ÍNDICE 1.‐ LA DUREZA………………………………………………………………………………………………… 1 1.1.‐ DEFINICIÓN…………………………………………………………………………………….. 1 1.2.‐ MEDIDA………………………………………………………………………………………….. 1 1.3.‐ CLASIFICACION DE LAS AGUAS POR SU DUREZA……………………………. 2 1.4.‐ PROBLEMAS CAUSADOS POR LA DUREZA.......................................... 2 1.4.1.‐ PRECIPITACIONES……………………………………………………………… 2 1.4.2.‐ INCRUSTACIONES………………………………………………………………. 3
2.‐ ELIMINACIÓN DE LA DUREZA POR INTERCAMBIO CATIÓNICO....... 3 2.1.‐ RESINAS INTERCAMBIADORAS DE CATIONES…………………………………. 3 2.2.‐ REGENERACIÓN DE LAS RESINAS……………………………………………………. 4 2.3.‐ CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE UNA RESINA…………………………….. 5
3.‐ INSTALACIÓN DESCALCIFICADORA……………………………………………………… 6 3.1.‐ CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE UNA INSTALACIÓN DE DESCALCIFICACIÓN…………………………………………………………………………………. 6 3.2.‐ RENDIMIENTO DE LA INSTALACIÓN DE DESCALCIFICACIÓN 3.3.‐ CICLOS DE TRABAJO……………………………………………………………………….. 6 3.3.1.‐ CICLO DE DESCALCIFICACIÓN……………………………………………. 6 3.3.2.‐ CICLO DE REGENERACIÓN…………………………………………………. 7 3.4.‐ FASES DE LA REGENERACIÓN…………………………………………………………. 7 3.4.1.‐ ASPIRACIÓN DE REGENERANTE………………………………………… 7 3.4.2.‐ DESPLAZAMIENTO DEL REGENERANTE O LAVADO LENTO… 7 3.4.3.‐ LAVADO RÁPIDO……………………………………………………………….. 7 3.5.‐ PARÁMETROS A CONTROLAR PARA UN ÓPTIMO FUNCIONAMIENTO…………………………………………………………………………………. 8 3.6.‐ PUNTOS DE OPTIMIZACIÓN DEL EQUIPO DE DESCALCIFICIACIÓN…. 8
4.‐ EQUIPO DESCALCIFICADOR ETAP ANDORRA……………………………………. 9 4.1.‐ CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS………………………………………………………….. 9 4.2.‐ CONDICIONES INICIALES DE PUESTA EN MARCHA…………………………. 10 4.3.‐ SITUACIÓN ACTUAL DE FUNCIONAMIENTO…………………………………… 10
5.‐ OFERTA STENCO POR REVISIÓN Y CAMBIO DE RESINAS
1.‐ LA DUREZA 1.1.‐ DEFINICIÓN Dureza total (TH) es el contenido global de sales alcalinotérreas de un agua, principalmente sales de calcio y magnesio. Estas sales disueltas presentan tendencias diferentes según su constitución, por lo que se pueden distinguir dos grandes grupos: A) Sales INCRUSTANTES, constituidas por: Bicarbonato Cálcico Ca(CO3H)2 Bicarbonato Magnésico Mg(CO3H)2 Sulfato Cálcico CaSO4 Sulfato Magnésico MgSO4 Cloruro Magnésico MgCl2 Cloruro Cálcico CaCl2
B) Sales NO INCRUSTANTES, constituidas por: Carbonato Sódico Na2CO3 Sulfato Sódico Na2SO4 Cloruro Sódico NaCl Como se puede observar, todas las sales incrustantes contienen CALCIO Y MAGNESIO. Según las sales a las que están ligados el calcio y el magnesio, se distinguen dos tipos de dureza: • DUREZA TEMPORAL, llamada así porque desaparece de las aguas por ebullición y está constituida por los bicarbonatos de calcio y magnesio. • DUREZA PERMANENTE, la cual persiste aún después de ebullición y está constituida por sulfatos y cloruros de calcio y magnesio. DUREZA TOTAL = DUREZA TEMPORAL + DUREZA PERMANENTE 1.2.‐ MEDIDA El agua que contiene dureza, tiene el inconveniente de que cuando reacciona con los jabones forma precipitados insolubles llamados “jabón cortado”. Esta propiedad es la que se utilizó en un principio para determinar la dureza de un agua, ya que la destrucción del jabón que impide que se forme espuma persistente es directamente proporcional a la dureza. En la actualidad, se expresa principalmente en unidades de ºF (grado francés), mg/l CaCO3 ó ppm (partes por millón). En España se emplea el GRADO FRANCES y se define como la dureza que presenta un agua que contiene 10 mg/l de sales incrustantes. 1º GRADO FRANCÉS = 10 mg/l de CARBONATO CÁLCIO ( CaCO3)
Página 1 de 10
1.3.‐ CLASIFICACIÓN DE LAS AGUAS POR SU DUREZA La clasificación más usual referida a la dureza de las aguas las establece en aguas blandas o suaves, medianamente duras, duras y muy duras, pudiéndose aun intercalar conceptos intermedios a los citados tales como: muy blandas o muy suaves, poco duras, etc. Todos estos conceptos no están cuantificados de forma universal ni aun continental, por lo que cada país o región, según la calidad de sus aguas, las clasifica de distinta manera. En España, el sistema más utilizado es el siguiente: Agua muy blanda 0 – 7 ºF Agua blanda 7 – 15 ºF Agua semidura 15 – 32 ºF Agua dura 32 – 53 ºF Agua muy dura > 53 ºF 1.4.‐ PROBLEMAS CAUSADOS POR LA DUREZA Los dos principales problemas que presentan las aguas duras son debidos a la formación de precipitados y a la incrustación. Ambos inconvenientes repercuten de la misma manera en el agua de utilidad doméstica que en la de uso industrial 1.4.1.‐ PRECIPITACIONES En procesos de lavado, de la cantidad total añadida de productos, una parte se gasta en reaccionar con la dureza formando precipitados de “jabón cortado” que son los responsables de: • El deterioro de la ropa, a la cual se le apaga el color, amarillea, se vuelve más frágil y áspera, acortándose su vida. • Atascamiento en conducciones de desagüe debido a la unión del “jabón cortado” con fibras, cabellos, etc; que suelen quedarse en los codos. • Aseo personal. El agua dura es más agresiva a la piel y al cabello, dejándolos ásperos.
Página 2 de 10
1.4.1.‐ INCRUSTACIONES Las precipitaciones de sales cálcicas y magnésicas, formando incrustaciones, es el inconveniente más grave que presentan las aguas duras. Uno de los factores que influye en la descomposición de los bicarbonatos es el calor. Sin embargo la formación de incrustaciones se produce también en agua fría, ya que aparte de la temperatura también influyen factores como el pH, gas carbónico disuelto y combinado, etc. Las tuberías por las que circula agua dura, se van obstruyendo con la consiguiente disminución de su sección útil, llegando incluso a taponar totalmente las conducciones.
En todos los procesos de transmisión de calor como calentadores de gas, termos eléctricos, intercambiadores de calor, etc.; la formación de incrustaciones es mucho más rápida, ocasionando una disminución de rendimiento calorífico y la rotura de electrodomésticos.
2.‐ ELIMINACIÓN DE LA DUREZA POR INTERCAMBIO CATIÓNICO El método más utilizado para eliminar la dureza del agua es la descalcificación por intercambio catiónico con resinas. En este proceso, mediante unas resinas, se sustituyen los cationes de Calcio y Magnesio presentes en el agua, que son los responsables de la dureza, por cationes Sodio.
2.1.‐ RESINAS INTERCAMBIADORAS DE CATIONES Una resina cambiadora de iones está constituida por partículas sólidas (bolitas de resina) con cationes de Sodio adheridos a su superficie.
Página 3 de 10
Cuando la resina entra en contacto con el agua, sustituye los cationes de Sodio que tiene en su superficie por los cationes de Calcio y Magnesio.
Este proceso ocurre hasta que todos los cationes de Sodio que había inicialmente en la superficie de la resina, son sustituidos por los cationes de Calcio y Magnesio. Es entonces cuando se dice que la resina está AGOTADA O SATURADA. En ese momento toda el agua que entra y pasa a través de la resina sale con la misma dureza con la que entró.
2.2.‐ REGENERACIÓN DE LAS RESINAS Para regenerar la resina se realiza un intercambio de cationes en sentido inverso. Se lava la resina con una solución concentrada de sal común (salmuera) de modo que los cationes Sodio reemplazan a los cationes Calcio y Magnesio los cuales se eliminan por el desagüe.
Página 4 de 10
De esta manera, las resinas se vuelven a cargar de cationes Sodio y están listas para volver a quitar dureza (cationes Calcio y Magnesio) del agua. 2.3.‐ CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE UNA RESINA Hasta ahora hemos supuesto que las resinas se regeneraban de una manera ideal y perfecta, pero en la realidad, la regeneración de las resinas nunca se realiza en su totalidad, originando que el poder de intercambio de una resina sea limitado viéndose afectado principalmente por el consumo de sal regenerante. El poder de intercambio de una resina es la cantidad de dureza eliminada expresada en gramos de Carbonato Cálcico por un litro de resina.
Como puede observarse, conforme se va aumentando la cantidad de sal empleada en la regeneración, el poder de intercambio aumenta pero llega un momento en que la curva se va haciendo plana, lo que indica que por más cantidad de sal que se gaste la capacidad no aumenta ya que la resina está totalmente regenerada. Página 5 de 10
3.‐ INSTALACIÓN DESCALCIFICADORA 3.1.‐ CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE UNA INSTALACIÓN DE DESCALCIFICACIÓN La capacidad de intercambio de un resina se define para un litro de dicha resina, pero en la práctica las instalaciones contienen un mayor volumen de resina incluso de miles de litros, por lo que la capacidad de intercambio total (o de la instalación de descalcificación) será el valor obtenido del producto de los litros de resina por la capacidad de intercambio de la resina. CAPACIDAD TOTAL = LITROS DE RESINA x CAPACIDAD DE RESINA = ºF x m3
3.2.‐ RENDIMIENTO DE LA INSTALACIÓN DE DESCALCIFICACIÓN Se entiende por rendimiento de una instalación de descalcificación al volumen de agua tratada que es capaz de suministrar entre dos regeneraciones consecutivas. El rendimiento varía en función de las durezas del agua a tratar y de la cantidad de sal regenerante empleada: RENDIMIENTO (m3) = Capacidad Instalación / Dureza = m3
3.3.‐ CICLOS DE TRABAJO En cualquier instalación de descalcificación por intercambio iónico se pueden distinguir dos ciclos o estados principales, el CICLO DE DESCALCIFICACIÓN Ó SERVICIO y el CICLO DE REGENERACIÓN. 3.3.1.‐ CICLO DE DESCALCIFICACIÓN Tiene lugar cuando el agua dura a tratar entra en el recipiente que contiene las resinas y pasa a través de ella produciéndose el intercambio de iones, tal como se describió anteriormente, hasta que las resinas se saturan de iones Calcio y Magnesio. Dependiendo del diseño de la instalación, el agua se introducirá por la parte superior o inferior de la resina
Página 6 de 10
3.3.2.‐ CICLO DE REGENERACIÓN Se define como el conjunto de los diferentes procesos por los cuales se devuelve a la resina agotada su capacidad de intercambio, quedando en condiciones de iniciar de nuevo otro ciclo de descalcificación. 3.4.‐ FASES DE LA REGENERACIÓN 3.4.1.‐ ASPIRACION DE REGENERANTE El regenerante utilizado es una disolución de salmuera (sal común con agua) haciéndose pasar lentamente a través de la resina. 3.4.2.‐ DESPLAZAMIENTO DEL REGENERANTE O LAVADO LENTO Cuando toda la cantidad de regenerante ha sido introducida en el recipiente de la resina, se desplaza por la misma mediante el aporte de un pequeño caudal de agua en el mismo sentido que el aporte de regenerante, al objeto de asegurar que el regenerante atraviese toda la resina a una velocidad constante. En la fase de desplazamiento se completa la sustitución de los iones de calcio y magnesio retenidos por la resina, por iones de sodio procedentes de la sal.
3.4.3.‐ LAVADO RAPIDO Tiene por objeto el eliminar de la resina el exceso de sal empleado en la regeneración y de las impurezas que esta pudiera tener. Se realiza mediante el aporte de un caudal elevado de agua a tratar en el mismo sentido que el del ciclo de descalcificación. Por otra parte también se consigue descompactar las resinas, haciéndolas más esponjosas y mejorando el flujo de agua a través suya. Página 7 de 10
3.5.‐ PARÁMETROS A CONTROLAR PARA UN ÓPTIMO FUNCIONAMIENTO Los principales parámetros que deben controlarse para asegurar un óptimo funcionamiento y explotación del equipo son: • La calidad del agua obtenida a la salida del descalcificador no debe presentar dureza (inferior a 0,5 – 1 ºF). • La cantidad de agua obtenida en cada ciclo entre regeneraciones • El consumo de cloruro sódico (salmuera) en la regeneración, que deberá ser el mínimo posible. • La cantidad de agua consumida para el desarrollo de los procesos de regeneración. • El nivel de carga contaminante en el agua de vertido. 3.6.‐ PUNTOS DE OPTIMIZACIÓN DEL EQUIPO DE DESCALCIFICACIÓN Entre los distintos puntos de optimización del equipo de descalcificación, se pueden destacar como algunos de los más importantes y de fácil implementación desde el punto de vista práctico, los siguientes: • Valorar de forma periódica el estado y nivel de la carga de resinas. Para ello debe procederse a la apertura del equipo, comprobando la altura del nivel y tomando una muestra para su análisis. • Mando de regeneración. Los mandos de regeneración que permiten un control más exacto son los de tipo volumétrico o por análisis de dureza. • Regulación del ciclo entre regeneraciones mediante el mando de regeneración. Este aspecto es especialmente importante en equipos donde la variación de dureza del agua a tratar es significativa. • Regulación de los tiempos en la fase de regeneración. La mayoría de equipos permiten modificar los tiempos de cada una de las fases de regeneración, para adaptarlos a las condiciones de cada instalación y del estado de las resinas, ya que la cantidad de éstas disminuye con el tiempo y su calidad empeora. • Regulación y control de la tasa de regenerante (salmuera) que se emplea en cada periodo de regeneración. • Calidad del regenerante y estado del depósito. Si el regenerante o el depósito donde se acumula presentan suciedad, ésta se irá incorporando al lecho de resinas disminuyendo su rendimiento. • Estado electro‐mecánico de los diferentes componentes de la válvula, para lo cual se hace necesario una revisión, ajuste y lubricado periódico. El adecuado funcionamiento del equipo influye de forma directa en el ahorro económico de la explotación (aumento de rendimiento, disminución en el consumo de salmuera, disminución de averías y reparaciones, alargamiento de la vida útil de equipos e instalaciones, …). También debería tenerse en consideración los efectos de un correcto funcionamiento del equipo en la población, tales como: mejor calidad de agua en los ciudadanos sin sistema de descalcificación propio en su hogar y ahorro en salmuera en los que sí, mayor vida útil de electrodomésticos, mayor calidad del Página 8 de 10
servicio debido a presiones de agua en viviendas correctas y disminución de cortes de agua debido a averías imprevistas,…
4.‐ EQUIPO DESCALCIFICADOR ETAP ANDORRA El equipo descalcificador de la ETAP de Andorra tiene un FUNCIONAMIENTO A CONTRACORRIENTE. Funciona con circulación del agua en sentido ascendente durante el proceso de descalcificación y circulación del regenerante en sentido descendente durante el proceso de regeneración. Con este sistema se consigue el máximo aprovechamiento del regenerante, con una optimización del rendimiento de la resina, lo que supone un ahorro en el consumo de reactivo del orden del 40 % con relación al que se consumiría si funcionara de forma convencional. El consecuente ahorro de regenerante, aparte de su repercusión económica directa, supone una importante ventaja medioambiental al conseguir diminuir el aporte de cloruros al agua que se debe verter a desagüe. 4.1.‐ CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS • MARCA O MONTAJE: STENCO • MODELO: AS‐150 CC Dúplex • MANDO DE REGENERACIÓN: Volumétrico • CUADRO DE MANDO Y CONTROL: Siemens • VOLUMEN DE RESINAS: 1575 litros por columna o recipiente • TUBERÍA DE CONEXIÓN: 2½ “ • CAUDAL MÁXIOMO EN SERVICIO: 40 m3/h • PRESIÓN MÍNIMA DE TRABAJO: 2 kg/cm2 • PRESIÓN MÁXIMA DE TRABAJO: 6 kg/cm3 • TEMPERATURA MÁXIMA DE TRABAJO: 40 ºC • CONSUMO ELÉCTRICO: 30 W • VALVULERÍA: De bola con actuador neumático • DUREZA RESIDUAL AGUA DESCALCIFICADA: ≤ 1 ºF 4.2.‐ CONDICIONES INICIALES DE PUESTA EN MARCHA El equipo de descalcificación de la ETAP de Andorra fue comprado e instalado en el año 2005. En el momento de la instalación, un técnico de la empresa STENCO vino a realizar las pruebas pertinentes para obtener los valores óptimos de los tiempos de los ciclos de funcionamiento del descalcificador. Los datos obtenidos son los siguientes: • DUREZA DEL AGUA DE ENTRADA: 55 ºF. • VOLUMEN DE AGUA ENTRE REGENERACIONES: 120 m3 • CONSUMO SALMUERA: 379 litros
Página 9 de 10
•
FACTOR DE CONVERSIÓN RESULTANTE ºF DE AGUA A LA ENTRADA A m3 DE AGUA A TRATAR: 2,18 o Si dureza entrada > 55 ºF multiplicar la diferencia por 2,18 y restarlo a 120. o Si dureza entrada < 55 ºF multiplicar la diferencia por 2,18 y sumárselo a 120. • REGENERACIÓN o ASPIRACIÓN DE SALMUERA: 20 minutos. o LAVADO LENTO: 45 minutos o LAVADO RÁPIDO: 3 minutos 4.3.‐ SITUACIÓN ACTUAL DE FUNCIONAMIENTO • El agua de entrada a descalcificadores se mantiene constante a 140 m3 independientemente de la dureza del agua de entrada al descalcifiador. Esto supone que: o Si la dureza del agua de entrada al descalcificador es alta, una parte de estos 140 m3 que pasan por el descalcificador salen de él con la misma dureza que entró, con el consiguiente gasto extra de energía y el aumento de la dureza del agua resultante. o Si la dureza del agua de entrada al descalcificador es baja, no estamos sacando el máximo rendimiento al descalcificador, ya que podríamos descalcificar más agua hasta agotar las resinas y ahorrar gastos de salmuera. • El descalcificador lleva 5 años en funcionamiento sin revisión del estado de las resinas y sin optimizar los tiempos de regeneración. Sería conveniente un ajuste de estos tiempos ya que una utilización más eficiente de la salmuera disminuiría los costes de descalcificación. • Se deberían revisar las válvulas del descalcificador. En la visita a ETAP que se realizó el 17‐2‐10 se comprobó como los dos reactores del descalcificador aportaban agua al mismo tiempo al depósito de agua tratada a pesar de que uno estaba en regeneración. Esto evidencia que hay válvulas que fugan con el resultado de un peor rendimiento del proceso y una disminución de la calidad del agua tratada.
Página 10 de 10
De parte de / From: Jose Gómez ‐ Servicio Técnico A empresa / To: UTE DAGUAS‐GESTAGUA ‐ Andorra (Teruel) Atención Sr. / Att. Mr.: Ramón López e‐mail.: lopezplanas@gmail.com Fecha / Date: 08/10/10 Número de pág. Incluida ésta / Number of pages this: 1 Asunto: REVISION EQUIPO DESCALCIFICADOR mod. AS‐150 D Vol. Oferta nº EQN‐1010533 Señores: Atendiendo su solicitud a ntro. Delegado Sr. A. Traid, les indicamos valoración de la revisión de su equipo descalcificador indicado. Importe revisión equipo ....................................................................................... 543,‐ € Precio indicado Neto, IVA 18% aparte. Material libre de portes. Plazo de entrega: 1‐2 semana a partir de su encargo. No se incluye: La retirada ni eliminación de las cargas viejas. La reposición o reparación de cualquier otro elemento o material de la instalación que se detecte defectuoso al realizar el cambio de cargas y no este especificado en este presupuesto. Nota: Para el vertido de las cargas viejas es necesario nos faciliten un contenedor o recipiente a pie de instalación. Si hubiera que realizar posteriormente un cambio de resinas, les indicamos que el importe de la resina catiónica fuerte (Cod. 350050), es de 2,91 €/kg. En espera que resulte de su interés, quedamos a la espera de sus noticias. Atentamente,