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
8. Bibliografía

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.

Tratamiento de Cloración para:	Dosificación Típica en partes por millón (ppm)
AGUA Refrigeración Enfriamiento Lavado a chorro Pozo Superficial	3-5 20 50 1-5 1-10 Existen muchas variables que pueden afectar al agua de superficie y al tratamiento requerido
AGUAS RESIDUALES Aguas residuales Efluente filtro percolador Efluente fango activado Efluente filtro de arena	15-20 Dosis promedio 3-8
ALGAS	3-5
BACTERIAS	3-5
BACTERIAS FERROSAS	1-10 variando con la cantidad de bacterias a controlar
CIANURO Reducción de Cianato Destrucción completa	2 veces el contenido de Cianuro 8, 4 veces el contenido de Cianuro
COLOR (eliminación)	La dosificación depende del tipo y de la cantidad de color que desee eliminar. Puede variar desde una dosificación de 1 a 500 ppm
LIMO	3-5
OLOR	1-3
PISCINAS	1-5
Precipitación de Hierro Precipitación de Manganeso	0.64 veces el contenido de Fe 1.3 veces el contenido de Mn
REDUCCION DE DBO	10
SABOR	1-3
SULFURO DE HIDROGENO Control de sabor y Olor Destrucción	2 veces el contenido de H2S 8, 4 veces el contenido de H2S

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.

Tratamiento de Cloración para:	Dosificación Típica en partes por millón (ppm)
LODO ACTIVADO Control de masa de lodo Condensación de lodo	1 – 8 Variable
REDUCCION DE DBO	6 – 12
DESINFECCION Aguas Cloacales crudas (frescas) Aguas cloacales crudas (del séptico) Aguas cloacales clarificadas (frescas) Aguas cloacales clarificadas (del séptico) Efluente- Precipitación química Efluente del filtro de goteo Efluente del lodo activado Efluente del filtro de arena	6-12 12-25 5-10 12-40 3-40 3-10 2-8 1-5
CONTROL DE OLOR Alcantarilla – Recolectoras En la Planta	1.5 – 10 5 – 10
OPERACIÓN DEL FILTRO DE GOTEO Control de olor Hoyo del filtro Control de moscas en el filtro	2 – 6 5 – 40 3 - 10

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:

TIPO DE PISCINA	Rata de Aplicación basada en la rata de recirculación promedio
Bajo Techo	2 – 5 ppm
A la intemperie	3 – 10 ppm

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:

TIPO DE FLUJO A TRATAR	METODO DE CONTROL RECOMENDADO
Control manual para fluidos continuos con rata de alimentación uniforme (un bombeo constante)	Manual - El arranque, la parada y el ajuste de la rata de alimentación en forma manual.
Control programado: Intermitente. Rata de alimentación uniforme (tal como un bombeo automático controlado por un flotante o un interruptor de presión)	Intermitente (arranque y parada) Rata de alimentación controlada en forma manual pero el arranque y la parada de forma automática. Se requiere tablero de control.
Rata de flujo variable y escalonada. Sin relación a tiempo (tal como un bombeo constante o automático por una serie de bombas de diferentes tamaños, controladas por un flotante o un interruptor de presión)	Rata escalonada. La rata de alimentación, se selecciona en forma automática ya programada. El arranque y la parada se realiza automáticamente. Tablero de control indispensable.
Rata de flujo variable y escalonada según programa de tiempo o demanda de cloro variable, según programa de tiempo. (tal como secuencias de rata de flujo ya conocidos en la demanda de cloro)	Rata programada. La rata de alimentación, se ajusta a una rata predeterminada en un tiempo preestablecido. El programa de tiempo y la rata de alimentación, son ajustables. El arranque y la parada se realizan automáticamente. Tablero de control indispensable
Control Automático. Rata de alimentación variable con demanda de cloro relativamente constante (tal como un suministro de agua con flujo por gravedad o bombas de capacidad variable)	Automático – proporcional. La operación del clorador es enteramente automática y la rata de aplicación se mantiene constante sin tomar en cuenta los cambios en las ratas de flujo a tratar. El control se realiza mediante el uso de un medidor primario.
Control Automático. Rata de alimentación variable con demanda de cloro variable.	Demanda. La operación del clorador es enteramente automática y la rata de alimentación varía de acuerdo con la demanda de cloro. El control se basa en el residual de cloro, potencial de la reducción de la oxidación u otras demandas. Este método puede ser usado solamente cuando las condiciones de la planta y otras limitaciones lo permitan.

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

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