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PROYECTO FIN DE CARRERA DESINFECCIÓN DE AGUA DE TORRES DE REFRIGERACIÓN CON Ca (ClO)2+DREWBROM Autor: Julián de Diego Álvarez Directora: Eva Francés Especialidad: Química Industrial Convocatoria: Junio 2010 Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 1 ÍNDICE GENERAL 1. PRÓLOGO Y OBJETIVOS DEL PROYECTO ..................................................... 6 2. INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 8 2.1 DESINFECCIÓN ............................................................................................... 8 2.1.1 DEFINICIÓN ............................................................................................ 8 2.1.2. HISTORIA DE LA DESINFECCIÓN .................................................... 9 2.1.3 NECESIDAD DE LA DESINFECCIÓN ............................................... 13 2.1.4 CONDICIONES PARA LA DESINFECCIÓN DEL AGUA ................ 15 2.2 TIPOS DE MICROORGANISMOS ............................................................... 16 2.2.1 BACTERIAS .......................................................................................... 17 2.2.2 VIRUS .................................................................................................... 18 2.2.3 PARÁSITOS PROTOZOOS .................................................................. 20 2.3. EFECTOS CAUSADOS POR LOS MICROORGANISMOS. ....................... 21 2.3.1 ENFERMEDADES ............................................................................... 21 2.3.2 PROBLEMAS MICROBIOLÓGICOS EN LA INDUSTRIA ............... 29 2.4 DESINFECTANTES DEL AGUA .................................................................. 44 2.4.1 DESINFECTANTES FÍSICOS .............................................................. 44 Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 2 2.4.2 DESINFECTANTES QUÍMICOS ......................................................... 47 2.5 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DESINFECCIÓN QUÍMICA .......... 78 2.5.1 VARIABLES CONTROLABLES EN DESINFECCIÓN ..................... 81 2.5.2 ACCIÓN DE LOS DESINFECTANTES QUÍMICOS .......................... 81 2.5.3 CINÉTICA DE LA DESINFECCIÓN: LEY DE CHICK...................... 82 2.6 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN ............................................... 85 2.6.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................. 85 2.7 COMPARACIÓN CLORACIÓN Y BROMACIÓN ...................................... 97 2.7.1 INTRODUCCIÓN .................................................................................. 97 2.7.2 QUÍMICA DEL BROMO ...................................................................... 97 2.7.3 AMBIENTE NITRÓGENO ................................................................... 98 2.7.4 CINÉTICA ............................................................................................ 100 2.7.5 AGUAS ALCALINAS ......................................................................... 101 2.7.6 VENTAJAS QUÍMICAS DEL BROMO FRENTE AL CLORO ...... 103 3. PARTE EXPERIMENTAL ................................................................................. 104 3.1 CONSIDERACIONES PREVIAS A LOS CÁLCULOS .............................. 105 3.2 REACCIONES .............................................................................................. 105 3.3 DEMANDA DE BROMO DEL AGUA A TRATAR ................................... 107 Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 3 3.4 PREPARACIÓN DE ENSAYOS ................................................................. 109 3.4.1CÁLCULO DE RELACIONES MÁSICAS ......................................... 109 3.4.2 PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES DESINFECTANTES ..... 113 3.4.3 ENSAYOS DE DESINFECCIÓN ....................................................... 120 3.5 MEDICIÓN DEL BROMO RESIDUAL ..................................................... 123 3.5.1 EQUIPO UTILIZADO ........................................................................ 123 3.5.2 RESULTADOS OBTENIDOS ............................................................ 126 3.6 ESTUDIO ECONÓMICO ............................................................................ 132 3.7 CONCLUSIONES ........................................................................................ 137 4. DISEÑO DE LA PLANTA PRODUCCION DESINFECTANTE .................... 138 4.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA PLANTA ........................................... 138 4.1.1 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS ................................................. 143 4.2 CÁLCULOS ................................................................................................ 157 4.3 COSTES DEL EQUIPO .............................................................................. 162 4.4 RENTABILIDAD PROCESO ..................................................................... 163 5. ANEXOS ............................................................................................................. 165 5.1 NOMENCLATURA .................................................................................... 166 5.2 FICHAS DE SEGURIDAD ............................................................... 167 Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 4 6.BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 189 7.ÍNDICE DE REACCIONES ................................................................................ 192 Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 5 Agradecimientos: En primer lugar me gustaría agradecer a mis padres, hermanas por su apoyo a lo largo de la carrera ya que sin su ayuda y apoyo no podría haber realizado el presente proyecto. También agradecer al departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente la oportunidad que me ha brindado de realizar el proyecto fin de carrera, en especial a Eva Francés. No quiero olvidarme de agradecer la colaboración de Francisco Belío y de las empresas Equipos y Suministros, S.L., Euro-Bombas, S.L y Laboratorios IHC ya que sin su ayuda no se hubiese podido realizar el proyecto. Por último, y no por ello menos importante, a todos mis amigos, con los que he pasado y espero seguir pasando momentos inolvidables. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 6 1. PRÓLOGO Y OBJETIVOS DEL PROYECTO Este proyecto nace debido a la problemática de las empresas dedicadas al sector industrial en la utilización de hipoclorito sódico para la desinfección en sistemas de recirculación de agua y torres de refrigeración principalmente. El hipoclorito sódico se combina con una sal de bromo para obtener el agente desinfectante (HBrO) que se va a utilizar en el proceso. Una de las funciones principales del desinfectante es el control del crecimiento excesivo de legionella en torres de refrigeración ya que su crecimiento indiscriminado puede causar incluso la muerte en personas afectadas por ella. La alternativa utilizada hoy en día para este tipo de procesos se basa en la utilización de disoluciones de hipoclorito sódico comercial al 13 % en peso, que debido a su forma líquida, es muy aparatoso de manejar en cuanto a volumen se refiere. Pero no es este el único problema del hipoclorito sódico, y es que, la degradación a la que se ve sometido por la temperatura, luz y tiempo hace que pierda la gran parte de su eficacia, ya que al cabo del tiempo las disoluciones están mucho más diluidas de las de origen o incluso inservibles. Esto hace que el hipoclorito sódico reaccione con menos cantidad de sal de bromo de la que debería hacerlo para preparar el desinfectante y por lo tanto disminuye la eficacia del desinfectante. Estos problemas que se acaban de mencionar se traducen en costes adicionales en las empresas, ya que en muchas ocasiones el hipoclorito sódico que se tenía previsto utilizar ya no tiene ningún uso y por lo tanto se debe reponer. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 7 Como consecuencia, se ha pensado utilizar hipoclorito cálcico, que a diferencia del sódico es mucho más fácil de manejar, ya que se vende en forma sólida, ya sea en forma de pastillas, granular o polvo. Esta facilidad de manejo permite la preparación de disoluciones ―in situ‖ más concentradas que disminuyen el volumen de desinfectante a manejar. Además apenas se degrada por la temperatura y luz como en el primer caso y por lo tanto cabe pensar que es una buena alternativa al hipoclorito sódico. El hipoclorito una vez mezclado con la sal de bromo produce bromo residual libre, o también llamado HBrO que es el encargado de desinfectar junto con su ión disociado BrO-. Por todo ello se estudiará el bromo residual por separado que queda después de añadir el desinfectante al agua a tratar. Este bromo residual será medido mediante un fotómetro portátil que determinará si el experimento es viable o no en función de si queda el mismo residual de bromo en ambos casos. Después de constatar la viabilidad del primer apartado se ha pensado en hacer un pequeño diseño en planta de una de las empresas donde se está llevando a cabo este tipo de tratamiento. Para ello se han obtenido los datos necesarios para el dimensionamiento del equipo que debe ser montado en las instalaciones así como sus requerimientos técnicos, no sin antes determinar la demanda de bromo del sistema mediante ensayos en el laboratorio. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 8 2. INTRODUCCIÓN 2.1 DESINFECCIÓN 2.1.1 DEFINICIÓN La desinfección del agua tiene por finalidad la eliminación de los microorganismos patógenos contenidos en el agua que no han sido eliminados en las fases iniciales del tratamiento del agua. Estos microorganismos pueden afectar la salud humana y necesariamente deben ser eliminados si estamos produciendo agua potable. También pueden afectar equipos en los que el agua va a ser utilizada y deben ser eliminados como forma de preservar dichos equipos, mantener la eficiencia de su operación, no disminuir su vida útil, etc. Por el contrario, la esterilización de un material implica la eliminación de todas las formas de vida en ese medio, es decir que está completamente libre de gérmenes vivos, y no puede hablarse de un material ―quasi‖ o semi-estéril. La esterilización es importante en aplicaciones medicinales, bioindustriales y agrícolas. Por su parte, el proceso de desinfección se usa sólo para destruir microorganismos patógenos (infecciosos), sin que necesariamente se hayan destruido todos los microorganismos. Puede haber destrucción de las formas vegetativas, pero no obligatoriamente de las esporuladas. Por lo tanto, la esterilización es un caso particular de la desinfección. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 15 Las enfermedades infecciosas son transmitidas primariamente por la contaminación de las fuentes de agua con deposiciones de animales, las cuales pueden ser agentes muy activos para el transporte de enfermedades. El uso de tales aguas para beber o cocinar, el contacto con la misma durante baños, o la inhalación de pequeñas gotitas (aerosoles) pueden resultar en infecciones. La desinfección de aguas de abastecimiento se define como el proceso integrante de una estación de tratamiento de agua que tiene como objetivo la inactivación de microorganismos presentes en el medio, minimizando la probabilidad de transmisión hídrica de enfermedades, y el manejo del agua tratada. 2.1.4 CONDICIONES PARA LA DESINFECCIÓN DEL AGUA La desinfección del agua se debe complementar con otros pasos de purificación del agua. La desinfección del agua solo se debe realizar cuando el agua ya ha sido tratada porque las partículas existentes en el agua pueden afectar a la eficiencia de la desinfección del agua. La mayoría de los microorganismos se eliminan en los primeros pasos de la purificación del agua. Las partículas en suspensión o disueltas deben eliminarse del agua porque puede reaccionar produciendo subproductos indeseables, además estas sustancias son substratos que favorecen el desarrollo de microorganismos. Los microorganismos son más difíciles de eliminar del agua cuando existen partículas en suspensión y absorción. Por lo tanto, la concentración de partículas en el agua no debe superar 1mg/L para conseguir una desinfección eficiente. Las substancias químicas presentes en el agua y procedentes tanto de fuentes humanas como antropogénicas pueden influir en el proceso de desinfección generando subproductos indeseados, condicionando la concentración de agente desinfectante necesaria para Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 16 que sea efectiva. Esta concentración aumenta y además, también es mucho más duro mantener una concentración residual. Un tratamiento de aguas residuales adecuado puede hacer que la desinfección del agua sea más eficiente. Cuando no se ha aplicado un tratamiento adecuado de aguas residuales, esto tiene un efecto negativo en las aguas que están afectadas por microorganismos patógenos y contaminantes químicos que pueden acabar en el medio ambiente afectando a la calidad de las aguas superficiales y las aguas para consumo. Es necesario la purificación de las aguas y esencial la desinfección de las mismas. 2.2 TIPOS DE MICROORGANISMOS Se reconoce que el agua es uno de los principales vehículos transportadores de microorganismos causante de enfermedades provenientes del aparato digestivo del hombre y de otros animales. Los microorganismos se encuentran generalmente en la naturaleza. No se ven, pero los microorganismos se encuentran presentes en el suelo, el aire, la comida y el agua. Mediante la comida y la bebida los humanos están expuestos a estos microorganismos que son expulsados o permanecen en el cuerpo. La mayoría de estos microorganismos no son dañinos, y por el contrario, participan en procesos vitales como son el metabolismo. Pero ciertos microorganismos son dañinos para la salud. Los coliformes fecales son un grupo grande de microorganismos, habitantes usuales de los intestinos de los animales superiores. Estos microorganismos son de fácil identificación comparados con los microorganismos patógenos, que Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 17 normalmente se encuentran en mucho menor número y cuya identificación es laboriosa. La presencia de coliformes en una muestra no siempre indica que el agua está contaminada con microorganismos patógenos, sino que, en términos estadísticos, su concentración puede y debe servir como parámetro para alertar sobre la existencia de contaminación fecal y de microorganismos patógenos. Los microorganismos patógenos en el agua tienen unas características que los diferencia de los contaminantes químicos, por ejemplo, son organismos vivos que no se disuelven en el agua sino que coagulan o se añejan a substancias coloidales o sólidos en suspensión que están presentes en el agua. Los microorganismos patógenos están relacionados con enfermedades específicas de transmisión hídrica. La fiebre tifoidea, las fiebres paratifoideas, la disentería bacteriana y el cólera son causadas por bacterias, la amibiasis o disentería amebiana por protozoarios, la esquistosomosis por gusanos (helmintos) y larvas, en tanto que ciertos virus originan la hepatitis infecciosa y la poliomielitis. Los microorganismos patógenos en el agua se pueden dividir en tres categorías: bacterias, virus y protozoos parásitos. Las bacterias y virus se pueden encontrar tanto en las aguas subterráneas como en las aguas superficiales, mientras los protozoos son comunes de las aguas superficiales. Hay un gran número de contaminantes del agua que se pueden clasificar de muy diferentes maneras. Una posibilidad bastante usada es agruparlos en los siguientes grupos: 2.2.1 Bacterias Bacterias son organismos de una sola célula. Su forma puede ser esférica, espiral, etc. Pueden existir como organismos individuales, formando cadenas, grupos o pares. Las bacterias son las formas de vida más abundantes en la tierra. Tienen una Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 18 longitud entre 0,4 y 14 μm y sobre 0,2 a 12 μm de ancho. Consecuentemente solo se pueden ver mediante microscopio. Las bacterias se reproducen mediante la replicación del ADN, y división en dos células independientes. En circunstancias normales este proceso dura entre 15 y 30 minutos. Figura 2.Fotografía de E.Coli Bacteria Algunas bacterias pueden formar esporas. Estas esporas se caracterizan por presentar una capa protectora resistente al calor y que protege la bacteria de la falta de humedad y comida. Las bacterias tienen un papel funcional ecológico específico. Por ejemplo, algunas se encargan de la degradación de la materia orgánica, otras bacterias forman parte del metabolismo del hombre. 2.2.2 Virus Virus son organismos que pueden causar infecciones y que sólo se reproducen en células huésped. Los virus fuera de células huésped están en forma Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 19 inactiva. Los virus se caracterizan por presentar una capa protectora. Su forma puede ser espiral, esférica o como células pequeñas, de tamaño entre 0.02 y 0.009 μm. Al tener un tamaño menor que las bacterias, pueden pasar filtros que permiten la retención de bacterias. Figura 3. Tres tipos diferentes de virus Al contrario que las bacterias y protozoos parásitos, los virus contienen un solo tipo de acido nucleico (ARN o ADN). No se pueden reproducir por si solas, sino que necesitan el metabolismo de la célula huésped para asegurar que el ADN se copia en la célula huésped, para su reproducción. Al contrario que las bacterias, los virus no están presentes en el ser humano de manera natural. Cuando las personas quedan afectadas por un virus, estos generalmente se eliminan del cuerpo humano mediante secreciones. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 20 2.2.3 Parásitos protozoos Parásitos protozoos son organismos unicelulares. Estos se caracterizan por presentar un metabolismo complejo. Se alimentan a base de nutrientes sólidos, algas y bacterias presentes en organismos multicelulares, como los humanos y animales. Se encuentran frecuentemente en forma de quistes o huevos. Por ejemplo, los huevos de Cryptosporidium y quistes de Giardia son comunes en aguas afectadas por contaminación fecal. En forma de quistes los patógenos son resistentes a la desinfección por cloro. Los parásitos protozoos se eliminan mediante la filtración y aplicación de dióxido de cloro. Figura 4.Fotografía del protozoo tipo ameba Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 21 2.3. EFECTOS CAUSADOS POR LOS MICROORGANISMOS. 2.3.1 ENFERMEDADES Se considera un agua microbiológicamente segura a la que está libre de todo microorganismo patógeno (o capaz de causar enfermedades) y de bacterias características de la contaminación fecal. El término microbio o microorganismo designa a organismos tan diminutos que no pueden observarse a simple vista. Las enfermedades transmitidas por el agua son básicamente función de la calidad de la misma. Las enfermedades de origen hídrico se diseminan por la contaminación de los sistemas de agua potable, con la orina y las heces de animales o personas infectadas, las lixiviaciones de rellenos sanitarios, pozos sépticos, tubos de alcantarilla de nivel industrial o doméstico, pueden ocasionalmente contaminar las aguas de superficie. En esta categoría se encuentran:  La fiebre tifoidea: Es una enfermedad infecciosa aguda producida por el bacilo Salmonella typhi. Se contagia por la leche, el agua o los alimentos contaminados por las heces de enfermos o portadores. Los portadores son personas sanas que sufren una infección asintomático y excretan periódicamente el bacilo. El esquema de transmisión epidemiológica se puede simplificar con las siglas DAME (dedos, alimentos, moscas y excretas). Los organismos llegan al intestino y salen de él para llegar a los ganglios linfáticos mesentéricos, de ahí pueden desplazarse al estomago, al hígado, o bien, Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 22 seguir por la sangre originando graves daños en el bazo o cerebro. Los síntomas que posee esta enfermedad son: dolor de cabeza, escalofrió, insomnio, decaimiento, aumento gradual de la temperatura.  Cólera: Es una grave enfermedad infecciosa endémica de India y en ciertos países tropicales, aunque pueden aparecer brotes en países de clima templado. Los síntomas del cólera son la diarrea y la pérdida de líquidos y sales minerales en las heces. En los casos graves hay una diarrea muy importante, con heces características en ―agua arroz‖, vomito, sed intensa, calambres musculares y, en ocasiones, fallo circulatorio. En estos casos el paciente puede fallecer a las pocas horas del comienzo de los síntomas. Dejada a su evolución natural, la mortalidad es superior al 50%, pero no llega al 1% con el tratamiento adecuado. El organismo responsable de la enfermedad es el Vibrio Cholerae, una bacteria descubierta en 1883 por el médico y bacteriólogo alemán Robert Koch. La única forma de contagio es a través del agua y los alimentos contaminados por heces (en las que se encuentra la bacteria) de enfermos de cólera. Por tanto, las medidas de control sanitario son las únicas eficaces en la prevención de la enfermedad. Durante el siglo XIX las epidemias de cólera se diseminaron por Europa y EEUU, hasta que mejoraron los sistemas de distribución de agua potable y alcantarillado. En muchos países asiáticos, el control del cólera sigue siendo un importante problema sanitario. La Organización Mundial de la Salud (OMS) calcula que el 78% de la población de los países en vías de desarrollo carece de agua con suficientes garantías de potabilidad, y el 85% no dispone de un sistema de tratamiento de aguas residuales. Las epidemias más recientes tuvieron lugar en Calcuta (India) en 1953; en Vietnam del sur entre 1964 y 1967; entre los refugiados del Bangla Desh que Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 23 emigraron a India en la guerra civil de 1971; y en Perú en 1991. En la epidemia del 1971 fallecieron 6500 personas. El tratamiento consiste en la reposición oral o intravenosa de líquidos y sales minerales (rehidratación). Hay preparados para diluir con la composición adecuada de sodio, potasio, cloro, bicarbonato y glucosa, disponibles en muchos lugares del mundo gracias a la campaña de difusión realizada por la OMS. Casi todos los pacientes se recuperaron entre los tres y los seis días. Algunos estudios experimentales han demostrado que la bacteria del cólera produce una toxina que estimula la secreción de líquido por el intestino delgado. Esta toxina es la causa de la gran pérdida de líquidos que se producen en el cólera. La búsqueda de una vacuna más eficaz sigue dos líneas de investigación diferentes: utilizar una toxina inactivada, o utilizar una vacuna de bacterias vivas atenuadas incapaces de producir toxina.  Disentería amebiana: Causada por el parásito (ameba) Entamoeba Histolytica es endémica en muchos países tropicales, y es debida a la falta de condiciones higiénicas, al clima o al calor. Es el tipo de disentería más frecuente en Filipinas, Indonesia y el Caribe, y se puede dar en algunos países de clima templado. La disentería amebiana se trasmite por el agua, por los alimentos frescos contaminados y por los portadores humanos sanos. Las moscas pueden trasportar los quistes de ameba desde las heces de los enfermos hasta los alimentos. Cuando la enfermedad se hace crónica las amebas traspasan la pared intestinal y colonizan el hígado, formando abscesos hepáticos. En raras ocasiones se forman abscesos amebianos en otras localizaciones. Si se deja evolucionar, puede llegar a producir la muerte. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 24  Disentería bacilar Esta producida por alguna especies no móviles de bacterias del genero Shigella. Esta forma de disentería también es más frecuente en las regiones tropicales del planeta con higiene deficiente, pero, como es más contagiosa, se producen brotes epidémicos en todo el mundo. Se trata de una diarrea autolimitada que rara vez sobrepasa la afectación intestinal; no obstante, la enfermedad es grave, especialmente en niños y ancianos. La disentería bacilar se propaga por la contaminación del agua y los alimentos. Las heces de los enfermos y de los portadores sanos contienen grandes cantidades de bacterias. Las moscas transportan las bacterias en sus patas, en sus salivas y en sus heces, y las depositan en los alimentos; al parecer las hormigas también pueden trasmitir la enfermedad. Para el tratamiento de la disentería bacilar es fundamental la correcta reposición del agua y electrolitos. Como antibióticos se pueden utilizar las sulfamidas, las tetraciclinas y la estreptomicina.  Gastritis Las causas de esta enfermedad son la ingestión de alimentos en malas condiciones o contaminadas con sustancias toxicas o con organismos patógenos. Esta enfermedad lo que produce es una inflamación de las mucosas gástricas. Los síntomas que posee son diarrea, dolor estomacal, falta de apetito, nausea, vomito, agruras, pirosis (elevación de la temperatura) Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 31  TIPOS DE FOULING Hay diferentes mecanismos básicos por los que los depósitos de fouling pueden ser creados y dependen a su vez de diferentes variables que se explican a continuación.  FOULING DE SEDIMENTACIÓN Muchas corrientes y especialmente las que se utilizan como corrientes de refrigeración contienen sólidos suspendidos que pueden situarse en las paredes de las tuberías o de los intercambiadores de calor. Así, normalmente los depósitos formados no se adhieren fuertemente a la superficie de contacto. Esta sedimentación está fuertemente afectada por la velocidad y no tanto por la temperatura.  FOULING DE SOLUBILIDAD INVERSA Ciertas sales que se encuentran en aguas templadas son menos solubles que las que se encuentran en aguas más frías. Si la corriente de agua encuentra una pared con una temperatura que corresponde con la de saturación de la sal disuelta, entonces la sal cristalizará en la pared. La cristalización comenzará en unos puntos activos llamados ―lugares de nucleación‖ e irán cubriendo toda la pared.  REACCIONES QUÍMICAS Una fuente común de fouling en los procesos son las reacciones químicas que dan como resultado un producto sólido en o cerca de la superficie. Por ejemplo, un proceso de transferencia de calor puede causar degradación térmica de uno de los componentes de la corriente de agua. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 32  PRODUCTO DE CORROSIÓN Si una corriente corroe el metal, los productos de corrosión pueden ser esenciales para proteger el metal de futuras corrosiones, en ese caso, cualquier intento de limpiar la pared sólo afecta de una manera y es acelerando el proceso de corrosión.  FOULING BIOLÓGICO Muchas corrientes de proceso pueden contener microorganismos que se adhieran a superficies sólidas y crezcan. Incluso cuando la capa formada es muy fina el efecto perjudicial es inmenso debido a la gran resistencia que ofrecen a la limpieza.  PROCESOS COMBINADOS La mayoría de los procesos de fouling ocurren combinados. Un ejemplo claro es la combinación de sedimentación y solubilidad inversa en torres de refrigeración. La gran mayoría de las fuentes de agua contienen ambos sedimentos y carbonato cálcico, y sus concentraciones aumentan a medida que el agua es recirculada a través del sistema de refrigeración. Además es común encontrar depósitos compuestos de cristales de solubilidad inversa junto con depósitos finamente divididos de sedimentos.  ELIMINACIÓN FOULING Si el fouling no puede evitarse por medio de mecanismos de prevención es necesario eliminarlo. La aplicación de técnicas químicas de limpieza es un arte especial que debería ser supervisado por especialistas. Sin embargo desde que la Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 33 limpieza química ha evitado el desmontaje de equipos y tuberías se ha convertido en la principal técnica de limpieza. Hay multitud de técnicas físicas de eliminación de fouling entre las cuales se encuentra el raspado de las paredes. Este raspado está limitado por la capacidad de la herramienta empleada. Pero sin duda el método más común para la eliminación del fouling es el empleo de métodos químicos mediantes el uso de biocidas. Cloro, bromo y ozono son los tres oxidantes químicos más utilizados en la industria. Los biocidas no oxidantes se ha demostrado que son más efectivos para el control de algas y bacterias además de ser la mayoría independientes del pH. La combinación de dos biocidas no oxidantes o uno oxidante y otro no oxidante es la combinación más utilizada hoy en día para el control microbiológico en las aguas industriales. Sin embargo los crecientes requerimientos legislativos y la aceptación medioambiental han desestimado el uso de los biocidas tradicionales.  MIC El MIC es un acrónimo de ―corrosión influenciada por los microorganismos‖ y que es un modo de corrosión que incorpora microbios que reaccionan y causan la corrosión o influyen en otros procesos de corrosión de componentes metálicos. MIC es causado por bacterias en combinación de otros cuatro variables medioambientales, tales como metales, nutrientes, agua y oxigeno. Esas bacterias se encuentran en el ambiente y en los materiales de la tubería. Cuando se dan todos los condicionantes ambientales anteriores empiezan a crecer las bacterias. En la figura 12 se muestra un claro ejemplo de ello. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 34 Figura 12. Problemas de MIC en una tubería Los tipos de bacteria predominante en el MIC son:  Bacteria reductora de Sulfatos (SRB): bacteria que convierte los iones sulfatos en sulfuros. Esta bacteria puede crecer en ambientes con poco oxigeno.  Bacterias relacionadas con el Hierro (IRB): bacteria que convierte los iones Fe2+ en Fe3+. El ión Fe3+ es depositado sobre las paredes de las tuberías del sistema, creando depósitos donde pueden crecer otras bacterias.  Bacterias de bajos nutrientes (LNB): son bacterias que pueden crecer en ambientes como agua potable en condiciones de escasez de nutrientes.  Bacterias anaeróbicas: son bacterias que pueden vivir en condiciones de escasez de oxigeno. Pueden crecer incluso en ambientes donde el oxigeno no llega a las 50 ppm.  Bacterias aeróbicas: son bacterias que crecen en ambientes con oxigeno libre. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 35 Es importante entender la ecuación estequiométrica de corrosión y las reacciones electroquímicas relacionadas para comprender el proceso de la corrosión. La corrosión es un proceso químico que consiste en la transferencia de iones positivos o negativos para cambiar el estado de oxidación de una especie y por consiguiente la estructura interna de un material.  DETECCIÓN MIC El personal de mantenimiento puede sospechar de la presencia de MIC por pequeños agujeros en las tuberías, existencia de muchos desechos, cloración u olor del agua, e incluso la aparición de tubérculos cuando se drena el agua para la inspección de las tuberías. El método menos intrusivo para determinar si las bacterias asociadas al MIC es analizar el agua para cada uno de los tipos de bacteria. De todos modos uno de los métodos más utilizados consiste en coger muestras de la tubería y analizarla por un experto ingeniero metalúrgico. Este último método tiene una ventaja añadida y es que se puede encontrar otro tipo de corrosión al analizar la muestra, diferente de la que se buscaba inicialmente. De este modo y determinando la concentración de las bacterias en la tubería se puede conocer el daño provocado en la tubería.  ELIMINACION MIC La inhibición de la corrosión es un proceso químico que consiste en disminuir la corrosión por medio de la adición de sustancias que añadidas en pequeñas cantidades decrece el ataque del ambiente sobre los metales. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 36 Los microorganismos pueden cambiar drásticamente las propiedades electroquímicas del metal y la interfase solución-metal. Los microorganismos pueden contribuir a la inhibición de la corrosión por medio de diferentes mecanismos:  Neutralizando las sustancias corrosivas que hay en el ambiente.  Formando películas protectoras  Estabilizando películas protectoras del metal La inhibición microbiológica de la corrosión rara vez está ligada a un proceso o a una sola especie de microorganismo El principal mecanismo de inhibición de corrosión de las bacterias esta siempre ligado a la modificación notable de las condiciones ambientales en la interfase metal-solución debido a la actividad biológica.  LEGIONELA La legionella es un género de bacterias del que se han identificado hasta la fecha 40 especies, entre las que cabe destacar a la Legionella pneumophila, por ser la causante del 85 % aproximadamente de las infecciones por legionela. Esta bacteria se halla ampliamente extendida en ambientes acuáticos naturales (ríos, lagos, aguas termales, etc.), encontrándose en ellos en pequeñas concentraciones, pudiendo sobrevivir en condiciones ambientales muy diversas. Para que su concentración aumente, entrañando riesgo para las personas, debe pasar a colonizar, fundamentalmente a través de las redes de distribución de agua potable, sistemas hídricos construidos por el hombre, como torres de refrigeración y sistemas Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 37 de distribución de agua sanitaria, donde encuentra condiciones de temperatura idóneas para su multiplicación (25 -45 0C), protección física y nutrientes apropiados A partir de estas instalaciones la legionella puede infectar a las personas si el agua es pulverizada en forma de aerosoles, de manera que la bacteria pueda ser transportada por el aire en pequeñas gotas e inhalada por las personas. Es decir, la vía de transmisión de la legionella es aérea y no se ha demostrado que exista riesgo alguno de enfermar al beber agua contaminada por legionella. En consecuencia, serán instalaciones de riesgo en relación con la legionella, todas aquéllas que procurando condiciones de crecimiento adecuado para ésta (fundamentalmente agua estancada o retenida a temperatura de 25-45 0C y especialmente en presencia de suciedad) produzcan aerosoles que puedan ser inhalados por personas: torres de refrigeración, condensadores evaporativos, aparatos de enfriamiento evaporativo, humectadores, sistemas de distribución de agua caliente sanitaria, baños de burbujas, etc  TORRES DE REFRIGERACIÓN En los sistemas de climatización modernos y en ciertos procesos industriales se genera gran cantidad de calor que hay que disipar al ambiente, haciéndose necesario el empleo de agua para la refrigeración del sistema. Sin embargo, supondría graves pérdidas desechar el agua calentada. Una alternativa que permite ahorrar agua y reducir los costes económicos consiste en enfriar el agua mediante una torre de refrigeración y devolverla de nuevo al circuito. Las torres de refrigeración son, por lo tanto, dispositivos cuya función es la de enfriar agua. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 38 Figura 13.Esquema de una torre de refrigeración  CONDENSADORES EVAPORATIVOS Los condensadores evaporativos son similares en estructura y función a las torres de refrigeración. En este caso el agua pulverizada cae directamente sobre un serpentín de tubo liso que contiene fluido refrigerante. La evaporación del agua que Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 39 provoca la corriente de aire que asciende produce el enfriamiento de ésta y, en consecuencia, el enfriamiento del fluido refrigerante. Figura 14. Esquema de un condensador evaporativo Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 40  APARATOS DE ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO Y HUMECTADORES. Los aparatos de enfriamiento evaporativo son dispositivos para enfriar el aire exterior que se envía a los locales que se pretende acondicionar, siendo su uso frecuente en países de clima caluroso y seco. Figura 15.Esquema de un humectador Los humectadores son aparatos que sirven para mantener la humedad relativa de los locales dentro de ciertos límites para el bienestar de las personas o por necesidad de un proceso industrial. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 47 La principal ventaja es la eficacia mostrado por los rayos gamma frente a otros métodos sin embargo su coste lo hace inviable en muchas ocasiones. 2.4.2 DESINFECTANTES QUÍMICOS Para garantizar su efectividad, un buen desinfectante debe cumplir con una serie de requisitos. Los más importantes son los siguientes: a) Ser capaces de destruir, en un tiempo razonable, los organismos patógenos, independientemente de la cantidad en la que estén presentes y de las condiciones propias del agua. b) En las dosis usuales, no ser tóxicos para el hombre ni para los animales domésticos, ni presentar olor ni sabor en el agua. c) Tener un costo razonable; ser de manejo y dosificación seguros y fáciles. d) La determinación de la concentración en el agua debe ser fácil, rápida y económica (de preferencia, automática). e) Debe dejar residuales persistentes en el agua, de manera que estos actúen como una barrera sanitaria para posibles contaminaciones futuras. Los compuestos químicos usados en la desinfección del agua son, por lo general, oxidantes fuertes que tienen gran eficiencia en la eliminación de los microorganismos y pueden dejar remanentes tóxicos en el agua, los cuales requieren un control estricto para evitar riesgos en la salud del consumidor. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 48 Los más importantes son los siguientes: a) El ozono (O3). b) El permanganato de potasio (KMnO4). c) Los iones metálicos. d) Los halógenos como el cloro, el bromo y el yodo. El efecto germicida y de penetración de estos aumenta con su peso atómico. Por ser los de mayor importancia, se hará mayor referencia a cada uno de ellos en las siguientes secciones. e) Dióxido de cloro f) Cloro g) Hipoclorito Sódico h) Hipoclorito Cálcico  OZONO El ozono es un fuerte agente oxidante el cual oxida y mata sustancias orgánicas, pesticidas y organismos patógenos tales como los virus o las bacterias. Actualmente, el ozono es el más serio competidor del cloro, por su eficiencia como desinfectante. El ozono, es un gas ligeramente azul, de color característico, que puede sentirse después de las tempestades que es una forma alotrópica del oxígeno, en la cual tres átomos del elemento se combinan para formar una molécula. Es inestable y Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 49 se descompone con cierta facilidad en oxígeno normal y oxígeno naciente, es un fuerte oxidante. La producción de ozono por electricidad de alto voltaje al aire seco, fue introducida por el ingeniero electricista alemán Werner Von Siemens. Es corrosivo y venenoso en concentraciones fuertes en la atmósfera. El límite peligroso en la operación de plantas de tratamiento, se establece en 0.2 mg de ozono por metro cúbico de aire. El ozono, se obtiene industrialmente, haciendo pasar una corriente de aire seco o de oxígeno, entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial alterna. Con la finalidad de evitar la formación de un cargo eléctrico, se recubre uno de los electrodos o a veces los dos, con un dieléctrico de espesor un informe, que crea una superficie equipotencial. Una pequeña parte de oxígeno se convierte en ozono, aproximadamente de 10 a 20 gr/m3. Existen varios métodos de poner al ozono en contacto con el agua y proceder a su desinfección: a) Se rocía el agua en una atmósfera de ozono; b) Se aplica el ozono con un inyector en el agua que pasa por una máquina mezcladora provista de pantallas. En ozono es poco soluble en el agua y es muy volátil. Se mantiene en el agua, sólo algunos minutos; en su aplicación, se pierde aproximadamente cerca de 10% de su producción, al volatizarse. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 50 La dosis de ozono, necesaria para desinfectar el agua, varía según la calidad del agua a tratar.  Para aguas subterráneas con baja turbiedad y contenido mineral, 0.25 a 0.50 mg/l  Para aguas superficiales de buena calidad bacteriológica, aplicándose el ozono después de la filtración, 2 a 3 mg/l.  Para agua superficiales contaminadas y con el ozono aplicando después de la filtración, 2.5 a 5 mg/l La eficiencia microbicida del ozono es bastante alta, realizando su acción en tiempos muy cortos. Estudios realizados han mostrado que cuando el ozono es transferido al agua por un mezclador en línea, las bacterias se destruyen en dos segundos. La velocidad con la que el ozono mata a las bacterias es mucho más rápida que la del cloro, de ahí que el tiempo de contacto en la ozonización no tiene mayor significación. La razón por la que las velocidades de muerte de las bacterias son tan distintas, entre el ozono y el cloro, es que, aunque ambos son oxidantes, el mecanismo exacto como matan es diferente. El ozono mata a las bacterias por medio de la ruptura de la membrana celular. Este proceso conocido como destrucción de las células por lisina, produce la dispersión del citoplasma celular en el agua Si se desea optimizar este mecanismo de destrucción celular, las bacterias deben estar en contacto más estrecho con las altas concentraciones de ozono y agua, en un reactor de contra-corriente. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 51 En cambio, el mecanismo de destrucción de bacterias por cloro, requiere que este desinfectante se introduzca primeramente a través de la pared celular de la bacteria y se difunda dentro del citoplasma, lo que lo hace depender, en alto grado, del tiempo de contacto. Entre las ventajas del ozono pueden citarse las siguientes:  Actúa como una excelente substancia virucida.  Desinfecta y oxida muy eficazmente.  Mejora la remoción de turbiedad bajo ciertas condiciones.  Desactiva tanto al Criptosporidio como al Giardia, así como a otros agentes patógenos conocidos.  Controla el sabor y olor. Entre las desventajas del ozono pueden citarse las siguientes:  Produce subproductos de desinfección que incluyen aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos…  Fomenta la formación de THM cuando se combinan algunos subproductos de ozonización con procesos secundarios de desinfección. Se necesitará un filtro biológicamente activado para eliminar estos precursores recién formados.  No proporciona un residuo persistente.  Plantea inquietudes reglamentarias. En los reglamentos futuros de subproductos de desinfección, se puede contemplar la necesidad de contar con plantas que usan ozono para instalar los costosos sistemas de remoción de precursores (como sistemas granulares de filtración de carbono activado). Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 52  Requiere inversión de capital. El ozono se debe producir en el lugar por medio de una tecnología costosa que requiere un alto nivel de mantenimiento y capacitación substancial de operadores.  Promueve el crecimiento microbiano. El ozono reacciona fácilmente con la materia orgánica más compleja y puede descomponerla en compuestos más pequeños que sirven para aumentar los nutrientes en los abastecimientos de agua, por lo tanto mejora el nuevo crecimiento microbiano en los sistemas de distribución de agua.  PERMANGANATO DE POTASIO El permanganato potásico, conocido como oxidante desde hace muchos años, se aplica cada vez más al tratamiento del agua, aprovechando este poder oxidante y sus propiedades biocidas. En 1.846, ya se empleaba a nivel de laboratorio para la preparación de agua ultrapura por destilación. Como desinfectante, se empleó en la epidemia de cólera de Londres a finales de los años 1.880. Fue también en Londres, donde se utilizó a gran escala en el tratamiento del agua en 1.913. Las aplicaciones del permanganato en el tratamiento del agua se centran en: 1.- Eliminación del hierro y manganeso fundamentalmente, pero también puede eliminar sulfhídrico, fenoles y otros compuestos orgánicos. 2.- Eliminación de olores y sabores. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 53 3.- Como alguicida se emplea, tanto en las estaciones de tratamiento como en los lagos y embalses, en la prevención del desarrollo de algas. 4.- No produce trihalometanos, e incluso reduce los precursores de éstos. 5.- Contribuye a la coagulación, ya que el producto resultante en la reacción de oxidación del permanganato, el dióxido de manganeso, como sustancia insoluble, forma coágulos que favorecen la coprecipitación de materias en suspensión y coloides en el agua. También se comportan estos coágulos o flóculos como adsorbentes en el interior de los filtros de arena. En aguas con alto contenido en materia orgánica, se ha comprobado la mejora en la coagulación y por tanto en la eliminación, tanto de turbidez, como de D.Q.O., cuando se utiliza permanganato en preoxidación. El permanganato es bastante soluble en agua, su solubilidad está muy influenciada por la temperatura. Se suele preparar en concentraciones entre 5 y 50 gr/l. Su manejo, preparación de soluciones y dosificación es fácil. Comercialmente se expende en forma sólida, en cristales pequeños o en polvo, en recipientes estancos. Su pureza es generalmente del 98,5 al 99%. Se puede almacenar a la temperatura ambiente en lugares secos, es estable hasta los 240º C. Se debe evitar su contacto con ácidos, metales pulverulentos, materias orgánicas, peróxidos y materias combustibles. Los materiales más apropiados para su contención son en general las materias sintéticas plásticas, como PVC, teflón, polietileno. Entre las ventajas del permanganato pueden citarse las siguientes:  Oxida y elimina a materias orgánicas precursoras de subproductos Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 54   Oxida a sustancias que causan problemas de sabor y olor  Es fácil de aplicar en cuanto a las instalaciones requeridas  No forma los subproductos de los demás oxidantes Entre las desventajas del permanganato pueden citarse las siguientes:  Puede teñir el agua de un ligero color rosado si se dosifica en exceso  Requiere largo tiempo de contacto  Es tóxico e irritante de la piel  IONES METÁLICOS La mayoría de los metales presenta la propiedad llamada ―oligodinamia‖ que significa ―efecto o poder en pequeña cantidad‖. Metales como la plata, el cobre, el mercurio, el manganeso y el hierro, entre otros, son potenciales desinfectantes del agua. Sin embargo, de todos ellos y por variadas razones, solo la plata ha tenido algún uso en la desinfección del agua para consumo humano y como tal ha sido utilizada desde la antigüedad. La plata no es particularmente tóxica para los seres humanos y al ser ingerida, el cuerpo absorbe solo fracciones muy pequeñas de ella. En ciertos tratamientos médicos que usan dosis altas del metal se ha detectado descoloramiento de la piel, pelo y uñas (argirosis), pero en las concentraciones que se utilizan para desinfectar el agua, no se ha observado ese inconveniente. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 55 La OMS no ha propuesto un valor guía para la plata en el agua de bebida, precisamente por esa relativa seguridad que manifiesta. En el tratamiento con plata no se producen sabores, olores ni colores anormales en el agua. La plata sólo tiene propiedades desinfectantes en su estado coloidal, esto es cuando se presenta en partículas extremadamente pequeñas que permanecen en suspensión y que por su tamaño se cargan eléctricamente con mucha facilidad. Las sustancias que se utilizan son: cloruro de plata y yoduro de plata. La plata en su forma coloidal no elimina a los virus, pero se considera de gran eficacia para destruir diversas bacterias. El mecanismo de desinfección actúa por la inactivación de las enzimas de las células bacterianas y hongos que usan oxígeno para su metabolismo, pues causa destrucción celular, aunque en tiempos muy variables y dependientes de la temperatura. Al respecto, a temperatura de 10 °C o menores se requieren tiempos muy largos, lo que hace difícil determinar el poder germicida con exactitud. La plata coloidal puede permanecer largo tiempo en el agua, pero debido a esa lentitud en las reacciones de eliminación de materia orgánica, se considera que la plata no posee un buen poder desinfectante. Las dosis recomendadas para una alta eficiencia germicida están en el rango de 25 a 75 microgramos de plata por litro (0,025 – 0,075 mg/l). En la desinfección con plata se emplean tres métodos. El primero o ―de contacto‖ requiere hacer pasar el agua a través de dispositivos saturados de plata, como tanques con paredes y pantallas recubiertas con pinturas especiales que la contienen. El segundo método consiste en dosificar soluciones de plata de baja concentración de la misma forma como se hace con las soluciones de cloro y empleando equipos y dosificadores similares. El tercer método, el electrolítico, parece ofrecer el procedimiento más práctico para usar la plata. Hace uso de un Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 56 número de electrodos de plata conectados al polo positivo (ánodo) de una fuente eléctrica de bajo poder. Un electrodo inerte se usa como polo negativo, donde se produce y libera hidrógeno. Por electrólisis, los iones de plata son liberados por los electrodos dentro de la corriente de agua a ser tratada en proporción a la corriente suministrada. Entre las ventajas de la Plata pueden citarse las siguientes:  No produce sabor, olor ni color en el agua tratada.  No hay formación de productos adicionales.  Metodología simple y fácil de manejar. Entre las desventajas de la Plata pueden citarse las siguientes:  Resulta difícil controlar la dosificación por falta de un método simple  Costos de producción altos. Se estima que 200 a 300 veces superior a la cloración. HALÓGENOS  YODO El yodo pertenece a la familia de los halógenos y a temperatura ambiente es sólido. Tiene baja solubilidad en el agua y es la sustancia menos agresiva de su familia (cloro + bromo). A diferencia del cloro y el bromo, sustancias que per se no producen problemas cuando se ingieren en las concentraciones normales que se encuentran en el agua, el yodo sí presenta problemas por sí mismo. En realidad, la preocupación cuando se utiliza el yodo no está tanto en los SPD, sino en su misma acción. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 63 Figura 6. Diferentes formas de bromo a distintos valores del pH y concentraciones de amonio. En figura 6 se observa las diferentes variedades de bromo que se pueden encontrar y como varían en función del pH. La variedad más importante, y es el desinfectante que se utiliza en el proyecto es el HBrO. Se aprecia una de sus ventajas principales, y es que se encuentra a altas concentraciones incluso a valore elevados de pH. El bromo libre (Br2) no se utiliza para el tratamiento de agua. Reacciona rápidamente con sustancias orgánicas sin producir ningún residuo. El bromo utilizado para el agua potable produce un sabor horrible a medicina. El bromo solo se debe utilizar en casos de emergencia. Como en los casos anteriores se explican a continuación las principales ventajas y desventajas del bromo. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 64 Entre las ventajas del bromo pueden citarse las siguientes:  El bromo se disuelve en agua tres veces mejor que el cloro.  La actividad del bromo en el agua es corta.  Su alto poder desinfectante le permite destruir casi toda la materia orgánica.  La combinación con compuestos orgánicos nitrogenados da como resultado bromaminas que a diferencia de las cloraminas no disminuyen el poder desinfectante. Entre las desventajas de la Bromo pueden citarse las siguientes:  El bromo es muy reactivo.  Para mantener una adecuada desinfección la cantidad de bromo añadida debe ser alta.  Es un material corrosivo.  Aplicación de medidas de seguridad para transporte, almacenamiento y uso. DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA DE BROMO Se puede deducir que el bromo además de reaccionar con los microorganismos, también lo hace con otra materia disuelta en el medio: materia orgánica, hierro, manganeso,... Por este motivo, para tener un cierto nivel de bromo residual, la cantidad necesaria que se ha de añadir es bastante superior al residual obtenido. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 65 Por todo ello, antes de decidir la dosis de bromo que se ha de utilizar en la industria para desinfectar, se ha de determinar la demanda de bromo, es decir, la cantidad de bromo que se consume hasta la aparición del residual. En la figura 27 se muestra una gráfica característica de demanda de bromo. Figura 27. Demanda de bromo en una muestra de agua.  En una primera etapa, se produce la oxidación de substancias reductoras, principalmente inorgánicas: Fe2+, Mn2+, H2S,… Todo el desinfectante que se añade se consume, con lo cual no hay bromo disponible.  Una vez destruidas estas substancias, se inicia una etapa en la que se formarían compuestos bromados, principalmente bromaminas, que actuarían como bromo residual, otorgando un cierto carácter desinfectante al sistema. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 66   Cuando todo el amoniaco y las aminas orgánicas ha reaccionado con el bromo, después del máximo de la curva, se inicia una etapa de destrucción de estos compuestos bromados formados en la etapa anterior. A pesar de añadir más bromo, no se observa un aumento de la cantidad de bromo disponible sino una disminución, ya que se consume tanto el bromo residual que se había formado, como el desinfectante que se añade. En la reacción 8 se puede observar este efecto. Reacción 8 2 NH2 Br + HBrO→ N2 + H2 O + 3 HBr  Después del punto de ruptura, todo el bromo que se añade se mantiene como bromo libre. Así pues, se considera que a partir de este punto tanto la desinfección como la eliminación de materia orgánica oxidable por bromo, se ha llevado a cabo y el agua tiene un cierto valor de bromo libre residual. La demanda de bromo es la diferencia existente entre la cantidad de bromo aplicada al agua y la de bromo disponible libre. Así pues, podemos considerar que lademanda de bromo aproximadamente coincide con la dosis a la que se alcanza el punto de ruptura.  DIÓXIDO DE CLORO Dióxido de cloro (ClO2) es un gas sintético que no ocurre de manera natural en el ambiente y que tiene un color verde-amarillento y un olor irritante parecido al cloro. El dióxido de cloro es un compuesto neutral del cloro. El dióxido de cloro es Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 67 muy diferente del elemento cloro, tanto en su estructura química como comportamiento. El dióxido de cloro es una molécula pequeña, volátil y muy fuerte. En soluciones acuosas cuando es diluido el dióxido de cloro es un radical libre. A altas concentraciones reacciona con agentes reductores. El dióxido de cloro es un gas inestable que se disocia en gas cloro (Cl2), oxigeno gas (O2) y calor. Cuando el dióxido de cloro se foto-oxida mediante luz del sol, se descompone. Los productos finales de estas reacciones son Cloruro, (Cl-), ión hipoclorito (ClO-) y clorato (ClO3-). Una de las cualidades más importantes de dióxido de cloro es precisamente su alta solubilidad en agua. El dióxido de cloro no se hidroliza cuando entra en contacto con el agua sino que permanece como un gas disuelto en solución. El dióxido de cloro es del orden de 10 veces más soluble en agua que el cloro. La mejor manera de almacenar el dióxido de cloro es en su forma líquida a 4 ºC de temperatura para que sea estable. De todas maneras no se debe almacenar durante mucho tiempo porque se disocia lentamente en cloro y oxigeno. Para producir dióxido de cloro gas, se juntan cloruro de hidrogeno con clorito de sodio.Como oxidante el dióxido de cloro es muy selectivo. El dióxido de cloro ataca el centro rico en electrones de las moléculas orgánicas. De esta manera se transfiere un electrón y el dióxido de cloro se reduce a ión clorito (ClO2-). Comparando el poder de oxidación y la capacidad de oxidación de diferentes desinfectantes, se llega a la conclusión que el dióxido de cloro es efectivo a bajas concentraciones. Dióxido de cloro no es tan reactivo como el ozono o el cloro y solo reacciona con sustancias sulfúricas, aminas y otras sustancias orgánicas reactivas. En comparación con el cloro y el ozono, se requiere menos dióxido de cloro para obtener una concentración de desinfectante residual efectiva. También se puede utilizar cuando la concentración de materia orgánica es alta. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 68 En la figura 7 se muestra como hace falta muy poco ClO2 para que queden residuales elevados y por lo tanto tenga eficacia la desinfección. Figura 7.Selectividad de Cl2 y ClO2 Entre las ventajas del ClO2 pueden citarse las siguientes:  El interés en la utilización del dióxido de cloro para la desinfección del agua en lugar del cloro se ha incrementado en los últimos años. El dióxido de cloro es un biocida muy efectivo e incluso más efectivo en el caso de la eliminación de virus en el agua. Además, también sepuede utilizar para eliminar patógenos como Giardia y Cryptosporidium que son resistentes al cloro.  La desinfección mediante dióxido de cloro no provoca olores ni molestias. Destruye los fenoles, que son los responsables en problemas de olor y sabor. Además el dióxido de cloro es más Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 69  efectivo en la eliminación del manganeso y el hierro que el cloro, especialmente cuando se encuentran en sustancias complejas.  El uso de dióxido de cloro en lugar de cloro previene la formación de subproductos de la desinfección halogenados y dañinos, como los trihalometanos y ácidos halogenados.  Tanto la dosis a aplicar como el tiempo de contacto del dióxido de cloro es menor que en el caso del cloro.  Al contrario que con el cloro, el dióxido de cloro es efectivo a pH de entre 5 y 10. La eficiencia aumenta con el pH, mientras que en el caso del cloro es muy dependiendo del valor del pH  El dióxido de cloro se puede utilizar para reducir los subproductos como ácidos halogenados y trihalometanos formados por la reacción del cloro con la materia orgánica. Entre las desventajas del ClO2 pueden citarse las siguientes:  El dióxido de cloro es explosivo. Cuando se produce dióxido de cloro mediante cloruro de sodio y gas cloro, se deben llevar a cabo medidas de seguridad en el transporte y uso del cloro gas.  La producción de dióxido de cloro es del orden de 5 a 10 veces más caro que el cloro.  CLORO Probablemente, no existe un proceso más difundido que la desinfección de las aguas mediante la utilización de cloro. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 70 El cloro es un gas verde que pesa dos veces y media más que el aire, es un elemento químico de peso atómico 35.357; punto de fusión –101.4ºC, punto de ebullición -34.50ºC. La cloración, es la introducción del cloro en el agua, no sólo para desinfectarla, sino también para lograr otros resultados biológicos o químicos. Así, la cloración mejora la coagulación en muchas aguas especialmente las que contienen complejos coloreados y Hierro. Según la Organización Mundial de la Salud, la desinfección con cloro es aún la mejor garantía del agua microbiológicamente potable. El cloro no sólo es uno de los desinfectantes más efectivos para el agua potable e industrial, sino también uno de los más baratos. En el agua clara, (una unidad nefelométrica y de turbiedad o menos) y un pH menor de 8, es muy eficaz contra las bacterias relacionadas con enfermedades transmitidas por el agua. Los compuestos clorados más importantes que tienen propiedades desinfectantes y que posteriormente se analizarán son:  Hipoclorito de sodio (NaClO) con un contenido de cloro activo de 10% a15%.  Hipoclorito de calcio [Ca(ClO)2] con 70% de cloro disponible. El cloro disuelto en el agua se disocia de acuerdo con las siguientes reacciones: Reacción 9 Cl2 + H2O ↔ HClO + H+ + Cl- Reacción 10 HClO ↔ ClO- + H+ Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 71 A pH mayores de 4, las especies predominantes son el HClO (ácido hipocloroso) y ClO- (ion hipoclorito). Más aún, el porcentaje de cloro presente como HClO depende fuertemente del pH, ya que este es un ácido débil, como muestran la tabla 6. Tabla 6. Porcentaje cloro en forma HClO en función de la temperatura y pH TEMPERATURA pH 4 5 6 7 8 9 10 11 10ºC 100 100 98 83 32 3 1 1 20ºC 100 100 96 75 23 4 1 1 % HClO Entre las ventajas del cloro pueden citarse las siguientes:  Destruye los organismos causantes de enfermedades, realizando esta acción a la temperatura del medio ambiente y en un tiempo corto.  Su grado de concentración en el agua es determinado fácilmente.  Es inocuo para el hombre y los animales, en las dosis utilizadas en la desinfección de las aguas. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 72   Deja un efecto residual que protege al agua de posteriores contaminaciones. Entre las desventajas del cloro pueden citarse las siguientes:  Todas las formas de cloro son muy corrosivas y tóxicas. Como consecuencia, el almacenamiento, el transporte y el manejo presentanriesgos cuya prevención requiere normas más exigentes de seguridad industrial.  El cloro oxida ciertos tipos de materiales orgánicos del agua residual generando compuestos más peligrosos.  HIPOCLORITO SÓDICO Hipoclorito de sodio (NaClO) es un compuesto que puede ser utilizado para desinfección del agua. Se usa a gran escala para la purificación de superficies, blanqueamiento, eliminación de olores y desinfección del agua. El hipoclorito de sodio es una solución clara de ligero color amarillento y un olor característico y es inestable. El cloro se evapora a razón de 0,75 gramos de cloro activo por día desde la solución. Después de calentarse el hipoclorito de sodio se desintegra. Esto también ocurre cuando hipoclorito de sodio contacta con ácidos, luz del día, ciertos metales y venenos así como gases corrosivos. El hipoclorito de sodio es un oxidante fuerte y reacción con compuestos combustibles y reductores. El hipoclorito de sodio es una base débil inflamable. Estas características se deben tener en cuenta en los procedimientos de transporte, almacenamiento y uso del producto. Cuando el hipoclorito de sodio se disuelva en agua, se generan dos substancias, que juegan el papel de oxidantes y desinfectantes. Estos son acido Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 79  La naturaleza y concentración del agente desinfectante Desinfectantes como el cloro y derivados pueden formar en el agua una serie de especies químicas cloradas, de diferente eficiencia desinfectante. Por otro lado, la concentración del desinfectante determinará el tiempo de contacto necesario para destruir todos los microorganismos presentes en el agua. Por lo tanto la concentración total de agente desinfectante necesaria en el agua es igual a la concentración necesaria para satisfacer la demanda de agente desinfectante en función de las propiedades del agua, y la concentración necesaria de desinfectante residual.  La temperatura del agua Por lo general, la temperatura favorece el proceso de desinfección. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que la solubilidad de los agentes desinfectantes en estado gaseoso es inversamente proporcional a la temperatura. Por tanto, en condiciones extremas de temperatura —por ejemplo, en lugares donde el agua llega a menos de 5 ºC o en otros donde puede tener 35 ºC—, la cantidad del desinfectante disuelto en el agua variará considerablemente; será menor a mayor temperatura y viceversa. Por el contrario si se trata de desinfectantes líquidos ocurrirá lo contrario, su disolución estará mucho más favorecida a altas temperaturas que a bajas. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 80  La naturaleza y calidad del agua La materia en suspensión puede proteger a los microorganismos existentes en el agua e interferir en la desinfección. La materia orgánica puede reaccionar con los desinfectantes químicos y cambiar su estructura. En ciertos casos, si en el agua persisten compuestos orgánicos que no han sido removidos en los procesos previos a la desinfección, se pueden generar derivados tóxicos o compuestos que confieren sabor u olor al agua, muchos de ellos desagradables, lo que cambiaría su calidad organoléptica.  El pH El pH del agua es de suma importancia para la vida de los microorganismos acuáticos, ya que valores muy altos o muy bajos ofrecen a los microorganismos un medio adverso, con excepción de los quistes de amebas, que soportan pH tan altos como 13 ó tan bajos como 1. Por otra parte, la acción de los desinfectantes es fuertemente influenciada por el pH del agua. De acuerdo con su naturaleza, cada desinfectante tiene un rango de pH de mayor efectividad. Sin embargo, la práctica demuestra que cuanto más alcalina es el agua requiere mayor dosis de desinfectante para una misma temperatura y tiempo de contacto.  El tiempo de contacto Cuanto mayor es el tiempo de contacto, mayor será la posibilidad de destrucción de los microorganismos para una cierta dosis de desinfectante aplicado. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 81 Por lo general, se ha podido observar que para una concentración dada de desinfectante, la mortalidad de los patógenos aumenta cuanto mayor sea el tiempo de contacto. Esta observación fue hecha por primera vez por Chick. 2.5.1 VARIABLES CONTROLABLES EN DESINFECCIÓN Las principales variables controlables en el proceso de desinfección son las siguientes: 1) La naturaleza y concentración del desinfectante. 2) El grado de agitación al que se somete al agua. 3) El tiempo de contacto entre los microorganismos y el desinfectante. Los demás factores no son controlables. Se deduce, entonces, que el punto fundamental consiste en un estudio del mecanismo de la desinfección. Finalmente, cuando el desinfectante es un producto químico, resulta fundamental la concentración de la sustancia activa y su efectividad con cada tipo de microorganismo que se desea desactivar. 2.5.2 ACCIÓN DE LOS DESINFECTANTES QUÍMICOS El sistema enzimático de las bacterias interviene en el metabolismo celular. Se considera que la principal forma de acción de los desinfectantes es la destrucción o inactivación de las enzimas. Las enzimas son producidas en el interior de las células y son protegidas por las membranas celulares. En el caso de los Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 82 desinfectantes químicos, se consideran muy importantes las siguientes características:  La capacidad de penetración del desinfectante a través de las membranas celulares.  La producción de reacciones con las enzimas de la célula de manera de producir un daño irreversible en su sistema enzimático.  Los halógenos y especialmente el cloro cumplen con estas características. 2.5.3 CINÉTICA DE LA DESINFECCIÓN: LEY DE CHICK La desinfección del agua no es un proceso instantáneo, ya que se realiza a una cierta velocidad, la misma que está determinada por tres factores: a) el tiempo de contacto b) la concentración del desinfectante c) la temperatura del agua. Cuando los microorganismos son expuestos bajo condiciones ideales a la acción de un desinfectante, la tasa de destrucción sigue la ley de Chick. Esta ley señala que el número de microorganismos destruidos por unidad de tiempo es proporcional al número de microorganismos remanentes. Esto se explica de la forma siguiente: dN dT = -kCN (ec.1) Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 83 donde: N = número de organismos vivos en el instante t C = concentración de desinfectante, masa/volumen t = tiempo en minutos k = constante de velocidad, tiempo-1 Si N0 es el número de microorganismos en el instante t=0 la ecuación 1 se puede integrar para obtener: dN N N N0= - KCdt t 0 (ec.2) resolviendo: ln N N0 = - kCt (ec.3) En general, los virus son más resistentes a los desinfectantes que las bacterias, tal como se nota en la constante de velocidad, por ejemplo, del HClO para E. coli y para el virus de la poliomielitis. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 84 El valor t será: t = −2.303 k lg n n0 (ec.4) Por ejemplo, en la cloración, los valores de k para estos organismos a 6 ºC son los siguientes: 20 C0,9 t y 4 C0,9 t respectivamente, donde C es la concentración de HClO en miligramos por litro y t es el tiempo en minutos. Estos valores de k indican que para el ejemplo dado, k es proporcional a la concentración a la potencia 0,9. En general, k = kt Cx. Donde x tiene un valor entre 0,8 y 1,5. En la práctica, no siempre la desinfección obedece a una reacción de primer orden. Por ello se presentan desviaciones de la ley de Chick. Por ejemplo, la eliminación de Entamoeba histolytica con cloro libre o yodo corresponde a una reacción donde se podría aplicar dicha ley; en cambio, algunos virus no siguen este comportamiento. Por ello, es necesario realizar la elaboración de las gráficas correspondientes, en la práctica, y determinar la desviación en cada caso específico. La ley de Chick puede tomarse como referencia para conocer el comportamiento de un determinado proceso de desinfección. Conociendo el número Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 85 de microorganismos y la cantidad de ellos en un determinado tiempo (n/no), se puede determinar el valor de k; es decir, la velocidad de reacción con el desinfectante. 2.6 SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN 2.6.1 INTRODUCCIÓN La disponibilidad de agua ―apta para el consumo ―es una de las prioridades de toda sociedad humana. No sólo es importante la cantidad para cubrir las necesidades básicas, además el agua debe tener la calidad que garantice su inocuidad para la salud. La desinfección del agua supuso un gran avance en Salud Pública a principios del siglo XX al eliminarse los microorganismos patógenos del agua causantes de las enfermedades infecciosas de transmisión hídrica. El cloro es el desinfectante más extendido, caracterizándose por su alta reactividad. El agua que va a ser sometida al proceso de desinfección, puede contener precursores orgánicos fundamentalmente ácidos húmicos y fúlvicos, que proceden de la degradación microbiana y química de carbohidratos y proteínas. Estos precursores reaccionan con el desinfectante, dando lugar a la aparición de una serie de sustancias indeseables, que en el caso de la desinfección por cloro y bromo se trata en general de compuestos orgánicos clorados y bromados, muchos de los cuales tienen comprobada su capacidad tóxica y/o mutagénica para el hombre. De igual forma, la cloración y bromación de aguas con elevado contenido proteico, procedente de proliferaciones masivas de algas (eutrofización), también contribuye a la formación de estos subproductos de la desinfección. Estos compuestos no deseados, sólo se forman si los precursores orgánicos y el Cloro Residual Libre (CRL) o Bromo Residual Libre (BRL) están presentes Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 86 conjuntamente durante el tiempo suficiente. Una vez formados, es difícil eliminarlos del agua por ello es de suma importancia prevenir su formación. Los subproductos mayoritarios de la cloración son:  Trihalometanos  Cloraminas  Bromaminas  Acetonitrilos halogenados  Ácidos acéticos halogenados  Fenoles clorados  TRIHALOMETANOS A mediados de los años 70’s varios químicos reportaron la presencia de cloroformo y de otros trihalometanos en agua potable. Inicialmente se sugirió que era contaminación industrial o impurezas del cloro gas, lo que originó la suspensión de éste, sin embargo posteriormente grupos de colaboradores demostraron que las fuentes de estos compuestos se originaban por la materia orgánica en el agua. Los trihalometanos constituyen un grupo de compuestos orgánicos, que como su nombre lo indica, se considera por su nomenclatura como derivados del metano (CH4), en cuya molécula, tres átomos de hidrógeno han sido sustituidos por igual número de halógenos (cloro, flúor, bromo o yodo). En relación con la contaminación del agua, el problema hasta el momento se ha ceñido a la presencia de cuatro miembros del grupo que son: Cloroformo (CHCl3), Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 87 bromodiclorometano (CHBrCl2), dibromoclorometano (CHBr2Cl) y bromoformo (CHBr3). En vista que los cuatro SPDs anotados anteriormente se producen conjuntamente, con frecuencia se consideran como un grupo, denominado trihalometanos totales . De todos ellos, el que comúnmente se encuentra, es el cloroformo, razón por la que la información disponible, se refiere en forma exclusiva a ésta sustancia.  FORMACIÓN DE TRIHALOMETANOS La formación de los trihalometanos, durante la desinfección del agua con el cloro libre, obedece a un complicado mecanismo, por el cual las especies químicas que el halógeno forma con el agua, reaccionan con los derivados del humus que ese medio habitualmente contiene. Cloro residual libre + precursores (ac. húmico) THMs(cloroformo + otros trihalometanos) El fenómeno de la formación de trihalometanos se puede representar a través de la siguiente reacción: Reacción 13 2R CO CH3 + 3Cl2 2R CO CCl3 + 3H2 Y una hidrólisis posterior: Reacción 14 R CO CCl3 + H2O R CO OH + CHCl3  FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACIÓN Y CONCENTRACIÓN DE TRIHALOMETANOS La rapidez de formación de THMs y la concentración final de THMs depende de 6 factores: Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 88 Temperatura: Manteniendo el pH y la dosis de cloro, al aumentar la temperatura mayor es la posibilidad de formación de cloroformo. Efecto del pH: La formación de trihalometanos es mayor al aumentar el valor del pH del agua, por la acción catalítica del haloformo. Cloro residual: La concentración de cloroformo aumenta de forma directa con el residual del cloro. Precursores orgánicos o sustancias húmicas: Cuando en el agua existe gran cantidad de derivados del humus mayor será la posibilidad de formación de trihalometanos. Concentración de bromo (Br) en agua: El bromo es un constituyente natural del agua, reacciona con el cloro para formar ácido hipobromoso y a su vez éste con precursores orgánicos Tiempo de contacto del cloro. Finalmente conviene señalar que los trihalometanos no se forman exclusivamente durante la fase del tratamiento del agua. Por depender de la concentración de los precursores y de la dosis de cloro residual, la reacción que da origen a los THMs, puede continuar desarrollándose en el sistema de distribución del agua.  CLORAMINAS Las cloraminas se forman mediante la reacción del cloro (Cl2) y amonio (NH3). Las cloraminas son aminas que contienen al menos un átomo de cloro, Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 95  CONTROL DE LOS SUBPRODUCTOS DE LA DESINFECCIÓN Al seleccionar el desinfectante para que el agua sea microbiológicamente segura, es importante ser conscientes de los subproductos de la desinfección y sus consecuencias para la salud. Por todo ello, es fundamental saber qué subproductos se forman, bajo qué condiciones, cuáles son los riesgos para la salud y cómo se pueden reducir. Así, la OMS utiliza el enfoque riesgo-beneficio, en el que se valoran los agentes patógenos, los desinfectantes, los subproductos de la desinfección, la calidad del agua, el costo, etc., con el objeto de equilibrar las compensaciones entre los riesgos microbianos y los químicos, siempre y cuando no se vea comprometida la desinfección del agua. Como estos subproductos (materiales orgánicos halogenados), son difíciles de eliminar una vez formados, debe evitarse su formación durante las etapas de tratamiento del agua o al menos reducirlos al mínimo. Así, en función de las características del agua se podrán adoptar las siguientes medidas preventivas: 1) Control de las fuentes de abastecimiento de agua para disminuir o eliminar los precursores, de esta forma las aguas subterráneas son preferibles a las superficiales. 2) Filtración del agua sobre carbón activo antes de la dosificación del cloro, con objeto de eliminar los precursores de los THMs, este procedimiento es muy eficaz pero tiene como inconveniente su elevado costo. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 96 3) Evitar el uso del cloro gas o hipocloritos sustituyéndolos por ozono, dióxido de cloro o cloraminas, que no reaccionan con los precursores de los halometanos. 4) Cloración por etapas, evitando la presencia de cloro libre antes de la filtración. Las dosis empleadas en cada etapa no deben sobrepasar el punto de ruptura. 5) Limitar la presencia de precursores de los THMs en el agua antes de los tratamientos, mediante la limpieza frecuente de las instalaciones para la eliminación de algas, colocar las instalaciones al abrigo de la luz etc. 6) Eliminar el proceso de la precloración, como etapa inicial de los tratamientos. Son de gran importancia las medidas 1) y 2) ya que de este modo se conseguirían los siguientes objetivos: - Reducir la demanda de cloro. - Se reducirían las cantidades de sustancias orgánicas oxidadas que pudieran formarse posteriormente en el proceso. - Se reducirían los efectos perjudiciales sobre el agua tratada causados por los altos niveles de sustancias orgánicas y de cloro. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 97 2.7 COMPARACIÓN CLORACIÓN Y BROMACIÓN 2.7.1 INTRODUCCIÓN La industria se ha basado en el cloro como el principal método para el control microbiológico de las aguas de refrigeración y desinfección de aplicaciones de tratamiento de residuos. Hoy en día, la preocupación por el medioambiente, la seguridad y las cuestiones de responsabilidad han causado que se reconsidere el uso del cloro y mirar a otras alternativas biocidas que cumplen los requerimientos de aprobación de la gestión ambiental y minimiza los problemas de seguridad y responsabilidad. La industria del bromo ha demostrado ser más simple y económica que la cloración para este tipo de aplicaciones. 2.7.2 QUÍMICA DEL BROMO El bromo puede ser suministrado de diferentes formas según muestran las reacciones 16,17 y 18. 1. BCDMH(3 Bromo-1 Cloro-5,5 Dimetilhidantoina) Reacción 16 C5H6BrClN2O2 + 2 H2O → C5H8N2O2 + HBrO + Cl- 2. Bromuro activado Reacción 17 HClO + Br-→ HBrO + Cl- Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 98 3. 3. Cloruro de Bromo Reacción 18 BrCl + H2O→ HBrO +H+ + Cl- Estas reacciones muestran como el bromo, en sus diferentes formas, se hidroliza en el agua para formar el ácido débil, el ácido hipohaloso. A pesar de la forma en la que el bromo es suministrado, el principal mecanismo para la actividad biocida es la formación de ácido hipobromoso. Esto es análogo a la formación del ácido hipocloroso para la cloración del agua. Ambos ácidos hipohalosos son fuertes agentes oxidantes, los cuales se combinan con el protoplasma formando enlaces estables nitrógeno-halógeno con las proteínas. La formación de esos enlaces interrumpe el proceso metabólico y además es tóxico para los organismos vivientes. Desde que el bromo y el cloro están en la misma familia de halógenos hay muchas similitudes en como los dos elementos reaccionan en el tratamiento del agua. Sin embargo, hay ciertas distinciones que merecen ser mencionadas. 2.7.3 AMBIENTE NITRÓGENO Desde los distintos niveles de amoniaco y compuestos nitrogenados se encuentran en la mayoría de aguas y aguas residuales, por lo que es importante considerar el efecto de esas substancias sobre la actividad biocida y el efluente residual final de los sistemas tratados con bromo y con cloro. Las haloaminas son rápidamente formadas cuando el agente biocida activo, el ácido hipohaloso, entra en contacto con los compuestos nitrogenados. Las cloraminas se forman en la cloración y son relativamente pobres biocidas. La monocloramina es la predominante y a pH=8,5 la formación de la misma está virtualmente formada. La actividad de la monocloramina es 80 veces menor que la del cloro libre. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 99 Mono y dibromaminas se forman durante la bromación y son biocidas muy activos. Estas bromaminas muestran propiedades de desinfección comparables a las del bromo libre. En los sistemas, el punto de ruptura es requerido para mantener el control microbiológico en presencia de amoníaco. Desde que las bromaminas son biocidas muy efectivos, el punto de ruptura de la bromación es menos relevante que en la cloración pero sigue siendo imprescindible. En resumen, el control efectivo microbiológico y la desinfección pueden ser logrados con dosis muchos menores cuando se utiliza bromo. La figura 12 muestra el efecto de los diferentes biocidas contra las tres bacterias principales. El cloro fue efectivo contra el E.Coli pero fue menos efectivo contra Pseudomonas y Streptococus. Pseudomonas es conocido por su relativa resistencia a los biocidas y es el género predominante en la capa residual de bacterias formadas de biofouling en los condensadores, intercambiadores de calor y tuberías.Sin embargo se observa cómo el HBrO es el más efectivo ya que actúa mejor en menores dosis. Figura 12. Efecto biocida del cloro y bromo frente a las principales bacterias Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 100 2.7.4 CINÉTICA La figura 13 muestra el porcentaje de bacterias supervivientes en función del tiempo. La química del bromo mata niveles de al menos cuatro órdenes de magnitud en menos de cuatro minutos. Estos resultados toman especial importancia en aplicaciones que requieren desinfecciones rápidas incluyendo agua de sistemas de refrigeración y tratamiento de aguas residuales. Figura 13. Efecto del tiempo de desinfección La cinética de la desinfección de la química del bromo hace posible reducir el tiempo de contacto en estas aplicaciones. La industria que ha optado por el uso del bromo ha reducido la duración del tratamiento del agua alrededor de un 80% con respecto al cloro. Esta disminución no sólo beneficia al medioambiente, sino que puede disminuir la velocidad de corrosión del sistema. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 101  MEDIOAMBIENTE Un análisis sobre la disminución relativa de velocidad de las bromaminas y cloraminas ayuda a explicar el por qué la química del bromo tiene un impacto positivo sobre el medioambiente. Las bromaminas decaen a niveles bajos en menos de una hora mientras que las cloraminas requieren de muchas horas para decaer a los mismos niveles. 2.7.5 AGUAS ALCALINAS Está bien documentado que la efectividad del cloro se reduce significativamente en ambientes alcalinos. A medida que el pH del agua aumenta el HClO y HBrO se disocian para dar ClO- y BrO- que no son iones biocidas activos a los niveles típicos usados. Las curvas de la figura 14 muestran la disociación del HClO y HBrO en función del pH. Una comparación de las curvas muestra que la actividad del HBrO es dominante hasta pH 8,7 mientras que a pH 7,5 hay sólo el 50 % de cloro activo. Sabiendo que las torres de refrigeración y sistemas de recirculación tienen ambiente alcalino, es fácil de entender por qué el bromo es mejor biocida que el cloro. Figura 14. Disociación ácidos en función del pH 0 20 40 60 80 100 120 % de Á. HIPOHALOSO pH DISOCIACIÓN DEL HOCl y DEL HOBr EN FUNCIÓN DEL pH %HOCl %HOBr Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 102 El estudio Purdue presentado en la ―Conferencia Internacional de agua de Pittsburgh‖estudia la desinfección en ambientes alcalinos. El resultado muestra en la figura 15 las expectativas previstas. El bromo alcanza niveles de mortandad de 4 ó 6 órdenes de magnitud a un pH=8,2. El cloro fue menos efectivo contra E.Coli y todavía menos contra Pseudomonas y Streptococus. Estos datos ayudan a explicar por qué la desinfección basada en el bromo es más efectiva con menor dosis en ambientes alcalinos. Figura 15. Desinfección en ambiente alcalino Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 103 2.7.6 VENTAJAS QUÍMICAS DEL BROMO FRENTE AL CLORO En resumen hay cuatro puntos principales que explican la fuerza del bromo en las aplicaciones de tratamientos de agua. 1. Efectividad de desinfección a bajas dosis mata bacterias hasta niveles de 5 ó 6 órdenes de magnitud y se alcanzan con dosis de 2 ppm. 2. Cinética rápida. Mata a niveles considerables en menos de 4 minutos. 3. Rápida velocidad de decaimiento del bromo combinado, es decir, la vida media de las bromaminas son medidas en minutos. 4. Alta actividad biocida en ambiente alcalino. Muchas plantas operativas han encontrado que pueden mejorar la productividad y las descargas con bromo y así eliminan la necesidad de cloración. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 104 3. PARTE EXPERIMENTAL Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 111 RELACIÓN MÁSICA DREWBROM/HIPOCLORITO CÁLCICO En este segundo caso se procede de la misma manera que en el primero, es decir, se va a sacar la relación másica entre el DREWBROM y el hipoclorito cálcico. Los datos de partida son los siguientes:  El % de NaBr sobre el DREWBROM es de un 40 % en peso.  El porcentaje de Ca(ClO)2 es de un 70 % de pureza en cloro activo.  Los pesos moleculares del Ca(ClO)2 y NaBr son 143 y 102,9 g/mol respectivamente.  La reacción para calcular la relación de pesos es la siguiente: Reacción 21 2(ClO)-+2Br-→2BrO-+2Cl- que equivale a la reacción 20 . o 1 Kg de DREWBROM contiene 400 g de NaBr lo que corresponde a: Moles NaBr = 400 102,9 = 3,88 moles de NaBr o 3,88 moles de NaBr reaccionan con la mitad de Ca(ClO)2 según la reacción 21, lo que suponen: 3,88 x 0,5 = 1,94 moles de Ca (ClO)2 (ec.8) Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 112 1,94x143(gramos/mol)=277,42 g de Ca (ClO)2 (ec.9) Como el hipoclorito cálcico que se utiliza es al 70 % en pureza: 277,42x100 70 = 396,31 gramos de Ca (ClO)2 (ec.10)  En resumen la relación en peso DREWBROM/HIPOCLORITO CÁLCICO : 1:0,396 Esta relación podrá variar dependiendo del porcentaje de disolución que se prepare ya que en este caso la relación másica se refiere exclusivamente al hipoclorito cálcico sólido y no a ninguna disolución preparada como ocurre en el caso anterior. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 113 3.4.2 PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES DESINFECTANTES  PREPARACIÓN HIPOCLORITO SÓDICO + DREWBROM Para la preparación de esta disolución se respeta la relación en peso 1:3 entre la sal de bromo y el hipoclorito sódico comercial al 13 %. De tal modo que se pesan 30 gramos de solución de hipoclorito sódico y 10 gramos de sal de bromo. El hipoclorito sódico se adquirió comercialmente al 13 % tal y como se observa en la figura 16 por lo que no tuvo que prepararse solución alguna. Figura 16. Hipoclorito sódico al 13% Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 114 Los pesos que se obtuvieron experimentalmente fueron los que se expresan en la tabla 8. Tabla 8. Pesos experimentales de laboratorio HIP.SÓDICO DREWBROM PESO(GRAMOS) 30,0285 10,0186 Una vez hecha la disolución se sometió a agitación para favorecer la mezcla y mejorar la homogeneidad, de esta forma se evita que haya concentraciones puntuales mayores o menores que pueden dar un resultado anómalo. El tiempo de agitación se mantuvo durante 15 minutos, tiempo más que suficiente para que reaccione el hipoclorito sódico con la sal de bromo y se obtenga el HBrO. La muestra obtenida se almacenó en un recipiente opaco para protegerlo de la luz y evitar la descomposición, así como en un lugar fresco.  PREPARACIÓN HIPOCLORITO CÁLCICO + DREWBROM De la misma forma que en el caso anterior se preparó la disolución resultante de mezclar hipoclorito cálcico y la sal de bromo. En este caso la preparación de la mezcla difiere de la anterior, ya que no se tiene ninguna disolución de hipoclorito cálcico comercial y por lo tanto hay que prepararla en el laboratorio. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 115 Se parte de hipoclorito cálcico comercial del 70 % de pureza en forma de pastillas tal y como se informa en la ficha de seguridad del producto suministrada por el fabricante. En la figura 17 se observa la pastilla de donde se obtuvo el hipoclorito cálcico para realizar la disolución. Las pastillas tienen un peso entorno a los 22 gramos. . Figura 17. Pastilla de hipoclorito cálcico Para facilitar la disolución del hipoclorito cálcico no se utilizó toda la pastilla, si no parte de ella. De esta manera el sólido queda perfectamente disuelto en el agua utilizada. Como la sal de bromo que se facilitó para hacer el ensayo era poca, exactamente 50 gramos, se trabajó con poca cantidad de ella como en el caso anterior, pero manteniendo la relación estequiométrica entre la sal y la disolución de hipoclorito cálcico. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 116 Como la relación de sal de bromo e hipoclorito sódico utilizada es 1:3 se va a utilizar la misma relación para este segundo caso con el fin de utilizar la misma cantidad a introducir de ambas sustancias en sus respectivos ensayos. De esta manera cogiendo el mismo volumen o el mismo peso se asegura que se introduce la misma cantidad de desinfectante para cada ensayo. Se recuerda que la relación sal de bromo e hipoclorito cálcico es 1: 0,396 en peso, por lo tanto hay que encontrar una disolución de hipoclorito cálcico que teniendo 0,396 gramos de soluto pese 3 kilogramos. 0,396 3 x 100 = 13,21 % = Porcentaje dis.hip.cálcico (ec.12) Por lo tanto se necesita preparar una disolución del 13,21 % en peso de hipoclorito cálcico para utilizar la misma relación de sal/hipoclorito en ambos ensayos. De las pastillas de hipoclorito cálcico se obtienen 10,1652 gramos para preparar la disolución al 13,21 %.El agua que se tiene que echar para su obtención es: 100−13,21 x10,1652 13,21 = 66,7855gramos de agua (ec.13) Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 117 Como se tienen las cantidades necesarias para preparar la disolución de hipoclorito cálcico se procedió a realizar la mezcla. Las cantidades de cada sustancia se detallan en la tabla 9. Tabla 9. Pesos experimentales de laboratorio HIP.CÁLCICO (SÓLIDO) AGUA DIS.HIP.CÁLCICO PARA MEZCLAR DREWBROM PESO(GRAMOS) 10,1652 66,7446 30,1764 10,1652 En primer lugar, y en un vaso de precipitados se introdujo el hipoclorito cálcico y el agua, se le introdujo un agitador magnético y se mantuvo así 10 minutos, tiempo suficiente para disolver todo el hipoclorito en agua tal y como se observa en la figura 18. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 118 Figura 18. Disolución hipoclorito cálcico al 13,2 %. Posteriormente se echó la sal de bromo obtenida de la figura 19 junto con la disolución de hipoclorito cálcico en las cantidades que se muestran en la tabla 9. Al igual que en el caso anterior se mantuvo en agitación durante 15 minutos para asegurar una mezcla homogénea. Finalmente se guardó en un recipiente opaco y en ambiente fresco para protegerlo de la luz del sol y de cualquier tipo de temperatura elevada. De este modo, quedan preparados los dos desinfectantes, uno a partir de hipoclorito sódico y otro a partir de hipoclorito cálcico. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 119 Figura 19. Muestra de sal de bromo utilizada.(DREWBROM) Por otro lado, para comparar la eficacia de ambas disoluciones de hipoclorito, se guardaron para analizar su comportamiento pasados 15 días después de su preparación. Del mismo modo que en el ensayo anterior, se adicionó sal de bromo a cada disolución de hipoclorito para preparar el desinfectante. Los pesos de cada disolución para preparar el desinfectante aparecen en la tabla 10. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 120 Tabla 10. Pesos experimentales de laboratorio DIS.HIP.CÁLCICO PARA MEZCLAR DREWBROM DIS.HIP. SÓDICO PARA MEZCLAR DREWBROM PESO (GR) 30,1520 10,1572 30,0987 10,1236 3.4.3 ENSAYOS DE DESINFECCIÓN Para hacer el ensayo se dispuso de muestras de agua de la empresa en cuestión, concretamente 30 litros de agua. Se pensó en echar 15 ppm de cada desinfectante en sus respectivos ensayos, con lo cual era necesario 15 mg/l, cantidad que no se podía medir en el laboratorio. Esta cantidad es suficiente para dejar bromo residual libre medible en el agua tal y como se ha explicado en el ensayo de demanda de bromo. (Apartado 3.2) Esta problemática se resolvió utilizando volúmenes más grandes de agua para poder medir el desinfectante a utilizar. Se utilizaron dos recipientes de 15 litros cada uno, con lo que se pasó de medir 15 mg de desinfectante a 0,2250 gramos tal y como se expresa en la ecuación 14. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 127 Como se observa en la figura 22, el residual obtenido para todas las muestras analizadas es prácticamente el mismo, salvo pequeñas diferencias que se puede deber a una mala toma de muestra o a alguna burbuja que quedase en la cubeta. De cualquier forma la diferencia del bromo medido entre las muestras es mínima y se observa que se estabiliza su valor en 0,90 ppm. Para este ensayo se usó hipoclorito sódico al 13 % recién adquirido de fábrica para preparar la disolución desinfectante. Posteriormente se repitió el procedimiento, pero esta vez, utilizando hipoclorito cálcico para preparar la disolución desinfectante. Para este ensayo se usó una disolución de hipoclorito cálcico al 13,2 % preparada en el laboratorio. Se realizaron 18 tomas de agua con sus respectivas mediciones de bromo residual. Los valores obtenidos son muy parecidos a los conseguidos con el hipoclorito sódico y su similitud se puede apreciar en la figura 23, donde vienen agrupadas las diferentes muestras de agua tratadas con su respectivo desinfectante. Como en el caso anterior, las muestras fueron tomadas del misma agua y cada cuatro minutos una a continuación de otra. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 128 Figura 23. Comparación hip.sódico y cálcico Tal como se aprecia en la figura 23, la diferencia entre ambos desinfectantes utilizados es prácticamente nula por lo que el ensayo se puede considerar positivo. De hecho, el hipoclorito cálcico deja un mayor valor de bromo residual libre, en parte debido a que el hipoclorito sódico empieza a degradarse desde que sale de su proceso de fabricación. También se debe, a que para preparar la disolución desinfectante se cogió un poco más de sal de bromo que en el caso del hipoclorito de sodio y por lo tanto se puede formar más HBrO en disolución, pero es casi insignificante para el volumen tratado. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 BROMO RESIDUAL(PPM) Nº MUESTRA Bromo residual Vs Hip.Cálcico e Hip.Sódico Hip.Sódico Hipo.Cálcico Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 129  BROMO RESIDUAL CON SALES DEPUES DE 15 DÍAS Tal como se ha comentado anteriormente, uno de los inconvenientes del hipoclorito sódico es su rápida degradación disminuyendo la cantidad de cloro activo que reacciona con la sal de bromo. Debido a esto, se ha estudiado cómo afecta el paso del tiempo a una y otro sal para preparar la disolución desinfectante para comprobar la mayor estabilidad del hipoclorito cálcico. Después de 15 días desde la preparación de ambas disoluciones se procede a la realización del ensayo con ambos desinfectantes. Los resultados obtenidos se muestran a continuación. En la figura 24 se compara como varía la cantidad de bromo residual libre del hipoclorito sódico utilizando disoluciones desinfectantes recién elaboradas o cuando ya tienen 15 días. Figura 24.Degradación de Hip.Sódico a los 15 días 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 BROMO RESIDUAL (PPM) Nº MUESTRA Degradación Hip.Sódico Muestras primarias muestras 15 días Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 130 En la figura 24, se observa como al utilizar NaClO , se produce una disminución importante del bromo residual libre si se utiliza disolución desinfectante de 15 días de antigüedad. Este ensayo demuestra la gran desventaja de la utilización de hipoclorito sódico, cosa que no ocurre con la utilización del hipoclorito cálcico tal y como se observa en la figura 25. Figura 25. Degradación de Hip.Cálcico a los 15 días La degradación del hipoclorito cálcico es menor que la del sódico, y como se muestra en la figura 25 se puede decir que la efectividad del hipoclorito cálcico es casi la misma 15 días después de su preparación. La presencia de casi la misma 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 BROMO RESIDUAL(PPM) Nº MUESTRA Degradación Hip.Cálcico muestras primarias muestras 15 días Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 131 cantidad de hipoclorito cálcico pasados 15 días garantiza que se pueda almacenar la disolución previa preparación. Para observar mejor los residuales de ambos desinfectantes al cabo de 15 días se muestra la figura 26. Figura 26. Residual de bromo libre a los 15 días Como se observa en la figura al cabo de 15 días la cantidad de bromo residual libre apto para desinfectar es mayor en el caso del hipoclorito cálcico que en el sódico. Esto supone que la utilización del hipoclorito cálcico es mucho mejor en términos de rendimiento y económicos que la del hipoclorito sódico. La degradación de hipoclorito sódico produce cloruro de sodio y clorato de sodio y tiene dos vías de inicio. La primera es la descomposición del hipoclorito por formación de cloratos y la segunda es la descomposición por concentración donde interviene la concentración inicial, el pH y la temperatura. 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 2 4 6 8 10 12 14 BROMO RESIDUAL(PPM) Nº MUESTRA Cantidad de Bromo 15 días Hip.Sódico Hip.Cálcico Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 132 Si este deterioro del hipoclorito sódico ha tenido lugar en tan sólo 15 días es fácil suponer que el almacenamiento del mismo durante más tiempo tendrá un resultado nefasto para la empresa consumidora. De este modo se ha comprobado, que empresas que adquieren hipoclorito sódico para desinfectar, en muchas ocasiones tienen que desechar el producto por su rápida degradación y por lo tanto es un gasto extra e inútil. De este modo parece que la alternativa del hipoclorito cálcico es muy interesante. 3.6 ESTUDIO ECONÓMICO A continuación se pasa a estudiar el coste que supone la utilización de una y otra sal para la preparación del desinfectante. Como los cálculos se realizan para un periodo de un año. Como dato inicial se tiene la cantidad de agua procedente de las torres de refrigeración al día. Q = 200 m3 dia = 200.000 l dia (ec.15) Se decide utilizar 15 ppm de desinfectante, es decir, la misma cantidad que se utilizó en los ensayos de laboratorio. 200.000 l dia x 15 mg l = 3.000.000 mg dia = 3 kg dia = 21 kg semana desinfectante (ec.16) Como la relación másica de hipoclorito/sal de bromo es de 3:1 la cantidad de uno y otro producto es:  SAL DE BROMO 3 kg dia x 0,25 = 0,75 kg dia de sal de bromo x 7 dia semana = 5,25 kg semana (ec.17) Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 133  DISOLUCIÓN DE HIPOCLORITO CÁLCICO 3 kg dia x 0,75 = 2,25 kg dia dis. hipoclorito x 7 dia semana = 15,75 kg semana (ec.18) Como la disolución, en el caso del hipoclorito cálcico hay que prepararla se necesita saber la cantidad de agua y sólido que hay que añadir. 15,75 𝐤𝐠 𝐬𝐞𝐦𝐚𝐧𝐚 x 0,132 = 2,079 kg de hipoclorito cálcico sólido/semana (ec.19) 15,75 𝐤𝐠 𝐬𝐞𝐦𝐚𝐧𝐚x 0,868 = 13,671 kg de agua destilada/semana (ec.20) Los precios de los distintos productos aparecen en la tabla 13. Tabla 13. Precios de productos para desinfección PRODUCTO PRECIO ( €/KG) HIP.SÓDICO 13 % 0,32 HIP.CÁLCICO SÓLIDO 2,20 SAL DE BROMO 4,90 AGUA DESTILADA 0,20 Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 134 En primer lugar se estudia el precio que cuesta la utilización de todos los productos que se van a usar durante un año. Para ello se adjunta la tabla 14. Tabla 14.Precio de productos desinfección durante un año PRODUCTO PRECIO ( €/año) HIP.SÓDICO 13 % 15,75 kg semana x 52 semana año x 0,32 € kg = 262,08 € HIP.CÁLCICO SÓLIDO 2,079 kg semana x 52 semana año x 2,20 € kg = 236,69 € SAL DE BROMO 5,25 kg semana x 52 semana año x 4,9 € kg = 1.337,70 € AGUA DESTILADA 13,67 kg semana x 52 semana año x 0,2 € kg = 142,16 € Ahora que están los precios individuales desglosados se procede a la comparación de los dos desinfectantes, para ello se adjunta la tabla 15. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 135 Tabla 15. Comparativa de precio de los desinfectantes PRODUCTO PRECIO ( €/año) PRECIO FINAL (€/año) HIP.SÓDICO 13 % 262,08 1.599,78 SAL DE BROMO 1.337,70 HIP.CÁLCICO SÓLIDO 236,69 1.716,55 SAL DE BROMO 1.337,70 AGUA DESTILADA 142,16 Como se observa en la tabla 15 la diferencia entre las dos opciones no es muy grande. Los resultados se han obtenido tomándose como punto de partida dos disoluciones de hipoclorito al 13 %. Si se quisiese recortar el gasto en la producción de hipoclorito cálcico bastaría con concentrarla más mediante la adición de menos agua y pasar de una disolución del 13 al 25 %. De este modo la cantidad de agua que se utilizaría sería la expuesta en la ecuación 21. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 136 2,079x75 % 25% = 6,237 kg de agua/semana (ec.21) Ahora el precio de agua al año se reduce, de tal modo que cuesta: 6,237 kg semana x 52 semana año x 0,2 € kg = 64,86 € (ec.22) Finalmente como se observa en la tabla 16 se ha reducido la diferencia en la utilización de ambos desinfectantes hasta tal punto de ser casi despreciable. Tabla 16. Precio final de desinfectantes PRODUCTO PRECIO ( €/año) PRECIO FINAL (€/año) HIP.SÓDICO 13 % 262,08 1.599,78 SAL DE BROMO 1.337,70 HIP.CÁLCICO SÓLIDO 236,69 1.639,25 SAL DE BROMO 1.337,70 AGUA DESTILADA 64,86 Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 143 4.1.1 DESCRIPCION DE LOS EQUIPOS Como ya se tienen los caudales que se necesita de cada bomba se pasa a describir cada una de ellas y el resto de accesorios. Las bombas utilizadas para el depósito de sal de bromo, agua destilada y agitador son bombas dosificadoras de diafragma ya que permiten utilizar un mayor caudal y por lo tanto se minimiza el tiempo de llenado, mientras que la bomba que inyecta desinfectante al sistema es una bomba dosificadora electrónica diseñada para la inyección de pequeñas cantidades de líquido. La elección de los materiales se ha hecho por catálogo suministrado por la empresa BOMBAS VENETO, S.L y se decidió proceder de esta manera porque disponía de todos los productos necesarios, así como la facilidad que se tenía para conseguir documentación técnica y presupuestos.  BOMBA DOSIFICADORA DE SAL DE BROMO Aquí se necesita un Q= 2 l min = 120 l h La bomba seleccionada es una bomba dosificadora de membrana VENETO modelo DRM-10-70B capacitada para dar un caudal de 124 l/h.  CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS  Cabezal en PVC en polipropileno.  Cuerpo cárter en aluminio Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 144  Membrana en PTFE de gran espesor.  Doble válvula de esfera en Pyrex.  Motor cerrado, protección IP-44, ventilación exterior, servicio continuo, aislamiento clase F, los monofásicos incorporan condensador y motoprotector amperimétrico. La bomba dosificadora de membrana se puede observar en la figura 27. Figura 27.Bomba dosificadora de membrana Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 145  BOMBA DOSIFICADORA DE AGUA DESTILADA Aquí se necesita un Q= 6,08 l min = 364,08 l h La bomba seleccionada es una bomba dosificadora de membrana VENETO modelo DRM-10-105B capacitada para dar un caudal de 361 l/h. Las características constructivas y sus dimensiones son exactamente como el modelo anterior con la salvedad de que en la primera el diámetro de la membrana es más pequeño que en la primera.  BOMBA DE VACIADO DEL AGITADOR Aquí se necesita un Q= 1,2 l min = 72 l h La bomba seleccionada es una bomba dosificadora de membrana VENETO modelo DRM-10-70-A capacitada para dar un caudal de 75 l/h. Como ocurre en los casos anteriores se trata de una bomba de las mismas características constructivas y físicas que los modelos anteriores.  BOMBA DOSIFICADORA DE DESINFECTANTE Aquí se necesita un Q= 108,69 ml h Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 146 Este caudal es muy pequeño en comparación con el de los casos anteriores por lo que se utiliza otro tipo de bomba dosificadora. En este caso se usa una bomba dosificadora electrónica que está diseñada para este tipo de uso. La bomba seleccionada es una bomba dosificadora electrónica VENETO modelo ECO-PLUS capacitada para dar un caudal de 5 l/h. Es una bomba regulable en cuanto a impulsos por minuto se refiere llegando a inyectar como máximo 400 impulsos por minuto. En cada impulso se inyecta 0,80 cm3.  CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS  Cuerpo y racor en polipropileno.  Esferas en Pyrex.  Asientos válvula y membranas en PTFE.  Motor cerrado, protección IP-65, servicio continuo, aislamiento clase F, 1,5 mts. de cable eléctrico de alimentación. La bomba se puede observar en la figura 28. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 147 Figura 28. Bomba dosificadora electrónica  AGITADOR Agitador fijo con soporte externo, con brida para aplicación a depósitos abiertos o semicerrados El agitador es marca VENETO será AGPP-600T.  CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS  Eje en acero inoxidable revestido de polipropileno.  Hélice y soporte en polipropileno.  Motor cerrado normalizado, protección IP-44, ventilación exterior.  Tensión de alimentación: 1 x 230 v., 230/400 v.  940 r.p.m. 50 Hz. En la figura 29 se observa el agitador en cuestión. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 148 Figura 29. Agitador  SONDA DE BROMO RESIDUAL  CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS  Portasondas con sensor de flujo y regulación de caudal  Señal de alarma por falta de flujo  Instrumento con grado de protección IP65.  2 Relés de conexión.  Set point y alarma configurables.  Bombas en modo pausa durante la calibración. En la figura 30 se observa la sonda de bromo residual. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 149 Figura 30. Sonda de bromo  DEPÓSITOS DE ALMACENAMIENTO DE LÍQUIDOS Depósitos construidos en poliuretano semitransparentes, con escala exterior para visualizar la capacidad, aptos para el almacenamiento y mezcla de los diversos productos químicos y aditivos que pueden inyectarse con las bombas dosificadoras. Todos los depósitos son iguales con la salvedad de la capacidad de cada uno de ellos. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 150 En la figura 31 se observa cómo son los depósitos. Figura 31. Depósitos de almacenamiento de líquidos Se necesitan:  2 depósitos de 50 litros.  1 deposito de 700 litros.  1 deposito de 250 litros. Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 151  TOLVA  CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS  Cuerpo cilíndrico cerrado.  Volumen : 200 litros  Paredes lisas sin rincones ni costuras.  Fondo cónico.  Estructura metálica galvanizada.  Material de la tolva en polietileno La figura 32 muestra la forma de la tolva con su estructura metálica. Figura 32.Tolva de almacenamiento Desinfección de agua de torres de refrigeración con Ca(ClO)2 + DREWBROM 152  SONDA DE NIVEL DE SÓLIDO EN TOLVA Su función es la detección de niveles máximos o mínimos de sólidos en depósitos o silos. La marca de la sonda es MESURA y el modelo es SOLICAP.R. Tiene una sonda rígida de acero recubierto de PTFE y se utiliza como niveles de mínima o intermedios. Incorpora una zona insensible de acero inoxidable, para evitar falsas maniobras debidas a la acumulación de producto en el techo o en la pared del depósito.  CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS  Temperatura ambiente: -10 a 60 ºC  Temperatura máx. Producto: 90 ºC  Prensaestopas: 2 x M20  Ajuste de sensibilidad  Ajuste de seguridad máximo o mínima  Sonda rígida de acero recubierta de PTFE La sonda se puede apreciar en la figura 33.