Desgasificación al vacío en el tratamiento de agua

El agua que parece limpia aún puede estar llena de problemas. Los gases disueltos (oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno y trazas de otros) son invisibles, pero provocan corrosión, interfieren con los procesos de tratamiento y crean dolores de cabeza en materia de cumplimiento. En el agua de alimentación de las calderas, el oxígeno disuelto corroe las tuberías de acero y los intercambiadores de calor. En el agua potable, el exceso de dióxido de carbono altera el pH y hace que la desinfección sea impredecible. En los circuitos de enfriamiento industriales, el aire disuelto provoca cavitación en la bomba y reduce la transferencia de calor.

La desgasificación al vacío es una de las formas más efectivas de eliminar estos gases. No es una idea nueva (las centrales eléctricas y las salas de calderas la han utilizado durante décadas), pero regulaciones más estrictas, mayores costos de energía y especificaciones de calidad del agua más exigentes la están empujando hacia nuevas aplicaciones en el tratamiento de agua municipal e industrial.

Este artículo explica qué hace la desgasificación al vacío, por qué es importante y cómo elegir el sistema adecuado para su proceso de tratamiento de agua.

Por qué los gases disueltos son un problema

Los gases disueltos en el agua no están ahí por casualidad. Entran por contacto con la atmósfera, mediante procesos de aireación o como subproductos de reacciones químicas. Una vez disueltos, permanecen en solución hasta que algo cambia: temperatura, presión o equilibrio químico.

Oxígenoes el más notorio. Incluso unas pocas partes por millón pueden provocar una corrosión grave en las calderas y tuberías de acero al carbono. El daño no siempre es evidente al principio; Comienza como picaduras y luego se acelera hasta convertirse en fugas y fallas. En los sistemas de calderas, la corrosión por oxígeno es una de las principales causas de paradas no programadas.

Dióxido de carbonose disuelve para formar ácido carbónico, lo que reduce el pH y hace que el agua sea agresiva con los metales y el hormigón. En el agua potable, complica el ajuste del pH y puede aumentar la demanda de productos químicos alcalinos. En agua industrial de alta pureza, incluso trazas de CO₂ interfieren con las mediciones de conductividad y resistividad.

NitrógenoEs mayormente inerte, pero cuando sale de la solución forma burbujas que causan cavitación en la bomba, reducen la eficiencia de la transferencia de calor y crean un funcionamiento ruidoso e ineficiente.

Otros gases(metano, sulfuro de hidrógeno, cloro y compuestos orgánicos volátiles) aparecen en aplicaciones específicas. Cada uno trae sus propios problemas, desde el olor hasta la toxicidad y el riesgo de explosión.

El denominador común es que todos ellos son no deseados. La desgasificación al vacío le ofrece una forma de eliminarlos.

Cómo funciona la desgasificación al vacío

El principio es simple: los gases se disuelven mejor a mayor presión y salen de la solución cuando la presión cae. En un desgasificador al vacío, el agua se expone a un entorno de baja presión (normalmente de 0,02 a 0,2 bar absolutos) donde los gases disueltos ya no son solubles. Abandonan la fase líquida y son arrastrados por el sistema de vacío.

La eficiencia del proceso depende de tres cosas:

• Área de superficie.Cuanta más superficie presenta el agua al vacío, más rápido escapan los gases. Esta es la razón por la que los desgasificadores utilizan empaques, bandejas o boquillas rociadoras para romper el agua en películas delgadas o gotas.

• Tiempo de residencia.El agua debe permanecer en el vacío el tiempo suficiente para que los gases se difundan fuera del líquido a granel.

• Nivel de vacío.Una presión absoluta más baja significa una menor solubilidad del gas. Un vacío más profundo elimina más gas, pero su producción también cuesta más.

En la práctica, la mayoría de los desgasificadores de tratamiento de agua logran una eliminación del 90 al 99 % del oxígeno disuelto y del CO₂. El rendimiento exacto depende del diseño del sistema y de la concentración de gas entrante.

Dónde se utiliza la desgasificación al vacío

Tratamiento de agua de alimentación de calderases la aplicación clásica. La eliminación del oxígeno disuelto y el CO₂ previene la corrosión en calderas, calentadores de agua de alimentación y líneas de retorno de condensado. Los sistemas de calderas modernos a menudo combinan la desgasificación al vacío con eliminadores químicos de oxígeno para una defensa de dos capas.

Tratamiento de agua potableutiliza desgasificación al vacío para eliminar el exceso de CO₂, ajustar el pH y mejorar la eficiencia de la desinfección. También se utiliza para eliminar compuestos orgánicos volátiles (COV) y radón del agua subterránea.

Agua de refrigeración industrialSe beneficia de la desgasificación porque el aire disuelto provoca cavitación en la bomba y reduce el rendimiento del intercambiador de calor. La eliminación del aire estabiliza el flujo y mejora la eficiencia energética.

Tratamiento de aguas residualesutiliza desgasificación al vacío para eliminar gases olorosos como el sulfuro de hidrógeno y para preparar agua para la filtración o descarga por membrana.

Sistemas de agua de alta pureza(farmacéuticos, semiconductores y centrales eléctricas) dependen de la desgasificación al vacío para lograr niveles ultrabajos de gas disuelto.

Elegir el sistema de vacío adecuado

La bomba de vacío es el corazón de cualquier sistema de desgasificación. Hay varias tecnologías disponibles, cada una con sus ventajas y desventajas.

Bombas de anillo líquidoson una opción común para la desgasificación del agua porque toleran la humedad y el arrastre de líquidos. Son robustos, simples y confiables. Sin embargo, consumen agua de foca y tienen una eficiencia energética moderada.

Bombas de tornillo secoOfrecen un funcionamiento sin aceite y alta eficiencia. Se especifican cada vez más para instalaciones nuevas donde la pureza del producto y los costos de energía son importantes. Requieren una buena separación aguas arriba para evitar la entrada de líquidos, pero los diseños modernos manejan bien el vapor de agua.

Sopladores de raícesA menudo se utilizan como impulsores en combinación con otras bombas para lograr un vacío más profundo o una mayor capacidad. No se utilizan solos para aplicaciones húmedas.

Eyectores de vaporson una opción donde hay vapor disponible y la electricidad es cara. No tienen partes móviles, pero consumen vapor y generan aguas residuales.

La elección correcta depende del nivel de vacío requerido, la carga de gas, la temperatura del agua y las prioridades de costos operativos de la instalación.

Consideraciones de diseño del sistema

Un desgasificador de vacío es más que una simple bomba. El sistema incluye un recipiente desgasificador, empaque o bandejas, distribución de agua, tuberías de vacío y controles. Cada componente afecta el rendimiento.

Diseño de embarcacionesDetermina qué tan bien el agua entra en contacto con el vacío. Las columnas empaquetadas ofrecen una gran superficie pero pueden infectarse con sólidos suspendidos. Los sistemas de pulverización son más simples pero menos eficientes. Los diseños de bandejas se encuentran en el medio.

Temperatura del aguaimporta porque la solubilidad del gas disminuye a medida que aumenta la temperatura. El agua caliente se desgasifica más fácilmente, pero también aumenta la carga de vapor en la bomba de vacío.

control de vacíoes esencial para un funcionamiento estable. Si el vacío es demasiado profundo, el agua puede convertirse en vapor. Si es demasiado superficial, la desgasificación será incompleta. Las válvulas de control automático y los transmisores de presión mantienen el punto de ajuste.

Materialesdebe resistir la corrosión de los gases que se eliminan. El dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno son particularmente agresivos. A menudo se especifican componentes de acero inoxidable o recubiertos.

Mantenimiento y solución de problemas

Los sistemas de desgasificación al vacío requieren relativamente poco mantenimiento, pero no están exentos de mantenimiento.

Rendimiento de la bombase degrada con el tiempo. El desgaste de los sellos, la corrosión interna y las incrustaciones reducen la eficiencia. El monitoreo regular del nivel de vacío y la corriente de la bomba detecta los problemas a tiempo.

Embalajes y bandejaspuede contaminarse con incrustaciones, crecimiento biológico o sólidos suspendidos. La limpieza o sustitución es periódica.

Fugas de vacíoson una causa común de bajo rendimiento. El aire que se filtra al sistema aumenta la presión absoluta y reduce la eficiencia de la desgasificación. Las pruebas de fugas deben ser parte del mantenimiento de rutina.

Calidad del aguaafecta la vida del sistema. El agua dura provoca incrustaciones; El agua corrosiva ataca los materiales. Puede ser necesario un tratamiento previo.

Resumen

La desgasificación al vacío es una forma comprobada y eficaz de eliminar los gases disueltos del agua. Previene la corrosión, mejora el rendimiento del tratamiento y ayuda a cumplir con los estándares de calidad del agua. La tecnología está bien establecida en el tratamiento del agua de alimentación de calderas y está encontrando nuevas aplicaciones en agua potable, refrigeración industrial y aguas residuales.

La selección de la bomba de vacío adecuada (anillo líquido, tornillo seco o sistema híbrido) depende de la aplicación específica, el nivel de vacío requerido y las prioridades operativas de la instalación. Un sistema bien diseñado brindará años de servicio confiable, protegiendo el equipo y garantizando la calidad del agua.

Preguntas técnicas frecuentes

P: ¿Cuál es el nivel de vacío típico para la desgasificación del agua?
R: La mayoría de los desgasificadores de agua funcionan entre 0,02 y 0,2 bar absolutos. El nivel exacto depende de los gases que se eliminan y de la eficiencia de eliminación deseada.

P: ¿Puede la desgasificación al vacío eliminar todo el oxígeno disuelto?
R: Puede eliminar entre el 90% y el 99% del oxígeno disuelto. Para el agua de alimentación de calderas, el oxígeno residual generalmente se maneja mediante eliminadores químicos para lograr los bajos niveles de ppb requeridos.

P: ¿Cuál es la diferencia entre la desgasificación al vacío y la desgasificación por membrana?
R: La desgasificación al vacío utiliza un recipiente de baja presión para extraer los gases. La desgasificación por membrana utiliza una membrana hidrofóbica para separar los gases del agua. Los sistemas de membrana son compactos pero se adaptan mejor a caudales bajos y aplicaciones de alta pureza.

P: ¿Cómo elijo entre un anillo líquido y una bomba de tornillo seco para desgasificar?
R: Las bombas de anillo líquido manejan bien la humedad y son robustas, pero consumen agua de sello. Las bombas de tornillo seco son más eficientes energéticamente y no contienen aceite, pero requieren una buena separación de líquidos. La elección depende de la calidad del agua, los costos de energía y los recursos de mantenimiento.

P: ¿Qué mantenimiento necesita un desgasificador al vacío?
R: Comprobaciones periódicas del nivel de vacío, la corriente de la bomba y el estado del sello. Se debe inspeccionar el embalaje o las bandejas para detectar incrustaciones. Las pruebas de fugas deben realizarse periódicamente. Es posible que sea necesario un tratamiento previo de la calidad del agua para evitar la formación de incrustaciones.