Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones

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1 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones GREGORIO DE DIOS Licenciado químico, Stenco, c/ Francesc Tàrrega, BARCELONA. sergi@stenco.es. R E S U M E N La preocupación social, técnica y sanitaria que han generado los últimos brotes comunitarios de legionelosis en España desde los últimos años, ha hecho abordar sin demoras la regulación de las condiciones Técnico-Sanitarias que tienen que cumplir los sistemas de climatización (Torres de refrigeración y Condensadores evaporativos) y/o humidificación del aire, y dotar así a este sector de medidas preventivas eficaces. Desde 1997 se han publicado disposiciones legales autonómicas en Madrid, Valencia, Cataluña y Galicia. En julio se publicó el Real Decreto 909/01 a nivel Nacional. La ponencia se presentaría de una forma resumida a través de powerpoint desde un tema Técnico-práctico, tocando los aspectos más importantes de la nueva legislación que afecta a las instalaciones de refrigeración de industrias, hospitales y edificios públicos. 991

2 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente 1. CIRCUITOS DE REFRIGERACIÓN Como su nombre indica, los circuitos de refrigeración son aquellas instalaciones que se utilizan para refrigerar un proceso de tipo variado. Los procesos a refrigerar son múltiples. En la industria: refrigeración de reactores, de mezclas químicas, de compresores, de metales, de puntos de soldaduras, de moldeado de plásticos, caucho, etc., en la industria hotelera para aire acondicionado, etc. La refrigeración se logra a través de un fluido, generalmente agua, que absorbe las calorías que queremos eliminar Tipos de instalación Circuitos abiertos Son aquellos en los que el fluido pasa una sola vez por el intercambiador, desechándose a continuación. Se utilizan cuando disponemos de grandes cantidades de agua. En estos circuitos los tratamientos correctivos son bastante costosos, ya que la cantidad de agua a tratar es muy elevada. No obstante y dado que no existirá concentración salina, los problemas serán más limitados en lo que respecta a sobresaturaciones. Las precipitaciones más usuales son de carbonatos. Generalmente se efectúa un tratamiento de entrada, o si la instalación lo permite, se efectúan limpiezas químicas periódicas. Estos tipos de circuitos también suelen utilizarse cuando a continuación esta agua caliente, se pueda usar en otro punto de fábrica, recuperando así sus calorías. Figura

3 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones Circuitos cerrados Estos circuitos se caracterizan porque la aportación de fluido debe ser prácticamente nula. El fluido se refrigera mediante otro fluido secundario, que puede ser un gas, aire, u otro de agua, sin que ambos se interreaccionen. Debido a esta mínima aportación, se puede efectuar un tratamiento correctivo inicial y después de cada vaciado. Estos circuitos cerrados poseen generalmente un vaso de expansión para compensar las dilataciones que sufrirá el fluido dados los cambios de temperatura. Figura 2. Circuitos semiabiertos Son los más extendidos. Estos circuitos aprovechan el fenómeno físico del enfriamiento del fluido por una pérdida parcial del mismo. Esta pérdida se produce generalmente por evaporación, siendo lo más común en una torre. No obstante, si el salto térmico que precisamos y las diferentes temperaturas ambientales nos lo permiten, esta evaporación puede efectuarse de forma natural. Evidentemente será mucho menor que en una torre. Dado que la mayoría de instalaciones son de tipo semiabierto, con torre de refrigeración y con agua como fluido, a partir de ahora nos referiremos a ellas y a su problemática general. Figura

4 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente Estos circuitos de refrigeración constan esencialmente de: Torre de refrigeración Es el elemento en el que se produce el enfriamiento por evaporación. El agua caliente entra por la parte superior de la torre. De aquí pasa por un material de relleno en donde se logra que el agua tenga el máximo contacto, de superficie y tiempo, con la corriente de aire. Así pues el agua llega a la base (o cubeta) de la torre, donde su temperatura habrá disminuido por el efecto ya citado de evaporación. Algunos tipos de torres de refrigeración actualmente empleadas: Figura 4. Tuberías Son las conducciones por donde circula el agua hasta llegar al punto caliente y su retorno. 994

5 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones Intercambiador Es el lugar en donde se efectúa la transmisión de calor del proceso a refrigerar al agua. Es el punto más caliente de la instalación y por tanto el lugar donde se pueden plantear mayores problemas de incrustación y/o corrosión, la cual actuará de aislante, no permitiendo que el salto térmico sea el adecuado y/o roturas del material. Bomba de circulación Es la que nos impulsa el agua para que efectúe su recorrido. El dimensionado de esta bomba es sumamente importante, ya que de él dependerá la evaporación, enfriamiento y rendimiento. Dados los diferentes elementos y fluidos que incorporan estas instalaciones, deberá tomarse toda una serie de precauciones y desarrollo de un régimen de trabajo y tratamiento, que aseguren un correcto funcionamiento y una máxima duración Problemática general del agua I n c r u s t a c i ó n Las incrustaciones son depósitos duros, adherentes y compactos de materias predominantemente inorgánicas, procedentes de la precipitación por sobresaturación de las sales contenidas o por variaciones de temperatura. Las sales que la producen son entre otras: carbonato cálcico, silicato cálcico, sulfato cálcico, fosfato cálcico, sales magnésicas, sílice, aunque estas últimas se encuentran con menor frecuencia. Los principales factores que influyen sobre la formación de incrustaciones son entre otros: temperatura, concentración salina, ph y alcalinidad, concentración de sólidos disueltos, condiciones fluido-dinámicas y termostáticas del sistema. Una de las reacciones más características que se produce es: Ca(HCO 3 ) 2 + calor CO 2 + H 2 O + CaCO 3 Bicarbonato cálcico Anhídrido carbónico Carbonato cálcico muy soluble (soluble sólo (760 mg/l. aprox) 30 mg/l. aprox) Produciéndose precipitaciones de carbonatos en forma de dureza que se depositan como sedimento y/o incrustación. L o d o s Son el resultado de la precipitación de substancias orgánicas e inorgánicas insolubles, en muchos casos como etapa previa al desarrollo de una incrustación. Se originan por las características del agua de aportación, contaminación atmosférica (en caso de instalaciones en contacto con el medio ambiente), contaminación con el proceso industrial, sobreconcentración y temperatura. 995

6 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente Producen una reducción en la transferencia calorífica de la instalación, disminuyendo el caudal circulante. Estos depósitos son densos pero no duros ni compactos, movibles y capaces de acumularse en las zonas de menor velocidad del agua. Son los causantes de corrosiones localizadas, originadas por aireación diferencial, favorecedores de fermentaciones orgánicas o del metabolismo de los microorganismos. C o r r o s i ó n Es un proceso de degradación de los metales como consecuencia de reacciones de tipo químico ó electroquímico favorecido por la presencia de oxígeno. En el caso de los circuitos de refrigeración, el ambiente reactivo es el agua que actuará sobre los metales de tuberías e intercambiadores. Para que se produzca un proceso de este tipo, debe constituirse previamente una célula de corrosión compuesta por ánodo, cátodo y electrólito. En el caso de una tubería o serpentín de intercambio, una parte del metal constituye el ánodo, otra parte el cátodo y el agua el electrólito. En la corrosión tiene una notoria influencia el efecto de la temperatura, salinidad elevada (particularmente cloruros), alta velocidad del agua, alcalinidad o acidez, sólidos en suspensión, presencia de gases disueltos, crecimientos microbianos y contaminación por residuos del proceso de fabricación. El grado de corrosividad efectivo del agua se determina experimentalmente mediante probetas testigo estratégicamente situadas en la instalación. Los tipos de corrosión más usuales que se presentan son: Electroquímica: Unión de metales de distintas características electroquímicas. Química: ph y salinidad. Física: Abrasión y cavitación. Aireación diferencial: Bajo sedimentos. Bacteriana: Bacterias sulfato-reductoras, ferrobacterias, nitrobacterias, bacterias denitrificantes. Crecimiento microbiológico Viene originado principalmente por algas, hongos, bacterias y otros microorganismos en menor importancia, favorecidos en su crecimiento por la presencia de luz, calor, lodos y contaminación del proceso productivo u otro, nutrientes y ph. Merecen especial atención las bacterias autótrofas (ferro bacterias y bacterias sulfato reductoras) que pueden dar origen a corrosiones localizadas. Todo ello da origen a la formación de lodos que se depositan en los intercambia- 996

7 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones dores y disminuyen su rendimiento además de reducir la sección de paso de agua y disminuir el caudal circulante con el consiguiente aumento de temperatura. La observación del color, tacto y olor de los lodos, junto con su análisis, orientará hacia su origen: Beige, marrón claro: Lodo origen bacteriano. Verdoso: Algas verdes. Pardo: Algas pardas. Marrón rojizo: Oxido de hierro por bacterias ferruginosas. Negruzco: Sulfuro de hierro por bacterias sulfato-reductoras. Tacto gelatinoso, graso, viscoso: Origen microbiológico. Olor fuerte putrefacto: Degradación materia viva. Olor ácido sulfhídrico: Bacterias sulfato reductoras. Olor hidrocarburos: Contaminación e importante flora bacteriana. Grado de concentración. Indices de estabilidad. Es muy importante prever el grado de precipitación del carbonato cálcico, calculando el índice de saturación de Langelier y el de estabilidad de Ryznar para determinar la tendencia incrustante o agresiva en función del grado de concentración previsto en el agua de la instalación y poder dictaminar el régimen de trabajo más a d e c u a d o. Se define por grado o número de concentración la relación Concentración salina agua circuito C = Concentración salina agua aportación El grado de concentración máximo admisible dependerá de los índices antes citados, del tipo de tratamiento que vaya a efectuarse en el agua, de la temperatura en los puntos calientes y de la salinidad del agua de aportación. La valoración de estos índices de estabilidad se desarrolla en base a los parámetros de ph y ph s, obteniéndose: Indice de Langelier: I L = ph - ph s Indice de estabilidad de Ryznar: I R = 2pH s - ph El ph s puede determinarse experimentalmente mediante la prueba del mármol o calcularlo a través de las tablas o ábaco adjuntas en función de la dureza cálcica, alcalinidad y temperatura del agua. 997

8 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente Figura

9 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones Figura

10 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente El Indice de Langelier también se puede calcular a través del Diagrama de Hoover. La forma de operar es la siguiente: Partiendo del valor Total Sales Disueltas, subimos hasta encontrar la temperatura de trabajo, trazando desde allí una horizontal hasta la columna I. Unimos este punto con la concentración de calcio de nuestra agua (columna III). El punto de intersección de esta línea con la columna II, lo unimos con nuestra alcalinidad representada en la columna V. La intersección de esta última línea con la columna IV, nos da el ph s. Supongamos que tenemos un agua con las siguientes características: Total Sales Disueltas 500 ppm Temperatura de trabajo 50 C Concentración Ca 150 ppm. Ca Alcalinidad 80 ppm CaCO 3 ph 8,2 I L = 8,2-7,2 = + 1 tendencia incrustante Datos necesarios para estudiar el tratamiento adecuado Características del agua Dureza cálcica (THCa) Alcalinidad total (TAC) Salinidad total (TSD/Conductividad) ph Concentración de Cl- Concentración de SO 4 = Temperatura Características de la instalación Vienen reseñadas en la ficha técnica adjunta al final del apartado. Cálculo de la evaporación, arrastre vesicular, purga y aportación Evaporación «E» La cantidad de Kcal/hora a evacuar es de: Q t, donde: Q: Cantidad de agua recirculada por hora. t: Diferencia de temperatura entre los puntos altos y bajos de la torre de refrigeración. 1000

11 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones Si se toma un calor de vaporización medio de 585 Kcal/kg (correspondiendo a una temperatura de 20 C) de agua evaporada, la evaporación total sería de: E = Q. t 585 donde t = salto térmico en la torre De la cual se deduce que la pérdida por evaporación es del orden de 1% por 6ºC de t aproximadamente. Arrastre vesicular «EV» El arrastre vesicular es del orden de 0,2 a 2% de Q. Este valor varía en función del tipo de torre de refrigeración y de su construcción. Debido a la evaporación, hay concentración de sales, la cual se encuentra ligeramente limitada por el arrastre vesicular (son purgas incontroladas). Este arrastre vesicular no basta normalmente para limitar la concentración del agua en circulación a un valor compatible con la evaporación (1). Entonces es necesario practicar una purga de desconcentración. La nomenclatura utilizada en los cálculos del régimen de trabajo, así como las expresiones para determinar el valor de purga, agua aporte y grado de concentración, es la siguiente: C = número de concentración E = Evaporación P = Purga EV = Arrastre vesicular P' = Purga efectiva total A = Aporte s = Salinidad del agua de aportación m = Salinidad del agua del interior circuito Evaporización: E = Q x t 585 (1% de Q para t = 6'') Arrastre vesicular (EV): de 0,2 a 2% de Q Concentración máxima (cuando P = 0): C = E EV

12 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente Purga: P = E C - 1 EV Aporte: A = E. C C Tratamiento a seguir Según los datos aportados a través de los apartados anteriores, un experto en la materia determinará el grado de concentración óptimo junto al tratamiento externo e interno más adecuado, no sólo para solucionar la problemática que existiera, sino también para prevenir nuevas dificultades. Los tratamientos químicos más usuales son: Dispersantes o acondicionadores de fangos. Inhibidores de incrustación. Inhibidores de corrosión. Algicidas. Microbicidas/biocidas. Existen en el mercado algunos productos mixtos que cubren diversos tratamientos simultáneamente. Es un factor importante mantener el grado de concentración óptimo bajo tres aspectos principales: Conseguir el consumo de agua idóneo. Máxima eficacia y mínimo coste en el tratamiento. Mejor funcionamiento y rendimiento de la instalación. Para ello, en los circuitos de tipo medio (orientativamente: 100 m 3 /h < Q < m 3 /h) deben disponer de un eficaz sistema dosificador de los productos químicos, así como en el régimen de purgas, tal como se indica en el esquema adjunto. NOTA: En los tratamientos en que se aplica polifosfatos o fosfatos debe cuidarse que la concentración de PO 4 no exceda a su grado de solubilidad en su medio (alcalinidad, ph, temperatura y dureza cálcica), para que no precipite como fosfato cálcico. En los tratamientos con microbicidas/biocidas, debe tenerse en cuenta la propiedad de mutación de las bacterias, por lo que a veces será necesario alternarlos. Por otra parte, generalmente las dosificaciones serán de choque calculándolas 1002

13 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones para que se mantenga en él una concentración mínima durante un tiempo determinado, en función del volumen del circuito y del régimen de purgas (directas + pérdidas). Por lo que respecta a las algas recordemos que son principalmente activas en el período comprendido entre la primavera y otoño (por el efecto de la luz). Figura

14 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente 2. CIRCUITOS DE HUMIDIFICACION La humidificación es un proceso físico utilizado industrialmente en las salas que precisan una relativamente elevada y constante humedad en el aire ambiente, dependiendo dichos parámetros del tipo de fabricante. Principalmente es utilizado en la industria textil (hilaturas) entre alguna otra. El proceso consiste básicamente en hacer pasar una corriente de aire a través de una cortina de agua que ha sido pulverizada previamente. Dentro de una central humidificadora nos encontramos una serie de elementos mecánicos y de estructura, así como el aire y el agua Elementos mecánicos y de estructura C á m a r a La cámara o también llamada «central humidificadora» es una parte básica de la instalación. En esta zona se produce la humidificación del aire mediante agua. Este agua es tomada generalmente de las piscinas inferiores (internas o externas) e impulsada por bombas a una batería de boquillas que provocan una pulverización en finas gotas formando una lluvia. Es el aire impulsado por ventiladores el que evapora esta lluvia de agua, humidificándose hasta el grado deseado. Este aire humidificado puede arrastrar también cierta cantidad de «agua líquida» (gotas) en suspensión, por lo que antes de salir de la cámara, atraviesa una serie de láminas entrecruzadas llamadas «rompegotas», donde por choque deben ser eliminadas. Estos «rompegotas» son muy importantes para evitar arrastres de agua que posteriormente situados en los canales de distribución de aire, pueden ser causantes de problemas de corrosión. A continuación se detalla el esquema de un tipo de cámara humidificadora de baja capacidad. Figura

15 Problemática de la Legionella: actuaciones y soluciones Conducciones y sala Una vez el aire ha sido humidificado, es impulsado hacia la sala de trabajo a través de los llamados «canales de distribución». Debe procurarse que la salida del aire húmedo de la cámara no quede situada frontalmente a los rompegotas y resto de la cámara, para evitar en lo posible arrastres de agua. Los canales de distribución quedan situados en la parte superior de la sala, existiendo aberturas que permiten la salida de este aire húmedo. El aire que debe ser humidificado, puede provenir del exterior o bien en la mayoría de ocasiones se reutiliza en parte el que ya ha pasado por la sala, captándose en este caso a través de conducciones situadas generalmente en la parte inferior (suelo) de la sala. Este aire reutilizado arrastra siempre en mayor o menor cantidad residuos de la producción (borra, hilos, polvo), siendo necesarios unos filtros que retengan el paso de estos residuos. En la sala de trabajo donde se requiere la humedad constante, suele existir un higróstato que va regulando el funcionamiento de la cámara. En muchas ocasiones además de humidificar el aire se le ha de modificar su temperatura. Ello se efectúa a través de una batería calefactora situada después de los rompegotas. En el caso de enfriamiento la batería se sitúa previa a la humidificación ó bien se procede a un enfriamiento directo del agua. Un termostato regula su funcionamiento. Materiales empleados: plancha galvanizada, aluminio, poliester. Esquema de funcionamiento Un esquema de una instalación de este tipo podría ser: Figura

16 I Congreso de Ingeniería Civil, Territorio y Medio Ambiente El aire El aire es el fluido que ha de ser humidificado. La principal precaución que debe tomarse, es que sea limpio y exento de materias en suspensión. Para ello deben utilizarse adecuados filtros, y en especial si el aire es recirculado, a fin de eliminar restos de hilos y borra que puedan provocar posteriores problemas El agua El agua es un elemento básico y fundamental en el proceso de humidificación. Generalmente está acumulada en una piscina inferior desde la cual y a través de bombas es impulsada a las tuberías que alojan las boquillas pulverizadoras. El agua pulverizada que no ha sido captada por el aire o bien que ha sido rechazada en los rompegotas, vuelve a caer sobre la piscina. Debido a la evaporación producida en la cámara existe una pérdida continua de «agua pura» sin sales, que provoca una disminución en el volumen y un aumento en la concentración salina. Por ello es necesario efectuar una purga, a poder ser continua, de desconcentración salina. así como una aportación de agua nueva que restablezca el volumen perdido en la evaporación y purga. En algunas ocasiones por imposibilidad de efectuar una purga, se realizan vaciados periódicos. Una cuestión importante para mantener el agua en condiciones óptimas, es desarrollar el régimen de purgas adecuado. La cantidad de agua a purgar depende de la evaporación producida y de la calidad química del agua de aportación, con ello se calculan los grados de concentración máximos que permiten mantener condiciones de equilibrio. 1006