Mantiene el flujo de la economía: agua para la industria

¿Para qué necesita la industria el agua tratada?

Al igual que los seres humanos necesitan agua para sobrevivir, la industria también requiere agua para procesos muy diferentes, empezando por aplicaciones bastante triviales como la limpieza, ya que muchos sistemas deben limpiarse o enjuagarse con agua de forma rutinaria. El agua también se usa con frecuencia como refrigerante para evitar que las máquinas se sobrecalienten, de la misma manera que su automóvil usa el refrigerante en un radiador. El agua también se puede utilizar como fluido de transferencia de calor, especialmente cuando los procesos deben mantenerse a un cierto nivel de temperatura. Para temperaturas entre 0 y 100 grados centígrados, el agua es esencialmente el mejor fluido de transferencia de calor debido a sus propiedades inherentes y su fácil manejo. Para aplicaciones más calientes, el agua también se puede utilizar como agua de alimentación en sistemas de calderas para generar vapor. Los procesos pueden luego calentarse o generar energía en plantas de energía.

Por último, el agua también se utiliza directamente como agua de proceso o como producto para la fabricación industrial de productos, como en la industria alimentaria. Para fabricar una tonelada de acero, por ejemplo, se necesitan unos 200.000 litros de agua. Y por una tonelada de papel, unos 400.000 litros de agua. Según la Agencia Alemana de Medio Ambiente, solo la industria química en Alemania necesitó poco menos de 2.600 millones de metros cúbicos de agua para fabricar sus productos en 2016, o alrededor del 58 por ciento del agua total fue utilizada en el sector manufacturero.

De potable a ultrapura: calidades del agua para la industria

Si se analizan las distintas aplicaciones del agua, se hace evidente que no todas son iguales. Así, por ejemplo, para limpiar una máquina obviamente no se necesita la misma calidad de agua que para una solución de infusión en un hospital. ¿Qué calidades de agua se necesitan realmente y para qué? Además, ¿qué parámetros se utilizan para medir la calidad del agua?

La pureza del agua se puede determinar empleando varios métodos diferentes, como determinar el peso de las sustancias que tiene disueltas o el cambio en los puntos de ebullición o congelación. También se puede utilizar el índice de refracción. El método más extendido, sin embargo, es determinar la pureza a través de la conductividad eléctrica del agua. Al fin y al cabo, cuantas menos sales se disuelvan en el agua (es decir, cuanto más pura sea químicamente), menos conductora será el agua en cuestión. La unidad de medida en el SI de esta conductividad es Siemens por metro (S/m). Aquí se pueden distinguir diferentes grados de pureza:

• El agua potable, por ejemplo, es agua cuya pureza está regulada y garantizada por la estricta Ordenanza Alemana de Agua Potable. Esta agua es suministrada directamente por los municipios a través de las líneas normales de abastecimiento de agua potable.

  Conductividad específica a 25 °C: 50–5.000 μS/cm (micro Siemens por cm). 

  El agua potable pura se utiliza con frecuencia en la industria alimentaria, por ejemplo, para limpiar alimentos o fabricar bebidas.

• El agua pura o purificada es agua potable tratada. Sin embargo, todavía contiene algunos iones residuales. El agua purificada (o "aqua purificata") producida de acuerdo con la DAB (Deutsches Arzneibuch, la Farmacopea Alemana) para la fabricación de muchos productos farmacéuticos también entra en esta categoría. Conductividad específica a 25 °C: 1–50 μS/cm.

  El agua pura se puede utilizar para muchas aplicaciones, incluida la limpieza a fondo de sistemas y equipos, porque no deja residuos cuando se evapora.

• Al agua totalmente desalinizada (agua desionizada) y al agua destilada se les han eliminado todos los componentes ionogénicos (es decir, aniones y cationes). Sin embargo, el agua destilada y el agua desionizada no son lo mismo, ya que existen diferencias en cuanto a los requisitos y los procesos de tratamiento. La principal diferencia entre el agua destilada y el desionizada es el grado de pureza.

  Conductividad específica a 25 °C: 0,1–1 μS/cm.

• El agua ultrapura es el nivel más alto de pureza del agua. Esta agua tiene solo trazas menores de compuestos orgánicos, microorganismos o electrolitos.

  Conductividad específica a 25 °C: < 0,1 μS/cm.

  El agua ultrapura se puede utilizar como agua de lavado o de proceso en la medicina, la industria de semiconductores y la tecnología de plantas de energía.

Limpio y bueno: ¿Qué métodos se utilizan para tratar el agua?

El agua se puede purificar esencialmente de tres maneras:

• Tratamiento mecánico, por ejemplo, mediante rejillas, cribas y filtros (incluidos los tipos de filtración por membrana: micro, ultra y nanofiltración)
• Tratamiento físico, por ejemplo, mediante aireación, atomización, sedimentación, flotación, procesos de vacío y efectos térmicos
• Tratamiento químico, por ejemplo, mediante oxidación, desinfección, floculación, intercambio iónico, carbón activado (adsorción), ósmosis y ósmosis inversa

Estos procesos también se emplean en varias combinaciones diferentes, dependiendo de la naturaleza del agua bruta y el posterior uso previsto. Ahora echemos un vistazo más de cerca a los tipos de filtración...

De la micro, ultra y nano filtración a la ósmosis inversa

Durante la microfiltración, el agua pasa a través de membranas que tienen un tamaño de poro de entre 0,1 y 10 μm. Dependiendo de la aplicación, la superficie del filtro puede ser de acero inoxidable, plástico, cerámica o tejido textil. La microfiltración se utiliza preferentemente para filtrar bebidas y aceites, así como para prefiltración. Normalmente, se utiliza para este fin a una baja presión, de entre 0,1 bar a la entrada y 2 bar a la salida. La microfiltración se utiliza para filtrar sustancias comparativamente gruesas del agua, por ejemplo, sustancias orgánicas como plancton, algas o bacterias, así como emulsiones de aceite y grasa. Las sustancias coloidales más grandes, como partículas o gotas finamente distribuidas en el agua, también se eliminan con microfiltración.

La siguiente etapa se conoce como ultrafiltración: aquí, el tamaño de los poros está entre 0,01 y 0,1 μm. Esto permite separar partículas extremadamente pequeñas como virus, gérmenes, proteínas, metales coloidales o sustancias macromoleculares (es decir, compuestos multicadena). La presión transmembrana necesaria para ello se sitúa entre 1 y 10 bar.

Durante la nanofiltración, el tamaño de los poros solo oscila entre 0,01 y 0,001 μm. Este proceso filtra las sustancias disueltas en el agua, los iones divalentes (principalmente metales pesados como el zinc, el magnesio y el calcio), los iones monovalentes más grandes (metales alcalinos como el litio, el sodio y el potasio) y los halógenos (por ejemplo, el cloro).

Del cincuenta al noventa por ciento de todo el cloruro y el sodio se pueden eliminar de esta manera. Por lo tanto, la nanofiltración es una alternativa perfecta para los sistemas de ablandamiento. En este caso, la presión requerida se sitúa entre 5 y 10 bar.

Finalmente, la ósmosis inversa marca el último y más alto nivel de las técnicas de filtración por membrana. Durante la ósmosis inversa, se invierte el principio de ósmosis natural (ecualización de las concentraciones de dos fluidos a través de una membrana semipermeable), es decir, el agua a purificar con las altas concentraciones de iones es forzada a través de una membrana semipermeable a alta presión (más de 80 bar para el agua de vertedero) trabajando contra la presión osmótica natural. Las sustancias disueltas no deseadas no pueden pasar a través de la membrana ultrafina debido a su tamaño molecular. El tamaño de poro de la membrana en esta aplicación se encuentra entre 0,001 y 0,0001 μm. Incluso los iones monovalentes se retienen, y lo que queda es agua extremadamente purificada que está libre de casi todas las partículas, como sustancias minerales y extrañas, virus, bacterias, gérmenes y otras contaminaciones.

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