TRATAMIENTO ECOLOGICO CONTRA INCRUSTACIONES EN AUTOCLAVES OBJETIVO Este documento describe la solución implementada para manejar el problema de las incrustaciones derivadas de la dureza del agua en las calderas de las autoclaves de clínicas, hospitales y centros de salud. 1 AGUAS DURAS 1 El agua, recurso utilizado prácticamente en toda actividad humana, contiene naturalmente carbonatos de calcio, magnesio (compuestos iónicos) y otras sales, así como microorganismos y elementos varios en solución. Las sales presentes en el fluido de un circuito se adhieren a sus paredes interiores debido a las cargas eléctricas naturales de sus moléculas y a las propiedades de sus estructuras cristalinas. Bajo determinadas condiciones de temperatura y presión estas incrustaciones se ven incrementadas causando el crecimiento en espesor de una capa calcárea/magnésica, acarreando graves consecuencias económicas y de producción. Las sales incrustadas conllevan al deterioro progresivo e irreversible de las paredes metálicas sobre las cuales se incrustan. Esta acción, comúnmente conocida como corrosión, se trata de una reacción electroquímica (espontánea) destructiva que, como es sabido, ataca a la mayoría de los metales utilizados comúnmente en cualquier industria y actividad productiva. La formación de incrustaciones calcáreas ocurre sin un correcto tratamiento del agua, y afecta a circuitos y maquinarias de varias maneras: disminución del caudal hasta llegar a su parálisis, debido al crecimiento del espesor de una capa calcárea. corrosión irreversible de toda superficie metálica presente en el circuito, hasta su deterioro total. necesidad de recambio de tramos completos de tubería de circuitos de agua. recambio de piezas y partes de maquinarias afectadas por la corrosión e incrustación. 1 En pocas palabras, un agua dura es aquella agua con una alta concentración de minerales disueltos, con más frecuencia calcio y magnesio.
pérdida de entre un 40% y 90% de la efectividad de sistemas de transferencia de calor (destiladores, intercambiadores, torres de enfriamiento, condensadores, calderas) debido a la aislación térmica provocada por las incrustaciones. Esto traducido a términos económicos significa el acarreo de grandes esfuerzos de mantenimiento correctivo calculados en miles a millones de dólares, 2 dependiendo de la infraestructura de las instalaciones objeto de análisis. 2 Aunque existen diversas evidencias que permiten determinar si un agua es dura, la mejor manera es realizar un análisis físico-químico en un laboratorio. Los resultados obtenidos permiten clasificar el grado de dureza del agua así: Nivel de Dureza mg/l o ppm (partes por millón) Suave 0-17 Ligeramente Dura 17-60 Moderadamente Dura 61-120 Dura 121-180 Muy Dura +180 El agua con niveles de dureza de 61 mg/l (moderadamente dura) y más altos, normalmente requiere tratamientos. INCRUSTACIÓN Las incrustaciones están compuestas fundamentalmente por calcita en mayor proporción, y por aragonita en menor proporción. Ambos son carbonatos de calcio con igual composición química, aunque distinta estructura cristalina, físicamente hablando. La calcita tiene una capacidad incrustante holgadamente superior frente a la aragonita. (Esto será de fundamental importancia para comprender el efecto desincrustante del Equipo Magnético Permanente FLUID FORCE) De no aplicarse un efectivo control de estas reacciones naturales, la adhesión constante yprogresiva de carbonatos de calcio y de magnesio provoca el crecimiento de una costra incrustante de muy importantes espesores, la cual es mecánicamente dura de remover y térmicamente muy aislante, lo cual reduce espectacularmente la eficiencia de la transferencia de calor al agua (i.e. calderas). Esto no sólo implica pérdida de capacidad de caudal en tuberías, sino también excesos de consumo de energía para producir calentamiento o enfriamiento, y
más importante aún, el incremento de posibilidades de fallas catastróficas en maquinarias sobrecalentadas. CALCITA Y ARAGONITA Habitualmente las sales de calcio y de magnesio -y otras análogas aunque en menor proporción- forman parte de las incrustaciones desarrolladas en tuberías, circuitos y maquinarias de transferencia de calor. En especial los carbonatos de calcio, producto de la cristalización en fluidos sobresaturados con iones de calcio, pueden adoptar diferencias en las estructuras de sus cristales; en otras palabras, mantienen sus átomos componentes, aunque sus distribuciones espaciales difieren significativamente. Básicamente se clasifican en dos formas distintas: calcita y aragonita. 3 Cada una de ellas adopta formas de cristalización distintas, propiedades que inciden en la manera en que dichos carbonatos afectan o no al crecimiento de las incrustaciones. Tanto en circuitos de agua como en maquinarias incrustadas en condiciones normales se advierte una proporción ampliamente superior de las calcitas frente a las aragonitas, debido a que las primeras son cristales polimorfos y estables. Contrariamente a las aragonitas -cristales amorfos e inestables- las calcitas tienden a iniciar nucleaciones heterogéneas y a desarrollar el crecimiento de cristales sobre superficies, en especial las metálicas. En otras palabras, es mayor la tendencia a la incrustación de calcitas frente a lo propio con las aragonitas. Químicamente, los cristales de aragonita son holgadamente más solubles que las calcitas, hecho que determina su incapacidad de formar incrustaciones -no contribuyen al crecimiento o aglomeración de cristales-. De igual modo, manteniéndose en solución y siendo incapaces de contribuir al crecimiento de los cristales, las aragonitas favorecen no solo la inhibición de la incrustación, sino también, y por efecto de erosión facilitada por la fuerza del caudal, produce la remoción gradual de las calcitas adheridas -remoción de las incrustaciones ya existentes en el circuito-. En la práctica observamos que en zonas donde la calcita adherida permanece aún intacta, la misma es mecánicamente dura para su remoción, presentando a la vez, propiedades de alta aislación térmica, lo cual explica los increíbles excesos de energía necesarios para lograr una transferencia de calor medianamente razonable (i.e. calderas, torres de refrigeración, destiladores, etc.)
4 Los cristales de aragonita tienen características por completo disímiles a las calcitas: en caso de encontrar depósitos de aragonita, éstos se presentan en forma de lodos blandos semilíquidos que no incrustan ni presentan propiedades de aislación térmica (Nota: habitualmente las sales de tipo aragonita, disueltas por completo en el medio líquido continúan su trayecto através de las tuberías y circuitos de transferencia de calor, desintegrando por erosión las costras calcáreas duras y sin volver a incrustarse por un cierto tiempo/trayecto hasta llegar al punto de consumo final). 4 CORROSIÓN La corrosión es definida como el deterioro de un material metálico a consecuencia de un ataque químico por su entorno. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción química, la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, la salinidad del fluido y las propiedades de los metales en cuestión. La corrosión que habitualmente afecta a tuberías y maquinarias es la corrosión húmeda, un proceso electroquímico que necesita tres condiciones para desarrollarse espontáneamente: ánodo, cátodo y electrolito (solución acuosa eléctricamente conductora). Si alguno falta, la corrosión se detiene. Estos tres elementos constituyen lo que se conoce como pila galvánica o electroquímica. La corrosión se desarrolla en las zonas anódicas, mientras que las catódicas permanecen siempre inalteradas. La corrosión será tantomayor cuanto mayor sea la conductividad del electrolito. En un agua salina, que tiene una conductividad alta, cualquier proceso corrosivo se verá incrementado en actividad y en velocidad. Un agua dulce será poco conductora, por lo que la corrosión será más lenta y menos activa con relación al primer caso. Las superficies metálicas habitualmente forman zonas propensas a corroerse (zonas anódicas) debido a varios factores, entre ellos: Deformación del metal: cambios en la estructura cristalina del metal, causados por calor, bruscas diferencias térmicas, efectos mecánicos, grietas y fisuras por fatiga, etc. La sección deformada tiende a ser corroída (zona anódica) frente a las zonas intactas que no se corroen. La corriente galvánica producida entre ambos se incrementa o disminuye proporcionalmente de acuerdo a la salinidad del fluido que los rodea. Contacto de dos metales diferentes: debido a diferencias en sus potenciales de reducción, el metal más activo sufrirá corrosión frente al
metal más noble, que se mantiene intacto. La corriente galvánica se incrementa o disminuye de acuerdo con la salinidad del fluido (electrolito). Corrosión por efecto Evans (influencia de las incrustaciones): un sedimento sobre una superficie metálica origina una zona anódica justamente debajo del depósito, donde la concentración de oxígeno es muy pequeña, en comparación con la periferia. Diferencias en las concentraciones de oxígeno se originan con gran facilidad cuando tienen lugar procesos de incrustación de sales. 5 Tanto la presencia de sales disueltas en el fluido, como la formación de incrustaciones sólidas sobre superficies metálicas, son factores que incrementan la velocidad e intensidad de los procesos corrosivos. Al disminuir la salinidad del fluido, y al detener e inhibir las incrustaciones naturales en tuberías, circuitos y maquinarias, se detiene los procesos de corrosión en todo el circuito, o bien (dependiendo del estado puntual de las instalaciones en cuestión) ralentiza significativamente la velocidad con que se producen dichos procesos de corrosión. TRATAMIENTOS Existen pocas alternativas para el manejo del agua dura. Unas de estás apuntan al tratamiento químico del agua, reduciendo la cantidad de calcio y magnesio. Otras apuntan al tratamiento físico del agua, evitando los efectos de estos minerales, pero sin alterar las características químicas del agua. La escogencia de uno u otros tipo de tratamiento depende del tipo de uso que se le vaya a dar al agua (agua potable, sanitaria o de uso industrial) y de las condiciones de dureza iníciales. Las principales soluciones aplicables son: Suavizadores Acondicionamiento químico del agua Métodos físicos Osmosis Inversa Tratamiento magnético del agua OSMOSIS INVERSA La ósmosis inversa es un proceso de tratamiento de agua mediante membranas semipermeables, empleado para eliminar del agua hasta 99% de los microorganismos y sólidos disueltos y suspendidos. El agua se hace pasar a través de membranas que dividen el flujo en dos efluentes, uno concentrado y otro que se conoce como permeado.
La membrana es una película semipermeable que permite permear agua con una baja concentración de contaminantes debido a la diferencia de presión osmótica generada entre el efluente de alimentación, el permeado y la membrana. El Permeado es un efluente bajo en sales y el Rechazo es un efluente con alto contenido de sales y contaminantes. La osmosis inversa puede eliminar eficazmente casi todos los contaminantes 6 inorgánicos del agua. En el caso del calcio y magnesio presentes en las agua duras, el índice de rechazo es del 96-98%. 6 Los sistemas de osmosis inversa son compactos, fácil de operar, y requieren laborales mínimas, lo que los hace aptos para los sistemas pequeños. TRATAMIENTO FLUID FORCE El equipo FLUID FORCE (FF) es un producto diseñado específicamente para eliminar los problemas de incrustación (sarro) y corrosión en redes de agua industrial y particular. En maquinarias con zonas de transferencia de calor como calderas, inter-cambiadores, sistemas de aire acondicionado y torres de enfriamiento,fflimpia las incrustaciones existentes e inhibe nuevas formaciones. El equipo FF actúa directamente sobre las sales insolubles del circuito mediante un tratamiento físico no intrusivo que modifica las propiedades de adherencia de los componentes incrustantes. Sin el agregado de productos químicos, ni instalación de grandes maquinarias de desalinización de agua, FF modifica la estructura física de los carbonatos de calcio y magnesio, sin alterar su composición química. Siendo un dispositivo de tipo modular y de aplicación externa a la tubería, se adapta a cualquier diámetro y cualquier caudal, no requiriendo modificar las mismas ni detener la producción para su instalación. Si Ud. utiliza agua como suministro de un sistema que periódicamente se incrusta, el equipo FFes en efecto el medio más avanzado en el mercado que: Previene el crecimiento de incrustaciones y detiene la corriente galvánica, causante de la corrosión en todo el circuito y toda maquinaria que de ella se abastezca. Corrige las incrustaciones, limpiando las existentes en toda la red de abastecimiento de agua y en toda superficie de transferencia de calor, a través de un proceso constante, gradual y progresivo. DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN
La figura ilustra la solución implementada. Las principales partes son: Filtro de osmosis inversa DF02-4S Tanque de almacenamiento Bomba Conexiones hidráulicas Tratamiento Ecológico del agua Fluid Force 7 Tanque 60 Litros AUTOCLAVE FLUID FORCE BOMBA BOMBA J K SET CLR Q Q EQUIPO OSMOSIS INVERSA LLAVE DE PASO FILTRO DE OSMOSIS INVERSA Los Filtros DF02-4S y DF02-1S son sistemas de ósmosis inversa de cuatro etapas que garantiza agua sin minerales y de la mejor calidad, para aplicaciones industriales. CuatroEtapas: PP 5µ + CAG + CTO + RO Orientado a dar solución al mercado industrial Producción de 100 ó 400 galones/día Gran flujo, sin tanque de presión Función de limpieza Bomba de impulsión de diafragma La OSMOSIS INVERSA es la tecnología más avanzada, eficaz, fiable y compacta en purificación del agua, hoy en día. La ósmosis inversa es un proceso de tratamiento de agua mediante membranas semipermeables, empleado para eliminar del agua hasta 99% de los sólidos disueltos, suspendidos y microorganismos. ÍNDICES DE RECHAZO DE LA OSMOSIS INVERSA El proceso de la ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable para quitar y para rechazar una variedad amplia de impurezas. Aluminio 97-98% Hierro 98-99% Radio 97% Amonio 85-95% Plomo 96-98% Selenio 97%
Arsénico 94-96% Magnesio 96-98% Silicona 85-90% Bacterias 99+% Manganeso 96-98% Silicato 95-97% Bicarbonato 95-96% Mercurio 96-98% Plata 95-97% Bromuro 93-96% Níquel 97-99% Sodio 92-98% Cadmio 96-98% Nitrato 93-96% Sulfuros 99+% Calcio 96-98% Fosfato 99+% Sulfato 96-98% 8 8 Cloro 94-95% Polifosfato 98-99% Zinc 98-99% Cromato 90-98% Hierro 98-99% * Virus 99+% Cromo 96-98% Plomo 96-98% * Insecticidas 97% Cobre 97-99% Magnesio 96-98% * Detergentes 97% Cianuro 90-95% Potasio 92% * Herbicidas 97% Ferrocianuro 98-99% Pirógenos 99+% % TDS 95-99% Fluoruro 94-96% Radioactividad 95-98% CONFIGURACION DEL SISTEMA Etapa 1: Pre-Filtración Etapa 2: Carbón Activado Granular (CAG) Etapa 3: Bloque de Carbón CTO (Chlorine, Taste, Odor) Etapa 4: Ósmosis Inversa FILTRO DE POLIPROPILENO DE 5 MICRA Cartucho de Polipropileno que atrapa lodo, polvo, óxido y arena que afectan el sabor y apariencia de su agua, a la vez que también protege los otros filtros de atascos y obstrucciones prematuras. REEMPLACE CADA 6 MESES* CARBON ACTIVADO GRANULAR Reduce el cloro, benceno, pesticidas y herbicidas, trihalometanos, compuestos orgánicos volátiles y otros. REEMPLACE CADA 6 MESES* BLOQUE DE CARBÓN Carbón activado en polvo compactado en bloque que complementa la etapa CAG y mejora los aspectos estéticos del agua: elimina el cloro y olor, mejora el sabor REEMPLACE CADA 6 MESES* FILTRO DE ÓSMOSIS INVERSA Elimina eficazmente casi todos los contaminantes
inorgánicos del agua. Remueve el radio, la materia orgánica natural, los plaguicidas, los quistes, bacterias y virus. REEMPLACE CADA 12 MESES* (*) El tiempo de reemplazo depende de la calidad de agua a la entrada TANQUE DE ALMACENAMIENTO Tanque plástico de 50 litros con tapa usado para mantener una reserva de agua y de esta manera atender oportunamente las necesidades de caudal del autoclave. Cuenta con flotador para control de llenado y salida inferior de 1 con llave. 9 BOMBA Bomba de impulsión de ¾ Hp, con entrada/salida de 1 y alimentación de 110 VAC 60 Hz. Su función es generar una presión mínima de 40 psi para cumplir los requerimientos de funcionamiento del autoclave. FLUID FORCE FF trata físicamente al agua sin modificar su composición química y sin entrar en contacto con ella, cambiando la estructura cristalina de las sales (calcita) a una forma no incrustante (aragonita). FF produce un efecto básico: el cambio en la estructura física de las sales. Los carbonatos (sales) en estado de cristales de calcita presentes en el fluido son deformados en su estructura física, hacia una estructura amorfa no incrustante - cristales de aragonita- al pasar a través de un campo magnético generado por imanes cerámicos permanentes, los cuales constituyen el fundamento de FF. Como resultado de este efecto, varios procesos consecuentes tienen lugar en el sistema:
Limpieza Del Circuito:El flujo del caudal del circuito aporta la energía cinética necesaria para facilitar la remoción de las incrustaciones existentes, a través del simple proceso de erosión aplicado por los cristales de aragonita del fluido, sobre la capa incrustada de cristales de calcita.ff facilita la recuperación de caudal a su capacidad nominal, y el incremento de eficiencia productiva en maquinarias de transferencia de calor. 10 Prevención de nuevas incrustaciones: En un circuito de agua nuevo o bien desincrustado, FF impide la formación de nuevas incrustaciones en todo el 10 trayecto del mismo. Los cristales de aragonita, si bien poseen la misma composición química que las calcitas, no incrustan nuevamente; por el contrario, continúan su normal flujo a través del sistema hasta su salida en el punto de consumo final. Prevención de procesos corrosivos:al mantenerse todo el circuito libre de incrustaciones en sus superficies metálicas, simplemente se reducen de manera drástica los procesos de corrosión natural. Esto sucede gracias a dos efectos producidos por FF al cambiar la estructura cristalina de las sales del fluido: 1. Al evitar la formación de incrustaciones permanentes de sales sobre la superficie de tuberías y maquinarias, FFevita procesos de corrosión por efecto Evans(un sedimento sobre una superficie metálica origina una zona corroíble justo debajo del depósito, a causa de la ausencia de oxígeno disuelto). 2. Al restarle salinidad al fluido, FF disminuye la capacidad de la corrosión galvánica(un fluido menos salino es menos conductor eléctricamente hablando, hecho que detiene la corriente galvánica y paraliza la corrosión, o tiende a frenar su velocidad significativamente) Los parámetros principales de los dispositivos Fluid Force son: a) Polaridad del campo magnético: Mono-polar. Polo Sur, Negativo. b) Potencia del campo magnético: Remanencia de los imanes no inferior a 0,35 Tesla o bien 3.500 Gauss (Ferrite). El máximo rendimiento se obtiene a partir de 1 Tesla o bien 10.000 Gauss (Neodimio NdFeB 1,23 Tesla - 12.300 Gauss). c) Orientación del campo magnético: Vertical/ortogonal. Por cuanto posible, concéntrico a la dirección del fluido.
d) Amplitud del campo magnético: Cada modelo FF está diseñado para cubrir distintos diámetros de tubería desde un mínimo de 6 mm a un máximo de 600 mm. La amplitud del campo magnético se mide en MAXWELL y debe ser suficiente para abarcar toda la sección de la tubería en el punto de tratamiento, aunque el volumen del agua tratada pueda variar. ALCANCE DEL TRATAMIENTO (DIAMETRO DE TUBERIA) MODELO DIAMETRO (mm) DIAMETRO (pulgadas) FF1 Entre 6 y 25 mm ¼ a 1 FF2 Entre 6 y 30 mm ½ a 1 ¼ FF3 Entre 6 y 38 mm ¼ a 1 ½ FF4 Entre 12 y 48 mm ½ a 2 FF5 Entre 12 y 60 mm ½ a 2 ½ FF101 Entre 15 y 38 mm. ½ a 1 ½ FF801 Entre 30 y 80 mm 1 ¼ a 3 ¼ F111 Entre 30 y 80 mm 1 ¼ a 3 ¼ F121 Entre 70 y 120 mm 2 ¾ a 5 FF201/F FF201 Se vende por unidad para componer anillos de distintos diámetros para tuberías entre 100 y 185 mm (4 a 7 ¼ pulgadas) Se vende por unidad para componer anillos de distintos diámetros para tuberías entre 100 y 600 mm (4 a 24 pulgadas) Pack FF 101/D Tratamiento Integral de vivienda en redes simplificadas, compuesto de 2 dispositivos 11 e) Flujo del agua: En cuanto sea posible, debe ser laminar. Por ello, se debe instalar FF en los puntos de las tuberías donde se produzca un nivel mínimo de turbulencias (a cierta distancia de llaves de paso, curvas y cambios de sección de las tuberías). f) Velocidad del agua: Para obtener el máximo rendimiento, la velocidad del agua no debe ser inferior a 0,2 m/s, en cuyo caso será preciso reforzar el tratamiento de dos formas
posibles: aumentando la potencia magnética o bien incrementando el número de dispositivos FF y puntos de tratamiento. g) Tipos de tuberías: El tratamiento FF puede ser aplicado sobre cualquier tipo de tubería. Sin embargo, cuando se aplica sobre tuberías ferro-magnéticas, es preciso reforzar el tratamiento de dos formas posibles: aumentando la potencia magnética o bien 12 incrementando el número de dispositivos FF y puntos de tratamiento. 12 h) Vida del dispositivo FF y garantía: La vida del producto es superior a 30 años, y la garantía sobre eventuales defectos de fabricación es de 5 años. i) Alcance del Tratamiento FF En tuberías de baja presión y temperaturas no superiores a 60ºC, el dispositivo FF actúa a una distancia máxima a partir del punto de su instalación. Fluid Forceindica unas distancias medias garantizadas para la idónea instalación de sus dispositivos FF, tanto para facilitar la labor de los instaladores como para ahorrar tiempo en cálculos a los ingenieros y proyectistas. ALCANCE DEL TRATAMIENTO (DISTANCIA) MODELO ALCANCE (m) FF1 50 FF2 100 FF3 200 FF4 100 FF5 200 FF101 100 FF801 300 F111 200 F121 450 FF201/F 200 FF201 450 CONCLUSIONES Las incrustaciones y la corrosión causadas por la presencia de minerales en el agua son dos problemas permanentes en los equipos autoclaves.
El mantenimiento convencional es de tipo correctivo y consiste en la limpieza de las incrustaciones mediante métodos físico-químicos. La consecuencia de este procedimiento, además de los altos costos directos involucrados, es la parálisis de la producción y la reducción de la vida útil de los equipos. La aplicación combinada de la filtración con ósmosis inversa y el tratamiento magnético del agua, ofrece una alternativa ecológica y económica a los medios tradicionales de mantenimiento. Esta solución ofrece un cambio de enfoque en mantenimiento, permitiendo reemplazar las acciones constantes de mantenimiento correctivo, por una única acción preventiva. 13 RO + FF actúa preventiva y correctivamente: Preventivamente, inhibiendo el crecimiento de incrustaciones y deteniendo la corriente galvánica, causal de la corrosión, en todo el circuito y toda maquinaria asociada a él. Correctivamente, limpiando las incrustaciones existentes en toda la red de abastecimiento de agua y en toda superficie metálica y de transferencia de calor, a través de un proceso constante, gradual y progresivo, sin importar el grado de dureza del agua a tratar, o el espesor de la incrustación formada en el circuito de abastecimiento de agua. Muchas de las acciones de mantenimiento correctivo están determinadas por la imposibilidad habitual de tomar completo control preventivo, o bien por optar por medios inefectivos para el control de incrustaciones y corrosión.