tratamiento agua
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INTRODUCCIÓN
TRATAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
El tratamiento y acondicionamiento de agua para uso en calderas y torres de enfriamiento, es una parte especial de la tecnología del agua ya que en estos procesos ocurren cambios y alteraciones en las características del agua.
La evaporación que ocurre cuando el agua se emplea en estos procesos, concentra las sales disueltas en el agua alcanzan su punto de saturación y se separan del agua formando cristales algunos de ellos difíciles de remover y que dañan los equipos al formar incrustaciones en tuberías y accesorios de calderas y equipos de calentamiento y evaporación.
El tratamiento de agua se aplica con mucha frecuencia y en muchas industrias ya que los equipos de calentamiento y de evaporación se emplean en prácticamente todas las industrias como es la de generación de energía, farmacéutica, química, petroquímica, alimenticia, metalúrgica, manufacturera, de servicios y prácticamente en todos los sitios de producción y de servicios se dispone de calderas para calentamiento del agua y de equipos evaporativos para enfriamiento de esta.
Los equipos y accesorios se dañan en mayor intensidad en estos procesos de calentamiento y evaporación que en los procesos en los cuales el agua no sufre transformaciones físicas, por lo que es conveniente dar tratamiento al agua de proceso y agregar compuestos químicos que neutralicen y compensen por los efectos de calentamiento y concentración.
Esta presentación pretende entregar antecedentes de importancia que se deben considerar en el tratamiento de agua; esto dado que un tratamiento inadecuado afecta directamente la vida útil, eficiencia y seguridad en la operación de las calderas industriales; se entregaran además recomendaciones para la definición de programas de tratamiento de agua y se explicara cómo detectar los problemas más frecuentes.
El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reducir reparaciones de importancia y accidentes.
El objetivo principal del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera.
El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua de la caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las normas, que definen los límites recomendados para los parámetros involucrados en el tratamiento del agua.
ALIMENTACIÓN DE AGUA EN CALDERAS
Refiriéndonos a la utilización de agua para calderas, se encuentran establecidos algunos mandatos, los cuales aseguran el buen procedimiento de nuestro proceso y que este se realiza de la forma más eficiente posible y evitando causar daños a nuestros equipos, dentro de estos se mencionan los siguientes:
1. La turbiedad del agua de alimentación debe ser menor 10 ppm2. La dureza debe ser inferior a 35 ppm3. No debe contener aceites ni substancias corrosivas4. El PH no debe ser menor a 7
EQUIPOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA EN CALDERAS
EQUIPO COMERCIAL
EQUIPO INDUSTRIAL
Ablandadores
Los ablandadores funcionan bajo el principio de intercambio iónico, mediante una
resina que secuestra los iones de calcio y magnesio, intercambiándolos por iones
sodio con el objetivo de disminuir la dureza del agua y prevenir las incrustaciones.
Una vez saturada la resina, se produce la regeneración de ésta, comandada por
un cabezal automático o semiautomático, utilizando cloruro de sodio (sal) que
repone los iones intercambiados para continuar con el proceso de ablandamiento.
Filtro Multimedia Automático
El filtro multimedia tiene por finalidad la remoción de sólidos
suspendidos que afectan la calidad del agua mediante diferentes
medias filtrantes capaces de retener distintos tamaños de partículas
dejando el agua libre de impurezas. Este equipo tiene por ventaja la
limpieza automática por retrolavado y bajo costo de mantención, ya
que se encuentra comandada por una válvula digital auto-
programable para la realización de limpieza de filtro.
Carcasas Porta Filtro
Carcasas fabricadas en polipropileno reforzado de alta calidad de
variadas dimensiones, capaces de soportar la contención de los
distintos tipos de filtros de cartucho y la presión ejercida por el flujo
del agua a tratar.
Desgasificador
La función de un desgasificador en una planta térmica, es eliminar el
oxigeno y dióxido de carbono disuelto en el agua de alimentación en las
calderas para prevenir problemas de corrosión.
El principio de funcionamiento de los desgasificadores se basa en el hecho
que la solubilidad de los gases disueltos en el agua (O” y CO2) disminuye
cuando el agua está en el punto de ebullición (100ºC a presión atmosférica)
Componentes principales de un desgasificador
Medidor Manual para el pH
El medidor manual diseñado para determinar el pH y temperatura del agua
o fluido de producto. Este modelo compacto y de fácil utilización permite
determinar de manera rápida y efectiva el parámetro requerido en distintos
puntos de proceso o muestreo.
Estaques de Fibras FRP
Los tanques de fibra de vidrio son utilizados para el montaje de filtros
automáticos de carbón activado, filtros multimedia, ablandadores, entre
otros.
Medidor de sulfatos
Los sulfatos se usan en algunos tipos de calderas para reducir el calcio y el
magnesio existentes, con el fin de controlar la formación de incrustaciones. Sin
embargo, los iones de sulfato juegan un papel importante en la corrosión de las
calderas de alta presión, de las turbinas eléctricas y de su intercambiador de calor.
Por este motivo, en las aguas usadas para la producción de energía eléctrica, la
concentración de estos iones se tiene bajo control normalmente por debajo de un
determinado nivel.
Medidor de turbidez
La turbidez se mide en NTU: Unidades Nefelométricas de Turbidez. El instrumento
usado para su medida es el nefelómetro o turbidímetro, que mide la intensidad de
la luz dispersada a 90 grados cuando un rayo de luz pasa a través de una muestra
de agua.
La unidad usada en tiempos antiguos era las JTU (Unidades de Turbidez de
Jackson), medidas con el turbidímetro de vela de Jackson. Esta unidad ya no está
en uso estándar.
Una medición de la turbidez puede ser usada para proporcionar una estimación de
la concentración de TSS (Sólidos Totales en Suspensión), lo que de otra forma es
un parámetro tedioso y difícil de medir.
Medidor de turbidez
Sistemas de osmosis Inversa
Equipo sofisticado, encargado de remover sólidos disueltos en el agua, ya sean
sales, moléculas orgánicas, etc. a muy alta presión. El liquido se conduce a las
membranas semi-permeables, para pasar de un estado de alta concentración, a
un estado bajo. Libera hasta en un 99.5% el agua tratada de sus contaminantes.
Esta membrana solo dejará pasar las moléculas de agua, atrapando, incluso las
sales disueltas. Durante la operación, el agua misma es usada para lavar la
membrana, lo que disminuye los gastos de operación. Aunque la mayoría de las
veces, el equipo de Osmosis Inversa es la parte final del Sistema de Tratamiento
de Aguas Residuales por la fineza de su trabajo, se utiliza en procesos de
Potabilización, Agua para proceso, Desalinización, etc.
Sistemas de osmosis Inversa
Membranas de Osmosis inversas
Estos dispositivos están compuestos por una membrana
de varias capas semipermeables y tiene como objetivo
remover sólidos: sales, iones, metales pesados y
microorganismos como virus y bacterias.
El mecanismo de funcionamiento de estas membranas es
por medio de diferencial de concentración entre el fluido a
tratar o región de alta concentración y la región de baja
concentración entre las cuales se sitúa la membrana
semipermeable, reteniendo los contaminantes a eliminar.
Productos Químicos Tratamiento
Los productos químicos utilizados generalmente en calderas son los secuestrantes
de oxígeno, dispersantes, anti-incrustantes, protectores y neutralizantes para las
líneas de retorno de condensado.
La dosificación de los productos químicos debe ser realizada al estanque de
almacenamiento de agua, en el caso de los secuestrantes de oxígeno, que son
más efectivos mientras mayor es su tiempo de residencia en el agua antes de
llegar a la caldera y a la línea de alimentación de agua en el caso de los
dispersantes, anti-incrustantes y tratamiento para las líneas de retorno de
condensado.
Consecuencias que se producen por un mal tratamiento del agua
Las plantas térmicas necesitan para su buen funcionamiento, un agua limpia y sin
impurezas, debido a que éstas provocan suciedad, problemas de
incrustaciones en las tuberías de las calderas. Además el agua que alimenta a
la caldera no debe tener oxígeno disuelto, pues éste produce corrosión. Por otro
lado debe tener un pH adecuado y ser libre de dureza. Por estos motivos es
necesario controlar permanentemente la calidad del agua. Entonces, para que el
agua sea apta para su utilización en calderas debe someterse a diferentes
tratamientos físicos y químicos.
Problemas causados por el mal tratamiento de aguas de calderas.
Incrustaciones
Son depósitos en forma de costra dura, producidos por las Sales de Calcio y
Magnesio que se adhieren en las superficies metálicas de la caldera. Por su
carácter aislante, afectan la transferencia de calor al agua reduciendo la capacidad
de la caldera, provocan recalentamientos de los tubos, con el consiguiente peligro
de deformaciones o roturas y restringen el paso del agua (calderas
acuotubulares). Los depósitos, también pueden originarse en la precipitación de
sólidos en suspensión, recibiendo el nombre de lodos adheridos.
En el caso de que estas incrustaciones no sean removidas, se corre el riesgo de
embancar la caldera y obstruir las líneas de purga de fondo, con lo que el
problema puede tornarse aun más grave. La presencia de incrustaciones en una
caldera es especialmente grave debido a su baja conductividad térmica actúa
como aislante térmico, provocando problemas de refrigeración de las superficies
metálicas y puede llegar a causar daños por sobrecalentamiento.
EFECTOS /
CONSECUENCIAS:
•Reducción de transferencia de calor
•Mayor consumo de combustible
•Sobrecalentamiento de tubos
•Rotura de tubos
•Detenciones no programadas
•Pérdidas de producción
•Incidentes / Accidentes
I
INCRUSTACION EN LOS TUBOS
Corrosión
Uno de los problemas de desgaste en una caldera son los daños que se presenta
la corrosión. El oxígeno disuelto presente en el agua causa el desgaste del fierro
de la estructura metálica de la caldera formando hidróxido férrico y esto causa
corrosión por picadura que aparece en puntos muy localizados de la estructura.
No solo el oxígeno es causante de la picadura, también el bióxido de carbono
causa corrosión y este gas se genera abundantemente cuando el agua se calienta
hasta el punto de ebullición. Para evitar o disminuir al mínimo la corrosión,
deberán separarse los gases y ventilarse a la atmósfera, sin embargo no se
separan todos los gases y sus efectos corrosivos son neutralizados por la adición
de reactivos que reaccionan con el oxígeno como lo es el sulfito de sodio.
INHIBIDOR
Inhibidor de Corrosión
La química de agua tiene un impacto directo en la eficacia de la caldera y uso de
combustible. Un tratamiento de agua inadecuado permitirá formación de
incrustaciones y corrosión. Características Inhibidor La incrustación aísla las zonas
de intercambio de calor, por lo cual se requiere uso de mayor combustible.
Una incrustación “moderada” de 1,5 mm genera un consumo de 10% más de
combustible que la misma caldera limpia. La corrosión reduce esperanza de vida
de equipo y requiere gastos importantes para la reparación.
La corrosión es un término general que indica la conversión de un metal en un
compuesto soluble.
Corrosión por Oxígeno
La corrosión por oxígeno
consiste en la reacción
del oxígeno disuelto en el
agua con los componentes
metálicos de la caldera
(en contacto con el agua), provocando su disolución o conversión en óxidos
insolubles. Los resultados de este tipo de corrosión son tubérculos de color negro,
los que se forman sobre la zona de corrosión. Dado que la corrosión por oxígeno
se produce por la acción del oxígeno
disuelto en el agua, esta puede
producirse también cuando la
caldera se encuentra fuera de servicio
e ingresa aire (oxígeno).
Corrosión Cáustica.
La corrosión cáustica se produce por una sobre concentración local en zonas de
elevadas cargas térmicas (fogón, cámara trasera, etc.) de sales alcalinas como la
soda cáustica. Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de cavidades
profundas, semejantes al “pitting” por oxígeno, rellenas de óxidos de color negro,
presentes solamente en las zonas de elevada liberación térmica (fogón, placa
trasera y cámara trasera) de una caldera.
Corrosión 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 las líneas de retorno de
condensado tiene efectos sobre una caldera, ya que, los óxidos (hematita)
producidos son arrastrados a la caldera con el agua de alimentación. Toda caldera
cuyo lado tiene un color rojizo presenta problemas de corrosión en las líneas de
retorno de condensado.
Corrosión por actividad salina diferenciada
Este tipo de corrosión se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la
superficie metálica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos
una pila galvánica en donde la superficie expuesta a la menor concentración salina
se comporta como un ánodo.
Corrosión galvánica
Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí
actúan como ánodo y el otro como cátodo. Aquel que tenga el potencial de
reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o
especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá
como una reducción. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica. En
donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se
reduce (cátodo) acepta los electrones.
Precipitación de sólidos (barros)
Los sólidos disueltos y suspendidos que pueda contener el agua sedimentan y
precipitan parcialmente cuando el agua se evapora. La mayoría de los sólidos
suspendidos se concentran y son removidos atraves de las purgas. Esta purga
debe efectuarse precisamente para mantener en equilibrio de los sólidos en la
caldera ya que cuando parte del agua se evapora deja los sólidos disueltos que le
acompañan y se acumulan en la caldera.
Los sólidos disueltos pueden salir por las purgas o mantenerse como por ejemplo
carbonato de calcio y óxidos de magnesio principalmente. La sílice presente en el
agua también es parte de los precipitados y contribuye a hacer de estos más
firmes y difíciles de desprender y lo mismo ocurre con las partículas sólidas que el
agua pueda contener, por lo que calcio y magnesio (dureza del agua), sílice y
sólidos suspendidos son factores de control en el tratamiento de agua para
calderas. Estos sólidos disuelto y suspendidos producen sobrecalentamientos que
provocan deformaciones que pueden ser altamente peligrosas. Se eliminan a
través de las extracciones de fondo, que deben efectuarse de acuerdo a lo
especificado por personal técnico. Lo correcto es, sin embargo, que estas
impurezas sean eliminadas antes de ingresar a la caldera.
Arrastre
Ocurre cuando el vapor que sale de la caldera, lleva partículas de agua líquida en
suspensión. Los sólidos disueltos en esas partículas, se depositan en los
elementos y equipos donde circula. Al utilizar el vapor provocan problemas de
funcionamiento de los sistemas de vapor. Este fenómeno, está muy asociado a la
formación de espuma en la superficie del agua.
Fragilidad Cáustica
Es el agrietamiento (pequeñas
fisuras) de los tubos y
elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el agua contiene
hidróxido de sodio en exceso.