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Problemas de Operación en Sistemas de Intercambio Iónico

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ÍNDICE

• Introducción• Ciclos Cortos de Producción• Baja Calidad de Producto• Disminución de Flujo / Aumento de Caída de

Presión

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PROBLEMAS OPERACIONALESINTRODUCCIÓN

El tamaño y diseño de una planta de desionización de agua está determinada por los siguientes factores:

• Calidad requerida del agua tratada• Naturaleza y concentración de los iones en el agua de

alimentación• Lapso entre regeneraciones• Caudal de servicio• Modo de regeneración• Características y rendimiento de las resinas

seleccionadas

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Normalmente las plantas de desionización inicianoperaciones cumpliendo las especificaciones de diseñoen cuanto a capacidad, calidad del agua tratada,condiciones de operación etc.

Sin embargo al transcurrir del tiempo se nota unareducción del rendimiento de la planta por lo que debeinvestigarse el origen del problema y darle la solucióncorrecta y oportuna.

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Los problemas típicos de bajo rendimiento se pueden agrupar en las siguientes categorías:

1. Ciclos cortos de producción Pérdida de capacidad

2. Baja calidad del agua tratada Alta fuga de ionesdurante todo el ciclo

3. Aumento de Caída de Presión y reducción de caudal

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PROBLEMAS OPERACIONALESCiclos Cortos de Producción

POSIBLES CAUSAS:

• Medición errónea del volumen de agua tratado• Pérdida de resina• Canalizaciones o vías preferenciales• Cambio en carga iónica del agua de alimentación• Variación de procedimientos de regeneración• Deterioro físico o químico de las resinas

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MEDICION ERRÓNEA DEL VOLUMEN DE AGUA TRATADO

• Fallas en ajuste o funcionamiento de integradores, contadores, medidores de flujo etc.

RECOMENDACIÓN: Calibración periódica de todos los equipos de medición

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PÉRDIDA DE RESINAPuede ser gradual o súbita

• Mal control de flujo de retrolavado produce arrastres• Fuga por rompimiento o desajuste de colectores• Rompimiento de partículas

Fuga por colectores y arrastre en el retrolavado• Arrastre de resina degradada (oxidación por Cloro)• Pérdida normal: de 2 a 3% anual del volumen total

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PERDIDA DE RESINA:

RECOMENDACIONES:• Medición del volumen anualmente. Considerar

hinchamiento/contracción de la resina• Calibrar flujo de retrolavado: Consultar Manual de

Ingeniería• Revisión de fugas en colectores• Reponer resina hasta nivel normal

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CANALIZACIONES O VIAS PREFERENCIALES• Acumulación de lodos, sólidos suspendidos, finos de resinas etc.• Precipitación de Sulfato de Calcio

Cementación de las partículas• Colectores o distribuidores obstruidos• Formación de colinas o valles en la resina

RECOMENDACIONES• Retrolavado con tapa de registro abierto y/o lavado con detergente y

dispersante• Monitoreo de concentración de H2SO4

• Revisión y limpieza de distribuidores y colectores

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CAMBIOS EN CARGA IONICA DEL AGUA DE ALIMENTACION• Cambios estacionales

Sequía concentración, lluvia dilución• Contaminación de acuíferos (pozos)• Descargas aguas arriba (aguas superficiales)

RECOMENDACIONES• Análisis químico periódico del agua de alimentación y comparación con

record histórico• Realizar simulación en Software IXcalc• Si hay cambios drásticos adecuar condiciones de operación

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VARIACION EN LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN• Nivel insuficiente de regeneración• Baja concentración de regenerante• Insuficiente tiempo de contacto

RECOMENDACIONES:• Monitorear volumen de regenerante por regeneración• Medir concentración de regenerante durante la inyección

(densímetro)• Chequear flujo y tiempo de inyección de regenerante• Realizar curvas de elusión

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CONDICIONES RECOMENDADAS DE OPERACIÓN

CONCENTRACION DE REGENERANTEHCl 4 a 10%NaOH 4 a 7%H2SO4 2 4% gradual (Co-corriente)

0.8% máximo en cationes débilesH2SO4 0.7% a 1.3% durante 30 minutos

(Contra-corriente)

FLUJO DE REGENERANTEHCl 4 a 8 l/hora/lRNaOH 2 a 4 l/hora/lRH2SO4 4 a 12 l/hora/lR

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DETERIORO DE LAS RESINASA) ROMPIMIENTO FISICO DE LAS PERLAS: Fragmentos fugan

por colectores o son arrastrados en el retrolavado, Cambiosbruscos de presión (golpes de ariete)

• Acumulación de finos produce alta pérdida de carga que a suvez rompe más resina

• Choque osmótico

RECOMENDACIONES:• Revisión de diseño hidráulico de la unidad• Eliminación de finos con retrolavado con tapa de registro abierto

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DETERIORO DE LAS RESINASB) PERDIDA DE GRUPOS FUNCIONALES• Hidrólisis por altas temperaturas

Aniónicas son menos resistentes (Max. Temp. Operación 60 ºC)• Normal degradación del grupo de las aniónicas fuertes

Amina 4a Amina 3a Amina 2aPérdida de capacidad en base fuerte (remoción de SiO2)

• Degradación no es lineal10% primeros meses1-2% años subsecuentes

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DETERIORO DE LAS RESINASC) OXIDACIÓN• Hidrólisis por altas temperaturas

C) OXIDACION• Agentes oxidantes atacan Divinilbenceno

Pérdida de resistencia mecánica y rigidez.Hinchamiento pérdida de capacidadDeformación caídas de presión y caudal

• Cloro residual en agua de alimentación• Cloratos en la Soda Cáustica• Otros agentes oxidantes

KMnO4 (green sands), Ozono etc.

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DETERIORO DE LAS RESINASC) OXIDACIÓN

RECOMENDACIÓN:• Remover Cloro con carbón activado o agente reductor

Máximo 0.1 ppm• Chequear especificaciones de Soda Cáustica

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DETERIORO DE LAS RESINASD) ENSUCIAMIENTOPuede un ensuciamiento superficial o interno de la perla• Lodos, sólidos suspendidos• Hierro• Carbonatos de Ca y Mg en aniónicas• Precipitación de Sulfato de Calcio en catiónicas• Aceite, hidrocarburos• Materia orgánica, detergentes• Precipitación de Sulfato de Bario (zonas petroleras)

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CONTAMINANTE TRATAMIENTOLodos Retrolavado con registro abierto.

Lavado con detergente/dispersanteHierro Lavado con HCl al 10%Sulfato de calcio Lavado con HCl al 10% o agua desmineralizadaAceite Lavado con detergenteMateria orgánica Salmuera alcalina (10% NaCl + 2% NaOH)Carbonatos Ca/Mg Lavado con HCl al 5%

ENSUCIAMIENTO DE LAS RESINASLIMPIEZA Y MANTENIMIENTO

Doble regeneración después de cada tratamiento

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PROBLEMAS OPERACIONALESBaja calidad del agua tratada

POSIBLES CAUSAS:

• Cambios contenido iónico del agua de alimentación• Ensuciamiento de las resinas• Cambios en condiciones de regeneración• Fallas mecánicas y/o hidráulicas

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CAMBIOS EN CONTENIDO IÓNICO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN• Incremento en la proporción de Sodio en total de cationes

Mayor fuga de Sodio del Catión• Aumento de contenido de Sílice respecto al total de aniones.

Mayor fuga de Sílice del Anión• Fuga de Sodio del Catión incide en la fuga de Sílice del Anión• Equipos regenerados co-corriente son más afectados que los

regenerados contra-corrienteRECOMENDACIONES:

• Análisis químico periódico del agua de alimentación y comparación con el record histórico

• Correr simulación en software IXcalc• Si hay cambios drásticos adecuar las condiciones de operación

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ENSUCIAMIENTO DE LAS RESINAS• Precipitaciones inorgánicas producen fugas durante el servicio

CaSO4 en las catiónicas, Carbonatos de Ca y Mg y Sílice en aniónicas• Acumulación de materia orgánica en aniónicas genera fugas

Bloqueo de grupos funcionales o fuga de Na de las sales de los ácidosorgánicos retenidosRECOMENDACIONES:

• Análisis de resinas para chequear presencia de CaSO4Monitorear concentración de H2SO4 durante la inyección

• Análisis de resina para chequear materia orgánicaLavado con salmuera alcalina

• Regeneración doble en caliente para disolver Sílice polimerizada(Si es acrílica no se puede calentar. Max 38 °C)

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CAMBIOS EN PROCEDIMIENTO DEREGENERACIÓN U OPERACIÓN• Cambios en nivel de regeneración, flujo de inyección, niveles de

enjuague, prolongación de ciclos de servicio etc. Insuficiencia de regenerante incrementa fuga de iones

• Cambios en calidad de los regenerantes. Menos concentración, Sodio en el ácido, CO2 en la Soda etc.

RECOMENDACIONES:• Si se han hecho cambios voluntarios en procedimientos ver impacto en

simulación con software Ixcalc• Chequear periódicamente especificaciones de los regenerantes

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FALLAS MECÁNICAS O HIDRÁULICASGeneralmente aparecen súbitamente

• Fallas en válvulas permiten el paso de agua sin tratar al agua tratada• Corrosión en unidades y descarbonatador incorporan Hierro al agua

RECOMENDACIONES:• Chequear estado de válvulas y tomar muestra de agua a la salida de la

misma y analizar• Chequear unidades y tuberías su estado de corrosión

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PROBLEMAS OPERACIONALESAumento de Caída de presión o Reducción de flujo

POSIBLES CAUSAS:• DISTRIBUIDORES O TRAMPAS DE RESINA OBSTRUIDOS: Lodos o resina por

sobre-expansión en contralavado.• ACUMULACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN EN LA RESINA: Bloquean

espacios vacíos entre las perlas, Pueden formar tortas y bolas de lodo, Obstruyencolectores

• PERLAS ROTAS Y FINOS ACUMULADAS: Bloquean espacios vacíos entre lasperlas enteras, Bloquean ranuras de colectores restringiendo flujo

• PRECIPITACIÓN DE CASO4: Cementan las perlas impidiendo paso de aguaTapan ranuras de colectores

• RESINA OXIDADA: Hay deformación y compresión del lecho impidiendo el flujo

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TIEMPOS DE VIDA ÚTIL

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