Metodología para la selección de un sistema de desinfección con cloro

1. El cloro
2. Desinfección con
   cloro
3. Determinación de la
   capacidad del clorador.
4. Determinación del
   método de alimentacion.
5. Selección del
   método de control.
6. Selección del tipo y
   modelo del clorador deseado
7. Selección de los
   accesorios

1.- EL
CLORO

El cloro es un gas ampliamente
distribuido en la naturaleza, su
capacidad de reacción es tal, que es muy extraño
encontrarlo como gas libre. Es
conocido el peligro potencial para la salud el trabajar en su
manufactura y
en usos industriales.

El cloro gas en sí es un gas cáustico,
irritante, amarillo verdoso, cuyo peso supera el doble del peso
del aire. Es
manufacturado pasando electricidad a
través de una solución de sal de mesa y entonces es
usualmente comprimido a líquido para empaque y
almacenamiento. El manejo y uso de ambos, cloro
líquido y cloro gaseoso requiere atención a las precauciones de seguridad.

El cloro es usado en muchas industrias como
blanqueador de materiales
blancos usados en industrias de
papel y
textiles, así como en la elaboración de fibras de
celulosa para fábricas sintéticas. En vista que es
también un poderoso desinfectante es usado para purificar
agua de
bebida, para desinfectar piscinas de natación y
tratamiento de aguas servidas. En la industria
química es
usado para la manufacturación de químicos
útiles tales como solventes, gases
refrigerantes, plásticos,
productos de
goma y microbicidas.

El cloro en el comercio
está clasificado por el Departamento de transporte del
Instituto del Cloro, como un gas comprimido no inflamable. El
cloro en cilindros se encuentra en ambas fases: líquido y
gas. Todos los envases usados en la transportación de
cloro así como todo sobre su transporte, es
controlado por las regulaciones gubernamentales. Es responsabilidad de cada persona
envasadora, transportadora o usuario del cloro, el
conocimiento y cumplimiento de estas regulaciones.

El cloro es un elemento químico. Ni es estado
gaseoso, ni en estado
líquido es explosivo o inflamable; ambos reaccionan
químicamente con muchas sustancias. El cloro es sumamente
soluble, únicamente en agua.

En su fase gaseosa tiene un color característico y un color amarillo
verdoso, siendo aproximadamente 2 ½ veces mas pesado que
el aire.
Así que en caso de fuga de un cilindro o del sistema de
cloración, él buscará el nivel bajo del
edificio o área donde el escape ocurra. El cloro
líquido es claro, de color ámbar y es cerca de 1 a
1 ½ veces mas pesado que el agua. A
presión
atmosférica, su punto de ebullición está
cerca de los 30 °
F (-34.4 °
C). Cuando se vaporiza un volumen de cloro
líquido, puede producir cerca de 460 volúmenes de
gas. Si bien el cloro gas no reacciona con muchos metales,
él es muy reactivo (fuertemente corrosivo) cuando la
humedad se hace presente.

A menos que se indique lo contrario, la palabra cloro
utilizada aquí, se refiere a cloro seco.

• Cloro: Elemento químico en cualquier estado o
  condición, puede existir bajo las condiciones por el
  momento consideradas.
• Cloro líquido: Es un gas comprimido o licuado
  para empaque
  comercial.
• Cloro gas: Es cloro seco en estado
  gaseoso.
• Cloro seco: El cloro, líquido gaseoso contiene
  no mas de 150 ppm de agua.
• Cloro húmedo: El cloro, líquido o
  gaseoso que contiene mas de 150 ppm de agua (por
  peso).
• Cloro mojado: Sinónimo de cloro
  húmedo.
• Cloro gas saturado: Cloro gas en tales condiciones
  que la remoción de cualquier calor
  causaría la condensación a líquido de
  alguna porción de él. Este término no debe
  ser confundido con cloro húmedo o mojado.
• Cloro líquido saturado: El cloro
  líquido está en condiciones tales que cualquier
  adición de calor puede
  causar alguna vaporización de gas. Este término
  no debe ser confundido con el cloro húmedo o
  mojado.
• Solución de cloro: Una solución de
  cloro en agua (para la solubilidad del cloro en
  agua).

2.- DESINFECCION CON
CLORO

El cloro continua siendo la sustancia química que
más económicamente, y con mejor control y
seguridad se
puede aplicar al agua para obtener su
desinfección.

Cuando el cloro se aplica al agua, la reacción
química que se produce es la siguiente:

Cl2 + H2O Û HOCL + H+
CL- , que se complementa hacia la derecha al cabo de
varias horas, así: HOCL Þ H+ + OCL. La
desinfección requiere, dependiendo del tipo de agua, un
mayor o menor período de contacto y una mayor o menor
dosis del desinfectante. Generalmente, un agua relativamente
clara, pH cerca de la
neutralidad, sin muchas materias orgánicas y sin fuertes
contaminaciones, requiere de unos cinco a diez minutos de
contacto con dosis menores a un mg/l. De cloro. En cada caso
deberá ser determinada la dosis mínima requerida
para que permanezca un pequeño residuo libre que asegure
un agua exenta en cualquier momento de agentes patógenos
vivos.

Cuando se aplican soluciones,
como las de hipoclorito de calcio o de sodio, deberá
tomarse en cuenta su contenido de cloro, expresado en la forma de
ácido hipocloroso, con objeto de fijar las dosificaciones.
También deben considerarse las concentraciones de las
soluciones.
Por ejemplo: un producto
comercial, el hipoclorito de calcio, con 98% de pureza,
dará:

(ClO)2 Ca + H2O Þ 2ClOH + Ca, el peso
molecular del ácido hipocloroso es de aproximadamente 52,
y el del hipoclorito de calcio es de aproximadamente
144.

Luego 2 x 52 / 144 = 0.722 y 0.722 x 0.98 = 0.71; es
decir, 71% de Cl utilizable en la forma de ácido
hipocloroso.

El cloro se encuentra en tres estados físicos:
gaseoso, líquido o sólido. El equipo requerido para
la dosificación del cloro depende del estado en que
éste se vaya a dosificar.

• Cloro gaseoso en solución acuosa. El
  cloro viene embalado en cilindros y para poder
  pasarlo a una solución acuosa se requiere de agua a
  presión.
  Por la complejidad y peligrosidad en el manejo del cloro
  gaseoso, este sistema es más utilizado en plantas de
  purificación convencionales para acueductos de gran
  tamaño.
• Aplicación directa del cloro gaseoso.
  Este sistema de aplicación del cloro gaseoso es
  utilizado en instalaciones relativamente pequeñas, pero
  teniendo en cuenta que se requiere una cierta infraestructura y
  adiestramiento de los operarios.
• Aplicación del cloro sólido o
  líquido. En instalaciones pequeñas resulta
  ser más económico y fácil el empleo del
  cloro en cualquiera de estos dos estados. Los hipocloritos
  (sales del ácido hipocloroso) pueden ser obtenidos
  comercialmente en cualquiera de estas formas. Algunos de ellos
  son:
• Hipoclorito de calcio: El hipoclorito de calcio
  más usado es el HTH (High Test Calcium
  Hypoclorite), el cual viene en forma granular, polvo o
  tabletas. Su aplicación puede ser directa o mediante la
  preparación previa de una solución
  acuosa.
• Hipoclorito de sodio: Este hipoclorito viene en forma
  líquida en diferentes concentraciones. Por ejemplo el
  Peclorito 130 (130 g/L).

El cloro es un elemento muy corrosivo y por lo tanto se
debe tener precaución en su manejo; adicionalmente los
equipos empleados deben ser de materiales
resistentes a la corrosión.

Los hipocloritos líquido son dosificados mediante
el empleo de
"hipocloradores", los cuales son bombas de
desplazamiento positivo, de diafragma o pistón , con
elementos resistentes a la corrosión del cloro. Para hacer la
dosificación de un hipoclorito, es necesario hacer una
dilución de la concentración inicial de cloro de
0.5 a 1.0 por ciento en peso.

En la práctica, el cloro líquido se
obtiene en cilindros a presión con capacidades de 100, 150
y 2.000 libras (46-88 y 908 Kg.). El cloro líquido se
gasifica en cuanto deja de estar sometido a presión y los
aparatos dosificadores (cloradores) lo aplican como tal o bien
disuelto en agua. El cloro se obtiene en la forma de hipoclorito
de calcio o sodio y se aplican como suspensiones. Para
dosificaciones que requieran gran exactitud se utiliza el gas
cloro aplicado con aparatos cloradores de alta
precisión.

El pH del agua
del agua tiene una marcada influencia en la cloración de
las aguas. Por ejemplo, a pH 6 una solución de cloro es
casi 100% HCLO y baja a un por ciento mínimo a pH
9.

3.- DETERMINACION DE
LA CAPACIDAD DEL CLORADOR.

Muchos factores determinan la exacta cantidad de cloro a
dosificar en una aplicación dada para obtener los
resultados deseados. Los dosificadores de gas cloro funcionan
abarcando una amplia gama de dosificaciones y normalmente pueden
convertirse fácilmente en dosificadores de capacidad mayor
o menor. El caudal máximo de un clorador es por lo menos
veinte veces su dosificación mínima, con cualquier
capacidad dada del tubo medidor. Como una ayuda a los lectores no
familiarizados con algunos de los términos básicos
utilizados en cloración y en tratamiento de agua y aguas
residuales, las siguientes definiciones pueden serle
útiles:

1. DOSIFICACION. La cantidad de cloro añadida al
   agua o aguas residuales, expresada en partes por millón
   (PPM) o miligramos por litro (mg/L).
2. DEMANDA. La cantidad de cloro requerida para
   reaccionar con las substancias orgánicas e
   inorgánicas, y destruir las bacterias
   contenidas en el suministro de agua.
3. EFLUENTE. La descarga de líquido de una planta
   de tratamiento o de una parte del equipo o depósito
   dentro de la planta.
4. DBO. Demanda
   Bioquímica de Oxígeno; la cantidad requerida de
   oxígeno para la oxidación
   química y biológica de las substancias contenidas
   en el agua en
   un tiempo
   específico, bajo condiciones
   específicas.
5. CLORO RESIDUAL. La cantidad de cloro remanente
   después de un periodo de contacto especificado. Es
   necesario mantener un nivel de cloro residual para asegurar el
   tratamiento completo y adecuado. Margen de seguridad contra una
   subsiguiente contaminación.
6. CONTRAPRESION. La presión en una
   tubería en la que el cloro tiene que inyectarse
   más la pérdida de presión en la
   tubería de solución desde el eyector al punto de
   aplicación.

La cantidad de cloro requerida para efectuar la
desinfección (dosificación) o cualquier otro tipo
de tratamiento depende de: La demanda de
cloro en el agua, la cantidad y tipo de cloro residual requerido;
el tiempo de
contacto del cloro en el agua, la temperatura
del agua, el volumen del flujo
a tratar.

La demanda de cloro se define como la diferencia entre
la cantidad de cloro aplicada al agua y la cantidad de cloro
libre residual, combinado residual o total resultante al final de
un específico período de contacto.

Las diferentes sustancias presentes en el agua, influyen
en la demanda de cloro y complican el uso de cloro para la
desinfección. Por lo tanto es necesario aplicar suficiente
cloro no solo para destruir organismos, sino también para
compensar el cloro consumido por esas sustancias.

El tipo y cantidad de cloro residual requerido para una
aplicación particular, así como el tiempo de
contacto necesario, varía de tiempo en tiempo y de lugar
en lugar.

Adicionalmente cualquier tipo de restricción
impuesta por las autoridades de salud
pública, deberán ser tomadas en
consideración.

Los resultados obtenidos en instalaciones anteriores,
pueden ser utilizados como una guía en la selección
del tratamiento a seguir. Así mismo, es conveniente
realizar algunas pruebas de
laboratorio,
en plantas
existentes o en plantas pilotos para obtener el tipo de
tratamiento requerido. Las pruebas son
especialmente importantes cuando se desea realizar un tipo de
cloración con varios objetivos
(desinfección y otras finalidades).

Los datos aportados
en la Tabla No 1 son valores
aproximados y se utilizan como guía para el cálculo de
la capacidad del dosificador.

TABLA No1 Dosificaciones
Típicas en ppm

El cálculo de
la capacidad del dosificador debe hacerse en base a la
dosificación y caudales máximos del
sistema.

CAPACIDAD (Lbs/dia) = 0.012 x GPM x
Dosificación

= 0.190 x LPS x Dosificación

= 0.053 x M3/HR x Dosificación

El término "Demanda de cloro" poco significa para
tratamientos de cloración de aguas negras. La
expresión más aplicable es: "Requerimiento de
cloración" y se define como la cantidad de cloro que debe
ser agregada por unidad de volumen para obtener el resultado
deseado bajo condiciones específicas. El resultado puede
ser basado en cierto número de criterios, tal como una
densidad de
coliformes estipulada, una concentración de cloro residual
específica, la destrucción de un constituyente
químico y otros criterios.

Cuando el cloro es utilizado para un propósito
como el control del olor,
reducción del lodo mineral (légamo) y control de
insectos en un filtro de goteo, control de masa de lodo activado;
el requerimiento de cloro, se define como la cantidad de cloro
que debe ser agregada para producir el resultado deseado. En la
mayoría de los casos anteriormente mencionados, el
requerimiento de cloro, se determina en la obra (planta).
Ocasionalmente las pruebas de laboratorio
pueden ser más convenientes.

La tabla No 2, sirve como guía para los
requerimientos de cloro para varios objetivos en
los distintos tratamientos de aguas negras (cloacales). La rata
de alimentación requerida (capacidad del
clorador), puede obtenerse aplicando las ecuaciones ya
indicadas.

TABLA No2 Dosificaciones
Típicas (ppm) para tratamientos de aguas
negras

Los requerimientos de cloro en las piscinas dependen del
tipo y magnitud de cloro residual requerido. Las condiciones que
afectan los requerimientos de cloro son: la recirculación
continua, la rata de recirculación, la eficiencia del
tipo de filtración, el número y la
localización a las entradas de agua filtrada, el uso de la
piscina, el tipo de cloro residual producido, el pH y la
alcalinidad.

La rata de aplicación puede ser basada tomando en
cuenta la capacidad de la piscina o la rata de
recirculación. Ambos métodos de
cálculo son aceptables y utilizados. La rata de
recirculación se obtiene revisando la capacidad de la
bomba de recirculación o multiplicando la capacidad de la
piscina por 3 cuando se recircula la capacidad de la piscina 3
veces cada 24 horas; o por 4 cuando se recircula la capacidad de
la piscina 4 veces cada 24 horas y así
sucesivamente.

La dosis de cloro usual, a menos que se indique lo
contrario debido a normas
sanitarias, son las siguientes:

TABLA No 3 Dosificaciones
Típicas (ppm) para tratamientos de agua en
piscinas

4.-
DETERMINACION DEL METODO DE ALIMENTACION.

Los cloradores del tipo alimentación directa
son utilizados principalmente como equipos de emergencia y en
pequeñas instalaciones donde es difícil obtener un
suministro de agua para poder operar
un clorador del tipo solución.

Cloradores del tipo solución, se utilizan en
forma más amplia y son preferibles en la mayoría de
los casos, debido a su mayor capacidad, flexibilidad en la
instalación y en el tipo de control y su adaptación
a un sin fin de requerimientos variantes.

1. Restringidos debido a las limitaciones de los
   difusores de gas.
2. Dependiendo de la capacidad del clorador, el uso de
   bombas de
   solución generalmente permite la aplicación de
   cloro contra presiones mayores.

5.-SELECCION DEL
METODO DE CONTROL.

Después de haber determinado la capacidad del
clorador y el método de
alimentación, el próximo paso consiste en
determinar el método de
control. Existen tres modelos
básicos de control:

1. Manual, Ajuste manual de la
   válvula de dosificación y arranque – parada
   manual del
   suministro de agua al eyector.
2. Ajuste manual de la válvula de
   dosificación de cloro y operación
   automática intermitente del vacío
   por:

• Cerrar el suministro de agua al eyector.
• Cerrar la línea de vacío de cloro al
  eyector con una válvula de solenoide.

1. Consiste en varios medidores de flujo ajustados en
   forma manual. La señal de vacío necesaria para
   que el medidor funcione es controlada por una válvula
   solenoide. La misma puede colocarse en la línea de
   vacío o en la línea de agua al eyector. Estas
   válvulas
   pueden recibir una señal de arranque o parada de una
   bomba, interruptor u otro equipo.

Las condiciones de flujo bajo las cuales se recomienda
un tipo de control, son las siguientes:

TABLA No 4 METODOS DE CONTROL EN
FUNCION DEL TIPO DE FLUJO A TRATAR

6.- SELECCIÓN
DEL TIPO Y MODELO DEL
CLORADOR DESEADO

Una vez recopilada la información básica requerida, se
selecciona de los catálogos del fabricante el tipo y
modelo del
clorador.

7.- SELECCIÓN
DE LOS ACCESORIOS

Después de haberse seleccionado el clorador, el
próximo paso consiste en la selección de los
accesorios para completar la instalación.

Entre los accesorios mas comunes, para una completa
instalación de un equipo de cloración, se
encuentran:

1. Alarmas y equipos de advertencia, cuya función
   primordial es indicar cualquier tipo de falla, incluyendo alta
   o baja presión de agua y/o cloro alto o bajo
   vacío de operación del clorador.
2. Evaporadores de cloro, los cuales permiten una alta
   rata de vaciado de cloro líquido de los cilindros de
   cloro y transformarlo en cloro gaseoso. Estos evaporadores, se
   utilizan principalmente en instalaciones de gran
   capacidad.
3. Registradores de flujo de cloro, los cuales en forma
   automática y continua, registran la rata de flujo de
   cloro a través del clorador permitiendo mantener un
   registro de
   cloro aplicado, durante un período de
   tiempo.
4. Paneles de distribución de la solución de
   cloro; para la aplicación de cloro en diferentes puntos
   de aplicación.
5. Máscaras de gas; para la protección del
   personal en
   caso de una fuga de cloro.
6. Indicadores remotos del residual; operados por los
   registradores del residual y para ser instalados en diferentes
   lugares de la planta para mantener informado durante todo el
   tiempo a los operadores de la planta del residual
   producido.
7. Registradores de cloro residual los cuales en forma
   automática y continua miden y registran cloro residual
   proporcionando un registro
   permanente a los operadores para un mejor control y una
   operación óptima.
8. Equipos para la medición del residual; cuya finalidad es
   la de medir el residual existente en el flujo tratado,
   permitiendo de ésta, un control apropiado de la cantidad
   de cloro requerido.
9. Válvulas y conexiones para agua, cloro
   líquido y cloro gaseoso, para lograr un control adecuado
   del sistema.
10. Balanzas de varios tipos, para pesar los cilindros de
    cloro e indicar el consumo de
    cloro contenido en los cilindros.
11. Detector de cloro el cual activa una alarma en caso
    de escape de cloro. El detector tiene un dispositivo, el cual
    analiza el aire ambiental y al alcanzar éste un nivel de
    concentración inaceptable, activa una alarma bien sea
    luminosa y/o sonora.
12. Bombas de agua del tipo reforzado (booster) o de
    solución, para poder inyectar la solución de
    cloro en los puntos de aplicación.

8.-
BIBLIOGRAFIA

RIVAS MIJARES, Gustavo, "Abastecimientos de Agua y
Alcantarillados" Ediciones Vega SRL, Caracas Venezuela,
1983

WALLACE e TIERNAN, "CHLORINATION" Pennwalt
Corporation, New Jersey 1999

SISTEMAS ADVANCE C.A. "CATALOGO DOSIFICADORES",
División SERVITEC, Caracas Venezuela,
1998

LOPEZ CUALLA, Ricardo Alfredo, "Elementos de Diseño
para Acueductos y Alcantarillados". Editorial Escuela
Colombiana de Ingeniería, Bogotá, Colombia
1995

ELABORADO POR:

José Domingo Perruolo R.

Ingeniero Mecánico

Outsourcing Services de Venezuela

Div. Operaciones y
Mantenimiento