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• Gabo Contreras

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INTRODUCCIÓN TRATAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS

El tratamiento y acondicionamiento de agua para uso en calderas y torres de enfriamiento, es una parte especial de la tecnología del agua ya que en estos procesos ocurren cambios y alteraciones en las características del agua. La evaporación que ocurre cuando el agua se emplea en estos procesos, concentra las sales disueltas en el agua alcanzan su punto de saturación y se separan del agua formando cristales algunos de ellos difíciles de remover y que dañan los equipos al formar incrustaciones en tuberías y accesorios de calderas y equipos de calentamiento y evaporación. El tratamiento de agua se aplica con mucha frecuencia y en muchas industrias ya que los equipos de calentamiento y de evaporación se emplean en prácticamente todas las industrias como es la de generación de energía, farmacéutica, química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, manufacturera, de servicios y prácticamente en todos los sitios de producción y de servicios se dispone de calderas para calentamiento del agua y de equipos evaporativos para enfriamiento de esta. Los equipos y accesorios se dañan en mayor intensidad en estos procesos de calentamiento y evaporación que en los procesos en los cuales el agua no sufre transformaciones físicas, por lo que es conveniente dar tratamiento al agua de proceso y agregar compuestos químicos que neutralicen y compensen por los efectos de calentamiento y concentración. Esta presentación pretende entregar antecedentes de importancia que se deben considerar en el tratamiento de agua; esto dado que un tratamiento inadecuado afecta directamente la vida útil, eficiencia y seguridad en la operación de las calderas industriales; se entregaran además recomendaciones para la definición de programas de tratamiento de agua y se explicara cómo detectar los problemas más frecuentes. El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reducir reparaciones de importancia y accidentes. El objetivo principal del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera. El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua de la caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las normas, que definen los límites recomendados para los parámetros involucrados en el tratamiento del agua.

ALIMENTACIÓN DE AGUA EN CALDERAS Refiriéndonos a la utilización de agua para calderas, se encuentran establecidos algunos mandatos, los cuales aseguran el buen procedimiento de nuestro proceso y que este se realiza de la forma más eficiente posible y evitando causar daños a nuestros equipos, dentro de estos se mencionan los siguientes: 1. La turbiedad del agua de alimentación debe ser menor 10 ppm 2. La dureza debe ser inferior a 35 ppm 3. No debe contener aceites ni substancias corrosivas 4. El PH no debe ser menor a 7 EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA EN CALDERAS

EQUIPO COMERCIAL

EQUIPO INDUSTRIAL

Ablandadores Los ablandadores funcionan bajo el principio de intercambio iónico, mediante una resina que secuestra los iones de calcio y magnesio, intercambiándolos por iones sodio con el objetivo de disminuir la dureza del agua y prevenir las incrustaciones. Una vez saturada la resina, se produce la regeneración de ésta,

comandada

por

un

cabezal

automático

o

semiautomático, utilizando cloruro de sodio (sal) que repone los iones intercambiados para continuar con el proceso de ablandamiento.

Filtro Multimedia Automático El filtro multimedia tiene por finalidad la remoción de sólidos suspendidos que afectan la calidad del agua mediante diferentes medias filtrantes capaces de retener distintos tamaños de partículas dejando el agua libre de impurezas. Este equipo tiene por ventaja la limpieza automática por retrolavado y bajo costo de mantención, ya que se encuentra comandada por una válvula digital auto-programable para la realización de limpieza de filtro.

Carcasas Porta Filtro Carcasas fabricadas en polipropileno reforzado de alta calidad de variadas dimensiones, capaces de soportar la contención de los distintos tipos de filtros de cartucho y la presión ejercida por el flujo del agua a tratar.

Desgasificador La función de un desgasificador en una planta térmica, es eliminar el oxigeno y dióxido de carbono disuelto en el agua de alimentación en las calderas para prevenir problemas de corrosión. El principio de funcionamiento de los desgasificadores se basa en el hecho que la solubilidad de los gases disueltos en el agua (O” y CO2) disminuye cuando el agua está en el punto de ebullición (100ºC a presión atmosférica)

Componentes principales de un desgasificador

Medidor Manual para el pH El medidor manual diseñado para determinar el pH y temperatura del agua o fluido de producto. Este modelo compacto y de fácil utilización permite determinar de manera rápida y efectiva el parámetro requerido en distintos puntos de proceso o muestreo.

Estaques de Fibras FRP Los tanques de fibra de vidrio son utilizados para el montaje de filtros automáticos de carbón activado, filtros multimedia, ablandadores, entre otros.

Medidor de sulfatos Los sulfatos se usan en algunos tipos de calderas para reducir el calcio y el magnesio existentes, con el fin de controlar la formación de incrustaciones. Sin embargo, los iones de sulfato juegan un papel importante en la corrosión de las calderas de alta presión, de las turbinas eléctricas y de su intercambiador de calor. Por este motivo, en las aguas usadas para la producción de energía eléctrica, la concentración de estos iones se tiene bajo control normalmente por debajo de un determinado nivel.

Medidor de turbidez La turbidez se mide en NTU: Unidades Nefelométricas de Turbidez. El instrumento usado para su medida es el nefelómetro o turbidímetro, que mide la intensidad de la luz dispersada a 90 grados cuando un rayo de luz pasa a través de una muestra de agua. La unidad usada en tiempos antiguos era las JTU (Unidades de Turbidez de Jackson), medidas con el turbidímetro de vela de Jackson. Esta unidad ya no está en uso estándar. Una medición de la turbidez puede ser usada para proporcionar una estimación de la concentración de TSS (Sólidos Totales en Suspensión), lo que de otra forma es un parámetro tedioso y difícil de medir.

Medidor de turbidez

Sistemas de osmosis Inversa Equipo sofisticado, encargado de remover sólidos disueltos en el agua, ya sean sales, moléculas orgánicas, etc. a muy alta presión. El liquido se conduce a las membranas semi-permeables, para pasar de un estado de alta concentración, a un estado bajo. Libera hasta en un 99.5% el agua tratada de sus contaminantes. Esta membrana solo dejará pasar las moléculas de agua, atrapando, incluso las sales disueltas. Durante la operación, el agua misma es usada para lavar la membrana, lo que disminuye los gastos de operación. Aunque la mayoría de las veces, el equipo de Osmosis Inversa es la parte final del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales por la fineza de su trabajo, se utiliza en procesos de Potabilización, Agua para proceso, Desalinización, etc.

Sistemas de osmosis Inversa

Membranas de Osmosis inversas Estos dispositivos están compuestos por una membrana de varias capas semipermeables y tiene como objetivo remover sólidos: sales, iones, metales pesados y microorganismos como virus y bacterias. El mecanismo de funcionamiento de estas membranas es por medio de diferencial de concentración entre el fluido a tratar o región de alta concentración y la región de baja concentración entre las cuales se sitúa la membrana semipermeable, reteniendo los contaminantes a eliminar.

Productos Químicos Tratamiento Los productos químicos utilizados generalmente en calderas son los secuestrantes de oxígeno, dispersantes, anti-incrustantes, protectores y neutralizantes para las líneas de retorno de condensado. La dosificación de los productos químicos debe ser realizada al estanque de almacenamiento de agua, en el caso de los secuestrantes de oxígeno, que son más efectivos mientras mayor es su tiempo de residencia en el agua antes de llegar a la caldera y a la línea de alimentación de agua en el caso de los dispersantes, anti-incrustantes y tratamiento para las líneas de retorno de condensado.

Consecuencias que se producen por un mal tratamiento del agua

Las plantas térmicas necesitan para su buen funcionamiento, un agua limpia y sin impurezas,

debido

a

que

éstas

provocan

suciedad,

problemas

de

incrustaciones en las tuberías de las calderas. Además el agua que alimenta a la caldera no debe tener oxígeno disuelto, pues éste produce corrosión. Por otro lado debe tener un pH adecuado y ser libre de dureza. Por estos motivos es necesario controlar permanentemente la calidad del agua. Entonces, para que el agua sea apta para su utilización en calderas debe someterse a diferentes tratamientos físicos y químicos.

Problemas causados por el mal tratamiento de aguas de calderas. Incrustaciones Son depósitos en forma de costra dura, producidos por las Sales de Calcio y Magnesio que se adhieren en las superficies metálicas de la caldera. Por su carácter aislante, afectan la transferencia de calor al agua reduciendo la capacidad de la caldera, provocan recalentamientos de los tubos, con el consiguiente peligro de deformaciones o roturas y restringen el paso del agua (calderas acuotubulares). Los depósitos, también pueden originarse en la precipitación de sólidos en suspensión, recibiendo el nombre de lodos adheridos. En el caso de que estas incrustaciones no sean removidas, se corre el riesgo de embancar la caldera y obstruir las líneas de purga de fondo, con lo que el problema puede tornarse aun más grave. La presencia de incrustaciones en una caldera es especialmente grave debido a su baja conductividad térmica actúa como aislante térmico, provocando problemas de refrigeración de las superficies metálicas y puede llegar a causar daños por sobrecalentamiento.

EFECTOS / CONSECUENCIAS: •Reducción de transferencia de calor •Mayor consumo de combustible •Sobrecalentamiento de tubos •Rotura de tubos •Detenciones no programadas •Pérdidas de producción •Incidentes / Accidentes

I INCRUSTACION EN LOS TUBOS

Corrosión

Uno de los problemas de desgaste en una caldera son los daños que se presenta la corrosión. El oxígeno disuelto presente en el agua causa el desgaste del fierro de la estructura metálica de la caldera formando hidróxido férrico y esto causa corrosión por picadura que aparece en puntos muy localizados de la estructura. No solo el oxígeno es causante de la picadura, también el bióxido de carbono causa corrosión y este gas se genera abundantemente cuando el agua se calienta hasta el punto de ebullición. Para evitar o disminuir al mínimo la corrosión, deberán separarse los gases y ventilarse a la atmósfera, sin embargo no se separan todos los gases y sus efectos corrosivos son neutralizados por la adición de reactivos que reaccionan con el oxígeno como lo es el sulfito de sodio.

INHIBIDOR Inhibidor de Corrosión La química de agua tiene un impacto directo en la eficacia de la caldera y uso de combustible. Un tratamiento de agua inadecuado permitirá formación de incrustaciones y corrosión. Características Inhibidor La incrustación aísla las zonas de intercambio de calor, por lo cual se requiere uso de mayor combustible. Una incrustación “moderada” de 1,5 mm genera un consumo de 10% más de combustible que la misma caldera limpia. La corrosión reduce esperanza de vida de equipo y requiere gastos importantes para la reparación. La corrosión es un término general que indica la conversión de un metal en un compuesto soluble.

Corrosión por Oxígeno

La

corrosión por oxígeno consiste en la reacción

del

oxígeno disuelto en el

agua

con

los

componentes

metálicos de la caldera (en contacto con el agua), provocando su disolución o conversión en óxidos insolubles. Los resultados de este tipo de corrosión son tubérculos de color negro, los que se forman sobre la zona de corrosión. Dado que la corrosión por oxígeno se produce por la acción

del

disuelto en el agua, esta

puede

producirse

cuando

caldera

también se

encuentra

oxígeno la

fuera de servicio

e ingresa aire (oxígeno).

Corrosión Cáustica. La corrosión cáustica se produce por una sobre concentración local en zonas de elevadas cargas térmicas (fogón, cámara trasera, etc.) de sales alcalinas como la soda cáustica. Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de cavidades profundas, semejantes al “pitting” por oxígeno, rellenas de óxidos de color negro, presentes solamente en las zonas de elevada liberación térmica (fogón, placa trasera y cámara trasera) de una caldera.

Corrosión Retorno Condensado

Líneas

Las líneas de retorno de condensado, lógicamente no forman parte de una caldera, sin embargo, su corrosión tiene efectos sobre las calderas y puede ser prevenida con el tratamiento de agua. La corrosión de las líneas de retorno de condensado tiene efectos sobre una caldera, ya que, los óxidos (hematita) producidos son arrastrados a la caldera con el agua de alimentación. Toda caldera cuyo lado tiene un color rojizo presenta problemas de corrosión en las líneas de retorno de condensado.

Corrosión por actividad salina diferenciada Este tipo de corrosión se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metálica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una pila galvánica en donde la superficie expuesta a la menor concentración salina se comporta como un ánodo.

Corrosión galvánica Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí actúan como ánodo y el otro como cátodo. Aquel que tenga el potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica. En donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta los electrones.

Precipitación de sólidos (barros) Los sólidos disueltos y suspendidos que pueda contener el agua sedimentan y precipitan parcialmente cuando el agua se evapora. La mayoría de los sólidos suspendidos se concentran y son removidos atraves de las purgas. Esta purga debe efectuarse precisamente para mantener en equilibrio de los sólidos en la caldera ya que cuando parte del agua se evapora deja los sólidos disueltos que le acompañan y se acumulan en la caldera.

Los sólidos disueltos pueden salir por las purgas o mantenerse como por ejemplo carbonato de calcio y óxidos de magnesio principalmente. La sílice presente en el agua también es parte de los precipitados y contribuye a hacer de estos más firmes y difíciles de desprender y lo mismo ocurre con las partículas sólidas que el agua pueda contener, por lo que calcio y magnesio (dureza del agua), sílice y sólidos suspendidos son factores de control en el tratamiento de agua para calderas. Estos sólidos disuelto y suspendidos producen sobrecalentamientos que provocan deformaciones que pueden ser altamente peligrosas. Se eliminan a través de las extracciones de fondo, que deben efectuarse de acuerdo a lo especificado por personal técnico. Lo correcto es, sin embargo, que estas impurezas sean eliminadas antes de ingresar a la caldera.

Arrastre Ocurre cuando el vapor que sale de la caldera, lleva partículas de agua líquida en suspensión. Los sólidos disueltos en esas partículas, se depositan en los elementos y equipos donde circula. Al utilizar el vapor provocan problemas de funcionamiento de los sistemas de vapor. Este fenómeno, está muy asociado a la formación de espuma en la superficie del agua.

Fragilidad

Cáustica

Es el agrietamiento

(pequeñas

fisuras)

tubos

de

los

y

elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el agua contiene hidróxido de sodio en exceso.