Metodologia para calculo de suavizador (ablandador) de agua
Bogotá D.C. Enero 14 de 2020 (VERLEK INGENIERIA SAS-COLOMBIA)
Calculo de suavizadores de agua por intercambio iónico, cationico
La metodología de cálculo que se presenta a continuación permite realizar una estimación de la cantidad de resina catiónica que es requerida para remoción de la dureza del agua y determinar la cantidad de sal que es necesaria para su regeneración en el momento en que estas se saturan. Es importante tener en cuenta que para realizar cálculos más precisos se requiere consultar las fichas técnicas para establecer capacidad de intercambio de la resina de intercambio a emplear , estas varían dependiendo del fabricante (Ver ejemplo fichas técnicas resinas de intercambio de dos fabricantes diferentes Lewatit C249 (ver ficha tecnica), Amberlite IR120Na (ver ficha tecnica) .
Para un adecuado dimensionamiento de suavizadores es vital tener claros algunos conceptos basicos referentes a su definicion, caracteristicas y aplicaciones. Puede consultar informacion en " Que son resinas de intercambio ionico y cual es su importancia en el tratamiento de aguas"
Definicion y metodos de medicion de dureza.
Dureza del agua: La Dureza estimada es la cantidad de calcio y magnesio que tiene el agua. Este valor se debe determinar para poder calcular el tamaño del suavizador de agua.
Análisis físico químico: Donde se indica un valor que se llama dureza total que agrupa la dureza de calcio y la de magnesio. En estos análisis la dureza se expresa en partes por millón (ppm) o en mg/litro. Estos números son equivalentes. Por ejemplo si se tienen 300 mg/litro equivale a 300 ppm. Para llevarlo a granos de dureza se dividen las ppm de dureza entre 17.1
Ejemplo: 300 ppm/17.1ppp por grano de dureza = 17.54 granos
Medidor de dureza: Nos puede dar partes por millón o bien directamente los granos de dureza por galón de agua. Estos trabajan con una muestra de agua a la cual se le coloca un agente que se diluye o disuelve en el agua y luego se le coloca un reagente
por gotas hasta que cambie de color y las gotas nos indican los granos de dureza o bien una equivalencia de ppm por gota.
Niveles de dureza del agua, Resina y capacidad de un Suavizador
La dureza en el agua es muy variable y esta se puede clasificar para determinar si el agua es suave o dura. De acuerdo a la Asociación de Calidad de Agua de Estados Unidos (WQA por sus siglas en Ingles):
Clasificación de dureza del Agua:
Granos por Galón (gpg) Dura/Suave
Menos de 1 gpg Suave
1 - 3.5 gpg Ligeramente Dura
3.5 – 7.0 gpg Moderadamente Dura
7.0 – 10.5 gpg Dura
10.5 o más gpg Muy Dura
30 o más gpg Extremadamente Dura
Cuando el agua es muy dura, por ejemplo agua de 50 o 100 granos es posible que la dureza de salida no baje a niveles cercanos a 3 granos/galón. En este caso la resina no logra retirar toda la dureza del agua y por lo tanto se debe de buscar pasar el agua mas lento para dar mas tiempo de contacto con la resina y/o regenerar con mas cantidad de sal.
La resina de intercambio catiónica es la que permite suavizar el agua ( disminuir la concentracion de dureza). Esto se hace cambiando los iones de calcio (Ca+)/magnesio (Mg+)por sodio (Na+) conforme el agua pasa por la resina. Una vez que esta resina se satura de calcio/magnesio y se agota el sodio se debe regenerar la resina con una solución de agua con sal ( NaCl / KCl ) conocida como salmuera. Las cantidades de sal por cantidad de granos removidos se presenta a continuacion:
6 libras de sal = 20,000 granos Ahorra sal pero se regenera con más frecuencia
9 libras de sal = 25,000 granos Consumo normalmente usado
12 libras de sal = 28,000 granos Mayor consumo pero menos regeneraciones
La capacidad de un suavizador varía de acuerdo a los pies cúbicos de resina y a la cantidad de sal que se utiliza para regenerar.
1 galón de agua disuelve 3 lb de sal o bien 1 litro de agua disuelve 360 gramos de sal. Por otro lado un pie cúbico de resina también tiene un flujo de agua que es capaz de suavizar:
Flujo Normal por pie cúbico: 5 gpm
Flujo Pico por pie cúbico: 7.5 gpm hasta 50% adicional.
Si se considera un flujo pico es importante tener presente que no se puede suavizar el 100% del agua como en un flujo normal. También es necesario revisar la válvula que se utiliza las cuales por lo general tienen una capacidad de flujo normal en la que pierde 15 psi de presión y una de flujo pico la cual pierde 25 psi de presión. Estas serían limitantes en el suavizador.
EJEMPLO DE CALCULO DE SUAVIZADOR
- Dureza del agua: 300 ppm (17.54 granos de dureza)
- Flujo de agua a suavizar : 400 gpm.
Se calcula la cantidad de granos por dia:
400 galones de agua x 17.54 granos de dureza/galón= 7,016 granos por día.
De acuerdo a las capacidades de los suavizadores y considerando 9 libras de sal se determina el tiempo de regeneracion :
• Suavizador de 1 pie cúbico 25,000 granos/7,016 grano/día = 3.56 días
• Suavizador de 1.5 pies cúbicos 37,500 granos/7,016 grano/día = 5.34 días
• Suavizador de 2 pies cúbicos 50,000 granos/7,016 grano/día = 7.12 días
• Suavizador de 2.5 pies cúbicos 52,500 granos/7,016 granos/día = 8.90 días.
• Suavizador de 3 pies cúbicos 75,000 granos/7,016 granos/días= 10.68 días.
Criterios de selección de suavizador:
1. Considerar de 5 a 7 días entre retrolavados.
Este criterio considera que el suavizador debe operar de 5 a 7 días de consumo de agua antes de que se regenere. De acuerdo a este criterio y revisando la información anterior tenemos como opción los suavizadores de 1.5 o 2 pies cúbicos.
Otra forma de encontrar el valor es por días:
a) 400 galones/día X 5 días X 17.54 granos/galón = 35,000 granos/25,000 = 1.4 pies cúbicos
b) 400 galones/día x 7 días X 17.54 granos/galón = 49,112 granos/25,000 = 1.96 pies cúbicos
2. Considerar el flujo estimado de agua.
Este criterio considera que el flujo de agua necesario cumpla con el tamaño del suavizador seleccionado. Esto puede llevar a tener que seleccionar un equipo de mayor tamaño por flujo y que lleve un tiempo de retrolavado mayor a 7 días.
3. Criterio Mínimo:
En algunos casos donde el consumo de agua sea alto o donde se tenga alguna restricción de presupuesto el criterio mínimo para un suavizador es que se regenere todos los días aunque esto genere un mayor desgaste de la resina.
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