Tratamientos de Agua Para Calderas

TRATAMIENTO DE AGUA PARA

CALDERAS

Universidad Tecnológica NacionalFacultad Regional La PlataINGENERIA MECÁNICACÁTEDRA TECNOLOGÍA DEL CALOR 21/10/ 2012

Tratamiento del agua para caldera

AGUA

ElementosDisueltos

ElementosEn suspensión

Tratamiento del agua para caldera

OBJETIVOS

CORROSION

INCRUSTACIONES

EFICIENCIA

TIEMPOOPERTATIVO

Tratamiento del agua para caldera

CICLO DEL AGUA

Tratamiento del agua para caldera

CLASIFICACION DEL AGUA

AGUAS DURAS : ( Calcio y Magnesio ) AGUAS BLANDAS : ( Sales minerales ) AGUAS NEUTRAS : ( Sulfato y Cloruros ) AGUAS ALCALINAS : ( Carbonatos y

Bicarbonatos de Calcio, Sodio y Magnesio )

Tratamiento del agua para caldera

PARAMETROS A TENER EN CUENTA• DUREZA• OXIGENO• HIERRO Y COBRE• ACEITE• FOSFATO• DIOXIDO DE CARBONO• SOLIDOS DISUELTOS• SOLIDOS EN SUSPENSIÓN• SILICE• SECUESTRANTES DE OXIGENO

Corrosión

Definición: deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno.

Como concepto mas general, puede entenderse como la tendencia que tienen los materiales a buscar su forma mas estable o de menor energía interna.

Corrosión

• Corrosión por Oxigeno o “Pitting”

• Corrosión Caustica

Corrosión en líneas de retorno de condensado

Principales tipos de Corrosión en Calderas

Corrosión

Corrosión por Oxigeno o “Pitting”Este tipo de corrosión consiste en la reacción de oxigeno disuelto en el agua con los componentes metálicos de la caldera (en contacto con el agua) provocando su disolución o conversión en óxidos insolubles.

También se puede producir esta corrosión cuando la caldera se encuentra fuera de servicio a causa de la entrada de aire (oxigeno) a la caldera.

Las consecuencias que causa esta corrosión se da en la presencia de tubérculos de corrosión negro, formados en la zona de corrosión, como se aprecia en las siguientes imágenes:

Corrosión

Prevención para la corrosión por Oxigeno

• Adecuada desgasificación del agua de alimentación

• Mantención de un exceso de secuestrantes de oxigeno en el agua de la caldera.

Corrosión

Corrosión CausticaEs producida por una sobreconcentracion local en zonas de elevadas cargas térmicas (fogón, cámara trasera, etc.) de sales alcalinas como la soda caustica [ hidróxido de Sodio NaOH ]

Como consecuencia causa zonas de cavidades profundas parecidas a la corrosión por oxigeno “pitting”, pero solamente en las zonas de elevada liberación térmica. Como se observa en la siguiente figura:

La corrosión caustica se puede prevenir manteniendo la alcalinidad, OH libre y pH del agua de la caldera.

Corrosión

Corrosión en líneas de Retorno de CondensadoLa corrosión en las líneas de condensado tienen efectos importantes en la caldera aunque estas no se encuentren en ella.

Se produce corrosión debido a ácidos carbónicos que se forman en ellas.

Los óxidos [hematitas (Oxido Férrico Fe2O3)] que se producen en las líneas de condensado son arrastrados por el agua de alimentación a la caldera.

Se puede detectar observando el color rojizo del agua si existe problemas de corrosión en las líneas de retorno de condensado.

Prevención:

Aminas Neutralizantes (compuestos químicos orgánicos derivados del amoniaco) que neutralizan la acción del acido carbónico.

Aminas Fílmicas para protección de las líneas. (Al ser volátiles son arrastradas por el vapor)

Purgas Automáticas

Las purgas automáticas mas utilizadas en calderas son las siguientes:

• Purgas Automáticas de Fondo

• Purgas automáticas de superficie

Purgas Automáticas

Purga Automática de Fondo

Están compuestas por una válvula con un actuador y un temporizador en el que se programan los ciclos de purgas de fondo (cantidad y duración) en base al tratamiento que se le quiera dar al agua.

Purgas Automáticas

Purga Automática de SuperficieEsta compuesta por un sensor de conductividad, una válvula con actuador y un controlador.

El sensor de conductividad mide la conductividad del agua de la caldera (solidos disueltos) y envía información al controlador, éste compara la medición con el valor de conductividad máxima programado y si el valor es mayor abre la válvula.

Este tipo de válvulas permite ahorrar un 1.5% de energía de combustible, ya que solo se elimina la cantidad justa de agua necesaria para satisfacer los requerimientos del tratamiento. Lo que no ocurriría si la válvula es manual.

Calculo de Caudal de PurgaAntes de seleccionar el sistema de control de TDS (concentración total de sólidos disueltos) para purga de caldera es necesario calcular la cantidad de agua que deberá ser purgada. Para ello se precisa de la siguiente información:

• 1. Los TDS requeridos en el agua de caldera en partes por millón (B).• 2. Los TDS del agua de alimentación en partes por millón (F). Un valor medio puede ser obtenido mirando

los registros de tratamiento del agua. (la muestra de agua de alimentación que se requiere es de la línea de alimentación a caldera o del tanque de alimentación y no una muestra del agua de aportación).

• 3. La cantidad de vapor que produce una caldera, normalmente medida en kg/h (S). Para seleccionar un sistema de purga, el valor más importante es normalmente la cantidad máxima de vapor que la caldera pueda generar a plena carga.

Cuando se dispone de la información anterior, la tasa de purga puede ser calculada como sigue:

• F = TDS del agua de alimentación en ppm o • B = TDS requeridos en el agua de caldera en ppm • S = Producción de vapor en kg/ h

• Caudal de purga = F x S

B - F

El caudal de purga es dado en kg/ h.

Incrustaciones

¿Qué son las Incrustaciones?

Las Incrustaciones son depósitos de Carbonatos y Silicatos de calcio y magnesio.

¿Cómo se forman?

Las mismas se forman, debido a una excesiva concentración de los carbonatos y silicatos en el agua de alimentación y/o regímenes de purgas insuficientes.

Incrustaciones de espesores superiores a los 8mm

Gracias a la accion de dispersantes, lavados quimicos o las dilataciones se suelen soltar las incrustaciones; las cuales deben ser eliminadas de la caldera para prevenir su acumulacion en el fondo del cuerpo de presion, como se puede ver en la figura:

¿Qué sucede si estas incrustaciones no son removidas?

Se corre el riego de embancar la calera y obstruir las líneas de purgas de fondo, con los que los problemas son graves.

Debido a la baja conductividad térmica las incrustaciones , actuan como aislantes termicos, provocando problemas de refrigerancion de las superficies metalicas, causando daños por sobre calentamiento.

“EMBANCAR”: El barro, la Silice ayudado con alguna sales disueltas, producen embancamientos, es decir, se depositan en el fondo de la caldera, los cuales dificultan o impiden la libre circulación y salida del agua.

En la siguiente figura, mostramos el efecto del espesor de la capa de incrustacion de una caldera:

“si aumenta el espesor de la capa de incrustación para un mismo flujo calor, aumenta la temperatura del metal”

ARRASTRE DE CONDENSADO

El arrastre de condensado es considerado el suministro de vapor humedo (gotas de aguas-solidos disueltos o en suspension) dentro de una caldera. El suministro de vapor humedo, se debe a deficiencias tanto mecanicas o quimicas:

Deficiencias Mecanicas:

• Operación con elevados niveles de agua

• Separadores de gotas.

• Variaciones bruscas en los consumos

• sobrecargas termicas,etc.

Deficiencias Químicas:

• Tratamiento de agua para caldera

• Excesivos contenidos de alcalinidad

• Sólidos totales disueltos (disueltos y en suspensión)

• Sílice (favorece la formación de espuma)

Para prevenir el arrastre debido a deficiencias en el tratamiento de agua, se recomienda mantener los siguientes limites de contenidos:

• Alcalinidad total (CaCo3) < 700 ppm

• Contenidos de Silice (SiO2) <150 ppm

• Solidos Disueltos <3500 ppm

FRAGILIDAD CAUSTICA

Es el agrietamiento (pequeñas fisuras) del metal de los tubos y elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Usualmente se produce cuando el agua contiene hidróxido de sodio en exceso

TRATAMIENTOS TERMICOS

El tratamiento térmico, consiste en llevar el agua hasta su temperatura de ebullición, precipitando todos los bicarbonatos en forma de carbonatos insolubles que decantan y se extraen del fondo del economizador, eliminando la dureza temporal y los gases disueltos.

Este procedimiento no separa la dureza permanentemente

TRATAMIENTOS ELECTRICOS

Este sistema esta basado en la electrolisis del agua (es la descomposición de agua (H2O) en los gases oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) por medio de

una corriente eléctrica a través del agua) , el Zinc en planchas, que se apernan a tubos de chapas defiende las planchas de hierro de la acción de las sales incrustantes.

TRATAMIENTOS MIXTOS

Se emplean algunos desincrustantes químicos y a su vez calentar el agua eliminando ambas durezas, o cualquier combinación de los anteriormente mencionados.

Descalcificadores

Un descalsificador es un sistema usado para eliminar la cal del agua, reduciendo la dureza de la misma a través de un intercambio iónico. Se utilizan resinas cargadas de iones Na(+2)

Descalcificadores

Las ventajas que presenta un descalcificador son:

-Protección de instalaciones.

-Ahorro de energía.

-Ahorro de productos químicos de limpieza e higiene.

Filtración de agua

Filtración:Su objeto es extraer partículas grandes en suspensión. Se realiza

antes que el agua llegue a la caldera (externo).Los filtros pueden ser de mallas (pequeñas instalaciones) o de

grava y arena.

Osmosis inversa

Comenzamos primero definiendo el fenómeno llamado ósmosis natural o directa. Cuando tenemos dos soluciones, de diferentes concentraciones, separadas por una membrana semipermeable ocurre lo siguiente:

Ósmosis inversa

Debido a la diferencia de energía potencial electroquímica existente entre ambas soluciones, la solución mas diluida fluye hacia la solución mas concentrada, hasta que se equilibre dicha diferencia.Definimos entonces a esta diferencia de energía como presión osmótica. Vemos que naturalmente tenemos ahora un nivel mayor de solución concentrada y un menor nivel de solución diluida (Fig. derecha)

Ósmosis inversa

Si aplicamos una presión mayor a la presión osmótica sobre el fluido de la derecha, lo estamos forzando a circular en sentido

contrario al natural, y a este proceso se lo llama osmosis inversa. De esta manera purificamos el agua conteniendo las

partículas disueltas gracias a la membrana semipermeable

Ósmosis inversa

Componentes básicos de una instalación de osmosis inversa:-tubos de presión que contienen a las membranas semipermeables dispuestos en serie o en paralelo.-bomba que suministre el fluido a la presión de proceso.-membranas semipermeables que actúan como válvulas reguladoras de flujo.

Esquema básico de un sistema de ósmosis inversa

Desgasificadores.

Se conocen como desaireadores o desgasificadores a aquellos dispositivos mecánicos empleados para liberar los gases (aire, oxigeno, anhídrido carbónico y otros gases) contenidos en el agua de alimentación de las calderas para prevenir problemas de corrosión o “pitting”.

Desgasificadores

Principio de funcionamiento:

Esta basado en el hecho que la solubilidad de los gases disueltos en el agua disminuye cuando la temperatura aumenta.

Desgasificadores

Esquema de torre de desgasificacion y su funcion:

• Retorno de condensado

• Agua de reposición

• Vapor

Dasaireadores.

Esquema completo de un desgasificador:

Tratamientos quimicos:

Estos tratamientos consisten en suministrar sustancias químicas que reaccionan con las impurezas del agua, precipitando sólidos insolubles o en suspensión, que luego se pueden eliminar mediante purgas.

Clasificacion de las sustancias según su objetivo:

• Reductoras de dureza o ablandadoras

• Inhibidores de corrosion

• Inhibidores de fragilidad caustica

• Anhibidores de aderencias por lodos

Tratamientos quimicos:

Reductoras de dureza o ablandadores:

Hidróxido de sodio o soda cáustica (NaOH):

Precipita las sales de magnesio: aumenta la alcalinidad. Carbonato de sodio o soda comercial (Na2CO3 ): Precipita las sales de

calcio; bajo costo; produce acidez.

Hidróxido de calcio o cal (Ca(OH)2): Precipita las sales de calcio y magnesio.

Fosfatos de Sodio (Na2 HPO4): Precipita sales de calcio. Debe mantenerse en exceso.

Tratamientos quimicos:

Inhibidores de corrosion:

Sulfito de Sodio (NaSO3):Reacciona con el oxígeno produciendo sulfatos de sodio. Se utiliza para calderas de presiones menores a 30 Kg/cm2.Ejemplo practico:La raeccion quimica requiere de: 7,88kg (NaSO3) por cada kg de Oxigeno, pero en la practica se añaden aprox. 10kg de sulfito de sodio por cada kg de oxigeno, para que quede un remanente en el agua de la caldera

Hidracina (N2H4):Reacciona con el oxígeno produciendo nitrógeno y agua, sin producir sólidos disueltos. Apta para calderas de alta presión.

Aminas (compuestos químicos orgánicos derivados del amoniaco): Utilizadas para el control de la corrosión en tuberías de retorno de condensado (corrosión por anhídrido carbónico).

Tratamientos quimicos:

Inhibidores de fragilidad caustica:  Nitratos y nitritos de sodio (NaNO3; NaNO2):

Debe usarse donde el agua tiene características de fragilidad. 

Inhibidores de aderencias por lodos:  Agentes orgánicos:

Taninos, almidones, derivados de aguas marinas. Evita la formación de lodos adherentes y minimizan el arrastre.

Conclusiones.

El agua a pesar de encontrarse en grandes cantidades, no siempre se encuentra en las mejores condiciones, por tal razón es necesario realizar un tratamiento previo antes de ser usada.

Es de suma importancia conocer las sustancias que se pueden encontrar en el agua, ya que a partir de estas podremos determinar el tratamiento adecuado a realizarse.

Realizando un correcto tratamiento de las aguas usadas en las calderas, podremos evitar gran cantidad de daños como corrosión, incrustaciones o taponamientos. Elevaremos la eficacia de la máquina y ahorraremos tiempo y dinero en mantenimiento (algunas veces innecesario).

Se puede disponer de una gran cantidad de métodos y sustancias para el tratamiento del agua usada en las calderas, cada uno de estos se aplican dependiendo la necesidad.

El tratamiento de agua es fundamental en la vida útil, la prevención de accidentes y la operación eficiente de las calderas.

Final

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