ÍNDICE

I. INTRODUCCIÓN....................................................................................................................3

II. RESUMEN............................................................................................................................4

III. ANTECEDENTES...............................................................................................................5

3.1. EL AGUA.................................................................................................................................5

3.2. PROPIEDADES DEL AGUA..........................................................................................5

3.3. CICLO HIGROLÓGICO................................................................................................6

3.4. El AGUA SUPERFICIAL................................................................................................8

3.5. El AGUA SUBTERRANEA...........................................................................................12

3.6. MÉTODOS DE PURIFICACIÓN DEL AGUA...........................................................15

3.7. DESTILACIÓN..............................................................................................................16

3.8. LIMITACIONES DEL MÉTODO PURIFICACIÓN POR DESTILACIÓN...........16

3.9. DEIONIZACIÓN...........................................................................................................18

3.10. ÓSMOSIS INVERSA.................................................................................................19

3.11. PROPIEDADES DEL AGUA DESTILADA............................................................20

3.12. ESPECIFICACIÓN PARA EL AGUA DE GRADO REACTIVO.........................20

3.13. CALIDAD DEL AGUA DESTILADA......................................................................21

3.14. IMPORTANCIA DE LA PUREZA DEL AGUA EN LOS ANÁLISIS DEL LABORATORIO CLÍNICO.....................................................................................................22

3.15. MONTAJE DE UN SISTEMA DE PURIFICACIÓN DE AGUA CASI IDEAL. .24

3.16. AGUA DESTILADA VS. AGUA POTABLE PARA EL CONSUMO HUMANO25

3.17. MERCADO DEL AGUA DESTILADA...................................................................28

3.18. USOS Y PROPIEDADES DEL AGUA BIDESTILADA.........................................29

IV. OBJETIVOS.......................................................................................................................31

4.1. OBJETIVO GENERAL..............................................................................................................31

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS........................................................................................31

V. METODOLOGÍA..................................................................................................................32

5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO..................................................................................................33

5.1.1 Recepción de agua potable.....................................................................................33

5.1.2. Bombeo a los equipos de filtración................................................................................33

5.1.3. Filtro de arena a presión................................................................................................33

5.1.4. Catalizador Mixto..........................................................................................................34

1

5.1.5. Catalizador Catiónico......................................................................................................34

5.1.6. Captación de agua bidestilada........................................................................................34

5.1.7. Bombeo final..................................................................................................................34

5.1.8.- ultravioleta....................................................................................................................34

5.1.9.- evaporador....................................................................................................................35

5.1.10.- condensador...............................................................................................................35

5.2. CÁLCULOS DE LOS EQUIPOS:................................................................................35

5.2.1. CISTERNA..............................................................................................................35

5.2.2. BOMBA...................................................................................................................36

5.2.3. DISEÑO DE FILTRO DE ARENA A PRESIÓN...................................................38

5.2.4. DISEÑO DEL CATALIZADOR MIXTO................................................................40

5.2.5. DISEÑO DEL CATALIZADOR CATIÓNICO......................................................43

5.2.6. CALDERA...............................................................................................................45

5.2.7. CONDENSADOR....................................................................................................46

VI. RESULTADOS...................................................................................................................47

VII. CONCLUSIÓN...................................................................................................................48

VIII. BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................49

IX. ANEXOS.............................................................................................................................50

9.1. Diagrama de procesos...........................................................................................................50

Proceso 1..........................................................................................................................................50

Proceso 2..........................................................................................................................................50

2

I. INTRODUCCIÓN

A través de la historia, el hombre ha necesitado de un suministro adecuado de agua para su

alimentación, seguridad y bienestar. El agua es una necesidad universal y es el principal

factor limitante para la existencia de la vida humana.

El agua es un compuesto de hidrógeno y oxigeno, su formula química es H2O, indica que

cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El agua a pesar

de ser un líquido inodoro e insípido es en realidad una sustancia química de reacciones

esenciales para la visa.

La destilación es el método clásico de purificación del agua; es el método más viejo de

purificación empleado en los laboratorios. Como sugiere el nombre, en el proceso se

calienta y vaporiza agua pasando a vapor y se condensa el vapor para producir agua de una

calidad superior a la que se emplea para la destilación. Las impurezas no volátiles en el

agua se quedan en el destilador durante el proceso. Con objeto de evitar la corrosión

metálica y contaminación del agua que se destila, los destiladores se hacen de acero

inoxidable o cobre plateado con estaño. En los últimos años, se dispone de destiladores

completamente de vidrio. El agua destilada en vidrio está también libre de trazas de

metales, las cuales se arrastran algunas veces al destilar con destiladores metálicos.

3

II. RESUMEN

Este trabajo se elaboró para conocer los parámetros de fabricación de una planta de agua

que sea capaz de producir 40 Gal/min de agua bidestilda.

Durante este semestre, se obtuvieron conocimientos suficientes para la realización de este

trabajo, realizando los cálculos adecuados y eligiendo los equipos adecuados para la

realización de dicho proyecto.

Para la producción de agua del grado reactivo del tipo I recomendado por el CAP para uso

en laboratorios, una destilación es inadecuada. Como se presenta en la tabla. Incluso

después de una triple destilación, el agua tiene una resistencia específica de unos 2

megohms. En vez de una doble o triple destilación, es mejor hacer una destilación y

después pasar el agua por una o dos columnas de deionización para obtener una resistencia

específica superior a 10 megohms. Si la prueba del permanganato indica que hay demasiada

materia orgánica remanente en el agua, debe pasarse también por una columna de carbón

vegetal activado, la cual elimina los organismos por adsorción.

La destilación debe considerarse como un método obsoleto y caro para la purificación de

agua en el laboratorio. Los sistemas de purificación del agua del futuro no tendrán unidades

de destilación.

4

III. ANTECEDENTES

3.1. EL AGUA

A través de la historia, el hombre ha necesitado de un suministro adecuado de agua para su

alimentación, seguridad y bienestar. El agua es una necesidad universal y es el principal

factor limitante para la existencia de la vida humana. La destrucción de las cuencas

naturales hidrográficas ha causado una crítica escasez de la misma, afectando extensas

áreas y poblaciones. Sin embargo, a través de la tecnología conocida como captación

("cosecha") del agua, granjas y comunidades pueden asegurar el abastecimiento del agua

para uso doméstico y agrícola.

La captación consiste en recolectar y almacenar agua proveniente de diversas fuentes para

su uso benéfico. El agua captada de una cuenca y conducida a estanques reservorios puede

aumentar significativamente el suministro de ésta para el riego de huertos, bebederos de

animales, la acuicultura y usos domésticos.

III.2. PROPIEDADES DEL AGUA

El agua es un compuesto de hidrógeno y oxigeno, su formula química es H2O, indica que

cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. El agua a pesar

5

de ser un líquido inodoro e insípido es en realidad una sustancia química de reacciones

esenciales para la visa.

El agua purificada, como su nombre lo dice es agua potable que se somete a diferentes

procesos de purificación, para lograr los estándares de calidad. La cloración o desinfección

del agua se logra mediante la adición de hipoclorito de sodio al 5% (conocido comúnmente

como cloro) al agua, el cual elimina la mayoría de bacterias, hongos, virus, esporas y algas

presentes en el agua.

III.3. CICLO HIGROLÓGICO

La circulación del agua en sus diferentes formas alrededor del mundo se conoce como el

ciclo hidrológico (Figura 1). El hombre puede captar el agua eficientemente en ciertos

puntos de éste ciclo. El comprender cómo el agua circula alrededor de la tierra ayuda en la

selección de la tecnología más apropiada para su almacenamiento.

En el ciclo hidrológico, el agua se evapora de la superficie terrestre al ser calentada por el

sol.

Esta luego regresa a la tierra en forma de lluvia, nieve, granizo, o neblina. Entre más alta

sea la temperatura de la masa de aire, mayor será la cantidad de vapor que ésta puede

acarrear. En la medida en que la masa de aire se enfría, el vapor cambia a estado líquido y

6

forma gotas que caen por su propio peso. Mientras el aire es elevado sobre las montañas,

éste se enfría por expansión al chocar con masas de aire caliente y por el calor del aire

húmedo cercano a la superficie de la tierra (enfriamiento por convección).

Fig. 1.- Ciclo hidrológico

El agua que se evapora de los océanos es la fuente más importante de humedad atmosférica.

Sin embargo, ésta también se puede evaporar de otros cuerpos de agua y de la superficie de

la tierra. La transpiración de las plantas (evapo-transpiración) es otra fuente de humedad

atmosférica. En las plantas el agua es absorbida por las raíces, pasa a los tallos, atraviesa a

las hojas para finalmente evaporarse a la atmósfera. Por ejemplo, una hectárea de maíz

puede transpirar diariamente a la atmósfera de 7000 a 10000 galones de agua.

7

III.4. El AGUA SUPERFICIAL

Al caer, parte de la lluvia fluye superficialmente por canales naturales de drenaje. Esta agua

de escorrentía eventualmente llega a ríos, lagos y océanos. Sin embargo, la mayor parte de

ésta precipitación se infiltra en el suelo y pasa a ser parte del agua subterránea. Antes de su

evaporación, el agua puede ser represada sobre la superficie de la tierra para su uso

posterior.

La escasez de agua en varias regiones del mundo puede aliviarse captando el agua de

escorrentía. Los criterios para determinar cuál es el mejor método para represar el agua

incluyen: 1) el objetivo por el cual ésta se recolecta; 2) la pendiente del terreno; 3) las

características del suelo; 4) los costos de construcción; 5) la cantidad, intensidad y

distribución estacional de las lluvias; 6) factores sociales tales como la tenencia de la tierra

y las prácticas tradicionales del uso del agua. Las figuras 3 a la 9, ilustran métodos y

sistemas utilizados para captar el agua.

8

Figura 2: En las terrazas se puede represar eficientemente el agua para su uso en el riego de campos de arroz y de otros cultivos.

Figura 3: Estructuras en forma de cajas construídas con mallas de alambre son muy populares en África.

9

Figura 4: Las estructuras en forma de cajas, construídas con malla de alambre se rellenan de rocas. Estas se colocan como barrera perpendicularmente a valles pequeños para disminuir la velocidad del agua. El agua represada detrás de la barrera se infiltra y aumenta la humedad del suelo. Después de la época de lluvias los agricultores pueden sembrar ésta área.

Figura 5: En Tailandia se utilizan grandes recipientes de ferro-cemento para recolectar el agua de lluvia que cae de los techos. Este método de recolección provee de suficiente agua para abastecer las necesidades domésticas de una familia durante la época seca.

10

Figura 6: Estanques pequeños ayudan a diversificar las actividades agrícolas. En áreas rurales, estos son adecuados para represar el agua y utilizarla en el hogar, la irrigación de huertos, bebederos de animales y la acuicultura. Estanques bien construidos y con buen mantenimiento pueden ser utilizados por varios años.

Figura 7: Embalses de microcaptación represan el agua de escorrentía de una gran área. Árboles frutales y otros cultivos pueden ser sembrados alrededor de estos estanques.

11

Figura 8: Una modificación del método ilustrado en la figura 8 involucra la modificación de la cuenca para dirigir y concentrar el agua de escorrentía en un área específica. El agua se puede conducir al punto deseado a través de zanjas o paredes bajas construidas de piedras a lo largo de los contornos de elevación.

III.5. El AGUA SUBTERRANEA

Una parte del agua de lluvia se infiltra en el suelo donde las raíces de las plantas la

absorben.

El agua que se infiltra a través de las capas más profundas del suelo y que no es accesible a

las raíces de plantas se conoce como agua subterránea. Los embalses y los estanques al

captar la lluvia, aumentan la cantidad de agua subterránea. El agua subterránea puede estar

dispersada entre las partículas del suelo sin poderse aprovechar. La cantidad y velocidad de

infiltración depende del tipo de suelo y de su contenido de humedad. La infiltración puede

12

variar entre menos de un centímetro hasta varios centímetros por hora. Finalmente, el agua

puede alcanzar capas porosas saturadas con agua conocidas como acuíferos. El agua puede

extraerse de los acuíferos perforando pozos y subiéndola manualmente o con bomba. La

capa superior de saturación se conoce como manto freático. Los pozos deben excavarse

hasta ésta capa para poder extraer el agua del acuífero.

El acuífero artesiano o pozo artesiano se encuentra sometido a una presión natural por

capas impermeables superiores e inferiores del suelo. Al perforar con un barreno la capa

superior del acuífero, cerca de la más baja elevación del terreno, la presión empuja el agua

hacia arriba. El agua del ducto del pozo puede subir considerablemente por encima del

nivel del manto freático y fluir libremente del pozo debido a la presión creada por las capas

que confinan el acuífero. Las figuras 9 y 10, ilustran la forma como los acuíferos están

colocados en relación con las capas del suelo.

Si la tasa de infiltración es menor que la tasa de extracción del agua, el acuífero puede

agotarse y secarse. Cuando esto sucede, y como remedio temporal, se puede excavar más

profundo. Sin embargo, si los acuíferos no son recargados de nuevo con agua, la

profundización puede causar mayor daño. Los acuíferos se recargan cuando el agua de

lluvia se infiltra al manto freático. La infiltración se favorece cuando la velocidad del agua

de escorrentía es lenta. En lugares deforestados, la velocidad de escorrentía es rápida y la

infiltración es muy baja.

13

Muchos métodos de recolección del agua tienden a retardar la escorrentía del agua y

facilitan su infiltración al suelo. Por ejemplo, un pozo localizado cerca de un estanque será

llenado con agua proveniente de la infiltración del fondo del estanque y probablemente

nunca se secará.

Por lo general, el agua que escurre de los manantiales es de buena calidad para beber y

puede ser fácilmente represada. Los manantiales usualmente se encuentran en áreas con

superficies rocosas o con capas de arcilla en las laderas de los cerros (Figura 10). El agua

estancada sobre ésta capa impermeable puede fluir de la ladera como un manantial.

Figura 9: Fases del ciclo hidrológico - agua subterránea y acuífero.

14

Los manantiales pueden secarse si se remueve la vegetación cercana a la cuenca. Para

prevenir que éstos se sequen, se puede colocar estructuras que represen el agua de la cuenca

y que recolecten la escorrentía, aumentando el grado de infiltración. Estas medidas de

conservación del agua ayudan a las familias y comunidades rurales a mantener una

disponibilidad adecuada de agua.

Figura 10: El agua estancada cercana al manto freático se encuentra por encima de la capa impermeable y por encima del manto freática principal.

III.6. TODOS DE PURIFICACIÓN DEL AGUA

Los métodos de que se disponen para la purificación del agua pueden clasificarse de una

manera amplia en tres categorías principales: 

• Destilación, 

• Deionización 

15

• Ósmosis inversa. 

Todos estos métodos tienen ventajas y desventajas. El mejor camino para obtener agua pura

con la tecnología presente parece ser el empleo combinado de estos métodos para satisfacer

las necesidades del laboratorio.

III.7. DESTILACIÓN

La destilación es el método clásico de purificación del agua; es el método más viejo de

purificación empleado en los laboratorios. Como sugiere el nombre, en el proceso se

calienta y vaporiza agua pasando a vapor y se condensa el vapor para producir agua de una

calidad superior a la que se emplea para la destilación. Las impurezas no volátiles en el

agua se quedan en el destilador durante el proceso. Con objeto de evitar la corrosión

metálica y contaminación del agua que se destila, los destiladores se hacen de acero

inoxidable o cobre plateado con estaño. En los últimos años, se dispone de destiladores

completamente de vidrio. El agua destilada en vidrio está también libre de trazas de

metales, las cuales se arrastran algunas veces al destilar con destiladores metálicos.

III.8. LIMITACIONES DEL MÉTODO PURIFICACIÓN POR

DESTILACIÓN

16

Aunque la destilación disfruta de gran popularidad, está lejos de ser un método ideal de

purificación para el laboratorio. Este método tiene varias limitaciones, las cuales pueden

resumirse como sigue: 

1. La purificación implica sólo la eliminación de las materias no volátiles. Muchos

materiales volátiles se arrastran en el proceso de destilación. Las impurezas líquidas, con el

mismo punto de ebullición que el agua, se evaporan y condensan junto con el agua

destilada. Algunos compuestos orgánicos con puntos de ebullición mucho más altos que

100°C también pueden destilar y condensar con el vapor según el proceso denominado

“destilación por arrastre de vapor”. 

2. La destilación implica una agitación rápida dentro del destilador, esto produce gotas muy

pequeñas de agua que llegan al receptor sin estar realmente destiladas. El problema se ha

resuelto en cierta extensión mediante la instalación de deflectores; no obstante, no se puede

eliminar completamente. 

3. En el proceso de destilación, las materias no volátiles se quedan en el destilador. Estos

materiales se acumulan cada día en el destilador y pueden causar una serie de problemas: 

a) El agua en el destilador se hace más y más concentrada con las impurezas no volátiles

cada día y las pocas gotas no destiladas que pasan por el condensador pueden contener

grandes cantidades de impurezas. 

b) El destilador requiere una limpieza cada pocos meses. El intervalo entre limpiezas

17

dependerá de la naturaleza del suministro del agua de la ciudad. 

c) El material incrustado puede formar una capa de costra en el destilador y causar

corrosión y desmenuzamiento.

III.9. DEIONIZACIÓN

La deionización es un método de purificación del agua, en que el agua pasa a través de una

columna portadora de lechos de resinas intercambiadoras de iones, las cuales son capaces

de eliminar especies cargadas positiva o negativamente. Debido a que el agua que sale de la

columna está virtualmente libre de iones, puede tener una resistencia específica tan alta

como 10 megaohms, dependiendo de la eficacia de la columna. Las columnas están rellenas

con una mezcla de resinas de intercambio catiónico y aniónico, que eliminan los aniones y

los cationes simultáneamente y progresivamente. Aunque la vida de la columna está

generalmente indicada en litros de agua, varia, dependiendo de la cantidad de impurezas

presentes en el agua que alimenta la columna; por consiguiente, en el agua purificada debe

comprobarse periódicamente si hay presente contaminación bacteriana, asó como la

resistencia específica para asegurarse que la columna está funcionando adecuadamente.

Algunas veces es necesario cambiar una columna prematuramente cuando la comprobación

indica algún deterioro en la columna. El deterioro puede estar causado por el crecimiento

de microorganismos en los lechos o por el paso de agua con contaminación no usual por la

18

columna. El intercambio iónico no puede emplearse con provecho para purificar el agua del

grifo, se emplea más bien para “pulir” o mejorar el grado del agua destilada o del agua

procedente de una unidad de ósmosis inversa. Las columnas de deionización también

funcionan con una bomba de circulación, la cual re circula el agua continuamente por las

columnas a todas horas. Este sistema tiene dos ventajas: primera, el agua se hace más pura

cada vez que circula; segunda, un flujo continuo evita el posible crecimiento de bacterias en

el agua estancada. Se ha observado que el empleo infrecuente de las unidades de

deionización promueve el crecimiento de microorganismos. Hay dos serias desventajas en

el empleo de deionización para purificar el agua: (1) El proceso no elimina los

componentes orgánicos, partículas materiales y microorganismos. (2) Sólo opera con agua

que ha pasado una purificación preliminar.

III.10. ÓSMOSIS INVERSA

En la ósmosis inversa el agua a purificar pasa por una membrana semipermeable que atrapa

a todo el material particular tanto orgánico como inorgánico; sin embargo, la eficiencia sólo

es del 90 al 95%. En otras palabras, del 5 al 10% de las impurezas escapan de la membrana.

La ósmosis inversa no es adecuada como sistema de purificación de agua para el

laboratorio, pero es buena como purificación preliminar del agua que va a alimentar una

unidad deionizadora. Las unidades de ósmosis inversa son mucho menos caras en su

19

funcionamiento que las unidades de destilación. En la destilación, cada gota de agua debe

convertirse en vapor mediante calor, y el coste de la electricidad va aumentando cada año.

III.11. PROPIEDADES DEL AGUA DESTILADA

Debido a su relativamente elevada pureza, algunas propiedades físicas de este tipo de agua

son significativamente diferentes a las del agua de consumo diario. Por ejemplo, la

conductividad del agua destilada es casi nula (dependiendo del grado de destilación) pues a

diferencia del agua del grifo común, carece de muchos iones que producen la

conductividad, habitualmente cloruros, calcio, magnesio y fluoruros. En la experimentación

química, un fenómeno que existe en cualquier líquido o disolución que esté libre de

impurezas macroscópicas como el caso del agua destilada, es que puede ser calentado en un

horno microondas por encima de su punto de ebullición sin hervir. Sólo cuando este líquido

es agitado violentamente o se le añaden impurezas como partículas de polvo o cristales (por

ejemplo cloruro sódico o azúcar), hierve de forma repentina y explosiva, pudiendo causar

quemaduras.

III.12. ESPECIFICACIÓN PARA EL AGUA DE GRADO REACTIVO

Aún no se dispone de un buen sistema uniforme reconocido para clasificar en diferentes

grados la pureza del agua.

20

Han probado clasificar en diferentes grados la pureza del agua. Debido a que todas estas

clasificaciones están basadas en juicios empíricos, no se corresponden exactamente una con

otra. La ASTM ha clasificado el agua en cuatro tipos; las especificaciones se resumen en la

tabla. En los análisis de laboratorio clínico, debe emplearse agua que cumpla o no exceda

los requerimientos especificados por la CAP.

III.13. CALIDAD DEL AGUA DESTILADA

• El dióxido de carbono se forma a partir de la desintegración de la materia orgánica.

También está presente en la atmosfera y puede disolverse rápidamente en el agua destilada

expuesta a él. El dióxido de carbono puede estar presente en el agua como gas libre,

bicarbonato o como carbonato, de acuerdo con la siguiente ecuación: H,O+CO H,CO H+

+HCO2 H++C02 • Las bacterias presentes en el agua en cantidades variables incluyen

microorganismos tales como Alcaligenes, Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter y

Xanthomonas. Aunque están presentes sólo en pequeñas cantidad es en el agua corriente, se

multiplican según escala logarítmica cuando la oportunidad lo permite. Este tipo de

multiplicación puede presentarse en recipientes de almacenamiento de agua, en lechos de

resinas de intercambio iónico, en las boquillas de los grifos de agua y en otras áreas donde

el agua permanece estancada durante una cantidad apreciable de tiempo. Se ha publicado

que la población de Pseudomonas aumenta de 4.300 a 1’000.000 por mililitro de agua

21

destilada, cuando se almacena durante 24 horas a temperatura ambiente. • La dureza del

agua proviene de los iones calcio y magnesio. La dureza es la medida de la suma de los

iones calcio y magnesio. El sodio está generalmente presente en los suministros del agua

pública en cantidades del orden de 1 a 3 mg/litro. La concentración de sodio puede ser

bastante alta en corrientes que reciben drenaje de tierras regadas. El sodio en el agua puede

afectar directamente las medidas del sodio en los líquidos biológicos.

III.14. IMPORTANCIA DE LA PUREZA DEL AGUA EN LOS ANÁLISIS

DEL LABORATORIO CLÍNICO

El grado de error causado por las impurezas en el agua es directamente proporcional a la

sensibilidad de la metodología del análisis e inversamente proporcional a la concentración

del constituyente, en el suero o en otro líquido corporal, que se analice. El

espectrofotómetro de absorción atómica es de todos los Instrumentos que se emplean en el

laboratorio clínico. El más sensible; es capaz de detectar metales en el orden del

nanogramo. La absorción atómica se ha elegido como el método patrón para medir calcio

en los Laboratorios clínicos; es lo suficiente sensible como para medir una concentración

de 2 mcg de calcio en un litro de agua. Tan alta sensibilidad hace absolutamente esencial

tener un agua de alta pureza en todas las medidas de absorción atómica. El grado de error

22

aportado por el agua impura en una determinación de calcio es mucho mayor en el método

de absorción atómica que en el método colorimétrico. El grado de error también depende de

la concentración de la sustancia que se está analizando. Por ejemplo, 1 mg de sodio en un

litro de agua puede introducir un error de 4,3 mEq/litro en determinación de sodio en suero;

si se supone una dilución 1:100 del suero, esto podría constituir un error del 3,1% a un

nivel de sodio sérico de 140 mEq/litro. Por otro lado. 1 mg de potasio en un litro de agua

puede dar un valor en el potasio sérico que sea 2,5 mEq/litro más alto que el nivel normal

de potasio de 4,0 mEq/litro, lo cual es un error del 62%. De manera similar, la presencia del

magnesio, hierro, cobre y otros en agua pueden dar resultados erróneos en los análisis de

estos iones en el suero. También, una cantidad del orden de traza de ioduro puede disminuir

las medidas de PBI (Iodo unido a proteína), invalidándolo. No se ha estudiado

sistemáticamente el efecto indirecto de las impurezas en el agua sobre la determinación de

varios análisis en el laboratorio clínico; sin embargo, hay numerosas evidencias dispersas

en la literatura demostrando que las impurezas afectan a los análisis indirectamente. Por

ejemplo, el cloro empleado por las autoridades del agua de la ciudad en cantidad tan bajas

como 1 mg/litro pueden introducir errores de hasta 25% e interferir con procesos

microbiológicos. El cobre, cuando está presente en concentraciones menores de 1 mg/litro,

puede interferir con ciertos procesos en las medidas de tiroxina, triiodotironina y cortisol.

Los iones mercurio afectan las medidas de PBI. La contaminación bacteriana del agua con

23

Alcaligenes produce la elevación del sodio en 25 mEq/litro. Esto ocurre porque la bacteria

cubre las resinas de intercambio iónico, haciéndolas incapaces de su función.

III.15. MONTAJE DE UN SISTEMA DE PURIFICACIÓN DE AGUA CASI IDEAL

Para la producción de agua del grado reactivo del tipo I recomendado por el CAP para uso

en laboratorios, una destilación es inadecuada. Como se presenta en la tabla. Incluso

después de una triple destilación, el agua tiene una resistencia específica de unos 2

megohms. En vez de una doble o triple destilación, es mejor hacer una destilación y

después pasar el agua por una o dos columnas de deionización para obtener una resistencia

específica superior a 10 megohms. Si la prueba del permanganato indica que hay demasiada

materia orgánica remanente en el agua, debe pasarse también por una columna de carbón

vegetal activado, la cual elimina los organismos por adsorción. La destilación debe

considerarse como un método obsoleto y caro para la purificación de agua en el laboratorio.

Los sistemas de purificación del agua del futuro no tendrán unidades de destilación. Los

sistemas de purificación más nuevos tendrán sólo componentes de purificación, tales como

una unidad de ósmosis inversa para una purificación primaria, una unidad de carbón vegetal

activado para eliminar los materiales orgánicos, una o dos unidades de deionización de

lecho mixto para eliminar los materiales Inorgánicos y un filtro para eliminar el material

particular, incluidas las bacterias. Tales unidades de purificación de agua se han montado

24

como un sistema de producción de agua pura casi ideal y se encuentran en el comercio con

las firmas Millipore, Barnstead y posiblemente alguna otra. El sistema de purificación de

agua Millipore consiste en una unidad de ósmosis inversa, una unidad de carbón vegetal,

dos unidades de intercambio Iónico y una unidad de filtración para eliminar las partículas

mayores de 0,22 um. Además, este sistema tiene una bomba de recirculación para reciclar

el agua purificada por las columnas para evitar el estancamiento y también está equipada

con un medidor de la pureza de agua, el cual indica la resistencia específica (en megohms)

del agua que sale. En la tabla se presenta una comparación de la pureza del agua después de

una destilación simple, una destilación triple, de ósmosis inversa y de una purificación con

el sistema Millipore

III.16. AGUA DESTILADA VS. AGUA POTABLE PARA EL CONSUMO

HUMANO

La potabilización del agua corriente así como el mercado del agua embotellada, hace que el

uso de agua destilada como bebida no sea más frecuente. No obstante, muchos fabricantes

de bebidas la usan como base de sus productos para asegurarse su pureza y buen sabor.

También se puede encontrar embotellada en supermercados, lista para beber. El uso de

técnicas de purificación de agua, como la destilación, es común en lugares donde no hay

una fuente de agua potable asequible o el agua que se puede obtener no es apta para ser

25

bebida. En muchos hogares es común el uso de filtros, como las resinas intercambiadoras

de iones que le quitan parte de los iones calcio y magnesio que "endurecen" el agua para

potabilizarla o quitarle el olor, pero la aparición de dispositivos domésticos de ósmosis

inversa (como los usados en las plantas desalinizadoras) ha permitido el consumo de agua

mucho más pura y casi destilada. El dispositivo doméstico que asegura un agua totalmente

destilada al 100% es la destiladora, si bien no parece ser muy común en el mercado. El

agua potable que se suministra en las redes urbanas proviene de ríos y fuentes que también

son vías de desecho para la industria y la agricultura, por lo que contienen metales y

microorganismos nocivos. Para asegurar unos niveles de seguridad, es sometida a repetidos

procesos mediante ósmosis, ozono, ultravioletas y cloración. Es muy frecuente que existan

grandes aportes de cloro para asegurar su potabilidad. No obstante estos procesos, durante

todo el recorrido por la red hasta los domicilios el agua acumula todo tipo de residuos desde

que fuera tratada en las plantas potabilizadoras. A menudo se encuentran compuestos COV

(compuestos orgánicos volátiles), fluoruros y otras 75.000 especies diferentes de

compuestos que no se eliminan mediante las técnicas tradicionales de purificación, pero

que prácticamente desaparecen al destilar el agua. La presencia de compuestos

cancerígenos como el boro ha sido denunciada en varias grandes ciudades, en especial de

los trihalometanos La presencia de trihalometanos es polémica, porque aunque se defienden

unos niveles seguros en la ingesta de agua, se ha demostrado científicamente que son muy

26

peligrosos y cancerígenos al inhalarse en duchas, baños y otras actividades comunes. La

destilación también es una técnica aplicada para potabilizar el agua del mar. Es una técnica

costosa energéticamente. Común en misiones militares como en las recientes guerras del

Golfo o de Irak para abastecer a las tropas, se aplica también a barcos de propulsión nuclear

al tener acceso a una fuente de calor intensa y asequible usándola también como

refrigerante del reactor nuclear. En las plantas de desalinización para el consumo de la

población civil es poco frecuente la destilación ya que hacen falta cantidades importantes

de energía. En vez de la destilación se usan técnicas como la osmosis inversa. Cabe

mencionar que el escritor Alberto Vásquez Figueroa se apoyó en un equipo de ingenieros

para desarrollar un sistema de osmosis natural sin apenas gasto energético, cuyas patentes

han sido desarrolladas y ha sido probado con éxito. Actualmente ya existen algunas

desalinizadoras instaladas con este sistema, pero a pesar la generosa aproximación de sus

creadores en la entrega de patentes, la presencia de sistemas que faciliten el acceso al agua

no se ha extendido por motivos políticos. De hecho las reservas subterráneas de los países

africanos con sequía son de las más grandes del mundo, pero no existen proyectos para

satisfacer las demandas de la población y evitar los cientos de miles de muertos cada año

por la sequía.

27

III.17. MERCADO DEL AGUA DESTILADA

El consumo de agua destilada como bebida no tiene ningún estudio científico en contra, a la

vez que sigue siendo recomendada hoy por sectores médicos al igual que lo era desde

finales del siglo XIX. La comercialización de aguas de "mineralización débil" así como la

creciente presencia de equipos domésticos para la destilación o la ósmosis inversa, muestra

que la pureza del agua en el consumo es deseable para la salud, a la vez que vuelve a ser un

elemento importante de interés para el consumidor de las sociedades desarrolladas. A pesar

de que el agua está presente en todas partes y que por tanto el acceso a agua para el

consumo debería ser fácil, el mercado del agua forma parte de grandes intereses

económicos y geopolíticos en donde el mensaje de que es necesario comprar agua se mueve

en las sociedades, por lo que la normalidad del consumo de agua destilada no es muy

difundido. Existen estudios de bajo perfil científico que animan al consumo de agua

embotellada. Suelen ser utilizados o promovidos por marcas comerciales para anunciar sus

aguas como preventivas contra la caries, como complementos dietéticos o como remedio

para enfermedades. Así, el Journal of General Internal Medicine publicó un estudio sobre el

contenido mineral de diferentes aguas de consumo público en los EE. UU. El estudio

concluyó que "el agua accesible a la mayoría de estadounidenses puede contener altas

concentraciones de calcio, magnesio y sodio, y estas cantidades podrían suponer una parte

importante de la ingesta diaria de dichos elementos. Los médicos deberían persuadir a los

28

pacientes para que comprobaran dichas cantidades en el agua que beben a diario, y que

éstos decidiesen a partir de estos datos." El estudio concluye que como el agua destilada no

contiene sales minerales disueltas, éstas deberían proceder de la dieta. Sin embargo los

datos científicos demuestran que la cantidad de sales en el agua es tan despreciable que con

la normal ingesta común de comida durante el día no existe nunca tal déficit. Cabe también

señalar que aunque se consuma agua embotellada, actualmente no existen criterios sólidos

que aseguren de manera bien visible al consumidor que no está comprando en realidad agua

destilada creyendo que es agua mineral o de manantial, y que a menudo la normas sobre su

procedencia se muestran inútiles. El consumidor a menudo está comprando un agua que no

sabe de dónde viene, o que es simple agua del grifo sometida a procesos de ósmosis,

destilación o UV, como podría hacer él mismo en su casa con aparatos domésticos.

III.18. USOS Y PROPIEDADES DEL AGUA BIDESTILADA

El Agua destilada gracias a su alta pureza, su conductividad es muy baja; llega a alcanzar

hasta 2.0 microsiemens máximo. Contiene como máximo 1ppm de cloruros o sólidos

totales disueltos.

Los usos del agua destilada son varios, esto debido a la gran pureza que posee, a

continuación se citarán algunos de los tantos usos del agua destilada:

Relleno de baterías para automóviles

29

Aplicación de gas ozono

Preparación de reactivos químicos para laboratorios

Alimentación para equipos de diálisis

Sistemas de refrigeración de alta tecnología

En ingeniería genética

Biotecnología

En síntesis y química analítica

Lavada de heridas

Manejo y aspiraciones de secreciones

Cateterización vesical

Lavado de instrumentos quirúrgicos

Humedecimiento de compresas

30

IV. OBJETIVOS

4.1. OBJETIVO GENERAL.

Elaborar un proceso para producir 40 Gal/min de agua Bidestilada

IV.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Aplicar los conocimientos obtenidos en el curso de “DISEÑO DE PLANTAS DE

TRATAMIENTOS DE AGUAS”

Evaluar la capacidad de elaborar un trabajo que represente un trabajo industrial en

el ámbito laboral.

31

V. METODOLOGÍA

Características del agua de entrada

CaracterísticasPh 6.8Dureza 150 ppmTurbidez 5 NTUAlcalinidad 90 ppmCloro residual .3 ppmColiformes totales

0

Coliformes fecales

0

Desarrollo Microbiológico

.03 mg/L

Debido a las características con las que llega el agua al proceso fue necesario un filtro de

arena para disminuir su turbidez debido a las limitaciones que presenta el proceso de

desmineralización.

Las demás condiciones del agua si nos permiten el tratamiento para la Bidestilación del

agua, pero el hecho de que el tratamiento tenga un filtro de arena a presión, nos ayuda a que

la calidad del agua tratada, es decir el agua bidestilada tenga una mayor calidad.

Para elaborar la planta se tomaron en cuenta los siguientes accesorios con los que debe de

cumplir.

32

Para la purificación del agua:

Cisterna Bombas Filtro de arena Filtro carbón Filtro de resina Filtro de osmosis inversa Filtro pulidor Lámparas UV

5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

5.1.1 Recepción de agua potable.

Se recibe el agua potable, suministrada por la red municipal. La cual llega con una elevada

carga mineral, lo cual justifica su purificación para el consumo humano. Esta agua se capta

en tanques de polietileno, los cuales se lavan y sanitizan periódicamente.

5.1.2. Bombeo a los equipos de filtración.

El agua se suministra a los equipos de filtración mediante una bomba sumergible con un

gasto de 40 GPM, la cual es muy silenciosa y proporciona el caudal y la presión necesarios

para llevar a cabo eficientemente la filtración y la desmineralización.

5.1.3. Filtro de arena a presión.

Este filtro detiene las impurezas grandes y sólidos hasta de 30 micras que trae el agua al

momento de pasar por las camas de arena. Este filtro se regenera periódicamente,

retrolavandose a presión para eliminar las impurezas retenidas.

33

5.1.4. Catalizador Mixto.

Este desmineralizador mixto detiene la mayor parte de los cationes y los aniones lo

detienen en su totalidad. Las resinas de este desmineralizador se regeneran periódicamente;

retrolavandose a presión, para desalojar las impurezas retenidas.

5.1.5. Catalizador Catiónico.

El agua se conduce por el desmineralizador catiónico para remover el residuo producto de

la fuga de cationes.

5.1.6. Captación de agua bidestilada.

El agua ya purificada se almacena en otro tanque de polietileno.

5.1.7. Bombeo final.

El agua purificada se bombea mediante un equipo hidroneumático a la lámpara de luz

ultravioleta.

5.1.8.- ultravioleta

Para este apartado se tomó en cuenta la cotización de una lámpara UV que ofrece la

empresa Carbotecnia, la cual a consideración es la que cumple con los requerimientos del

proceso y se muestra a continuación.

34

5.1.9.- evaporador

Después de salir de los filtros pasan al evaporador donde el flujo pasa a vapor, este es un

proceso que se repite debido a que el proceso es de Bidestilación.

5.1.10.- condensador

Al salir del evaporador pasa al condensador donde el flujo de gas se condensa, de igual

manera este es un proceso que se repite dos veces, y al final pasa a los contenedores donde

se almacena. Para su posterior distribución.

V.2.CÁLCULOS DE LOS EQUIPOS:

V.2.1. CISTERNA.

Como la cantidad que se desea es de 40 Gal/min, se pretende utilizar 2 cisternas de 500

litros conectadas en serie, con un sistema de control que permita el abastecimiento

adecuado del caudal.

35

V.2.2. BOMBA.

Para este apartado se decidió acudir a la tienda Kuroda Bombas para que ellos nos

propusieran la bomba a utilizar, la cual tiene las siguientes características y cumple con

las condiciones de flujo necesarias para el proceso:

MODELO: AQG9-168F

Precio: $3 993.71

Usos del Equipo

Tiene aplicaciones en bombeo de aguas limpias y sucias, llenado de tanques,

desagüe de piscinas, desagüe de registros telefónicos y eléctricos, e industria de

la construcción.

Características Técnicas de la Bomba

Succión: 2”

Descarga: 2”

36

Impulsor: cerrado, fabricado en hierro fundido.

Cuerpo: aluminio

Flecha: acero inoxidable

Sello mecánico: Carbón-cerámica

Capacidad: 40-60 GPM Carga máxima: 105 ft

Carga mínima: 28 ft (la bomba no debe operarse a menos de esa carga)

Temp. Máxima de operación : 70 ºC

MOTOR

A gasolina

4 tiempos

Marca HI-FORCE

Consumo de combustible: 0.41 Gal/hr.

Potencia: 6.5 HP.

37

V.2.3. DISEÑO DE FILTRO DE ARENA A PRESIÓN

Gasto

40 GPM

Área Ideal

40GPM

3GPM

ft2

=13.33 ft 2

Diámetro Ideal

√ 40 ft2

14π

=4.119 ft

Diámetro Real

38

4.5 ft

Área Real

14

(π ) (4.5 )2=15.9 ft2=16 ft 2

Comprobación de flujo

(16 ft2 )(3GPMft2 )=48GPM

Retrolavado

(16 ft2 )(6 GPMft2 )=96GPM

Cama de arena

(16 ft2 ) (2 ft )=32 ft

Colector de tobera

1Tobera →6GPMX →48GPM

X = 8 Toberas

Parte Recta

2 ft+2 ft+2 ft=6 ft

Dimensiones

PR=6 ft∅ R=4.5 ft

39

V.2.4. DISEÑO DEL CATALIZADOR MIXTO

-RESINA ANIÓNICA

Flujo

40GPM (60min1h )( 24 h

ciclo )=57,600GalCiclo

Dureza total

50g17.1gal

=2.9239ggal

Volumen de la resina

(2.9239 ) (57600 )21000

=8.02 ft3

Corrección de Agua por enjuague

(100 ) (8.02 )=802Gal

Volumen de agua

(57600+802 )Gal=58402Gal

Volumen nuevo de la resina

(2.9239ggal

)(58402gal )

21000=8.1317 ft3

Finos de la resina: 1%

(0.01 ) (8.1317 )=0.081317 ft 3

Volumen real de la resina

8.1317+0.081317=8.213 ft3

Área real (Para dureza mayor a 100 ppm el diámetro recomendado es de 1.5 ft)

40

π 1.52

4=1.767 ft2

Altura real

8.213 ft3

1.767 ft2=4.6476 ft

-RESINA CATIÓNICA

Flujo

40GPM (60min1h )( 24 h

ciclo )=57,600GalCiclo

Dureza total

100g17.1gal

=5.8479ggal

Volumen de la resina

(5.8479 ) (57600 )24000

=14.035 ft3

Corrección de Agua por enjuague

(100 ) (14.035 )=1403.5Gal

Volumen de agua

(57600+1403.5 )Gal=59003.50Gal

Volumen nuevo de la resina

(5.8479ggal

) (59003.5 gal )

24000=14.377 ft3

Finos de la resina: 2%

(0.02 ) (14.377 )=0.287 ft3

41

Volumen real de la resina

14.377+0.287=14.664 ft3

Área real (Para dureza mayor a 100 ppm el diámetro recomendado es de 1.5 ft)

π 1.52

4=1.767 ft2

Altura real

14.664 ft3

1.767 ft2=8.298 ft

Parte Recta = Soporte + Alturaanionica + AlturaCatiónica + Carga

1 ft+4.6476 ft+8.298 ft+1 ft=14.946 ft

Dimensiones

14.946 ft x 1.5 ft

Regeneración Aniónica

(8 lb NaOHft3 )(8.213 ft3 )=65.7lb

Agua de dilución

56.6 lb0.3481

=74.69gal

Flujo regenerante aniónico

(0.5GPM / ft3 ) (8.213 ft3 )=4.1GPM

Tiempo de regeneración

74.69gal4.1GPM

=45.96min

Regeneración Catiónica

(10 lbH 2SO4

ft3 )(14.66 ft3 )=146.6 lb

42

Agua de dilución

146.6 lb0.3922

=373.9 gal

Flujo regenerante catiónico

(1GPM / ft 3 ) (14.66 ft3 )=14.66GPM

Tiempo de regeneración

373.9gal14.66GPM

=25.49min

Tiempo de regeneración total

45.96min+25.49min¿71.45

V.2.5. DISEÑO DEL CATALIZADOR CATIÓNICO

Flujo

40GPM (60min1h )( 24 h

ciclo )=57,600GalCiclo

Dureza total

30g17.1gal

=1.754ggal

Volumen de la resina

(1.754 ) (57600 )24000

=4.21 ft3

Corrección de Agua por enjuague

(100 ) (4.21 )=421Gal

Volumen de agua

(57600+421 )Gal=58021Gal

Volumen nuevo de la resina

43

(4.21ggal

)(58021 gal )

24000=4.24 ft3

Finos de la resina: 2%

(0.02 ) (4.24 )=0.0848 ft3

Volumen real de la resina

4.21+0.0848=4.32 ft3

Área ideal

40gpm

8gal /min ft2=5 ft2

Diámetro ideal

√ (5 ) ( 4 )π

=2.523 ft

Diámetro real (se recomienda reducirlo al entero inferior) = 2 ft

Área real

π 22

4=3.1416 ft2

Altura real

4.32 ft3

3.1416 ft2=1.377 ft

Regeneración Catiónica

(10 lbH 2SO4

ft3 )( 4.32 ft3 )=43.2 lb

Agua de dilución

43.2lb0.3922

=110.3 gal

Flujo regenerante catiónico

(1GPM / ft 3 ) ( 4.32 ft3 )=4.32GPM

44

Tiempo de regeneración

110.3 gal4.32GPM

=25.49min

Parte recta

1 ft+1.377 ft+1 ft=3.377 ft

Dimensiones

3.377 ft x 2 ft

Tiempo de enjuague: Hasta que la dureza salga 0 ppm

Tiempo de retrolavado: Se recomienda 10 min por los 2 catalizadores

Las condiciones del agua después del proceso de Bidestilación son las siguientes:

Especificaciones:Aspecto:      Líquido transparente e incoloro

Reacción neutra con azul de bromotimol:      Corresponde

Reacción neutra con rojo de metilo:      Corresponde

Sulfatos:      Negativo

Cloruros:      Negativo

Amonio:      Negativo

Calcio:      Negativo

CO2:      Negativo

Conductividad:      Máx. 2 µs

pH 25°C:      5.07 - 7.00

V.2.6. CALDERA

Para la caldera se recomienda la caldera  Silhorko-Eurowater A/S que es regulable y tiene

un máximo de operación de 10000 litros/h, por lo cual el flujo regulable entra en el rango.

45

Se usaran 2 debido a que es un proceso de Bidestilación.

V.2.7. CONDENSADOR

Para este proceso se usara un condensador el cual operara con aire del medio ambiente, que

tiene una capacidad de condensar 40000 litros/hora el cual es regulable, por lo cual cumple

con lo especificado para el proceso.

De igual manera se usaran dos por el proceso de Bidestilación.

46

VI. RESULTADOS

Almacenamiento.- Este depósito deberá tener las dimensiones suficientes para logar

contener la alimentación necesaria para que el proceso de una cantidad de 40GPM.

Filtro de arena a presión. Este equipo logra remover la turbidez del agua cruda y tiene unas

dimensiones de las cuales se obtiene que cuenta con una parte recta de 6 pies de altura con

un diámetro total de 4.5 pies.

47

Catalizador Mixto.- Este catalizador logra remover toda la carga anionica y el 70% de la

carga catiónica, este catalizador cuenta con las siguientes dimensiones: la parte recta de

14.95 de pies y un diámetro de 1.5 pies.

Catalizador Cationico.- Este logra remover toda la carga catiónica, por esto mismo este

equipo cuenta con unas dimensiones de 2. Pies de diámetro y una altura de 3.37 pies.

VII. CONCLUSIÓN

Gracias a las características del agua bidestilada esta puede utilizarse en

actividades industriales y farmacéuticas, ya que cuenta con un alto grado de

pureza.

El proceso por el cual se produce el agua bidestilada se llama desmineralización.

el inconveniente es que es un proceso muy caro, por eso el agua solo se utiliza

en procedimientos que sean estrictamente necesarios como: hemodiálisis,

48

fabricación de medicinas, esterilización de equipo médico y de laboratorio,

relleno de batería de carros, sistemas de refrigeración, entre otros.

Con la elaboración de este trabajo, podemos concluir que estamos consientes de

la importancia de las etapas del tratamiento de purificación del agua de la red

municipal para la elaboración del agua bidestilada, ya que para la elaboración de

esta se debe cumplir al pie de la letra cada uno de los parámetros especificados

en la norma NOM-201-SSA1-2002, debido a que el producto obtenido de este

proceso será utilizado en los procedimientos antes mencionados y por lo tanto se

debe tratar con suma exactitud los cálculos y estudios que se realicen tanto en el

proceso de producción de agua bidestilada como al agua potable usada en la

elaboración de la misma.

VIII. BIBLIOGRAFÍA

Alex Bocek, Editor International Center for Aquaculture Swingle Hall Auburn

University, Alabama 36849 - 5419 USA.

http://www.quiminet.com/articulos/el-agua-y-sus-aplicaciones-2848611.htm

http://aguadesudes.galeon.com/introduccion.html

www.pce-iberica.es/.../peachimetro-pce-ph22.htm

www.faba.org.ar/fabainforma/415/Agenda02.htm 

www.hidritec.com/doc-aguacalidad.htm

www.lenntech.es/.../agua-desionizada-desmineralizada.htm 

49

www.bonatura.com/bonatura-agua-desmineralizada-y-deionizada-destilada.htm

Control de calidad en los laboratorios clínicos Escrito por Murali Dharan 1982

páginas 55 – 102 

Química orgánica experimental Autores H. Dupont Durts, George W. Gokel

Editor Reverte, 1985 PARTE I capitulo 1 páginas 40 – 55.

Química inorgánica experimental Escrito por R.E. Dodd páginas 242 

Análisis químico Escrito por H. Harris Laitinen,Herbert A. Laitinen páginas 446

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www.imta.mx/cotennser/images/.../NMNX-AA-135-SCFI-2007.pdf 

faolex.fao.org/docs/texts/mex52020.doc

IX. ANEXOS

9.1. Diagrama de procesos

Proceso 1.

50

Proceso 2.

51