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TRATAMIENTO Y CONTROL DEL AGUA UTILIZADA EN SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE VAPOR

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TRATAMIENTO Y CONTROL DEL AGUA UTILIZADA EN SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE VAPOR

EL AGUA

Calor específico: (Cantidad de calor que debe suministrar a una cantidad de masa para elevar su temperatura 1 grado centígrado)

-Posee el mayor calor específico de los líquidos, exceptuando el amoníaco; debido a esto su gran capacidad térmica, por lo que tiene la capacidad de contener fuertes cantidades de energía térmica, de pequeños incrementos de temperatura.

Tensión superficial: (Fza. que hay que aplicar a la película de la superficie para poder romperla)

-Posee la mayor tensión superficial 73.5 Dinas/cm2 a 15°C. Esto explica porque ciertos insectos acuáticos pueden caminar sobre su superficie.

Densidad: (Peso de sustancia por unidad de volumen expresada en gramos/cm3)

-La mayor densidad del agua a presión atmosférica se alcanza a 4°C; por debajo de ésta temperatura la densidad vuelve a disminuir hasta cuando se alcanza el punto de congelamiento (0°C).

-El paso de estado líquido a sólido (Hielo) se caracteriza por una fuerte y violenta disminución de densidad.

-A medida que disminuye la temperatura, la densidad del hielo aumenta.

Poder Solvente:

-Constante dieléctrica muy elevada.

-Solvente universal.

Disociación Iónica:

-Una mínima parte de las moléculas son disociadas en iones de hidrógeno H+ e iones oxidrilo OH-; en el agua perfectamente pura para la concentración de iones positivos y negativos debe ser evidentemente igual, a la temp de 25°C.

-PH > 7 Básicas o alcalinas.

-PH < 7 Ácidas.

Problemas más comunes y de mayor interés de acuerdo a su uso:

-Impurezas que causan complicaciones como las impurezas, de ahí la necesidad de purificarlas.

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-Las impurezas pueden ser divididas en substancias sólidas suspendidas y disueltas, pueden ser de origen orgánico o inorgánico.

Substancias sólidas suspendidas:

-Están en las aguas de superficie, substancias orgánicas procedentes de la contaminación debida al hombre, descarga de aguas residuales de origen doméstico, industriales o agrícolas.

-La turbidez es ocasionada también por compuestos inorgánicos derivados de la arcilla.

-En general las aguas subterráneas no contienen materias suspendidas debido a la filtración a las q son sometidas cuando pasan por los diferentes estratos por donde tienen que atravesar.

Substancias sólidas disueltas:

-En aguas naturales son generalmente de origen orgánico, o sales minerales, consisten en compuestos del ácido húmico contenido en el terreno.

-La sílice se encuentra en el agua en solución pero si su cantidad es elevada puede precipitar en forma de gel coloidal que queda en suspensión.

-Los principales iones inorgánicos presentes son: Aniones: Bicarbonatos, sulfitos y cloruros; Cationes: Calcio, Magnesio y sodio.

-Pueden encontrarse en el agua pequeñas cantidad des de iones de K, Fe, Mn, nitratos y trazas de muchos otros; de estos salen los que más nos interesan y generalmente los que más daño producen en los usos industriales y principalmente en el uso del agua para calderas.

a) Terminología utilizada en análisis de aguas:

Los análisis que se realizan en un agua cruda para su estudio y programación del tratamiento químico son:

-Dureza total (DT): Es la cantidad de solución de calcio y magnesio, como cationes sin tener en cuenta la naturaleza de los aniones presentes en el agua y se expresa como partes por millón (PPM) de CaCO3 (Carbonato de calcio).

-Dureza cálcica (DCa++): Cantidad de calcio presente en el agua.

-Dureza magnésica (DMg++): Cantidad de magnesio presente en el agua.

-Alcalinidad: Se define como compuestos neutralizantes de ácidos presentes en el agua y en general en aguas naturales; está dado por la presencia de bicarbonatos, carbonatos e hidroxilos

-Alcalinidad total: También llamada alcalinidad M. es aquella que se obtiene por encima del pH del metil-naranja (Methyl Orange), y cuyo punto de cambio es de pH 4.2 a 4.4.

-Alcalinidad P: Es la que se obtiene con fenolftaleína; la variación del color es de pH 8.2 a 8.4.

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-Teóricamente el pH a 7 representa un sistema neutro, siendo alcalino si es por encima de 7 y ácido si está por debajo.

-El balance entre bicarbonatos (HCO3-, CO3-- y OH-), carbonatos e hidroxilos se calcula con las ecs a continuación. Por debajo de pH 10 (Cuando P alcalinidad es menos de 1/2 M alcalinidad).

CO3-- = 2 P

HCO3- = M - 2P

H- = 0

pH por encima de 10 (P alcalinidad excede 1/2 M)

CO3-- = 2 (M-P)

HCO3- = 2P - M

OH- = 0

Aproximaciones usadas en química, la restricción está cuando el agua está contaminada de amonio; la importancia de estas relaciones radica en el hecho de ser la corrosión y las incrustaciones los mayores problemas en el uso del agua y están relacionados con la habilidad del agua de disolver o precipitar carbonato de calcio.

-Cloruros: Cantidad de ésta sal presente en el agua; Generalmente no son problema y dan la mayoría de los sólidos disueltos en el agua.

-Óxidos de Silicio (Si02): Cantidad de éste óxido presente en el agua; Es uno de los determinantes en cuanto a concentraciones que se pueden dar en la caldera y el programa a seguir.

-Sólidos disueltos (SDT): Total de sólidos disueltos en el agua; puede ser una de las determinantes en cuanto a concentraciones y programa químico a seguir.

-PH: Nos da una idea de las características fundamentales del agua en cuanto a tendencias incrustadoras o corrosivas se refiere.

SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE VAPOR

1. PRETRATAMIENTO

-Sistema más crítico e importante.

-Serie de procesos químicos para reducir a niveles aceptables impurezas en el agua.

-Existen varios métodos para remover dichas impurezas dependiendo de la calidad de agua y de la caldera donde se produce el vapor y de la calidad de vapor que se requiera; el pretratamiento envuelve los siguientes procesos:

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a. Suavizadores de soda:

-Proceso de precipitación en que se usa óxido de calcio (CaO), soda ash (Na2CO3), soda caustica (NaOH) o combinación de éstos químicos.

-La finalidad principal es remover dureza cálcica y magnésica formando carbonato de calcio e hidróxido de magnesio.

-Quitar la alcalinidad debida a bicarbonatos convirtiéndolos en carbonatos y eventualmente en carbonatos de calcio.

-Bióxido de carbono (CO2) precipitándolo como carbonatos de calcio; sílica como un complejo de magnesio insoluble cuando reacciona con el hidróxido de magnesio.

-Turbidez, removiendo las partículas en suspensión.

-Existen dos tipos de suavizadores, en caliente y en frío, en el primero la reacción de los compuestos disueltos en el agua con el químico se lleva a cabo a temperatura ambiente; en el segundo se utiliza vapor y la reacción se hace en caliente. (Más efectivo).

-El control de los suavizadores se efectúa realizando pruebas de dureza y alcalinidad en el agua de salida.

b. Filtración:

-Todas las partículas suspendidas en el agua deben ser removidas antes de ésta alcanzar el proceso de intercambio iónico.

-Se usan principalmente 2 tipos de filtro: Arena y gravedad, y el de presión.

-Control mediante retrolavados y los problemas se deben a ratas de filtración altas o retrolavados muy espaciados.

c. Suavizadores de dureza:

-Luego de la filtración, se pasa al proceso de ablandamiento por Zeolita, que es un aparato similar a los filtros.

-Se filtra mediante una resina sintética donde los iones de Ca y Mg son cambiados por iones de Na, cuyas sales no tienen tantos problemas como los de calcio, causantes de incrustaciones.

-El control se hace mediante retrolavados y regenerado de la resina con cloruro de sodio.

Ca (HCO3)2 + 2NaR => CaR2 + 2NaHCO3 Regeneración

2NaCl + CaR2 => 2NaR + CaCl2 Retrolavado

-El control se debe realizar a la salida, analizando las respectivas durezas.

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d. Desalcalinizador:

-Similar al proceso anterior, pero se eliminan bicarbonatos por intercambio iónico.

2NaR + Ca (HCO3)2 => CaR2 + 2NaHCO3

-De acuerdo con la reacción anterior, lo que se quiere remover es el radical HCO3, el cual se hace reaccionar con otra resina de la siguiente forma:

NaHCO3 + ClR => RHCO3 + NaCl

-Para regenerar la resina, se puede utilizar una solución concentrada de cloruro de sodio y ácido clorhídrico.

NaCl + RHCO3 => RCl + NaHCO3

HCl + RCHO3 => RCl + H2CO3

-Que se van con el agua de retrolavado al desagüe; hay otros tipos de intercambio iónico, el de hidrógeno:

Ca (HCO3)2 + 2HR => CaR2 + 2H2CO3

NaCl + HR => NaR + HCl

-Para regenerar éstas unidades generalmente se usa H2SO4

H2SO4 + CaR2 => CaSO4 + 2HR

H2SO4 + 2NaR => Na2SO4 + 2HR

e. Desmineralizado:

-Se aplica en plantas donde se requiere altísima pureza tales como en las tuberías de vapor; estas unidades son esencialmente idénticas a las anteriores, pero el intercambio se hace con el sodio y los cloruros por hidrógeno o hidróxidos:

HCl + R => R HCl

HCl + ROH => RCl + H2O

-La regeneración se hace con hidróxido de amonio.

NH4OH + RHCl => R + NH4Cl + H2O

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-Para la segunda o resina de base fuerte.

NaOH + RCl => ROH + NaCl

f. Desaireador o removedor de Oxígeno:

-El oxígeno se debe remover totalmente en toda el agua para alimentar la caldera, pues es altamente activo y produce daños graves en todo el sistema generador de vapor.

-La tasa de corrosión del oxígeno se duplica por cada 13°C de incremento en la temperatura; además cuando hay O2 y CO2 presentes, las tasas de corrosión aumentan hasta en un 40% respecto a las de c/u por separado

-La combinación del oxígeno con el amoníaco es extremadamente corrosiva al cobre y sus aleaciones, por lo que debe ser absolutamente removido del agua de alimentación de las calderas.

-Puede hacerse de forma mecánica o química.

Desaireación mecánica:

-Es la reducción por medios físicos de los gases disueltos en el agua, lo que depende del estado de ionización de los gases a remover. Para el oxígeno es fácil, mientras que para el CO2 y el NH3 que producen en el agua:

CO2 + H2O => H2CO3 => H+ + HCO-3

NH3 + H2O => NH4OH => NH+4 + OH-

-Con la adición de minerales ácidos en el primer caso y álcalis en el segundo, se retorna a la formación de CO2 y NH3 respectivamente, que son gases removibles.

-El agua disuelve oxígeno (No ionizable), únicamente hasta el punto donde se ha obtenido un equilibrio entre la presión parcial del gas en el agua y la presión parcial del gas en la atmósfera.

-La presión parcial del oxígeno del aire es 1/5 la presión atmosférica y por tanto el agua que está en contacto con el aire disolverá oxígeno hasta cuando la presión parcial sea 1.5 de la atmosférica.

-A medida que la temperatura aumenta, los gases (No ionizables) se vuelven más insolubles hasta el punto que a temp cercanas a las de ebullición son prácticamente insolubles y fáciles de remover.

-A pesar de todo lo anterior, un desaireador de muy buena eficiencia deja 0.04 ppm de oxígeno y debe ser removido químicamente.

Desaireación Química:

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-Para la desaireación química se utilizan dos tipos de compuestos que reaccionan con el oxígeno formando sales menos problemáticas y que son fácilmente removibles por el sistema de purga de químico utilizado.

-El secuestrante del oxígeno más conocido es el sulfito de sodio, el cual reacciona con el oxígeno formando sulfato:

2Na2SO3 + O2 => 2Na2SO4

-Por esta ecuación podemos deducir que por cada parte de oxígeno en el agua se requieren aproximadamente 8 partes de químico.

-La velocidad de reacción del secuestrante con el oxígeno depende del PH del agua, la temp y el catalizador.

-Es muy importante la velocidad para evitar los problemas ocasionados debido al oxígeno.

-El secuestrante reacciona más rápidamente si el PH aumenta; a PH 4 la reacción es casi 0, siendo 8 - 10 el pH óptimo.

-En cuanto a la temperatura, por cada 7°C de aumento, la velocidad de reacción se duplica y en cuánto a la catálisis, lógicamente dependiendo de la que se use, el aumento promedio de las tres más usadas es de 500 veces, por lo cual siempre y específicamente para agua de calderas se requiere usar un secuestrante catalizado.

-Otro compuesto usado como secuestrante es la hidracina, muchísimo más difícil de manejar, tiene un precio más alto y en el mercado no se encuentra sino al 35%, en caso de utilizarse debe tener su catálisis.

-El secuestro químico del oxígeno es la última oportunidad de remover el oxígeno del agua, si no se efectúa oportunamente entra a la caldera ocasionando problemas graves dentro de ella, en los sistemas de vapor y condensado.

2. GENERADORES DE VAPOR

b.) Calderas acuotubulares:

-Están compuestas de tambores y tumbos, que están por fuera de los tambores y a través de ellos el agua es recirculada y el vapor es generado; los tambores son usados como depósitos de agua y vapor.

-No requiere que tengan ninguna clase de superficie calentadora y son generalmente pequeños con relación al área de la unidad.

-Normalmente tienen circulación natural, pero en algunos casos son de circulación forzada.

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-Normalmente están equipadas con economizadores, que son intercambiadores de calor instalados en la base de la chimenea, donde el agua de alimentación en su recorrido a la caldera aumenta la temp aprovechando los gases de combustión. Solo es usada cuando la alimentación es continua y hay un pretratamiento del agua garantizado (ausencia de sales duras, eliminación completa del oxígeno y un control del PH), para evitar depósitos de corrosión.

-También hay que tener cuidado con la combustión, especialmente cuando se usa fuel oíl, y el contenido de azufre y vanadio es alto en él.

3. AGUA DE ALIMENTACIÓN

El sistema está compuesto por el desaireador (Algunos casos), bombas de alimentación y tubería complementaria; el agua de alimentación, está compuesta por el agua de condensado y el agua de reposición.

a.) Agua de condensado

-Es el vapor producido por la caldera el cual retorna después de haber prestado su servicio en los diferentes procesos de la planta. Esta agua es de una alta pureza y nos permite concentrar la caldera hasta su máximo; para el tratamiento del agua de alimentación el condensado se considera agua químicamente pura.

b.) Agua de reposición

-Es la parte del agua que alimenta la caldera con el condensado; dependiendo de las instalaciones de la planta, proviene del sistema de pretratamiento o directamente de la fuente de abastecimiento. En el primer caso el agua es muy pura, pero debe ser tratada antes de entrar a la caldera, la diferencia es la cantidad de impurezas.

c.) Agua de alimentación

-Está compuesta por una cantidad específica de agua de reposición y una cantidad determinada de condensado; la mezcla de las dos aguas lógicamente da una tercera de características completamente diferentes, a la que habrá que realizarle un tratamiento dependiendo de la caldera.

d.) Problemas ocasionados por el agua de alimentación

-Todas las aguas de alimentación están contaminadas, lo que ocasiona dificultades en la producción de vapor en la caldera, todas las impurezas son inconciliables y causan problemas que conducen a la pérdida de la caldera misma. La gravedad de ellos difiere de acuerdo a la caldera, su presión y capacidad.

-Problemas debido a las aguas de alimentación:

-Incrustaciones: Son depósitos sólidos dentro de las calderas.

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-La principal razón para la formación es debida a que la solubilidad de las sales es inversamente proporcional a la temp del agua en que están disueltas.

-La segunda es que sobrepasan los límites de solubilidad de ciertas sales por aumento en las concentraciones de la caldera.

-Al primer caso pertenecen los bicarbonatos de calcio y magnesio de los cuales por efecto de la temperatura se insolubilizan bajo las siguientes formas:

Ca (HCO3)2 + Calor => CaCO3 + CO2 + H2O

Mg (HCO3)2 + Calor => MgCO3 + CO2 + H2O

-Al segundo caso pertenece principalmente los cloruros, sulfatos y silicatos de calcio y magnesio que disociadas en el agua al alcanzar su límite de solubilidad se vuelven a asociar en moléculas en su fase sólida.

-La gravedad de este problema radica en el poder aislante y su consecuente disminución de la transmisión de calor en una superficie de vaporización incrustada.

-Lodos: Existen también vaporizaciones en la masa del líquido y las precipitaciones tomarán aspectos de lodo, partes depositándose sobre la superficie y deshidratándose se comportan como incrustaciones; el resto bajo la forma de sólidos suspendidos van aumentando su tamaño por efecto de la vaporización misma hasta que en las calderas acuotubulares producen atascamiento de los tubos vaporizadores.

-Corrosión: Destrucción del metal por efecto de la acción química o electroquímica.

-El fenómeno es uno de los más preocupantes a causa de los graves daños que produce por innumerables factores que en ella interviene y frecuentemente juntos, se considera entre los más complejos y difíciles de la química inorgánica.

-Si se considera un pedazo de hierro sumergido en agua químicamente pura, donde parte del agua está disociada como H+ y OH-, cuando se ponen en contacto se crea un campo eléctrico, mediante el cual un cierto número de iones positivos se desprenden de la masa metálica.

Fe => Fe++ + 2 Electrones

o captando carga de los iones H+ como:

2H+ + 2 Electrones => 2H

-Por otro lado parte de los iones OH-, que ya no están en equilibrio, se combinan con los iones Fe++ formando hidróxido ferroso:

Fe++ + 2OH- => Fe (OH)2

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-El hidróxido ferroso en solución eleva la concentración del líquido y la corrosión terminaría por pasar o disminuir considerablemente su velocidad; esto si en el agua no estuviera el oxígeno, por lo que el hidróxido ferroso se oxida a férrico que es insoluble:

4Fe (OH)2 + 2H2O + O2 => 4Fe (OH)3

-El hidróxido férrico se precipita rompiendo el equilibrio y reiniciando el proceso. El hidróxido atómico que se ha formado se deposita sobre el cátodo hasta el punto en que la fuerza electromotriz del hidrógeno se opone al flujo de la corriente en la celda, deteniendo la reacción (Polarización).

2 Electrones + 2H+ => 2H

-Cuando el oxígeno se va al área catódica reacciona con el hidrógeno atómico formando agua y permitiendo la acción corrosiva.

-El oxígeno disuelto es importante porque es mecanismo de corrosión por acción propia y estabilizante en los otros procesos corrosivos.

-Principalmente en su acción oxidante de las sales ferrosas que llegaría al equilibrio de férricas insolubles con la consecuente actividad y continuación del proceso primario.

-Cuando disminuye el PH de la solución, la presión del ion de hidrógeno en el cátodo es suficiente para permitir que se libere el hidrógeno y la corrosión pueda continuar sin oxígeno.

-Otro tipo de corrosión es por ataque químico del ácido carbónico, que reacciona con el hierro formando bicarbonato ferroso que es soluble:

Fe + 2H2CO3 => Fe (HCO3)2 + H2

-Pero en presencia de oxígeno el bicarbonato ferroso se oxida a férrico el cual es insoluble:

Fe (HCO3)2 => Fe O + 2CO2 + H2 O

2Fe (HCO3)2 + 1/2 O2 => Fe2O3 + 4CO2 + 2H2O

-Sales corrosivas: Entre las sales que hidrolizan en la caldera formando ácidos tenemos:

MgCl2 + 2H2O => Mg (OH)2 + 2HCl

-Como el hidróxido de magnesio es insoluble se precipita, lo que hace continuar la reacción

Fe + HCl => FeCl2 + H2

FeCl2 + Mg (OH) 2 => Fe (OH) 2 + MgCl2

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-Una cantidad pequeña de cloruro de magnesio puede convertirse en fuente activa de corrosión, dado que bajo estas circunstancias la reacción puede proseguir indefinidamente.

-El cloruro de sodio también es una sal corrosiva en presencia de sulfato de magnesio pues:

2NaCl + MgSO4 => MgCl2 + Na2SO4

-Las sales corrosivas pierden su poder en el agua de calderas si ésta se mantiene alcalina a excepción de calderas de muy alta presión; se ha demostrado que es conveniente mantener un PH mínimo de 10.5 para evitar ataque ácido.

ANÁLISIS QUÍMICOS

Los siguientes análisis deben realizarse tanto en las aguas de alimentación como en la caldera y el condensado, para que teniendo en cuenta las características y tipo de caldera se pueda diseñar el programa químico más conveniente:

Dt: Dureza Total.

DCa: Dureza Cálcica

DMg: Dureza Magnésica.

Alcalinidad M: Alcalinidad Total o al methyl-orange.

Alcalinidad P: Alcalinidad a la fenolftaleína.

Cl: Cloruros presentes.

SiO2: Óxido de sílice.

pH: Concentración de H+.

TSD: Total de sólidos disueltos.

SO3: Sulfitos.

PO4: Fosfatos.

Color Orgánico

O2: Oxígeno Disuelto.

Fe++: Hierro.

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PARÁMETROS QUÍMICOS PARA DIFERENTES TIPOS DE CALDERAS

El tipo de tratamiento que debe aplicarse a determinada caldera está dado en términos generales por la relación entre la presión de la unidad y la cantidad total de dureza presente en el agua de alimentación.

Caldera Presión (Psig) Dureza total como CaCO3

(ppm)Tipo de Programa

5 – 250 3.0 – 25.0 Fosfato Orgánico5 – 250 25.0 – 60.0 Fosfato + Coagulación5 – 250 60.0 Coagulación100 – 600 0.1 – 3.0 Quelato – Fosfato600 – 1000 0.1 – 1.0 Quelato Fosfato Orgánico Alta

pureza1000 – 1200 0.1 – 0.2 Fosfatos coordinados1200 0.1 – 0.2 Fosfato coordinado de alta

pureza250 – 1200 3.0 Se requiere un pretratamiento

antes de poder alimentarla

1. Tratamiento Químico

La solución apropiada, los métodos de aplicación, el control de los límites en la caldera y el control al programa químico son aspectos muy importantes para obtener beneficios óptimos de los sistemas y en especial de las unidades generadoras de vapor. A continuación se enumeran los tipos planes a seguir en un tratamiento al agua de alimentación.

a.) Coagulación:

-Debe aplicarse a calderas de baja presión, hasta 250 Psig, donde el agua de alimentación tiene una dureza de 60 ppm, como carbonato de calcio.

-Principal ventaja es la eliminación de los sistemas de pretratamiento.

-Restricción de sólidos en suspensión 300 Max. en los TSD 2500 Max, el número de concentraciones que se puedan hacer son generalmente bajas, lo que indica un aumento en las purgas y por lo tanto mayor consumo de agua de reposición que es realmente la que tiene que ser tratada.

-La apariencia es el mejor control al programa, si los sólidos han sido adecuadamente coagulados deben sedimentarse rápido y no deben tener tendencias adherentes.

b.) Fosfato Residual:

-La adición de fosfatos al agua de calderas evita la formación de incrustaciones de carbonato de calcio, sulfato de calcio y silicato de calcio y en presencia de suficiente alcalinidad, el precipitado

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de fosfato es hidróxido de apatita, que es una sal menos adherente y más fácil de remover Ca10(OH)2 (PO4)6.

-Este programa puede ser usado en calderas con agua de alimentación que tengan menos de 60 ppm, de dureza como carbonato de calcio, cuando el magnesio sea relativamente bajo y la relación sílica – magnesio sea mayor de 1/3.

-Varios compuestos pueden dar el radical fosfato y usarse en este tipo de calderas.

-Por ejemplo en calderas de 5 Psig a 150 Psig, los sólidos disueltos deben ser máximo 2500 ppm, la alcalinidad 0 (OH), debe estar de 200 a 300 ppm, la sílice como SiO2 máx. 100, la concentración de hierro como Fe++ máx. 10, los residuos de sulfito y fosfatos deben estar entre 30 y 60 ppm y la relación de alcalinidad "0" y SiO2 debe ser mayor de 3/1.

-Los programas de fosfatos son los más utilizados comúnmente.

c.) Quelatos

- El EDTA y NTA son los compuestos o quelatos más utilizados, su estructura química es:

EDTA (Etilendiaminetetraacectic acid).

NTA (Nitrolotriacetic acid).

-Los quelatos reaccionan con los metales formando un complejo soluble sin permitir que el calcio y el magnesio se depositen como carbonatos o sulfatos.

-Deben ser utilizados en aguas completamente libres de oxígeno porque sino no reaccionan.

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-El quelato residual de calderas de 600 Psig no debe pasar de 5 ppm, como carbonato de calcio.

d.) Fosfato pH Coordinado:

-Se utiliza en calderas de alta presión, donde la pureza del agua de alimentación es la mejor posible.

-Su función es aumentar el pH sin usar hidróxidos.

-Generalmente se aplica a calderas de más de 1200 Psig y que tienen una dureza menor de 0.2.

2. Sistemas de Alimentación

-Varían dependiendo de la sofisticación de la caldera.

-Para baja presión se debe efectuar en el tanque de suministro de agua a la caldera.

-Deben hacerse en soluciones del 5% y agregarse al tanque de alimentación.

-En calderas acuotubulares, las bombas abastecedoras de químicos están conectadas al circuito de la bomba de agua de alimentación a la caldera.

3. Control del Tratamiento

-Dependen del programa a seguir:

-En el coagulante, el control más importante es quizás observar la rapidez con que los sólidos en suspensión se sedimentan y la calidad de agua se obtiene.

-En el de fosfatos residuales depende del producto que se utilice, el residual PO4 debe estar controlado; en el caso de calderas de baja presión (menos de 250 Psig), el residual es 30-60 ppm, como carbonato de calcio.

-Para los que están en base a quelatos, cada producto tiene su residual determinado, dependiendo de la concentración de EDTA o NTA que tenga el producto; debe controlarse muy bien porque los quelatos son agentes corrosivos cuando están en exceso.

-En cualquier programa el residual de sulfito es muy importante pues indica ausencia de oxígeno del sistema.

4. Purgas

-Son el recurso más inmediato que tiene el operador de caldera para eliminar el exceso de sólidos en suspensión, en solución y el exceso de alcalinidad o contaminantes de las calderas.

-Existen instalaciones de purga continua o intermitente; las últimas son operadas manualmente, de acuerdo con las condiciones de presión de una caldera y a las necesidades de purga.

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-Pueden ser reguladas con el conocimiento del agua drenada por minuto o por hora.

-La continua se instala en el domo superior y la manual en el inferior.

CONDENSADO

1. Sistema de condensado

-Es una parte integral y muy importante en la producción de vapor y de debe mantener en control estricto para evitar corrosión en el sistema, produciéndose óxidos de los metales por donde pasa el vapor (Hierro, cobre, aleaciones).

-Los óxidos retornan al sistema de alimentación y se depositan en las superficies productoras de vapor, reduciendo el coeficiente de transferencia de calor y eventualmente ocasionando la ruptura de los tubos.

2. Problemas y causas en el sistema

-El factor más importante en aumentar la eficiencia del sistema productor de vapor es la cantidad de condensado que puede ser retornado a la caldera, pues esto aumenta las concentraciones de la misma.

-El ppal. problema en el sistema de condensado es la corrosión, ocasionada generalmente por la presencia de CO2 y O2, en el vapor que al condensarse, produce el ácido carbónico.

H2O + CO2 => H2CO3

Fe+ + 2H2CO3 => Fe (HCO3)2

2H2 + O2 => 2H2O (DEPOLARIZACIÓN)

En presencia de oxígeno:

Fe++ + 2H+ + 2OH- => 2 electrones + Fe (OH)2 + 2H

Fe (OH)2 + 1/2 O2 + H2O => 2Fe (OH)3 férrico

La interacción entre el CO2 y el O2 en los sistemas de condensado puede resumirse como sigue:

-Si el pH está por debajo de 6.0, la corrosión es debida al CO2 y el oxígeno actúa como catalizador aumentando la velocidad de la reacción; si el pH es mayor que 6.0 y la concentración de oxígeno es nula, la corrosión es mínima y la que se presenta puede ser controlada fácilmente.

-Si el pH está entre 6 y 8 y la concentración de oxígeno entre 0.5 y 4 partes por millón, la corrosión se debe al oxígeno y su ataque será proporcional a éste; la corrosión es pitting que es al menos aconsejable.

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-La importancia de interpretar bien el significado del valor del pH del sistema es mucha.

-La presencia de CO2 en el condensado se debe a:

Alcalinidad del agua de alimentación, carbonatos y bicarbonatos.

2NaHCO3 + Calor => Na2CO3 + CO2 + H2O

Na2CO3 + H2O + Calor => 2NaOH + CO2

-Arrastre de sólidos: El arrastre de sólidos en el vapor puede ser causado mecánica o químicamente y su gravedad está directa en relación con el uso que se hace del vapor y el tipo de caldera en que se produce.

-Tratamiento Químico: En cuanto al arrastre por estar causado por la concentración de sólidos totales, la alta alcalinidad y la contaminación orgánica, puede ser corregido cambiado el tratamiento químico del agua de alimentación o usando antiespumantes que evitan la formación de esto en los domos de vapor.

-La corrosión ocasionada por la presencia de oxígeno puede y debe ser evitada usando secuestrantes de oxígeno catalizados y manteniendo un residuo de SO3 en la caldera.

-La ocasionada por el CO2, siempre que no haya oxígeno, es utilizando aminas neutralizantes, dosificadas en proporción a la concentración de ácido carbónico.

-En presencia del oxígeno y CO2 debe usarse aminas fílmicas cuyo ppio es establecer una película protectora sobre el metal, aislándolo del condensado, previniendo la corrosión. Estas aminas se usan en concentraciones de 1-5 ppm en producción total de vapor.

-The american boiler manufacturing association estipula que para obtener una pureza óptima en el vapor se deben observar las siguientes concentraciones máximas en el agua:

Presión de operación (Kg/cm2 )

TSD (ppm) Alcalinidad M (ppm) SS. Sólidos en suspensión (ppm)

- 20.4 3500 700 30020.5 – 30.6 3000 600 25020.7 – 40.9 2500 500 15041 – 51 2000 400 10051.1 – 61.1 1500 300 6061.2 – 68 1250 250 4068.1 – 102 1000 200 20102.1 – 136 750 150 10136 y superior 500 100 5

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COMBUSTIÓN

1.) Sistema de combustión

-Está compuesto por diferentes partes que van desde tanques de almacenamiento hasta la chimenea por donde salen los gases de combustión; lo que encierra problemas diferentes al tipo de combustible y caldera usada, los combustibles más comúnmente usados son:

a.) Gas natural. e.) Crudo de Castilla.

b.) ACPM. f.) Carbón.

c.) Fuel Oíl. g.) Carbón + fuel oíl.

d.) Bunker Oíl.

2.) Problemas en el sistema de combustión

-Generalmente se presentan cuando se usan los últimos 5 tipos de combustible, que son los más comunes y baratos.

-Se presentan en las acuotubulares de alta presión y dotadas de todas las unidades extras dentro de la misma caldera.

-Al igual que en el sistema de agua, las incrustaciones y corrosión son los problemas más graves y difíciles de controlar y su intensidad depende del contenido de azufre y vanadio presentes en el combustible, produciendo ácidos que paran en los economizadores (puntos fríos del sistema), ocasionando corrosión localizada.

-En la parte del sistema que va desde el tanque de abastecimiento hasta la entrada de los quemadores, el problema principal se debe a la calidad del combustible, si está contaminada debe ser tratado antes de inyectarse a la caldera.

-Si la viscosidad o la tasa de fluidez es el problema, la única formad e mejorarla es con adición de dispersantes y reducidores de viscosidad o mejoradores del punto de congelamiento. Se usan a bajas concentraciones y son satisfactorios.

-El tercer problema son los quemadores, donde la adición de dispersantes formulados con catalizadores de quemado (octoato de cobre), aumentando la eficiencia.

MANTENIMIENTO Y LIMPIEZA DE CALDERAS

-The american boiler association ordena la inspección anual de todas las calderas, con una descripción detallada de todas las partes de la caldera incluyendo el sistema de combustión. Los problemas deben ser analizados en términos de:

a.) Causa del problema.

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b.) Posible Solución.

c.) Prevención para que no vuelva a ocurrir.

-Los depósitos encontrados y los tubos que ocasionan la falla, deben ser analizados cuidadosamente, de allí puede encontrarse la falla.

-Una caldera nueva o reacondicionada debe ser tratada químicamente antes de ponerse en funcionamiento; el procedimiento debe seguirse según el fabricante y el químico suministrado.

Limpieza de calderas: Se efectúan dos tipos de limpieza

1.) Limpieza mecánica: Manualmente o usando agua a presión.

2.) Limpieza química: Mediante el uso de químicos, se debe tener en cuenta precauciones ya que puede ser causante de problemas futuros en las calderas, cada compañía tiene su proceso especializado y químicos específicos. Debe tenerse en cuenta la composición química de las incrustaciones, su cantidad y sus características.

LAVADO QUÍMICO DE CALDERAS

1.) OBJETIVOS:

-Economía y limpieza

2.) RAZONES:

-Complemento al tratamiento de aguas.

-Eliminación del exceso de incrustaciones que aumentan el consumo de combustible y formación de puntos calientes.

-Aumento de las concentraciones de hierro y el consumo de energía.

3.) FRECUENCIA:

-Se basa en medidas flexibles.

-Cuando los depósitos en una pared del tubo sean más de 5 gramos.

-Se basa en la necesidad de la limpieza y en la conveniencia y factibilidad de ella.

-Según la ABA (American Boiler association) recomienda q si se ha llevado un buen tratamiento preventivo, la limpieza se haga cada 3 años, así evitando excesos de combustible.

4.) VENTAJAS:

-Cuando es mecánica se obtienen resultados no mayores al 15% en los tubos superiores. Los intermedios e inferiores no son susceptibles a mejoras.

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-Las ventajas de una limpieza química adecuada y su posterior mantenimiento preventivo son las siguientes:

a.) Desincrustación y desoxidación de los tubos superior al 75%

b.) Disminución de los consumos de combustible para obtener igual producción de vapor, la disminución puede estar entre el 10 y el 30% dependiendo del estado de la caldera antes de la limpieza. A mayor grosor de la incrustación, mayor ahorro de combustible.

c.) Disminución en el tiempo para llegar a la presión de trabajo.

d.) Preservación de la caldera de un deterioro prematuro, a una caldera bien mantenida se le prolonga su vida útil en más de 20 años.

e.) Se evitan cambios de tubería, que además de ser costoso, entorpece el buen funcionamiento de la fábrica.

f.) Se evitan las paradas para limpiezas mecánicas de la parte de agua.

5.) REQUISITOS:

a.)La caldera debe estar en condiciones normales de operación (mecánicamente apta).

b.)Análisis químico de las aguas de alimentación y purga de caldera.

c.)Análisis de una muestra de incrustación de la caldera.

d.)Disponer de un tiempo mínimo de 48 horas para llevar a efecto la limpieza química.

e.)Equipo y personal necesario para comprometernos a efectuar la limpieza química.

1.) El calderista y un mecánico adicional con sus herramientas.

2.) Una bomba que sea suficiente para efectuar una buena recirculación de los productos químicos, en acero inoxidable, de PVC o de bronce preferiblemente.

f.) Una vez iniciada la limpieza no se debe suspender.

g.) Después de realizada la limpieza es necesario:

1.) Elevar la presión de la caldera para comprobar su estado. (Prueba Hidrostática)

2.) Poner especial atención en la postura de los empaques.

3.) Verificar el tiempo para elevar la presión.

4.) Verificar el nuevo consumo de combustible.

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h.) Como conclusión hay que exigir un mantenimiento adecuado con productos químicos de buena calidad, sin pretender desaparecer los problemas pero si controlarlos en un 95%.

6.) RIESGOS:

a.) Si un tubo está perforado antes de la limpieza, pero no se ha evidenciado la rotura por estar recubierto por las incrustaciones, es posible que al hacer el trabajo queden las posibles perforaciones al descubierto. Si este tubo no se limpia, la corrosión continúa perforándolo y la incrustación aumenta formando una parábola en la curva de consumo de combustible.

b.) En algunas ocasiones la bomba de recirculación opera deficientemente o no lo hace. Es importante estar pendiente de las reparaciones posibles.

c.) Es conveniente tener repuestos de los empaques en general de la caldera y de la bomba para cambiarlos debido a posibles deterioros.