Remoción de gases del agua.
Introducción.
La producción de agua con bajo contenido en gases disueltos juega un papel fundamental en mucho tipo de industrias. Eliminar gases del agua garantiza una mayor vida útil de los equipos involucrados en su uso, menores costes operativos y una mayor calidad de los productos que requieren aguas ausente de gases disueltos.
El agua puede contener gases como parte de la materia disuelta. El oxigeno (O2) y el nitrógeno (N2) están presente en todas las aguas en contacto con la atmósfera, pero también el CO2 que forma ácido carbónico. A un pH de 4.5 todo el CO2 está como gas. Otros gases que pueden estar presentes son H2S, NH3 entre otros.
La cantidad de gases presentes (disueltos) depende del origen del agua y de otros factores tales como la presión, temperatura, la salinidad de la misma, y del contacto previo que el agua pueda haber tenido con los gases, habitualmente con el aire.
El agua disuelve cada uno de estos gases hasta un valor de saturación que depende de la temperatura, grado de solubilidad y de la presión parcial del gas. A una determinada temperatura, la concentración del gas disuelto en equilibrio es proporcional a la presión parcial de ese gas. Esta constante de proporcionalidad se conoce como constante de Henry.
La presencia de estos gases disueltos en el agua pueden ocasionar una serie de problemas, de los cuales la corrosión producida por el oxígeno y la acides por la presencia de CO2 y H2S son las más conocidas.
En los sistemas de calderas, la elevación de la temperatura del agua disminuye la solubilidad de los mismos haciendo que estos salgan de la solución, lo que provoca problemas de arrastre de gotas entre otros.
El caso del anhídrido carbónico es más complejo debido a la existencia de una serie de reacciones químicas donde juegan la alcalinidad, el pH, la temperatura, etc. Este gas se libera al calentarse el agua en el interior de las calderas, es arrastrado por el vapor y se disuelve nuevamente en el condensado, provocando en este último un descenso del pH con los consiguientes problemas de corrosión.
Dentro de la industria de bebidas y licores es común recurrir a la gasificación o desgasificación del agua, puesto que existe una lista muy variada de bebidas en las que se requiere la adición o bien la extracción de gases tales como: oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno e incluso compuestos del alcohol.
La presencia de aire en los sistemas de calefacción y climatización es un hecho indeseable junto con la inevitable presencia de una determinada cantidad de gases en un fluido, en función de las condiciones de presión y temperatura. En el caso del llenado y la puesta en marcha de las nuevas instalaciones, el aire puede crear efectos realmente peligrosos. Si añadimos que la mayoría de los componentes de una instalación son muy sensibles a la presencia de aire en las instalaciones de agua, el problema se agrava.
Por ello, en muchas aplicaciones es aconsejable o requisito necesario eliminar estos gases o al menos algunos de ellos. En muchos casos la eliminación de los gases disueltos no es selectiva y en otros sí.
Los procesos de desgasificación/eliminación/remoción de gases del agua para su uso industrial se pueden agrupar de la forma siguiente.
- Desaireación térmica.
- Desgasificación por vacío.
- Desgasificación química.
- Desgasificación por membranas.
- Combinación de técnicas.
Todos estos procesos se basan en la operación de transferencia de masa combinada con otros tipos de operaciones y procesos.
Desaireación térmica. El proceso más común de desgasificación para el agua de alimentación a calderas es la desaireación térmica, que consiste en calentar el agua hasta su punto de ebullición a baja presión (~110 ºC). A esta temperatura todos los gases son eliminados. Este sistema, si bien simple y eficiente, tiene el inconveniente de que requiere un suministro importante de energía para el calentamiento del agua, y el producto obtenido está muy caliente.
En el caso del agua de alimentación de calderas, antes o después es necesario calentar el agua, por lo que esto no constituye ningún problema. Sin embargo, en otras aplicaciones esto implica un costo de calentamiento, y luego de enfriamiento, muy elevado.
Desgasificación por vacío (desorción al vacío). En el proceso de desgasificación por vacío se suelen usar torres de relleno o torres empacadas, cuya finalidad es aumentar la superficies de contacto entre las fases liquida y la fase gas que entran en contacto directo. En el interior de la torre se mantiene un determinado grado de vacío extrayendo los gases que se liberan mediante un sistema adecuado de bombeo (eyectores, bombas de anillo líquido, etc.).
Desgasificación química. Tratamiento químico del agua. Los tipos de productos que se utilizan para la desgasificación del agua, principalmente para el uso en calderas son diferentes, dependiendo fundamentalmente de los gases a eliminar. Entre ellos podemos citar.
Desgasificación por membranas.
Los sistemas de desgasificación por membrana constará de contactores de membrana combinado en serie, paralelo o combinados, diseñados de acuerdo al el flujo de agua, las limitaciones de caída de presión y la concentración del soluto (gas) necesaria en la salida del sistema.
Figura 1. Principio de operación.
Los contactores trabajan en el principio básico de permitir que sólo (soluto-gas a eliminar) moléculas de gas pasen al otro lado de las membranas, donde se aplica un vacío o un gas de barrido (nitrógeno de alta pureza / aire limpio) a determinada presión. Las moléculas del soluto (gas a eliminar) en el lado del agua tiene una alta presión parcial en comparación con el lado de vacío, por lo que tienden a pasar a través de la membranas hidrófoba. Aquí, la alta pureza del gas de barrido se introduce en el lado de vacío para evitar que el soluto se concentrarse en el lado de vacío, lo que sustenta la eficiencia de transferencia de masa (diferencia de presión parcial).
La figura 1 muestra el principio básico de operación de la desgasificación por membrana, mientras que la figura 2 muestra las partes componentes de los contactores de membranas y las características de la fibra usada.
Los contactores de membrana de fibra hueca maximizan el área de contacto de la superficie para extraer eficientemente los gases (CO2, O2, y otros) sin usar sustancias químicas. Con la desgasificación por membranas es posible obtener concentraciones de oxígeno (O2) y de CO2 por debajo de ≤ 1 ppm.
Se usa una membrana de fibra para que entren en contacto directo una fase gaseosa y una fase líquida entre ellas. El líquido no penetrará el poro, ya que la fibra es hidrofóbica. El nivel de vacio oscila entre un nivel bajo (-200 mbar) y medio (-800 mbar) lo que depende en mucho caso del grado de separación que se desee alcanzar, es decir, concentración final del soluto (gas) a eliminar.
Las ventajas de este sistema radica fundamentalmente en.
Planta de eliminación de gases de aguas vía membranas. Eliminación de O2 y CO2
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