

Tratamiento de Agua en la planta termozulia (PTZ) de ENELVEN.

1.4. JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION

El primer objetivo de la Planta Termozulia de Enelven, es la generación de potencia, ya que nuestro estado se caracteriza por tener el mayor consumo de energía eléctrica y debido a esto existen tres plantas termoeléctricas capaces de satisfacer las demanda del estado, una de estas es la empresa termozulia, donde todos sus procesos son desarrollados bajo una serie de especificaciones, evitándose así que existan problemas con el sistema de pretratamiento y osmosis inversa.

El objetivo del sistema de osmosis inversa, es el de obtener agua purificada por medio de un caudal de agua contaminada con sales

Miguel Segovia

10

minerales, obteniendo así un caudal de agua pura para la generación de potencia. Para ello es importante determinar el ensuciamiento prematuro de las membranas del sistema de osmosis inversa y en base a ello establecer un programa de limpieza y de esta manera mantenerlo, para tener un funcionamiento adecuado del sistema de osmosis inversa de la Planta Termozulia de Enelven. El uso de membranas semipermeables es

OS

un añadido comparativamente nuevo a la tecnología de la renovación o

DEREC

purificación del agua.

VAD R E S E R HOS

En la purificación mediante la separación por membrana, el agua llega mediante la fuerza impulsora de las bombas de alta presión P-105 A/B y P-106 A/B trabajando en paralelo. El agua pasa a través de la membrana, dejando atrás algunas porciones de sus impurezas originales como un concentrado. En la osmosis inversa, el transporte de agua a través de la membrana, no es el resultado del flujo a través de poros definidos, por lo menos no a través de poros como se les concibe de ordinario.

Este proyecto de investigación se realiza con la finalidad de estudiar el problema que presenta la planta de tratamiento de agua y desmineralizadora, trayendo como consecuencia problemas en la generación de potencia, viéndose afectado diversas áreas de la planta termozulia.

Miguel Segovia

11

1.5. DELI MITACION DEL PROBLEMA

El desarrollo de este proyecto quedo delimitado con respecto a:

•

AMBITO ESPACIAL

Dicho estudio, se llevó a cabo en la planta de pretratamiento de agua y

OS

Ósmosis inversa en la Planta Termozulia, ubicada en la vía Cañada de

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VAD R E S E R HOS

Urdaneta, San Francisco; Estado Zulia.

• La

AMBITO TEMPORAL estimación

de

tiempo

para

la

el

desarrollo

de

esta

investigación, es de seis (6) meses, iniciándose el tres (03) de Julio del año dos mil seis (2006), hasta el Tres (03) de Enero del año dos mil siete (2007).

Miguel Segovia

12

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VAD R E S E R HOS

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Miguel Segovia

13

2.1. ANTECEDENTES

Para la realización de este proyecto de investigación, se tomo como punto de referencia varias investigaciones previas a estas, aun cuando algunas no están relacionadas directamente sirvieron como apoyo y referencia para el desarrollo de este trabajo. A continuación se citan los trabajos consultados:

OS

VAD R E S E R HOS

C E R E D LOPEZ, G (1997).

Evaluación de los polímeros clarificantes y

productos químicos de la planta de inyección de agua de Campo Boscan. Tesis de Grado. Universidad del Zulia. Maracaibo.

Sus objetivos fueron canalizados en determinar cual de los productos químicos eran los más convenientes utilizar tanto técnico como económicamente en los sistemas de inyección de agua a pozos. Se realizaron pruebas a nivel de laboratorio y campo, en donde se realizo un estudio económico con diferentes grupos de productos químicos clarificantes y anti-incrustante, con el fin de determinar el mejor tratamiento químico con la dosis optima a nivel de campo trayendo como consecuencia la disminución en los costos de tratamiento por metro cúbico de agua tratada. A nivel de las pruebas de laboratorio se encontró como la efectividad de los productos químicos disminuía con el

Miguel Segovia

14

sobretratamiento. El tipo de investigación realizada fue experimental y descriptiva bajo una modalidad de campo.

CASTILLO, J. (1999). Selección del coagulante para el proceso de clarificación de las aguas de la planta .C. de Maracaibo. Tesis de Grado. Universidad del Zulia. Maracaibo.

OS

VAD R E S E R HOS

El centro de investigación del agua mediante el convenio LUZ-

C E R E D Hidrolago por medio de esta investigación evaluaron 7 productos como coagulantes primarios y 2 ayudantes de coagulación y/o floculación pertenecientes a cuatro empresas distintas (FERRALCA, ACIDOS Y MINERALES, HESSA CHEMICAL Y TRANSALUMINIO) este estudio se llevo a cabo captando muestras diarias del agua cruda al llegar a la planta Alonso de Ojeda (Planta C.) ubicada en Maracaibo, para luego someterlas al test de jarras, considerando baja, media y alta turbidez (8, 14 y 30 NTU, respectivamente), según mediciones promedios registradas por Hidrólogo para 1997.

Cada producto se evaluó para las condiciones anteriores, determinándose en todos los casos dosis óptima turbidez, pH, color, alcalinidad, SST. La dosis de sulfato de aluminio líquido es 2.4 y 3.2 veces mayor para el sulfato de aluminio sólido y la del clorihidróxido de aluminio es 2 veces menor, mientras para el PACI se obtuvo una dosis

Miguel Segovia

15

óptima similar a los sulfatos sólidos. Dentro de este análisis se realizaron las pruebas utilizando dos ayudantes de coagulación y/o floculación, disminuyendo la dosis óptima del coagulante primario en un máximo de 45%, sin mejorar el proceso ni abaratar los costos.

Para finalizar se determinó la dosis óptima para agua preclorada, para lo cual se preseleccionaron cuatro productos, SATA, SALH, SATA,

OS

VAD R E S E R HOS

SM como tradicionales y el clorihidróxido como no tradicional. Este último se

C E R E D seleccionó con propósitos

investigativos a manera de obtener la

información total del producto.

Finalmente puede concluirse como todos los productos aportan los mismos beneficios técnicos. La aplicación de uno de ellos es una decisión económica favorecedora al sulfato de aluminio.

DOMINGUEZ, F. (2000). Optimización del proceso de clarificación de la planta de potabilizacion B. Tesis de grado. Universidad del Zulia. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo.

La planta de potabilización B perteneciente a HIDROLAGO, realiza su captación de agua de un campo de pozos conocido como Campo I y suministra agua al Municipio San Francisco. Esta agua se distingue por presentar características fisicoquímicas prácticamente constantes durante

Miguel Segovia

16

todo el año. La turbidez oscila entre 14 y 20 NTU, mientras el color se encuentra entre 50 y 80 UC, así mismo, el pH varía entre 6.6 y 6.9 y la alcalinidad se ubica entre 85 y 100mg de CaCO3/l (0.085 y 0.1 kg de CaCO3/m³).

El problema fundamental de esta agua esta constituido por las elevadas concentraciones de hierro y manganeso las cuales fluctúan

OS

VAD R E S E R HOS

entre 2 a 4 ppm y 0.18 a 0.25 ppm respectivamente; por lo cual se

C E R E D procede a airearla con

el fin de oxidar a estos metales, antes de

someterla al proceso de coagulación-floculación. Para lo cual se decidió emprender un estudio utilizando tres coagulantes adicionales; sulfato de aluminio líquido (SATA-SM), sulfato de aluminio sólido libre de hierro (SALH) y clorihidróxido de aluminio (E-200), para determinar cual de ellos presentan los mejores beneficios técnicos económicos.

Para este estudio se consideró evaluar la efectividad del cloro como oxidante del hierro y manganeso al ser agregado 10 o 20 minutos antes del coagulante, comparándolo con la adición del coagulante directamente al agua proveniente de la aireación. Se utilizó el Test de Jarra

como

método

de

laboratorio

para

simular

los

procesos,

determinando una serie de parámetros fisicoquímicos, antes y después de la realización del mismo tales como turbidez, color, pH, alcalinidad,

Miguel Segovia

17

concentración de hierro y concentración de manganeso, en forma total y soluble.

Como criterio para la determinación de la dosis óptima para cada producto, se consideró la obtención de un valor de turbidez menor o igual a 3.8 NTU para garantizar además un valor de color por debajo de 15 UC y a la vez un porcentaje de remoción de hierro y manganeso máximo,

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

después de haber realizado el Test de Jarra.

Todos los productos ofrecieron una misma calidad de remoción de color y turbiedad, por lo cual el objetivo se centró en cual de ellos ofrecía la mejor remoción de hierro a menor costo.

Para las tres condiciones operativas estudiadas, el producto SATA presentó la mejor relación costo/remoción de metales, por lo cual se recomendó como el producto a ser utilizado en el proceso de coagulación de la planta. Los demás productos se recomendaron en el siguiente orden: SATA-SM, SALH y E-200. Las diferencias obtenidas en la remoción de metales mediante el uso de cloro y prescindiendo de él, indican la no justificación de su uso como oxidante después de la aireación. Si se efectúa la oxidación máxima de los metales durante el proceso de aireación, se puede optimizar la calidad del agua obtenida de la planta.

Miguel Segovia

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PEREZ, F y ZABALA, J. (1993). Estudio de un sistema de osmosis inversa. Tesis de grado. Universidad del Zulia. Escuela de Ingeniería Mecánica. Maracaibo.

El objetivo principal fue la realización del un estudio técnico utilizando agua residuales del colector c de Hidrolago para la selección de un sistema de osmosis inversa basándose en caso reales para así poder

OS

VAD R E S E R HOS

obtener el mayor beneficio de este recurso humano, luego de diversa

C E R E D pruebas realizadas y después de haber determinado los parámetros de selección gracias a visitas realizadas a diferentes plantas de osmosis inversa se selecciono el sistema mas adecuado a las necesidades de la

universidad y gracias a estos resultados se arrojo un estudio sobre la propuesta de una agua optima no solo para riego de áreas verdes sino también apta para el consumo humano.

MORALES, J y VELAZCO, A (2005). Diseño de una planta de osmosis inversa para la potabilizacion del agua dulce. Tesis de grado. Universidad del Zulia. Escuela de Ingeniería Mecánica. Maracaibo.

La calidad del agua que la población consume y utiliza para cubrir sus necesidades es cada vez mas baja y es por ende que surge la necesidad de darle un tratamiento adecuado que nos garantice la pureza del agua, por tal motivo se diseño una planta de osmosis inversa para la

Miguel Segovia

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potabilización del agua dulce. Para que esto fuera llevado a cabo se estudiaron modelos de plantas de este tipo encontradas en el mercado, se examinaron cada uno de sus elementos como la función que cumplen dentro del sistema, sobre esto datos recolectados se diseño la configuración del bastidor mas adecuado y se determinaron los elementos necesarios para integrarlos todos en conjunto.

OS

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Luego de todo esto se logra una planta constituida principalmente

C E R E D por una etapa de prefiltración, una bomba de alta presión, un modulo de osmosis inversa, instrumentos de medición de caudal, presión y sólidos disueltos en el agua producto, además de los accesorios requeridos por el diseño. Finalmente se observo el buen funcionamiento del sistema mediante simulaciones que se realizaron y podemos decir que esto en un gran indicativo que las suposiciones y las determinaciones que se tomaron fueron las mas adecuadas al momento de que se realizo el diseño de la planta.

LEON, O y CARRUYO, J. (1999). Adecuación de los tratamientos fisicoquímicos de planta de inyección de agua en pozos. Tesis de grado. Universidad del Zulia. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo.

El principal objetivo de este trabajo de investigación fue adecuar de los tratamientos fisicoquímicos de las plantas de agua efluentes de Puerto

Miguel Segovia

20

Miranda y Bachaquero, podemos decir además que esta agua deben cumplir con una serie de requerimientos y especificaciones para asegurar la calidad del agua de inyección y así se garantiza la factibilidad del proceso de recuperación secundaria del petróleo sin afectar los yacimientos respectivos.

Para ser alcanzado este propósito, se realizaron análisis físicoquímicos

y

S Oaguas D A V R E caracterizar las S HOS RE

microbiológicos

DEREC

para

de

las

segregaciones en cada planta. Además se evaluaron diversos productos químicos como clarificantes, inhibidores de incrustación y biocida, para así poder establecer las dosis óptimas de estos productos. En la planta de Puerto Miranda, se logro cumplir un 78% con el criterio de crudo en agua, en un 98% con la inhibición de las incrustaciones y en 100% con el requerimiento de cantidad de bacterias sulfato reductoras, en donde se logro un ahorro por la optimización del tratamiento químico. En la planta de Bachaquero se cumplió en un 84% con el criterio de crudo en agua, en un 97% con la inhibición de las incrustaciones y cumplió con el parámetro de cantidad de bacterias de sulfato reductoras en un 100%, en donde se obtuvo de igual manera un ahorro para la empresa obteniéndose a su vez beneficios para el agrado del consumidor.

Miguel Segovia

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BERMUDEZ, E (2006). Optimización de las dosificaciones de los tratamientos químicos utilizados en el pretratamiento y desmineralización del agua de pozo de la Planta Termozulia. Tesis de grado. Universidad Rafael Urdaneta. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo.

Al realizar los estudios pertinentes se obtuvo como principal resultado que las variables fisicoquímicas del agua del pozo a la salida de

OS

VAD R E S E R HOS

la unidad de pretratamiento se encontraba por debajo de los valores

C E R E D máximos permisibles

para este proceso lo cual nos indico que el

funcionamiento que tiene es un proceso eficiente a pesar de no encontrarse en sus condiciones optimas. Con los resultados obtenidos se obtuvo la capacidad de recomendar sustituir la actual dosificación

de

cloruro ferrico en la planta por policloruro de aluminio a una concentración de 6ppm para una concentración floculante de 1ppm.

2.2. BASES TEORICAS

Bajo este concepto, se establecieron los fundamentos teóricos que sirvieron para acceder a la información respecto al problema en estudio. Tomando en cuenta las teorías particulares que existen se puede explicar y analizar el problema en cuestión, es decir, estas pueden contribuir con bases sólidas al problema planteado, para ello se explicaran algunas definiciones.

Miguel Segovia

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La posibilidad de transformar en agua potable el agua salada ha sido un anhelo del ser humano desde tiempos inmemorables. Las grandes masas de agua, como los ríos, lagos y el propio mar se evaporaban con el sol, formando nubes. Sabia, asimismo, que las nubes eran las responsables de la lluvia y que estas no contenían sales ni impurezas.

OS

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Desde tiempos muy lejanos, el hombre intento imitar la naturaleza

C E R E D reemplazando la energía solar por el fuego y propiciando, por tanto, el nacimiento de un primer incipiente sistema de destilación. Esto empezó a tomar visos de realidad ya a mediados del siglo IV antes de Cristo, cuando Aristóteles fabrico el primer evaporador que se conoce.

En el siglo XVIII se dio una circunstancia que favoreció mucho el desarrollo de los evaporadores: el auge de la industria de azúcar, cuyo refinado necesitaba de evaporadores para abaratar el proceso.

A mitad del siglo XIX no era infrecuente el hecho de que determinados barcos llevasen instalados destiladores para intentar conseguir potabilizar el agua marina. (www.todoagua.com)

El descubrimiento de la osmosis es anterior al de la difusión, antecedida esta a su vez, por un mundo reinante de confusiones. La

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primera luz es dada en 1748 por J. A. Mollet (1700-1770) cuando era profesor de física experimental en la Universidad de Navarra. Mollet obtuvo una membrana de vejiga animal, colocando alcohol de un lado y agua de otro, observo que el agua fluía a través de la vejiga para mezclarse con el alcohol, pero de ninguna manera el alcohol se mezclaba con el agua, lo que descubrió fue la existencia de membranas semipermeables ya que permitían el paso de uno de los componentes de

DEREC

OS

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la solución y evitaba la difusión de otros.

El descubrimiento de la osmosis en membranas semipermeables fue realizado por Henri Dutrochet (1776-1847), considerando como uno de los grandes fisiólogos del siglo XIX, quien también tiene relación con las primeras observaciones que condujeron al descubrimiento de la fotosíntesis.

Este personaje descubrió el fenómeno de la osmosis inversa cuando observo que la difusión del solvente a través de una membrana semipermeable ocurría siempre de la solución de menor concentración de un soluto, que no puede pasar, hacia la solución de mayor concentración; además el solvente que fluye es capaz de desarrollar una presión sobre la membrana a la que denomino presión osmótica. (www.encarta.com)

Miguel Segovia

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PLANTA TERMOZULIA

La Planta Termozulia ubicada en la Cañada de Urdaneta fue creada para mejorar el servicio eléctrico de la zona occidental de Venezuela y para cubrir la creciente demanda del mismo, esta planta se constituye entre 2001 y el 2003.

OS

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En Planta Termozulia cuenta con dos turbogeneradoras a gas –oil,

C E R E D posee una la capacidad de trabajar

con gas, ambas unidades producen

300 MW, además cuenta con un sistema para los tratamientos del agua que proviene de los pozos perforados en el sitio, esta agua de alimentación posee las siguientes características que son:

Tabla # 1 Requerimientos Físico-químico del Agua de Alimentación

PARÁMETRO Calcio (ppm CaCO3)

como

Magnesio (ppm como CaCO3) Sodio (ppm CaCO3)

como

Potasio (ppm CaCO3)

como

Miguel Segovia

VALOR NORMAL PROMEDIO

VALOR MÁXIMO

238

250

283

300

517 (nota 1)

550

6

8

25

1044

-

Cloruros (ppm como CaCO3)

635 (*)

650

Sulfatos (ppm como CaCO3)

94

350 (**)

Bicarbonatos como CaCO3)

(ppm

312

320

Carbonatos como CaCO3)

(ppm

0

0,2

Total Cationes

OS

ERVAD Fosfatos (ppm como OS RES H 1 CaCOD ) EREC 3

Nitritos (ppm CaCO3)

como

Sílice disuelta como CaCO3)

(ppm

Sílice coloidal como CaCO3)

(ppm

1,5

0,02

0,02

0,8

1

1,4

1,5

1044

-

Menor 0,01

-

Hierro total (ppm como Fe)

0,36 (***)

0,3

Cobre (mg/l como Cu)

menor 0,01

Manganeso como Mn)

Menor 0,01

-

7,1

7,5

Menor a 0,5

1

29

30

Total Aniones Zinc (ppm CaCO3)

pH Color, Pt-Co Temperatura ºC

Miguel Segovia

como

(ppm

-

26

Turbiedad (NTU)

7

8

DBO5, 20 ºC (ppm)

0

15 (*)

DQO, (ppm)

0-8

70 (*)

Sólidos (ppm)

suspendidos

0,4

0,6

Materia (ppm)

Orgánica

0-64

70 (*)

Dióxido de carbono (ppm como CO2)

O

DERECH

Cloro libre (ppm como Cl2)

Sólidos totales disueltos (STD) (ppm)

45 S O D A V R S RESE 41

Menor 0,1

-

1344

1400

Fuente: Veneagua, 2005 En el cuadro descrito anteriormente se describe el análisis fisicoquímico, destacando los valores promedios probables para cada uno de los iones presentes y definiendo para cada ion el valor máximo probable (estos valores máximos se pueden presentar por periodos de tiempo variable).

Cuando nos referimos a (*) estamos habando que el contenido de la salinidad del agua del pozo, es considerado como valor máximo promedio, debido a que la muestra fue captada en época de sequía. Presentándose incremento de salinidad al bajar el nivel freático del acuífero permitiendo la filtración del agua del Lago, la cual es salobre, e

Miguel Segovia

27

inclusive la contaminación con aguas negras posiblemente desde pozos sépticos del subsuelo. (Manual de Operaciones de Veneagua, 2005 p. 7)

Al hablar de (**) nos estamos refiriendo al agua del pozo que es libre de oxigeno disuelto, sin embargo contiene dióxido de carbono disuelto, por ello es considerada corrosiva a los aceros al carbono, debiendo ser seleccionado materiales apropiados al manejo del CO2 y a la

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VAD R E S E R HOS

salinidad del agua. (Manual de Operaciones de Veneagua, 2005 p. 7)

DEREC

Al hacer mención sobre (***) estamos hablando sobre la presencia de valores altos de sulfatos, normalmente disminuye la presencia de Cl, Na y dureza total en el agua de pozo. (Manual de Operaciones de Veneagua, 2005 p. 7)

Estas deben cumplir con ciertas especificaciones para evitar daños a estos equipos. La utilización de un agua sin el apropiado tratamiento previo en el ciclo de la plata y sobre todo en las calderas de alta presión usada actualmente, puede provocar graves consecuencias, en las cuales las mas importantes son: las incrustaciones en los tubos de las calderas, la corrosión en la superficie metálicas de las calderas, calentadores y tuberías el arrastre de las partículas sólidas o liquidas y la cristalización en as costuras y tubos de las calderas.

Miguel Segovia

28

Para ello la Planta termozulia cuenta con unos sistemas para el tratamiento del agua que son el pretratamiento y la desmineralización.

El agua producida por el pozo es pasada a un proceso de pretratamiento y luego es desmineralizada por cuanto sus características fisicoquímicas no son aptas para ser introducidas en los procesos de esta planta. El agua desmineralizada es luego inyectada en cada una de las

OS

VAD R E S E R HOS

cámaras de combustión de las turbinas de generación eléctrica; cada

C E R E D unidad requiere 47 m³/h de agua desmineralizada, logrando así el control de emisiones parciales, esto garantiza los bajos niveles de óxidos de nitrógeno en el escape de las turbinas cumpliendo con las normativas internacionales, así como la de no generación de sólidos incrustantes generando problemas de carácter mecánico al sistema o desarrollo de fenómenos corrosivo en el equipo, por ello esta investigación estará canalizada

a

optimizar

desmineralización del agua

los

sistemas

de

pretratamiento

y

utilizados en esta planta. (Entrevista no

estructurada con el departamento químico de la Planta).

Actualmente existen solamente dos plantas termoeléctricas con estas características en el país, conformadas por dos módulos principales: pretratamiento y desmineralización, de las cuales solo una se encuentra operativa, en Termozulia el principal objetivo de este módulo de pretratamiento es, garantizar la calidad del agua por la cual será

Miguel Segovia

29

alimentada a la etapa de desmineralización, este proceso es alimentado con agua de pozos subterráneos, a un caudal de 250 m³/h.

En la Planta Termozulia se llevan a cabo diversos procesos, los cuales presentan un alto consumo de agua con características químicas muy importantes como lo es el bajo contenido de minerales (agua desmineralizada), la cual proviene de un pozo perforado en el sitio.

OS

VAD R E S E R HOS

(Entrevista no estructurada con el departamento químico de la Planta)

DEREC

PLANTA DE PRETRATAMIENTO DE AGUA

El primer proceso del agua del pozo es en una piscina donde se airea y se le agregan 1000lts de hipoclorito de sodio al 3.5 % de concentración, el cual se agrega dos veces por semana, lunes y jueves, de aquí el agua de pozo pasa a un tanque de reposo, el cual, sirve agua para el sistema contra incendio.

En la planta de pretratamiento de agua de pozo (A-3121) Plano Físico Fig. 1, se le agrega coagulante (cloruro férrico al 40%), una inyección en línea de hipoclorito de sodio concentrado y polímero fosforoso. El cloruro férrico ayuda a coagular las partículas microscópicas encontradas suspendidas alcanzando un tamaño efectivo y una rapidez

Miguel Segovia

30

de asentamiento; el polímero se mantiene en una concentración del 1ppm presente en el sistema y se encarga de transformar las partículas coaguladas de tamaño submicroscópico, en otras visibles y discretas, este proceso fisicoquímico ayuda a las partículas y otros contaminantes a formar partículas submicroscópicas; logrando así un tamaño y peso suficiente, formando una masa blanda.

OS

VAD R E S E R HOS

Una vez acondicionada, el agua pasa a los filtros pulidores donde

C E R E D se logra la retención de la materia suspendida, materia orgánica, y otros., contenida en el agua. Finalmente el agua filtrada en los filtros pulidores es enviada a presión al tanque de agua pre-tratada (T-3121). (Entrevista no estructurada con el departamento químico de la Planta)

Miguel Segovia

31

FIGURA #1 Esquema de la Planta de Pretratamiento de Agua A-3121

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

Desde Unidad Paquete A-3141 -

Químicos Floculación) (oxidación, coagulación

Agua recuperada

Filtros Pulidores Tanque de Agua Filtrada

Piscina de Oxidación

Aguapretratada Hacia Unidad Paquete - A 3141

Agua de Retrolavado Agua de Pozo

Tanque de Efluentes

Lechos de Secado

Efluentes de lavado

Fuente: Segovia, Miguel 2007

Miguel Segovia

32

Tabla # 2 Parámetros de calidad del Agua Pretratada (Salida de la Planta de Agua Pretratada A-3121)

PARAMETRO

VALOR MAXIMO *

pH

Mayor que 7

OS D A V R E S Cloro Libre (ppm) Menor que O.5 S RE O H C E R DE Turbiedad (NTU)

Menor que 1

Sílice Disuelta (ppm como SiO2)

Menor que 1

Sílice Coloidal (ppm como SiO2)

Menor que 1.5

Hierro Total (ppm como Fe)

Menor que 0.1

Materia Orgánica (ppm KMnO4)

Menor que 10

Fuente: Veneagua, 2005

El

cuadro

descrito

anteriormente

nos

habla

sobre

las

características fisicoquímicas del agua a la salida de la Planta de Pretratamiento de Agua. Al hablar de (*) nos estamos refiriendo a los valores máximos esperados que pueden variar en función de la calidad del agua de alimentación y la dosificacion de productos químicos.

Miguel Segovia

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PRUEBAS DE JARRO Son simulaciones en el laboratorio, de las operaciones de coagulación-floculación-decantación que se realizan en las plantas de tratamiento y purificación de aguas. Al igual que otras pruebas analíticas, el método ha sido estandarizado para facilitar la comparación y convalidación de los resultados.

OS

VAD R E S E R HOS

Este método tiene por objetivo determinar el tipo de coagulante

C E R E D mas adecuado para una determinada masa de agua y la dosis optima de

coagulante mediante la simulación de tres procesos básicos que se realizan en planta: Mezcla rápida, Mezcla lenta y Decantación. Para obtener así, una mayor economía y un mejor tratamiento.

Entre las etapas, tenemos: •

Agregado de producto químico.

•

Mezcla o Difusión (mezcla rápida 80 rpm/ 3min).

•

Floculación (mezcla lenta 6 rpm/ 15min).

•

Sedimentación (3 horas).

La dosis optima, se refiere a la dosis minina de coagulante agregado o requerido para obtener un efluente con una calidad determinada. Para ello, se debe tomar en cuenta los limites de turbidez, donde lo deseable es 5 UT y lo permisible 10 UT.

Miguel Segovia

34

La aplicación de este ensayo es conseguir la cantidad de coagulante, alcalinizante o auxiliares que deben agregarse para obtener el máximo de eficiencia con el mínimo consumo de materiales.

ETAPAS DE PRETRATAMIENTO DEL AGUA.

Durante el proceso de potabilización del agua se cumplen varios

OS

VAD R E S E R HOS

procesos o etapas. Para efecto de esta investigación se hará referencia a la

C E R E D etapa relacionada

con

la

coagulación-floculación,

por

estar

directamente relacionada con la variable fisicoquímica a monitorear cual se describe a continuación.

COAGULACION-FLOCULACION

Según Kemmer (1999) Los procesos de coagulación y floculación se emplean para extraer del agua los sólidos suspendidos siempre que su rapidez natural de asentamiento sea demasiado baja para proporcionar una clarificación efectiva, característica para aplica en esta investigación. La clarificación del agua, el ablandamiento con cal, el espesamiento con lodos y el desecamiento, depende de una correcta aplicación de la teoría de la coagulación y la floculación para obtener éxito.

Miguel Segovia

35

Los términos coagulación y floculación se han empleado de forma indiscriminada para describir el proceso de eliminación de la turbidez del agua. Sin embargo, existe una distinción clara entre ambos términos. Según Kemmer (1999) la coagulación es por definición, el fenómeno de desestabilización de las partículas coloidales, conseguidas especialmente por medio de la neutralización de sus cargas eléctricas. Se llama coagulante al producto utilizado para esta neutralización.

OS

VAD R E S E R HOS

C E R E D Las especies coloidales halladas en el agua cruda incluyen arcillas, sílice, hierro y otros metales pesados, color y sólidos orgánicos, así como también residuos de organismos muertos, Entre esta gran variedad de materiales, existe una distribución grande en el tamaño de las partículas.

Opina Kemmer (1999) Los coloides siempre necesitan coagularse para alcanzar un tamaño grande efectivo y una buena rapidez de asentamiento; pero aún partículas mayores, no son realmente coloidales y se asentarían si se les diera tiempo suficiente, requieren de la coagulación para formar un floculo mayor lográndose el asentamiento con mayor rapidez.

La coagulación consiste en introducir en el agua un producto capaz de:

Miguel Segovia

36

1. Neutralizar la carga de los coloides generalmente electronegativos, presentes en el agua.

2. Formar un precipitado.

Los coagulantes principalmente utilizados son sales de aluminio o de hierro. La sal metálica actúa sobre los coloides del agua por medio del

OS

VAD R E S E R HOS

catión, adhiriéndose a la superficie de la materia coloidal y neutralizando

C E R E D las cargas negativas antes de precipitar.

En algunos casos, pueden utilizarse igualmente productos de síntesis tales como los polielectrólitos catiónicos. Al polielectrólito cationico se le llama así, porque lleva cargas positivas, y neutralizan directamente a los coloides negativos. Los polielectrólitos catiónicos se emplean generalmente junto con una sal metálica, en cuyo caso permiten una importante reducción de la dosis de dicha sal, la cual habría sido precisa utilizar. Puede llegarse incluso a suprimirse completamente la sal metálica, logrando reducir notablemente el volumen de fango producido.

Según Kemmer (1999) la floculación es la segunda fase de la formación

de

partículas

sedimentables,

a

partir

de

partículas

desestabilizadas de tamaño pequeño.

Miguel Segovia

37

Al contrario resulta en la coagulación, donde la fuerza primaria es de tipo electrostática, o interiónica, la floculación se debe a un mecanismo de formación de puentes químicos o enlaces químicos. Tienen influencia en este proceso el tamaño y la concentración del flóculo, el pH, la temperatura del agua y la concentración de electrolitos.

Desde el punto de vista operativo, la floculación se consigue

OS

VAD R E S E R HOS

recurriendo a una mezcla moderada y prologada, transformando las

C E R E D partículas coaguladas de tamaño submicroscópico en otras suspendidas, discretas y visibles. En esta fase, las partículas tienen un tamaño y peso suficiente para sedimentar rápidamente por gravedad, y pueden eliminarse de la suspensión por filtración.

La agrupación de las partículas descargadas, al ponerse en contacto unas con otras, constituye la floculación, dando lugar a la formación de flóculos capaces de ser retenidos en una fase posterior del tratamiento del agua. Algunos productos pueden favorecer la formación del flóculo; a estos se les llama floculantes. (Kemmer 1999)

El proceso de coagulación-floculación se emplea básicamente para:

Miguel Segovia

38

a. Remoción de turbidez orgánica e inorgánica con dificultad de sedimentar rápidamente.

b. Remoción de color verdadero y aparente.

c. Eliminación de bacteria, virus y organismos patógenos susceptibles de ser separados por coagulación.

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OS

VAD R E S E R HOS

d. Destrucción de algas y plancton en general.

e. Eliminación de sustancias productoras de sabor y olor en algunos casos y de precipitados químicos suspendidos en otros.

ETAPAS DEL PROCESO COAGULACION-FLOCULACION.

Según Kemmer (1999) durante el proceso de coagulaciónfloculación se distinguen cinco fases:

a. Hidrólisis de los coagulantes y desestabilización de las partículas existentes en la suspensión.

Ocurre cuando al agregar un coagulante al agua, está se hidroliza, produciendo desestabilización de las partículas y puede ser por simple absorción de los productos de la hidrólisis (cationes) en la doble capa

Miguel Segovia

39

cobertora de coloides negativamente cargados o por la interacción química con los grupos ionizados en la superficie.

b.

Precipitación

y

Formación

de

componentes

químicos

polimerizantes.

OS

VAD R E S E R HOS

Se produce cuando los productos de la hidrólisis de los

C E R E D coagulantes experimentan enlace

de

unos

con

reacciones de polimerización, es decir, el

otros

formando

grandes

moléculas

para

transformarse en grandes cadenas tridimensionales con los extremos activos.

c. Absorción de las cadenas polimétricas en la superficie de los coloides.

Se logra cuando estas cadenas son adsorbidas en los sitios vacantes de absorción de los coloides existentes en suspensión, dejando extremos extendidos en el agua.

Miguel Segovia

40

d. Absorción mutua entre los coloides.

Se obtienen cuando los extremos libres pueden adherirse a otras partículas coloidales con sitios vacantes y forman las masas esponjosas de partículas de la suspensión unidas por cadenas polimétricas. Este proceso puede favorecerse por una agitación lenta con agua.

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

e. Acción de barrido.

Se efectúa cuando los coágulos formados al sedimentar producen un efecto de barrido, gracias a su caída van atrapando nuevas partículas formando los microfloculos. La aparición de hidróxidos metálicos precipitados puede contribuir a este efecto.

MECANISMOS DE COAGULACION

Señala Socorro (1997) como la coagulación se puede producir a través de cuatro mecanismos señalados a continuación:

•

Compresión de la doble capa. Mediante este mecanismo, las partículas coloidales se agregan en conjunto y coagulan. Debido a la capa de difusión disminuye la barrera de energía. Puede lograrse a través de la adición de un electrolito para

Miguel Segovia

41

aumentar la concentración iónica en el líquido o por la adición de carga eléctrica superior. La concentración del electrolito necesaria para realizar la coagulación depende de la carga de los iones, de acuerdo con la ley de Schulze-Hardy, dice: la precipitación de un coloide es efectuada por aquel ión del electrolito añadido, con una carga opuesta en signo a la de las partículas coloidales y el efecto de dicho ión se incrementa

OS

VAD R E S E R HOS

cuanto mayor sea el numero de cargas que pasea.

DEREC •

Formación de un Puente entre Partículas: de utilizarse polielectrónolitos donde sus largas cadenas de polímeros atacan en sitios cargados a las partículas coloidales en suspensión, produciéndose en ellos un puente determinante de la formación de macroflóculos.

•

Mecanismo de Formación del Flóculo. Señala Socorro (1997), cuando se agrega un coagulante de agua para precipitar o remover la turbidez y color, se producen dos fases antes de que el flóculo esté en condiciones de sedimentar.

•

Primera Fase (Coagulación). Si se supone haberse empleado sulfato de aluminio o alguna sal férrica se obtendrán iones positivos trivalentes de aluminio (AI+++) o de hierro (Fe+++), los

Miguel Segovia

42

cuales reducen las cargas negativas de color o turbidez. Por otra parte, estos iones reaccionan con la alcalinidad del agua, dando origen a los respectivos óxidos hidratados, cargados positivamente, coloides neutralizantes de la carga de color o turbidez por efecto de la atracción de cargas eléctricas de signo contrario, originando una carga eléctrica neta inferior. En esta etapa

tiene

lugar

la

formación

de

microflóculos

OS

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no

sedimentantes por acción de la gravedad, los cuales teniendo

ECpositiva, continúan removiendo partículas de color y DEaúnRcarga turbidez cargadas negativamente.

•

Segunda Fase (Floculación). Mediante el acondicionamiento o agitación leve del agua se consigue incrementar, por absorción, el tamaño del flóculo por cuanto se ha generado una superficie activa,

producto

del

enorme

número

de

microflóculos

absorbentes de las impurezas del agua al momento de producirse el contacto entre las diferentes partículas. Los microflóculos

se

transforman

lentamente

en

flóculos

susceptibles de sedimentación.

Miguel Segovia

43

FACTORES INFLUYENTES EN EL PROCESO DE COAGULACIONFLOCULACION.

Según Kemmer (1999) el proceso de coagulación-floculación se encuentra condicionado por una serie de variables las cuales afectan de manera directa dicho proceso, tales como:

pH.

DEREC

OS

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El pH desempeña un papel importante en el proceso de coagulación-floculación debido a la hidrólisis ácida de los coagulantes metálicos. Mientras menor sea la concentración de sólidos suspendidos y disueltos, es decir, mientras más diluida esté el agua respecto a sales y menor sea la concentración de alúmina añadida será menor la zona de pH en las condiciones óptimas de coagulación.

Es importante mencionar, a un pH bajo, las densidades de carga de los ácidos húmicos y fílmicos, los hace ser más hidrofóbicos, dificultando la remoción, por lo cual es uno de los factores a controlar, en especial en casos de aplicación de coagulación reforzada en donde esté es una factor fundamental, tanto la elección del coagulante y su dosis.

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44

En general, mientras menor sea la turbidez, el color del agua a tratar y la dosis de coagulante utilizada, más estrecho será la zona óptima de pH para la coagulación. La cantidad de coagulante requerida para efectuar una buena coagulación varía con la naturaleza y cantidades de sólidos suspendidos y en solución contenidos en el agua.

TEMPERATURA

OS

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C E R E D Es un hecho bien

conocido entre los operadores de filtro, la

efectividad de la coagulación y la velocidad de formación de flóculos están influenciadas por la temperatura del agua.

Conforme disminuye la temperatura del agua, debe aumentarse la dosis de productos químicos usados para coagular con el objeto de asegurar la formación de flóculos adecuados.

El efecto desfavorable de la baja de temperatura sobre la formación del flóculo puede disminuirse mediante un diseño adecuado del equipo con respecto a un mezclado eficiente previo a una floculación adecuada.

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45

CONCENTRACION DEL COAGULANTE.

Los coagulantes metálicos deben aplicarse en soluciones de concentración superiores al 10% en los casos posibles. Sin embargo, el uso de sulfato de aluminio hasta 1.5% no disminuye en su eficiencia y altas dosis crean estabilización del coloide.

OS

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CONCENTRACION DEL FLOCULANTE.

DEREC Generalmente

su

empleo

disminuye

la

concentración

de

coagulante aumentando la economía del proceso, igualmente aumenta la velocidad de sedimentación, y el tiempo de floculación disminuye obteniéndose flóculos más densos, aumentando la concentración y estabilización de los coloides.

SECUENCIA DE LA APLICACIÓN DE LA SUSTANCIA QUÍMICA.

El punto de aplicación y la secuencia del coagulante-floculante determinan la eficiencia del proceso, esto depende de la naturaleza del agua a tratar y se determina experimentalmente.

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46

GRADO DE AGITACIÓN.

La mezcla instantánea necesita de una agitación rápida y después una lenta. La agitación rápida por breve período de tiempo dispersa el coagulante y favorece las reacciones químicas iniciales, el tiempo varía de 30 segundos a 1 minuto a 250 revoluciones por minuto (rpm), ó 2-3 minutos a 85rpm, ó 1 minuto a 200rpm. Se recomienda:

OS

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EC R E D • Tiempo de Sedimentación. Para obtener un agua de buena calidad el tiempo de sedimentación de los agregados moleculares debe oscilar entre 30 minutos a 1 hora.

EQUIPO PARA LA ALIMENTACIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS EMPLEADOS PARA LA COAGULACIÓN

Según Socorro (1997) los equipos suministradores de los productos

químicos

en

los

procesos

de

tratamiento

de

agua,

generalmente miden en seco la cantidad de producto y la diluyen antes de ser aplicadas al agua cruda. El producto químico se pesa y de acuerdo con una carga básica (peso por centímetro de profundidad del tanque a llenarse) suministrará la dosis requerida dentro del margen ajustable del mecanismo de control del clarificador.

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47

Obviamente, el equipo dosificador de productos químicos deberá tener la capacidad adecuada para proporcionar la dosis deseada correspondiente al flujo de agua previsto. Muchos productos químicos empleados en coagulación son corrosivos, y el equipo para alimentarlos debería ser construido con materiales resistentes al ácido.

Generalmente, se emplean tanques forrados con hule o plomo,

OS

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tanques de tablillas de madera, así como acero inoxidables, monel,

C E R E D bronce y otros materiales resistentes. DOSIFICADORES

Los equipos dosificadores pueden manejar cantidades sólidas y cantidades líquidas. Cuando los dosificadores manejan productos sólidos, éstos pasan a cámaras de dilución, es decir, siempre el producto aplicado al agua cruda es líquido.

Algunos dosificadores de líquido son:

a. Tanques disolventes para productos químicos cristalinos.

b. Dosificadores de desplazamiento líquido

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c. Dosificadores de caja de orificio.

d. Dosificadores de decantación o tubo oscilante.

Existen también dosificadores en seco, tales como: Dosificador volumétrico en seco, dosificador gravimétrico.

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SELECCIÓN DEL COAGULANTE

Opina Kemmer (1999): la elección del coagulante se efectuará después de un estudio del agua en el laboratorio, mediante la técnica de ensayos de floculación. En esta elección deben tenerse en cuenta diversos factores:

a. Naturaleza y calidad del agua bruta.

b. Variación de la calidad del agua bruta (variaciones diarias o según las a estaciones, en especial, influencia de la temperatura).

c. Criterios de calidad y destino del agua tratada.

d. Tratamiento previsto después de la coagulación (coagulación sobre filtro, decantación).

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e. Grado de pureza del reactivo, especialmente en el caso de aguas para abastecimiento público. Para este uso se excluyen los productos de recuperación, subproductos de fabricación, y otros.

PLANTA DESMINERALIZADORA DE AGUA

La

etapa

de

desmineralización

(A-3141)

está

OS

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integrada

principalmente por dos trenes idénticos de igual capacidad de 250m3/h, y

C E R E D su función principal es

remover los sólidos totales disueltos y la sílice,

contenidos en el agua en la etapa de pretratamiento. Los trenes de ósmosis inversa alimentan a su vez a dos trenes de intercambio iónico del 100%

de

capacidad,

permitiendo

entregar

la

calidad

del

agua

desmineralizada en 0,2 micromhos/cm.

El agua pasa por un proceso de desmineralización, en el cual debe cumplir ciertas condiciones para poder entrar al proceso, en esta parte se le agrega al agua pre-tratada, bisulfito de sodio al 32% con el fin de lograr eliminar el cloro residual remanente, anti-incrustante a una concentración de 1360 g/lt logrando así la deposición de sales en las membranas, y H2SO4 ácida al 50% para ajustar el pH; el agua filtrada y con el pH ajustado al valor requerido, es decir, índice de saturación según langelier del agua en punto estable, luego es enviada por las bombas de alta

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50

presión al primer paso del sistema de ósmosis inversa. (Entrevista no estructurada con el departamento químico de la Planta)

El producto del primer paso, es decir, permeado es enviado mediante las bombas de alta presión hacia el segundo paso, con una inyección en línea de soda cáustica al 50% para reducir los bicarbonatos a carbonatos. El rechazo del segundo paso con una concentración de

OS

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sales inferior al del agua cruda, se recircula a la entrada del primer paso,

C E R E D por lo cual realiza una ligera dilución del agua de alimentación. El rechazo del primer paso se desecha.

Este

sistema

de

ósmosis

inversa

utiliza

una

membrana

semipermeable para separar y para quitar los sólidos disueltos, los orgánicos, los pirogenitos, la materia coloidal submicro organismos, virus, y bacterias del agua. El proceso se llama ósmosis "reversa" puesto que requiere la presión para forzar el agua pura a través de una membrana, saliendo; las impurezas detrás. La ósmosis reversa es capaz de quitar 95%-99% de los sólidos disueltos totales (TDS) y el 99% de todas las bacterias, así proporcionando un agua segura, pura.

El producto o permeado del segundo paso ingresa a los intercambiadores de lecho mixto, distribuyéndose en forma uniforme sobre la resina por medio de un distribuidor tipo regadera. El intercambio

Miguel Segovia

51

iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando un ion de una disolución se intercambia por otro ion de igual signo que se encuentra unido a una partícula sólida inmóvil. El agua desmineralizada en los lechos mixtos es enviada al tanque de agua desmineralizada (T3141) para su posterior distribución. (Entrevista no estructurada con el departamento químico de la Planta)

DEREC

Miguel Segovia

OS

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Figura # 2 Esquema de la Planta de Agua Desmineralizada A-3141 Hacia Unidad PaqueteA-3121 Aguarecuperada

DEREC Químicos (ajustepH, reduccióncloro)

OS

VAD R E S E R HOS Químicos (ajustepH)

DesdeUnidad PaqueteA-3121 Aguapretratada

Haciadistribución Filtros deCartucho

Sistemade Osmosis Inversa

UnidaddeLechos Mixtos

Aguadesmineral.

Retrolavado

Sistemade Osmosis Inversa

Aire

Sopladores

Tanquede Aguadesm.

Químicos para regeneración Aire Mezcla

E f l u e n t e s Fosade Neutralización

Efluentes Neutraliz.

Fuente: Segovia, Miguel 2007

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Tabla # 3 Parámetros de calidad de Agua Desmineralizada (Salida Planta de Agua Desmineralizada A-3141)

PARAMETRO

VALOR

Sodio (ppb como Na)

Menor que 5

OS D A V R E S ConductividadOS RE Menor que 0.2 Siemens/cm a 25°C DERECH Sílice (ppb como SiO2)

Menor que 7

Hierro Total (ppm como Fe)

Menor que 0.01

Sólidos Suspendidos

Trazas

Fuente: Veneagua, 2005

En el cuadro anteriormente descrito se refiere a las características fisicoquímicas del agua a la salida de la Planta de Agua Desmineralizada A-3141.

ETAPAS DE DESMINERALIZACIÓN

Según Socorro (1997) en la desmineralización se combina los procesos de intercambio iónico para satisfacer la demanda de consumo de agua tratada. El agua se hace pasar a través de un lecho de resinas

Miguel Segovia

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encargadas de retener los cationes y aniones presentes y aportan grupos H+ y OH- a cambio.

Una vez el lecho ha agotado su capacidad de intercambio es necesario regenerarlo, generalmente con HCl y NaOH. Las condiciones de operación de este tipo de instalaciones, han hecho hoy en día prácticamente no se instale desmineralización aplicada directamente sino,

OS

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una instalación como proceso de afine tras una ósmosis inversa. Esta

C E R E D circunstancia, va a depender fundamentalmente de la calidad del agua a tratar. La tendencia actual, es alargar el máximo posible los ciclos a modo de espaciar las regeneraciones, minimizando de este modo los residuos generados.

INTERCAMBIO IÓNICO

Según Treybal (2000) se remueve de un agua cruda los iones indeseables transfiriéndolos a un material sólido, llamado intercambiador iónico, el cual los acepta cediendo un número equivalente de iones de una especie deseable almacenada en el esqueleto del intercambiador de iones.

El intercambiador iónico tiene una capacidad limitada para almacenar iones en su esqueleto, llamada capacidad de intercambio; en

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virtud de esto, llegará finalmente a saturarse con iones indeseable, lo cual origina lavado en el sistema con una solución fuertemente regeneradora, esta contiene la especie deseable de iones, encargados de sustituir a los iones indeseables acumulados, dejando al material de intercambio en condición útil.

Esta operación es un proceso químico cíclico, y el ciclo completo

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incluye de ordinario retrolavado, regeneración, enjuagado y servicio.

DEREC

Los primeros intercambiadores eran aluminios silicatos de sodio inorgánicos; alguno de ellos son de manufactura sintética y otros se fabrican con arenisca verde procesada, mineral llamado zeolita, en formas más estables, de mayor capacidad.

Aunque actualmente éstas zeolitas solo tienen un uso limitado en el tratamiento de agua, el nombre ha persistido, y aún los intercambiadores iónicos orgánicos sintéticos con frecuencia son denominados zeolitas.

Según Treybal (2000) los intercambiadores iónicos empleados en el acondicionamiento del agua, son estructuras en forma de esqueleto los cuales poseen muchos sitios para intercambio iónico. El esqueleto de plástico insoluble es un ión de enorme tamaño cargado eléctricamente para retener iones de carga opuesta. Los intercambiadores con sitios

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cargados negativamente son intercambiadores de cationes puestos, retienen iones cargados positivamente.

Los intercambiadores de aniones tienen sitios positivamente cargados y, en consecuencia, toman iones negativos. La estructura de plástico es porosa y permeable, de modo tal, la partícula de intercambio iónico entera participa en el proceso.

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C E R E D La mayor parte de los intercambiadores iónicos comerciales son de materiales plásticos sintéticos, como copolimeros de estireno y divinil benceno. Hay un balance fino entre la producción de un polímero poco entrecruzado a permitir la entrada libre del agua para una reacción sea rápida, pero esta solo es ligeramente soluble, y una resina muy entrecruzada, insoluble, pero de uso mas difícil a causa de las velocidades restringidas de intercambio tanto en el agotamiento como en la regeneración. Los intercambiadores iónicos para tratamiento de agua son, en esencia, insolubles, y su vida útil esperada es de 5 a 10 años.

Para producir intercambiadores de cationes se trata el plástico con ácido sulfúrico, y grupos sulfonicos, unidos a cada núcleo en el esqueleto para dar un sitio de intercambio. Esto produce un electrolito fuerte, párale mostrando abajo una reacción típica con cationes en agua:

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Na+ + R·SO33·H → R·SO3·Na + H+

Ec. 1

En esta ecuación, la estructura de la resina está representada por R. La convención usual omite la escritura explicita del grupo activo (SO3·H) y simplemente se da la molécula intercambiadora total, esta se muestra como Z (Na2Z, a causa del uso histórico de la palabra .zeolita.) o X, y en este texto se empleará para indicar el intercambiador de cationes.

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C E R E D Entonces, la ecuación anterior se describe de ordinario como: 2Na+ + H2X → Na2X + 2H+

Ec. 2

Donde la X es considerada como unidad divalente de intercambio de cationes.

En este ejemplo, los iones de sodio en el agua son intercambiados por iones de hidrógeno en el intercambiador, una reacción común de intercambio. Esto es conocido como operación ciclo de hidrógeno.

Cuando se determina la dotación de iones de hidrogenote la resina de intercambiado, circunstancia llamada agotamiento, el intercambiador es regenerado por un lavado ácido:

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2HCL + Na2X → H2X + 2NaCL

Ec.3

Hoy en día, las sustancias de intercambiadores de iones son usadas casi exclusivamente sobre el nombre de resinas. Hay dos categorías de resinas: las resinas del tipo gel y estas otras de macroporos o de tipo de unión cruzada suelta. Sus estructuras básicas son prácticamente la misma: la estructura de macromolécula es obtenida en

OS

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ambos casos por co-polimerización. La diferencia entre ellas reposa en

C E R E D sus porosidades.

La mayoría de las resinas empleadas actualmente tienen como matriz este copolímero. Figura # 3 Síntesis del Copolímero, estireno-divinilbenceno. (Resina).

Fuente:

http://www.tecno.ciencia./especiales/intercambio_ionico/.htm

(2005).

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Desde entonces se ha continuado la investigación y el desarrollo en nuevas estructuras poliméricas (macroporosas, poliacrílicas, tipo gel) dando lugar a una serie de modernas resinas de intercambio iónico, cuyo empleo en el campo de aplicaciones industriales ha sido enorme.

2.3. CONCEPTOS BASES UTILIZADOS

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2.3.1 OSMOSIS INVERSA

La tecnología de osmosis inversa se basa en la aplicación de una presión sobre una disolución concentrada para forzar el paso de la misma a través de unas membranas semipermeables. Con ello, vamos a provocar retención de la mayor parte de las sales disueltas obteniendo un agua con una concentración salina muy inferior a la disolución de partida.

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Figura # 4 Separación por Membrana Semipermeable

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Fuente: www.cepis.org.pe/epa/pcpeqind/pcpfig7b.html (2005)

Con el uso de la osmosis inversa es posible realizar tanto separaciones como procesos de concentración. Hidritec es una empresa que diseña trabaja con equipos de osmosis inversa capaces de separar un alto porcentaje de sales disueltas.

Muy útil para la adecuación de efluentes de todo tipo, desalinización de aguas, separación de elementos extraños, metales pesados, eliminación de compuestos orgánicos, etc. (Osmosis Inversa, 2005, p.5)

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Figura # 5 Tren de Osmosis Inversa

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Fuente: www.cepis.org.pe/epa/pcpeqind/pcpfig7b.html (2005)

Figura # 6 Tren de Osmosis Inversa

Fuente: www.cepis.org.pe/epa/pcpeqind/pcpfig7b.html (2005)

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2.3.2 FILTRACION CON MEMBRANAS DE OSMOSIS INVERSA

Para determinados casos una filtración con membranas puede suponer la mejor alternativa de tratamiento. Membranas de nanofiltración, microfiltración o ultrafiltración pueden separar infinidad de contaminantes de un efluente acuoso.

OS

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La filtración convencional (lenta y rápida) usa material particulado,

C E R E D mientras que la filtración por membranas emplea membranas especiales. La diferencia entre las categorías reside en el tamaño de los poros de la membrana filtrante. En tal sentido, la propiedad desinfectante de estas membranas depende de la capacidad que tengan para retener los microorganismos patógenos debido a que las dimensiones de estos son superiores al tamaño de los poros.

Las membranas para tratamiento de agua, pueden trabajar en continuo, ahorran energía, son fácilmente escalables y combinables con otros procesos. Entre las ventajas del uso de membranas en el tratamiento de agua potable se encuentran: el efecto de barrera absoluta contra los microorganismos, menor requerimiento de cloro para la desinfección secundaria y menor tamaño de la planta. Cada tipo de membrana también tiene sus ventajas específicas.

(Osmosis Inversa,

2005, p8).

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Figura # 7 Cartucho de Osmosis Inversa

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Fuente: www.cepis.org.pe/epa/pcpeqind/pcpfig7b.html (2005)

En esta figura se muestra la representación de un elemento de membrana de espiral-envuelto simplificado. La recuperación puede ser tan alta como un 90% y los sistemas pueden ser limpiados con químicos en el lugar.

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64

2.3.3 CLASIFICACION

DE LAS MEMBRANAS SEGÚN SU

ESTRUCTURA Atendiendo a la estructura que presenta un corte transversal a la superficie en contacto con una solución a tratar, las membranas pueden ser: 2.3.3.1 SIMETRICAS

OS

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Se llaman membranas simétricas u homogéneas aquellas cuya

EC R E D sección transversal ofrece una estructura porosa uniforme a lo largo de su

espesor, no existiendo zonas de mayor densidad en una o ambas caras de la membrana. (Osmosis Inversa, 2005, p.11).

2.3.3.2 ASIMETRICAS Cortando transversalmente una membrana de este tipo y observando dicho corte al microscopio electrónico se obtiene una visión donde la membrana presenta en su parte exterior, en la cara en contacto con la solución de aporte, una capa extremadamente densa y delgada bajo la cual aparece un lecho poroso. A la capa densa y delgada se le llama capa activa, es la barrera que permite el paso del solvente e impide el paso del soluto. El resto de la membrana solo sirve de soporte a la capa activa, debiendo al mismo tiempo ofrecer la mínima resistencia posible al paso del solvente. Todas

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las membranas de osmosis inversa tienen capa activa y son por tanto asimétricas. (Osmosis Inversa, 2005, p.12)

2.3.4 CLASIFICACION DE LAS MEMBRANAS SEGÚN SU NATURALEZA Atendiendo

a su naturaleza, las membranas asimétricas de

DEREC

OS

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osmosis inversa pueden ser:

2.3.4.1 INTEGRALES En las membranas integrales existe continuidad entre la capa activada y el lecho poroso, siendo ambos del mismo polímetro, los dos tienen la misma composición química y entre ellos no hay clara separación sino un aumento progresivo de porosidad. (Osmosis Inversa, 2005, p.13)

2.3.4.2 COMPUESTA DE CAPA FINA En las membranas compuestas de capa fina, la capa activada y el sustrato micro poroso que la sirve de soporte son

de materiales

diferentes. La diferencia de las membranas integrales, las compuestas de capa fina se fabrican en dos etapas. En la primera etapa se deposita la capa intermedia sobre una tela de refuerzo que constituye la capa inferior.

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El espesor del lecho poroso ronda las 40 micras. (Osmosis Inversa, 2005, p.13).

2.3.5. CLASIFICACIÓN DE LAS MEMBRANAS SEGÚN SU FORMA Atendiendo a la forma que presenta la membrana, una vez

OS

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fabricada, se puede distinguir los siguientes tipos:

EC R E D 2.3.5.1 PLANAS

Este tipo de membrana, como indican su nombre, presenta una capa activa plana. Se fabrican en forma de lamina de papel continua, cortándose posteriormente para adoptar distinta formas geométricas en función de la técnica empleada para su posterior ensamblaje: rectangular, discos, circular, elíptica, oval, etc. (Osmosis Inversa, 2005, p.15)

2.3.5.2 TUBULARES Las membranas tubulares, se construyen en forma de tubo hueco, de distintas longitudes. Su diámetro inferior oscila entre 6mm y 25mm. La capa activada en este tipo de membrana suele encontrarse en las superficies interiores del tubo. (Osmosis Inversa, 2005, p.16)

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2.3.5.3 FIBRA HUECA A estas membranas también se las llaman capilares ya que su aspecto es el de una fibra de tejer hueca o un tubo capilar hueco de tamaño de un cabello humano. Las membranas de fibra hueca presentan una gran superficie por unidad de volumen, por lo que se utilizan con polímeros cuyo caudal de permeado por unidad de superficie sea bajo.

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(Osmosis Inversa, 2005, p.17)

2.3.6 CLASIFICACION DE LAS MEMBRANAS SEGÚN SU COMPOSICION QUIMICA Atendiendo a la composición química de la capa activa, las membranas pueden clasificarse en dos grandes grupos: orgánicas e inorgánicas. Las distintas alternativas dentro de cada grupo son: 2.3.6.1 MEMBRANAS ORGANICAS Reciben este nombre todas aquellas membranas cuya capa activa esta fabricada a partir de un polímero o copolimero orgánico, aunque existe un gran numero de polímeros, copolimeros y mezclas, tanto naturales como sintéticos con los que se pueden fabricar membranas, muy pocas de estas son aptas para la osmosis inversa. (Osmosis Inversa, 2005, p.19)

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2.3.6.1.1 ACETATO DE CELULOSA Acetilando la celulosa procedente de la madera o del algodón se obtiene un producto llamado acetato de celulosa, tratándolo con agentes saponificantes, se hidroliza una pequeña parte de los grupos de acetato mejorando así la solubilidad y dando lugar al acetato de celulosa modificada. (Osmosis Inversa, 2005, p.20).

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2.3.6.1.2 TRIACETATO DE CELULOSA El triacetato de celulosa tiene un mejor comportamiento que el

acetato de celulosa frente a la hidrólisis, lo que se traduce en la posibilidad de trabajar en una gama de pH algo más amplia. Este polímero, además de los inconvenientes señalados para el acetato de celulosa, presenta un caudal de permeado por unidad de superficie mas bajo. (Osmosis Inversa, 2005, p.20)

2.3.6.1.3 POLIAMIDAS AROMATICAS Dentro de este aparato existen dos polímeros básicos muy similares entre si, desde el punto de vista químico, dichos polímeros son: (Osmosis Inversa, 2005, p.21) •

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Poliamida aromática lineal.

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•

Poliamida aromática con entrecruzamiento.

•

Poliéter –urea.

•

Poliacrilonitrilo.

•

Polibencimidazola.

•

Polipiperacidamidas.

•

Polifurano sulfonado.

•

Polisulfona sulfonada.

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EC 2.3.6.2 INORGÁNICAS ERMEMBRANAS D

Las membranas orgánicas presentan dos limitaciones importantes que reducen su campo de aplicación: su estabilidad química y la resistencia a la temperatura. La búsqueda de soluciones a estos dos problemas ha desembocado en la utilización de materiales inorgánicos para la fabricación de membranas. Los cuatro grandes grupos en que se pueden clasificar las membranas inorgánicas son: (Osmosis Inversa, 2005, p.24)

2.3.6.2.1 CERAMICAS Las membranas cerámicas han sido, hasta estos momentos, las más investigadas. De entre los distintos productos cerámicos, el mas utilizado para la fabricación de membranas ha sido la alumina (Al2O3) en

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sus distintas variedades (Alfa, Beta y Gamma). (Osmosis Inversa, 2005, p.24) 2.3.6.2.2 VIDRIOS Utilizando como materias primas, en proporciones adecuadas, cuarzo, acido bórico y carbonato sodico, a los que se le suele añadir oxido potasico, calcico y alumina para aumentar su resistencia a los álcalis y

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controlando durante la fusión tanto el régimen de temperaturas como su

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duración. Tanto las membranas de cerámicas como las de vidrio presentan el inconveniente de su fragilidad y su escasa resistencia a las vibraciones. (Osmosis Inversa, 2005, p.25)

2.3.6.2.3 FOSFACENOS Las membranas fabricadas con este polímero pueden soportar temperaturas de hasta 250°C en presencia de disolventes o ácidos y bases fuertes. (Osmosis Inversa, 2005, p.25)

2.3.6.2.4 CARBONOS Las membranas de esta naturaleza presentan habitualmente una estructura compuesta. El lecho soporte suele ser de carbono sinterizado y la capa filtrante de óxidos metálicos a base de zirconio (ZrO2). Otras

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características comunes de estas membranas son su elevado costo (entre 5 y 10 veces mas el de una membrana orgánica) y la dificultad que presentan para elaborar módulos con ellas. (Osmosis Inversa, 2005, p.27)

2.3.7 CLASIFICACION DE LAS MEMBRANAS SEGÚN LA CARGA SUPERFICIAL

OS

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A veces los polímeros orgánicos con los que se fabrican, las

DEREC

membranas de osmosis inversa tienen en su estructura molecular, un grupos químicos (aminas, sulfonicos), lo que confiere a la superficie activa de estas una cierta naturaleza eléctrica que suele medirse determinando su potencial Z. este parámetro da una idea de la carga eléctrica existente por unidad de superficie. Atendiendo a esta naturaleza, las membranas pueden ser: (Osmosis Inversa, 2005, p.27)

2.3.7.1 NEUTRAS Aquellas que no presentan ninguna carga eléctrica. En estas membranas su potencial Z seria nulo. (Osmosis Inversa, 2005, p.28)

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2.3.7.2 CATIONICAS Son aquellas en las que la carga eléctrica sobre su superficie es positiva. Atendiendo al mayor o al menor valor de la carga eléctrica y por tanto, del potencial Z, las membranas pueden ser fuerte o débilmente cationicas. (Osmosis Inversa, 2005, p.28)

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2.3.7.3 ANIONICAS

Son aquellas en que la carga eléctrica sobre su superficie es

negativa, pueden ser fuertes o débiles. (Osmosis Inversa, 2005, p.28)

2.3.8 CLASIFICACION SEGÚN LA MORFOLOGIA DE SU SUPERFICIE Atendiendo al aspecto que presenta la cara exterior de la capa activa, las membranas pueden ser: (Osmosis Inversa, 2005, p.29)

2.3.8.1 MEMBRANAS LISAS Como su nombre lo indica, son aquellas cuya cara exterior de la capa activa es lisa. (Osmosis Inversa, 2005, p.29)

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2.3.8.2 MEMBRANAS RUGOSAS Son aquellas membranas cuya cara exterior de la superficie activa es rugosa, la morfología de la superficie tiene importancia tanto desde el punto de vista de ensuciamiento como del de la limpieza de las membranas. Una superficie rugosa, además de ensuciarse más fácilmente, es más difícil de limpiar. (Osmosis Inversa, 2005, p.30)

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2.3.9 CLASIFICACION DE LA MEMBRANA SEGÚN LA PRESION

DE TRABAJO El parámetro fundamental que define las condiciones de operación de una planta de osmosis inversa es la presión de trabajo. Como dicha presión debe ser varias veces

superior a la presión osmótica de la

solución de aporte, debido por un lado a los fenómenos de polarizacion de la membrana, y por otro, al aumento de la concentración que se produce a medida que se va generando permeado, su valor vendrá condicionado por la salinidad de la solución a tratar. En la actualidad, las membranas de osmosis inversa disponibles en el mercado pueden encuadrarse en una de las cuatro categorías siguientes: (Osmosis Inversa, 2005, p.30)

Miguel Segovia

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2.3.9.1 MEMBRANAS DE MUY BAJA PRESION Son las que trabajan con presiones comprendidas entre 5 y 10 bares. Se utilizan para desalar aguas de baja salinidad (entre 500 y 1500 mg/l) y fabricar agua ultrapura. Estas membranas, de reciente aparición en el mercado, han sido concebidas igualmente para competir contra el proceso de desmineralización de agua con resinas intercambiadores de

OS

VAD R E S E R HOS

iones. (Osmosis Inversa, 2005, p.30)

DEREC

2.3.9.2 MEMBRANAS DE BAJA PRESION Este tipo de membranas trabajan a una presión comprendida entre 10 y 20 bares. Se utilizan para desalar aguas de salinidad media (entre 1500 y 4000 mg/l), así como para reducir o eliminar de ella ciertos compuestos

como

nitratos,

sustancias

orgánicas,

pirogenos,

etc.

(Osmosis Inversa, 2005, p.31)

2.3.9.3 MEMBRANAS DE MEDIA PRESION La presión de trabajo de estas membranas esta comprendida entre 20 y 40 bares. Estas fueron las primeras membranas que se comercializaron, en la actualidad sus aplicaciones se han generalizado utilizándose en múltiples procesos de separación y concentración. (Osmosis Inversa, 2005, p.31)

Miguel Segovia

75

2.3.9.4 MEMBRANAS DE ALTA PRESION Estas membranas se han desarrollo para poder obtener agua potable a partir del agua del mar. Su presión de trabajo, debido a la elevada presión osmótica del agua de mar (20 – 27 bares, llegando en el mar rojo a 35 bares), esta comprendida entre 50 y 80 bares. (Osmosis Inversa, 2005, p.32)

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.10 CLASIFICACION DE LAS MEMBRANAS SEGÚN LA

TECNICA DE FABRICACION Atendiendo a la técnica utilizada para su fabricación, las membranas de osmosis inversa pueden ser: (Osmosis Inversa, 2005, p.32.) 2.3.10.1 DE MAQUINA Son aquellas en las que las reacciones entre los distintos compuestos que vienen en su formación y la consiguiente fabricación de la membrana tienen lugar en una maquina destinada a tal fin. (Osmosis Inversa, 2005, p.33)

Miguel Segovia

76

2.3.10.2 DINAMICAS A diferencia de las membranas de maquina, las membranas dinámicas se fabrican in situ, esto es, en la instalación donde van a utilizarse. Para ello se filtra a través de un soporte poroso una solución que contiene determinadas sustancias coloidales o disueltas. Este tipo de membranas presenta dos problemas importantes. El primero es que se

OS D A V R E S periódicamente. El segundo SesRlaEno reproducibilidad de los distintos O H C E R DE

van destruyendo con el tiempo, por lo que deben ser formadas de nuevo

parámetros ya que los valores que se obtienen suelen ser con frecuencia aleatorios. (Osmosis Inversa, 2005, p.33)

2.3.11 CONFIGURACIONES EXISTENTES Las configuraciones actualmente disponibles para los módulos o unidades de producción son: (Osmosis Inversa, 2005, p.35)

2.3.11.1 MODULOS DE PLACA Este tipo de configuración es el mas antiguo. La misión de los separadores o espaciadores es triple: (Osmosis Inversa, 2005, p.35) •

Separar las capas activas de dos membranas consecutivas.

Miguel Segovia

77

•

Lograr un correcto reparto hidráulico de la solución a tratar sobre las membranas permitiendo el paso de líquido entre ambas.

•

Recoger de manera uniforme el rechazo impidiendo la formación de caminos preferenciales.

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.11.2 MODULOS TUBULARES

EC R E D El nombre de esta configuración se debe a que los módulos se fabrican a partir de membranas tubulares y tubos perforados o porosos que les sirven de soporte, pudiendo así resistir el gradiente de presiones con que deben trabajar. (Osmosis Inversa, 2005, p.37)

2.3.11.3 MODULOS ESPIRALES Esta configuración se llama así porque esta formada por membranas planas enrolladas en espiral alrededor de un tubo central. (Osmosis Inversa, 2005, p.38)

Miguel Segovia

78

2.3.11.4 MODULOS DE FIBRA HUECA Se llaman así porque se fabrican con varios centenares de miles de membranas de fibra hueca doblada en forma de U y colocadas paralelamente a un tubo central. Las membranas se fijan en ambos extremos mediante resina epoxi para dar estabilidad al haz así formado. (Osmosis Inversa, 2005, p.41)

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.12 ECUACIONES BASICAS DEL PROCESO Las fuerzas que intervienen en el paso del solvente y del soluto a

través de la membrana son: (Osmosis Inversa, 2005, p.49) •

Solvente: gradiente de presiones.

•

Soluto: gradiente de concentraciones.

2.3.13 EVOLUCION DEL FLUJO DE SOLVENTE Y DEL RECHAZO DE SOLUTO Todo aumento de la presión de trabajo implica un aumento, prácticamente lineal del flujo de solvente, así como un aumento del rechazo de soluto, que tiende a un límite cuando el flujo de solvente es elevado. El punto de intersección de la curva del flujo del solvente con el

Miguel Segovia

79

eje de las abscisas corresponde a la presión osmótica de la solución de aporte. A medida que la concentración de la solución de aporte aumenta, el flujo de solvente disminuye ya que aumenta la presión osmótica de la solución y esta actúa como sustraendo de la presión hidráulica de transporte del solvente.

OS

VAD R E S E R HOS

El rechazo de soluto disminuye igualmente debido al descenso del

C E R E D flujo de solvente.

Todo aumento de la temperatura de la solución de aporte aumenta el flujo del solvente (agua) debido en primer lugar al descenso de su viscosidad y en segundo lugar al aumento de su velocidad de difusión a través de la membrana. (Osmosis Inversa, 2005, p.52) El aumento de la temperatura de la solución de aporte origina, sin embargo, un descenso en el rechazo de soluto debido, por una parte, al aumento de la solubilidad del soluto en la membrana y por otra, al hinchamiento de la estructura de esta. El aumento del porcentaje de recuperación incrementa la concentración en el rechazo, elevando la presión osmótica de la solución en contacto con la membrana. (Osmosis Inversa, 2005, p.53)

Miguel Segovia

80

2.3.14 COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD AL SOLVENTE Este depende de la presión de operación, de la temperatura, del estado de compactación de la membrana, de su factor de polarizacion y del grado de ensuciamiento. Su valor puede expresarse de la siguiente forma: A = Ao x Kt x Kc x Ke

DEREC

Donde:

OS

VAD R E S E R HOS

Ec. 4

Ao: coeficiente de permeabilidad de la membrana al solvente en condiciones de Prueba. Kt: coeficiente de corrección que depende de la temperatura de funcionamiento. Tiene en cuenta la variación de la viscosidad del solvente. Kc: factor de compactación. Tiene en cuenta el grado de compactación que se encuentra en la membrana. Ke: factor de ensuciamiento. Tiene en cuenta el grado de ensuciamiento de la membrana.

Miguel Segovia

(Osmosis Inversa, 2005, p.55).

81

2.3.15 POLARIZACION DE LA MEMBRANA En una membrana de osmosis inversa, el solvente (agua) fluye en dos direcciones, una de ellas sobre la superficie de la membrana constituyendo inicialmente la corriente de aporte y posteriormente la del rechazo. La otra a través de la membrana, dando lugar al permeado, a medida que el permeado atraviesa la membrana, las sales disueltas que

OS

VAD R E S E R HOS

contenían se quedan en las proximidades de la superficie.

C RE El E soluto que no puede atravesar la membrana, debe ser arrastrada D por la corriente de rechazo. (Osmosis Inversa, 2005, p.55)

2.3.16 ENSUCIAMIENTO DE LAS MEMBRANAS En una planta de osmosis inversa es fundamental, para que su funcionamiento sea correcto, que la solución que llegue a las membranas haya sufrido previamente un proceso adecuado de filtración, mas o menos complejo, y por un proceso de pretratamiento, cuya función es eliminar de dicha solución todas las sustancias que puedan depositarse sobre las membranas o que puedan quedar atrapadas en el interior de los módulos por los sistemas y mallas distribuidores del agua. Cuando el rendimiento de la planta de osmosis inversa desciende por debajo de unos determinados limites, es necesario limpiar las

Miguel Segovia

82

membranas para restaurar, si es posible, sus características primitivas de funcionamiento. La limpieza de las membranas no puede ser un procedimiento alternativo a un inadecuado pretratamiento, pues al aumentar la frecuencia de las limpiezas de las membranas se reduce su vida útil, por lo tanto la línea de acción es garantizar que el sistema se encuentre en un

OS

VAD R E S E R HOS

estado óptimo de operación por largo tiempo. (Osmosis Inversa, 2005, p.59)

DEREC

Es necesario analizar las causas de ensuciamiento prematuro de las membranas y someter la solución de aporte a los tratamientos preventivos adecuados. (Osmosis Inversa, 2005, p.60)

2.3.16.1 CAUSAS Las fuentes potenciales de ensuciamiento de las membranas son: (Osmosis Inversa, 2005, p.60)

2.3.16.1.1 PRECIPITACIONES Los elementos que pueden precipitar sobre la superficie de las membranas son: (Osmosis Inversa, 2005, p.60)

Miguel Segovia

83

2.3.16.1.1.1 Sales Minerales •

Carbonato de Calcio, (CaCO3).

•

Sulfato de Calcio (CaSO4).

•

Sulfato de Bario (BaSO4).

•

Sulfato de Estroncio (SrSO4).

•

Fluoruro Calcico (CaF2).

•

Sílice (SiO2).

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.16.1.1.2 Óxidos Metálicos Los metales cuyo oxido o hidróxidos pueden aparecer en las soluciones de aporte siendo susceptibles de precipitar son: •

Hierro: el hierro presente en la solución que llega a las membranas puede tener dos orígenes diferentes, el primero puede estar incorporado al agua y la segundo puede incorporarse a ella por la corrosión de los metales con los que entra en contacto.

•

Manganeso: presenta una química similar a la del hierro y cuando ambos están presente suelen coprecipitar. La oxidación del manganeso exige por lo general un potencial de oxidación – reducción mayor que el hierro.

Miguel Segovia

84

•

Aluminio: si la solución de aporte a las membranas tuviese un alto contenido en aluminio, este podría precipitar en forma de hidróxido, cuando se reduzca el pH de la solución. Para evitar la precipitación del carbonato calcio. Estas precipitaciones suelen ser de naturaleza coloidal y pueden dañar gravemente a las membranas. (Osmosis Inversa, 2005, p.60)

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.16.1.2 DEPOSITOS Este tipo de ensuciamiento se produce cuando quedan atrapadas sustancias en el interior de los módulos por los sistemas y mallas distribuidores. Puede deberse a uno de los factores siguientes: •

Partículas de gran tamaño: si la solución de aporte tuviese partículas en suspensión de gran tamaño, serian filtradas mecánicamente por los sistemas de reparto situados en el interior de los módulos y quedarían atrapadas entre las membranas.

•

Coloides: son partículas muy pequeñas, provistas de una carga eléctrica, generalmente negativa, sobre su superficie. Cuando se encuentran en un medio acuoso, sus cargas superficiales, llamadas cargas primarias, atraen a los iones

Miguel Segovia

85

positivos presentes en el medio que junto con algunos negativos

se

adhieren

fuertemente

a

las

partículas,

desplazándose con ellas, dando lugar a la capa ligada. •

Desarrollo biológico: el ensuciamiento biológico puede producirse cuando la solución de aporte contiene suficientes elementos

nutritivos

como

para

favorecer

el

rápido

desarrollo de micro-organismos en el interior de los módulos.

OS

VAD R E S E R HOS

Dentro de ellos se encuentra la destrucción de la capa

EC DERactiva, el ensuciamiento de las membranas, aparición de bacterias en el permeado entre otras. (Osmosis Inversa, 2005, p.62)

2.3.16.1.3 OTROS Excepcionalmente pueden presentarse ensuciamientos extraños, como por ejemplo: •

Azufre coloidal: en el caso del agua, cuando en el pozo de captación existe azufre y se inyecta cloro o penetra aire del mismo, se puede formar azufre coloidal como consecuencia de la oxidación del azufre por parte del oxigeno o del cloro. El azufre coloidal es muy difícil de eliminar.

Miguel Segovia

86

•

Compuestos orgánicos: la solución de aporte puede circunstancialmente

contener

trazas

de

compuestos

orgánicos que pueden ensuciar o destruir las membranas. •

Aceites y grasas: los hidrocarburos, aceites y grasas no deben estar presentes en la solución que llega a las membranas ya que forma una película sobre la superficie de

OS

estas que reduce notablemente el porcentaje de rechazo de

DEREC

VAD R E S E R HOS

sales. (Osmosis Inversa, 2005, p.65)

2.3.16.2 TECNICAS DE LIMPIEZA 2.3.16.2.1 NECESIDAD DE LIMPIEZA Cuando las membranas de una planta de osmosis inversa se ensucian y sobre todo si dicho ensuciamiento tiene lugar en un corto periodo de tiempo, las posibilidades de recuperación dependen fundamentalmente de la rapidez con que se actúe una vez detectado el problema. Si una membrana sucia continúa trabajando, su deterioro puede ser irreversible, ya que se produce un atascamiento elevado que origina, a su vez, caminos preferenciales que impiden posteriormente que la solución de limpieza llegue a la suciedad o a los precipitados que hay que eliminar. (Osmosis Inversa, 2005, p.65)

Miguel Segovia

87

Los parámetros característicos de una planta de osmosis inversa son su perdida de carga, su producción y el porcentaje de rechazo de sales. Estos parámetros dependen de un conjunto de variables entre las que pueden citarse: •

La presión de funcionamiento.

•

La temperatura.

•

La salinidad.

•

OS

VAD R E S E R HOS

El E porcentaje RECde recuperación. D

Para determinar si se esta produciendo un ensuciamiento o alguna precipitación en las membranas de una instalación, es necesario observar la evolución con el tiempo de sus parámetros característicos en condiciones estacionarias, de forma que los valores sean comparables entre si. Ahora bien, dada su variabilidad con las condiciones de funcionamiento, es preciso corregir los datos reales convirtiéndolos en valores normalizados o lo que es lo mismo, comparables entre si. La primera indicación de la existencia de un ensuciamiento o una precipitación en las membranas, suele ser el incremento de la perdida de carga a través de los módulos. Esta circunstancia suele presentarse generalmente antes de que el porcentaje de rechazo de sales o el caudal de permeado comiencen a disminuir.

Miguel Segovia

88

Otro buen indicador del funcionamiento estable de las membranas es su paso de sales. Su valor, cuando las membranas están limpias permanece constante durante largos periodos de tiempo. Finalmente, otros indicadores de la necesidad de una limpieza son la variación de los caudales de rechazo y de permeado, así como la necesidad de aumentar la presión de trabajo.

OS

VAD R E S E R HOS

Cuando se sospeche que se esta produciendo un ensuciamiento

de

C E R E D las membranas conviene

realizar limpiezas periódicas preventivas

hasta que se corrija la situación, de todas maneras, antes de iniciar cualquier limpieza es necesario asegurarse de que los cambios producidos en la planta no se deben a problemas mecánicos. Como norma general, es necesario realizar una limpieza de las membranas si ocurre cualquiera de las siguientes situaciones: •

El paso de sales se incrementa respecto al valor precedente en más de un 15%.

•

La producción varia (aumenta o disminuye) en mas de un 10%.

•

El caudal de rechazo varia en mas de un 10%.

•

La perdida de carga de los módulos se incrementa en más de un 20%.

•

La presión de alimentación se incrementa en más de un 10%.

•

Ante largos periodos de parada (mas de una semana).

Miguel Segovia

89

•

Antes de aplicar cualquier reactivo de regeneración de las membranas.

•

Antes de una parada de mas de 24 horas, tras haber operado con un producto orgánico que pueda favorecer los desarrollos biológicos. (Osmosis Inversa, 2005, p.66)

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.16.2.2 LIMPIEZA MECANICA

EC R E D La limpieza mecánica de las membranas requiere pasar un cepillo o una esponja para desprender mecánicamente la suciedad depositada sobre ellas. (Osmosis Inversa, 2005, p.66)

Este procedimiento requeriría tener acceso a la superficie activa de las membranas, lo cual solo es posible en los módulos de placas. En los módulos tubulares podría hacerse circular por el interior de las membranas pequeñas bolas de esponja tal como se hace en los condensadores de las centrales térmicas. En los módulos espirales y de fibra hueca, debido a su fabricación, el acceso es imposible. (Osmosis Inversa, 2005, p.67)

Miguel Segovia

90

2.3.16.2.3 LIMPIEZA CON PERMEADO A PRESION (FLUSHING) Consiste en hacer llegar a las membranas, siguiendo el mismo camino de la solución a tratar, permeado exento de sustancias en suspensión y disueltas, susceptibles de depositarse sobre su superficie. Este procedimiento se utiliza también para desplazar los reactivos del interior de la planta cuando esta se somete a una limpieza química.

OS

VAD R E S E R HOS

(Osmosis Inversa, 2005, p.67)

DEREC

2.3.16.2.4 LIMPIEZA QUIMICA La limpieza química, es un proceso que consiste en recircular a través de los módulos una serie de productos químicos capaces de disolver las precipitaciones o de eliminar los depósitos existentes sobre las membranas, dentro de las cuales tenemos los siguientes pasos a seguir para la realización de la limpieza química: •

Identificación del problema: el producto químico a utilizar durante la limpieza dependerá lógicamente de la naturaleza de las sustancias atascantes, lo primero que hay que conocer es el origen y el tipo de ensuciamiento

producido

para

tratar

de

eliminarlo

de

las

membranas y evitar que se vuelva a producir. •

Sistema de limpieza: se realiza recirculando a través de los módulos, en circuito cerrado, las soluciones preparadas.

Miguel Segovia

91

•

Formulación a utilizar: la resistencia química de las membranas de acetato de celulosa es mucho menor que las de Poliéter-urea y la de estas menor que las de poliamida aromáticas. (Osmosis Inversa, 2005, p.68)

2.3.16.2.5 PRECAUCIONES Y NORMAS DE SEGURIDAD

OS

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EC R E D muy corrosivos e incluso peligrosos, por lo que es necesario que el En las limpiezas de membranas se atizan habitualmente productos

encargado de la unidad de limpieza tenga en cuenta las siguientes normas: •

Debe conocer y estar familiarizado con las normas de higiene y seguridad relativas al almacenamiento, manejo y preparación de cada reactivo utilizado.

•

Debe conocer el procedimiento a seguir para que el vertido de las soluciones de limpieza, una vez utilizadas, no contamine le medio ambiente.

•

Es aconsejable que durante el proceso de limpieza toda persona que manipule los distintos equipos vaya provista de guantes de goma, buzo de plástico y gafas protectoras de seguridad

•

Durante la preparación de las distintas formulaciones limpiadoras es necesario asegurarse de que todos los reactivos estén disueltos y correctamente mezclados antes de introducirlos en los módulos.

Miguel Segovia

92

•

Antes y después de cada limpieza con una determinada formulación es imprescindible desplazar con permeado o bien con agua de alta calidad los fluidos existentes en el interior de las tuberías y módulos. Si no se realizase esta operación podrían reaccionar entre si dos formulaciones consecutivas de limpieza originando precipitados o daños a las membranas. (Osmosis Inversa, 2005, p.68)

DEREC

OS

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2.3.16.2.6 BOMBAS DE ALTA PRESION Las bombas de alta presión son el corazón de la planta de osmosis inversa ya que impulsan la solución a tratar hacia las membranas a la presión requerida por estas. (Osmosis Inversa, 2005, p.75)

Es aquí donde se consume la mayor parte de la energía del proceso, por lo que la decisión del tipo de bomba a instalar tiene una gran importancia. A la hora de seleccionar las bombas hay que tener en cuenta distintos parámetros como su rendimiento, la inversión necesaria, el mantenimiento requerido, la disponibilidad, los niveles de ruido, las vibraciones, etc. En el proceso de osmosis inversa se utilizan generalmente dos tipos de bombas: (Osmosis Inversa, 2005, p.57) •

Alternativas o de desplazamiento positivo.

•

Centrifugas.

Miguel Segovia

93

2.3.16.3 AGRUPACION DE MODULOS Los módulos de un sistema de osmosis inversa pueden agruparse de dos formas: (Osmosis Inversa, 2005, p.104) •

En paralelo.

•

En serie.

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.16.3.1 EREENCPARALELO D

En este tipo de montaje, las alimentaciones y las salidas tanto de permeado como de rezazo de cada modulo se conectan con cada una de las correspondientes tuberías generales, esta agrupación se utiliza con tanto con modulo de placa ,como tubulares, de fibra hueca .Cuando los módulos trabajan en paralelo, la perdida de la carga entre colector de aporte y el rechazo es la misma para todos ellos , lo que quiere decir que el caudal de aporte que llega a cada uno dependerá de su atascamiento y del caudal de permeado que produzca. (Osmosis Inversa, 2005, p.104).

2.3.16.3.2 EN SERIE Cuando los módulos se montan en serie, el caudal de rechazo de cada modulo pasa a ser el aporte del siguiente y a sucesivamente, el permeado de los distintos módulos se recoge en un colector común a

Miguel Segovia

94

todos ellos donde se van mezclando los distintos flujos. (Osmosis Inversa, 2005, p.105)

2.3.16.4 AGRUPACION POR ETAPAS Se llama etapas a los conjuntos de tubos conectores que trabajan en paralelo, a la misma presión y alimentados desde la misma línea. Si

OS

VAD R E S E R HOS

los módulos son de fibra hueca y de un solo haz, el número de tubos

EC R E D contenedores con el número de módulos y todos ellos trabajan con las mismas condiciones de presión y salinidad. Sin embargo, si los módulos son espirales, la etapa estará formada por el conjunto de tubos contenedores o de presión que trabajan en paralelo. La recuperación máxima de cada etapa no debe superar el 50 %, por lo que si se requiere que la conversión

global este por enzima de dicho valores, hay que

ajustar las etapas. Existen dos formas

posibles de hacerlo (Osmosis

Inversa, 2005, p.105) •

Rechazo en serie.

•

Recirculación del rechazo.

Miguel Segovia

95

2.3.16.4.1RECHAZO EN SERIE En esta agrupación el rechazo de la primera etapa alimentaría a la segunda y el rechazo de esta a la tercera. Se recoge el número de etapas o rechazo en serie que es preciso instalar en la casa de desalacion de aguas salobres, en función del porcentaje de recuperación, para respetar las condiciones de flujos de rechazo impuestas por los módulos. (Osmosis Inversa, 2005, p.106)

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

No suelen agruparse más de tres etapas en series por que la

producción de cada etapa adicional por encima de la tercera seria muy reducida y resultaría antieconómica. (Osmosis Inversa, 2005, p.107)

2.3.16.4.2 RECIRCULACION DEL RECHAZO Utilizando una única etapa se puede utilizar el porcentaje máximo de recuperación del 50% establecido para la misma se recure para ello a recircular todo o parte del rechazo mezclándolo con la solución de aporte, con este procedimiento pueden alcanzar conversiones de hasta el 75% y por tanto, concentraciones en el rechazo cuatro veces superior a las de las solución de aporte. La bomba de recirculación de la primera etapa impulsa la solución de aporte mezclada con la parte de rechazo

de esa etapa. La de

recirculación de la segunda etapa impulsa el rechazo de la primera y es

Miguel Segovia

96

mezclada con parte del rechazo de la segunda y así sucesivamente. (Osmosis Inversa, 2005, p.108)

2.3.16.5 AGRUPACION DE SISTEMA Se llama sistema al conjunto de etapas agrupadas de la forma que fuere pero con única bomba de alta presión. Al igual que las etapas, los

S OInversa, D A V R E (Osmosis S HOS RE

sistemas pueden agruparse de dos formas:

DEREC

p.110)

•

en paralelo

•

en serie

2005,

2.3.16.5.1 EN PARALELO Cuando los sistemas se agrupan en paralelo todas las bombas de alta presión trabajan también en paralelo e impulsan la misma solución de aporte. Esta agrupación se utiliza para subdividir el caudal total de permeado en varias unidades o en líneas de producción. Esta unidad de producción se dice que son de un solo paso ya que tanto el permeado como el rechazo final se obtienen como un único bombeo alta presión. Cada sistema posee su bomba de alta presión y su

Miguel Segovia

97

turbina de recuperación de energía existiendo un tercer grupo como reserva de los otro dos. (Osmosis Inversa, 2005, p.111)

2.3.16.5.2 EN SERIE Cuando los sistemas se agrupan en serie las bombas de alta presión trabajan también en serie, no impulsando todas ellas las mismas soluciones de aporte.

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

Una solución de esta naturaleza se dice que esta formada por pasos y cada paso es un sistema. Según la procedencia de la solución de aporte al segundo sistema, la agrupación puede ser: •

permeado en serie: en este montaje, todo o parte del permeado producido por el primer sistema es bombeado de nuevo por una segunda bomba de alta presión

que lo

impulsa a un segundo sistema. Este tipo de montaje se utiliza cuando se quiere reducir la concentraciones de sales del permeado final generalmente el permeado del segundo paso suele recircularse hacia el primero. •

rechazo en serie: en este montaje el rechazo de uno o varios sistemas que trabajan en paralelo es aspirado por otra bomba que lo impulsa hacia otro sistema. Este tipo de montaje se utiliza para recuperar algún producto existente

Miguel Segovia

98

en el rechazo de los primeros sistemas o bien para aumentar los porcentajes de recuperación del permeado. (Osmosis Inversa, 2005, p.111)

2.3.16.6 TECNICAS DE FUNCIONAMIENTO Según el modo de trabajar con la unidad de osmosis inversa, se

OS

VAD R E S E R HOS

pueden considerar dos tipos de funcionamiento: (Osmosis Inversa, 2005,

EC R E D p.113) •

Por lotes.

•

En continuo.

2.3.16.6.1 FUNCIONAMIENTO POR CARGA En este tipo de operación, toda la solución a tratar se encuentra disponible previamente en una cuba. Nada mas comenzar el proceso, el permeado se evacua continuamente, pero el rechazo de la osmosis inversa se retorna al deposito recirculándolo de nuevo. El proceso termina cuando se alcanza la concentración deseada en la solución existente en la cuba. Esta técnica permite obtener altas concentraciones en el rechazo con

superficies

Miguel Segovia

de

membranas

relativamente

bajas.

Se

utiliza

99

fundamentalmente para concentrar soluciones, como por ejemplo, para eliminar el agua de un zumo de frutas. En este proceso, lo que se aprovecha en general es el rechazo y no el permeado, siendo necesario esperar un cierto tiempo para que este disponible. (Osmosis Inversa, 2005, p.116)

OS

VAD R E S E R HOS

2.3.16.6.2 FUNCIONAMIENTO EN CONTINUO

EC R E D Este tipo de operación, la solución de aporte bombeada hacia la zona de osmosis inversa es respuesta inmediatamente por otra nueva, no siendo imprescindible el depósito para su almacenamiento previo. En este proceso también puede recircularse parte del rechazo dependiendo del porcentaje de recuperación deseado y del número de etapas instaladas con el rechazo en serie. (Osmosis Inversa, 2005, p.116)

2.4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.4.1 DEFINICION DE TERMINOS BASICOS ABLANDAMIENTO: Eliminación de iones de calcio y magnesio de una solución. (Osmosis Inversa, 2005, p.215)

Miguel Segovia

100

ABSORCION: Podemos decir también que la absorción es una operación unitaria en la cual se disuelven en un liquido uno o más componentes solubles de una mezcla de gases. (Manual de Operaciones de PRALCA, 1992, p.4)

ADSORCION:

OS

VAD R E S E R HOS

EREdeClíquidos o gases en la superficie de un sólido. Es la Retención D transferencia selectiva de uno o más solutos de una fase fluida a la superficie de partículas sólidas. Es una operación unitaria que aprovecha la capacidad especial de ciertos sólidos para hacer que sustancias específicas de un gas o un líquido se concentren en la superficie sólida.

La adsorción incluye la acumulación de moléculas de soluto en una interfase (que incluye gas-líquido, como por ejemplo, en las separaciones de

fraccionamiento

de

espuma,

y

líquido-líquido).

(Manual

de

Operaciones de PRALCA, 1992, p.4).

AEREACION: Consiste en lograr el más íntimo contacto entre el aire y el agua para reducir gases y sólidos disueltos presentes en el agua. Es un

Miguel Segovia

101

proceso unitario que puede ser realizado por aereación forzada y difusión de aire. (Osmosis Inversa, 2005, p.215) AGUA POTABLE: Es toda agua que, empleada para la ingesta humana, no causa daño a la salud y cumple con las disposiciones de valores recomendables o máximos admisibles estéticos, organolépticos, físicos, químicos,

OS

VAD R E S E R HOS

biológicos y microbiológicos emitidos mediante el presente reglamento.

C E R E D (www.encarta.com)

AGUA SALOBRE: Agua natural distinta del agua de mar con un contenido en sales disueltas

superior

a

1.000

mg/l

e

inferior

a

35.000

mg/l.

(www.encarta.com)

AGUA SUBTERRÁNEA: Agua que puede ser encontrada en la zona saturación del suelo; zona que consiste principalmente en agua. Se mueve lentamente desde lugares con alta elevación y presión hacia lugares de baja elevación y presión, como los ríos y lagos. (www.definicion.org)

Miguel Segovia

102

AGUA SUPERFICIAL: Toda agua natural abierta a la atmósfera, concerniente a ríos, lagos, reservorios, charcas, corrientes, océanos, mares, estuarios y humedales. (www.definicion.org)

AGUA TRATADA:

OS

VAD R E S E R HOS

Corresponde al agua subterránea o superficial cuya calidad ha sido

DEREC

modificada por medio de procesos de tratamiento que incluyen como mínimo a la desinfección. Su calidad debe ajustarse a lo establecido en el presente reglamento. (www.encarta.com)

ALCALINIDAD: Es la capacidad del agua para aceptar protones (H+), es por lo tanto la capacidad de neutralizar los ácidos; se caracteriza por la presencia natural de iones carbonatos (CO3=), bicarbonatos (HCO3-) e hidróxidos (OH-). Los hidróxidos pueden estar presentes en aguas que han sido ablandadas por el proceso cal-carbonato o que han estado en contacto con concreto fresco. La alcalinidad da una guía para escoger el tratamiento

adecuado

para

un

agua

cruda

o

un

efluente.

(www.encarta.com)

Miguel Segovia

103

ANION: Ion cargado negativamente. (Osmosis Inversa, 2005, p.215)

APORTE: Solución que se envía hacia las membranas de osmosis inversa.

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

(Osmosis Inversa, 2005, p.215)

CALCIO Y MAGNESIO: Son iones divalentes presentes naturalmente en las aguas y que se determinan de acuerdo a su concentración y se relacionan con los niveles de dureza presentes en el agua. (Osmosis Inversa, 2005, p.216) CAPA LÍMITE: Capa próxima la interfase de dos fases y que difiere en una o más propiedades físicas de la solución principal. (Osmosis Inversa, 2005, p.216)

CAPTACION DE MUESTRAS: Deben captarse bajo ciertas condiciones mínimas a fin de que sean representativas. El volumen de la muestra a captar dependerá de los

Miguel Segovia

104

análisis y ensayos a ser aplicados. Para exámenes físico químicos completos no menos de 2 lt, para ensayos de coagulación no menos de 20 lt. (Osmosis Inversa, 2005, p.216)

CATION:

OS

VAD R E S E R HOS

Ion cargado positivamente. (Osmosis Inversa, 2005, p.217)

DEREC CAUDAL:

Cantidad de un líquido de un volumen por unidad de tiempo de una determinada sustancia que se mueve en el interior en una conducción. (Osmosis Inversa, 2005, p.217)

COLOIDE: Se dice del estado o división de la materia conformados por agregados moleculares cuyo tamaño oscila entre 1 y 100 nm los cuales se encuentran disperso en otro medio. (Osmosis Inversa, 2005, p.217)

Miguel Segovia

105

COPOLÍMERO: Especie de polímero el cual contienen en su estructura dos o mas monómero diferentes (Osmosis Inversa, 2005, p.217)

COMPACTACION:

OS

VAD R E S E R HOS

La compresión de una membrana de osmosis debido a la presión

DEREC

de la solución de aporte, lo que origina una reducción de su permeabilidad. (Osmosis Inversa, 2005, p.217)

CONDUCTIVIDAD: Es la medida de la facilidad con que el agua conduce una corriente eléctrica. La conductividad es la medida directa de la cantidad de los sólidos disueltos en el agua. A medida que la conductividad aumenta, se incrementa el potencial de corrosión e incrustación en el sistema. (Manual de Operaciones PRALCA, 1997, p.25).

CORROSION: Podemos definir la corrosión como el deterioro que sufre un material (habitualmente un metal) en sus propiedades debido a una

Miguel Segovia

106

reacción con el medio. Si se pretenden comprender los métodos de control de la corrosión es necesario describir primero en un cierto grado de profundidad las reacciones y los factores que influyen en el fenómeno. El fenómeno corrosión puede ser definido también como el deterioro de los materiales, a causa de alguna reacción con el medio ambiente en que son usados. Este fenómeno no siempre involucra un

OS

VAD R E S E R HOS

cambio de peso o un deterioro visible, ya que muchas formas de corrosión

DEREC

se manifiestan por un cambio de las propiedades de los materiales, disminuyendo su resistencia. El caso de las aleaciones metálicas y particularmente el del acero el más ampliamente difundido; en estos casos la corrosión se debe detallar con más precisión basándose en la estructura atómica de la materia. En este caso el átomo esta formado por un equilibrio de cargas positivas llamadas protones y de cargas negativas llamadas electrones ; los materiales tienden a perder electrones o en otras palabras cierta energía, formando un ión positivo, la cual se separa del metal perdiendo masa. Esto sucede cuando normalmente al entrar un metal en contacto con un electrolito (medio conductor de corriente) dando lugar a reacciones electroquímicas de oxidación y reducción. Decimos entonces, que ha comenzado un proceso de corrosión en medio húmedo con una circulación simultánea de corriente eléctrica, normalmente denominada

Miguel Segovia

107

pila galvánica. Como hemos vistos, en el caso particular del acero han aparecido algunos nuevo conceptos que toman parte del proceso de corrosión, lo que nos lleva a una definición más especifica Corrosión es un proceso de destrucción o deterioro electroquímico de un metal por acción y reacción de éste con el medio que lo rodea (reacciones

de

oxidación

www.starmedia.com)

DEREC

y

reducción

simultánea).

(Fuente:

OS

VAD R E S E R HOS

CUBIERTA O ENVOLTURA EXTERNA: Provee una construcción regida para mantener el cuerpo del elemento membrana sobre presión y para prevenir daños en la membrana durante su manejo. Esta es generalmente construida de fibra de plástico reforzado. Son típicamente visibles a través de la envoltura exterior. (Osmosis Inversa, 2005, p.218)

CLARIFICACION: Es uno de los métodos mas empleado en la separación sólido – líquido, que aprovecha la diferencia de desorden de procesos para que ocurra la separación. (Osmosis Inversa, 2005, p.218)

Miguel Segovia

108

CLORACION: Adicción de cloro gas, hipocloritos u óxidos de cloro a una solución, con objeto de destruir los posibles gérmenes que pudieran desarrollarse en el seno de la misma y oxida las sustancias químicas. (Osmosis Inversa, 2005, p.218)

DEREC

DESALACION:

OS

VAD R E S E R HOS

La desalación o desalinización es el proceso de obtención de agua dulce a partir de agua de mar o salobre. Las plantas desalinizadoras son instalaciones industriales destinadas a la desalación. (Osmosis Inversa, 2005, p.21)

DESMINERALIZACION: Eliminación de los cationes y aniones de una solución. Se utiliza para producir agua de alta pureza requerida en calderas que funcionan a alta presión. (Osmosis Inversa, 2005, p.219)

Miguel Segovia

109

DESORDCION: Eliminación de las sustancias en las que se ha enriquecido la superficie de una fase sólida. (Osmosis Inversa, 2005, p.219)

DIFUSION: Migración

de

DEREC

S O D A V R E en lo que respecta S HOS RE un

componente

a

su

concentración, dentro de una fase sólida, liquida o gaseosa. (Osmosis Inversa, 2005, p.219)

DISPOSITIVO PARA DESENGRANAR (ATD o DTA): Este dispositivo es ajustado sobre el pegamento y la concentración final de la membrana. Esto es designado para prevenir a la membrana del alargamiento. También es utilizado para sellar. (Osmosis Inversa, 2005, p.221)

DUREZA: La dureza del agua se ve afectada principalmente por el sustrato. Para conocer la dureza se miden iones metálicos presentes en el agua,

Miguel Segovia

110

particularmente

el

calcio

y

luego

el

magnesio.

(www.idoneos.com)

DUREZA CARBONATADA: Es la concentración de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos

OS

VAD R E S E R HOS

calcicos y magnesicos presentes en la solución. (Osmosis Inversa, 2005,

DEREC

p.222)

DUREZA PERMANENTE: Indica la concentración de sulfatos y cloruros de calcio y magnesio de la solución. (Osmosis Inversa, 2005, p.222)

ENSUCIAMIENTO: Llamada también fouling y es la acumulación de material sólido, diferente a la incrustación, de modo que dificulta la operación de los equipos y/o contribuye a su deterioro. (Osmosis Inversa, 2005, p.222)

Miguel Segovia

111

FILTRACION: Consiste en pasar agua a través de un medio poroso (arena, antracita, carbón) para remover los sólidos suspendidos y coloidales presentes en el agua, en este caso con una turbidez menor a 1 NTU. (Osmosis Inversa, 2005, p.222)

INTERCONECTOR:

OS

VAD R E S E R HOS

EC ERpara D Usado conectar el tubo a penetrar de una membrana a otra. El

interconector usa Ф anillos para proveer sello. (Osmosis Inversa, 2005, p.222)

INCRUSTACIONES: Es la capa blanda o dura depositada sobre las superficies internas de una caldera, compuesta de sustancias minerales, suciedad o ambas cosas. Su efecto consiste en hacer disminuir la transmisión de calor a través de las superficies de caldeo, reduciendo como consecuencia la capacidad y rendimiento de la instalación y posiblemente recalentando los tubos y las planchas de las calderas. (Fuente: Tratamiento de Aguas de Inyección y de Generación de Vapor, PDVSA, 2000, p.16)

Miguel Segovia

112

INCRUSTACION MINERAL: Bajo ciertas condiciones, los minerales pueden dejar de estar en disolución y formar unos cristales duros y densos a los que denominamos incrustación. Estas se ven afectada por la concentración del mineral, la temperatura del agua, el pH del agua, los sólidos en suspensión y por la velocidad de circulación del agua. (Osmosis Inversa, 2005, p.223)

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

MATERIA ORGANICA:

Comprende a las moléculas naturales y artificiales, que contienen carbón e hidrogeno. Toda la materia viva presente en el agua, es de moléculas orgánicas. (Osmosis Inversa, 2005, p.223)

MEMBRANA: Fina película de plástico u otra sustancia. Este material previene travesías saladas mientras esta dejando penetrar agua. Las membranas están hechas típicamente de polímeros. (Osmosis Inversa, 2005, p.223)

Miguel Segovia

113

MEMBRANA ANIONICA: Membrana que posee cargas positivas fijas. Repele los cationes y deja pasar los aniones. (Osmosis Inversa, 2005, p.223)

MEMBRANA CATIONICA:

OS

VAD R E S E R HOS

Membrana que posee cargas negativas fijas, por lo que repele los

EC R E D aniones y deja pasar

los acciones. También recibe el nombre de

permeable a los cationes o transportadora de cationes. (Osmosis Inversa, 2005, p.223)

MEMBRANA SEMIPERMEABLE: Membrana que no permite el paso a su través de uno o varios componentes de una solución. (Osmosis Inversa, 2005, p.223)

MODULO: Unidad física identificable formada por un equipo totalmente separable que puede ser instalado y sustituido en una planta como una unidad. (Osmosis Inversa, 2005, p.224)

Miguel Segovia

114

NEUTRALIZACIÓN: Es todo proceso en el cual se elimina la acidez o basicidad de una solución por reacción del ión hidronio con el ión oxidrilo para dar una molécula de agua. (Osmosis Inversa, 2005, p.223)

OSMOSIS:

OS

VAD R E S E R HOS

Difusión del solvente a través de una membrana semipermeable

C E R E D desde la solución de

menor a la de mayor concentración. (Osmosis

Inversa, 2005, p.224)

OSMOSIS INVERSA: Es un proceso que permite por un lado separar de la solución de aporte un solvente o permeado, debido a que puede atravesar la membrana, y por otro obtener un concentrado o rechazo con todas aquellas sustancias que no pueden atravesarla. Es una técnica tanto de separación como de concentración selectiva pudiendo utilizarse en todos aquellos procesos que requieran cualquiera de las dos posibilidades. (Osmosis Inversa, 2005, p.224)

Miguel Segovia

115

OXIGENO Elemento químico (0) cuyo número atómico es 8 y peso atómico es 15,99. El oxígeno es un gas incoloro, insípido e incoloro que al condensarse adquiere un color azulado. Su densidad es 1,105g/cm3 y condensa a 183ºC. Es una molécula biatómica (compuestas por dos átomos) aunque también existe la

OS

VAD R E S E R HOS

molécula triatómica, O3, llamada ozono. Es uno de los elementos más

C E R E D abundantes de la tierra: 1/5 del aire es oxígeno, el 47% de la superficie terrestre y el 89% de los océanos también lo son y además, también forma parte en la composición de todas las piedras y seres vivos. Continuando con la abundancia, es el tercer elemento del universo tras el hidrógeno y el helio. Es imprescindible para las plantas y para los animales porque todos los seres vivos (salvo algunas excepciones contadas) obtienen su energía de la respiración, combinando sustancias químicas con oxígeno. Es uno de los productos de la fotosíntesis que hacen las plantas. De este modo, se logra renovar el oxígeno de la atmósfera. Al ser un elemento muy electronegativo se combina con la mayoría de los elementos creando óxidos. Por otro lado, son muchos los metales que se oxidan simplemente con el aire de la atmósfera (en este proceso tiene mucho que ver la humedad de ese aire).

Miguel Segovia

116

Por otro lado, conjuntamente con el hidrógeno forma el agua, H2O. Se puede obtener industrialmente mediante dos procesos: - la destilación por pasos del aire líquido - electrólisis de las disoluciones alcalinas del agua

OS

El oxígeno tiene muchas aplicaciones, las más relevantes:

VAD R E S E R HOS

para sopletes, en la producción de acero. EC DER- combustible: (www.ceit.es/Asignaturas/Ecologia/InfoTematica/Oxigeno/EcoWeb.html)

PERMEADO: Solución que puede atravesar una membrana de osmosis inversa. Producto obtenido tras someter a una solución a un proceso de osmosis inversa. (Osmosis Inversa, 2005, p.226)

pH: Una medida de acidez o alcalinidad de una solución. A 25ºC una solución con un pH menos de 7,0 es acida. Si su valor es superior a 7,0 es básica. (Osmosis Inversa, 2005, p.226)

Miguel Segovia

117

POROSIDAD: Relación entre el volumen de poros y el volumen total de un elemento poroso. (Osmosis Inversa, 2005, p.226)

POLÍMERO: Cadena de moléculas orgánicas y polímeros inorgánicos producida

OS

VAD R E S E R HOS

por la unión de unidades primarias llamadas monómeros. (Osmosis

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Inversa, 2005, p.2236)

PPM: Unidad de concentración la cual expresa una parte por millón o miligramos por litros. (Osmosis Inversa, 2005, p.226)

PRECIPITADO: Sustancia que en el curso de una reacción química se separa del disolvente y se deposita en el fondo. (Osmosis Inversa, 2005, p.227)

Miguel Segovia

118

PRESION OSMOTICA: Presión que es preciso ejercer sobre una solución para mantenerla en equilibrio con el solvente cuando la solución y solvente están separados por una membrana semipermeable. (Osmosis Inversa, 2005, p.227)

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

PRETRATAMIENTO:

Tratamiento previo que es preciso realizar antes de someter a la solución al proceso principal. (Osmosis Inversa, 2005, p.227)

PRODUCCION DE AGUA BLANDA: Los procesos de fabricación que requieren calentar agua a baja presión y temperatura deben utilizar aguas con poca dureza, es decir, con un bajo contenido de calcio y magnesio para evitar la precipitación de sus carbonatos, sulfatos o hidróxidos durante el proceso de calentamiento. El proceso tradicional para reducir la dureza del agua ha sido el intercambio iónico, utilizando para ello una resina intercambiadora de cationes fuertemente acida regenerada con cloruro sodico. (Osmosis Inversa, 2005, p.227)

Miguel Segovia

119

PRODUCCION DE AGUA DESMINERALIZADA: El procedimiento utilizado tradicionalmente ha sido el intercambio iónico, sin embargo, tras la aparición de membranas de baja presión, cuando el contenido en sales del agua de partida supera los 500 mg/l es mas interesante, desde el punto de vista económico, eliminar del agua la mayor parte de las sales con una osmosis inversa finalizando su

OS

VAD R E S E R HOS

desmineralización total mediante el intercambio iónico. (Osmosis Inversa,

DEREC

2005, p.228)

RECHAZO: Efluente cargado en sales procedente de una planta de osmosis inversa. (Osmosis Inversa, 2005, p.228)

RETRODIFUSION: Solución concentrada en sales que es rechazada por las membranas de osmosis inversa. (Osmosis Inversa, 2005, p.228)

Miguel Segovia

120

SALMUERA: Agua conteniendo una alta concentración en sales disueltas. (Osmosis Inversa, 2005, p.230)

SÓLIDOS EN SUSPENSION:

OS

VAD R E S E R HOS

Las sustancias en suspensión causan depósitos en las superficies

EC R E D de los equipos y pueden ser removidas por sedimentación, coagulación y filtración. (Tratamiento de Aguas de Inyección y de Generación de Vapor, PDVSA, 2000, p.18)

SÓLIDOS DISUELTOS Causan formación de espuma en la caldera con el consecuente arrastre de impurezas. Pueden ser removidos por: destilación, desmineralización o ablandamiento. (Tratamiento de Aguas de Inyección y de Generación de Vapor, PDVSA, 2000, p.18)

Miguel Segovia

121

SOLUBILIDAD: Cantidad de una determinada sustancia que puede ser disuelta en un solvente. (Osmosis Inversa, 2005, p.230)

SOLUCIÓN:

OS

VAD R E S E R HOS

Mezcla formada por más de un componente. (Osmosis Inversa,

EC R E D 2005, p.230)

SOLVENTE: Sustancia que disuelve a otra, por lo general es el principal constituyente de una solución (Osmosis Inversa, 2005, p.231)

SUSPENSION QUIMICA: Es la clave para la separación sólido – liquido, y en muchos casos la clave para la aplicación de polímeros. Es por ello, que en muchas áreas la aplicación del polímero, se utiliza la suspensión química, entre ellas tenemos el tratamiento de agua, entre otras. Cuando se trabaja con

Miguel Segovia

122

suspensiones, se intenta separar los sólidos suspendidos en la corriente de efluente de la planta. (Osmosis Inversa, 2005, p.231)

TUBO A PENETRAR: Un tubo perforado el cual busca penetrar y sobre el cual la

OS

VAD R E S E R HOS

membrana permite ser juntada (conectada). Los fines del conector es

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penetrar perfilados para dar cabida a interconectares. Estos permiten penetrar para viajar de elemento a elemento y finalmente hacia el punto de separación en la vasija de presión. (Osmosis Inversa, 2005, p.231)

TURBIDEZ: La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión. Cuantos más sólidos en suspensión haya en el agua, más sucia parecerá ésta y más alta será la turbidez. La turbidez es considerada una buena medida de la calidad del agua. (Osmosis Inversa, 2005, p.231)

Miguel Segovia

123

TRATAMIENTOS QUÍMICOS: Consiste en adicionar algún producto de naturaleza química, en los fluidos producidos en cualquier proceso. (Osmosis Inversa, 2005, p.232)

VASIJA DE PRESION:

OS

VAD R E S E R HOS

Las vasijas de presión son recipientes que contienen las

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membranas, típicamente de 1 a 7 membranas por tubo, dependiendo del volumen de la vasija. Estas son hechas comúnmente de acero inoxidable o plástico reforzado con fibra de vidrio (PRF). (Osmosis Inversa, 2005, p.232)

Miguel Segovia

124

MAPA DE VARIABLES

Objetivo General: Propuesta de Optimización del Sistema de Osmosis Inversa y Pretratamiento de Agua de la Planta termozulia (PTZ) en el Complejo Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU) de ENELVEN.

Objetivos Específicos

OS D A V R E S S RdeE Indicadores Técnica de O Variables Definición H C E R DE Variables

1.caracterizar las corrientes que intervienen en el tratamiento de agua en la Planta Termozulia (PTZ) de ENELVEN.

Corrientes que intervienen en el tratamiento de agua.

2.- Evaluar las operaciones del Sistema de Tratamiento de Agua en la Planta Termozulia (PTZ) de

Operaciones del sistema de tratamiento de agua.

Miguel Segovia

Fases

Recolección de Datos

Se definen como las corrientes que llegan desde los pozos subterráneos que alimentan a la planta de tratamiento de agua.

-Turbidez. - Hierro. Partículas Suspendidas. - Concentración de Cloro. - Concentración de Cloruro Ferrico.

- Observación directa. - F1 - Entrevista no estructurada. - F2

Son las operaciones que definen el proceso de la planta como son el área de pretratamiento y el área desmineralizadora.

Contenido de hierro a la - Observación salida de directa. - F1 pretratamiento - Entrevista no estructurada. - F2 - Pruebas de Absorción - F3 Atómica. - F4

- F3 - F4

125

ENELVEN. 3.- Analizar las causas de los problemas presentes en el tratamiento de agua en la planta termozulia (PTZ) de Enelven.

Problemas presentes en el tratamiento de agua

4.- diseñar un plan de opciones para mejorar el sistema de tratamiento de agua en la planta termozulia (PTZ) de enelven.

Plan de opciones para mejorar el sistema de tratamiento

Son las diversas causas que impiden el buen funcionamiento de la planta.

Características de el ensuciamiento de las membranas de osmosis inversa

- Observación directa. - F1 Entrevista no estructurada. - F2 - F3 - F4

- Presencia de agentes extraños.

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Miguel Segovia

OS

VAD R E S E R HOS

Propuestas para mejorar el buen funcionamiento de la planta.

Métodos para - Entrevista no la limpieza y el estructurada. mantenimiento de las membranas de osmosis inversa. Aditivos de limpieza.

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- F1 - F2 - F3 - F4

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OS

VAD R E S E R HOS

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

Miguel Segovia

127

Este capítulo corresponde el tercer paso de la investigación, como guía para obtener los datos necesarios para la verificación de la variable y abarca aspectos como: tipo de investigación, diseño de la investigación, población, técnicas e instrumentos de recolección de datos para el desarrollo del presente estudio.

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OS

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3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN:

Es importante destacar como el tipo de investigación se determinará de acuerdo con el tipo de problema a solucionar por parte del investigador, los objetivos a lograr y de la disponibilidad de todos los recursos que se necesiten para la culminación del estudio.

Tomando en cuenta el concepto según Arias (1.999 p 106) , el tipo de investigación de este proyecto se clasifica como aplicada,

ya que

“está orientada a la solución de problemas prácticos”, que en este caso es Proponer la Optimización del sistema de Pretratamiento de Agua Y Osmosis Inversa de la Planta Termozulia en el Complejo Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU) de la empresa ENELVEN .

Miguel Segovia

128

En otras palabras, la finalidad de este estudio, es el recolectar información a partir de documentos escritos y no escritos susceptibles de ser analizados y clasificados para la evaluación de los problemas ocurrentes y así obtener las soluciones necesarias para solventar el problema y ayudar a la empresa a obtener beneficios y mayores rendimiento en el proceso de pretratamiento de desmineralización del agua para la generación de potencia

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN:

El diseño de la investigación se refiere a los pasos, etapas y estrategias las cuales se aplican para el logro de los objetivos planteados.

De acuerdo a la estrategia empleada en esta investigación, se puede considerar de campo, ya que según Arias (2006 p 31), esta “consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados, de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la información pero no altera las condiciones existentes.

Miguel Segovia

129

En una investigación de campo también se emplean datos secundarios, sobretodo los provenientes de las fuentes bibliograficas, a partir de los cuales se elabora el marco teórico. No obstante son los datos primarios obtenidos a través del diseño de campo, los esenciales para el logro de los objetivos y de la solución del problema planteado.

OS D A V R E S E los datos de interés se recogen S Rcuando refieren a los métodos aO emplear H C E R DE Según Sabino (1.979 p 89). Los diseños de campo son los que se

en forma directa de la realidad, mediante el trabajo concreto del investigador y sus equipos; estos datos, obtenidos directamente de la experiencia empírica, son llamados primarios, denominación que alude al hecho de que es dato de primera mano, originales, producto de la investigación en curso sin intermediarios de ninguna naturaleza.

El procedimiento metodológico de esta investigación se aplican a la investigación siguiendo un procedimiento por fases, donde se llevan a cabo las actividades requeridas para el cumplimiento de cada uno de los objetivos propuestos.

Miguel Segovia

130

3.3 POBLACIÓN DE LA INVESTIGACION:

El estudio se realizará en el Complejo Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU) de la Empresa ENELVEN, ubicado en la Cañada de Urdaneta San Francisco, Estado Zulia.

Se tomo como población la Planta de Pretratamiento de Agua y la

OS

Planta Desmineralizadora, las muestras fueron las siguientes:

VAD R E S E R HOS

• E Agua REdeCAlimentación a la Planta de Pretratamiento: para la D evaluación de este aspecto se tomaron en cuenta las siguientes pruebas:

- Turbidez.

- Concentración de hierro en el agua.

- Niveles de cloro en el agua. •

Agua de Salida de la Planta de Pretratamiento: para la evaluación de este aspecto se tomaron en cuenta las siguientes pruebas:

- Turbidez.

- Contenido de hierro disuelto en el agua.

Miguel Segovia

131

•

Membranas de Osmosis Inversa: para la evaluación de este aspecto se tomaron en cuenta las siguientes pruebas:

- Evaluación de la membrana mediante el método de biopsia para observar el envejecimiento prematuro.

- Evaluación del contenido de agentes extraños dentro de la membrana de osmosis inversa.

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VAD R E S E R HOS

3.5 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS:

Un aspecto muy importante en toda investigación, es saber identificar los equipos que serian medidos; es decir, los sujetos u objetos de estudio, para lo cual es imprescindible definir la población, la cual viene a representar el conjunto de todos los casos los cuales concuerdan con una serie de especificaciones y brindan además, los elementos de información necesarios para cumplir con los objetivos de la presente investigación.

En todo estudio, deben exponerse los métodos, técnicas e instrumentos de recolección de datos, por cuanto por medio de éstos se obtendrá la información la información requerida para desarrollar la investigación.

Miguel Segovia

132

La técnica de recolección de datos se realizó mediante una observación directa de pruebas de laboratorio las cuales permitieron un análisis preciso de la data requerida, en donde podemos decir que la observación directa según Arias (2.006) p 70, “Es aquella que además de realizarse en correspondencia con unos objetivos, utiliza una guía diseñada previamente, en la que se especifican los elementos que serán observados”.

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VAD R E S E R HOS

También se recogió

información por medio de entrevistas no

estructurada o informal es aquella en donde no se dispone de una guía de preguntas elaboradas previamente. Sin embargo, se orienta por unos objetivos preestablecidos, lo que permite definir el tema de la entrevista.

Es por eso que el entrevistador debe poseer una gran habilidad para formular las interrogantes sin perder la coherencia. Esta fue aplicada al

ingeniero de procesos

experto en la

producción del Complejo

Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU) de la Empresa ENELVEN. Según el Ingeniero José Luís Castillo

una entrevista no

estructurada es aquella que se realiza de manera espontánea, es decir, es cuando no hay que seguir unas minutas previamente establecidas por el entrevistador.

Miguel Segovia

133

Por otra parte se efectuó una observación documental donde se compararon los análisis realizados con la bibliografía existente.

Según Finol y Nava (1996) las fuentes documentales son muy variadas; pueden ser: orales, escritas, fonográficas, iconográficas, manifestaciones artísticas y culturales y aquellas las cuales devienen electrónicamente.

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Asimismo, las investigaciones documentales, según comentan en su obra Rísquez, Fuenmayor y Pereira (1999), tienen como propósito la revisión de fuentes documentales recolectando, evaluando, verificando y sintetizando evidencias a investigar; con el fin de establecer conclusiones relacionadas con los objetivos de la investigación.

En otras palabras, la finalidad de este estudio, es el recolectar información a partir de documentos escritos y no escritos susceptibles de ser analizados y pueden clasificarse como investigaciones cualitativas o cuantitativas.

3.6 FASES DE LA INVESTIGACIÓN: Con el objeto de poseer una estrategia útil para llevar a cabo el estudio para optimizar el sistema de ósmosis inversa y pretratamiento del agua

de la Planta Termozulia (PTZ) perteneciente al Complejo

Miguel Segovia

134

Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU), esta investigación ha sido dividida en varias etapas o fases, siguiendo una planificación metodológica la cual fue realizada tomando en cuenta diversos criterios que fueron adaptados a las necesidades de la empresa y a la presente investigación.

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VAD R E S E R HOS

Para lograr los objetivos específicos de este estudio y por ende, el

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objetivo general de esta investigación, este proyecto fue realizado en etapas, de las cuales se describe a continuación:

Primera Fase

En esta etapa de la investigación se seleccionaron los equipos que estaban afectando en mayor proporción al procedimiento operacional establecido por la empresa, lo cual nos ayudara a solventar el problema en estudio

Segunda Fase

Luego de seleccionado los

equipos que se encuentran más

involucrados se procede a realizarle a cada uno de ellos una serie de pruebas que arrojaran datos necesario para el análisis del problema en

Miguel Segovia

135

estudio. Esto se obtendrá mediante diversas pruebas de laboratorio que arrojaran datos para la solución del problema.

Tercera Fase

Ya en este punto de la investigación se procedió a realizar un análisis

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VAD R E S E R HOS

de cada prueba realizada mediante una serie de graficas que nos

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ayudaran a reflejar conclusiones obtenidas sobre el problema en estudio.

Cuarta Fase

En esta ultima etapa de la investigación se analizan todas las conclusiones obtenidas para poder plantear con mas firmeza los diversos problemas encontrados y las soluciones recomendadas para así poder resolver es objeto de estudio y poder brindarle al Complejo Termoeléctrico General Rafael Urdaneta (CTGRU) de la Empresa ENELVEN una mejora en su proceso productivo

Miguel Segovia

136

DEREC

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VAD R E S E R HOS

CAPITULO IV

ANALISIS DE RESULTADOS

Miguel Segovia

137

Objetivo # 1 Caracterizar las corrientes que intervienen en el Tratamiento de Agua en la Planta Termozulia (PTZ) de ENELVEN.

El agua cruda que alimenta al sistema de pretratamiento proviene de tres pozo profundo, puesto que sus características fisicoquímicas dependen de las formaciones geológica con las cuales tiene contacto,

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VAD R E S E R HOS

estas tienden a variar en el tiempo, razón por la cual e realizó un

DEREC

monitoreo del pH, conductividad, turbidez y concentración de hierro por ser variables que afectan directamente los procesos que se llevan a cabo en este sistema.

Además se analizaron otros parámetros los cuales están directamente relacionado con la química del procesos estudiado.

Miguel Segovia

138

Tabla # 4 Análisis fisicoquímico de las aguas alimentada a la planta de pretratamiento y desmineralizadora de Termozulia. PARAMETRO pH Temperatura ºC Turbidez (NTU)

VALOR NORMAL PROMEDIO 7.1 30 10.3

Fuente: Veneagua.

VALOR MAXIMO 7.5 32 9 - 23

OS

VAD R E S E R HOS

C LosEdatos en la tabla 4 demuestran la necesidad de REpresentados D someter esta agua a un tratamiento químico correctivo. En cuanto al pH del sistema se observó que su valor promedio es de 7.1 el cual se considera óptimo para aplicar cualquier compuesto químico con carácter coagulante y floculante, ya que en esta parte del proceso se desea minimizar la concentración de sólidos suspendidos y disueltos en el medio; ya que el valor promedio de turbidez es 10.3 NTU, lo que indicó la presencia de sólidos en el medio, lo cuales pueden originar taponamiento y formación de incrustaciones en los sistemas generadores de vapor de la planta.

Debido a que los valores para la demanda química de oxigeno reportados no se encontraban dentro de las especificaciones exigida por los procesos generadores de vapor (menor de 10 mg/L), esta agua es tratada con cloro gaseoso al 99.9%, a fin de oxidar la materia orgánica presente, facilitando el procesos de floculación.

Miguel Segovia

139

En cuanto a la eficiencia de la separación de los sólidos suspendidos, se deduce que la aplicación de cloruro ferrico a una concentración de 3 ppm como coagulante y solución polimérica a 1 ppm de concentración como floculante proporcionaron una eficiente remoción ya que el valor máximo de turbidez reportado fue de 0.95 NTU; aunque se logra el objetivo central de esta unidad de tratamiento los procesos de

OS

oxidación en los equipos que conforman la unidad se incrementaron,

VAD R E S E R HOS

C E R E D mejora de la dosificacion de este tratamiento.

generando otra problemática en la planta, razón por la cual se busco la

Miguel Segovia

140

Grafica # 1 ANALISIS DE CLORO RESIDUAL 14

12

CLORO RESIDUAL

10

8

6

DEREC

4

2

OS

VAD R E S E R HOS

0 0

2

4

6

8

10

12

14

DOSIS DE HIPOCLORITO DE SODIO DOSIS DE HIPOCLORITO DE SODIO CLORO RESIDUAL

Fuente: Segovia, 2007

En la grafica anteriormente mostrada podemos observar el comportamiento del consumo del cloro residual y del hipoclorito de sodio.

Es de notar como la curva de la dosificacion de hipoclorito de sodio es una línea recta debido a que dichos valores están comprendidos entre 0 y 14mg/L es por ende el resultado de esta recta, además se observa como

a

medida

que

estas

dosificaciones

son

realizadas

el

comportamiento del cloro residual va variando poco a poco no es una diferencia grande la que existe entre un punto y otro.

Miguel Segovia

141

Este comportamiento de ambas líneas nos da como resultado el cloro consumido que viene siendo la diferencia entre ambas curvas, trayéndonos como consecuencia que a medida que la dosificacion es mas alta el cloro consumido es mas elevado.

Mediante la realización del método de la prueba de jarro cuando se

OS

agrego la dosificacion 3.5 mg/L de hipoclorito de sodio se empezó a

VAD R E S E R HOS

C E R E D comienzo de la oxidación del hierro, lo cual va incrementando a medida observar

la formación de flóculos y precipitados, indicándonos el

de que la dosificacion del hipoclorito de sodio es mayor.

Miguel Segovia

142

Grafica # 2 Dosificacion de Cloruro Ferrico 50 45 40

Turbidez (NTU)

35 30 25 20 15 10

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS

5 0 2

4

6

8

10

12

Concentracion (ppm) Turbidez

Fuente: Segovia, 2007

En la grafica numero 2 se verifico la dosificacion de cloruro ferrico del sistema de pretratamiento de agua en la cual se utilizo el método de pruebas de jarros, las pruebas fueron realizada con agua cruda sin ningún tipo de tratamiento químico.

Se determino la dosificación mas apta para el mismo, se agrego una dosificacion desde 1 ppm hasta 12.5 ppm, obteniéndose así la mejor cantidad de cloruro ferrico para el sistema de pretratamiento la cual fue 8 ppm.

Miguel Segovia

143

De igual forma podemos observar en la grafica que a partir de 8 ppm la turbidez comienza a subir indicándonos esto que por encima del valor deseado (8ppm) el sistema no trabajara en la condiciones necesarias para que se encuentre dentro de los parámetros diseñados.

DEREC

Miguel Segovia

OS

VAD R E S E R HOS

144

Grafica # 3 Dosificacion de polimero 0,9

0,8

Turbidez (NTU)

0,7

0,6

0,5

0,4

DEREC

0,3

0,2

OS

VAD R E S E R HOS

0,1

0 0,01

0,02

0,03

0,05

0,08

1

Concentracion (ppm)

Turbidez

Fuente: Segovia, 2007

En

la

grafica

mostrada

anteriormente

se

observa

el

comportamiento que posee el polímero con una dosificacion de cloruro ferrico de 8 ppm, esta dosificacion nos da a demostrar el comportamiento observado por el polímero, dándonos como respuesta ser la mas deseable para obtener la turbidez requerida para la salida de pretratamiento de agua, la cual fue de 0.469 NTU demostrándose que se encuentra < 1 NTU confirmándose así que se encuentra dentro de los parámetros y las especificaciones del sistema.

Miguel Segovia

145

Grafica # 4 Conductividad 1400

1200

Micros/cm

1000

800

600

DEREC

400

OS

VAD R E S E R HOS

200

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

Analisis Conductividad

Fuente: Segovia, 2007

En la grafica anteriormente descrita podemos observar como es el comportamiento de la conductividad a la salida de la planta de pretratamiento, los valores analizados están comprendidos entre mayo de 2005 hasta noviembre de 2006.

Miguel Segovia

146

Podemos notar como el comportamiento de la conductividad va variando a lo largo de los meses mencionados anteriormente, los cuales se encuentra dentro de los valores permisibles dentro del sistema, ya que el valor máximo que puede alcanzar la conductividad según su diseño es de 1800 micros/cm.

DEREC

Miguel Segovia

OS

VAD R E S E R HOS

147

Grafica # 5 Analisis de hierro en la Planta de Pretratamiento Hierro a la entrada y salida de la Planta de Pretratamiento

4

3,5

3

2,5

2

1,5

DEREC 1

0,5

OS

VAD R E S E R HOS

Nov-06

Oct-06

Sep-06

Ago-06

Jul-06

0

Fecha HIERRO A LA ENTRADA (mg/L) HIERRO A LA SALIDA (mg/L) S i 3

Fuente: Segovia, 2007

En la grafica mostrada anteriormente podemos observar como es el comportamiento del hierro a la entrada y a la salida de la planta pretratamiento, durante los meses comprendidos entre Julio 2006 y Noviembre 2006.

Es de notar como el hierro a la entrada se encuentra dentro de los parámetros establecidos, es decir, que se encuentra entre los valores permisibles (2.5 – 3.6 mg/L), aunque estos valores son variantes.

Miguel Segovia

148

También podemos observar la concentración del hierro a la salida de pretratamiento, es de notar como su comportamiento no se encuentra dentro de las especificaciones del sistema, ya que para estar dentro de los rangos permisibles, la concentración de hierro a la salida debe ser menor a 0.1 mg/L, y esto se nota solo en el mes de agosto cuando su valor no fue determinado con exactitud debido a que era bastante bajo.

OS

VAD R E S E R HOS

C E R E D cual nos especifica las concentraciones de hierro a la entrada y salida de Estas pruebas fueron realizadas mediante la absorción atómica la

pretratamiento.

Miguel Segovia

149

Cuadro # 1

ANALISIS DE CLORO DOSIS DE HIPOCLORITO DE SODIO 0 0,35 0,7 1,05 1,4 1,75 2,1 2,45 2,8 3,15 3,5 4,2 4,9 5,6 6,3 7 7,7 8,4 9,1 9,8 10,5 11,2 11,9 12,6 13,3

DEREC

Miguel Segovia

CLORO RESIDUAL 0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 1,2 1,2 1,3 1,5 1,5 1,9 1,9 2 2,3 2,5 2,7 2,7 2,9 3 3

OS

VAD R E S E R HOS

150

Cuadro # 2

CLORURO FERRICO Turbidez (NTU) Concentración (ppm) 1,6 2 1,78 4 1,93 6 0,61 8 12,4 10 45,1 12

DEREC

OS

VAD R E S E R HOS Cuadro # 3

POLIMERO Turbidez (NTU) Concentración (ppm) 0,69 0,01 0,563 0,02 0,51 0,03 0,625 0,05 0,79 0,08 0,407 1

Miguel Segovia

151

Cuadro # 4

Salida de Pretratamiento ANALISIS Calcio

UNIDADES

06/05/2005

06/06/2005

10/06/2005

12/07/2005

mg/L

99

65,00

54,00

58,80

Magnesio

mg/L

25

86,00

74,00

76,20

Potasio

mg/L

18,09

91,50

63,90

44,90

Sodio

mg/L

129,4

144,30

511,90

391,00

Cloruros

mg/L

225

143,80

279,00

283,00

Sulfatos

mg/L

20

31,00

33,30

35,00

Bicarbonatos

mg/L

187

222,00

222,00

226,00

Carbonatos

mg/L

ND

0,00

0,00

0,00

Alcalinidad total

mg/L

186

Alcalinidad Fenolftaleínica

mg/L

ND

Fosfatos

mg/L

ND

0,00

0,00

0,00

Nitratos

mg/L

0,02

0,07

0,06

0,05

Nitritos

mg/L

0,002

0,00

0,00

0,01

Sílice Disuelta

mg/L

40

33,35

33,30

33,20

Silice Coloidal

mg/L

ND

0,00

ND

0,00

Sólidos Suspendidos

mg/L

0

0,00

0,00

0,00

Sólidos Disueltos Totales

mg/L

531

520,00

519,00

560,00

Turbidez

NTU

1

1,00

1,00

1,00

Pt-Co

5

8,90

8,00

16,00 6,00

D

ES R S O H C ERE

S ERVADO

Color Aparente pH

7,58

7,89

7,50

Cloro Residual

mg/l

0,15

0,81

0,06

0,03

Conductividad

microS/cm

1055

1.088,00

1.041,00

1.120,00

mg/L

0,06

0,09

0,07

0,07

mg/L KMnO4

0

0,00

0,00

0,00

DQO

mg/L

4,52

57,67

41,67

58,33

DBO

mg/L

0

0,00

0,49

0,49

Coliformes

mg/L

3,2

1,15

1,00

1,10

Hierro Materia Orgánica

Miguel Segovia

152

Cuadro # 4.1

Salida de Pretratamiento ANALISIS Calcio

UNIDADES

18/09/2005

30/10/2005

16/11/2005

02/12/2005

mg/L

62,00

2,15

30

22

Magnesio

mg/L

80,00

56,7

20

45

Potasio

mg/L

44,80

20,2

10

7,6

Sodio

mg/L

431,00

269,56

140

156

Cloruros

mg/L

276,00

251

219

227

Sulfatos

mg/L

39,60

20

25

15

mg/L

224,90

240

158

155

mg/L

0,00

0

ND

0

mg/L

240

136

155

Alcalinidad Fenolftaleínica

mg/L

0

0

0

Fosfatos

mg/L

0,03

0

0

0

Nitratos

mg/L

0,007

0,03

0,05

0,03

Nitritos

mg/L

0,006

0,004

0,023

0,004

Sílice Disuelta

mg/L

54,000

10

40

60

Silice Coloidal

mg/L

0,000

0

0

0

Sólidos Suspendidos

mg/L

0,000

0

0

0

Sólidos Disueltos Totales

mg/L

541,000

558

470

485

Turbidez

NTU

1,000

1

22

1

Pt-Co

7,000

1

5

6 7,3

DER Carbonatos Alcalinidad total

S ERVADO

ES R S O H C E

Bicarbonatos

Color Aparente pH

6,000

7,38

7,1

Cloro Residual

mg/l

0,060

0,71

2

1,6

Conductividad

microS/cm

1.082,000

1139

943

999

mg/L

0,000

0

0,058

0,054

mg/L KMnO4

0,000

0

0

0

DQO

mg/L

18,670

0

20,3

7,44

DBO

mg/L

0,312

0

0

0

Coliformes

mg/L

1,100

0,24

1,1

0

Hierro Materia Orgánica

Miguel Segovia

153

Cuadro # 4.2

Salida de Pretratamiento ANALISIS Calcio

UNIDADES

14/01/2006

03/02/2006

23/03/2006

15/04/2006

mg/L

29

57,37

51,11

125,00

Magnesio

mg/L

43

10

20

71,92

Potasio

mg/L

27,26

30

28,7

26,93

Sodio

mg/L

180

OS D A V R E S E 20

137

133,24

mg/L

229

239

232

234,20

mg/L

16

14

15

17,00

Bicarbonatos

mg/L

202

378

176

198,00

Carbonatos

mg/L

0

0

0

0,00

Alcalinidad total

mg/L

202

378

176

198,00

Alcalinidad Fenolftaleínica

mg/L

0

0

0

0,00

Fosfatos

mg/L

0

0

0

0,00

Nitratos

mg/L

0,01

0,3

0,05

0,01

Nitritos

mg/L

0,001

0,004

0,005

0,001

Sílice Disuelta

mg/L

40

40

40

51,00

Silice Coloidal

mg/L

0

0

0

0,00

Sólidos Suspendidos

mg/L

0

0

48

0,00

Sólidos Disueltos Totales

mg/L

425

508

526

523,00

Turbidez

NTU

2

1

11

1,50

Pt-Co

11

24

9

7,3

7,4

7,12

6,35

ECHOS R

Cloruros

DER Sulfatos

Color Aparente pH

5,40

Cloro Residual

mg/l

4,3

3

0,25

0,40

Conductividad

microS/cm

1300

1094

1070

1.090,00

mg/L

0,036

0,053

0,091

0,08

mg/L KMnO4

0

0

0

DQO

mg/L

23,78

1,56

0

0,00

DBO

mg/L

0

0

0

0,00

Coliformes

mg/L

0

0

23

1,10

Hierro Materia Orgánica

Miguel Segovia

0,00

154

Cuadro # 4.3

Salida de Pretratamiento ANALISIS Calcio

UNIDADES

06/05/2006

10/06/2006

12/07/2006

08/08/2006

mg/L

67,40

56,02

57,5

120

Magnesio

mg/L

19,30

17

20

75

Potasio

mg/L

13,90

11,6

16,3

15,9

Sodio

mg/L

106,20

98

102,5

107,5

Cloruros

mg/L

236,00

224,5

234,7

240

Sulfatos

mg/L

16,00

22

30

18

Bicarbonatos

mg/L

199

210

0

0

ES R S O H C E

S ERVADO

180,00

180

Carbonatos

mg/L

0,00

0

Alcalinidad total

mg/L

180,00

180

199

210

Alcalinidad Fenolftaleínica

mg/L

0,00

0

0

0

Fosfatos

mg/L

0,00

0

0

0

Nitratos

mg/L

0,01

0,01

0,02

0,01

Nitritos

mg/L

0,001

0,001

0,003

0,001

Sílice Disuelta

mg/L

39,00

26,4

28,3

55

Silice Coloidal

mg/L

0,00

0

0

0

Sólidos Suspendidos

mg/L

0,00

0

0

0

Sólidos Disueltos Totales

mg/L

527,00

541

560

533

Turbidez

NTU

1,00

1

12

1,6

DER

Color Aparente pH

Pt-Co

1,00

1

6,4

5,5

6,86

7,54

7,25

6,45

5,8

0,4

Cloro Residual

mg/l

8,30

6,8

Conductividad

microS/cm

1.060,00

1115

1120

1065

mg/L

0,12

0,09

0,092

0,08 0

Hierro Materia Orgánica

mg/L KMnO4

0,00

0

0

DQO

mg/L

0,00

0

0

0

DBO

mg/L

0,00

Coliformes

mg/L

0,00

0 1,1

0 1,2

0 1,5

Miguel Segovia

155

Cuadro # 4.4

Salida de Pretratamiento ANALISIS Calcio

UNIDADES

12/09/2006

10/10/2007

15/11/2006

mg/L

67,3

59,75

65,7

Magnesio

mg/L

25

12

20,35

Potasio

mg/L

14,9

35

15,6

Sodio

mg/L

100,6

22

116,2

Cloruros

mg/L

245

249

246

Sulfatos

mg/L

22

15

19

Bicarbonatos

mg/L

220

379

260

Carbonatos

mg/L

0

0

0

Alcalinidad total

mg/L

220

379

260

Alcalinidad Fenolftaleínica

mg/L

0

0

0

Fosfatos

mg/L

0

0

0

Nitratos

mg/L

0,02

0,3

0,44

Nitritos

mg/L

0,003

0,004

0,002

Sílice Disuelta

mg/L

40

55

49

Silice Coloidal

mg/L

0

0

Sólidos Suspendidos

mg/L

0

0

0

Sólidos Disueltos Totales

mg/L

559

510

525

Turbidez

NTU

2

1

1,9

DEREC

Color Aparente pH

DISEÑO

OS

VAD R E S E R HOS

Pt-Co