CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE ABLANDAMIENTO

CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE ABLANDAMIENTO
CONSIDERACIONES SOBRE EL PROCESO DE ABLANDAMIENTO
Se conoce como “dureza” del agua a ciertos cationes divalentes como el calcio y el
magnesio.
Estos cationes tienden a formar precipitados que se depositan sobre las superficies
mojadas. En algunos casos producen manchas que no son aceptables en algunos
procesos de lavados; en otros casos las incrustaciones producen con el tiempo
obstrucciones en las cañerías. Este último fenómeno se incrementa notoriamente con la
temperatura. Las incrustaciones de dureza es lo que comúnmente se denomina “sarro”
en las pavas y ollas de cocina. En las calderas este proceso es particularmente
problemático ya que las incrustaciones no solo restan sección de paso a los tubos de la
misma, sino que tienen características de aislante térmico, lo que hace que la
temperatura exterior de los tubos sea cada vez mayor para tratar de mantener la capacidad
de producción de la caldera. Finalmente, este incremento de la temperatura de trabajo
alcanza valores donde se produce la falla del tubo (pinchaduras). Por estas razones, sobre
todo en el agua de calderas, se trata de eliminar la dureza contenida en la misma.
Por analogía, al agua con un contenido bajo o nulo de dureza se la llama “blanda”, y al
proceso de eliminar o disminuir la dureza del agua, “ablandamiento”. Aunque menos
común, también es posible el uso de los términos agua “suave” y proceso de
“suavización”.
Existen varios métodos para la eliminación de la dureza, pero el más común de todos es el
proceso de ablandamiento por intercambio iónico.
En este proceso se utiliza una “resina” de intercambio iónico, de tipo catiónica fuerte.
Esta resina consiste en un material plástico (poliestireno) en forma de esferas de aprox.
0,5 mm de diámetro. A este material plástico, que constituye la matriz del intercambiador
iónico, se le han incorporado grupos activos (en este caso sulfónicos). De esta manera la
resina actúa como un conjunto de radicales ácidos (negativos), capaces de unirse con
otros radicales positivos (como los cationes de los distintos metales).
La resina en su conjunto presenta una mayor afinidad por los cationes divalentes que por
los monovalentes, y esta propiedad es utilizada en el proceso de ablandamiento.
La resina se coloca en un recipiente como si fuera la arena de un filtro, constituyendo un
manto a través del cual pasa el agua a tratar con una determinada velocidad.
La resina está inicialmente en estado sódico (todos sus sitios activos están unidos con
cationes sodio). Al pasar el agua, dada la mayor afinidad de la resina por los cationes
divalentes, libera los cationes sodio y retiene una cantidad equivalente de calcio y
magnesio.
Así, el agua sale sin dureza ya que el calcio y el magnesio han sido reemplazados por
sodio. La salinidad total del agua no se ha modificado, solo el tipo de cationes contenidos.
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Obviamente la resina tiene una cantidad determinada de sitios activos. Cuando
prácticamente todos ellos han liberado el sodio y retenido el calcio y magnesio, se dice que
la resina se ha “agotado”. A partir de este momento el agua que pasa a través de la resina
no sufrirá ninguna transformación.
Cuando la resina se ha agotado, es necesario “regenerarla”. Es decir, hay que volver a que
todos los sitios activos estén unidos a iones sodio. Para ello se pasa a través de la resina
una solución de cloruro de sodio (salmuera). De esta manera, la relativamente altísima
concentración de sodio fuerza el equilibrio en sentido contrario y los iones calcio y
magnesio son reemplazados por sodio, con lo que la resina está en condiciones de operar
nuevamente.
El equipo ablandador por intercambio iónico es, como se dijo anteriormente, similar a un
filtro de arena, solo que en lugar de arena tiene un manto de resina de intercambio iónico.
El cuadro de válvulas permite las distintas operaciones o etapas necesarias para la
operación y la regeneración.
En operación, el agua entra al tanque por la parte superior y desciende atravesando el
manto de resina y saliendo por la parte inferior del tanque.
Si existe algo de aire en las cañerías, este tenderá a separarse en el tanque del ablandador
y acumularse en la parte superior. Con el tiempo podría ir acumulándose en forma de un
colchón, lo que podría provocar una mala distribución a través del manto de resina. Para
evitar esto, en la parte superior del tanque se dispone de una válvula automática que
libera el aire que puede acumularse. En equipos más simples, esta válvula puede ser
manual y es el operador quién periódicamente la abre para permitir la eliminación del aire.
Cuando el equipo se agota, es necesario regenerarlo. La necesidad de regeneración puede
obtenerse por análisis del agua tratada o mas simple, por la cantidad de agua que ha sido
tratada (caudal integrado). El ablandador es sacado de servicio y entonces pueden
desarrollarse las distintas etapas del proceso de regeneración. Estas etapas se describen
a continuación.
1ra Etapa: Contralavado
El agua cruda es pasada en sentido inverso, es decir entrando por la parte inferior del
recipiente y saliendo por la parte superior.
De esta manera se logran dos cosas: descompactar el manto y eliminar la suciedad
que pueda haberse acumulado. En efecto, la resina actúa también como un filtro de arena
reteniendo sólidos en suspensión.
Normalmente el tiempo de contralavado es el suficiente para que el agua que atravesó la
resina salga del recipiente por la parte superior. Si había suciedad, esta ha sido arrastrada
fuera del recipiente. Habitualmente este tiempo es del orden de los 15 minutos. No existe
ningún problema en extenderlo más. Si el tiempo es mas corto, podría ser que la suciedad
no alcanzara a salir del tanque por la parte superior y se deposite nuevamente sobre la
superficie del manto de resina.
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El caudal de contralavado (en rigor, la velocidad ascensional dentro del tanque) no debe
sobrepasar ciertos valores (que dependen de cada tipo de resina). En función de este
caudal o velocidad el manto de resina se expande. Esta expansión debe producirse pero no
debe alcanzar valores tales que hagan que escape la resina por la parte superior del
recipiente.
2da Etapa: Regeneración
Esta etapa consiste en el pasaje de la salmuera (solución de cloruro de sodio,
habitualmente al 10%) a través del manto de resina. El caudal se selecciona para que el
tiempo de inyección (de contacto entre la salmuera y la resina) no sea inferior a 20
minutos.
La salmuera se agrega por la parte superior y atraviesa el manto de resinas saliendo por la
parte inferior del recipiente. En algunos equipos chicos se introduce por la conexión
superior del tanque, pero si el tanque tiene dimensiones importantes es conveniente
introducirla a través de un distribuidor dedicado, ubicado normalmente a unos 20 a 30 cm
sobre el manto de resina.
3ra Etapa: Desplazamiento
Esta etapa, llamada desplazamiento o lavado lento, consiste en introducir agua (sin sal) a
un caudal similar al de regeneración y por el mismo circuito, de modo de provocar el
desplazamiento del “pistón” de salmuera a través del manto de resina. La duración se
calcula para que toda la salmuera haya salido del equipo. De esta manera se logra un buen
tiempo de contacto entre la salmuera y la resina.
4ta Etapa: Enjuague
Finalizado el desplazamiento, se produce el enjuague. Este consiste en pasar agua en el
sentido normal de operación, es decir entrando por la parte superior y saliendo por la parte
inferior del recipiente. El caudal de enjuague es similar o algo menor al de operación. El
objeto del enjuague es eliminar las trazas de salmuera que puedan haber quedado en el
manto de resinas.
En los sistemas tradicionales el tanque se construye en acero al carbono, diseñado según
código ASME para la presión de trabajo, y revestido interiormente con epoxi (para evitar la
agresividad de la salmuera durante la regeneración).
El recipiente dispone de un colector inferior, normalmente construidos con strainers o
toberas plásticas, cuya abertura normalmente es de alrededor de 0,2 mm, lo que impide el
paso de la resina (diámetro medio de las partículas de resina alrededor de 0,5 a 0,6 mm).
Anteriormente, cuando no existían o al menos no eran comunes los strainers, la resina se
sostenía con un manto soporte de arena y grava dentro del cual se ubicaba un
distribuidor construido con caños perforados.
Las distintas etapas (operación, contralavado, regeneración, desplazamiento, enjuague)
se logran mediante un cuadro de válvulas con cuatro o cinco válvulas, que pueden ser de
accionamiento manual o automático. En este último caso se utilizan actuadores,
generalmente neumáticos, controlados por un sistema de control, que hoy es un PLC.
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Antiguamente se utilizaban programadores electromecánicos, o lógicas con relays y
temporizadores.
Desde hace algún tiempo, sin embargo, para equipos de tamaño no muy grande se han
comenzado a utilizar recipientes standards construidos en PRFV, lo que los hace mas
económicos y libres de mantenimiento. Adicionalmente se han desarrollado válvulas
multivía que permiten que una sola válvula pueda manejar todas las etapas requeridas.
Estas válvulas incluyen el eductor para la aspiración de la salmuera.
Las válvulas multivía pueden ser de accionamiento manual, con una simple palanca que a
medida que se gira va determinando las distintas etapas del proceso, o también pueden
ser automáticas. Estas últimas disponen de actuadores internos que operan con la propia
presión del agua, de modo que no se requiere el suministro externo de aire de
instrumentos. Un sistema de control, generalmente electrónico, permite programarle la
duración de las distintas etapas. Existen también válvulas multivía que son operadas con
un motor eléctrico, el que arranca y para controlado por un sistema de control, y de este
modo se va pasando de una etapa a otra.
Con equipos que no superan los 25 m3/h, la válvula multivía se monta en la conexión
superior del tanque (de 4”), de modo que el agua sale a través de un caño central (de 2”)
que baja hasta el fondo del tanque, donde se monta el colector con los strainers o toberas.
El agua entra a través del espacio anular que queda entre la conexión de 4”y el caño de 2”.
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