Informe 1 Desmineralizacion Y Ablandamiento Del Agua

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS - I

NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Proceso de ablandamiento y desionizador de agua

NOMBRE DEL ESTUDIANTE: Sánchez Cabasacango María Estherlia

GRUPO DE PRÁCTICA: 1 CURSO: SÉPTIMO SEMESTRE

PARALELO: A

NOMBRE DEL PROFESOR Ing. NAVARRO ALMEIDA MARIANA DE JESUS

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: MIERCOLES 9 DE MAYO DEL 2017

FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: MIERCOLES 17 DE MAYO DEL 2017

CICLO II. PERIODO 2017-2018

ÍNDICE DE CONTENIDO

ÍNDICE DE TABLA Tabla 1: Calcificación de la dureza del agua ............................................................................................... 6 Tabla 2: materiales y equipos ................................................................................................................... 12 Tabla 3: análisis de agua de STD ............................................................................................................... 14 Tabla 4: análisis de agua desmineralizada ................................................................................................ 14

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RESUMEN El presente informe detalla información sobre el ablandamiento y desmineralización del agua, llevado a cabo en la facultad de ingeniería química de la universidad de Guayaquil. El agua es uno de los elementos más importantes dentro de la naturaleza. Por lo tanto hoy en día se realiza una serie de procesos que permita la calidad adecuada del agua para su consumo o la utilización dentro de las industrias. Dentro de estos procesos encontramos el baldamiento del agua y la desmineralización, ya que con estos procesos se pude eliminar los minerales y sales que se encuentra en el agua. En el agua se puede encontrar cantidades variables de sales minerales: cloruros, sulfatos, bicarbonatos, nitratos, etc., de sodio, calcio, magnesio, silicio y otros elementos. De estas sales, las de calcio y magnesio principalmente constituyen la dureza del agua. El ablandamiento del agua consiste en eliminar los iones de calcio y magnesio en cambio la desmineralización consiste en eliminar los cationes, como los de sodio, calcio, hierro, cobre y otros, y aniones como el carbonato, fluoruro, cloruro, etc. mediante un proceso de intercambio iónico. Esto significa que al agua se le han quitado todos los iones excepto el H+, o más rigurosamente H3O+ y el OH-, pero puede contener pequeñas cantidades de impurezas no iónicas como compuestos orgánicos El objetivo general de esta informe es relacionarnos con un proceso unitario y al mismo tiempo conocer los conceptos básico y como es el proceso de cómo realizar el ablandamiento y desmineralización del agua.

Palabras claves 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Desionizador: Desminaralizacion: Resina: Catiónica: Anionica: Agua dura:

OBJETIVOS GENERALES 1. Conocer el proceso de ablandamiento del agua para calderas 2. Estudiar el proceso del intercambio iónico para la obtención de agua desmineralizada.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Observar el proceso el ablandamiento y del desionizador del agua 2. Analizar las muestread de entrada y salid de los dos procesos 3. Verificar los resultados que tipo de dureza es cada muestra.

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MARCO TEORÍA El agua es un elemento muy importante para los seres vivos, considerando unos de los solventes más indispensables en una solución, en el agua se puede encontrar cantidades variables de sales minerales: cloruros, sulfatos, bicarbonatos, nitratos, etc., de sodio, calcio, magnesio, silicio y otros elementos. De estas sales, las de calcio y magnesio principalmente constituyen la “dureza del agua. La cantidad de impurezas del agua, se mide o especifica de varias maneras, una de ellas es establecer el contenido de sales disueltas en mg/ L o sea partes por millón (ppm) valor que se considera como si estuviese constituido solamente por CO3Ca, equiparando las equivalencias correspondientes a cada otra sal disuelta en el agua. La dureza se mide por “grados”, existiendo varias escalas de medición: la alemana, la francesa, la inglesa y la americana. Unas miden en términos de CO3Ca. La dureza se mide por “grados”, existiendo varias escalas de medición: la alemana, la francesa, la inglesa y la americana. Unas miden en términos de CO3Ca, otras en Oca. Esto aparece ilustrado en el siguiente cuadro

Fuente: Elementos químicos en el agua Grupo #1: son aquellos que producen alcalinidad 1. Carbonato de potasio 2. Bicarbonato de potasio 3. Bicarbonato de sodio Grupo: #2: son aquellos que producen o causantes de dureza, carbonatada y alcalinidad 1. 2. 3. 4.

Carbonato de calcio Carbonato de magnesio Bicarbonato de calcio Bicarbonato de magnesio

Grupo #3: son aquellos que producen salinidad u dureza no carbonatada 1. Sulfato de calcio 4

2. 3. 4. 5. 6.

Cloruro de calcio Nitrato de calcio Sulfato de magnesio Cloruro de magnesio Nitrato de magnesio

Grupo #4: son aquellos que producen salinidad pero no dureza. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Sulfato de potasio Cloruro de potasio Nitrato de potasio Sulfato de potasio Cloruro de sodio Nitrato de sodio

Los procedimiento para eliminar las impurezas problemas del agua natural, se desarrolla en función de la calidad del agua que se quiere obtener indudablemente su grado de pureza es funcional. Toda el agua contiene sólidos en suspensión tales como:       

Lodos Limos Arcilla Vegetación Microrganismo Residuo urbanos domésticos Residuos industriales

ABLANDAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS

Es una técnica que sirve para eliminar los iones que hacen a un agua ser dura, en la mayoría de los casos iones de calcio y magnesio. La dureza del agua puede ser temporaria debida a los bicarbonatos y carbonatos. Se llama así porque calentada a las temperaturas de ebullición, estas sales precipitan en forma de fangos blandos. La dureza permanente es debida a los sulfatos, cloruros y nitratos. Estas sales tienen una solubilidad, que disminuye con el aumento de la temperatura y en el agua concentrada de la caldera se llega fácilmente a la saturación, produciéndose precipitados de estas sales que causan incrustaciones duras y de difícil eliminación. Los fangos, en cambio, son arrastrados por la purga de fondo. Las incrustaciones, una vez adheridas a los tubos y colectores, sólo pueden ser eliminadas por medios mecánicos (turbinas de limpieza) o por procedimientos de desincrustación química (con ácidos inhibidos).

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Agua dura Agua dura significa simplemente que contiene más minerales que un agua normal. Especialmente minerales de calcio y magnesio. El grado de dureza aumenta cuanto más calcio y magnesio haya disuelto. El agua ablandada todavía contiene todos los minerales naturales que necesitamos, se priva solamente de su contenido en calcio y en magnesio, el sodio es añadido en el proceso de ablandamiento. Clasificación según la dureza Tabla 1: Calcificación de la dureza del agua

Grado de dureza francesa 0-2 2-4 4-7 7-12 Más de 12

Características del agua Muy blanda Blanda Semidura Dura Muy dura

Etapas del proceso de ablandamiento del agua 1. Servicio: el agua dura entra a la válvula, fluye alrededor de una ranura inferior del pistón al través del canal a la parte superior del tanque, luego desciende al través de la resina y entra al destruidor como agua acondicionada. Esta agua suavizada fluye por el tubo central hacia la salida de la válvula arriba. 2. Retro lavado: el agua para el lavado infr4esa por la parte inferior del ablandador para remover y limpiar la acumulación de sedimentos. El agua dura entra a la válvula, fluye alrededor de la ranura inferior y la base del pistón desciende por el tubo saliendo por el distribuidor al fono, asciendes por la resina al través del canal de la parte superior del tanque a la válvula alrededor de la ranura superior del pistón hacia la línea de drenaje 3. Regeneración: 4. Enjuague: el agua dura entra a la válvula, fluye alrededor de la ranura inferior del pistón al través del canal a la parte superior del tanque, desciende por la resina, asciende por el tubo distribuidor, pasa por el agujero central del pistón, sobre la parte superior del pitón hacia la línea de drenaje. Conductividad eléctrica La conductividad eléctrica de un electrolito se puede definir como la capacidad del mismo para transmitir una corriente eléctrica. La conductividad dependerá en este caso de la cantidad de iones disueltos en el mismo, de la carga y movilidad de estos iones, y de la viscosidad del medio en el que se hallan disueltos.

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La unidad de medición utilizada comúnmente es el siemns/cm (S/cm), con una magnitud de 10 elevados a -6, es decir microsiemens/cm (US/cm), o en 10 elevados a -3, es decir, milisiemens (mS/cm) Conductividad del agua Agua pura: 0.055µS/cm Agua destilada:0.5 µS/cm Agua de montaña:1.0 µS/cm Agua para uso doméstico: 500ª 800 µS/cm Max. Para agua potable: 10055 µS/cm Agua de mar: 52 µS/cm En el caso de medidas en solución acuosa, el valor de la conductividad es directamente proporcional a la concentración de solidos disueltos, por lo tanto, cuanto mayor sea dicha concentración, mayor será la conductividad. La relación entre conductividad y solidos disueltos se expresa, dependiendo de las aplicaciones, con una buena aproximación por sientes regla. Grados ingles a grados americanos 1.4 µS/cm = 1 ppm o 2 µS/cm = 1pp (parte por millón de CaCO3) Donde 1 ppm = 1 mg/L es la unidad de medida para solidos disueltos.

DESMINERALIZACIÓN DEL AGUA El agua desionizada o desmineralizada es aquella a la cual se le han quitado los cationes, como los de sodio, calcio, hierro, cobre y otros, y aniones como el carbonato, fluoruro, cloruro, etc. mediante un proceso de intercambio iónico. Esto significa que al agua se le han quitado todos los iones excepto el H+, o más rigurosamente H3O+ y el OH-, pero puede contener pequeñas cantidades de impurezas no iónicas como compuestos orgánicos El intercambio iónico El intercambio iónico es una reacción química reversible, que tiene lugar cuando un ion de una disolución se intercambia por otro ion de igual signo que se encuentra unido a una partícula sólida inmóvil. Este proceso tiene lugar constantemente en la naturaleza, tanto en la materia inorgánica como en las células vivas. RESINA Las resinas de intercambio iónico son materiales sintéticos, sólidos e insolubles en agua, que se presentan en forma de esferas o perlas, aunque también las hay en forma de polvo.

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Están compuestas de una alta concentración de grupos polares, ácidos o básicos, incorporados a una matriz de un polímero sintético y actúan tomando iones de las soluciones (generalmente agua) y cediendo cantidades equivalentes de otros iones. Tipos de Resina 1. Resinas catiónicas de ácidos  Fuertes: (Ag+, Pb++, Hg++, Ca++, Cu++, Ni++, Cd++, Zn++, Fe++, Mg++, K+, Na+, H+)  Resinas catiónicas de sodio: eliminan la dureza del agua por intercambio de sodio por el calcio y el magnesio.  Resinas catiónicas de hidrógeno: pueden eliminar todos los cationes (calcio, magnesio, sodio, potasio, etc) por intercambio con hidrógeno.  Débiles: (H+, Cu++, Ca++, Mg++, K+, Na+): eliminan los cationes que están asociados con bicarbonatos 2. Resinas aniónicas de bases  Fuertes: (CO=3, SIO=3, I-, HSO4-, NO-3, Br-, HSO3, NO2-, Cl-, HCO3-, F-): Eliminan todos los aniones. Su uso se ha generalizado para eliminar aniones débiles en bajas concentraciones, tales como: carbonatos y silicatos.  Débiles : (SO=4, CRO=4, NO-3, I-, Br-, Cl-, F-): Eliminan con gran eficiencia los aniones de los ácidos fuertes, tales como sulfatos, nitratos y cloruros.

Ilustración de intercambio catiónico Intercambiador catiónico de ácidos débiles: Ca(HCO3) 2 +R-2H-------R-Ca +H2CO3 (H2O+CO2) Mg(HCO3) 2+R-2H-------R-Mg +H2CO3 (H2O+CO2) 2NaHCO3 +R-2H-------R-2Na+H2CO3 (H2O+CO2) Intercambiador catiónico de ácidos fuertes: CaSO4 +R-2H-------R-Ca +H2SO4 MgSO4 +R-2H-------R-Mg +H2SO4 Na2SiO3 +R-2H-------R-2Na+H2SiO3

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Ilustración de intercambio catiónico Intercambiador aniónico de bases débiles R-2OH +2HCl-------R-2Cl +2 H2O R-2OH + H2SO4---R-SO4 +2 H2O R-2OH +2HNO3----R-2NO3 +2 H2O Intercambiador aniónico de bases fuertes: R-2OH +H2CO3 ------R-CO3 +2H2O R-2OH +H2SIO3----- R-2OH +2H2O Regeneración de las resinas de intercambio iónico Es el proceso inverso del proceso de intercambio iónico y tiene por finalidad devolverle a la resina de intercambio iónico su capacidad inicial de intercambio. Para la regeneración de las resinas de intercambio iónico se usa:  Sal común (cloruro de sodio) para regenerar resinas catiónicas de ácidos fuertes.  Ácido clorhídrico o ácido sulfúrico (depende del costo y de la eficiencia): para regenerar resinas catiónicas de ácidos fuertes y resinas catiónicas de ácidos débiles.  Hidróxido de sodio o hidróxido de amonio: para regenerar resinas aniónicas de bases fuertes y resinas aniónicas de bases débiles.  Una vez regenerada la resina está lista para un nuevo ciclo de intercambio iónico. Regeneración de resinas de intercambio catiónico R-Ca + H2SO4----- CaSO4 +R-2H (resina regenerada) R-Mg + H2SO4------MgSO4 +R-2H (resina regenerada) Regeneración de resinas de intercambio aniónico: R-2Cl +2NaOH-----R 2OH +2NaCl R-2NO3 +2NaOH-----R 2OH +2NaNO3

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CUESTIONARIO 1. Que es agua dura El agua dura es aquellas que poseen una dureza superior a 120 mg de CaCO3 por litro, es decir que contiene una gran cantidad de minerales, particularmente sales de magnesio y calcio. 2. Que es agua semi dura Posee una dureza de 200-320 en la escala CaCO3 (partes por millón de carbonato cálcico) ó 11-18 en la escala DH (como partes de óxido de calcio (CaCO3) por 100.000 partes). 3. Que es agua blanda El agua blanda es el agua en la que se encuentran disueltas mínimas cantidades de sales. Suelen corresponder a las aguas de pozo o aquellas que proceden de aguas superficiales El agua más blanda es el agua destilada, por el hecho de no poseer ningún mineral y no es apta para el consumo humano. 4. Que es des ionización del agua El agua desionizada es aquella a la cual se le han quitado los cationes, como los de sodio, calcio, hierro, cobre y otros, y aniones como el carbonato, fluoruro, cloruro, etc. mediante un proceso de intercambio iónico. Esto significa que al agua se le han quitado todos los iones excepto el H+, o más rigurosamente H3O+ y el OH-, pero puede contener pequeñas cantidades de impurezas no iónicas como compuestos orgánicos. 5. Que es desmineralización del agua El agua desmineralizada o el agua demi es el agua a la cual se le quitan los minerales y las sales. Se utiliza cuando se requiere agua con bajo contenido en sal o baja conductividad. Esta también es conocida como ‘agua demi’ y ‘agua desionizada’. Es sometida a un proceso de ósmosis inversa o intercambio iónico. En este filtrado, al agua se le extrae el calcio, cobre, hierro, sodio, y otros; así también el carbonato, cloruro y fluoruro. Estas partículas son solidificadas y pueden ser filtradas fácilmente, dando así como resultado un agua pura y limpia, con características similares al agua destilada. 6. Que es la resina anicónica 10

Son materiales sintéticos, sólidos e insolubles en agua, que se presentan en forma de esferas o perlas de 0.3 a 1.2 mm de tamaño efectivo, aunque también las hay en forma de polvo. Y actúan tomando iones de las soluciones (generalmente agua) y cediendo cantidades equivalentes de otros iones. 7. Que es la resina catiónica Intercambian iones positivos (cationes). Funcionan a cualquier pH. Es la destinada a aplicaciones de suavizado de agua, como primera columna de desionización en los desmineralizadores o para lechos mixtos. 8. Que es solubilidad invertida En los compuestos cuya solubilidad aumenta al aumentar la temperatura el proceso de disolución del soluto es endotérmico. Las sales de solubilidad inversa liberan calor al disolverse. Las sales de solubilidad inversa liberan calor al disolverse. 9. Que es sólido totales disueltos Los sólidos disueltos totales (SDT) comprenden las sales inorgánicas (principalmente de calcio, magnesio, potasio y sodio, bicarbonatos, cloruros y sulfatos) y pequeñas cantidades de materia orgánica que están disueltas en el agua 10. Que son sólidos suspendidos Corresponde a la cantidad de material (sólidos) que es retenido después de realizar la filtración de un volumen de agua. Los sólidos suspendidos totales o el residuo no filtrable de una muestra de agua natural o residual industrial o doméstica, se definen como la porción de sólidos retenidos por un filtro de fibra de vidrio que posteriormente se seca a 103-105ºC hasta peso constante. Indica la cantidad de sólidos (medidos habitualmente en miligramos por litro - mg/l),

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MATERIALES (SUSTANCIAS) Y EQUIPOS Tabla 2: materiales y equipos

Sustancias Equipos H2O Ablandador Resinas catiónicas y iónicas Desionizador Hidróxido de sodio El kid de S.D bomba Ácido clorhídrico Vaso de precipitación Solución salina Condcutuimetro Reactivo del kit Tubo de ensayo Reactivo solido color violeta Cuchara ( con medida especifica)

PROCEDIMIENTO Tratamiento de agua 1. Revisamos si hay agua en el tanque de reserva para la caldera 2. Procedemos a colocar la palanca de la válvula en posición número 2 para lavar nuestra resina 3. Una vez lavada la resina se procede al enjuagado colocando la palanca de la válvula en la pasión número 2 4. Los 2 pasos anteriores se realiza con válvula de salmuera cerrada 5. Tomamos na muestra para determinar la conductividad del agua y así saber si esta lista para ingresar a la caldera 6. En caso de que la conductividad sea muy alta se debe proceder al regenerado de la salmuera ya que esto se puede deber a que este ,uy saturada, esto se lo hace abriendo la válvula de paso de la salmuera y colocando la palanca de la válvula en posición 3 7. Después de hacer el regenerado de la resina procedemos a tomar otra muestra en caso que el nivel de conductividad sea mínima el agua está lista para ingresar a la caldera 8. Una vez lista el agua se la ingresa a la caldera poniendo la palanca de la válvula en la posición número 3 que es de servicio. Deionización 1. Encender a bomba del equipo de deionización 2. Calibrar el nivel del rotámetro para fijar el flujo de agua que ingresara al equipo 3. Tomamos una muestra del agua que ingresa al equipo y medimos la conductividad y veremos que esta es la conductividad y vemos que esta es demasiado alta. 4. Seguidamente el agua procede a pasar por la resina catiónica. Una vez que pasa pr aquí se vuelva a tomar la conductividad y observamos que este disminuyo. 5. El agua sigue su curso por el equipó y pasa por la resina anionica se vuelve a medir la conductividad y esta es aún más baja que la tomada anteriormente.

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6. Para mayor efectividad se vuelve a repetir el proceso se pasa otra vez por resina catiónica y luego por anionica al finalizar el proceso se toma otra vez una muestra y se mide la conductividad y se ve la notable disminución en la misma. 7. En caso de que la conductividad no disminuya se puede sospechar que la resina está saturada y se procede al regenerado de las misma el cual se hace con: Ácido clorhídrico o ácido sulfúrico (depende del costo y de la eficiencia: para regenerar resinas catiónicas de ácido fuertes y resinas catiónicas de ácidos débiles. Hidróxido de sodio o hidróxido de amonio: para regenerar resinas anionicas de bases fuertes y resinas anionicas de bases débiles.

DIAGRAMA DE EQUIPOS

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RESULTADOS Tabla 3: análisis de agua de STD

Equipo: ablandador de agua de la caldera Método: conductimetria Agua a la entrada Agua a la salid Agua dura Agua blanda STD, ppm STD, ppm 180 /ppm 190/ppm Tabla 4: análisis de agua desmineralizada

Equipo: desmineralizador Método: conductimetria / EDTA Agua a la Resina catiónica entrada 1 STD, ppm STD, ppm 102.6 /ppm /

Resina anicónica 1 STD, ppm 119.7 / ppm

Resina catiónica 2 STD, ppm /

Resina anicónica 2 STD, ppm 85.5 /ppm

CONCLUSIONES  Para tomar la muestra se debe dejar fluir  Para los análisis de conductimetria y la titulación EDTA las muestras del tanque que contenía la resina catiónica no se obtuvo ningún resultado ni cambio de color ya sea porque tuvo pocos iones.  De acuerdo a este experimento se concluye que la dureza del agua depende del tipo de resina que se utilice en el proceso, ya que para la desionización depende de la dureza del agua con que se trabaje, ya que si es el agua tiene dureza muy alta RECOMENDACIONES  Antes de usar el conductimetro verifique que se encuentre calibrado con agua destilada y le dé una cantidad de cero.  Para mayor exactitud del proceso de desionización por medio de las resinas, el goteo de salida del agua desionizada deber ser lento, así se van reteniendo e intercambiando mucho mejor los iones del agua hacia las resinas.  Para la titulación agite bien para que se produzca la reacción de la muestra con el titulante y observe el cambio de color ya que el cabio se da muy rápido.  Antes de realizar la titulación EDTA lea las indicaciones.

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NOMENCLATURA Mg= miligramos L = litros cm = centímetro mS = milisiemens S = siemns US = microsiemns ppm = partes por millón R = resina

SDT = solidos totales disueltos EDTA= Ácido etilendiaminotetraacético

BIBLIOGRAFÍA 1. Laboratorio de química 4.0. (2011). Conductividad de disoluciones y electrolisis. Universal de Granda. Recuperado de http://www.ugr.es/~laboratoriodequimica/practicas_II/6_6_practica.htm 2. Anónimo. (2010). Tratamiento De Aguas. slideshare.net. recuperado de https://es.slideshare.net/guest6cf0501/tratamiento-de-aguas 3. Operaciones unitarias. (2010). Tratamiento de aguas para producción de vapor. Recuperado de http://fing.uncu.edu.ar/catedras/opunitarias/Tratamiento%20de%20Aguas%20para%20Pr oduccion%20de%20Vapor.pdf 4. Anónimo. (2010). ABLANDAMIENTO CON CAL/SODA. oocities.org. recuperado de http://www.oocities.org/edrochac/sanitaria/sodaash.htm 5. Calderón, Mónica. (2012). Ablandamiento de agua. Prezi. Recuperado de https://prezi.com/9dk55vb65ifv/ablandamiento-de-agua/?webgl=0 6. García M, Pérez J. (2016) PRECIPITACIÓN QUÍMICA ABLANDAMIENTO DEL AGUA. Recuperado de http://cidta.usal.es/residuales/libros/logo/pdf/Precipitacion_quimica_ablandamiento.pdf

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APRENDÍCE A Cálculos Resina anionica de entrada 7 gotas (17.1 ppm) = 119.7 ppm Resina anionica der salida 5 gotas (17.1 ppm)= 85.5 ppm Resina catiónica de entrada No se obtuvo resultado paso de 26 gotas y no hubo cambios Resina catiónica de entrada No se obtuvo resultado

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ANEXOS Anexo 1: equipo de ablandamiento de agua para calderas

Anexo 2: equipo de desionizador del agua

Anexo 3: resinas para el desionizador de agua

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Anexo 4: análisis de la conductividad eléctrica

Anexo 5: análisis con la titulación EDTA

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