Embed Size (px)
DESCRIPTION
bacterias en sistemas de refrigeración por torre
Citation preview
189
febrero 00
definir de una manera amplia co-mo la destrucción o deterioro de unmaterial por reacción química oelectroquímica con su entorno. Enalgunos casos, el ataque químicova acompañado de ataque físico yentonces se denomina corrosión-erosión.
En condiciones normales de expo-sición, los productos de la corro-sión son óxidos más o menos hi-dratados, carbonatos y sulfuros.
Los problemas debidos a la corro-sión son económicamente impor-tantes, pues no sólo cabe considerarlas toneladas de materiales a repo-ner, sino también las interrupcionesen los procesos de producción, quepueden llegar a tener costes muyelevados. También debe conside-rarse el factor seguridad, que vienemuy directamente afectado por losfenómenos de corrosión.
Los fenómenos de contaminaciónbiológica se aprecian fundamental-mente en los sistemas de refrigera-ción, que proporcionan un medio fa-vorable para el desarrollo de mu-chos microorganismos, especial-mente bacterias, algas y hongos.Agravándose el problema, en el ca-so de instalaciones que potencial-mente son lugar de refugio y, portanto, posibles focos de infecciónpor Legionella,por los posibles pro-blemas que pueden suponer para laspersonas y para el entorno [1, 2, 3].
Las acumulaciones de microorga-nismos forman unos lodos, que,debido a su naturaleza adherente, amenudo actúan como un agente decimentación de otros materialesinorgánicos presentes en el siste-ma, tales como los productos de
El uso industrial del agua llevaconsigo problemas de incrusta-ción, de corrosión y de contamina-ción biológica.
El término incrustación, en suacepción industrial más general, serefiere a cualquier depósito sobrelas superficies de los equipos. Sinembargo, se tiende a matizar el ti-po de depósito existente y de estaforma se reserva el término incrus-tación para significar un depósitoduro y adherente, formado en elmismo lugar que se presenta porcomponentes inorgánicos presen-tes en el agua.
Los depósitos menos adherentes seconocen como depósitos, lodos,sedimentos, precipitados, etc. ypueden haberse formado en el lu-gar que se encuentran o haberseformado en otros puntos del siste-ma y haber sido transportados.
Los principales problemas debidosa las incrustaciones y demás depó-sitos son la reducción del diámetrode las tuberías, la disminución de latransferencia de calor, el origen decorrosiones localizadas y en gene-ral un aumento de los costes demantenimiento de las instalaciones.
En algunos casos, por el contrario,la incrustación puede resultar be-neficiosa, tal como ocurre con laspelículas de carbonato cálcico quese forman en las redes municipalesde agua, que protegen de la corro-sión a las tuberías de suministro.
El fenómeno de corrosión se puede
1. Problemas derivadosdel uso del agua
Tratamiento de aguas de refrigeración con control de la LegionellaCasos prácticos de aplicación
N. Adroer y J. IgnacioAdiquímica, S.A.
Los circuitos de refrigeración delas instalaciones industrialespueden llegar a tener graves
problemas de incrustación,corrosión y de contaminaciónbiológica; y dentro de ésta se
puede tener un foco de infecciónpor Legionella.
En este artículo se describen losproblemas de incrustación,corrosión y contaminación
biológica de estos circuitos, losproductos adecuados para tratar
cada problema en concreto,haciendo especial hincapié en eltipo de biocidas, y finalmente sepresentan dos casos prácticos deaplicación en dos instalaciones
diferentes: una torre derefrigeración y un condensador
evaporativo.
Tratamiento de Aguas
Cada biocida de este tipo tiene sumecanismo de actuación particu-lar, no pudiéndose generalizar unmecanismo de actuación para todoel grupo. Consideremos, por ejem-plo, la actuación del amonio cua-ternario.
Las sales de amonio cuaternarioson biocidas catiónicos. Son sus-tancias desinfectantes, que actúanespecialmente en medio alcalino ya temperaturas elevadas. Estoscompuestos son particularmenteactivos contra bacterias Gram posi-tivas, ante las que muestran activi-dad a concentraciones extremada-mente bajas. Su efecto sobre bacte-rias Gram negativas es menor y re-quiere concentraciones más eleva-das. Su acción bioestática se atribu-ye a su carga positiva, que formaun enlace electrostático con las par-tes cargadas negativamente de lapared celular. Estos enlaces elec-trostáticos creados producen la lísisy la muerte de la célula. Tambiénproducen la muerte de la célula me-diante la desnaturalización de pro-teínas y distorsión de la permeabili-dad de la pared celular, reduciéndo-se el flujo normal de sustancias vi-tales y nutrientes para la célula. Lassales de amonio cuaternario sonefectivas frente a la Legionella.
Teniendo en cuenta que en un cir-cuito de refrigeración en el aguahay más sustancias en disolución,ya que no sólo se dosifican bioci-das, hay que considerar las venta-jas e inconvenientes de su utiliza-ción en este tipo de sistemas.
Las sales de amonio tienen una es-tructura tetraédrica en la que elátomo central es el N y está unidosa cuatro ligandos orgánicos,[NR4]
+ X-, donde , X = Haluro y R == ligando orgánico (alquilo, arilo oheterocíclicos, conteniendo de 8 a25 átomos de carbono).
Después de realizar ensayos coneste tipo de sales en disolucionescon anticorrosivos/antincrustantes,se ha observado que los amonioscuaternarios tienen una elevadatendencia a precipitar en presenciade estos aditivos, que suelen conte-ner aniones.
Se forma un enlace iónico entre el
corrosión. Por otra parte, tambiéncabe considerar el hecho de que elcrecimiento biológico puede pro-ducir corrosiones graves en el me-tal e incluso perforaciones.
2.1. Inhibidores de incrustación–––––––––––––––––––––––––––––––
Los productos utilizados como in-hibidores de incrustación son va-riados y numerosos, pero casi to-dos ellos, con excepción de los detipo quelante o secuestrante, fun-cionan por algún tipo de mecanis-mo de superficie, si bien para mu-chos de ellos se desconoce el me-canismo preciso de actuación.
Hay suficientes indicios de queciertos materiales pueden funcio-nar por varios mecanismos, depen-diendo de la concentración del adi-tivo y de su particular entorno.
2.2. Inhibidores de corrosión–––––––––––––––––––––––––––––––
Los inhibidores de corrosión seclasifican como anódicos, catódi-cos o mixtos, dependiendo de la re-acción de corrosión que cada unocontrola. La inhibición normal-mente es el resultado de uno o va-rios de los mecanismos generales.En el primero, la molécula del in-hibidor es adsorbida sobre la su-perficie del metal por un procesode quimisorción, formando unadelgada película protectora, por sísolo o en conjunción con iones me-tálicos.
En el segundo mecanismo, los in-hibidores simplemente obligan almetal a formar su propia protec-ción de óxidos metálicos, y de estemodo aumentan su resistencia.
En el tercer mecanismo, el inhibi-dor reacciona con las sustanciaspotencialmente corrosivas delagua.
La elección del inhibidor adecuadoviene condicionada por los pará-
2. Tratamiento delagua de los circuitosde refrigeración
metros de diseño del sistema de re-frigeración y por la composicióndel agua.
Tanto los inhibidores de corrosióncomo los de incrustación acostum-bran a ser compuestos formuladoscon múltiples materias activas, deforma que se minimice el consumode productos a la vez que se poten-cie el rendimiento.
2.3. Biocidas–––––––––––––––––––––––––––––––
Los biocidas se clasifican en dosgrandes grupos: los biocidas oxi-dantes y los biocidas no oxidantes.
2.3.1. BIOCIDAS OXIDANTES
Los biocidas oxidantes, tal y comoindica su nombre, oxidan la mate-ria orgánica (material celular, enzi-mas, proteínas, etc. ) y, por consi-guiente, provocan la muerte de losmicroorganismos. Los más habi-tuales son el cloro y el bromo y susderivados.
En el caso del cloro y sus deriva-dos, normalmente se forman enla-ces estables entre el nitrógeno delas proteínas y el cloro, llevando ala destrucción de los microorganis-mos. Este tipo de biocidas provo-can un efecto secundario sobre lasinstalaciones tratadas pues incenti-van la corrosión. Además, su acti-vidad desinfectante tiene una de-pendencia con el pH.
La presencia de grandes cantidadesde materia orgánica y de amoníacoen el agua puede conllevar proble-mas a la hora de controlar la conta-minación biológica con este tipode biocidas.
2.3.2. BIOCIDAS NO OXIDANTES
Los biocidas no oxidantes sonaquellos que interfieren en el meta-bolismo celular y/o en su estructu-ra, provocando de esta manera lamuerte de los microorganismos.Existen muchos tipos de biocidasno oxidantes, pero en general to-dos cumplen los siguientes requisi-tos: son más estables y persistentesque los biocidas oxidantes y su ac-tividad es independiente del pH.
INGENIERIA QUIMICA
190
do un programa de mantenimientopara este tipo de instalaciones, sus-ceptibles de albergar este tipo deproblemas, y hemos llevado a cabounos estudios de campo para vali-dar la efectividad del tratamiento.A continuación se presentan loscasos prácticos estudiados.
El objetivo del estudio de estos ca-sos prácticos es evaluar la efectivi-dad de la limpieza y desinfeccióngenerales, y del tratamiento demantenimiento llevado a cabo endos instalaciones con aparatos detransferencia de masa de agua encorriente de aire que afectan a am-bientes exteriores: una torre de re-frigeración y un condensador eva-porativo. En estas instalaciones sehan controlado los parámetros ade-cuados para garantizar una calidadfísico-química del agua y una ino-cuidad microbiológica de la mismaen todo momento.
Para poder llevar a cabo estos pro-pósitos se ha realizado un estudio,en cada caso, para determinar elmejor tratamiento posible y se hadecidido la utilización de:
a) Dos productos biocidas autori-zados por el Ministerio de Sanidady Consumo como desinfectantesde uso ambiental para torres de re-frigeración, uno oxidante y otro no
4. Casos prácticos
amonio y los aniones. El enlace ió-nico es la fuerza electrostática queatrae las partículas con cargasopuestas. Es una afirmación de laLey de Coulomb y la tendencia deun catión a precipitar depende, en-tre otras muchas cosas, del tamañodel mismo y del anión. Cuanto másparecidos sean los tamaños de cadauno mayor tendencia a precipitar.En el caso en el que nos centramos,los amonios cuaternarios tienen untamaño similar a los aniones conte-nidos en los aditivos anticorrosi-vos/antiincrustantes, produciéndo-se su precipitación.
Desde el punto de vista del enlacede estas sales, el N no tiene orbita-les d vacantes para aceptar densi-dad electrónica y forma enlacesmás fuertes con ligandos orgánicosque tengan una gran fuerza dadora(mayor número de C, ligandos concarga deslocalizada y con enlacesmúltiples). De este modo, cuantomayores sean los ligandos, menosestable será en complejo. Comoson derivados del ion NH4
+, dondelos átomos de hidrógeno se han re-emplazado por grupos alquilo, siuno o más de esos grupos es un li-gando de cadena larga, marca laactividad bactericida de la molécu-la. Nos encontramos que, cuantomayor sea la cadena, mayor es suefectividad bactericida, pero me-nos estable es el amonio respecto ala disociación.
Por otro lado, la electronegatividaddel N también marca el comporta-miento de estas sales frente a la di-sociación (electronegatividad dePauling N = 3,0 y C = 2,5), por loque tiene una mayor tendencia a re-accionar para formar un enlace ió-nico con compuestos en disoluciónque mantener el enlace covalentecon el C, descomponiéndose fácil-mente para formar otro tipo decomplejos más estables. Los amo-nios cuaternarios suelen descompo-nerse en cloroaminas, que son efec-tivas frente a la Legionella, son vo-látiles y huelen mal.
De todo esto se concluye que en unsistema de refrigeración la utiliza-ción de una sal de amonio cuater-nario es adecuada para realizar untratamiento biológico, siempre ycuando no se realice un tratamiento
anticorrosivo/antiincrustante. De-bido a este inconveniente, su utili-zación queda reducida a sistemasen los que no se realice un acondi-cionamiento químico para evitar lacorrosión e incrustación del circui-to (circuitos de agua contra incen-dios, depósitos de hormigón).
En instalaciones, como pueden sertorres de refrigeración y condensa-dores evaporativos, se pueden darlas condiciones adecuadas para elacantonamiento de la Legionellaysu posterior amplificación y dis-persión al ambiente exterior a par-tir de aerosoles, pudiendo ser ungrave problema para la salud de laspersonas [1].
En algunos países se han elaboradonormas para el diseño y explota-ción de instalaciones, con objetode reducir al máximo el desarrolloy proliferación de Legionella [4].Concretamente, en la Comunidadde Madrid se ha elaborado una Or-den autonómica [5] con este mis-mo propósito. Asimismo tambiénse han publicado recomendacionespara la prevención y control de lalegionelosis [6, 7].
En nuestra empresa hemos diseña-
3. El problema de la Legionella en los circuitos de refrigeración
Tratamiento de Aguas
191
febrero 00
Recuperación Recuperación en caldoBiocida no en agar BCYE de cultivo BCYE
oxidante (mg/l)4 horas 24 horas 4 horas 24 horas
80 Ensayo 1 0 0 0 0Ensayo 2 0 0 0 0
80 Ensayo 1 0 0 0 0Ensayo 2 0 0 0 0
200 Ensayo 1 0 0 0 0Ensayo 2 0 0 0 0
200 Ensayo 1 0 0 0 0Ensayo 2 0 0 0 0
0: No hay crecimiento. +: Sí hay crecimiento
Tabla I. Presentación de los resultados de los análisis de eficacia del biocida nooxidante frente a Legionella pneumophila
frente a Legionella pneumophila.Se han probado dos concentracio-nes de uso del biocida y dos tiem-pos de contacto del mismo. Laspruebas se han realizado sobre me-dio BCYE. Los resultados de losanálisis son los presentados en laTabla I. Los análisis se realizan porduplicado.
El resultado de los recuentos de loscontroles es de:
- Recuento control L. pneumophila 4horas: 2,1 x 107 y 2,9 x 107 ufc/ml .
- Recuento control L. pneumophila24 horas: 2,3 x 107 y 2,8 x 107 ufc/ml.
Los resultados de los ensayos mi-crobiológicos indican que el bioci-da no oxidante empleado es activofrente a la cepa de Legionellapneumophilaprobada, a una con-centración de 80 ppm con 4 horasde contacto. Este producto es unbiocida efectivo frente a Legione-lla pneumophila.
4.2. Estudios de campo –––––––––––––––––––––––––––––––
A continuación se describen los es-tudios de campo llevados a cabo enuna torre de refrigeración y en uncondensador evaporativo.
4.2.1. TORRE DE REFRIGERACION
La torre en estudio se trató conproductos anticorrosivos/antiin-crustantes y con biocidas adecua-dos para el control de la contami-nación biológica del agua. Se hanelegido aparatos pequeños en losque se ha detectado una mayorproblemática.
Las características de la torre son:
- Volumen: 5 m3.- Caudal de recirculación: 11 m3/h.- Salto Térmico: 5°C.- Purga continua.- Tiempo de operación: 24 horas.- Instalaciones refrigeradas: Com-presor para producción de airecomprimido.
El agua de alimentación es la co-rrespondiente a la del canal Isabel
oxidante (Registro Oficial de Pla-guicidas: 98-100-01547 y 98-100-01548). El primero libera cloro yse utiliza en las limpiezas de lasinstalaciones; el segundo es unbiocida no oxidante (no es un amo-nio cuaternario), adecuado para eltratamiento de mantenimiento. Losdos biocidas son compatibles conel tratamiento anticorrosivo/antiin-crustante.
b) Un producto anticorrosivo/an-tiincrustante, adecuado para el tra-tamiento de mantenimiento.
4.1. Estudios previos–––––––––––––––––––––––––––––––
Para la realización del estudio decampo se ha evaluado la eficaciadel biocida no oxidante utilizado
INGENIERIA QUIMICA
192
Agua de alimentación Resultados del análisis
pH........................................................................................................................ 7,51Alcalinidad (meq/l) Valor p .............................................................................. 0Alcalinidad (meq/l) Valor m .............................................................................. 0,6Dureza total (°HF) .............................................................................................. 4Calcio (mg/l) ...................................................................................................... 12Magnesio (mg/l) ................................................................................................ 2Cloruros (mg/l) .................................................................................................. 11Bicarbonatos (mg/l) .......................................................................................... 37Carbonato sódico (mg/l) .................................................................................. 0Sosa cáustica (mg/l) .......................................................................................... 0Conductividad (microsiemens/cm) .................................................................. 87,9Total sólidos disueltos (mg/l) .......................................................................... 68S.A.F. (meq/l) ...................................................................................................... 0,3Hierro (mg/l) ...................................................................................................... 0,1
Tabla II. Análisis de agua del Canal Isabel II
Tratamiento Durante la prueba de campo
Anticorrosivo/antiincrustante Dosificado con bomba dosificadora
Biocida no oxidante Dosificado con bomba dosificadora
Dispersante NO
Agente antiespumante NO
Tabla III. Tratamiento del agua de la torre de refrigeración
Análisis de 17/5/99 AusenciaLegionella pneumophila 23/7/99 Ausencia
13/9/99 Ausencia
Control de la corrosión Fechas: 20/5/99 al 27/9/99 Ausencia de corrosiónDuración 129 días
Control y análisis del Se han llevado a cabo Correctos para el agua de la torre análisis mensualmente tratamiento propuesto
Tabla IV. Resultados del tratamiento de la torre de refrigeración
tenido dentro de los parámetros fi-sicoquímicos adecuados.
Se mantiene el circuito de la torrede refrigeración libre de corrosio-nes e incrustaciones.
El control de la contaminación bio-lógica de la torre de refrigeración,en concreto la prevención de laaparición de la Legionella, ha sidollevado a cabo con éxito.
En el caso del condensador evapo-rativo, los resultados son similares.
El programa de tratamiento delagua de las dos instalaciones ha si-do llevado a cabo con éxito.
[1] Adroer, N. “La contaminación biológicade las torres de refrigeración. Aproximaciónal problema de la Legionella”. INGENIE-RIA QUIMICA, 187-191, enero (1999).
[2] Adroer, N.; Coma, J. y Raisuni, K. “Mi-crobiología de los circuitos de refrigera-ción. La Legionella”.Conferencia realizadaen el Hotel Convención de Madrid, 18 dejunio (1998).
[3] Adroer, N.; Coma, J.; Ignacio, J.; Ordo-ñez, J. y Raisuni, K. “Curso de tratamientode circuitos de refrigeración. Aproximacióna los tratamientos para prevenir la Legione-lla”. Conferencia realizada en el Hotel Agu-mar de Madrid, 28 de octubre (1999).
[4] AENOR. “Guía para la prevención de laLegionellaen instalaciones” UNE 100-030-94.
[5] Orden 1187/1998 de 11 de junio, de laConsejería de Sanidad y Servicios Socialesde la Comunidad de Madrid, por la que seregulan los criterios higiénico-sanitariosque deben reunir los aparatos de transferen-cia de masa de agua en corriente de aire yaparatos de humectación para la prevenciónde Legionelosis. B.O.C.M. Núm 144, vier-nes 19 de junio de (1998).
[6] Avello de Miguel, A. et al. “Guía para laprevención de la Legionelosis en instalacio-nes de riesgo”. Comunidad de Madrid. Con-sejería de Sanidad y Servicios Sociales. Di-rección General de Salud Pública. (1999).
[7] “Recomendaciones para la prevención ycontrol de la Legionelosis”. Ministerio deSanidad y Consumo. Secretaría GeneralTécnica. Centro de Publicaciones. (1999)
5. Bibliografía
II de Madrid, cuyas característicasse recogen en la Tabla II.
La torre se limpió y desinfectó el28/4/99 con el biocida oxidante,como producto liberador de cloroen las limpiezas. Se han realizadocontroles de pH y una evaluaciónde la cantidad de producto utiliza-do en todo momento.
El tratamiento del agua realizadoen la torre se indica en la Tabla III.
Se tienen en cuenta los ciclos deconcentración del agua de la torrepara garantizar la efectividad deltratamiento.
Los resultados del tratamiento pue-den verse en la Tabla IV.
4.2.2. CONDENSADOR EVAPORATIVO
El condensador evaporativo en estu-dio se trató con productos anticorro-sivos/antiincrustantes y con bioci-das adecuados para el control de lacontaminación biológica del agua.
Sus características principales son:
- Volumen: 2 m3.- Caudal de recirculación estima-do: 27 m3/h.
- Potencia frigorífica: 134.000kcal/h.- Purga continua.- Tiempo de operación: 20 horas.- Instalaciones refrigeradas: Com-presor para cámaras frigoríficas.
El agua de alimentación es la co-rrespondiente a la del canal IsabelII de Madrid, presentada anterior-mente en la Tabla II.
Se limpió y desinfectó el conden-sador el 18/6/99 con el biocida oxi-dante, como producto liberador decloro en las limpiezas. Se han rea-lizado controles de pH y una eva-luación de la cantidad de productoutilizado en todo momento.
El tratamiento del agua de refrige-ración del condensador se ofreceen la Tabla V.
Los resultados del tratamiento seindican en la Tabla VI.
4.3. Conclusiones–––––––––––––––––––––––––––––––
Durante los casi seis meses de tra-tamiento con los productos bioci-das y el producto anticorrosivo-an-tiincrustante, la calidad del agua dela torre de refrigeración se ha man-
Tratamiento de Aguas
193
febrero 00
Análisis de 5/7/99 AusenciaLegionella pneumophila 13/9/99 Ausencia
Control y análisis del Se han llevado a cabo Correctos para el agua de la torre análisis mensualmente tratamiento propuesto
Tabla VI. Resultados del tratamiento del condensador evaporativo
Tratamiento Durante la prueba de campo
Anticorrosivo/antiincrustante Dosificado con bomba dosificadora
Biocida no oxidante Dosificado con bomba dosificadora
Dispersante NO
Agente antiespumante NO
Tabla V. Tratamiento del agua delcondensador evaporativo
