Guía para la operación y mantenimiento de sistemas de desinfección

OPS-COSUDE/03-07
GUÍA PARA LA OPERACIÓN Y
MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE
DESINFECCIÓN
Lima, 2007
Guía para la operación y mantenimiento de sistemas de desinfección
Contenido
Página
Introducción
........................................................................................................ 3
1
Objeto
........................................................................................................ 4
2
Definiciones............................................................................................................ 4
3
Aplicación............................................................................................................... 4
4
Operación de la producción de las soluciones madres ...........................................4
4.1
Por Disolución ............................................................................................ 4
4.2
Por Electrolisis ...........................................................................................5
4.2.1 Producción por celdas electrolíticas (fuente eléctrica o solar..................... 5
5
Calibración del equipo dosificador.........................................................................7
6
Operación y mantenimiento de sistemas de desinfección .....................................8
6.1
6.1.1
6.1.2
6.2
6.2.1
6.2.2
6.3
6.4
6.4.1
6.5
7
Bajo presión atmosférica ............................................................................8
Tanque con válvula flotador tubo c/orificio en flotador.............................8
Sistema vaso/botella .................................................................................10
Bajo presión positiva o negativa...............................................................11
Bomba diafragma (positiva) ....................................................................11
Dosificador por succión (negativa) .........................................................13
Dosificador de Carga constante o por goteo ............................................14
Erosión...................................................................................................... 15
De tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio.........................................15
Hipoclorador de flujo difusión .................................................................17
Bibliografía
.....................................................................................................18
2
Introducción
Este documento está dirigido a técnicos encargados de la operación y mantenimiento de los
sistemas de desinfección del agua en sistemas rurales. Presenta las pautas para mantener
correctamente un sistema de desinfección, lo cual nos permitirá asegurar que la familia
consuma agua de buena calidad, evite la prevalencia de enfermedades de origen hídrico y
disminuir los gastos en sus reparaciones.
Se incluye información de la operación y mantenimiento, de los equipos dosificadores del
desinfectante. En el caso de la operación, se desarrollarán las acciones adecuadas y
oportunas que se efectuarán para que los sistemas de desinfección, funcionen en forma
continua y eficiente. Asimismo, con la finalidad de prevenir o corregir daños en los
sistemas de desinfección, se desarrollarán dos tipos de mantenimiento, preventivo y
correctivo. En el primer caso, para evitar los problemas de funcionamiento y, en el
segundo, para reparar los daños causados por acciones extrañas o imprevistas o deterioros
normales del uso.
3
Guía para la operación y mantenimiento de sistemas de desinfección
1
Objeto
Proporcionar la información necesaria para la operación y mantenimiento de sistemas de
desinfección del agua, para sistemas de abastecimiento de agua en el medio rural.
2
o
o
o
o
o
o
o
3
Definiciones
Operación.- Conjunto de acciones adecuadas y oportunas que se efectúan para que
todas las partes del sistema funcionen en forma continúa según las especificaciones
de diseño.
Mantenimiento.- Conjunto de acciones que se realizan con la finalidad de prevenir
o corregir daños que se produzcan en los equipos o instalaciones durante su
funcionamiento.
Mantenimiento correctivo.- Acciones que se realizan para reparar daños que se
producen por efectos del deterioro o mal funcionamiento de un sistema y que no ha
sido posible evitar con el mantenimiento preventivo.
Mantenimiento de emergencia.- Es aquel que se realiza cuando el sistema o
equipos ha sufrido daños por causa imprevista y requiere solución rápida.
Mantenimiento preventivo.- Serie de acciones de conservación que se realizan con
una frecuencia determinada en las instalaciones y equipos para evitar fallas en su
funcionamiento.
Mantenimiento Predictivo: Es la sustitución de piezas cuando es posible predecir
su falla por antigüedad o condiciones de trabajo.
Operador.- Persona calificada y responsable de operación y mantenimiento de las
instalaciones del sistema.
Aplicación
La aplicación de la guía será en sistemas rurales y pequeñas localidades.
4
4.1
Operación de la producción de las soluciones madres
Por Disolución
Cuando se emplea el cloro se aplica a través de un equipo dosificador, para esto se deberá
proceder a su disolución, de acuerdo con el mecanismo de dosificación del equipo a
utilizar. Las fórmulas que rigen la cantidad de agua de disolución requerida para obtener
una solución de hipoclorito con una concentración de cloro activo que permita su fácil
manejo y control por el equipo dosificador, son las que se indican en el Cuadro 5.
4
Cuadro Nº 1. Disolución del cloro
A partir
de:
Descripción
Agua de
disolución
requerida
Hipoclorito de sodio
hipoclorito de calcio
Es comercializado en forma líquida en
concentraciones variables de cloro activo,
como ya se indicó, siendo la presentación
de 10% la más comúnmente empleada.
Es comercializado en forma de sólido. El
contenido de cloro activo de este producto es
variable según su presentación, siendo la de
60% una de las más comúnmente empleadas.
Definida la concentración final de la
solución de cloro (Cf) a ser empleada por el
equipo dosificador, se aplica la siguiente
ecuación para obtener el volumen del agua
de disolución (Vf) que será agregada a la
solución matriz:
Definida la concentración final (Cf) a ser
empleada por el equipo dosificador, se aplica
la siguiente ecuación para obtener el volumen
del agua de disolución (Vf) en litros que será
agregada a la masa de hipoclorito de calcio
sólido:
Vf =(Co.Wo)/ Cf
Vf = (Co.Vo/ Cf) – Vo
Donde:
Co = Concentración inicial de la sol. Matriz (g/l)
Vo = Volumen inicial de la sol. Matriz (l)
Cf = Concentración final de la sol. Diluida (g/l)
Ejemplo
4.2
Es usual emplear en estos casos tanques de
200 lt que almacenan soluciones de 2% de
cloro activo para ser dosificadas. Si se
cuenta con 40 lt de hipoclorito de sodio al
10% (solución. Matriz), haciendo el cálculo
se verá que el volumen de agua de
disolución a agregar deberá ser igual a 160
litros.
Donde:
Co = Porcentaje en peso de cloro activo
Wo = Peso del sólido de hipoclorito de calcio (Kg)
Cf = Concentración de cloro activo en solución (g/l)
Si se dispone de 1 kg (Wo=1.000 g) de
hipoclorito de calcio de concentración 60%
(Co=0,6) en peso y se desea obtener una
solución para dosificar de concentración 2%
(Cf=0.02), el agua a agregar será igual a 30
litros.
Por Electrolisis
4.2.1 Producción por celdas electrolíticas (fuente eléctrica o solar)
Un problema que puede ocurrir con ciertos tipos de dispositivos es la acumulación de
depósitos en los electrodos (o la membrana que utilizan algunos equipos) debido a la
presencia de calcio y magnesio en la sal.
Los ánodos de titanio con revestimiento de óxido de iridio o rutenio generalmente son muy
duraderos (entre 4 y 6 años) y los de grafito (que algunos equipos utilizan en vez del
titanio) duran alrededor de 1 año. Los ánodos de titanio se pueden limpiar en una solución
de ácido clorhídrico.
5
Operación:
1.
2.
3.
4.
Preparar la salmuera en una relación de 30 gramos por cada litro de agua
Introducir el electrodo en la solución de salmuera
Seleccionar el tiempo requerido
Seleccionar la corriente (Amp) deseable de trabajo de acuerdo al modelo (ver cuadro de
Amperaje de acuerdo a cada tipo de celda)
5. Terminada la producción retirar la celda agregar la cal y dejar reposar por dos horas
6. Luego conectar el dosificador de flujo constante (por goteo) para la desinfección del
agua.
Fig. 1 Proceso de producción de hipoclorito de sodio por electrolisis
Cuadro Nº 1: Características de equipos productores de hipoclorito de sodio
Marca
Sanilec
Dipcell
Clorid
Aquachlor
Modelo
Características
Corriente eléctrica
Capacidad
Amp
Gr Cl2/h
2
6
Mini
A
B
C
L-30
AC-5
AC-25
40 - 45
50 - 55
4.5 – 4.7
12 – 15
30
60 – 68
12 – 14
5
17 - 19
6
45
100
9 – 10
20 – 25
40 – 45
100 – 110
15
5
20 - 25
Fig.2 Producción de hipoclorito de sodio por electrolisis
Mantenimiento:
Fuente:
1.
2.
3.
4.
Limpiar cada 2 ó 3 meses
Antes de la limpieza desconectar la fuente del suministro eléctrico
Desconectar la celda
Limpiar el polvo del disipador de energía y del transformador con una brocha
Electrodo:
1. Preparar solución de vinagre con agua en una relación de 1 a 3
2. Introducir el electrodo en la solución durante dos horas
5
Calibración del equipo dosificador
Uno de los pasos previos a la puesta en operación de los dosificadores es la calibración del
equipo dosificador para aplicar la cantidad óptima de producto, la cual depende de tres
factores:
o
o
o
Las características físicas del producto a emplear: líquido o sólido.
La dosis de cloro necesaria para obtener la concentración de cloro residual esperada
al extremo de la red.
El caudal de agua a desinfectar. En caso de que no sea factible controlar las
variaciones de caudal, por ejemplo en manantiales, se deberá considerar el caudal
máximo de la fuente.
La dosis de cloro, se obtendrá a través del estudio de la demanda de cloro y de la
concentración de cloro residual esperada, la cual está usualmente definida por las normas
de calidad del agua que rigen en el país.
7
El caudal de agua a tratar, no sólo condiciona la cantidad de cloro a dosificar, sino también
el tipo de equipo que se adapte mejor a esta necesidad. El procedimiento de calibración
varía según el equipo dosificador, y éste a su vez depende del caudal de agua a desinfectar.
Tomando en cuenta estos factores, los equipos dosificadores que se encuentran disponibles
en el mercado y aplicables a los sistemas rurales se pueden clasificar en dosificadores
mecánicos y bombas dosificadoras para solución líquida. La calibración de estos equipos
puede realizarse manualmente y automáticamente. En el Cuadro No. 2 se resume el método
de calibración a emplearse en función del equipo dosificador.
Cuadro Nº 2. Calibración del equipo dosificador
Equipo
Dosificador
Dosificador mecánico y bomba dosificadora - Para solución
líquida
Descripción
Para determinar la cantidad de hipoclorito solución a inyectar se
emplea la misma ecuación utilizada para determinar la cantidad de
agua de disolución. Es importante disponer de dos tanques de
disolución de dimensiones adecuadas que permitan un abastecimiento
continuo de solución de cloro al dosificador mecánico o tanque
regulador con bomba dosificadora.
M = (D x Q)/C
La cantidad a
dosificar se
calcula a partir de
la siguiente
Fórmula
Ejemplo
6
6.1
Donde:
M (l/hr) = Cantidad de cloro a dosificar.
D (mg/l) = Dosis de cloro.
Q (l/hr) = Caudal de agua a tratar.
C (mg/l ) = Concentración de la solución
Para una dosis de cloro equivalente a 4 mg/l en una fuente con caudal
de 10,000 l/hr y una concentración de solución de hipoclorito de 2%,
se requiere suministrar 2 l/hora.
Operación y mantenimientote de dosificadores
Bajo presión atmosférica
6.1.1 Tanque con válvula flotador y tubo con orificio en flotador
Operación
o
o
o
La operación es sencilla, fácil de mantener y reparar
No se requieren operadores especializados. Estos pueden ser adiestrados fácilmente en
un breve periodo de tiempo.
La preparación manual de la solución de hipoclorito se tiene que hacer con mucho
cuidado Cuando se usa hipoclorito de calcio, la concentración de la solución debe ser
entre 1% y 3% de cloro disponible para impedir la formación excesiva de depósitos y
sedimentos de calcio.
8
o
o
o
o
Las soluciones de hipoclorito de sodio pueden ser de hasta el 10%. Las concentraciones
mayores no son aconsejables porque pierden potencia rápidamente y si son muy altas se
pueden cristalizar.
La puesta en marcha del dosificador, se iniciara con la descarga en forma controlada del
contenido del recipiente dentro del tanque de almacenamiento o en el pozo donde se
encuentra el agua a tratar. La dosificación se realizara por medio del tubo de abasto el
cual, dentro del recipiente, se mueve verticalmente gracias al flotador y una manguera
flexible a la que está conectado.
Se recomienda que el hipoclorador se ubique de tal manera que el suministro del cloro
se haga lo más cercano posible a la entrada de agua al tanque, con el propósito de lograr
una buena mezcla en un tiempo corto.
La solución de cloro entra al tubo de abasto por un pequeño orificio que, gracias al
flotador, esta siempre a la misma profundidad dentro de la solución del cloro por lo que
la presión en el orificio será la misma; de allí el nombre de dosificador de carga
constante.
Fig. 3 Sistema de tanque con válvula flotador
Fig. 4 Sistema de tubo con orificio en flotador
Mantenimiento - frecuencia
o
o
o
Verificar que el dosificador se mantenga limpio, que esté fluyendo la dosificación
adecuada, que la solución del tanque no se haya agotado o debilitado en su
concentración, que no haya cambio de flujo, etc.
La limpieza se deberá realizar en forma semanal
La inspección en forma mensual
9
o
o
o
o
o
Se deberá usar un filtro para retener el material particulado.
Aunque el mantenimiento es rápido y simple deben ser frecuentes
Estos dispositivos son muy seguros, sin embargo, es preciso disminuir los riesgos por
salpicaduras y derrames. La superficie del piso debe escurrir hacia fuera de los tanques,
los canales de mezcla y las cámaras de contacto. Se debe ubicar un grifo y un fregadero
en un lugar conveniente para lavarse la piel o la ropa en caso de accidentes.
Al preparar las soluciones madre deben usarse guantes de goma, delantales y una
mascara facial.
El control analítico es muy simple. Existe una gama de comparadores de cloro residual
sencillos y baratos
6.1.2 Sistema vaso/botella
Operación
o
o
La operación de este equipo es por demás sencilla.
Una vez realizadas las conexiones respectivas, se
deberá agregar la solución de hipoclorito
verificándose que en los conductos no exista aire.
Luego, utilizando la válvula se procede a regular la
dosis suministrada.
Mantenimiento - frecuencia
o
o
o
Si la solución en el tanque se termina y el
dosificador se “seca”, el flotante caerá y al ser
llenado nuevamente puede volver a ocurrir un
nuevo desacomodamiento, por lo que se sugiere no
dejar secar el recipiente con la solución en el
tanque.
Otro pequeño detalle a tener en cuenta es el
relativo a insolubles. Debido a que los conductos
son relativamente estrechos, se debe usar
hipoclorito líquido de preferencia y no olvidar
colocar un filtro para eliminar el material
particulado.
Al preparar las soluciones madre deben usarse
guantes de goma, delantales y una mascara facial.
10
Fig. 5 Dispositivo vaso/botella
6.2
Bajo presión positiva o negativa
6.2.1 Bomba diafragma (positiva)
Operación
Este tipo de clorador emplea una bomba de diafragma de desplazamiento positivo como el
que se muestra en la figura 6. El Diafragma flexible, hecho de material resistente a los
efectos corrosivos de las soluciones de hipoclorito, es accionado por una leva o biela de
pistón excéntrico. Con cada recorrido de la biela, el diafragma flexible bombea la solución
de hipoclorito hacia el abastecimiento de agua. Dos válvulas de retención, una en el
extremo de succión y la otra en el extremo de descarga, aseguran el flujo unidireccional de
la solución de hipoclorito.
Para accionar las bombas de diafragma es usando un motor eléctrico. Las de accionamiento
hidráulico son menos comunes esta ultima se puede usar cuando no se dispone de una
fuente fiable de energía eléctrica. La selección del accionador específico para el
hipoclorador dependerá de las características de cada caso.
Fig. 6. Esquema de operación de una bomba de diafragma
Fig. 7. Hipoclorador de diafragma de desplazamiento positivo alimentando una tubería a presión
11
o
o
o
La exactitud y la uniformidad de la dosificación pueden obtenerse si el equipo se
mantiene libre de precipitados y depósitos en las válvulas. Generalmente se
recomienda una concentración de 1 a 3% para las soluciones madre de hipoclorito
de calcio para alcanzar un equilibrio económico entre los costos de bombeo y el de
evitar la precipitación de calcio en las válvulas de retención y la cámara del
diafragma.
Se deberá tener especial atención cuando el agua es dura o tiene altos contenidos de
sólidos disueltos, o cuando se emplee cal clorada disuelta.
Se recomienda el empleo de soluciones de hipoclorito de sodio menores a 10% para
evitar precipitados y mantener la estabilidad del cloro.
Mantenimiento - frecuencia
o
o
o
o
o
o
o
El caudal de las bombas de diafragma puede regularse para ajustar la dosificación de
la solución de hipoclorito, ajustando ya sea la frecuencia o la longitud del recorrido
de la biela.
Revisar periódicamente en control automático de arranque-parada
El mantenimiento debe ser continuo y adecuado.
Como la bomba de diafragma está formada por piezas metálicas, puede sufrir
corrosión y por tanto se afecta su vida útil. Por este motivo es preciso cambiar la
bomba periódicamente.
Las válvulas de retención están expuestas a la deposición de calcio, por lo que hay
que limpiarlas con una solución ácida para evitar un funcionamiento deficiente y
tener que reemplazarlas con mayor frecuencia cuando pierdan su elasticidad debido
a la oxidación
Es preciso, también, tener cuidado en el manipuleo de las soluciones de hipoclorito.
Estas son sumamente corrosivas y por consiguiente las herramientas y los
recipientes utilizados para prepararlas, deben ser de plástico, cerámica u otro
material resistente a la corrosión.
El personal debe ser adiestrado en el manejo de derrames y en los procedimientos
correctos para la operación y mantenimiento del equipo.
12
6.2.2 Dosificador por succión (negativa) tipo Venturi
Operación
o
o
o
o
La operación de este tipo de clorador se basa
en el mismo principio que el de eyector
empleado en los cloradores a gas. El vacío
creado por el flujo del agua a través de un tubo
Venturi, succiona la solución de hipoclorito y
la descarga directamente en la corriente de
agua principal o en una corriente de
derivación.
La dosificación se regula ajustando una válvula
de aguja instalada entre el dispositivo Venturi
y el rotámetro, tal como lo muestra la figura 8.
Los equipos Venturi no se deben utilizar en
condiciones de fluctuaciones amplias en el
flujo y de presión que exceden el régimen
operacional de éstos.
Solo se deben usar instrumentos Venturi
fabricados específicamente para soluciones
oxidantes fuertes.
Fig. 8. Esquema de operación de l Venturi
Fig. 8. Esquema de una instalación de hipoclorador tipo Venturi.
13
Mantenimiento - frecuencia
o
o
o
o
o
6.3
Los hipocloradores del tipo Venturi no son muy precisos, especialmente cuando el flujo
varía mucho, en consecuencia, en estos casos es necesario ajustar con frecuencia la
dosificación.
El Venturi de material acrílico tiene ventajas porque permite al operador determinar
visualmente cuando hay que limpiarlo, y además es muy resistente al hipoclorito.
Todos los Venturi son sensibles a los depósitos de calcio que se pueden producir ya sea
provenientes de la solución de hipoclorito o del agua dura.
Los Venturi se deben limpiar rutinariamente, si fuera necesario con ácido para eliminar
los depósitos más duros y otros precipitados o sedimentos.
La mayoría de los empaques de las juntas, válvulas de retención, resortes y juntas con el
tiempo se deterioran por estar en contacto con el hipoclorito, por lo que deben
reemplazarse periódicamente. Estas piezas de repuesto deben ser del material apropiado
y estar a mano en todo momento.
Dosificador de Carga constante o por goteo
Operación
o
o
o
o
La operación se inicia al conectar la entrada del dosificador a la salida del tanque de
almacenamiento del desinfectante, para esto se hace uso de una unión universal.
Con una segunda unión universal se conecta la tubería de alimentación desde el
dosificador al punto de aplicación.
Asegúrese que el control de dosificación esté cerrado. Abra la llave del tanque de
almacenamiento de hipoclorito para llenar el dosificador.
Lleno el dosificador retire la unión universal inferior y gire el dispositivo de control
hasta obtener el caudal de aplicación del desinfectante. Puede ayudarse con un
recipiente de volumen conocido (o una probeta) y un cronometro.
Fig. 9. Esquema de una instalación de hipoclorador de carga constante.
14
o
o
o
Calibrado el dosificador, vuelva a colocar la unión universal. El sistema estará listo
para aplicar en el punto de cloración.
El sistema de hipocloración debe aplicarse preferiblemente en el ingreso del agua al
tanque de almacenamiento, con el fin de disminuir la producción de elementos
orgánicos como plantas, raíces, etc.
El hipoclorador funciona en captaciones de agua con caudal “constante”, por lo que
se recomienda aforar mensualmente el caudal de ingreso para efectuar los
respectivos ajustes. Cuando las variaciones del caudal son notorios, es aconsejable
aforar semanalmente.
Mantenimiento - frecuencia
o
Debido a que el dosificador es desmontable, el mantenimiento de las piezas que la
conforman resulta fácil de realizar.
La limpieza del dosificador se sugiere realizar cada semana
6.4
Erosión
o
6.4.1 De tabletas y píldoras de hipoclorito de calcio
Operación
Los dosificadores por erosión de tabletas y los de píldoras son sencillos de operar. El
equipo se calibra, de manera sencilla pero no muy precisa, por medio de un ajuste de la
profundidad de inmersión de una columna de tabletas o de la velocidad ó caudal que se
hace pasar por la cámara de disolución. Una vez calibrado el equipo, si no hay grandes
variaciones en el flujo, normalmente requieren de poca atención, excepto para cerciorarse
de que el depósito esté lleno de tabletas para asegurar una dosificación continua.
Mantenimiento - frecuencia
El mecanismo del dosificador de tabletas se debe inspeccionar con regularidad para detectar
de que no haya obstrucciones, teniendo cuidado de limpiarlo bien, volver a ponerlo en la
posición correcta y calibrarlo. La inspección y el rellenado de tabletas dependerán de la
instalación específica y serán una función de la dosificación de cloro y el volumen de agua
tratada. Debido a la sencillez de operación del equipo, el personal se puede adiestrar
rápidamente.
En cuanto a la seguridad, en general, las tabletas de hipoclorito son más fáciles y más
seguras de manejar y almacenar que otros compuestos de cloro; sin embargo, es necesario
tener precauciones de seguridad mínimas. Es importante no usar tabletas destinadas a
piscinas, porque suelen contener isocianurato, un compuesto químico, que tal como se ha
explicado no es recomendado para el consumo humano prolongado.
15
Fig. 10. Operación de un dosificador de tabletas de hipoclorito de calcio
Fig. 11. Esquema de operación de dosificador de tabletas de hipoclorito de calcio
Fig. 12. Operación de una instalación típica de un dosificador de píldoras de
hipoclorito de calcio
16
6.5
Hipoclorador de flujo difusión)
Operación:
o
o
o
Retirar la tapa superior y el disco de resina de poliéster. (figura 14)
Preparación de la masa de hipoclorito de calcio (30 -35 %). En un recipiente agregar
una parte de agua por dos partes de hipoclorito de calcio, mezclar bien. En el
momento de cargar el hipoclorador use una varilla de plástico o de madera para
evitar la formación de espacios vacíos. (figura 15)
Colocar el disco de resina y la tapa; luego, sumergir el hipoclorador en un balde de
80 litros, dejarlo reposar cinco minutos; después de este lapso colocarlo en el
reservorio sujetándolo del asa. (figura 16)
Fig. 13. Elementos del Hipoclorador de
flujo difusión
Fig. 14. Hipoclorador sin tapa y resina
17
Fig. 15. Proceso de recarga del hipoclorito
de calcio
Fig. 16. Hipoclorador con hipoclorito
Mantenimiento - frecuencia
o
o
o
o
7
Para realizar la limpieza se procede a quitar la tapa y el disco de resina, luego con
una varilla de plástico o de madera raspar las paredes internas de los tubos
perforados tratando de eliminar las impregnaciones calcáreas que se pudieran
formar.
Con agua y una escobilla plástica o trapo limpie la parte externa.
Finalmente lavar con agua limpia.
Para poner en operación nuevamente proceder como se indica en los pasos indicados
para operación.
Bibliografía
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18
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