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DEL AGUA |
GENERACIÓN DE ENERGÍA
En países como Estados Unidos la mayor parte de la energía es generada en plantas termoeléctricas. Actualmente las instalaciones de servicio público producen mediante este método más de 2500 millones de kwh/día de electricidad. La mayoría de estas plantas recuperan el vapor de agua por condensadores, de manera que casi siempre, la cantidad de agua de remplazo consumida es muy baja, de cerca del 1 %. Sin embargo, algunas de estas plantas generadoras se han ubicado en zonas adyacentes a instalaciones industriales porque las abastecen de energía eléctrica y vapor de agua, que consumen o contaminan, por lo que las necesidades de agua de reemplazo aumentan hasta cerca del 50 %. Por ejemplo, una instalación de este tipo, incluye una planta generadora de energía anexa a una refinería, la cual suministra de sus propias fuentes, el agua de reemplazo y el combustible, mientras la planta generadora proporciona la electricidad y el vapor de agua de baja presión que sea necesaria.
La planta industrial que produce vapor de agua para transformarlo en energía, tiene pérdidas de agua mucho mayores que la estación generadora, por lo que requiere de una mayor cantidad de agua de reemplazo; y el grado de contaminación del vapor condensado y la temperatura del condensado que se recircula es diferente en ambas instalaciones.
Una de las principales razones del mayor consumo de agua de reemplazo en las instalaciones industriales es el alto costo de la tubería que requería instalar en una planta compleja para recircular el vapor condensado. Un caso típico de estas industrias son las refinerías de petróleo, en donde parte del vapor de agua se envía a tanques externos para calentar los petróleos pesados y viscosos a fin de conservarlos en condiciones adecuadas para el bombeo. Además de ser costoso tener una doble tubería para la recirculación del vapor condensado, la recuperación es poco conveniente debido a la posibilidades de ser contaminado con petróleo. Es posible que en el futuro, se exija que se recupere gran parte del vapor de agua condensado de las industrias que forma a temperaturas elevadas.
En la planta generadora, el vapor de agua se expande a través de una turbina hasta una presión por debajo de la atmosférica y luego se condensa en un equipo provisto de un sistema que está sólo unos cuantos grados por encima de la temperatura que el agua de enfriamiento. El vapor de agua condensado que vuelve al sistema tiene unos cuantos grados más de temperatura que el agua de enfriamiento descargada. En la planta industrial, el condensador es el equipo de proceso que por lo general opera a una presión mayor a la atmosférica. Por lo tanto, la temperatura del condensado que se recircula se encuentra entre 150 y 250 ºF, en comparación con la temperatura de 100 a 120 ºF en la estación de la termoeléctrica.
La planta industrial generadora de vapor de agua puede utilizarlo para accionar la maquinaria que se utiliza para la producción de electricidad o electricidad y vapor de agua. Como ejemplo de este tipo de industrias se pueden citar las fábricas de papel que generan vapor a 900 lb/pulg2. El vapor de agua se puede utilizar en algunas turbinas aprovechando la energía obtenida para accionar las bombas, generadores, compresoras, máquinas para fabricar el papel y otro equipo auxiliar. Parte del vapor de agua pasa a la línea del vapor a 25 lb/pulg2. Otros rodillos secadores utilizan vapor a 60 lb/pulg2. El vapor de baja presión se usa en la elaboración de pulpa, procesando astillas de madera en un digestor. En algunas turbinas, al igual que en las estaciones generadoras termoeléctricas, el vapor de agua se expande y la presión disminuye hasta anularse, obteniéndose una eficiencia máxima.
En algunas regiones geográficas el costo de la energía eléctrica puede ser tan bajo que no se necesite que la planta industrial genere electricidad, aunque disponga de vapor de agua suficiente.
El sistema de impuestos también es un factor importante para decidir el mejor uso posible del vapor de agua en una planta industrial. Los índices de depreciación del equipo son más altos en las instalaciones industriales que en las plantas termoeléctricas y la industria no se ha interesado en instalar plantas generadoras de vapor de agua de alta presión (más de 1200 lb/pulg2) como lo han hecho en las grandes termoeléctricas que han reducido considerablemente los costos de operación.
La generación de energía mecánica a partir de agua que fluye por turbinas hidráulicas, se hace desde el inicio de la revolución industrial (utilizaban las ruedas hidráulicas para moler granos).
Actualmente existen varias plantas industriales que siguen empleando la energía hidráulica natural para trabajos mecánicos o para generar electricidad. En ciertas partes de Canadá, el exceso de energía hidroeléctrica y su bajo costo es tal, que en algunas épocas del año es más barato generar vapor en calderas eléctricas que en calderas de combustible.
Además de aprovechar la energía hidráulica natural, hay aplicaciones especiales en que la industria también utiliza la energía hidráulica generada artificialmente. La más común se relaciona con el uso de chorros de agua a alta presión para aplicar una gran concentración de energía cinética a un área muy reducida. Las siderúrgicas eliminan en esta forma las escamas de las láminas de acero.
En los aserraderos los grandes troncos los descortezan haciéndolos girar sobre un torno y dirigiéndoles un chorro de agua que sale por una boquilla a 2500 lb/pulg2. Desde hace muchos años, en la industria minera se han utilizado chorros de agua a presión para fragmentar filones o vetas de minerales y separar las partes útiles de la tierra circundante.EL AGUA COMO MATERIA PRIMA
Mucha gente se sorprende de lo violenta que es la reacción química entre el sodio metálico y el agua, con desprendimiento de hidrógeno y formación de hidróxido de sodio. En una celda de mercurio se elabora sosa cáustica (hidróxido de sodio) en una forma muy similar, el sodio se amalgama y reacciona de acuerdo a la ecuación:
2 Na(S) + 2 H2O(L) --------> 2 NaOH(aq) + H2(G)Esta es una de las muchas reacciones químicas industriales en las que el agua se utiliza como materia prima.
En algunos procesos, las reacciones se desarrollan en fase gaseosa o de vapor. Por ejemplo, en la primera fase del proceso de elaboración del amoníaco, en donde el vapor de agua reacciona con el metano gaseoso, del gas natural, para producir el hidrógeno necesario para la formación del amoníaco, se representa mediante la ecuación química:CH4(G) + H2O(V) ----------> 3 H2(G) + CO(G)
En las industrias de las bebidas embotelladas, el agua de alta calidad es el principal componente del producto terminado. Cada refresco tiene sus propias normas de calidad, requiriendo desde agua muy clara para bebidas carbonatadas hasta agua totalmente desmineralizada para bebidas alcohólicas.
El agua también es muy importante en la industria farmacéutica. Forma parte de muchos medicamentos en su presentación líquida incluyendo soluciones inyectables.
El agua es un vehículo muy adecuado para muchos compuestos químicos, se utiliza mucho en la presentación de soluciones acuosas de ácidos y de soluciones acuosas de sustancias ácidas gaseosos, por ejemplo, el ácido clorhídrico, HCl, anhidrido sulfúrico, SO3, y pentóxido de fósforo, P2O5. El amoníaco para uso doméstico es una solución de amoníaco en agua. El hidróxido de sodio al obtenerlo en la industria, se conserva en solución acuosa para que no se eleve el costo de la producción de hidróxido de sodio sólido.
EL AGUA EN LA INDUSTRIA
En los procesos industriales el agua realiza importantes funciones: se utiliza para transportar otros materiales en diferentes procedimientos de lavado, como prima y en un sin número de otras aplicaciones que pueden ser exclusivas de una sola industria e incluso de una sola planta.
El agua es un medio adecuado y económico para el lavado general de equipos industriales. Además de la estética, lavar el equipo en la industria es muy importante ya que evita que se contaminen los productos con el polvo o con basura, como medida de seguridad (evita que se acumulen los desechos en el piso y no resbalarse o caerse y lastimarse) y para evitar el polvo que puede dañar al equipo. En la industria nuclear, en donde los procedimientos de lavado son mucho más complejos que en otras industrias, el equipo expuesto a la acumulación de partículas radiactivas se lava minuciosamente con detergentes y se enjuaga abundantemente con agua.
El lavado de los materiales de producción puede hacerse de muy diversas maneras, ya que cada una es apropiada para un tipo de operación en particular. Los métodos de lavado se clasifican de manera general en los tres tipos siguientes: lavado por dilución, por desplazamiento o desalojamiento y por extracción.
La industria de la galvanoplastia proporciona un buen ejemplo del lavado por dilución, ya que los objetos que se recubren con el metal se sumergen en una serie de tanques de soluciones químicas y deben pasar por enjuagues intermedios para evitar que lleven líquidos de un tanque a otro y se contaminen las soluciones. Las plantas modernas de galvanoplastia están equipadas con tanques para enjuague a contracorriente, los cuales están especialmente diseñados para proporcionar un lavado minucioso con pérdida mínima de agua o de producción mínima de agua residual. El efecto de lavado se logra en el tanque de enjuague mediante la dilución de la capa superficial del compuesto químico proveniente del tanque de reacción anterior. Por supuesto, la difusión tiene una función importante en la operación efectiva de enjuague.
La industria del papel ofrece un ejemplo de lavado por desplazamiento o desalojamiento en la eliminación del licor residual en los lavaderos de pulpa cruda, estas unidades son esencialmente filtros al vacío en los que un tambor de filtrado gira y está parcialmente sumergido en un tanque de pulpa digerida a una consistencia aproximada del 15 %. La pulpa forma una cubierta sobre el tambor conforme el licor fluye por la malla que lo cubre recibiéndose en un tubo recolector interno. Al girar el tambor, parte de la capa de pulpa adherida queda expuesta y sobre ella actúan los chorros planos de agua que lavan la pulpa y separan el licor restante que pasa por la malla del tambor, para ser recibida en el tubo interior para volverlo a utilizar.
Existe un proceso similar de desalojamiento para eliminar y recuperar la sosa cáustica (hidróxido de sodio) de las telas de algodón mercerizado. El hidróxido de sodio recuperado se libera del material celulósico lavándolo en un dializador. En este aparato, se utiliza agua para extraer el hidróxido de sodio que pasa a través de una membrana que retiene las grandes moléculas de los carbohidratos.
El lavado por extracción se utiliza en muchas industrias y en la mayoría de las refinerías de petróleo para eliminar la sal del petróleo crudo, evitando de esta manera la corrosión en las columnas de destilación. Se bombea agua al petróleo crudo en una proporción de cerca del 4 % del flujo del petróleo, y la eficiencia de la extracción de la sal depende de que tan perfectamente sea el mezclado. A continuación, se agregan compuestos químicos para romper la emulsión, antes de que el petróleo pase a un recipiente, en donde por medio de electrodos se desaloja el agua del petróleo, permitiendo su separación por gravedad.
También el azúcar refinada se lava mediante un proceso de extracción de agua durante el proceso de centrifugación. El agua de lavado elimina la capa de mieles de los cristales de azúcar, con el objeto de eliminar el color del producto final y lograr que fluya libremente.
Con el uso generalizado de los sistemas de aire acondicionado se ha empezado a utilizar agua para lavar y humedecer el aire y quitarle las basuras que lleva. Frecuentemente, la temperatura del agua de lavado se controla de manera minuciosa para que el aire limpio tenga la humedad adecuada. Esta aplicación está adquiriendo una importancia cada vez mayor en la industria de la microelectrónica y en la aeroespacial, en la que todas las salas de ensamble deben estar perfectamente libres de polvo para evitar cualquier acumulación de polvo en las superficies maquinadas o en los dispositivos de control.
En la clasificación de materiales por medios hidráulicos (se pueden considerar como una forma especial de lavado), el agua actúa como medio para separar el material deseado de sus contaminantes, por ejemplo, en la separación de la pizarra del carbón y en los procedimientos de flotación por espuma en la industria minera.EL AGUA EN EL TRANSPORTE
Así como las corrientes naturales de agua llevan materiales en suspensión, las corrientes que circulan dentro de tuberías o de canalones en una fábrica pueden transportar materiales de una zona a otra. Una de las industrias en que más se utiliza este procedimiento es en la de celulosa y papel.
Por ejemplo, una fábrica de papel con una capacidad integrada de 1000 toneladas por día que produce distintos tipos de cartón, puede consumir de 75 a 120 millones de galones de agua por día; de éstos el 80 a 90% se requerirá en los mismos procesos. Una vez que se produce la pulpa, se puede colar para eliminar el material demasiado grande y los desechos. Esta operación se lleva a cabo a una "consistencia" de 6 a 8% o sea, cuando el contenido de agua es de 92 a 94% aproximadamente. Posteriormente, se evapora agua para reducir el volumen y almacenar el material a una consistencia aproximada del 12%. Posteriormente, se vuelve a diluir hasta alrededor del 8% para bombearla a la fábrica de papel. Después de refinarla y procesarla, la pulpa se diluye finalmente a una consistencia de 0.5 a 1.5% (98.5 a 99.5% de agua) que es como se alimenta a la malla metálica de la máquina Fourdrinier. Al pasar sobre la máquina de papel se elimina agua por escurrimiento, compresión y calentamiento, en donde cada paso sucesivo requiere una maquinaria más complicada y el costo por kilo de agua eliminada aumenta considerablemente. La hoja acabada puede contener sólo del 2 el 3% de agua.
En la minería existen varios procesos en los que se utiliza el agua para disolver los depósitos minerales subterráneos y transportar el material a la superficie para procesarlo posteriormente.
El proceso Frasch para extraer el azufre es más complejo porque el agua debe calentarse a 350ºF para fundir el azufre que está abajo de la tierra. A continuación se utiliza aire para elevar y sacar la mezcla de agua y azufre a la superficie, ya que el azufre es insoluble en agua.
Como el costo de la explotación y desarrollo de los pozos petroleros es cada vez mayor, esto ha obligado a la industria a realizar una recuperación secundaria y terciaria de los residuos de petróleo de los antiguos campos petroleros mediante la inyección de agua y vapor de agua. Se utiliza el agua especialmente tratada como salmuera o una mezcla de agua y vapor de agua que se bombea bajo tierra con el propósito de desplazar al petróleo de las áreas de donde no se hizo la extracción por los métodos primarios. El agua que se emplea recibe tratamientos muy complejos, a fin de que la formación subterránea no se tapone con los desechos.
También se utiliza el agua como medio de transporte de materiales en otras industrias como la alimentaria, en las plantas enlatadoras, las verduras se transportan mediante corrientes de agua, al igual que la remolacha en los ingenios azucareros. Cuando el carbón pulverizado se necesita transportar a grandes distancias, también, se envía en forma de suspensión a través de tuberías.
Hasta cierto punto, casi todas las industrias utilizan el agua como medio de transporte y diluyente para los desechos, en la misma forma en que la utiliza la sociedad en los sistemas de aguas negras.
Además el agua se utiliza en forma de vapor como medio de transporte, en los procesos de destilación por arrastre de vapor, donde las burbujas de vapor de agua de un recipiente que contiene un líquido orgánico volátil producen una mezcla de vapor constituido por el agua y los compuestos volátiles, la cual tiene una composición que está en relación a sus masas moleculares y es igual a la relación que existe entre las presiones parciales de vapor de cada uno de los dos materiales (Ley de las presiones parciales de Dalton). El vapor también se utiliza para la evacuación de gases de lugares cerrados, por ejemplo, en el caso en que se utilizan conductores de vapor en condensadores de turbinas para eliminar en forma continua los gases no condensables del recipiente del condensador y evitar con esto que el gas cubra las superficies de transporte de calor.OTROS USOS
El agua es un material relativamente barato y adecuado para diferentes procesos industriales de la más diversa índole. Se utiliza como material sellador en los prensa-estopas de las bombas centrífugas y en recipientes almacenadores de gases. También, en procesos de enfriamiento y de disminución de fricción.
El agua se utiliza mucho como medio de protección para el personal que labora en la industria nuclear, por ser un moderador de neutrones y la radiación. Los elementos químicos radiactivos se cortan o se fabrican dentro de un baño de agua, empleando maquinaria especial equipada con una cámara de televisión sumergible en agua para trasmitir la imagen al operador. El trabajador manipula los controles de la maquinaria desde la sala de operación, protegido por una separación de 6 a 9 metros de agua entre él y el objeto radiactivo que se coloca en un estanque.
Parece que en todas las industrias se empieza a tomar conciencia de la necesidad de vigilar la calidad del agua que se requiere en cada caso y de descargarla, lo menos contaminada posible, como parte de su obligación con la sociedad.