MANUAL · Web viewUno de los aspectos mas negativos es que la corrosión por oxigeno se presenta en forma de perforaciones profundas, porque no se requiere que haya habido una gran

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MANUAL

DE

TRATAMIENTO DE AGUA

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mailto:[email protected]


CONTENIDO

SECCION I Introducción

SECCION II Características químicas del agua

SECCION III Tratamiento externo

1- Filtración2- Ablandamiento por intercambio iònico3- Desaereaciòn.

SECCION IV Tratamiento interno

1- Operación de la caldera2- Tratamiento interno del agua de la caldera

SECCION V Programas de tratamiento de agua de caldera.

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SECCION II

INTRODUCCION

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SECCION I

INTRODUCION

El propósito de este manual es que sirva de guía a los operadores de caldera

y personal de laboratorio tenga relación con las mismas, para una mejor

comprensión de los programas de tratamiento de aguas industriales.

CARACTERISTICAS DEL AGUA:

El agua pura no tiene olor, ni sabor. Su fórmula química es H2O dos partes

de hidrógeno una parte de oxígeno. En la mayoría de las aplicaciones nunca

encontramos agua absolutamente pura, ya que una de las características

sobresalientes del agua es la capacidad para disolver, en mayor o menor grado, todo

aquel material con el que se hace contacto.

Si el agua que se utiliza con fines industriales se ajustara al tèrmino de

“agua pura”, no haría falta ningún tipo de tratamiento de agua.

Desafortunadamente, todas las aguas naturales contienen diferentes impurezas,

materia disuelta o en suspensión, las cuales se hace necesario eliminar parcial o

totalmente, a fin de que el agua se pueda utilizar en los procesos industriales.

Las principales impurezas de las aguas naturales se pueden clasificar en tres

grupos.

:

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1. Materias disueltas (cationes y aniones)

2. Materias en suspensión (no iònicas)

3. Gases disueltos.

En el primer grupo encontramos las sales de calcio, magnesio, sodio. En el segundo

grupo tenemos cualquier elemento que causa turbidez en el agua, por lo general

algún tipo de lodo. En el tercer grupo esta el oxígeno, el bióxido de carbono y el

amonìaco.

Las clases de agua corrientemente utilizadas con fines industriales, son las

aguas superficiales (lagos y ríos) y las aguas subterráneas (pozos). Estas dos clases

de agua pueden ser muy diferentes en cuanto a la proporción y cantidad de

impurezas presentes. Las aguas superficiales son por lo general mas altas en

sólidos en suspensión y más bajas en sólidos disueltos que las aguas de pozo.

El sistema de tratamiento requerido para eliminar o disminuir impurezas se escogerá

basados en las características del agua que se va a utilizar, debiendo también tomar

en cuenta las condiciones de operación de cada caso en particular.

TRATAMIENTO DEL AGUA: EXTERNO E INTERNO:

Debemos diferenciar dos tipos de tratamiento de agua:

1. Tratamiento externo: es el tratamiento del agua para cierta aplicación antes

de que la misma llegue al punto de utilización.

2. Tratamiento interno: es el tratamiento dado al agua en el punto mismo de su

utilización.

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TRATAMIENTO EXERNO:

En términos generales, el propósito del tratamiento externo es reducir la dureza del

agua causada por la presencia de calcio y magnesio, eliminar el oxígeno disuelto y los

sólidos en suspensión (turbidez). La cantidad y tipo de equipo a emplearse, variará de

acuerdo con la aplicación del agua y con las características de la misma. Clarificadores,

filtros, ablandadores y desaereadores, son piezas esenciales en el tratamiento externo.

TRATAMIENTO INTERNO:

El tratamiento del agua en su punto de utilización, es particularmente importante en

sistemas de calderas (generación de vapor) en los cuales el agua de alimentación debería ser

siempre de una calidad estable.

En sistemas de calderas, el tratamiento interno tiene como propósito evitar la

formación de incrustaciones, contrarrestar la acción corrosiva del agua y mantener la

pureza del vapor. Parte muy importante del tratamiento interno son los controles de

operación que se establecen par para mantener la constancia del trabajo diario sin

interrupciones.

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SECCION II

CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL AGUA

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CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL AGUA

CALIDAD DEL AGUA:

En hoja aparte se presenta un análisis típico de agua de pozo en el cual se refleja

claramente el contenido de impurezas presentes.

FORMA DE EXPRESAR LOS RESULTADOS ANALITICOS:

En el análisis de una muestra de agua es necesario determinar la presencia de varias

substancias, las cuales por lo general se encuentran en cantidades sumamente pequeñas. Es

por esta razón que no sé utilizar dar los resultados en porcentajes, sino que se expresan en

ppm (partes por millón). Una parte por millón significa que en un millón de partes, por

ejemplo, un kilo de agua en un millón de kilos de agua, o un litro en un millón de litros. No

tiene mayor importancia las unidades en que se presente la relación siempre y cuando se

refiera a una misma. Quiere decir entonces que una libra de agua en un millón de litros, no

equivale a una parte por millón, ya que no es lo mismo una libra que un litro.

Sòlo como para ampliar un poco sobre el tema, cuando las cantidades de algunos

elementos presentes son extremadamente pequeñas, se utiliza otra unidad aun mas pequeña,

ppb (partes por billón) que equivale a la milésima parte de una ppm (p.00l ppm).

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PROPIEDADES DEL AGUA:

1. pH

El pH es una propiedad del agua, no una impureza o contaminante. Tanto el agua

pura como el agua contaminada tienen pH, el cual en muchos casos pude ser similar

por lo tanto, el pH es un indicador de pureza.

El pH del agua o de cualquier líquido, es una medida de relativa acidez o

alcalinidad. Un pH 7.0 es neutro, no es ni ácido ni alcalino. Valores de pH menores

de 7.0 son gradualmente màs acidos conforme se alejan del 7.0 y valores de pH

superiores a 7.0 son gradualmente mas alcalinos conforme se apartan del pH 7.0.

Es conveniente que se quede claro que el pH no es un equivalente de la alcalinidad,

sino solo un indicador relativo de la misma. La alcalinidad como tal, se discute

mas adelante.

El pH del agua es realmente una medida de las cantidades relativas de iones H+ y

OH- presentes el dicha muestra. En agua absolutamente pura, los iones H+ y OH- se

encuentran en una relación que define el pH como 7.0. Cuando se agrega algún

contaminante al agua pura, ello puede hacer variar la relación de H+ y OH-. Por

ejemplo si se incremantan los H+, el agua se tornará ácida y el pH resultará ser

menor de 7.0. Si por el contrario , se agrega cierto grado de alcalinidad (iones OH-)

el pH resultará ser superior a 7.0 Si el contaminante no provoca ninguna variación

en la cantidad de iones H+ y OH- presentes, el pH permanecerá en 7.0, el mismo pH

como si el agua todavía se mantuviera pura.

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El control de pH es importante para mantener las condiciones deseables del agua en

una área especìfica. En general, se puede decir que una agua con un pH bajo

(menor de 7.0) es màs corrosiva que una que tiene un pH alto (mayor de 7.0). Sin

embargo conforme aumenta el pH de una agua, mayor es la tendencia para formar

incrustaciones. Por lo tanto, un cambio de pH, ya sea para abajo o hacia arriba del

pH recomendado para un sistema en particular, puede causar problemas.

2. ALCALINIDAD :

La alcalinidad es una medida de la capacidad de una agua para absorber o

neutralizar ácido. Entre mayor sea la alcalinidad, mayor es la capacidad para

neutralizar ácido. Una agua con muy baja alcalinidad tiene muy poca capacidad

para neutralizar ácido.

Agua muy pura, tendrá una alcalinidad muy baja y poca capacidad neutralizadora.

Por lo tanto, si se le agregara una pequeña cantidad de ácido al agua pura (pH 7.0),

el pH descenderá vertiginosamente. Si la misma cantidad de ácido se le agrega a

otra agua con un pH 7.0 pero que tiene alta alcalinidad, la disminución del pH al

agregar ácido será mucho menor, ya que la alcalinidad reaccionará con el ácido

neutralizando parte de su acidez.

La alcalinidad en el agua de pozo esta dada por los minerales disueltos en ella.

Compuestos de calcio y magnesio en forma de bicarbonatos son los principales

contribuyentes.

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Por lo general se acepta considerar la alcalinidad como efecto de la presencia de

iones bicarbonato, carbonato de hidròxilo. La alcalinidad hidròxida (OH), se

encuentra presenta solamente cuando el pH del agua es superior a 10.3 por lo tanto,

no se encuentra en el agua de pozo. El contenido de alcalinidad excesivamente alta

en el agua de alimentación de calderas, no es muy deseable, ya que esto provocará

la presencia de alta cantidad de dióxido de carbono (CO2) en el vapor. El dióxido de

carbono provoca corrosión en las tuberías de vapor y condensado.

La alcalinidad de una agua de caldera deberá ser suficientemente alta para proteger

el metal de la corrosión ácida, sin ser tan excesivamente alta una condición de

arrastre en el vapor provocado por la formación de espuma.

En la escala final de este párrafo, se muestra como un incremento en la alcalinidad

resulta en un incremento también del pH. Esta es una relación aproximada.

Alcalinidad 10 25 35 60 80 100 120 180 240

pH 5.8 6.3 6.6 6.8 7.0 7.6 8.0 8.4 8.6

3. CONDUCTANCIA ESPECIFICA (CONDUTIVIDAD).

La conductancia de una determinada muestra de agua, es una medida de capacidad

para conducir una corriente eléctrica, y consecuentemente es también un indicador

de la totalidad de sólidos disueltos en esa agua.

La conductancia especifica es inversamente proporcional a la resistencia eléctrica.

Opuesto a la característica del agua pura, en el sentido de que esta es mala

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conductora de la electricidad, el agua con un alto contenido de iones (sólidos

disueltos) es un excelente conductor.

Los compuestos inorgánicos tales como el cloruro de sodio (sal común) y sulfato de

sodio, se separan en iones positivos y negativos, los cuales son capaces de conducir

una corriente eléctrica proporcional a la cantidad de iones presentes.

La prueba o determinación de conductividad no mide la presencia de ningún iòn

(átomo o grupo de átomos que llevan una carga eléctrica) en particular sino mas

bien una medida de la concentración total de iones. Por esta razón, la conductividad

del agua de la caldera se utiliza como un método de control de purga, ya que da una

idea aproximada de la totalidad de sólidos disueltos. La resistencia eléctrica se mide

en Ohmios. La unidad para medir la conductancia se ha denominado mho, que seria

lo opuesto a ohm. Cuando medimos la conductancia de una muestra de agua, los

resultados se expresan en micromhs (mmhos) que es la millonésima parte de un

mho.

El agua pura, destilada o condensado, tendría una conductividad de unos pocos

micromhos, tal vez de 2 a 10 mientras que el agua de caldera tendrá una

conductividad de mil o màs microhhos. La conductividad es una indicación de la

cantidad de sólidos disueltos presentes.

IMPUREZAS EN EL AGUA:

1. SOLIDOS EN SUSPENSION:

Los sólidos en suspensión es la cantidad de material presente en una agua, que

puede eliminarse por medio de la filtración. La turbidez es una medida de la

obstrucción óptica que se opone al paso de una fuente de luz a través de una muestra

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de agua. La turbidez puede interpretarse como una falta de claridad o brillo en una

agua, pero no se debe confundir con color. Una muestra de agua puede tener color

oscuro y no tener turbidez.

La turbidez es provocada por la presencia de materiales en suspensión, los cuales se

encuentran en partículas muy finas. Arcilla, ciertos lodos muy finos, materia

orgánica y otros materiales similares, se mantienen en suspensión y causan turbidez.

El agua de un rìo por lo general será mas turbia que el agua sacada de un pozo.

Para fines industriales, la turbidez del agua a emplear deberá tener muy poca o

ninguna turbidez. Esto es particularmente importante en el agua de alimentación de

calderas. La turbidez, que es causada por partículas pequeñas en suspensión, se

encontrará en el agua de caldera y se decantarà como lodo sobre los tubos de la

caldera. Lo mismo sucede cuando el agua que se ocupa en sistemas de enfriamiento

tiene turbidez. Los sólidos en suspensión se depositan sobre los intercambiadores

de calor provocando recalentamiento y propiciando corrosión debajo de los

depòsitos.

Cierta turbidez se puede eliminar con solo dejar el agua en reposo por un cierto

período de tiempo, sin embargo, por lo general se recurre a la clarificación mecánica

/quìmicay filtración.

2. SOLIDOS DISUELTOS.

Conforme el agua se mobiliza por encima y entre las capas de la corteza terrestre,

los diferentes elementos que se presentan a su paso se vana disolviendo en el agua.

Por esta característica tan especial, muchos se refieren al agua como el solvente

universal.

Conforme estas partículas sólidas se van disolviendo en el agua, ellos se ionizan se

convierten en átomos con cargas eléctricas. Como vimos anteriormente, los

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compuestos inorgánicos se separan (disocian) en partículas cargadas positiva y

negativamente llamadas iones. Estos materiales disueltos no son retenidos por los

filtros, no importa la fino que èste sea.

Un sólido en suspensión puede eliminarse mecánicamente por filtración, mientras

que un sólido disuelto no se puede eliminar mecánicamente.

Los sólidos disueltos en aguas de pozos y ríos incluyen sílice, hierro, calcio,

magnesio, cloruros, sodio, sulfato y muchos otros elementos. A continuación se

discuten algunos sólidos disueltos en particular y su relación con tratamiento de

agua.

a. Dureza :

La presencia de sales de calcio y magnesio en una agua, la acredita como agua

“dura” y su grado de dureza será directamente proporcional a la cantidad de calcio y

magnesio presentes. La dureza en el agua varía considerablemente, dependiendo de

la fuente. Regiones caracterizadas por suelos de alto contenido de roca caliza, por

lo general tienen un alto contenido de dureza en el agua.

Las aguas superficiales que son diluidas por el agua de lluvia, tendrán una dureza

menor que las aguas de pozo de la misma región. La dureza se define como la

combinación de calcio y magnesio disueltos en el agua. La dureza se expresa por lo

general en ppm como carbonato de calcio, lo cual es una base uniforme de

comparaciòn.

El término de que si es suave o dura es relativo. El término dureza proviene de la

dificultad para formar espuma de jabón con aguas que tienen un alto contenido de

calcio y magnesio. Un sistema de generación de vapor requiere que haya muy poca

dureza en el agua, ya que el calcio y el magnesio formarán incrustaciones una vez

dentro de la caldera. La incrustación se forma porque la temperatura del agua se ha

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elevado hasta un punto en que la dureza ya no es soluble y se precipita, se convierte

en un sólido en suspensión y se deposita sobre la superficie de los tubos.

Estos depósitos ocasionan pérdidas de energía por su capacidad aislante y en áreas

críticas de la caldera, pueden causar rupturas debido a recalentamiento del metal.

Los suavizadores de intercambio iònico pueden producir agua con niveles de menos

de 1 ppm de dureza.

b. Sílice:

La sílice se puede encontrar en el agua en diferentes formas, puede aparecer como

sílice disuelta, en partículas en suspensión y como partícula coloidal (sumamente

pequeña) en suspensión. La arena es el componente silìceo mas común y

generalmente se piensa en la sílice como un sólido en suspensión sin embargo,

cierta cantidad de sílice se disuelve en el agua y la sílice disuelta no se puede

eliminar con los procesos simples de clarificación y filtración. La presencia de

sílice resulta bastante indeseable en el agua de alimentación de calderas, ya que si

no se observan los limites de control recomendados, la sílice puede formar una

incrustación muy densa y dura que provoca serias pérdidas de eficiencia por una

deficiente transferencia de calor.

c. Hierro :

La presencia de hierro en el agua se puede deber a una lata concentración del

mineral en el suelo de donde proviene el agua, y también su presencia se puede

deber a corrosión en las líneas de tubería. En estos casos, cuando existen

ablandadores de zeolita (intercambio iònico), la mayor parte de hierro se queda en

estas unidades.

Pero existe otra fuente de hierro que puede afectar la calidad del agua de

alimentación de las calderas y esta es el vapor condensado que se retorna a la

caldera. Los productos de corrosión de las tuberías de condensado, pueden llegar a

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la caldera y formar incrustaciones o depósitos capaces de reducir la eficiencia hasta

causar rupturas de tubos en una caldera.

3. GASES DISUELTOS:

Los gases, al igual que materiales sólidos, tienen la capacidad de disolverse en agua.

Los dos gases mas comunes en lo que a nosotros concierne con el bióxido de

carbono y el oxígeno.

a. Bióxido de carbono:

El Bióxido de carbono, CO2 existe disuelto en el agua tanto en forma libre como

formando compuestos como los iones carbonato y bicarbonato. Por lo general, las

aguas superficiales contienen menos de 10 ppm de CO2 libre. Sin embargo, las

aguas de pozo profundo pueden contener en muchos casos 100 o mas ppm de CO2

libre.

El principal daño que puede provocar el CO2 es corrosión, especialmente en tuberías

de condensado. El gas, CO2 se ioniza en agua, provocando la formación de ácido

carbónico el cual es corrosivo. La reacción química es la siguiente:

H2O + CO2 H2CO3

Agua Bióxido de Acido

Carbono Carbónico

El bajo pH de la solución en que se lleva a cabo esta reacción, favorece el efecto corrosivo de otro gas, el oxigeno.

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b. Oxigeno :

Las fuentes de aguas superficiales como los ríos y lagos, por lo general contienen 6

a 8 partes por millón de oxigeno, siendo mayor el contenido de oxigeno cuanto mas

baja sea la temperatura.

A la temperatura ambiente, el oxigeno no contribuye significativamente a la

corrosividad del agua. Sin embargo, a altas temperaturas como en un sistema

degeneración de vapor, él oxigeno sì es altamente corrosivo. La corrosión por

oxigeno en áreas de alta temperatura, aparece como perforaciones profundas, las

cuales pueden fácilmente provocar la ruptura de un tubo. La eliminación del

oxigeno presente en agua de alimentación de calderas se lleva a cabo por medios

mecánicos con un desaereador el cual alimenta el agua con vapor que reduce el

contenido de oxigeno disuelto en el agua a un nivel que puede ser tan bajo como 10

ppb (0.01 ppm). Como a un nivel tan bajo de oxigeno podría provocar corrosión en

un momento dado, se deben agregar químicos para la eliminación total del oxigeno

disuelto.

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SECCION III

TRATAMIENTO EXTERNO

1. FILTRACION

2. ABLANDAMIENTO POR INTERCAMBIO IONICO

3. DESAEREACION

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I. FILTRACION :

Filtración es el proceso de hacer pasar un liquido que contiene sólidos en suspensión

a través de un material poroso, de tal manera que los sólidos en suspensión son

eliminados del liquido. Por lo general, y en especial con aguas de ríos, un primer

paso es agregar cloro al agua que se va a filtrar, de manera que se mantenga bajo

control el crecimiento de bacterias y algas que pueden prosperar en los filtros. La

filtración se emplea también como parte de otros procesos de tratamiento de aguas.

Tal es el caso de las plantas de ablandamiento con cal en caliente. También en

procesos de remoción de hierro y cuando se requiere eliminar la contaminación de

condensando de aceite, se utilizan procesos de filtrado. La selección del tipo de

filtro debe hacerse posterior a un estudio detallado de las condiciones y problemas

que presenta cada caso en particular.

II. ABLANDAMIENTO POR INTERCAMBIO IONICO:

El segundo paso en el tratamiento externo del agua de alimentación de calderas,

involucra la remoción de otros contaminantes como son algunos sólidos disueltos.

El ablandamiento no elimina todos los sólidos disueltos, sino que elimina algunos

que son potencialmente dañinos, específicamente el calcio y el magnesio (iones de

dureza) que son los principales formadores de incrustaciones. El proceso de

ablandamiento reemplaza los iones de calcio y magnesio por iones de sodio que son

solubles y no causan incrustaciones.

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TEORIA DE INTERCAMBIO IONICO:

Cuando los minerales se disuelvan en agua, ellos se separan en sus diferentes

componentes, algunos con carga eléctrica positiva (cationes) y otros con carga

eléctrica negativa (aniones) todos conocidos como iones. En este momento

debemos tener presente el hecho de que siempre el número de iones positivos es

igual al número de iones negativos. Esto se conoce como electroneutralidad. Los

iones de calcio y magnesio antes mencionados, tienen ambos cargas positivas.

El objetivo del proceso es reemplazar o intercambiar los cationes dañinos (calcio y

magnesio) por cationes que no hace daño (sodio). El proceso es intercambio iònico.

Existe un fenómeno natural, el cual consiste en que cargas eléctricas opuestas se

atraen, por lo tanto, si existe un material que tiene muchos sitios o puntos con carga

negativa, el mismo servirá de atracción para iones con carga opuesta (cationes).

Este material se conoce como resina catiònica. Los sitios negativos son primero

colmados con iones de sodio que son positivos, y por lo tanto, atraídos a los sitios

negativos de la resina, posteriormente al hacerse pasar el agua dura en contacto con

la resina, se produce el intercambio de iones calcio y magnesio por el sodio.

Las resinas catiònicas que se utilizan en la actualidad, tienen el aspecto de bolitas

plásticas de un tamaño un poquito mas grande que granos de arena. El material es

de naturaleza porosa, lo cual permite el libre movimiento de iones a través de toda

su estructura. La resina normalmente se utiliza en recipientes cerrados conocidos

como suavizadores (el término filtro para estas unidades es incorrecto). La figura 3-

1 muestra un diseño típico de suavizador y sus accesorios. La resina catiònica es un

material que puede durar 8 o mas años en servicio, sin embargo, es un material

delicado que puede dañarse por esfuerzo físico al aplicarse una corriente de agua o

mayor presión de la debida. Otro daño que sufre con frecuencia, es el

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ensuciamiento por hierro y otras veces puede ser por lodo extraído del pozo, el cual,

al no existir un filtro, se queda adherido y mezclado con la resina.

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LA REACCION DE SUAVIZAR:

El ciclo de un suavizador se inicia con los sitios negativos de la resina acoplados a

iones de sodio. El agua que se va a suavizar, pasa en contacto con la resina y el

intercambiador de iones sodio por iones calcio y magnesio se puede presentar de

acuerdo con esta reacción.

R: representa la compleja formulación de la resina.

De acuerdo con la electroneutralidad discutida en párrafos anteriores, se requieren

dos iones de sodio para desplazar un solo ion de calcio o magnesio, ya que estos

iones tienen dos cargas positivas. El número de cargas positivas en un ion

determina lo que se conoce como la “valencia”.

La racciòn arriba descrita, sucede debido a la selectividad de la resina para atraer

iones de mas alta carga. En condiciones normales de operación, la fuga de dureza

que se puede esperar es de alrededor de 0.5 ppm y las unidades deberán producir

agua con un mínimo de dureza hasta un momento muy cercano al punto de

agotamiento.

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Cuando la unidad se agota, el nivel de dureza aumentará rápidamente y será

necesario regenerar la resina. La regeneración se lleva a cabo invirtiendo la

reacción anterior. La resina agotada se trata con una solución concentrada de sal

(aproximadamente al 10%) y la regeneración procede de la siguiente manera:

R - representa el radical complejo de la resina.

Normalmente la resina tiene una tendencia natural a soltar el sodio en intercambio

por el calcio y el magnesio. Sin embargo, si hay un exceso de sodio presente (la

cantidad total de sodio en la solución de sal excede el total equivalente de calcio y

magnesio en la resina ), los iones sodio pueden reemplazar los iones de dureza que

fueron intercambiados en el calcio de servicio de la reacción química se invierte.

En el proceso, los cationes Ca y Mg se eliminan de la unidad a través de la descarga

de salmuera y el ciclo de enjuague.

La frecuencia de regeneración requerida, dependerá del caudal a través del

suavizador, el contenido de calcio y magnesio del agua cruda, la cantidad de resina

de intercambio iònico en la unidad y la cantidad de sal utilizada en la regeneración.

De todos los anteriores, los operadores de planta por lo general, controlan solamente

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la cantidad de sal utilizada por regeneración. Los otros parámetros son fijos de

acuerdo con el diseño del sistema.

Un ablandador de intercambio iònico trabaja básicamente en dos ciclos: el ciclo de

servicio, que persiste mientras se produzca agua suavizada, y el ciclo de

regeneración el cual restaura la capacidad agotada de la resina. Durante el ciclo de

servicio, el agua cruda (dura) entra al ablandador a través del distribuidor de

entrada, fluye hacia abajo a través de la cama de resina y es recogida en la parte

inferior, saliendo luego, ya sea hacia otras unidades de intercambio o bien,

directamente al sistema de generación de vapor. El flujo a través de los

ablandadores deberá ser tan constante como sea posible, y deberá tenerse especial

cuidado para evitar la operación intermitente con variaciones violentas en el flujo.

Cuando se excede la capacidad de las unidades y se sobrepasa el limite debido a una

mayor demanda de agua de la prevista, se puede presentar problemas de

canalización, compactación, que resultan en una prematura presencia de dureza en

el efluente de la unidad.

La operación de una unidad con caudales muy pequeños en relación con su diseño,

pueden producir dificultades que terminan en la misma deficiencia para producir

agua suavizada. Al haber poco agua, esta buscará un punto de menor resistencia y

se canalizará impidiendo el íntimo contacto y subsecuente intercambio con la resina.

Por lo general, es deseable operar con una unidad en reserva, de manera que se

elimina la posibilidad de que las dos unidades requieran la regeneración al mismo

tiempo. Cuando una unidad se agota, se debe de poner en regeneración de

inmediato.

Para determinar el momento final del ciclo de servicio, las plantas pueden hacer uso

de vario métodos por ejemplo, la toma frecuente de muestras y hacer

determinaciones de dureza, es utilizada por muchos operadores, otros proceden a

regenerar guiados solo por determinado número de horas que lleva la unidad en

servicio. Un método muy práctico para determinar el momento de regeneración es

medir la cantidad de agua tratada entre regeneraciones. Un medidor de agua

conectado a algún tipo de alarma es suficiente.

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REGENERACION:

La regeneración comprende cuatro pasos principales:

1. RETROLAVADO :

Durante el ciclo de servicio, el flujo descendente del agua permite la acumulación

de materiales en suspensión a través del lecho de resina. El retrolavado es un flujo

ascendente de agua cruda que procede del distribuidor inferior, sube a través del

lecho de resina y sale al desagüe por medio del distribuidor superior. El flujo

inverso levanta y expande la resina, de esta manera, se extraen los materiales

extraños y partes finas de resina quebrada que ya tiene ninguna utilidad. El

retrolavado también propicia un reacomodo de la resina, ubicando las partículas mas

pequeñas en la parte superior y las mas grandes en la parte inferior. Esto permite

una mejor distribución de la sal durante la regeneración. El retrolavado se lleva a

cabo durante aproximadamente 10 minutos o hasta que el efluente salga limpio. El

caudal debe ser suficiente para producir una expansión del lecho de por lo menos

un 50%, pero sin ser tan excesivos que provoque la salida y pérdida de la resina con

el agua al desagüe. Por lo general los fabricantes del equipo estipula los caudales

adecuados para cada paso y las instrucciones de operación deben seguirse

estrictamente.

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2. INTRODUCCION DE LA SALMUERA:

La solución de sal entra al ablandador a través de un distribuidor individual o por

medio de la válvula de acción múltiple, fluye a través del lecho de resina saliendo

por el colector inferior, de donde se envía el desagüe. El flujo de regeneración debe

ser lento, de manera que permita un intimo contacto con toda la resina y a la vez

suficientemente rápido para que no se presente canalización. La salmuera

concentrada es una solución de sal saturada (25%) que estará almacenada en su

recipiente especial. Cuando empieza la succión de sal hacia el ablandador, esto se

hace con una línea de agua de dilución, de manera que cuando pasa a través de la

resina, la solución de sal es de 10% aproximadamente.

3. ENJUAGUE LENTO:

El enjuague lento extiendo el tiempo de contacto entre la salmuera y la resina, y

desplaza la sal de la unidad. El proceso se logra continuando con el flujo de agua de

dilución pero sin agregar salmuera. Este paso asegura la adecuada regeneración de

las capas de resina en el extremo inferior de la unidad.

4. ENJUAGUE RAPIDO:

Un caudal fuerte de agua de enjuague sigue al enjuague lento, para desplazar

cualquier pequeña cantidad de salmuera de la resina y envía iones de calcio y

magnesio al desagüe. El agua de enjuague rápido sigue el curso a través del

distribuidor superior, desciende a través del lecho de resina y sale por el colector

inferior y enviado al desagüe. Al inicio de este paso, el agua contendrá gran

cantidad del calcio y magnesio hasta que gradualmente toda esa dureza salga de la

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unidad. La unidad estará lista para entrar en servicio cuando este produciendo agua

de calidad especificada de antemano.

En los cuadros siguientes se presentan en forma gráfica los diferentes pasos

mencionados.

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III: DESAEREADOR:

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Descripción general:

El agua que contiene gases disueltos produce muchos problemas de corrosión. Por

ejemplo, oxigeno disuelto en el agua provoca picaduras, las cuales son muy severas

por su naturaleza localizada. Corrosión por bióxido de carbono se encuentra con

frecuencia en forma de corrosión ácida en sistemas de condensado. Aguas que

contienen amoniaco son muy agresivas hacia los sistemas construidos en cobre o

aleaciones de èste. Por lo tanto, la desaereaciòn es extensamente utilizada para

eliminar gases disueltos en el agua y consecuentemente controlar proceso corrosivos

.

La principal función de un desaereador es la eliminación de gases con condensables, tales

como el oxigeno y el bióxido de carbono de aguas que se utilizan para alimentar

sistemas de generación de vapor. Una segunda función de los equipos, es calentar el

agua utilizando vapor de baja presión. Por último, el desaereador es básicamente un

recipiente a presión en donde se mezcla agua y vapor, el agua se calienta y disminuye

la solubilidad de los gases, los cuales tienden a salir por el venteo. El agua sale del

desaereador contendrá muy poco oxigeno y bióxido de carbono disueltos. No

obstante, una pequeña cantidad de oxigeno puede causar serios problemas en el

sistema de generación de vapor. Por esta razón, se agrega un secuestrante de

oxigeno, por lo general a la sección del desaereador en donde se encuentra agua en

reserva.

Lo anterior nos permitirá llamar desaereaciòn mecánica a la que se lleva a cabo

cuando se inyecta vapor y se calienta el agua, y los gases salen por el venteo. La

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desaereaciòn mecánica es un desaerador operando según las condiciones de diseño,

puede reducir el contenido de oxigeno disuelto en un 99% y mas. Como lo que se

utiliza es vapor (producido en la plana se considera muy barato), el costo de la

desaereaciòn mecánica es relativamente bajo y deberá aprovecharse al máximo.

DESAEREACION QUIMICA:

El sulfito de sodio es el producto químico utilizado en mayor escala como

secuentrante de oxigeno. Su bajo costo, facilidad de manejo y el no provocar

incrustaciones, lo hace muy popular.

La reacción química que se lleva a cabo entre el sulfito y el oxigeno disuelto en el

agua es la siguiente:

2Na2SO3 O2 = 2Na2SO4

Sulfito de Sodio Oxigeno = Sulfato de Sodio

El sulfato de sodio producido y el exceso de sulfito que se trata de mantener, son

ambos muy solubles en el agua de la caldera. La reacción sulfito-oxìgeno es bastante

rápida a temperaturas por encima de 100oC (112oF). Por lo general al sulfito que se

utiliza hoy día en este proceso, contiene pequeñas cantidades de sales metálicas que

aceleran la reacción sulfito/oxigeno. Para asegurar una adecuada desaereaciòn

química en forma permanente, el sulfito de sodio deberá dosificarse en forma

contìnua. El exceso de sulfito se determina en el agua de la caldera generalmente.

Para sistemas que trabajan a presiones muy altas, existen otros secuestrantes de

oxigeno.

35



SECCION IV

TRATAMIENTO INTERNO

1. OPERACIÓN DE LA CALDERA

2. TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE LA CALDERA.

36



37



I. OPERACIÓN DE LA CALDERA:

El propósito de la caldera y el sistema de distribución de vapor, es producir vapor, el

cual se utilizará para diferentes procesos en cada planta en particular.

La caldera es un recipiente cerrado en el cual, el calor producido al quemar

combustible, transforma en vapor a presión. El vapor se forma cuando el agua se

calienta a su temperatura de ebullición. El calor es producido al quemarse

combustible, el cual puede ser algún derivado del petróleo, cascarilla de algún tipo

de semilla, fibra, bagazo de caña, madera etc. El diseño de las calderas permite que

por lo general el combustible se queme por completo y que una gran parte del calor

producido se aproveche para calentar agua y producir el vapor. El sistema de

distribución de vapor lo lleva a diferentes puntos de utilización y controlar la

presión y temperatura que son necesarias en los procesos, antes de que se consuma

la energía calórica y la consecuente disminución de temperatura y condensación de

vapor. Debido a la “pureza” y temperatura del condensado, el mismo se debería

aprovechar como agua de reposición a la caldera.

GENERACION DE VAPOR:

En la mayoría de los sistemas, y es lo deseable en todos los casos, el agua que esta

en el desaereador es bombeada a la caldera. Una vez dentro de la caldera, el agua

sigue un patrón de recirculación, que esta determinado por al diferencia de densidad

del agua a diferentes temperaturas. Este fenómeno se conoce como circulación

natural. Conforme el agua se va calentando, el vapor se desprende del agua en el

domo de vapor en las calderas tubulares y en la porción superior en las calderas de

tubos de fuego. Por lo general las calderas cuentan con algún tipo de arreglo interno

que ayuda a separar el vapor de pequeñas gotas de agua que pueden llevar sólidos

disueltos que se pueden depositar en diferentes áreas por las que pasa el vapor,

provocando ensuciamiento y pérdida de eficiencia en equipos como turbinas.

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La calidad del vapor se determina de acuerdo con la mayor o menor presencia de

gotas de agua. Entre menos agua haya, mejor es la calidad del vapor. Cuando el

vapor lleva agua, se habla de “arrastre”.

PURGA DE LA CALDERA:

La purga de agua de la caldera consiste, en la expulsión de cierta cantidad de agua

con una alta concentración de sólidos disueltos, con el propósito de mantener ciertos

rangos previamente establecidos. De esta manera se garantiza que el riesgo de

formación de incrustaciones, arrastre y otros problemas, se mantengan al mínimo.

La purga manual intermitente básicamente se utiliza para expulsar sólidos en

suspensión en forma de lodos, que se forman en mayor o menor cantidad

dependiente de la cantidad de dureza que entra a la caldera. Cuando se presenta una

contaminación en el agua de la caldera, es necesario aumentar la purga para

eliminar el agua contaminada en el menor tiempo posible.

PURGA DE FONDO:

Dependiendo de la calidad de agua de alimentación de que se disponga, el

parámetro limitante que determina el régimen de purga puede ser la alcalinidad,

sílice, sólidos totales etc. La mayoría de los sistemas cuentan con un mecanismo de

purga intermitente o de fondo se abre cada cierto tiempo, dependiendo de la calidad

de agua que se utiliza, la frecuencia de la purga de fondo puede variar desde cada

hora, hasta una cada ocho horas, y algunos sistemas trabajan con solo una purga

cada 24 horas. Es conveniente tener en mente que para desalojar lodos de la caldea,

resulta mas eficaz, un régimen de purgas cortas pero frecuentes, que una sola purga

de larga duración.

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Cada fabricante de calderas hace sus recomendaciones con respecto a la operación

de la válvula de purga de fondo, y por lo general lo recomendable es que se tengan

a mano para consulta de todo el personal involucrado.

PURGA CONTINUA:

Como su nombre lo indica, esta purga es permanente mientras la caldera esta en

operación. Consiste en el desalojo continuo de cierta cantidad de agua de la caldera,

la cual contiene la mayor concentración de sólidos disueltos. Por lo general la

válvula de control de la purga continua tiene una graduación que permite al operador

darse cuenta de si esta purgando mucho o poco. Las variaciones que se hacen en la

válvula, basadas en los análisis del agua de la caldera, deben ser pequeñas, de lo

contrario se presentará una condición de altos y bajos con la consiguiente dificultad

para mantener un balance químico adecuado.

Existen mecanismos electrónicos que pueden automáticamente controlar la purga

continua mediante un control continuo de conductividad. El sistema de purga

continua ofrece la posibilidad de recuperar cierta cantidad de energía que puede ser

empleada para calentamiento de algunos procesos por medio de un intercambiador de

calor.

II. TRATAMIENTO INTERNO DEL AGUA DE CALDERA:

A pesar de todo el tratamiento externo, que en mayor o menor grado se hace el agua

de alimentación de calderas, es requerimiento indispensable dar un tratamiento

químico y un control estricto al agua de la caldera, a fin de evitar ciertos problemas

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potenciales que pueden provocar paros no programados y ocasionar grandes

pérdidas a las plantas.

A. Incrustaciones

B. Corrosión

1. Corrosión por oxigeno

2. Corrosión ácida

3. Corrosión cáustica

4. Fragilidad cáustica

A. INCRUSTACIONES :

Las incrustaciones o depósitos, es la acumulación de materiales sobre las superficies

internas de la caldera, que pueden interferir o retardar la transferencia de calor y/o

restringir la circulación normal del agua. El efecto resultante será un

recalentamiento del metal, pudiendo llegar a presentarse fallas catastròficas. Los

contaminantes mas comúnmente culpables de la formación de depósitos en sistemas

de baja presión son: el calcio y el magnesio. El hierro, cobre, sílice y aluminio,

afectan mas seriamente conforme aumenta la presión de trabajo de los sistemas.

Contaminaciones con aceite, y el lodo arrastrado por el agua en casos de plantas

que usan directamente agua de río, con en algunos casos los principales

responsables de la formación de depósitos. Muchos sólidos que son solubles en el

agua de alimentación se precipitan, o sea, que se convierten en sólidos en

suspensión en el agua de la caldera. Este fenómeno se produce a raíz de solubilidad

inversa de algunas sales, las cuales se tornan menos solubles conforme aumenta la

temperatura. En otros casos, la mayor concentración y cambios químicos que se

realizan en el agua de la caldera, serán factor determinante para la precipitación.

Tenemos por ejemplo la alcalinidad. Por lo general, en el agua de alimentación, la

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alcalinidad esta en la forma de bicarbonato. Dentro de la caldera, la alta

temperatura provoca la conversión de bicarbonato a carbonato. Los carbonatos se

combinan con el calcio para producir carbonato de calcio.

Ca (HCO3) 2 calor CaCO3 + CO2 H2O

Bicarbonato de Calcio Carbonato Bióxido de Agua

De calcio carbono

La precipitación, directamente sobre la superficie de los tubos, es lo que forma la

incrustación. Generalmente las incrustaciones se forman en la áreas en que mayor

daño pueden causar, esto es particularmente grave en las calderas acuatubulares, en

donde el agua circula por el interior de los tubos. El mayor riesgo de incrustaciones

existe en las áreas de mayor temperatura debido a una mayor propensión de las sales

a precipitarse y depositarse en la pared de los tubos. La incrustación comienza a

actuar como material aislante entre el metal y el agua que circula, la cual actúa

como enfriante sobre la pared del tubo, de ahí viene el recalentamiento y posterior

ruptura del metal.

Los sólidos que no se precipitan directamente sobre los tubos, se mantienen en el

agua como materiales en suspensión. Esto es lo que se conoce como lodos de

caldera. Mucho de este material se irá a acumular sobre la incrustación formada en

las áreas mas caliente, pero no tendrá la formación cristaloide de la incrustación.

Mientras se siga un régimen de purga adecuada, los lodos se pueden extraer de la

caldera de manera que no presenten un peligro grave para el sistema. Si la purga no

se hace con la frecuencia requerida, los lodos comienzas a depositarse prácticamente

sobre la superficie de la caldera y sobre todo en áreas de poca circulación. Los

depósitos entonces, pueden adherirse muy tenazmente a la superficie del metal y

convertirse en un material duro, muy difícil de despegar. El calor actúa cementando

los depósitos. Esto es particularmente cierto en calderas a las que se les bota el

agua cuando aún estàn calientes. Debido a este fenómeno, los depósitos de lodos

pueden ser tan problemáticos de eliminar como las incrustaciones.

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Los depósitos de hierro con frecuencia se forman por el mismo mecanismo

mencionado en relación con los lodos. El hierro entra a la caldera en forma de

productos de corrosión proveniente de los sistemas de condensado sin ninguna

protección contra la corrosión. En calderas sin ningún tratamiento, las

incrustaciones pueden ser de carbonato de calcio, sulfato de calcio, etc. Otros

contaminantes del agua se comportan en forma diferente, por ejemplo el magnesio

tiende a combinarse con la sílice precipitàndose como silicato de magnesio, si no

hay suficiente sílice, se combina con la alcalinidad como hidróxido de magnesio.

En general, la forma de controlar la formación en el agua de la caldera, siendo de

especial importancia para nosotros la sílice y el hierro.

Con cierta frecuencia se presenta la formación de depósitos o incrustaciones en

partes de equipo que están en contacto con el agua de alimentación antes de que

llegue a la caldera. Así es que encontramos a veces depósitos en el desaereador, en

bombas y tuberías, las cuales reducen la capacidad y aumentan el peligro de

interrupciones no programadas. Los depósitos en áreas externas y anteriores a la

caldera, pueden ser causados por uno o varios de los siguientes aspectos:

sobresaturaciòn de carbonato de calcio presente en el agua, reacción entre la dureza

del agua y productos químicos de tratamiento, la presencia de gran cantidad de

hierro / o condensado contaminado con aceite, por ejemplo.

Dos aspectos importantes tendientes a evitar este tipo de problemas son: un buen

control de la dureza en el agua de alimentación y procurar que la dosificación del

fosfato se haga directamente a la caldera o en línea de agua de alimentación, lo mas

cerca de la caldera que las condiciones lo permitan.

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B. CORROSION :

En la caldera es posible encontrar diferentes tipos de procesos corrosivos.

Cualquiera de ellos puede causar daños de consideración y costosas raparaciones.

Los tipos mas comùnes son: Corrosión por oxigeno, corrosión ácida, corrosión

cáustica y fragilidad cáustica del metal.

1. Corrosión por oxigeno:

El oxigeno disuelto en el agua, se convierte en un elemento muy corrosivo,

especialmente cuando el agua se calienta. Uno de los aspectos mas

negativos es que la corrosión por oxigeno se presenta en forma de

perforaciones profundas, porque no se requiere que haya habido una gran

pérdida del metal para que se produzca una falla en un tubo. La severidad de

la corrosión por oxigeno depende de la cantidad de oxigeno disuelto en el

agua, del pH y de la temperatura. La desaereaciòn mecánica y química, ya

han sido mencionadas en la sección de Tratamiento externo.

2. Corrosión ácida:

A pesar de que para un adecuado pH es importante operar en condiciones

alcalinas, un exceso de iones hidròxilo (OH) particularmente en calderas que

trabajan a alta presión, puede resultar en un ataque corrosivo. Este ataque es

localizado y por lo general está favorecido por la formación de depósitos

porosos, en los cuales se evapora el agua dejando una alta concentración

cáustica. Sistemas de baja presión, no están expuestos a este tipo de

corrosión.

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3. Fragilidad cáustica del metal:

La fragilidad cáustica del metal, también conocida como resquebrajamiento

intercristalino del acero al carbón, es causada por una reacción corrosiva que

se realiza siguiendo los bordes de los granos cristalinos dentro del metal. El

ataque al metal por lo general no se detecta y la falla se presenta en forma

repentina, a menudo con resultados catastròficos. El término “fragilidad

cáustica” tiene su origen en el hecho de que las fallas ocurren en presencia

de una solución cáustica muy concentrada y de que el metal falla como si

sufriera una quebradura repentina sin que se pueda apreciar una deformación

previa del metal. Para que se presente un problema de resquebrajamiento

intercristalino, se requiere la conjugaciòn de tres factores independientes: 1)

que exista un escape de vapor, el cual permita la concentración de agua de

caldera en el punto de fuga. 2) ataque al metal por la concentración de soda

cáustica originada por la concentración del agua de la caldera, la cual en ese

caso en particular posee la característica muy especial de producir la

fragilidad, 3) que el área del metal expuesta a la concentración, haya estado

sometida a un esfuerzo de tensión.

La fuga y subsecuente concentración de agua de caldera, puede presentarse

en áreas donde los tubos de la caldera son cilindrados al domo. La

expansión y contracción alternas del metal como resultados de los cambios

de temperatura en la caldera, pueden propiciar la formación de pequeñas

rendijas por las cuales el agua de la caldera puede escapar.

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Como se requieren tres factores para iniciar este proceso corrosivo, si

eliminamos uno de ellos, se hará desaparecer el riesgo de dicho problema.

Se ha comprobado que cuando una determinada agua tiene la característica

propiedad de producir la fragilizaciòn cáustica, y la misma se mantiene con

una cierta relación de nitrato/cáustica en el agua de la caldera, se elimina la

propiedad fragilizadora. El inhibidor utilizado como parte del tratamiento

continuo es Nitrato de Sodio y la relación NaNO3/NaOH en calderas que

trabajan a menos de 250 libras de presión, debe ser de 0.20.

ARRASTRE DE VAPOR:

Por arrastres debemos entender el hecho de que algún contaminante esta

siendo llevado por el vapor al salir este de la caldera. El contaminante mas

común que encontraremos, son pequeñas gotas de agua, las cuales contienen

sólidos en suspensión. Si el arrastre es muy severo y el vapor se utiliza para

mover turbinas, se pueden presentar fallas por depositaciòn de sólidos en el

equipo. La formación de espuma en el agua de la caldera y la vaporización

selectiva de algunos contaminantes, son las causas mas comunes del arrastre.

También puede ser provocado por causas enteramente mecánicas.

La formación de espuma està ligada estrechamente con varios elementos en

el agua de la caldera, siendo los principales los sólidos disueltos y la

alcalinidad. No olvidemos entonces de tratar de mantener nuestro sistema

dentro de los rangos establecidos.

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CONTROL DE CORROSION EN LINEAS DE VAPOR

CONDENSADO:

La corrosión en partes del sistema posteriores a la caldera, es muy común.

La manifestaciòn mas patente de este problema es el aumento en costo de

mantenimiento para reparar y reemplazar tubería y equipos en el sistema de

vapor y condensado. Las fugas de vapor a través de picaduras producida por

la corrosión en las tuberías, son también muy importantes por ejemplo, en un

sistema de 200 libras de presión, un agujero de ¼ de pulgada de diàmetro

provoca la perdida de alrededor de 500 libras de vapor por hora. Por último

lo que menos se nota pero que es de mucha importancia es la creación de

productos de corrosión, los cuales pueden crear un potencial para formar

depósitos en la caldera, cuando los mismos son acarreados por el condensado

que se recupera.

Las causas mas comunes de la corrosión en estas áreas del sistema de

generación de vapor son: 1) bajo pH producido por bióxido de carbono y

ataque por oxigeno. La corrosión relacionada con el bióxido de carbono se

encuentra casi exclusivamente en sistemas de condensado. El bióxido de

carbono se forma dentro de la caldera como producto de la descomposición

de los bicarbonatos y carbonatos presentes en el agua, de acuerdo con las

siguientes reacciones:

1) 2HCO3 + calor CO3-2 + CO2 + H2O

bicarbonato carbonato bióxido de agua

carbono

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2) CO3-2 + H2O + calor 2 OH CO2

carbonato agua hidroxilo bióxido de

carbono

En el condensado el bióxido de carbono se combina con agua para formar

ácido carbónico.

3) CO2 + H2O H2CO3

bióxido de agua ácido carbónico

carbono

El ácido carbónico hace que el pH baje y se produzca la corrosión por bajo

pH. Esta corrosión generalmente se presenta como un adelgazamiento

general del metal. Por lo general las fallas se presentan en donde ya el metal

es mas delgado, por ejemplo en las áreas de tubería que tienen rosca. En

secciones horizontales de tubería es muy típico que se produzca el

adelgazamiento del tubo en el área por donde corre el condensado.

TRATAMIENTO QUIMICO DEL CONDENSADO:

AMINAS NEUTRLIZANTES:

Dado que el principal causante de la corrosión en las líneas de condensado es

el ácido carbónico, la neutralización química de la acidez y consecuente

aumento del pH del condensado, es una solución lógica para este problema.

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Además, como el producto neutralizante debe ser trasladado por el vapor

hasta los diferentes puntos de condensación, este debe ser de naturaleza

volátil. Por las razones anteriores, es que se utilizan aminas orgánicas

conocidas como aminas neutralizantes, las cuales, dosificadas a la caldera, se

volatilizan y son llevada por el vapor por todo el sistema. La cantidad de

amina neutralizante a dosificar se controla por lo general por la

determinación del pH del condensado, el cual, en la mayoría de los sistemas

de baja presión, se trata de mantener entre 7.5 y 8.5

AMINAS FORMADORAS DE PELICULA:

Las aminas fílmicas representan un medio eficaz para controlar la corrosión

en las líneas de condensado. Estas actúan formando una delgada capa sobre

la superficie del tubo que impide el contacto del condensado ácido con el

metal. Al contrario de las aminas neutralizantes, estas no se deben dosificar

a la caldera sino directamente a la tubería de vapor en forma independiente

de los demás productos. Una técnica mas avanzada para prevenir la

corrosión en estos sistemas, involucra la combinación de aminas

neutralizantes y aminas fílmicas.

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SECCION V

PROGRAMA DE TRATAMIENTO DE AGUA DE

CALDERA

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PROGRAMAS DE TRATAM IENTO DE AGUA DE CALDERA:

Los programas de tratamiento de agua de caldera, normalmente combinan el

uso de diferentes anti-incrustantes, siendo el objetivo mantener la caldera

libre de deposiciones de cualquier tipo.

El programa de tratamiento para cada caso en particular, se determina

tomando en cuenta el diseño de la caldera, la presión de trabajo, la calidad

del agua de reposición, el tipo de tratamiento externo de que dispone la

planta y el método de operación.

Los dos programas fundamentales en cuanto a control de depósitos en

calderas son: el programa precipitante a base de sales de fosfato y el

programa solubilizante a base de secuestrantes (EDTA). Un tercer tipo es la

combinación de los dos anteriores.

PROGRAMAS DE TRATAMIENTO A BASE DE SALES DE

FOSFATO:

En estos programas de tratamiento químico resulta en la precipitación de

lodos antes de que los contaminantes forman incrustaciones. El balance

químico del agua se controla de manera que se facilite la precipitación de los

productos formados por la presencia de dureza en el agua de alimentación.

La adiciòn de fosfato a la caldera se controla manteniendo un residual de

fosfato (exceso) entre 30 y 60 ppm. La presencia de suficiente alcalinidad es

importante para asegurar la formación del tipo de lodo mas deseable, es

decir, que no posea tendencia a adherirse tenazmente a la superficie metálica

y que se pueda desalojar por la purga normal. Un programa de fosfato no es

completo sin la adición de los llamados acondicionadores de lodo, también

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conocidos como dispersantes, los cuales son polímeros, materiales orgánicos

que tienen acción múltiple en el agua de la caldera. Bajo ciertas

condiciones, los polímeros actúan interfiriendo en la formación de cristaloide

de las incrustaciones, en otras, dispersan lodos que ya se han formado.

Los dispersantes modernos como los terpolímeros sintéticos le han elevado

el rendimiento a los tratamiento a base de fosfatos generando una mínima

cantidad de lodos y se están empleando en la mayoría de los tratamientos

suministrados por nuestra empresa. La intención es eliminar la formación de

lodos que también aíslan la transferencia de calor y aumentar los ciclos de

concentración para disminuir las purgas , ya que estos dispersantes de alto

rendimiento toleran mayor cantidad de sólidos en el sistema.

Para el èxito de un programa precipitante, es muy importante la extracciòn

de los sólidos en suspensión (lodos) que tienden a acumularse dentro de la

caldera. Esto requiere atención especial de parte de los operadores y de los

encargados de verificar a través de los resultados del análisis del agua de la

caldera, que los limites de control se observen permanentemente. La purga

de fondo insuficiente puede ocasionar que , un exceso de lodos comience a

circular por las áreas mas calientes de la caldera, en donde no tardara en

adherirse a los tubos dando inicio a un problema que puede llegar incluso a

provocar una explosión. La frecuencia con que se debe efectuar la purga de

fondo, depende de la cantidad de sólidos presentes en el agua de la caldera y

del diseño de la caldera misma. Así el número de purgas que es necesario

hacer, puede variar desde cada hora hasta una purga cada 8 horas. De ser

posible, la purga de fondo debería hacerse en un momento de poca demanda

de vapor. La duración de la purga es importante y en ningún caso debería

hacerse una purga mayor de 15-20 segundo de duración.

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En cuanto a la eficacia para extraer lodos, es superior la práctica de efectuar

varias purgas cortas que una sola de larga duración. Como promedio, una

purga de 5-10 segundos es suficiente.

Algunas calderas cuentan con una instalación de purga continua. Esta purga

esta diseñada para extraer agua de caldera con alta concentración de sólidos

disueltos, y en ningún momento deberá asumirse que si una caldera tiene

purga continua, se puede dejar de hacer las purgas de fondo. Tengamos muy

presente que los lodos solo se pueden extraer con la purga manual o de

fondo. Nunca se estará perdiendo el tiempo cuando se insiste en la

importancia de la purga, se estará perdiendo el tiempo cuando se insiste en

la importancia de la purga, no obstante, debe quedar también muy claro, que

un exceso de purga también es inconveniente. Una purga excesiva aumenta

la demanda de agua, la demanda de combustible, demanda de productos

químicos y además desestabiliza el balance químico del agua de la caldera,

en forma que puede ser peligrosa. Por lo tanto, lo mas recomendable es

tratar de mantener el sistema de acuerdo con la carta de control que todas las

plantas deben tener.

PROGRAMAS DE TRATAMIENTO SOLUBILIZANTE:

El uso de secuestrantes es lo que se conoce como programa solubilizante. El

programa involucra la utilización de NTA y EDTA para formar compuestos

complejos con los cationes capaces de formar incrustaciones y los mantiene

en solución.

De los productos anteriores, el EDTA es el mas comúnmente utilizado. Una

de las grandes ventajas de los programas solubilizantes es que se elimina la

formación de lodos como los que muchos de ustedes habrán visto en sus

calderas. Esto es una gran ventaja, sobre todo en calderas acuatubulares.

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Los programas a base de EDTA se están haciendo cada día mas populares,

pues ofrecen mas facilidad para mantener las calderas en mejores

condiciones de limpieza. Los costos de un tratamiento solubilizante no son

necesariamente mas altos que un programa a base de fosfato, sin embargo si

el control de dureza no es muy bueno, si puede resultar considerablemente

mas caro.

Las condiciones de alcalinidad y régimen de purga mencionados en los

programas a base de fosfatos, también son importantes en las programas

solubilizantes.

ADICION DE PRODUCTOS QUIMICOS EN UN PROGRAMA DE

TRATAMIENTO DE AGUA DE CALDERA:

La mayoría de los sistemas de dosificación de productos químicos se hace en

forma continua por medio de bombas de control manual. Los análisis que

se hacen regularmente, sientan las bases para efectuar variaciones, ya sea en

la concentración de la solución o si la bomba lo permite, variar el caudal de

descarga.

Los secuestrantes de oxigeno, como el VAPEN 260s deberán de dosificarse

en el almacenamiento de agua desaereada que tiene el desaereador. La idea

es dosificarlo antes de la caldera para que haya suficiente tiempo de reacción

y además, para proteger la bomba y tuberías que llevan el agua de la caldera.

Los fosfatos como el VAPEN 250s son por lo general dosificados

directamente a la caldera. Los dispersantes VAPEN 230 y soda cáustica,

cuando esta se requiere, y las aminas neutralizantes, se pueden dosificar la a

caldera o a la línea de alimentación antes de entrar a la caldera. A veces

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también se hace al desaereador. Las aminas fílmicas se deben dosificar al

cabezal de vapor por medio de una sección de tubería especial.

Los secuestrantes usados en programas solubilizantes, se deben dosificar a la

línea de agua de alimentación y después de que el secuestrante de oxigeno ha

sido agregado. Es preferible el uso de tubería de acero inoxidable cuando se

utiliza EDTA.

Aparte de una adecuada selección del punto de inyección de los productos

químicos, también es importante la forma de preparar las soluciones diluidas

que se van a dosificar. En esto es importante la calidad del agua que se usa y

a veces también la temperatura de esa agua.

La adición de los productos químicos del tratamiento esta gobernada por los

análisis de las aguas de caldera que toda planta debe hacer por lo menos una

vez por día. Es muy importante que tanto al sacar las muestras como al

realizar los análisis, se actúe con la mayor responsabilidad. La muestra de

agua de caldera deberá tomarse en un envase plástico con tapa, y deberá

dejarse correr un rato prudencial, estimando que haya tiempo suficiente para

que la línea de la tubería se limpie completamente de cualquier agua que

pudiese haber quedado almacenada. Una vez tomada la muestra, las pruebas

de rutina deberán hacerse lo antes posible. Dado que el contacto de la

muestra con el aire puede hacer variar los resultados de la prueba de sulfito,

esta deberá ser la primera en hacerse. Normalmente se hace pruebas para

controlar la dosificación de productos, sulfito y fosfato son los mas comunes

y dependiente de los resultados, se variará la dosificación. En algunos casos

la prueba de alcalinidad regulará la dosificación de soda cáustica, aunque en

nuestro medio la prueba de alcalinidad sirva mas bien para controlar la

purga, pues es el factor limitante en muchos casos. La conductividad

también es otra prueba típica para regular el régimen de purga. Otra prueba

que a veces se utiliza para regular la purga es la determinación de cloruros.

Lo esencial en toda planta industrial, en donde la generación de vapor

55



debería ser el proceso de mayor importancia para nosotros, es que se tenga

conciencia de la tremenda importancia que se le debe dar a una adecuada

comunicación entre las personas que realizan los análisis del agua de la

caldera y las personas encargadas de hacer las purgas y preparar las mezclas

de productos químicos que se estarán dosificando en las próximas horas.

En muchas plantas, los operadores son los encargados de hacer los análisis y

control de calidad solo lo hace una vez por semana, a manera de supervisión.

Este tipo de arreglo, por lo general resultan beneficioso para el sistema, sin

embargo, solo ustedes mismos en sus plantas, son los que pueden definir con

mas amplitud de criterio en que forma se deben realizar estas labores. Lo

importante es que los resultados analíticos se utilizan de inmediato para

hacer las medidas correctivas en el sistema y que no suceda lo que con

frecuencia vemos, que los análisis se hacen y se archivan en una carpeta que

luego nadie tiene tiempo de ver y menos de analizar detalladamente para ver

que provecho se saca de ellos. Esto tiene el agravante de que si el analista ve

que su trabajo no tiene ninguna utilidad práctica, que nadie le presta atención

a los resultados, el podría perder interés de hacer su trabajo bien y después

de algún tiempo, el sistema podría estar totalmente fuera de control y cuando

esto se determina, podría ser lamentablemente tarde. Que no suceda esto en

su planta.

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MANUAL · Web viewUno de los aspectos mas negativos es que la corrosión por oxigeno se presenta en forma de perforaciones profundas, porque no se requiere que haya habido una gran