RECONSTRUCCIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DEL EQUIPO BIDESTILADOR DEL LABORATORIO DE...
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN
DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO
TEMA:
RECONSTRUCCIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DEL EQUIPO
BIDESTILADOR DEL LABORATORIO DE INGENIERÍA DE
AGUAS Y MEDIO AMBIENTE
AUTORES:
CARLA ALEXANDRA CAICEDO SÁNCHEZ
ELSY MARCELA ESQUIVEL CRESPO
DIRECTOR DEL PROYECTO:
ING. LUIS BONILLA, MSC.
GUAYAQUIL – ECUADOR
2016
2
Guayaquil, 21 de noviembre del 2016
AVAL DEL TUTOR
ING. Luis Bonilla Abarca, Msc. Certifico haber tutelado el trabajo de
titulación; “RECONTRUCCIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DEL EQUIPO
BIDESTILADOR DEL LABORATORIO DE AGUAS Y MEDIO
AMBIENTE”, que ha sido desarrollado por Carla Alexandra Caicedo
Sánchez y Elsy Marcela Esquivel Crespo, previa obtención del título de
Ingeniero Químico, de acuerdo al REGLAMENTO PARA LA
ELABORACIÓN DE TRABAJO DE TITULACIÓN PARA EL GRADO DE
TERCER NIVEL DE LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE
INGENIERÍA QUÍMICA.
Atentamente.
Ing. Luis Bonilla Abarca Msc.
3
AGRADECIMIENTO
A Dios por habernos guiado en el camino de nuestros estudios, por la
sabiduría que nos otorga para alcanzar nuestro logro deseado.
A las familias que son nuestra fuente de apoyo constante e incondicional
durante la vida y más aún en los años arduos de alcanzar la Carrera
Profesional.
A todos nuestros maestros que día a día durante todos estos años nos
forjaron para llegar a ser unas excelentes profesionales.
A nuestro Director de tesis Ing. Luis Bonilla y Colaboradora Ing. Mirella
Bermeo por su apoyo y su dedicada orientación para la elaboración y
culminación de nuestro Proyecto de Titulación.
Elsy Esquivel y Carla Caicedo
4
DEDICATORIA
A DIOS por darme la fortaleza, serenidad, amor y salud necesaria para
alcanzar mí meta.
A mis PADRES Marcelo y Elsy, por darme su apoyo en todo momento,
valores y consejos recibidos los cuales apliqué en cada momento de mi
vida estudiantil.
A mi AMIGO incondicional César y mi HIJO Etan, por la motivación
constante y la paciencia necesaria que me brindaron, para lograr culminar
mi carrera, pero sobre todo, por el amor recibido.
A mis compañeros por ese apoyo arduo y constante en nuestra formación
profesional.
Finalmente a mis MAESTROS, aquellos que marcaron cada etapa de
conocimientos en mi vida universitaria.
Autor: Elsy Esquivel Crespo
5
DEDICATORIA
Agradezco a Dios por las bendiciones, sabiduría y retos puesto en mi
camino, que me hicieron crecer como persona.
El apoyo incondicional, económico y moral brindado por partes de mis
padres Deisy Sánchez Angulo y Carlos Caicedo Segura, hermanos, demás
familiares y amigos incondicionales, que estuvieron apoyándome en esta
constante lucha de superación profesional y personal.
“Lo que con esfuerzo se siembra, con sabiduría se cosecha”
Autor: Carla Caicedo Sánchez
6
DERECHOS DE AUTORÍA
Yo ELSY MARCELA ESQUIVEL CRESPO y CARLA ALEXANDRA
CAICEDO SÁNCHEZ, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de nuestra autoría, que no ha sido previamente presentado para
ningún grado o calificado profesionalmente y que hemos consultado las
referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de
la presente declaración cedemos los derechos de propiedad intelectual a la
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA,
según establecido por la ley de propiedad intelectual y su reglamento.
ELSY ESQUIVEL CRESPO CARLA CAICEDO SÁNCHEZ C.I. 0930931787 C.I. 0803491802
7
RESUMEN
En la presente de tesis se muestra la reconstrucción y automatización de
un Bi-destilador de agua proveniente del laboratorio de Ingeniería de Aguas
y Medio Ambiente el cual se encuentra fuera de operación. La
reconstrucción de este equipo es con el fin de ponerlo al servicio de facultad
para los usos múltiples en las diversas prácticas de laboratorios.
El Bidestilador fue donado a la Facultad por un convenio entre la Universidad y
empresa Alemana llamada “INTERMED” en el año de 1982.
Este tipo de destiladores se fundamenta en la transferencia de masa y de
calor, considerado como un bidestilador de reflujo.
Para la realización de pruebas vamos a utilizar agua potable para su
proceso de Bi-Destilación realizándole análisis de pH, conductividad,
solidos totales disueltos, porcentaje de sal y resistencia eléctrica. Estos
parámetros que se analizaron nos indicaron que el agua destilada y
bidestilada que se obtiene durante el proceso es acta para el uso de los
diferentes laboratorios de la facultad.
La reconstrucción del equipo y rediseño de sus partes que se
intercambiaron para su optimización es el cambio del serpentín de cobre
por uno de acero inoxidable para ayudar a la calidad del agua que se
obtiene, evitando las trazas de cobre que se pueden arrastrar mediante la
destilación. La automatización frecuencial del proceso energético con la
utilización de un PLC milenium 2 marca SHNAIDER.
Este equipo tiene una producción de agua destilada de 1,34 litros/hora y de
bidestilada 1,2 litros/hora. Pudiendo suplir la necesidad de agua destilada
de los laboratorios y de bidestilada para aquellos que la requieran
Palabras claves: Bi-Destilador, Agua Bi-destilada, Destilación, Agua
desionizada, Agua desmineralizada, Agua tipo reactivo.
8
ABSTRACT
The thesis sample shows the reconstruction and the automation of a bi-
distiller of water coming from the Laboratory of Water Engineering and
Environment which is outside the operation. The reconstruction of this
equipment is in order to put it to the service of the faculty for the multiple
uses in the diverse practices of laboratories.
The donor was donated to the Faculty by an agreement between the
University and the German company called "INTERMED" in the year 1982.
This type of distillers is based on the transfer of mass and heat, considered
as a reflux refolding machine.
To carry out the tests, we are going to potable water for its Bi-Distillation
process. We carry out pH, conductivity, total dissolved solids, salt
percentage and electrical resistance analysis. These parameters that were
analyzed did not indicate that the distilled and double distilled water that is
obtained during the process is record for the use of the different laboratories
of the faculty.
Reconstruction of the equipment and redesign of its parts that are
exchanged for optimization is the change of the copper coil to a stainless
steel to help the quality of the water that is obtained, avoiding the traces of
copper that can be drawn with the distillation. The frequency automation of
the energy process with the use of a PLC millennium 2 brand SHNAIDER.
This equipment has a production of distilled water of 1.34 liters / hour and
1.2 liters / hour. Being able to supply the need of distilled water of the
laboratories and double distilled for those that require it
Keywords: Bi-Distiller, Distilled Water, Distillation, Deionized Water,
Demineralized Water, Reactive Water
9
ÍNDICE
AVAL DEL TUTOR .................................................................................... 2
AGRADECIMIENTO .................................................................................. 3
DEDICATORIA .......................................................................................... 4
DEDICATORIA .......................................................................................... 5
DERECHOS DE AUTORÍA ....................................................................... 6
RESUMEN ................................................................................................. 7
ABSTRACT ............................................................................................... 8
INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 14
Capitulo #1.............................................................................................. 16
1.1 Planteamiento del problema .................................................... 17
1.2 Formulación del problema ....................................................... 17
1.3 Limitación de estudio ............................................................... 17
1.4 Alcance del trabajo ................................................................... 17
1.5 Objetivos ................................................................................... 18
1.5.1 Objetivo general ................................................................. 18
1.5.2 Objetivos específicos ........................................................ 18
1.6 Preguntas a contestar .............................................................. 18
1.7 Justificación del problema ....................................................... 19
1.8 Hipótesis .................................................................................... 19
1.9 Variables .................................................................................... 19
1.10 Operalización de las variables ................................................. 20
Capitulo #2.............................................................................................. 21
2.1 El agua ....................................................................................... 21
2.1.1 Historia ................................................................................ 21
2.1.2 Propiedades del agua ........................................................ 22
2.1.3 Clasificación del agua ........................................................ 22
2.1.4 Aspectos que determinan la calidad y estética del agua 24
10
2.2 Métodos de purificación del agua ........................................... 24
2.2.1 Clasificación del agua tipo reactivo ................................. 25
2.2.2 Obtención de agua grado 2 mediante la doble destilación
25
Capitulo #3.............................................................................................. 31
3.1 Metodología de la Investigación .............................................. 31
3.1.1 Exploraría, experimental. ................................................... 31
3.1.2 Revisión, Correlación. ....................................................... 32
Situación actual del equipo ............................................................ 32
3.1.3 Visión de la reconstrucción del equipo Bidestilador ...... 35
3.2 Calidad del producto ................................................................ 35
3.3 Variables de operación del equipo .......................................... 37
3.4 Automatización ......................................................................... 37
3.4.1 Equipos y Materiales utilizados en el rediseño ............... 37
Diagrama eléctrico actual ........................................................ 39
Diagrama eléctrico reconstrucción .............................................. 40
Diagrama de fase eléctrico ............................................................. 41
Ecuaciones de cada fase del equipo para programación del PLC
.......................................................................................................... 42
Cuadro de verdad ............................................................................ 42
Nomenclatura .................................................................................. 42
3.4.2 Cálculo del consumo eléctrico.......................................... 46
3.5. Ingeniería de procesos ............................................................. 48
Diagrama de flujo de procesos equipo reconstruido ............ 48
3.6 Análisis y discusión de los resultados ................................ 49
Pruebas Experimentales ................................................................. 49
Análisis e Interpretación de Resultados ................................. 51
Conclusiones ......................................................................................... 55
Recomendaciones ................................................................................. 56
Bibliografía ............................................................................................. 57
Tablas ..................................................................................................... 60
11
Anexos A ................................................................................................ 61
Anexos B ................................................................................................ 78
................................................................................................................. 78
Anexos C ................................................................................................ 82
Anexo D .................................................................................................. 86
Índice de Ilustraciones
Ilustración 1 ENLACES DE ATOMOS ..................................................... 22
Ilustración 2 DESTILACION DIFERENCIAL ............................................ 27
Ilustración 3 SISTEMA MED .................................................................... 27
Ilustración 4 RECTIFICACIÓN ................................................................. 28
Ilustración 5 ESTADO INICIAL DEL BIDESTILADOR ............................. 31
Ilustración 6 SISTEMA ELECTRICO ....................................................... 33
Ilustración 7 SERPENTIN DE COBRE .................................................... 33
Ilustración 8 RESISTENCIA CENTRAL ................................................... 33
Ilustración 9 LLAVE DE VÁLVULA DAÑADA........................................... 34
Ilustración 10 PERNOS, EMPAQUES, CAUCHOS Y MANGUERAS ...... 34
Ilustración 11 PLC .................................................................................... 38
Ilustración 12 DIAGRAMA ELÉCTRICO .................................................. 39
Ilustración 13 DIAGRAMA ELECTRICO PLC .......................................... 40
Ilustración 14 FASE ELÉCTRICA ............................................................ 41
Ilustración 15 SENSOR DE NIVEL .......................................................... 44
Ilustración 16 EQUIPO REDISEÑADO .................................................... 44
Ilustración 17 SERPENTÍN DE ACERO INOXIDABLE ............................ 44
Ilustración 18 EQUIPO REDISEÑADO .................................................... 45
Ilustración 19 Diagrama de flujo de proceso ............................................ 48
Ilustración 20 COMPORTAMIENTO DE LA CONDUCTIVIDAD Vs
NUMERO DE MUESTRAS ...................................................................... 54
Ilustración 21 CONDUCTIVIDAD, PUESTA EN MARCHA ...................... 61
Ilustración 22 SÓLIDOS TOTALES, PUESTA EN MARCHA ................... 62
Ilustración 23 RESISTENCIA, PUESTA EN MARCHA ............................ 62
Ilustración 24 CONDUCTIVIDADA, SEGUNDIA DIA DE MUESTRAS .... 64
Ilustración 25 SOLIDOS TOTALES, SEGUNDO DIS DE MUESTRA ...... 64
Ilustración 26 RESISTENCIA, SEGUNDO DIA DE MUESTRA ............... 65
Ilustración 27 CONDUCTIVIDAD, TERCER DIA ..................................... 66
Ilustración 28 SÓLIDOS TOTALES TERCER DIA ................................... 66
12
Ilustración 29 RESISTENCIA ELÉCTRICA, TERCER DIA ...................... 67
Ilustración 30 CONDUCTIVIDAD, CUARTO DIA DE MUESTRA ........... 68
Ilustración 31 SÓLIDOS TOTALES, CUARTO DIA DE MUESTRA ......... 68
Ilustración 32 RESISTENCIA ELÉCTRICA, CUARTO DIA DE MUESTRA
................................................................................................................. 69
Ilustración 33 CONDUCTIVIDAD, QUINTO DIA DE MUESTRA .............. 70
Ilustración 34 SOLIDOS TOTALES, QUINTO DIA DE MUESTRA .......... 70
Ilustración 35 RESISTENCIA, QUINTO DIA DE MUESTRA ................... 71
Ilustración 36 CONDUCTIVIDADA, SEXTO DIA DE MUESTRA ............. 72
Ilustración 37 SÓLIDOS TOTALES, SEXTO DIA DE MUESTRA ............ 72
Ilustración 38 RESISTENCIA ELÉCTRICA, SEXTO DIA DE MUESTRA 73
Ilustración 39 CONDUCTIVIDAD, SEPTIMO DIA DE MUESTRA ........... 74
Ilustración 40 SOLIDOS TOTALES, SEPTIMO DIA DE MUESTRA ........ 75
Ilustración 41 RESISTENCIA, SEPTIMO DIA DE MUESTRA ................. 75
Ilustración 42 CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS Vs EL TIEMPO ........... 76
Ilustración 43 Lado lateral izquierdo del equipo antes de la reingeniería . 78
Ilustración 44 Lado frontal del equipo antes de la reingeniería ................ 78
Ilustración 45 Lado lateral derecho del equipo antes de la reingeniería .. 78
Ilustración 46 resistencia central dañada ................................................. 78
Ilustración 47 Caja de control fuera de servicio ....................................... 78
Ilustración 48 Equipo desmontado ........................................................... 79
Ilustración 49 Desmonte del equipo ......................................................... 79
Ilustración 50 Desmonte del serpentín de cobre ...................................... 79
Ilustración 51 Limpieza de partes del equipo ........................................... 79
Ilustración 52 Limpieza de partes del equipo ........................................... 79
Ilustración 53 Partes y accesorios del equipo .......................................... 80
Ilustración 54 Pernos, tuercas, cauchos, empaquetadura y manguera ... 80
Ilustración 55 Programación del PLC ....................................................... 80
Ilustración 56 PLC .................................................................................... 80
Ilustración 57 Arreglo de la parte eléctrica y colocación del PLC............. 80
Ilustración 58 Fusibles del panel eléctrico ............................................... 80
Ilustración 59 Colocación de manguera ................................................... 81
Ilustración 60 Montaje del equipo, instalación del serpentín de acero
inoxidable ................................................................................................. 81
Ilustración 61 instalación del serpentín de acero inoxidable .................... 81
13
Índice de tablas
Tabla 1 OPERALIZACIÓN DE LAS VARIABLES .................................... 20
Tabla 2 ESPECIFICACIONES DE ESTANDARIZACIÓN DE AGUA TIPO
LABORATORIO ....................................................................................... 29
Tabla 3 ESPECIFICACIONES ESTÁNDAR PARA EL AGUA DE CALIDAD
REACTIVO............................................................................................... 30
Tabla 4 CALIDAD DEL AGUA TIPO REACTIVO ..................................... 36
Tabla 5 PARAMETROS DE VARIABLES ................................................ 37
Tabla 6 ESPECIFICACIONES DEL PLC ................................................. 38
Tabla 7 MATRIZ UTILIZADA POR EL PLC ............................................. 42
Tabla 8 PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO ........................................ 49
Tabla 9 DATOS OPTENIDOS EN LA MEJOR PRUEBA ......................... 50
Tabla 10 MEJOR MUESTRA DE AGUA DESTILADA ............................. 50
Tabla 11 MEJOR MUESTRA DE AGUA BIDESTILADA .......................... 51
Tabla 12 DATOS DE CONDUCTIVIDAD ................................................. 53
Tabla 13 PARAMETROS DEL AGUA POPTABLE .................................. 60
Tabla 14 DATOS DE PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO .................. 61
Tabla 15 SEGUNDO DIA DE MUESTRESO .......................................... 63
Tabla 16 TERCER DIA DE MUESTRA .................................................... 65
Tabla 17 CUARTO DIA DE ANALISIS ..................................................... 67
Tabla 18 QUINTO DIA DE ANALISIS ...................................................... 69
Tabla 19 SEXTO DIA DE ANALISIS ........................................................ 71
Tabla 20 ÚLTIMO DIA DE ANLISIS ......................................................... 74
Tabla 21 CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL PRIMER BALÓN .... 77
14
INTRODUCCIÓN
El agua es un compuesto de hidrógeno y oxígeno, su fórmula química es
H2O, indica que cada molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno
y uno de oxígeno. El agua a pesar de ser un líquido inodoro e insípido es
en realidad una sustancia química de reacciones esenciales para la vida.
La destilación es habitualmente el método utilizado para la separación de
sustancias liquidas de diferente puntos de ebullición.
El propósito principal de la destilación es la eliminación de dureza o
compuestos no deseados del agua, utilizando la vaporización parcial del
mismo, la fracción vaporizada se condensa y se recupera como líquido.
Los equipos destiladores y bidestiladores para uso de laboratorios suelen
ser en su mayoría de vidrios. El agua destilada o bidestilada que se obtiene
en equipos bidestiladores que normalmente son de vidrio u que son de
vidrio con accesorios de acero inoxidable están también libre de trazas de
metales, las cuales son arrastradas cuando se utilizan destiladores
metálicos.
Por este motivo se emplea la doble destilación o Bi-destilación para la
obtención de agua con parámetros de purificación más elevados y poder
emplearse en la elaboración de reactivos químicamente puros,
biotecnología, química analítica y microfiltración.
Su uso también es netamente industrial-medicinal donde los equipos
requieren un agua de alto grado de pureza como:
Equipos de Control de Calidad
Laboratorio de Análisis de Metales
Laboratorios de control Físico-Químicos
Para Laboratorios de Diagnóstico Clínico
Para Laboratorios de Investigación Industrial
Laboratorios de Fotografía
Laboratorios de Perfumería y Artículos de Belleza
Laboratorios Homeopáticos
Laboratorios de Productos Dentales
15
El agua bidestilada es una agua con un alto nivel de pureza, baja
conductividad y una elevada constante dieléctrica. Que se obtiene de una
doble destilación del agua potable, eliminando iones de cloruros, magnesio,
calcio y fluoruro; además de otros líquidos de diferentes puntos de
ebullición, metales, amonio, sales de amonio, materia oxidable y ácido
carbónico.
16
Capitulo #1
TEMA
“RECONSTRUCCIÓN Y AUTOMATIZACIÓN DEL
EQUIPO BI-DESTILADOR DEL LABORATORIO DE
INGENIERÍA DE AGUAS Y MEDIO AMBIENTE”
17
1.1 Planteamiento del problema
En nuestra Facultad, el Laboratorio de Aguas y Medio Ambiente
cuenta con un equipo bidestilador fuera de servicio, por lo que se le
realizará la reconstrucción del equipo para la obtención de agua
bidestilada, que cumpla con los parámetros según la norma ASTM-
D 1193 la INEN-ISO 3696.
1.2 Formulación del problema
Diseño e implementación de nuevas partes y piezas para la
optimización del equipo bidestilador.
1.3 Limitación de estudio
Para la operación del equipo solo se usará agua potable.
La temperatura del proceso es de 100°C, punto de ebullición
del agua.
Se regula la cantidad de agua que ingresa al equipo.
1.4 Alcance del trabajo
La reingeniería del equipo bidestilador de agua del laboratorio de
Aguas y Medio ambiente de la facultad de Ingeniería Química de la
Universidad de Guayaquil.
18
1.5 Objetivos
1.5.1 Objetivo general
Realizar la reconstrucción y puesta en marcha del Equipo Bidestilador del
Laboratorio de Aguas y Medio Ambiente para la Facultad de Ingeniería
Química.
1.5.2 Objetivos específicos
Rediseño y optimización del equipo bidestilador.
Automatización del sistema energético.
Evaluar el funcionamiento del equipo con sus componentes ya
rediseñados.
Realizar los análisis de control al agua bidestilada a fin de que
cumpla con la norma ASTM-D 1193.
1.6 Preguntas a contestar
¿Qué es un bidestilador y donde se utiliza?
¿Qué es agua bidestilada y para que se emplea?
¿Cuál es la capacidad de producción del equipo?
¿En qué se diferencia el agua destilada de la bidestilada?
¿Cuáles son las ventajas y desventajas del equipo?
19
1.7 Justificación del problema
Para un mejor desempeño del equipo bidestilador se debe cambiar
el serpentín de cobre por uno de acero inoxidable pare evitar la
contaminación del agua por trazas de cobre, optimizando y
automatizando mediante el cambio de la parte eléctrica timer relays
por un PLC.
1.8 Hipótesis
Si se realiza la reconstrucción, optimización y automatización del
Equipo Bidestilador del Laboratorio de Aguas y Medio Ambiente bajo
estándares internacionales (ASTM-D1193) el agua obtenida se
podrá usar en los laboratorios de la facultad y otros fines.
1.9 Variables
Las variables de control en el agua bidestilada son:
Variables independientes:
Temperatura inicial del agua
Propiedades físico-química del agua de alimentación
Volumen de agua alimentado
Variables dependientes:
Presión y temperatura durante y al final del proceso
Tiempo de operación del proceso
Volumen total producido del agua bidestilada.
20
Los parámetros de control y medición son:
pH
Conductividad
Resistencia
Sólidos totales disueltos (SSD)
1.10 Operalización de las variables
Tabla 1 OPERALIZACIÓN DE LAS VARIABLES
Variable Dimensión Instrumento/Método
Volumen de carga, alimentación del primer balón
Física
Sensor de nivel
Volumen de carga, alimentación del segundo balón
Física
Sensor de nivel
Volumen de recepción, tercer balón
Física
Sensor de nivel
Flujo de agua, salida del serpentín #1
Física
Sensor de flujo
Autor: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
21
Capitulo #2
2.1 El agua
2.1.1 Historia
El agua es una sustancia elemental para la vida en nuestro planeta,
está compuesta por dos moléculas de hidrogeno y una molécula de
oxigeno unidos mediantes enlaces covalentes (fig.1). Incolora,
inodora e insípida, que en grandes masas tomo coloraciones azul o
verde debido a la presencia de microorganismos.
El agua ejerce funciones ambientales y sociales en la población
mundial, es utilizada de muchas maneras ya sea para uso doméstico,
a nivel industrial, agropecuario, etc. El agua es un compuesto esencial
para la vida, al punto de que no existiría vida sin ella.
El agua es un medio en el cual se producen la mayoría de las
reacciones físico químicas y bioquímicas fundamentales para la vida.
El agua es conocida como un solvente universal, al circular por encina
y debajo de la corteza terrestre esta tiende a reaccionar con algunos
elementos presentes en el suelo, roca, etc.
Los principales componentes que se encuentran en el agua son:
sulfatos, cloruros, carbonatos de sodio y potasio, y los óxidos de calcio
y magnesio. (Gandora, 2001)
22
Ilustración 1 ENLACES DE ATOMOS
(átomos, s.f.)
2.1.2 Propiedades del agua
El agua es un líquido incoloro, inodoro e insípido. Su punto de
ebullición a una atmosfera de presión es de 100°C, cambia a estado
sólido a 0°C, es la única sustancia que se puede encontrar en la
naturaleza en sus tres estados de agregación.
Además posee una elevada conductividad, fuerte poder ionizante,
elevada conductividad dieléctrica (aislante), y un gran poder
disolvente.
El agua posee una densidad de 1g/cm3, a una temperatura de 4°C en
estado líquido y se expande al congelarse. El agua puede existir en
estado sobre enfriado, esto se puede lograr a unos -25°C fácilmente
sin que el agua se congele. (Dominguez & Perez, 2006)
El agua en estado sólido presenta una menor densidad y una baja
conductividad térmica.
El agua es uno de los agentes ionizantes más conocidos, se combina
con ciertas sales para formar hidratos, reacciona con los óxidos de los
metales formando ácidos y actúa como catalizador en muchas
reacciones químicas importantes. (Garrido, 2011)
2.1.3 Clasificación del agua
El agua puede clasificarse en:
23
Aguas subterráneas
Aguas superficiales
Las aguas subterráneas son aquellas que se encuentran atrapadas
bajo tierra debido a filtraciones de lluvias, una especie de rio
subterráneo.
Las aguas superficiales son aquellas que encontramos en ríos,
lagunas, mar, que se encuentran a la vista humana, usualmente es
conocida como agua suave aunque esta no lo sea.
Otra clasificación de las aguas depende del tratamiento físico-
químico que se le dé a esta o de la cantidad de sales y minerales
que se encuentren en ella, por ejemplo:
Agua mineral
Agua pesada
Agua destilada
Agua potable
Agua dura
Agua desionizada
Agua desalinizada
(Valdivia-Medina, y otros, 2010)
Agua mineral._ Es la que se obtiene natural o industrialmente, la cual posee
ciertas sales y minerales, que en las cantidades adecuadas serian
beneficiosas para la salud.
Agua pesada._ Es aquella que posee un isotopo de hidrogeno con peso
atómico 2 y oxígeno, también llamada protóxido de deuterio.
Agua destilada._ Se obtiene mediante condensación del vapor de agua
mediante proceso físico, en donde se separa minerales e impurezas.
Agua potable._ Es aquella de uso doméstico, la cual se ha sometido a
varios procesos de purificación, resultando acta para el consumo humano
independientemente de su pureza.
Agua dura._ Es una agua que al escurrirse o filtrarse por los suelos, rocas
o arenas recoge sales de calcio, magnesio y hierro.
24
Agua desionizada._ También llamada agua desmineralizada, es aquella
que se somete a un proceso físico para separar los minerales que esta
posee.
Agua desalinizada._ Es aquella a la que se le elimina el componte salino
ya sea al agua de mar o agua salobre. (INEN-3696, 2013)
2.1.4 Aspectos que determinan la calidad y estética del agua
La salud y el aspecto son los principales motivos para el tratamiento
del agua.
El tratamiento que se dé al agua dependerá netamente del uso que
se le dé a esta, tomando en cuanta varios aspectos importante para
la determinación del tratamiento de agua, sea esta residual o
potable. (Longsdon, 1995)
Entre ellos tenemos:
Remoción de contaminantes
Calidad de la fuente original del agua
Fiabilidad
Flexibilidad del proceso
Capacidades de la instalación
Costes
Compatibilidad ambiental
Calidad del sistema de distribución de agua
Realización del proceso a escala
La selección del método de tratamiento de agua está influida por la
necesidad de cumplir con los objetivos de calidad establecidos para el tipo
y uso del agua.
2.2 Métodos de purificación del agua
El agua que se emplea en un laboratorio analítico, clínico o cuantitativo no
puede ser agua corriente o potable, ya que esta contiene contaminantes
como microorganismos, sales, sustancias orgánicas e inorgánicas
disueltas, e niveles de concentración que impide su uso para ciertos
análisis o desinfección de materiales. Por ello se debe emplear agua tipo
reactivo. (Rojas, 1995)
25
2.2.1 Clasificación del agua tipo reactivo
Según la norma “NTE-INEN-ISO 3696”, el agua tipo reactivo se puede
clasificar en tres grupos.
Grado 1 o Tridestilada
Exenta básicamente de contaminantes constituidos por iones disueltos o coloidales y materias orgánicas. Es apropiada para los requisitos de análisis más exigentes incluyendo la cromatografía líquida de alta definición; se puede preparar por un tratamiento adicional del agua de grado 2 (por ejemplo, osmosis inversa o deionización seguida de filtrado a través de una membrana con tamaño de poro de 0,2 µm para separar las partículas, o por re destilación en un aparato de sílice fundida). (INEN-3696, 2013)
Grado 2 o Bidestilada
Con muy pocos contaminantes inorgánicos, orgánicos o coloidales. Es apropiada para propósitos analíticos sensibles, incluyendo la espectrometría de absorción atómica (E AA) y la determinación de componentes en cantidades muy pequeñas. Se puede preparar, por ejemplo, por destilación múltiple, o por deionización u osmosis inversa seguida de destilación. (INEN-3696, 2013)
Grado 3 o Destilada
Apropiada para la mayoría de los trabajos de química en laboratorio por vía húmeda y la preparación de soluciones de reactivos. Se puede preparar, por ejemplo, por una sola destilación, por deionización o por osmosis inversa. A menos que se especifique lo contrario, se puede utilizar para el trabajo normal de análisis. (INEN-3696, 2013)
2.2.2 Obtención de agua grado 2 mediante la doble destilación
2.2.2.1 Destilación
Las separaciones de las mezclas constituyen un área de amplio
estudio en la química debido a su gran impacto en la industria. Uno
de los métodos clásicos consiste en separación de dos o más
sustancias liquidas que presentan un punto de ebullición con una
apreciable diferencia. (Franco & Yepes, 2001)
El termino destilación se emplea para aquellos procesos en los que
se vaporiza uno de los constituyentes de una solución, por ejemplo,
en la destilación del agua. No obstante, en general esta
26
denominación solo se aplica correctamente a aquellas operaciones
en la que la vaporización de una mezcla produce una fase de vapor
que contiene los constituyentes de mayor cantidad y que se desea
recuperar. (Badger, 1964). En la destilación se puede obtener
productos de elevada pureza y recuperar sustancias que pueden
ser incorporadas al proceso. (Valderrama, 2003)
Cuando un líquido puro cualquiera se introduce en un recipiente
cerrado y vacío, parte del mismo se evapora hasta que el vapor
alcanza una determinada presión, que dependerá solamente de la
temperatura. (Buendia & Buendia, 1989)
La destilación se puede clasificar en simple o de una etapa y en
doble o múltiples etapas. En una etapa: destilación simple continua
o discontinua y destilación instantánea o en equilibrio; en múltiples
etapas: rectificación continua y discontinua. (Yolimar, 2014)
1. Destilación simple
Es la operación que tiene por objeto vaporizar parcialmente una
mezcla liquida, separando el vapor del líquido y condensándolo sin
que haya entre ambos posterior transferencia de materia. (Brown,
1955).
La destilación simple puede efectuarse con arreglo a dos métodos
diferentes, tales como:
1.2 Destilación de equilibrio._ En esta el líquido de una
composición definida se lleva acabo a una temperatura constante,
intermedia entre la de principio y la de fin de ebullición. (Ocon,
1952).
1.3 Destilación diferencial o abierta._ En este procedimiento el
líquido se lleva hasta que comienza la ebullición, y el vapor
producido se lleva se retira continuamente del espacio gaseoso,
llevándolo a un condensador separado. (Ocon, 1952).
27
Ilustración 3 SISTEMA MED
FUENTE: (Sotelo, 2014)
2. Destilación múltiples etapas._ En este sistema el agua a tratar
se calienta en un recipiente a baja presión lo que permite la
evaporación súbita. Este proceso se repite a lo largo de una serie
de etapas en las que la presión va disminuyendo según las distintas
condiciones. (Moreno, 2011).
FUENTE: (López-Vázquez, Brjanovic, Hooijmans, & Díaz, 2013)
Ilustración 2 DESTILACION DIFERENCIAL
28
2.1 Rectificación con reflujo._ Es uno de los tipos más importante
de la destilación. El vapor que abandona la cabeza de la columna
se condensa, y una fracción del líquido condensado se vuelve a la
columna, lo que constituye el reflujo; el resto se retira como
producto destilado. La condensación se suele hacer con un
serpentín de agua fría o con otras corrientes de procesos más frías.
(Lopez, March, Garcia, & Vidal, 1991).
FUENTE: (slideplayer.es, s.f.)
2.2.2.2 Agua destilada
Agua purificada por destilación de manera que se eliminan las sales
disueltas y otros componentes. El agua destilada en equilibrio con el
dióxido de carbono del aire posee una conductividad de unos 0,8.
10-6 siemens cm-1. La conductividad se debe a la autoionización del
agua:
Ilustración 4 RECTIFICACIÓN
29
𝐻2𝑂 ↔ 𝐻+ + 𝑂𝐻−
(Vasquez, Sixto, Inmaculada Julian, Martinez, & Sáez, 2000)
2.2.2.3 Agua bidestilada
Agua que ha sido sometida a una doble destilación, la cual debe
cumplir con las siguientes características.
(Ver tabla 2 y 3.)
Tabla 2 ESPECIFICACIONES DE ESTANDARIZACIÓN DE AGUA TIPO LABORATORIO
Parámetros Grado 1 Grado 2 Grado 3
pH a 25°C N/A N/A 5,0-7,5
Conductividad eléctrica (µS/cm a 25°C)
0,1 0,1 5,0
Materia Oxidable, contenido de oxigeno máximo (mg/L)
N/A 0,08 0,4
Absorbancia a 254nm y 1 cm de longitud de trayectoria óptica, unidades de absorbancia Max.
0,001 0,01 No especificado
Residuos tras la evaporación a calentar 110°C (mg/kg) Max.
N/A 1 2
Contenido de sílice(SiO2) mg/L
0,01 0,02 No especificado
AUTOR: (INEN-3696, 2013)
30
Tabla 3 ESPECIFICACIONES ESTÁNDAR PARA EL AGUA DE CALIDAD REACTIVO
Parámetro Tipo I Tipo II Tipo III Tipo IV
Conductividad eléctrica Max.(µS/cm a 25 °C)
0,056 1,0 4,0 5,0
Resistencia eléctrica Min. (MΩ-cm a 25°C)
18,2 1,0 0,25 0,2
pH a 25°C - - - 5,0-8,0
TOC (Carbono orgánico total) Max. (µg/L)
10 50 200 Sin límites
Sodio Max.(µg/L)
1 5 10 50
Sílice Max. (µg/L)
3 3 500 Sin límites
Cloro Max. (µg/L)
1 5 10 50
AUTOR: (ASTM Internacional, 2010)
31
Capitulo #3
3.1 Metodología de la Investigación
3.1.1 Exploraría, experimental.
Ilustración 5 ESTADO INICIAL DEL BIDESTILADOR
Elaborado: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
32
3.1.2 Revisión, Correlación.
Situación actual del equipo
El equipo está constituido por:
Dos balones de vidrio con 10 litro de capacidad cada uno.
Un balón de vidrio con 12 litros de capacidad.
Dos visores de nivel de vidrio.
Tres llaves de vidrio de paso.
Dos resistencias de 5500 wattios cada uno.
Un serpentín de vidrio y uno de cobre de 1/8 pulgada.
Tubo de vidrio de 36 X 93cm con relleno aleatorio de vidrio.
Tres sensores de nivel de agua
Caja de control
2 breakes de 220V cada uno
Cableado general
Soportes del equipo
5 juegos de bridas de 86cm de diámetro cada una, un juego brida de
84cm de diámetro, 11 juegos de bridas 19cm de diámetro cada una,
2 bridas de 45cm de diámetro cada una, todas de plástico
6 metros manguera térmica
Tubo de vidrio en forma de U de 36 X 67cm
Un embudo colector de agua destilada de vidrio de: 77,5cm de largo
por 41,5cm de ancho.
Tubo de primer serpentín de vidrio con dimensiones 40cm de largo
por 35,6 de ancho.
Tubo del segundo serpentín de vidrio con dimensiones 42cm de
largo por 52,7cm ancho.
Tuvo colector de bidestilado de vidrio con dimensiones 16cm de
largo por 36,1cm de ancho.
Un sensor de flujo de agua eléctrico.
Una válvula eléctrica de paso de agua.
El equipo se encuentra con todo su parte eléctrica obsoleta, sus medidores
de nivel están dañados, la llave de válvula de descarga del primer balón se
encuentra rota, la resistencia central se encuentra averiada, las mangueras,
cauchos y empaquetaduras se encuentran deterioradas, los pernos y
roscas están oxidados.
El serpentín que se encarga de condensar los vapores de la bidestilación
es de cobre lo que ocasiona contaminación del agua con este metal.
33
Elaborado: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
Ilustración 8 RESISTENCIA CENTRAL
Elaborado: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
Ilustración 7 SERPENTIN DE COBRE
Ilustración 6 SISTEMA ELECTRICO
34
Elaborado: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
Ilustración 10 PERNOS, EMPAQUES, CAUCHOS Y MANGUERAS
Elaborado: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
Ilustración 9 LLAVE DE VÁLVULA DAÑADA
35
3.1.3 Visión de la reconstrucción del equipo Bidestilador
Se proyecta que el equipo trabaje a su máxima capacidad produciendo 8,9
litros de agua bidestilada en 8 horas de operación para suplir la necesidad
de agua destilada de la facultad y de agua bidestilada para los laboratorios
que lo requieran.
Para lo cual se realizan los siguientes trabajos:
Se sustituirá el serpentín de cobre por uno de acero inoxidable,
evitando así la contaminación del agua por arrastre de trazas de
cobre.
Cambio de los 3 sensores de nivel.
Cambio de cableado general, empaquetadura y accesorios.
Reparación de resistencia central, la cual es de 5500W y 25,5 Amp.
Reparación del sensor de flujo de agua 7,06 L/min
Reparación de 6 fusibles de 16 Amp. Cada uno.
Se instaló un controlador lógico programable (PLC), de 8 entradas y
4 salidas, que controla la automatización general del equipo
3.2 Calidad del producto
La calidad del producto que se obtiene se rige mediantes normas, las
cuales especifica los parámetros que debe cumplir está de acuerdo al
uso que se le dé a la misma. Por ello nos hemos basado en las
siguientes especificaciones.
Las normas a las que basamos los parámetros son:
- ASTM D-1193
- INEN-ISO 3696
36
Tabla 4 CALIDAD DEL AGUA TIPO REACTIVO
Parámetros
Rango Método de
análisis ASTM-D 1193
INEN-ISO 3696
Conductividad eléctrica Max. (µs/cm a 25°C)
1 1 Thermo Orion conductímetro
model 162 A
Resistencia eléctrica Min. (MΩ-cm a 25°C)
1 1 Thermo Orion conductímetro
model 162 A
Sólidos totales (mg/L)
1 - Thermo Orion conductímetro
model 162 A
Sales (ppt) - - Thermo Orion conductímetro
model 162 A
pH - - Thermo Orion conductímetro
model 162 A
Autores: Carla Caicedo & Elsy Esquivel
37
3.3 Variables de operación del equipo
Las variables que se van a considerar son los siguientes:
Tabla 5 PARAMETROS DE VARIABLES
Variable Dimensión Instrumento/ Método
Rango/ Medición
Volumen de carga, alimentación del primer balón
Física
Sensor de nivel
7,3 Litros
Volumen de carga, alimentación del segundo balón
Física
Sensor de nivel
9,4 Litros
Volumen de recepción, tercer balón
Física
Sensor de nivel
8,9 Litros
Flujo de agua, salida del serpentín #1
Física
Sensor de flujo
3,53 L/min
Autor: Carla Caicedo & Elsy Esquivel
3.4 Automatización
3.4.1 Equipos y Materiales utilizados en el rediseño
Controlador lógico programable milenium 2- marca SHNAIDER.
Especificaciones técnicas:
Función:
Monobloque
Programación intuitiva mediantes bloques de funciones (FBD)
o GRAFCET (SFC).
Función: temporalización, conteo.
Funciones especiales: permutación circular, programadores
de levas, cálculos.
Entradas digitales, análogas o potencio métricas
38
Salidas relés, estáticas o PWM.
Indicador en display LCD retroiluminado
Protección del programa por contraseña
Reloj de programa calendario
Parametrizable desde panel frontal.
Tabla 6 ESPECIFICACIONES DEL PLC
Tipo Entrada Salida Alimentación MICRO
SA 12
8
4 relés
100-240 VAC
0.488.950.043
Elaborado: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
Ilustración 11 PLC
39
Diagrama eléctrico actual
Diagrama de flujo de proceso
Ilustración 12 DIAGRAMA ELÉCTRICO
40
Diagrama eléctrico reconstrucción
Diagrama de flujo de proceso
Ilustración 13 DIAGRAMA ELECTRICO PLC
41
Diagrama de fase eléctrico
Ilustración 14 FASE ELÉCTRICA
S1
S2
R1a
Rib
S3
R2
S4
42
Ecuaciones de cada fase del equipo para programación del PLC
𝑅1𝑎 = 0 𝑅1𝑏 = 0 𝑅2 = 0 ∴ 𝑆1 ∙ 𝑆2 ∙ 𝑆3 ∙ 𝑆4
𝑅1𝑎 = 1 𝑅1𝑏 = 1 𝑅2 = 0 ∴ 𝑆1 ∙ 𝑆2(𝑆3 + 𝑆4)
𝑅1𝑎 = 0 𝑅1𝑏 = 1 𝑅2 = 1 ∴ 𝑆1 ∙ 𝑆2 ∙ 𝑆3 ∙ 𝑆4
𝑅1𝑎 = 0 𝑅1𝑏 = 0 𝑅2 = 0 ∴ 𝑆1 ∙ 𝑆2 ∙ 𝑆3 ∙ 𝑆4
Cuadro de verdad
Tabla 7 MATRIZ UTILIZADA POR EL PLC
Sensores Resistencias
S1 S2 S3 S4 R1a R1b R2
0 1 1 0 0 0 0
1 1 0 0 1 1 0
1 1 1 0 0 1 1
1 1 1 1 0 0 0
Nomenclatura S1= Sensor de flujo de agua
S2= Sensor de nivel de agua 1er balón
S3= Sensor de nivel de agua 2do balón
S4= sensor de nivel de agua 3er balón
R1a= Una resistencia del primer balón
R1b= segunda resistencia del primer balón
R2= Resistencias del segundo balón
L1, L2, L3= Fases de corriente de entrada al equipo (breake)
A1, A2, A3= Contactores
O= Salidas del PLC
S= Entradas del PLC
43
El cuadro de verdad nos indica cómo funciona el PLC cuando las variables
del proceso envían las diferentes señales.
Cuando el sensor de flujo de agua no detecta una entrada suficiente de la
misma al equipo, aunque el sensor de nivel del primer balón y el sensor de
nivel del segundo balón estén detectando nivel y el sensor de nivel del
tercer balón no detecte nivel, ningunas de las resistencias se encenderán
y por ende el equipo procederá a apagarse.
Por lo contrario cuando el sensor de presión de agua detecta una entrada
suficiente y el sensor de nivel del primer balón detecte el nivel óptimo de
trabajo se envía la señal para que funcionen las dos resistencias del primer
balón.
Por consiguiente cuando el sensor de presión detecta entrada suficiente de
agua y los medidores de nivel del primer, segundo y tercer detecta el nivel,
se envía la señal al PLC que procede a dar por finalizado el proceso.
Como se indica en el cuadro cuando el sensor de presión de agua está
dando paso a la misma y los medidores de nivel del primer y segundo balón
detecta nivel óptimo, la resistencia del primer balón funciona a la mitad de
su potencia, mientras que las resistencias del segundo valón funcionan a
toda su potencia, este proceso se repite hasta obtener el nivel de deseado
del tercer balón.
Sensores de nivel series CR 30- marca AUTONICS. Con las siguientes
especificaciones técnicas:
Distancia de detección 15mm
Distancia de ajuste 0-10,5mm
Fuente de alimentación o fuente de voltaje de 100-240 VAC,
50/60 Hz (85-264 VAC)
Corriente de fuga máximo 2,2 mA
Frecuencia de respuesta 20 Hz
Salida de control máxima de 5 a 200 mA
Indicador de funcionamiento Red. LED
Circuito de protección sobre tensiones
44
Ilustración 16 EQUIPO REDISEÑADO
Material de casco y tuerca: latón niquelado, lavadora; acero
niquelado.
Peso aproximado 200g.
Elaboración: Carla Caicedo y Elsy Esquivel
Serpentín de acero inoxidable serie 1
Diámetro del tubo 1/8 pulgada
Longitud 6 metros
Numero de vueltas 18
Ilustración 15 SENSOR DE NIVEL
Ilustración 17 SERPENTÍN DE ACERO INOXIDABLE
45
Ilustración 18 EQUIPO REDISEÑADO
46
3.4.2 Cálculo del consumo eléctrico
Potencia de la resistencia= 5500 w c/u
Valor del Kwh = 0.085 USD
Tiempo de proceso = 8 horas
𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = (5500𝑤)(2)(8ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠) =88000𝑤ℎ
1000= 88𝐾𝑤ℎ
𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔é𝑡𝑖𝑐𝑜 = (88𝐾𝑤ℎ)(0,085 𝑈𝑆𝐷) = 7,48 𝑈𝑆𝐷 𝐾𝑤ℎ
Calculo de beneficios por litros de agua destilada y bidestilada
𝐶𝑅 =5500
1000= 5,5 𝐾𝑤
Primer balón
Producción
9,4 litros de agua destilada
8,9 litros de agua bidestilada
9,4𝑙𝑡 + 8,9𝑙𝑡 = 18,3 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠
5,5 𝐾𝑤 × 0,085 𝑈𝑆𝐷 × 8 ℎ = 3,74 𝑈𝑆𝐷 𝐾𝑤ℎ
3,74𝑈𝑆𝐷
(9,4 + 8,9)𝑙𝑡= 0,2044
𝑑𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠
8ℎ. 𝑙𝑡
Como produce 9,4lt
Costo comercial = 2 USD
Costo de producción= 0, 2044
𝑏𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 = 2,00 − 0,2044 = 1,7956 ≅ 1,80𝑈𝑆𝐷
Segundo balón
3,74𝑈𝑆𝐷
8,9𝑙𝑡=
0,4202𝑈𝑆𝐷
8ℎ. 𝑙𝑡
Como hay dos paso del agua bidestilada
Costo = 0,2044USD + 0,4202USD = 0,6246 USD
47
Se produce 8,4lt
Costo comercial del litro = 3,31 USD
Costo de producción = 0,6246 USD
𝑏𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 = 3,31 𝑈𝑆𝐷 − 0,6246 𝑈𝑆𝐷 = 2,6854 ≅ 2,69 𝑈𝑆𝐷
NOTA: No se considera depreciación
48
3.5. Ingeniería de procesos Diagrama de flujo de procesos equipo reconstruido
Calor
Agua cruda
Destilado
Agua cruda
Agua cruda
Agua destilada
Calor
Bidestilado
Agua cruda
Agua bidestilada
Primera destilación
Ilustración 19 Diagrama de flujo de proceso
Primera condensación
Segunda destilación
Segunda condensación
Almacenamiento
49
3.6 Análisis y discusión de los resultados
Pruebas Experimentales
Tabla 8 PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO
ANÁLISIS 1
FECHA: 16/08/2016
MUESTRAS CONDUCTIVIDAD SAL % STD RESISTENCIA Ph
Agua Cruda 134 0,1 89 7,46 7,23
Agua Primer Balón 178 0,1 118 5,62 9
Agua Destilada 7,1 0,1 5 140,6 7,4
Agua Bidestilada 2,99 0,1 2 328,6 7,1
Agua de enfriamiento 132,9 0,1 89 7,43 7,27
En esta tabla se puede apreciar los valores que se obtuvieron en la puesta
en marcha del equipo los cuales según la norma ASTM-D 1193 están fuera
de rango.
50
Tabla 9 DATOS OPTENIDOS EN LA MEJOR PRUEBA
La concentración de sólidos disueltos en el primer balón aumenta conforme
se pasa el tiempo, esto es debido a que mediante la destilación las sales e
impurezas contenidas en el agua potable son separadas de la misma.
Tabla 10 MEJOR MUESTRA DE AGUA DESTILADA
Tiempo (min)
Muestra #Muestras % sal (ppt)
STD (mg/L)
Resistencia
Conductividad
30 Agua Destilada
1 0,1 1 389,3 1,75
60 Agua destilada
2 0,1 0 371,6 1,46
90 Agua destilada
3 0,1 1 619,7 1,56
120 Agua destilada
4 0,1 1 620,7 2,62
150 Agua destilada
5 0,1 1 554,5 2,47
Agua de alimentación
Tiempo (min)
Muestras # Muestras
% Sal
STD mg/l
Resistencia
Conductividad
30 Agua del primer balón
1 0,1 88 7,54 132,3
60 Agua del primer balón
2 0,1 109 6,08 164,3
90 Agua del primer balón
3 0,1 127 5,2 192,3
120 Agua del primer balón
4 0,2 139 4,763 210
150 Agua del primer balón
5 0,1 133 5,009 203
𝛫𝛺 . cm 𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝛫𝛺 . cm 𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
51
La mejor muestra obtenida de agua destilada fue a los 60min de proceso
con una conductividad eléctrica de 1,46 indicando un alto grado de
pureza por ende una menor concentración de electrolito lo que conlleva a
una mayor resistencia del medio a la transmisión de una corriente eléctrica.
Tabla 11 MEJOR MUESTRA DE AGUA BIDESTILADA
Tiempo (min)
Muestra # Muestras
% sal (ppt)
STD (mg/L)
Resistencia
Conductividad
30 Agua bidestilada
1 0,1 1 421,1 2,31
60 Agua bidestilada
2 0,1 1 499,3 1,96
90 Agua bidestilada
3 0,1 1 466 2,08
120 Agua bidestilada
4 0,1 1 546,8 1,76
150 Agua bidestilada
5 0,1 1 521,2 1,84
La mejor muestra de agua bidestilada se obtuvo a los 120 min de proceso
con una conductividad de 1,76 y una resistencia de 546,8 ,
a pesar de que la muestra del agua destilada posee una menor
conductividad, el agua bidestilada es mucho más pura ya que posee una
mayor resistencia lo que indica una menor concentración de electrolitos y
por ende una menor conducción de corriente eléctrica.
Con el último análisis realizado se puede observar como los parámetros
cambiaron hasta entrar dentro de los límites de la norma ASTM-D 1193.
Los datos aquí expuestos se han obtenido en el laboratorio Aguas y medio
ambiente de la Facultad de Ingeniería Química.
Análisis e Interpretación de Resultados
Basándonos en la norma ASTM D-1193 los resultados obtenidos están
dentro de los límites permisibles, a excepción de la conductividad, la cual
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝛫𝛺 . cm 𝜇𝑠
𝑐𝑚⁄
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄ 𝛫𝛺 . cm
52
muestra un comportamiento descendente con el uso frecuente del equipo
según se muestra en la gráfica, el pH es un valor que no es medido en la
norma por lo consiguiente se dejó de realizar este análisis.
El agua destilada y bidestilada que se obtiene durante el proceso es apta
para el uso dentro de los laboratorios de la facultad ya que se encuentran
dentro de los límites establecidos por la norma ASTM D-1139 y la ISO para
agua tipo reactivo.
53
Tabla 12 DATOS DE CONDUCTIVIDAD
# de muestras
X Y
AGUA BIDESTILADA
CONDUCTIVIDAD
1 4,37
2 4,35
3 2,99
4 2,93
5 2,64
6 2,62
7 2,57
8 2,55
9 2,55
10 2,52
11 2,52
12 2,49
13 2,41
14 2,
15 2,29
16 2,26
17 2,24
18 2,22
19 2,21
20 2,17
21 2,14
22 2,1
23 2,08
24 1,98
25 1,96
26 1,94
27 1,89
28 1,85
29 1,84
30 1,81
31 1,76
54
Ilustración 20 COMPORTAMIENTO DE LA CONDUCTIVIDAD Vs NUMERO DE MUESTRAS
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
CO
ND
UC
TIV
IDA
D
# DE MUESTRAS
CONDUCTIVIDADAGUA BIDESTILADA
55
Conclusiones Se realizó la reconstrucción y puesta en marcha del equipo
bidestilador del laboratorio de Aguas y Medio Ambiente de la
Facultad de Ingeniería Química, obteniéndose agua bidestilada
que cumple con las especificaciones de la norma ASTM-D 1193
y la INEN-ISO 3696, la cual puede ser usada en los diferentes
laboratorios de la Facultad de Ingeniería Química.
Se rediseño y automatizo el equipo bidestilador con un PLC que
controla el proceso de obtención del agua bidestilada.
Se realizó el manual de operación del equipo con el fin de que se
tenga un buen manejo del mismo. Evitando el deterioro temprano
de sus componentes.
Se realizaron los análisis y pruebas necesarias para verificar la
calidad del agua obtenida en el proceso de bidestilación, en el
laboratorio de “Aguas y Medio Ambiente” de la Facultad de
Ingeniería Química y en el laboratorio “Grupo Químico Marcos”.
56
Recomendaciones Retirar una vez por semana el agua del primer balón.
Si el uso del equipo es diario se debe retirar dos veces por
semana el agua del primer balón porque se concentrarán las
sales es por eso que las resistencias empiezan a deteriorarse
progresivamente.
Reutilizar el agua del proceso.
Para mantenimiento preventivo (cada 6 meses):
Ajustar los contactores eléctricos.
Limpiar la caja de control internamente por la entrada de polvo e
insectos.
Ajuste de los fusibles.
Ajuste y limpieza con solventes específicos para contacto
eléctrico de los conectores en general.
Para mantenimiento correctivo ( cada 6 meses):
Cambio de fusibles.
57
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58
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60
Tablas
AUTOR: (Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2011)
Tabla 13 PARAMETROS DEL AGUA POPTABLE
61
Ilustración 21 CONDUCTIVIDAD, PUESTA EN MARCHA
Anexos A
Tabla 14 DATOS DE PUESTA EN MARCHA DEL EQUIPO
ANÁLISIS 1
FECHA: 16/08/2016
MUESTRAS CONDUCTIVIDAD %SAL STD RESISTENCIA Ph
Agua Cruda 134 0,1 89 7,46 7,23
Agua Primer Balón 178 0,1 118 5,62 9
Agua Destilada 7,1 0,1 5 140,6 7,4
Agua Bidestilada 2,99 0,1 2 328,6 7,1
Agua del Proceso 132,9 0,1 89 7,43 7,27
020406080
100120140160180
Agua Cruda Agua PrimerBalón
AguaDestilada
AguaBidestilada
Agua delProceso
CONDUCTIVIDAD
62
Ilustración 23 RESISTENCIA, PUESTA EN MARCHA
020406080
100120
AguaPrimerBalón
Agua Cruda Agua delProceso
AguaDestilada
AguaBidestilada
STDmg/L
0
50
100
150
200
250
300
350
Agua Cruda AguaPrimerBalón
AguaDestilada
AguaBidestilada
Agua delProceso
RESISTENCIA
Ilustración 22 SÓLIDOS TOTALES, PUESTA EN MARCHA
63
Tabla 15 SEGUNDO DIA DE MUESTRESO
ANÁLISIS 2
FECHA: 17/08/2016
MUESTRAS
CONDUCTIVIDAD
%SAL (ppt)
STD
RESISTENCIA
Ph
Agua Cruda I 135 0,1 89 7,39 6,83
Agua Primer Balón
I 135,2 0,1 89 7,39 6,83
II 178,2 0,1 118 5,61 9,19
III 207 0,1 137 4,83 9,25
IV 195 0,1 130 5,11 9,21
V 186,7 0,1 124 5,36 9,21
Agua Destilada
I 3,31 0,1 2 298,7 5,76
II 3,34 0,1 2 300,4 5,71
III 2,95 0,1 2 324,1 6,14
IV 3,38 0,1 2 298,4 6,62
V 4,35 0,1 2 223 7,03
Agua Bidestilada
I 4,35 0,1 2 276,4 6,15
II 2,62 0,1 1 365,7 6,24
III 2,41 0,1 1 401,3 6,18
IV 2,52 0,1 1 390,3 6,12
V 2,64 0,1 1 375,7 6,1
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝑚𝑔𝐿⁄ 𝛫𝛺 . cm
64
Ilustración 24 CONDUCTIVIDADA, SEGUNDIA DIA DE MUESTRAS
0
50
100
150
200
250
I I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua CrudaAgua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
CONDUCTIVIDAD
0
20
40
60
80
100
120
140
160
I I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Cruda Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
STD
Ilustración 25 SOLIDOS TOTALES, SEGUNDO DIS DE MUESTRA
65
Ilustración 26 RESISTENCIA, SEGUNDO DIA DE MUESTRA
Tabla 16 TERCER DIA DE MUESTRA
ANÁLISIS 3
FECHA: 18/08/2016
MUESTRAS
CONDUCTIVIDAD
%SAL (ppt)
STD
RESISTENCIA
Ph
Agua Cruda I 144 0,1 96 6,93 7,35
Agua Primer Balón
I 166 0,1 110 6,03 9,08
II 206 0,1 137 4,853 9,26
III 219 0,2 145 4,565 9,2
IV 210 0,2 139 4,759 9,18
V 203 0,1 134 4,931 9,17
Agua Destilada
I 2,96 0,1 1 336,8 5,89
II 3,2 0,1 2 306,9 5,75
III 2,54 0,1 1 388,1 6,33
IV 2,96 0,1 1 364,3 6,55
V 3,4 0,1 2 296,7 7,21
Agua Bidestilada
I 2,93 0,1 1 343 6,78
II 2,52 0,1 1 390 6,6
III 2,29 0,1 1 433,3 6,36
IV 2,22 0,1 1 455,7 6,43
V 2,17 0,1 1 459,4 6,29
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝑚𝑔𝐿⁄ 𝛫𝛺 . cm
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
I I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Cruda Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
RESISTENCIA
66
Ilustración 27 CONDUCTIVIDAD, TERCER DIA
Ilustración 28 SÓLIDOS TOTALES TERCER DIA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
I I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua CrudaAgua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
STD
0
50
100
150
200
250
I I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Cruda Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
CONDUCTIVIDAD
67
Ilustración 29 RESISTENCIA ELÉCTRICA, TERCER DIA
Tabla 17 CUARTO DIA DE ANALISIS
ANÁLISIS 4
FECHA: 19/08/2016
MUESTRAS
CONDUCTIVIDAD
%SAL (ppt)
STD RESISTENCIA Ph
Agua Primer Balón
I 208 0,2 138 4,819
II 240 0,2 159 4,159
III 255 0,2 169 3,922
IV 255 0,2 169 3,914
V 230 0,2 153 4,332
Agua Destilada
I 2,32 0,1 1 421,2 N/A
II 2,64 0,1 1 363,6 N/A
III 1,69 0,1 1 560,4 N/A
IV 2,32 0,1 1 423,6 N/A
V 3,18 0,1 1 320,9 N/A
Agua Bidestilada
I 2,55 0,1 1 423,1 N/A
II 2,24 0,1 1 432,8 N/A
III 2,49 0,1 1 395 N/A
IV 2,26 0,1 1 421,6 N/A
V 2,55 0,1 1 375 N/A
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝑚𝑔𝐿⁄ 𝛫𝛺 . cm
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
I I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Cruda Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
RESISTIVIDAD ELECTRICA
68
Ilustración 30 CONDUCTIVIDAD, CUARTO DIA DE MUESTRA
0
50
100
150
200
250
300
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
STD
Ilustración 31 SÓLIDOS TOTALES, CUARTO DIA DE MUESTRA
69
Ilustración 32 RESISTENCIA ELÉCTRICA, CUARTO DIA DE MUESTRA
Tabla 18 QUINTO DIA DE ANALISIS
ANÁLISIS 5
FECHA: 22/08/2016
MUESTRAS
CONDUCTIVIDAD
%SAL (ppt)
STD
RESISTENCIA
Ph
Agua Primer Balón
I 208 0,2 138 4,802 8,93
II 243 0,2 161 4,116 9,18
III 258 0,2 171 3,879 9,24
IV 262 0,2 174 3,81 9,26
V 251 0,2 166 3,978 9,26
Agua Destilada
I 2,23 0,1 1 438
II 2,46 0,1 1 402,7
III 3,82 0,1 2 259,7
IV 1,82 0,1 1 537,2
V 2,27 0,1 1 448
Agua Bidestilada
I 4,37 0,1 2 274,4
II 2,21 0,1 1 402,8
III 2,14 0,1 1 414,5
IV 1,98 0,1 1 500,2
V 1,94 0,1 1 502,6
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝑚𝑔𝐿⁄ 𝛫𝛺 . cm
0
100
200
300
400
500
600
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
RESISTIVIDADELECTRICA
70
Ilustración 33 CONDUCTIVIDAD, QUINTO DIA DE MUESTRA
0
50
100
150
200
250
300
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
CONDUCTIVIDADElectrica
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
STD
Ilustración 34 SOLIDOS TOTALES, QUINTO DIA DE MUESTRA
71
Ilustración 35 RESISTENCIA, QUINTO DIA DE MUESTRA
Tabla 19 SEXTO DIA DE ANALISIS
ANÁLISIS 6
FECHA: 23/08/2016
MUESTRAS
CONDUCTIVIDAD
%SAL (ppt)
STD
RESISTENCIA
Ph
Agua Primer Balón
I 247 0,2 163 4,047 8,75
II 273 0,2 180 3,668 9,04
III 297 0,2 196 3,375 9,2
IV 293 0,2 194 3,409 9,23
V 275 0,2 182 3,625 9,21
Agua Destilada
I 2,05 0,1 1 433,5
II 2,28 0,1 1 425,8
III 2,48 0,1 1 373
IV 1,62 0,1 1 600
V 1,92 0,1 1 512,9
Agua Bidestilada
I 2,57 0,1 1 356,8
II 2,1 0,1 1 453,1
III 1,89 0,1 1 512,3
IV 1,81 0,1 1 534,1
V 1,85 0,1 1 520,4
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝑚𝑔𝐿⁄ 𝛫𝛺 . cm
0
100
200
300
400
500
600
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
RESISTIVIDADELECTRICA
72
Ilustración 36 CONDUCTIVIDADA, SEXTO DIA DE MUESTRA
Ilustración 37 SÓLIDOS TOTALES, SEXTO DIA DE MUESTRA
0
50
100
150
200
250
300
350
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
0
50
100
150
200
250
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
STD
73
0
100
200
300
400
500
600
700
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
RESISTENCIA ELECTRICA
Ilustración 38 RESISTENCIA ELÉCTRICA, SEXTO DIA DE MUESTRA
74
Ilustración 39 CONDUCTIVIDAD, SEPTIMO DIA DE MUESTRA
Tabla 20 ÚLTIMO DIA DE ANLISIS
ANÁLISIS 7
FECHA: 23/08/2016
MUESTRAS
CONDUCTIVIDAD
%SAL (ppt)
STD
RESISTENCIA
Ph
Agua Primer Balón
I 132,3 0,1 88 7,54 7,93
II 164,3 0,1 109 6,08 9,27
III 192,3 0,1 127 5,2 9,32
IV 210 0,2 139 4,763 9,27
V 203 0,1 133 5,009 9,07
Agua Destilada
I 1,75 0,1 1 389,3
II 1,46 0,1 0 371,6
III 1,56 0,1 1 619,7
IV 2,62 0,1 1 620,7
V 2,47 0,1 1 554,5
Agua Bidestilada
I 2,31 0,1 1 421,1
II 1,96 0,1 1 499,3
III 2,08 0,1 1 466
IV 1,76 0,1 1 546,8
V 1,84 0,1 1 521,2
𝜇𝑠𝑐𝑚⁄
𝑚𝑔𝐿⁄ 𝛫𝛺 . cm
0
50
100
150
200
250
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
CONDUCTIVIDADELECTRICA
75
Ilustración 41 RESISTENCIA, SEPTIMO DIA DE MUESTRA
0
20
40
60
80
100
120
140
160
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
STD
0
100
200
300
400
500
600
700
I II III IV V I II III IV V I II III IV V
Agua Primer Balón Agua Destilada Agua Bidestilada
RESISTENCIAELECTRICA
Ilustración 40 SOLIDOS TOTALES, SEPTIMO DIA DE MUESTRA
76
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25 30 35
STD
# DE MUESTRAS
CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS1° BALÓN
Ilustración 42 CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS Vs EL TIEMPO
77
Tabla 21 CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN EL PRIMER BALÓN
CONCENTRACION DE SÓLIDOS
PRIMER BALÓN
MUESTRAS STD
AN
AL
ISIS
1
1 118 A
NA
LIS
IS 2
2 89
3 118
4 137
5 130
6 124
AN
AL
ISIS
3 7 110
8 137
9 145
10 139
11 134
AN
AL
ISIS
4 12 138
13 159
14 169
15 169
16 153
AN
AL
ISIS
5 17 138
18 161
19 171
20 174
21 166
AN
AL
ISIS
6 22 163
23 180
24 196
25 194
26 182
AN
AL
ISIS
7 27 88
28 109
29 127
30 139
31 133
78
Anexos B
Ilustración 44 Lado frontal del equipo antes de la reingeniería
Ilustración 43 Lado lateral izquierdo del equipo antes de la reingeniería
Ilustración 45 Lado lateral derecho del equipo antes de la reingeniería
Ilustración 47 Caja de control fuera de servicio Ilustración 46 resistencia central dañada
79
Ilustración 49 Desmonte del equipo
Ilustración 50 Desmonte del serpentín de cobre
Ilustración 48 Equipo desmontado
Ilustración 52 Limpieza de partes del equipo Ilustración 51 Limpieza de partes del equipo
80
Ilustración 54 Pernos, tuercas, cauchos, empaquetadura y manguera
Ilustración 53 Partes y accesorios del equipo
Ilustración 57 Arreglo de la parte eléctrica y colocación del PLC
Ilustración 56 PLC
Ilustración 55 Programación del PLC
Ilustración 58 Fusibles del panel eléctrico
81
Ilustración 61 instalación del serpentín de acero inoxidable
Ilustración 60 Montaje del equipo, instalación del serpentín de acero inoxidable
Ilustración 59 Colocación de manguera
82
Anexos C
Manual de operación del equipo
PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN
DEL BIDESTILADOR
REVISIÓN 1
FECHA: 1/11/2016
1. PROPÓSITO:
Este documento tiene como propósito el proporcionar una guía detallada
para llevar a cabo la operación cotidiana del Equipo Bidestilador, además
de apoyar para alcanzar un nivel de desarrollo eficiente del equipo. El
presente Manual de Operación describe las actividades que se realizan en
el Laboratorio de Aguas y Medio Ambiente las cuales se apegan totalmente
a la normatividad. Para cumplir con lo anterior, hemos establecido políticas
de operación y procedimientos específicos que orientan de manera eficaz
el funcionamiento del Equipo Bidestilador, permitiendo de esta manera la
obtención correcta del agua bidestilada para el uso correspondiente dentro
de la Facultad de Ingeniería Química.
Este equipo se usa para la elaboración de reactivos químicamente puros,
biotecnología, química analítica y microfiltración, en áreas como
laboratorios clínicos, calibración de equipos de control de calidad, análisis
de metales, control físico – químico, diagnóstico clínico, investigación
industrial, perfumería y artículos de belleza, productos dentales, entre otros.
En el laboratorio de salud se aplica para la elaboración de nuevas fórmulas
de medicamentos, para lavados de heridas, esto es debido a su alto grado
de pureza.
83
2. REFERENCIA NORMATIVA:
Las normas a las que basamos los parámetros son:
ASTM D-1193
INEN-ISO 3696
3. DEFINICIONES:
Destilación
Las separaciones de las mezclas constituyen un área de amplio estudio en
la química debido a su gran impacto en la industria. Uno de los métodos
clásicos consiste en separación de dos o más sustancias liquidas que
presentan un punto de ebullición con una apreciable diferencia.
Agua destilada
Se obtiene mediante condensación del vapor de agua mediante proceso
físico, en donde se separa minerales e impurezas.
Agua purificada por destilación de manera que se eliminan las sales
disueltas y otros componentes. El agua destilada en equilibrio con el dióxido
de carbono del aire posee una conductividad de unos 0,8. 10-6 siemens
cm-1.
Bidestilación
Es uno de los tipos más importante de la destilación. El vapor que
abandona la cabeza de la columna se condensa, y una fracción del
líquido condensado.
Se vuelve a la columna, lo que constituye el reflujo; el resto se retira
como producto destilado. La condensación se suele hacer con un
serpentín de agua fría o con otras corrientes de procesos más frías.
Agua bidestilada
Agua que ha sido sometida a una doble destilación.
84
4. RESPONSABILIDADES
Departamento Administrativo el Sr. Alexis Molina
5. INSTRUCCIONES
Para el encendido del Equipo se realiza lo siguiente:
5.1 Verificar que todas las llaves de toma de muestras estén
correctamente cerradas.
5.2 Abrir paso de agua.
5.3 Subir los breques
5.4 Encender la caja de poder.
5.5 Automáticamente el equipo empieza a funcionar.
Una vez terminado el ciclo se procede lo siguiente:
5.6 El equipo se apaga automáticamente.
5.7 Se bajan los breques.
5.8 Se cierra el flujo de agua.
6. CONTROL DE OPERACIÓN
Parámetros Unidad Rango de operación
Volumen de carga, alimentación del primer balón
Litros / hora 7.3
Volumen de carga, alimentación del segundo balón
Litros / hora 9.4
Volumen de recepción, tercer balón
Litros / hora 8.9
Presión de agua, salida del serpentín #1
Litros / hora 3.53
85
7. ANEXO
86
Anexo D
Resultados de análisis de laboratorio certificado