INDICE

Introducción ……………………………………………………………………………3

¿Qué es una caldera? ………………………………………………………………..4

Tipos de calderas ……………………………………………………………………..5

Elementos, término y componente de una caldera ……………………………….6

Importancia ………………………………………………………………………….…7

Operación de una caldera …………………………………………………………...7

Agua de alimentación a caldera …………………………………………………….9

Capacidades de caldera ………………………………………………………….….9

Fuentes de agua …………………………………………………………………….10

Parámetro tratamiento de agua ……………………………………………………11

Eliminación de gases ……………………………………………………………….12

Cálculo de % de la purga de fondo ……………………………………………….13

Dureza, Alcalinidad, Cloruros y pH …………………………………………….….13

Impurezas ………………………………………………………………………….…15

Control de calidad del agua ………………………………………………………...20

Control de sólidos disueltos totales ………………………………………………..20

Control de la alcalinidad …………………………………………………………….21

Control de dureza total ……………………………………………………………..23

Sumario de calidad del agua ………………………………………………………24

Instalaciones de tratamiento de agua de alimentación de caldera …………….24

Requerimientos de Agua de alimentación de calderas …………………………28

Problemas más frecuentes …………………………………………………………29

Equipo tratamiento de agua ………………………………………………………..35

Productos químicos tratamiento …………………………………………………...40

Ciclos de concentración …………………………………………………………….40

Conclusión ……………………………………………………………………………42

Bibliografía ……………………………………………………………………………43

Introducción

La mayoría de las Industrias y muchos establecimientos comerciales necesitan Vapor. El Vapor es empleado en las fábricas textiles para producir, formar y teñir los productos. Las tintorerías emplean Vapor para planchar la ropa. Las compañías empacadoras y de alimentos emplean Vapor para cocinar y procesar alimentos. Las panaderías preparan el pan con Vapor. Las Cervecerías emplean Vapor para producir la Cerveza.

Las Calderas son frecuentemente empleadas para calentar agua en hoteles, hospitales, lavanderías y grandes construcciones. Este opera muchas de las Turbinas empleadas para producir energía eléctrica .Como regla general, las grandes fábricas u operaciones industriales, son los más adecuados lugares que hay para buscar uno o más generadores de vapor en operación.

El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y accidentes.

El objetivo general del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera.

El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua de la caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las normas, que definen los límites recomendados para los parámetros involucrados en el tratamiento del agua.

¿QUÉ ES UNA CALDERA?

Una caldera es una maquina o dispositivo de ingeniería que está diseñado para generar vapor saturado. Éste vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado liquido, se calienta y cambia de estado.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Las calderas son un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas de intercambiadores de calor, en las cuales se produce un cambio de fase. Además son recipientes a presión, por lo cual son construidas en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo para aplicaciones como:

• Esterilización (tindarización), es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos así como para la elaboración de alimentos en marmitas.

• Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera se calienta a los petroles pesados para mejorar su fluidez y el vapor es muy utilizado.

• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado.

TIPOS DE CALDERAS

• Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza a través de tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida, y gran capacidad de generación.

• Pirotubulares: en este tipo el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente, y es atravesado por tubos por los cuales circula gases a alta temperatura producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes

ELEMENTOS, TÉRMINO Y COMPONENTES DE UNA CALDERA

• Agua de alimentación: Es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización.

• Agua de condensado: Es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor.

• Vapor seco o sobresaturado: Vapor de óptimas condiciones.

• Vapor húmedo o saturado: Vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada.

• Condensador: Sistema que permite condensar el vapor.

• Estanque de acumulación: Es el estanque de acumulación y distribución de vapor.

• Desaireador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.

• Purga de fondo: Evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.

• Purga de superficie: Evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.

• Fogón u hogar: Alma de combustión del sistema.

• Combustible: Material que produce energía calórica al quemarse.

• Agua de calderas: Agua de circuito interior de la caldera cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.

• Ciclos de concentración: Número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación.

• Alcalinidad: Nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11.5.

• Desoxigenación: Tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.

• Incrustación: Sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

• Dispersante: Sistema químico que mantiene los sólidos descohesionados ante un evento de incrustación.

• Antiincrustante: Sistema químico que permite permanecer a los sólidos incrustantes en solución.

• Anticorrosivo: Sistema químico que brinda protección por formación de films protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.

• Corrosión

• Índice de vapor/combustible: Índice de eficiencia de producción de vapor de la caldera.

IMPORTANCIA

Las calderas son usadas frecuentemente empleadas para calentar agua en hoteles, hospitales, lavanderías y grandes construcciones. Este opera muchas de las turbinas empleadas para producir energía eléctrica. Como regla general, las grandes fábricas u operaciones industriales, son los más adecuados lugares que hay para buscar uno o más generadores de vapor en operación.

OPERACIÓN DE LA CALDERA

Producción de Vapor

La Mayoría de las Calderas o Generadores de Vapor tienen muchas cosas en común .Normalmente en el fondo esta la cámara de combustión o el horno en donde es más económico introducir el combustible a través del quemador en forma de flama. El

quemador es controlado automáticamente para pasar solamente el combustible necesario para mantenerla presión en el vapor deseada. La flama o el calor es dirigido o distribuido a las superficies de calentamiento, que normalmente son tubos, fluxes o serpentines. En algunos diseños el agua fluye a través de los tubos o serpentines y el calor es aplicado por fuera, este diseño es llamado “Calderas de Tubo de Agua”. En otros diseños de calderas, los tubos o fluxes están sumergidos en el agua y el calor pasa en el interior de los tubos , estas son llamadas “Calderas de Tubos de Humo”.Si el agua es sujeta también a contacto con el humo o gases calientes mas de una vez , la caldera es de doble ,triple o múltiples pasos.

El agua calentada o vapor se levanta de la superficie del aguase vaporiza y es colectada en una o varias cámaras o tambores. El tamaño del tambor determina la capacidad de producción de vapor. En la parte superior del tambor de vapor se encuentra la salida o el llamado “Cabezal de vapor”, desde donde el vapor es conducido por tuberías a los puntos de uso. En la parte superior del hogar mecánico se encuentra una chimenea de metal o de ladrillo, la cual conduce hacia fuera los productos de la combustión como gases. En el fondo de la caldera, normalmente opuesto del hogar mecánico, se encuentra una válvula de salida llamada “purga de fondo”. Por esta válvula salen del sistema la mayoría del polvo, lodos y otras sustancias no deseadas, que son purgadas de la caldera.

En conjunto a la caldera existen múltiples controles de seguridad, para aliviar la presión si esta se incrementa mucho, para apagar la flama si el nivel del agua es demasiado bajo o para automatizar el control de nivel del agua. Un tubo de vidrio con una columna de agua generalmente se incluye, para mostrarle al operador el nivel interno del agua en la caldera.

AGUA DE ALIMENTACIÓN A CALDERA

El agua de alimentación a la caldera es comúnmente almacenado en un tanque, con capacidad suficiente para atender la demanda de la caldera, Una válvula de control desnivel mantiene el tanque con agua, una bomba de alta presión empuja el agua hacia adentro de la caldera, se emplean bombas de presión debido a que generalmente las calderas operan a presiones mucho mas elevadas que las que encontramos en los tanques de agua.

Vapor limpio es agua pura en forma de gas, cuando el vapor se enfría se condensa es agua pura, normalmente conocida como “condensados”. Normalmente estos condensados

contienen una gran cantidad de calor que puede ser empleada. Estos condensados son casi perfectos como “make-up” o alimentación a la caldera una vez que ha sido de gasificada para eliminar los gases disueltos como el oxigeno.

Esto siempre y cuando es posible si los condensados son retornados a la caldera y colectados en un tanque conocido como “tanque de condensados”. Cuando el condensado es recuperado en un tanque de este tipo, generalmente se elimina del diseño el tanque del “make-up”.

En algunas instalaciones, el retorno de condensados puede llegar a ser del 99% casi supliendo el agua de make-up. A mayor porcentaje de recuperación de condensados será menor el agua de alimentación a la caldera o make-up. Hay otras instalaciones que probablemente requieran emplear el 100% de make-up, esto puede ser por varias razones, como que el condensado no se puede recuperar o que el condensado esta contaminado por alguna parte del proceso.

CAPACIDADES DE CALDERA

Las calderas son catalogadas en base a la cantidad de vapor que ellas pueden producir en un cierto periodo de tiempo a una cierta temperatura. Las calderas mas grandes producen1´000,000 de libras por hora o son catalogadas en base a 1 “caballo de fuerza” o “caballo vapor caldera” por cada 34.5 libras de agua que pueden ser evaporadas por hora. Otra definiciónes1 “caballo de fuerza” por cada 10 pies2 de superficie de calentamiento en una caldera de tubos de agua o 12 pies2 de superficie de calentamiento en una caldera de tubos de humo.

FUENTES DE AGUA

Las fuentes de agua corresponden a toda aquella agua (ríos, lagos, océanos, etc.), que no ha recibido ningún tipo de tratamiento y por lo tanto contienen impurezas, adquiridas durante el ciclo al que han sido sometidas, que impiden su utilización directa en una caldera.

El ciclo del agua, mostrado en la figura n°1, indica que la humedad atmosférica resulta de la evaporación de las fuentes de agua, la que luego al condensarse precipita en forma de lluvia, granizo o nieve, absorbiendo gases y otras substancias descargadas por el hombre a la atmósfera. Esta situación es la causa de que la lluvia contenga una gran cantidad de impurezas al momento de entrar en contacto con la tierra.

A medida que el agua fluye por sobre la superficie de la tierra o se filtra a través de las capas de ésta, continua atrapando o disolviendo impurezas del suelo o minerales por los que atraviesa. Así es como agua aparentemente cristalina, proveniente de lagos, ríos y vertientes, puede tener un elevado contenido de sólidos disueltos.

Las impurezas encontradas con mayor frecuencia en las fuentes de agua, figuran las siguientes los sólidos en suspensión, líquidos no mezclables con agua (ej. aceite), colorantes, bacterias y otros microorganismos, sustancias semi-coloidales, gases disueltos, sales minerales disueltas (cationes, aniones y sílice).

Figura N°1 Ciclo Del Agua.

PARÁMETRO TRATAMIENTO DE AGUA

El agua natural contiene ciertas impurezas que aumentan el consumo de combustible y el costo de mantenimiento así como la reducción de la vida útil de la caldera.

El mejor método para eliminar dichas impurezas depende del tamaño de la instalación, de la presión de trabajo de la caldera, de la cantidad de agua de repuesto y de las características del agua cruda.

Como lo anterior varía en cada planta, la selección del mejor método requiere de un cuidadoso análisis de los requerimientos de instalación y un conocimiento de los métodos el tratamiento del agua.

El agua de una caldera debe tratarse para:

• Eliminar la turbidez

La acumulación de minerales insolubles finamente divididos o partículas orgánicas, que reducen la claridad del agua, es lo que se llama turbidez. Si se dejan formaran un lodo pegajoso y aislante en los domos o envolvente y también un arrastre.

• Eliminar las incrustaciones que causan pérdidas de calor, dañan la tubería y la superficie de calefacción.

Las incrustaciones forman un aislamiento entre los gases y el agua, por lo que hay que mantener temperaturas más altas para tener la misma generación; con lo que el metal de los tubos se sobrecalienta y falla. La presencia de petróleo en el agua de alimentación puede causar la misma falla.

• Evitar el arrastre que produce incrustaciones en los sobrecalentadotes, turbinas o el equipo que requiera vapor.

La concentración muy alta en sales de suspensión y disueltas en el domo produce un vapor húmedo. El aceite también produce “arrastre”. Un vapor saturado seco arrastra sílice en calderas cuya presión de trabajo sea de 40 o más kg/cm2.

• Eliminar gases

La presencia de oxígeno en el agua de alimentación corroe el metal de las calderas. El dióxido de carbono torna el agua ligeramente ácida por lo que acelera dicha corrosión.

• Evitar que el material de la caldera se vuelva quebradizo.

Una alta alcalinidad en el agua de una caldera puede ser la causa de que el metal de la caldera se vuelva quebradizo, agrietándose alrededor de los remaches de las juntas remachadas y de las extremidades de los tubos donde estos se fijan a los espejos o domos. Por lo tanto, hay que tener la precaución de que el tratamiento no vuelva el agua excesivamente alcalina.

• Eliminar los sólidos en suspensión

Los sólidos en suspensión que causen la turbidez pueden eliminarse por coagulación y filtración. Cuando la turbidez es más mayor a 40 ppm o el agua contiene color o materia orgánica, es necesario coagularla. Los flóculos (la sustancia que se combina con los sólidos en suspensión) se mantienen en contacto con el agua en un precipitador durante una hora aproximadamente antes de la filtración, y para que el agua pase por los flóculos es necesario agitarla mecánicamente durante del procedimiento.

Cuando los sólidos disueltos se eliminan por medio de hidrato de cal y sodio pueden combinarse ambos tratamientos.

ELIMINACIÓN DE GASES

Aunque el oxígeno en el agua de alimentación puede eliminarse químicamente con el uso de sulfito de sodio, esto resulta muy costoso. Generalmente se usa un deareador, el cual elimina del agua los gases no condensables, mediante una etapa de barrido de vapor libre de oxígeno mediante un tanque cerrado. Sin embargo, suele agregarse sulfito de sodio aun cuando el agua haya pasado por el deareador más eficiente.

Deareador

Calentador de Mezclas

CALCULO DE PORCENTAJE DE LA PURGA DE FONDO

Para el ingeniero mecánico y personal de operación de calderas es muy importante conocer y saber hacer las cuatro pruebas más importantes a una muestra de agua de una caldera. Dichas pruebas son:

DUREZA, ALCALINIDAD, CLORUROS Y pH

Conocer los resultados de la prueba de dureza, o sea el contenido de sales de calcio y magnesio, sirve para controlar los depósitos sobre los tubos, es decir, las incrustaciones

La alcalinidad (ppm de sólidos) se controla por medio de tratamiento interno, o sea, inyectando sosa cáustica (hidróxido de calcio) o bien soda Ash (carbonato de sodio).

El control de los cloruros se hace por medio de la concentración de los sólidos totales.

El pH (potencial de hidrógeno) que permite saber si una sustancia es ácida, alcalina o neutra, será en cierto modo un medio para controlar también la alcalinidad, pero no será de gran importancia si este está controlando con un medio eficiente.

Los resultados que se reportan en un análisis de agua para calderas son empleados en parte por millón (ppm) o en granos por galón (gpg)

Criterios que se emplean para poder calcular la cantidad de agua que debe purgarse en toda caldera en operación.

Para poder determinar el porcentaje de purga de fondo, que es la extracción de lodos de una caldera, debe cuantificarse primeramente el número de concentraciones que se tengan ene la caldera, para lo cual empleamos la siguiente ecuación:

[pic]

Los cloruros se determinan por medio del análisis químico de las dos aguas.

El porcentaje total de la purga de fondo se calcula como sigue:

[pic]

Aparte de la dureza, la alcalinidad, cloruros y el pH, existen los siguientes factores o herramientas para poder efectuar el control de los resultados de los análisis del resultado de agua del interior de una caldera:

1. El residual del fosfato nos sirve para saber si su presencia en el agua del interior de una caldera se encuentra dentro de los rangos establecidos para que puedan evitar la formación de las incrustaciones a base de sales Ca y Mg.

2. El residual de fosfito nos sirve para saber si hay el suficiente sulfito para contrarrestar la acción del oxígeno presente en el agua del interior de una caldera

Conviene hacer hincapié en que las incrustaciones de una caldera se forman a base de compuestos, generalmente Ca, Mg, Si, Fe y otras sales. Algunas veces el aceite también es un componente de una incrustación. La dureza casi siempre es indicación.

IMPUREZAS

Impureza

• Turbidez

Fórmula química: No tiene. Se expresa en análisis como “unidades de”

Dificultades de causa: Hace que el que el agua se vea borrosa; formas depósitos en tuberías, equipos de procesos, calderas, etc.

Tratamiento: Coagulación, filtración y sedimentación

• Color

Fórmula química: No tiene. Se expresa en análisis como unidades de coloración en una escala arbitraria.

Dificultades de causa: Puede causar espuma en la caldera. Se presentan obstrucciones cunado se emplean métodos para remover el fierro y la suavización de fosfatos en caliente. Disminuye los efectos de los productos usados.

Tratamiento: Coagulación. Filtración, clorinación. Absorción por medio de carbón activado.

• Dureza

Fórmula química: Sales de calcio y magnesio expresadas como carbonato de calcio (CaCO3).

Dificultades de causa: Fuente principal en las incrustaciones en el equipo de transmisión de calor, calderas, tuberías, etc. Forma grumos cuando hay jabón, interfieren en los colorantes, etc.

Tratamiento: Suavización, Destilación, tratamiento interno del agua de la caldera, agentes activos de superficie.

• Alcalinidad

Fórmula química: Bicarbonato, carbonato e hidrato expresados como CaCO3.

Dificultades de causa: Espuma y arrastre de sólidos en el vapor. Fragilización del acero de las calderas con los bicarbonatos y carbonatos produce CO2 en el vapor es una fuente para la corrosión

Tratamiento: Suavización con cal y calsodada. Tratamiento ácido, suavización con zeolitas, desmineralización. Dealcalinación por medio de aniones. Destilación. Neutralización con álcalis.

• Ácidos minerales libres

Fórmula química: H2SO4, HCl, expresados como CaCO3.

Dificultades de causa: Corrosión

Tratamiento: Deareación, aeración, neutralización con álcalis.

• Bióxido de Carbono

Fórmula química: CO2

Dificultades de causa: Corrosión en las líneas de agua y particularmente en la líneas de vapor y condensados.

Tratamiento: Aminas fílmicas y neutralizantes.

• Fierro

Fórmula química: Fe++ (ferroso) y Fe+++ (férrico)

Dificultades de causa: Colorea el agua a precipitarse. Produce incrustaciones en las líneas de agua, calderas, etc. Interfiere con los colorantes, la fabricación del papel, etc.

Tratamiento: Aeración, Coagulación y Filtración. Suavización con cal. Intercambio catiónico. Filtración por contacto. Superficies activas con agentes para retener fierro.

• Manganeso

Fórmula química: Mn++

Dificultades de causa: Ídem

Tratamiento: Ídem

• Aceite

Fórmula química: Expresado como aceite o materia insoluble de cloroformo.

Dificultades de causa: Incrustación, lodos y espumeo en las calderas. Dificulta la transmisión de calor, indeseable en la mayoría de los procesos

Tratamiento: Mamparas desviadoras. Coladores. Coagulación y filtración con tierra diatomácea.

• Oxígeno

Fórmula química: O2

Dificultades de causa: Corrosión en las líneas de agua, equipo de transmisión de calor, calderas, líneas de condesados, etcétera.

Tratamiento: Deareación y sulfito de sodio. Inhibidores de corrosión.

• Sulfato de hidrógeno

Fórmula química: H2S

Dificultades de causa: Causa el olor a “huevo podrido”, corrosión.

Tratamiento: Aereación. Clorinación. Alto intercambio básico de aniones. Intercambio aniónico con zeolitas hidrogenadas.

• Amoniaco

Fórmula química: NH3

Dificultades de causa: Corrosión de las aleaciones de cobre y zinc por la formación de un compuesto de ión soluble.

Tratamiento: Clorinación. Deareación.

• Conductividad

Fórmula química: Expresado como micromhos. Conductividad específica.

Dificultades de causa: Conductividad es el resultado de sólidos ionizables en solución. Una alta conductividad puede aumentar las características corrosivas del agua.

Tratamiento: Cualquier proceso que disminuya los sólidos compuestos disueltos bajo la conductividad, como por ejemplo: desmineralización y suavización con cal.

• pH

Fórmula química: Concentración de iones de hidrógeno, definido por:

pH =1g[1/(H+)]

Dificultades de causa: El pH de acuerdo con la presencia de sólidos alcalinos o ácidos en el agua. La mayoría de las aguas naturales tienen un pH de 6-8.

Tratamiento: El pH puede ser aumentado por los álcalis y disminuido por medio de los ácidos.

• Sulfatos

Fórmula química: (SO4)

Dificultades de causa: Aumenta los sólidos contenidos en el agua, pero por sí solo no es usualmente significativo. Combina con el calcio para formar incrustaciones de sulfato de calcio.

Tratamiento: Desmineralización. Destilación.

• Cloruros

Fórmula química: Cl-

Dificultades de causa: Aumenta los sólidos totales así como el carácter corrosivo del agua.

Tratamiento: Desmineralización. Destilación.

• Nitratos

Fórmula química: NO3-

Dificultades de causa: Aumenta los sólidos contenidos pero no es significativo industrialmente. Altas concentraciones causan metamoglobinemia en los niños.

Tratamiento: Desmineralización. Destilación.

• Fluoruros

Fórmula química: F

Dificultades de causa: Útil para el control de la fragilización del metal de la caldera. Causa las manchas de los dientes. También se usa para el control de la caries. No es significativo industrialmente.

Tratamiento: Absorción con hidróxido de magnesio, fosfato de calcio o negro animal. Coagulación con alumbre.

• Sílice

Fórmula química: SiO2

Dificultades de causa: Incrustaciones en las calderas y en los sistemas de agua de enfriamiento. Depósitos insolubles en álabes de las turbinas debido a la vaporización de sílice.

Tratamiento: Remoción por medio de procesos en caliente con sales de magnesio. Absorción por alto intercambio básico de aniones con resinas unidas a una desmineralización, destilación.

• Sólidos Disueltos

Fórmula química: Ninguna

Dificultades de causa: “sólido disuelto” es la cantidad de materia disuelta. Las altas concentraciones de sólidos son inconvenientes porque provocan interferencia al causar el “espumeo” en las calderas.

Tratamiento: Cualquiera de los varios procesos de suavización como por ejemplo: suavización con cal e intercambio de cationes con zelotas de hidrógeno, disminución de los sólidos disueltos. Desmineralización. Destilación.

• Sólidos En Suspensión

Fórmula química: Ninguna

Dificultades de causa: “sólidos en suspensión” es la cantidad de materia que se determina gravimétricamente. Los sólidos en suspensión tapan las tuberías, causan depósitos en las superficies de los calentadores, calderas, etc.

Tratamiento: Asentamiento. Filtración usualmente precedida por coagulación y sedimentación.

• Sólidos En Suspensión

Fórmula química: Ninguna

Dificultades de causa: “sólidos totales” es la suma de sólidos en suspensión más sólidos disueltos determinados gravimétricamente.

Tratamiento: Véase sólidos disueltos y sólidos en suspensión.

CONTROL DE CALIDAD DEL AGUA

Consideraciones en al agua de alimentación

Las calderas necesitan pretratamiento externo en la alimentación del agua o make-up dependiendo del tipo de caldera, la presión de operación, o del sistema total .Tratamiento químico interno es necesario, dependiendo del tratamiento externo del agua. El tratamiento externo del agua reduce la dosificación de productos químicos y los costos totales de operación. Esta publicación esta enfocada principalmente a la reducción de Dureza Total en el agua mediante equipos de intercambio iónico. Los Sólidos Disueltos Totales y la Alcalinidad son también muy importantes por lo que los vamos a comentaren forma mas superficial.

Control de Sólidos Disueltos Totales

Cuando el agua es evaporada y se forma vapor, los minerales o sólidos disueltos y suspendidos en el agua, permanecen dentro de la caldera. El agua de reposición contiene una carga normal de minerales disueltos, estos hacen que se incrementen los sólidos disueltos totales dentro de la caldera. Después de un periodo de tiempo los sólidos disueltos totales (TDS) alcanzan niveles críticos dentro de la caldera.

Estos niveles en calderas de baja presión se recomienda que no excedan 3500 ppm (partes por millón o miligramos por litro). TDS por encima de este rango pueden causar espuma, lo que va a generar arrastres de altos contenidos de TDS en las líneas de vapor, las válvulas y las tramas de vapor. El incremento en los niveles de TDS dentro de la caldera es conocido como “ciclos de concentración”, este término es empleado muy seguido en la operación y control de la caldera

Agua de alimentación que contiene 175 ppm de TDS puede ser concentrada hasta 20 veces para alcanzar un máximo de 3500 ppm. Para explicar mejor los ciclos de concentración empleamos el siguiente ejemplo, si nosotros tenemos 20botellasde un galón, cada una de ellas contiene 175 ppm de TDS y 19 de estas botellas es evaporado, dejando el contenido de sólidos de 175 ppm de cada uno dentro de la ultima botella de agua, la mezcla de las sales de las 19 botellas con la ultima botella de agua nos dará como resultado 20 ciclos de concentración. Recordemos que la máxima cantidad recomendada de sólidos disueltos totales TDS en una caldera de baja presión es de 3500 ppm. En Calderas de mayores presiones de operación los límites de TDS disminuyen en relación a la presión de operación. En el tema “Sumario de la Calidad del Agua” (adelante en esta sección) encontraremos la Tabla A en donde se ilustra este factor.

Para controlar los niveles máximos permisibles de TDS, el operador debe de abrir en forma periódica la válvula de purga de la caldera. La purga es el primer paso para el control del agua en la caldera y esta debe de ser en periodos o intervalos de tiempo. La frecuencia es dependiendo la cantidad de TDS en el agua de reposición y de la cantidad de agua de reposición introducida. En calderas grandes o más críticas las purgas deben de ser automáticas o continuas.

Control de la Alcalinidad

Adicionalmente al control de los ciclos de concentración de los TDS, la alcalinidad debe de ser considerada con mucha precaución. Los niveles de alcalinidad cuando se tienen calderas de baja presión, no deben de exceder las 700 ppm. La presencia de alcalinidad por encima de los700 ppm puede resultar en un rompimiento de los bicarbonatos produciendo carbonatos y liberando CO2 (dióxido de carbono) libre en el vapor. La presencia de CO2 en el vapor generalmente se tiene como resultado un vapor altamente corrosivo, causando daños por corrosión en las líneas de vapor y retorno de condensados.

El nivel de alcalinidad generalmente controla el total de ciclos de concentración en la caldera. Si el agua de reposición contiene70 ppm de alcalinidad total en una caldera que no deba de exceder la concentración de 700 ppm se podrá operar a 10 ciclos de concentración (700 ppm / 70 ppm = 10 ciclos). Revisando el ejemplo previo si se considera que esta caldera no debe de exceder los 3500 ppm de TDS en el interior de la caldera, y si el agua de reposición tiene 175 ppm de TDS esto significa que en base a TDS el agua puede operar a 20 ciclos de concentración (3500 ppm / 175 ppm = 20 ciclos).

Pero si nosotros basamos nuestros ciclos de concentración en los TDS, la alcalinidad en el interior de la caldera alcanzara los1400 ppm (70 ppm de alcalinidad X 20 ciclos =1400 ppm), se excederá el límite de los700. Por lo tanto la purga en la caldera en este ejemplo deberá de ser realizada en base a la alcalinidad y no en base a los TDS.

Aunque este artículo no esta enfocado a la alcalinidado el tratamiento de la alcalinidad, pero debe de ser obvio que es mejor tener menor purga en la caldera o mayor numero de ciclos de concentración (la purga se convierte en perdida de calor y energía) por lo tanto en algunas ocasiones un Dealcalinizador debe de ser empleado. La reducción de la alcalinidad puede hacer que el control de la purga y los ciclos de concentración se realice en base a los niveles de TDS.

La de alcalinización es un proceso por el cual agua suavizada es pasada hacia una unidad que contiene resina aniónica. La resina aniónica remueve aniones como sulfatos, nitratos, carbonatos y bicarbonatos, estos aniones son reemplazados por cloruros. Sal (cloruro de sodio) es empleada para regenerar la resina aniónica cuando esta se satura.

La necesidad de emplear agua suavizada en el equipo Dealcalinizador es por el peligro de precipitación de carbonato de calcio y de hidróxido de magnesio en la cama del De alcalinizador. Por lo cual, la cama de intercambio iónico del anión obstruirá con materia suspendida. Esto es por que la resina del Dealcalinizador es más ligera que la convencional de un suavizador, por lo tanto el retrolavado es mucho menor y este es insuficiente para remover la materia suspendida. Emplear un suavizador como pretratamiento sirve además de eliminarla dureza del agua como protección al Dealcalinizador.

La concentración permitida en el interior de la caldera de TDS al igual que de alcalinidad va disminuyendo a medida que la capacidad de la caldera de presión se va incrementando. Esto se puede observar en la Tabla A incluida en el sumario de calidad de agua.

Control de Dureza Total

Hasta ahora hemos descrito en pocas palabras lo correspondiente a la concentración de TDS y alcalinidad dentro de la caldera, el tratamiento y efecto de la dureza total en el agua debe de ser revisada al detalle.

La formación de incrustación en las superficies de la caldera es el problema mas serio encontrado en la generación de vapor.

La primera causa de la formación de incrustación, es debido al hecho de que la solubilidad de las sales decrece a medida de que se incrementa la temperatura aumentando la facilidad de precipitación. Consecuentemente, la alta temperatura (y presión) en la operación de las calderas, las sales se vuelven mas insolubles, la precipitación o incrustación aparece. Esta incrustación puede ser prevenida de ser formada en las calderas mediante el empleo de un tratamiento externo. (Suavizador) .Como sea para alcanzar un alto grado de eficiencia, se recomienda el control de la dureza antes de entrar a la caldera, el suavizador en si mismo es un medio muy adecuado para proteger a la caldera de incrustación. El uso de tratamiento interno (productos químicos), son empleados como complementos, para mantener un control de la incrustación en la caldera altamente efectivo. En todos los casos, se tendrá un pequeño remanente de dureza en el agua de alimentación a la caldera, incluso en el agua suavizada, además de encontrar otras sales presentes. Por lo tanto el uso de compañías proveedoras de productos químicos para el tratamiento de la caldera es necesario. La presencia de incrustación en la caldera es equivalente a extender una pequeña capa de aislamiento a lo largo y en toda el área de calentamiento, esta material aislante térmico va a retardar y7o impedir la transferencia del calor, causando perdidas de eficiencia en la caldera, por lo tanto incrementa el consumo de energía.

Un estudio realizado por la WQA (Water Quality Association) en 1980 en calentadores convencionales residenciales, demostró un efecto muy significante en la eficiencia de transferencia de calor, cuando la incrustación estaba presente. La incrustación presente en esos sistemas resulto en un consumo adicional del 22% en BTU´s en unidades operadas con gas y en un 17% en unidades operadas con electricidad.

Además mas importante que el efecto de perdida en la transferencia de calor e incremento en consumo de energía, es que la incrustación puede causar un sobre calentamiento en el metal de los tubos de la caldera, generando fallas de rompimiento en los tubos. Este problema requiere una costosa reparación además de tener que sacar a la caldera del servicio. En las calderas modernas con alta eficiencia de transferencia de calor,

la presencia e incluso extremadamente delgada de incrustación, puede causar una muy seria elevación de la temperatura en los tubos de metal. La cubierta de incrustación retarda el flujo de calor del horno hacia el agua para generar vapor, esta resistencia al calor resulta en un rápido incremento en la temperatura del metal al punto en donde se presenta la falla. El posible daño causado en la caldera no es solo costoso, además es muy peligroso debido a que la caldera opera a presión.

La incrustación puede ser prevenida de formarse en las calderas de forma interna (productos químicos) y/o externa (suavizador). Como sea el tratamiento interno solo es más costoso y se incrementa a elevados rangos de dureza. El uso de un suavizador de agua en conjunto con un tratamiento químico es más efectivo, confiable, seguro y económico, significa control de la calidad del agua en una caldera.

Sumario de calidad del Agua

Antes de discutir técnicas de selección de un equipo suavizador de agua, permítanos revisar rápidamente la calidad del agua en las tres principales áreas , TDS (sólidos disueltos totales) ,alcalinidad y dureza.

• Sólidos Disueltos Totales (TDS)

La concentración máxima de TDS en una caldera de baja presión es 3500 ppm

• Alcalinidad

La concentración máxima de alcalinidad en una caldera de baja presión es 700

Ppm.

• Dureza

La dureza máxima permitida en cualquier caldera, debe de ser prácticamente

“cero” ppm.

INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA DE ALIMENTACION DE CALDERA.

Corrosión

La corrosión de la caldera puede ser debida a dos fenómenos: la corrosión por oxigeno y la corrosión por niveles impropios de pH.

Para evitar la corrosión por oxigeno libre se suele emplear un desgasificador externo que nos reduce el nivel de oxigeno a 0.005 cc/litro, si la instalación carece de desgasificador se instala un condensador de superficie con un pozo caliente desgasificador que nos reduce el oxigeno a 0.33 cc/litro.

También se puede emplear sulfito sódico que se puede inyectar a través del desgasificador o de la aspiración de la bomba de alimentación (ya que necesita un tiempo de reacción antes de entrar en la caldera).

Para mantener el pH en valores adecuados (10.5-11), se añade de forma continua sosa cáustica o fosfato trisódico , el uso del fosfato trisódico presenta mas problemas ya que se precisan altas concentraciones para obtener el pH deseado y este compuesto tiene una solubilidad limitada.

Formación de lodos

Para la prevención de la formación de lodos en calderas de alta presión, la dureza del agua debe ser reducida a cero (0 a 2 ppm de dureza).

Manteniendo una alcalinidad correcta en el agua, se producen lodos no adherentes fácilmente eliminable mediante la purga intermitente. El magnesio se elimina generalmente en forma de hidróxido de magnesio o silicato de magnesio (no adherentes), mientras que el fosfato de magnesio se formaría si la alcalinidad fuese demasiado baja, dando un lodo mucho más adherente.

Normalmente es suficiente con mantener una concentración de fosfato de 10-20 ppm.

Prevención de arrastre

El Arrastre se puede dividir en dos partes:

• Elementos transportados mecánicamente por el vapor y agua.

• Elementos que se volatilizan en el vapor.

El arrastre mecánico se controla dentro de los límites del diseño, manteniendo la concentración de sólidos, correspondiente a cada presión, entre ciertos límites, eliminando la materia grasa y las sustancias orgánicas y controlando la alcalinidad.

La sílice se volatiliza a altas presiones siendo arrastrada por el vapor. Para reducir estos arrastres, a presiones mayores de 70 kg/cm2, se mantiene la sílice por debajo de 5 ppm en el agua de la caldera. Esto se controla con una purga, pero en algunas instalaciones se controla añadiendo oxido de magnesio o magnesio clorado directamente en la caldera, en cuyo caso no se puede emplear fosfato ya que se podría formar un lodo muy adherente.

Unidad de Tratamiento de Agua

La unidad de tratamiento de agua trata de reducir la dureza cálcica (contenido en sales cálcicas) a valores de 3 ppm. El tratamiento consta de las siguientes fases:

• Ablandado por cal.

• Filtrado.

• Ablandado por resinas de intercambio iónico.

Ablandado por cal

Se realiza en un depósito ablandador donde entra el agua y se mezcla con los agentes químicos que producirán la precipitación de parte de las sales causantes de la dureza del agua, reduciendo esta a unos 300 ppm. Los reactivos utilizados son:

• Hidróxido cálcico: el pH se vuelve muy básico haciendo así precipitar las sales disueltas.

• Sulfato de alúmina: actúa de floculante favoreciendo la precipitación de las sales antes formadas.

De este proceso se obtiene, además del agua ablandada, un lodo que se recoge en el fondo cónico del ablandador, se lleva a un concentrador de lodos, a un tanque de almacenamiento y finalmente lo carga un camión de retirada.

El agua ablandada es almacenada en un tanque pulmón.

Filtrado

La misión de esta parte es eliminar la turbidez del agua ablandada, y el equipo consta de seis filtros con relleno de arena colocados en paralelo por los que se hace pasar el agua quedándose retenidas en la arena las partículas que llevase el agua en suspensión.

Ablandamiento por resinas de intercambio iónico

El objetivo de esta ultima fase es el de reducir la dureza a un nivel muy bajo (3 ppm).

El equipo consta de varios depósitos rellenos de resinas (zeolitas). Las zeolitas son unos polímeros orgánicos que tienen la propiedad de intercambian el calcio y el magnesio (que lleva el agua) por átomos de sodio de la propia zeolita, así eliminan la dureza del agua procedente de filtros hasta los niveles indicados.

Como es de esperar, la zeolita va perdiendo el sodio a cambio del calcio y magnesio que toma del agua, llegando un momento en el que ya no tenga mas sodio para el intercambio, por esto hay que someter a las zeolitas a ciclos de regeneración periódicos mediante el paso de una corriente de una disolución de sal saturada de la cual la zeolita se carga de nuevo de iones sodio.

Planta de osmosis

La planta de osmosis basa su funcionamiento en el proceso de “osmosis inversa” que es una técnica de separación de diferentes elementos.

Se debe conocer previamente el concepto de osmosis: Cuando entre una solución salina y otra de solvente se intercala una membrana semipermeable.

El solvente se difunde a través de la membrana semipermeable para diluir la disolución salina. La fuerza que impulsa este proceso se llama “presión osmótica”, y el paso de solvente continúa hasta que se equilibran las presiones.

Osmosis

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Ejerciendo una presión externa superior a la presión osmótica sobre la solución concentrada, el flujo se invierte, este proceso es el denominado “Osmosis Inversa”.

Osmosis inversa

Requerimientos Agua Alimentación y Caldera

Sobre al base de las recomendaciones de la Norma Británica BS – 2486, la ABMA (American Boiler Manufacturing Association) y el TÜV, se han preparado las siguientes tablas que muestran los requerimientos que deberá satisfacer el agua de alimentación y el agua de una caldera para prevenir incrustaciones y corrosión en calderas de baja presión (hasta 10 bar).

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Problemas más Frecuentes

A continuación se describen los problemas, asociados al tratamiento de agua, encontrados con mayor frecuencia en las calderas.

I. Corrosión

Las principales fuentes de corrosión en calderas son la Corrosión por Oxígeno o “Pitting” y la Corrosión Cáustica.

A continuación se describe en que consiste cada uno de estos tipos de corrosión, cuáles son los factores que la favorecen, que aspecto tiene y de que manera pueden ser prevenidas

1. Corrosión por Oxígeno o “Pitting”.

La corrosión por oxígeno consiste en la reacción del oxígeno disuelto en el agua con los componentes metálicos de la caldera (en contacto con el agua), provocando su disolución o conversión en óxidos insolubles.

Los resultados de este tipo de corrosión son tubérculos de color negro,

los que se forman sobre la zona de corrosión, tal como lo muestra la figura.

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Dado que la corrosión por oxígeno se produce por la acción del oxígeno disuelto en el agua, esta puede producirse también cuando la caldera se encuentra fuera de servicio e ingresa aire (oxígeno).

La prevención de la corrosión por oxígeno se consigue mediante una adecuada desgasificación del agua de alimentación y la mantención de un exceso de

secuestrantes de oxígeno en el agua de la caldera.

Corrosión Caústica

La corrosión cáustica se produce por una sobreconcentración local en zonas de

elevadas cargas térmicas (fogón, cámara trasera, etc.) de sales alcalinas como la soda cáustica.

Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de cavidades profundas, semejantes al “pitting” por oxígeno, rellenas de óxidos de color negro, presentes solamente en las zonas de elevada liberación térmica (fogón, placa trasera y cámara trasera) de una caldera.

La corrosión cáustica puede ser prevenida manteniendo la alcalinidad, OH libre y pH del agua de la caldera dentro de los límites recomendados en el punto 4.

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Corrosión Líneas Retorno Condensado

Las líneas de retorno de condensado, lógicamente no forman parte de una caldera, sin embargo, su corrosión tiene efectos sobre las calderas y puede ser prevenida con el tratamiento de agua.

La corrosión de la las líneas de retorno de condensado tiene efectos sobre una caldera, ya que, los óxidos (hematita) producidos son arrastrados a la caldera con el agua de alimentación. Toda caldera cuyo lado agua tiene un color rojizo presenta problemas de corrosión en las líneas de retorno de condensado.

La corrosión en las líneas de retorno de condensado se produce por la acción del ácido carbónico que en éstas se forma.

La prevención de la corrosión en las líneas de retorno de condensado, puede ser conseguida mediante aminas neutralizantes que neutralizan la acción del ácido carbónica y aminas fílmicas que protegen las líneas.

Estas aminas son volátiles por lo que al ser dosificadas a las líneas de alimentación de agua, son arrastradas por el vapor producido en la caldera.

Incrustaciones

Las incrustaciones corresponden a depósitos de carbonatos y silicatos de calcio y magnesio, formados debido una excesiva concentración de estos componentes en el agua de alimentación y/o regímenes de purga insuficientes.

En la figura 1 es posible observar la corrida superior de los tubos de humo de una caldera con incrustaciones de espesores superiores a los 8 mm.

La acción de dispersantes, lavados químicos o las dilataciones y contracciones de una caldera pueden soltar las incrustaciones, por lo que deben ser eliminadas de una caldera muy incrustada para prevenir su acumulación en el fondo del cuerpo de presión, tal como lo muestra la figura 2.

En el caso de que estas incrustaciones no sean removidas, se corre el riesgo de embancar la caldera y obstruir las líneas de purga de fondo, con lo que el problema puede tornarse aun más grave.

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Incrustaciones de tubos de humos

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Acumulaciones de Incrustaciones en fondo cuerpo presión caldera.

La presencia de incrustaciones en una caldera es especialmente grave debido a su baja conductividad térmica actúa como aislante térmico, provocando problemas de refrigeración de las superficies metálicas y puede llegar a causar daños por sobecalentamiento.

En la figura 3 se muestra el efecto del espesor de la capa de incrustaciones de una caldera, en la temperatura del metal. A medida que aumenta el espesor de la capa de incrustaciones, para un mismo flujo de calor, aumenta la temperatura del metal.

La formación de incrustaciones en una caldera puede ser prevenida, satisfaciendo los requerimientos del agua de alimentación y agua de la caldera incluidos en el punto 4, tratando el agua de alimentación y manteniendo adecuados regímenes de purga.

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Efecto de incrustaciones y flujo de calor en la temperatura del metal.

Arrastre de Condensado

El arrastre de condensado en una caldera tiene relación con el suministro de vapor húmedo (con gotas de agua). El suministro de vapor húmedo puede tener relación con deficiencias mecánicas y químicas.

Las deficiencias mecánicas tienen relación con la operación con elevados niveles de agua, deficiencias de los separadores de gota, sobrecargas térmicas, variaciones bruscas en los consumos, etc.

Por otro lado las deficiencias químicas tienen relación con el tratamiento de agua de la caldera, específicamente con excesivos contenidos de alcalinidad, sólidos totales (disueltos y en suspensión) y sílice, que favorecen la formación de espuma.

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Arrastre de condesado por excesiva concentración de sólidos.

Para prevenir el arrastre debido a deficiencias en el tratamiento de agua, se recomienda mantener los siguientes límites de los contenidos de alcalinidad, sólidos totales y sílice:

• Alcalinidad total (CaCO3) < 700 ppm

• Contenido de sílice (SiO2) < 150 ppm

• Sólidos disueltos < 3500 ppm

En la figura se muestran una vista interior de la cámara de vapor de una caldera, en cuyas paredes se nota la irregularidad del nivel de agua provocada por un excesivo contenido de sólidos en el agua.

Equipos Tratamiento de Agua

En la figura se muestran los equipos que intervienen en el tratamiento de agua de una planta térmica.

En la anterior figura se muestran ablandadores, bombas dosificadoras y un desgasificador con su respectiva estanque de almacenamiento de agua.

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Equipos tratamiento de agua para calderas.

Ablandadores

La función de los ablandadores es eliminar los iones de Ca y Mg, que conforman la dureza del agua y favorecen la formación de incrustaciones en una caldera.

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Ablandadores

El principio de funcionamiento de estos equipos se basa en un proceso llamado “intercambio iónico”, que consiste en la sustitución de estos iones por sodio (Na) para obtener agua para ser utilizada en calderas.

Los ablandadores están compuestos por resinas, que poseen una capacidad de intercambio de iones de calcio y magnesio por sodio.

En el caso de que la capacidad de entrega de agua blanda de estos equipos se vea disminuida (agua entregada con dureza mayor a 6 ppm expresada como CaCO3), es necesario llevar a cabo una regeneración para recuperar la capacidad de intercambio de las resinas.

La regeneración es realizada con sal sódica (NaCl) de calidad técnica con una concentración de 150 a 250 gr/l de resina.

Desgasificador

La función de un desgasificador en una planta térmica es eliminar el oxígeno y dióxido de carbono disuelto en el agua de alimentación de las calderas para prevenir problemas de corrosión o “pitting”.

En la figura se muestra el arreglo típico de los desgasificadotes generalmente utilizados para eliminar los gases disueltos del agua de alimentación de las calderas.

Los componentes principales de un desgasificador, identificados en la figura anterior, son los siguientes:

Torre de desgasificación.

Estanque de agua de alimentación.

Manómetro.

Termómetro bimetálico.

Nivel de agua.

Válvula venteo.

Válvula drenaje estanque de agua alimentación.

Válvula retención línea retorno de condensado.

Válvula retención línea agua de reposición.

Válvula rompedora de vacío.

Trampa de vapor de flotador para el rebalse.

Válvula reductora de presión de vapor.

Filtro línea vapor.

Válvula de paso línea vapor.

Válvula de seguridad.

Válvula de paso línea vapor

Válvula de retención línea vapor.

Control de nivel.

Botella control de nivel.

Válvulas de paso control de nivel.

Controlador de nivel.

Válvula solenoide.

Filtro línea agua de reposición.

Válvulas de paso línea agua de reposición.

Válvula termostática (control temperatura agua estanque almacenamiento).

Filtro línea vapor (calentamiento agua estanque almacenamiento).

Válvula de paso línea vapor (calentamiento agua estanque almacenamiento).

Válvula de retención línea vapor.

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Degasificador.

El principio de funcionamiento de los desgasificadores se basa en el hecho que la solubilidad de los gases disueltos en el agua (O2 y CO2) disminuye cuando el agua está en el punto de ebullición (100 °C a presión atmosférica), tal como lo muestra la figura.

Solubilidad del oxígeno en función de la temperatura del agua.

La torre de los desgasificadores está compuesta por bandejas y/o boquillas en las que se aumenta la superficie del agua alimentada, formando cascadas o atomizándola para favorecer la liberación de los gases disueltos.

El agua que desciende por la torre es calentada hasta la temperatura de ebullición por vapor alimentado en contraflujo. La cantidad de vapor alimentada a la base del desgasificador es controlada por una válvula reductora de presión, encargada de mantener la presión de ebullición del agua.

También existe una válvula termostática que controla la cantidad de vapor alimentada al estanque de almacenamiento para mantener el agua a la temperatura de ebullición.

Los gases descargados por el agua son eliminados a través del venteo existente en la parte superior de la torre.

Purgas Automáticas

Las purgas automáticas utilizadas generalmente en calderas son las purgas automáticas de fondo y las purgas automáticas de superficie.

La purga automática de fondo (6) está compuesta por una válvula con un actuador y un temporizador en el que se programan los ciclos de purgas (cantidad y duración) de fondo requeridas por el tratamiento de agua utilizado en la caldera.

La purga de fondo automática permite realizar en forma automática las tareas de purga, que debe efectuar el operador en forma manual.

Purgas automáticas para calderas.

La purga automática de superficie (3) está compuesta por un sensor de conductividad, una válvula con actuador y un controlador. El sensor de conductividad mide la

conductividad del agua de la caldera (sólidos disueltos) y envía esta información al controlador. El controlador compara esta medición con el valor de conductividad máxima programado, para luego abrir o cerrar la válvula de purga según los resultados de esta comparación.

La purga automática de superficie permite mantener en forma automática los ciclos de concentración requeridos por la caldera. La instalación de este tipo de purgas en una caldera permite obtener ahorros (referencia ahorro = 1,5 %) de energía (combustible) por cuanto se elimina por la purga solo la cantidad de agua necesaria para satisfacer los requerimientos del tratamiento de agua.

Productos Químicos Tratamiento

Los productos químicos utilizados generalmente en calderas son los secuestrantes de oxígeno, dispersantes, anti-incrustantes, protectores y neutralizantes para las líneas de retorno de condensado.

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

Ciclos de Concentración

Los ciclos de concentración de las impurezas presentes en el agua de una caldera determinan los requerimientos de purga necesarios para prevenir problemas de corrosión y/o incrustaciones.

Las purgas son necesarias, ya que, al producirse la evaporación del agua los sólidos disueltos en el agua permanecen en la caldera, pudiendo llegar a concentrarse por sobre su solubilidad y precipitar formando incrustaciones.

La definición de los ciclos de concentración con los que debe trabajar una caldera se realiza a partir del análisis del agua de alimentación de la caldera y los parámetros recomendados en el punto 2.

Los ciclos de concentración de una caldera quedan definidos por la siguiente fórmula:

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Ciclos de concentración.

Donde:

Nc : Ciclos de concentración.

Ca : Concentración impurezas en agua de alimentación.

Cc : Concentración impureza en caldera.

Entre las impurezas para las que deben determinarse los ciclos de concentración figuran las siguientes:

• Sólidos disueltos

• Sílice

• Alcalinidad

• Hierro

El ciclo de concentración utilizado para determinar el régimen de purgas en la caldera será el menor de los calculados para las anteriores impurezas.

El control de que el ciclo de concentración que se mantiene en una caldera es el requerido se realiza mediante la medición de los cloruros en el agua de alimentación y agua de la caldera. Los cloruros son utilizados como variable de control, ya que, no participan en el tratamiento de agua y son fáciles de medir (método de las gotas: reacción entre el nitrato de plata y el cloruro, para formar cloruro de plata y producir un cambio de coloración).

En el caso de contar con un conductivímetro es posible controlar el ciclo de concentración utilizado, comparando la conductividad del agua de alimentación con la del agua de la caldera.

CONCLUSION

Este trabajo pretende llamar la atención sobre la importancia del tratamiento de agua de las calderas.

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

Solo a través de tratamientos de agua rigurosos e inspecciones periódicas, por parte de especialistas, es posible asegurar la efectividad en la protección de las calderas.

Es por ello que se presenta la necesidad de conocer y aplicar el mejor conocimiento par tener las condiciones idóneas del agua para una caldera.

Para el superintendente o el jefe de planta, el supervisor de turno, el operador, el fogonero, el estudiante de ingeniería mecánica o para cualquier persona que éste o vaya a estar relacionada con la generación de vapor; se ha descrito en este trabajo un poco sobre que tratamiento recibe el agua de calderas, esperando que sea de gran utilidad.

BIBLIOGRAFIA

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• Instalaciones de tratamiento de agua de alimentación de calderas. Recuperado el 16 de Noviembre de 2010 [en línea]. Consultado en http://www.mavainsa.com/documentos/4_tratamiento_agua.pdf

• Tratamiento de agua para calderas. Recuperado el 16 de Noviembre de 2010 [en línea]. Consultado en http://www.norese.com/publicaciones/Tratamiento%20Agua%20Calderas.pdf

• Calidad de agua para generadores de vapor. Recuperado el 16 de Noviembre de 2010 [en línea]. Consultado en http://www.scribd.com/doc/18356658/Manual-de-Calderas-y-Tratamiento-de-Agua

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