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Medición de Carbono Orgánico Total (TOC)
Por Robert Iturrieta, Product Manager Instrumentación Analítica de Soltex Chile S.A.   riturrieta@soltex.cl    www.soltex.cl

La contaminación por materia orgánica del agua pura en centrales de energía puede causar un número importante de problemas, como la contaminación de las resinas de intercambio iónico y de los desionizadores, lo que redundará en una mayor frecuencia de limpieza y recambio de las resinas. Asimismo, esta contaminación se descompone en ácidos orgánicos que reducen el pH del condensado, lo que causa corrosión en la turbina. Además, estos elementos pueden depositarse junto con otros contaminantes sobre las superficies de los intercambiadores de calor, reduciendo significativamente la eficiencia del sistema. De igual modo, pueden causar la formación de espumas en la caldera e incrementar la transferencia de otros contaminantes al vapor.

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Figura 1. Paso del flujo de un sensor de TOC de conductividad directa.

La presencia de compuestos orgánicos es una fuente de preocupación en la operación de centrales, y la medición de la concentración del Carbono Orgánico Total (TOC, por sus iniciales en inglés) es el primer paso en su reducción.


Detección

El monitoreo de la conductividad es la medición más económica y común para la detección de contaminantes iónicos (usualmente minerales). La conductividad detectará la presencia de ácidos y bases orgánicas, pero no es sensible a la mayoría de los otros contaminantes orgánicos. Por esta razón, los analizadores de TOC oxidan la materia orgánica mediante una luz UV (185nm) que rompe los enlaces de carbono-carbono mediante la generación de hidroxilos para producir agua y dióxido de carbono que puede ser detectado.

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En su forma iónica, el ácido carbónico es fácilmente detectado por la conductividad en agua pura. El aumento de la conductividad después de la oxidación, entrega una medida de la cantidad de ácido carbónico producido. Con una adecuada calibración y correlación proporcionará una lectura en ppb (partes por billón) de TOC.

Algunos fabricantes -principalmente europeos- han desarrollado un analizador de TOC basado en la oxidación ultravioleta de un flujo continuo de muestra. Los compuestos orgánicos son oxidados con dióxido de carbono, y las mediciones de conductividad son hechas tanto aguas arriba como aguas abajo de la radiación ultravioleta (UV) que genera la lámpara. La primera medición entrega la conductividad de los contaminantes en la muestra, mientras que la segunda detecta el incremento de la conductividad debido al dióxido de carbono producido. Las mediciones de conductividad y sus diferencias son comparadas usando una curva de TOC (ver Figura 1).

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Figura 2. Sensor TOC (Foto: Mettler Toledo©).

En ésta se muestra el paso del flujo por este tipo de sensores de TOC: la oxidación toma lugar en una bobina de cuarzo que rodea la lámpara UV. Se puede observar que no hay válvulas de solenoide, membranas o reactivos, por lo que el tiempo de respuesta es particularmente rápido, tomando sólo 60 segundos para que la muestra pase desde la entrada hasta el segundo sensor de conductividad. El diseño simple reduce en gran medida el mantenimiento y el reemplazo de la lámpara.

Esta tecnología es usada sólo en agua pura con conductividad menor o igual a 2 microsiemens por centímetro (uS/cm) y con un TOC de 0,05 a 1000 partes por billón (ppb). La alcalinidad también debería ser mucho menor que la concentración de TOC, ya que neutraliza la oxidación y el esperado aumento de la conductividad. Por esta razón, esta tecnología es recomendada al final del sistema de tratamiento de agua (ver Figura 2).


Puntos de medición

En los sistemas de tratamiento de agua, el monitoreo de TOC después de la última desionización es el más importante punto de control de los compuestos orgánicos, permitiendo dar la alarma antes de entrar al tanque de almacenamiento. En este punto, la medición continua de TOC permite tomar medidas preventivas de mantención, tales como la corrección de la materia orgánica antes de que la resina se contamine y provoque paradas de planta por limpieza o recambios.

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Figura 3. Montaje sensor y transmisor (Foto: Mettler Toledo©).

En el ciclo de vapor, en cambio, este tipo de medición requiere del acondicionamiento de la muestra. Sin ella, el pH elevado debido al amoniaco o aminas, neutralizaría el ácido carbónico producido por la oxidación, por lo que es necesario tomar la muestra después del intercambiador catiónico. Esta nueva plataforma permite que el sensor pueda ser ubicado remotamente cerca de la fuente de agua para minimizar los retrasos de la muestra, mientras que el transmisor se monta en el panel de control o en otra ubicación hasta 90 metros de distancia.

Si bien su necesidad ha cobrado una importancia real en la última década, el alto costo y los requisitos de mantenimiento de los equipos han limitado la adopción de la medición de TOC, pero la introducción de un sensor simple con la tecnología de oxidación de bajo mantenimiento ha hecho que ésta sea más accesible (ver Figura 3), permitiendo aprovechar sus importantes beneficios, hoy disponbles también para el mercado chileno.

Enero 2012
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