30715747 Las Agua de Caldero y Sus Problemas

7/30/2019 30715747 Las Agua de Caldero y Sus Problemas

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UNIVERSIDAD TCNICA DE AMBAFACULTAD DE CIENCIA E INGENIERA EN A

OPERACIONES UNITARIAS

PROFESOR: Ing. Vladimir Moya

CURSO: 5to A Alimentos

ESTUDIANTES: Patricia CaizaDaro Ojeda S.

FECHA: 13/01/2010.

TEMA: TRATAMIENTO DEPARA CALDERAS DE VAP


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LAS AGUA DE CALDERO Y SUS PROBLEMAS

Uno de los usos ms importantes del agua en la Industria, es como elemento detransferencia calrica. Esta funcin se realiza a travs de intercambiadores de calor o encalderos. En ste ltimo, la energa qumica contenida en los combustibles, es transformada

en energa calrica, para ser usada en procesos diversos.Las condiciones en las que operan los calderos y otros equipos de transferencia de calor,hace que las mnimas cantidades de impurezas contenidas en el agua, representenproblemas muy serios dentro de dichos equipos.

LOS PROBLEMAS.- Cuatro son los problemas ms importantes, que se presentan en loscalderos, como consecuencia de las caractersticas del agua con que operan.

1.- INCRUSTACIONES.- Toda agua por muy pura que sea, lleva disueltas sales diversas,como consecuencia de su contacto con el ambiente o con las capas terrqueas por la que

discurre. Entre esas impurezas, las sales del calcio y magnesio revisten una importanciamxima, debido a que dichas sales son muy poco solubles y en consecuencia tienden aprecipitarse sobre las superficies, produciendo una capa dura y asilante de difcil remocin.A eso se llama incrustacin. A dichas sales se las conoce como dureza del agua. El agua estanto ms dura, cuanto mayor contenido de sales de calcio y magnesio tiene. No obstanteque estos dos elementos no son los nicos que imparten esta caracterstica, s son los msimportantes. La dureza se encuentra en el agua bajo diversas formas o sales, las mscomunes son: bicarbonatos, carbonatos, sulfatos, nitratos, cloruros, etc. del calcio ymagnesio. El contenido de dureza de un agua se determina por anlisis y se expresa comoppm, gpg, epm, etc.

De lo anterior se infiere, que con el objeto de evitar la formacin de incrustaciones, nos

basta bsicamente con eliminar toda la dureza contenida en el agua. A esta operacin sedenomina ABLANDAMIENTO DEL AGUA.La slice u xido de silicio es tambin una impureza que se encuentra comnmente disueltaen el agua y que al igual que la dureza, tiende a producir sedimentos duros, cuando suconcentracin en el caldero sobrepasa sus niveles de solubilidad. Estos sedimentos oincrustaciones son muy difciles de remover, inclusive con cidos minerales fuertes.


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2.- CORROSION.- Corrosin es un proceso degradativo del hierro y otros metales por elcual el metal pierde gradualmente sus caractersticas fsicas y estructurales. La corrosinest ligada, bsicamente, a procesos oxidativos, los cuales se explican por fenmenos detipo electroqumicos.La corrosin provoca la desintegracin del metal y en consecuencia una degradacin en suscaractersticas estructurales y fsicas.CAUSAS.- Las principales causas de la corrosin son:

1.- Presencia de oxgeno disuelto en el agua.

2.- Presencia de anhdrido carbnico ( CO2 )3.- Presencia de cidos orgnicos o inorgnicos

El agua al encontrarse en contacto con la atmsfera disuelve cierta cantidad de gases de lamisma, tales como oxgeno y anhdrido carbnico.Cuanto ms fra est el agua tanto ms oxgeno puede disolver.La tabla No. 2 muestra la solubilidad del oxgeno en agua a diversas temperaturas.Estos gases son dos elementos, que entran fcilmente a reaccin con el hierro, provocandosu corrosin y destruccin.

La corrosin puede tambin ser consecuencia de la presencia de otros compuestos talescomo cidos, sustancias orgnicas, etc. Igualmente por la presencia de ciertas sales, comosulfatos, carbonatos y a veces cloruros de magnesio, cuyo ciclo de reaccin termina enhidrxido de magnesio y el cido correspondiente, representando elementos nocivos, por lacorrosin que pueden provocar.


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Las consecuencias de la corrosin son fundamentalmente, la destruccin del equipo elincremento en los costos de mantenimiento y fallas que pueden ser de consecuenciasimpredecibles. En la industria se tienen muy en cuenta los aspectos de corrosin en elcaldero, por los altos costos que stos representan.Los medios normalmente usados, para resolver este problema son dos: deareacin odesgasificacin del agua por -accin de la temperatura y tratamiento qumico del aguautilizada.La deareacin, se lleva a cabo en equipos especiales o deareadores en los cuales se eliminael oxgeno y el CO2 por arrastre con vapor.

3.- ARRASTRE.- Es el fenmeno por el cual, el vapor producido en el caldero, llevaconsigo partculas o gotitas de agua lquida, que por no ser portadoras de calor latente deevaporacin, no slo no contribuyen en nada al transporte calrico, sino que restaneficiencia a los elementos de transferencia y contribuyen a la falla de otros elementos en loscircuitos de vapor y condensado, como turbinas, trampas, vlvulas o tuberas de vapor.

CAUSAS:- Contenido excesivo de slidos disueltos.- Contaminacin del agua con aceite, animales, vegetales o minerales.,- Niveles demasiados altos de agua.- Demandas sbitas y excesivas de vapor- Defectos de construccin de la caldera.

La Tabla No. 3 muestra el contenido mximo permisible de slidos disueltos (TDS)alcalinidad y slice en una caldera, para conseguir una operacin satisfactoria.Como se observar, dicho valor depende de la presin de operacin de la caldera. Estosvalores dados por la ABMA. (AMERICAN BOILER MANUFACTURERSASSOCIATION ).


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CONSECUENCIAS:

Perdida de eficiencia en los equipos.Incrustacin y obstruccin de vlvulas, trampas y tuberas.Operacin no econmica del caldero.

ABLANDAMIENTO Y DESMINERALIZACIN DEL AGUA

Con el fin de evitar incrustaciones, el procedimiento bsico usado en la industria consisteen eliminar o inactivar la dureza o sales de calcio y magnesio que tenderan a producirdichas incrustaciones. Esto se obtiene por:

1.- Ablandamiento y/o Desmineralizacin por intercambio inico.2.- Ablandamiento qumico.

1. ABLANDAMIENTO Y DESMINERALIZACIN POR INTERCAMBIOIONICO

Al referimos a ablandamiento, estamos refirindonos a la operacin de eliminar la durezaexclusivamente. Cuando decimos desmineralizacin, nos estamos refiriendo a la operacinde eliminar todos los iones que se encuentren disueltos en el agua. De esto se desprendeque una desmineralizacin representa una purificacin ms integral del agua.

RESINAS DE INTERCAMBIO IONICO.- Tanto el ablandamiento como ladesmineralizacin se realizan desde hace unos 30 aos por medio de resinas sintticas.Estas resinas son polmeros o macromolculas derivados del estireno, bencenoformaldehido, fenol, etc. todos ellos derivados del petrleo.

Las resinas de intercambio inico se clasifican de la forma siguiente:


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Las resinas catinicas, son las que tienen afinidad por los cationes (iones positivos, decalcio, magnesio, sodio, hidrgeno, etc.)Las resinas aninicas son las que tienen afinidad por los aniones (iones negativos tales

como carbonato, sulfato, c1aruro, oxhidrilo, etc.) El hecho de ser cido base fuerte o dbil,hace que se comporten en forma diferente los iones.Las resinas de intercambio inico, presentan la caracterstica comn, de que cuando seencuentran en presencia de determinado tipo de in en solucin (fraccin de la molculacon carga positiva o negativa) ceden el in que llevan adherido, cambindolo por los ionesen cuya presencia se encuentran.Un aspecto muy importante de esta propiedad de las resinas de intercambio, es que elintercambio puede revertirse, con slo variar las condiciones del proceso.De esta caracterstica se aprovecha para hacer uso del proceso de intercambio, como, unproceso de uso y regeneracin repetidos indefinidamente.

EL ABLANDAMIENTO.- Se realiza en equipo provisto de resinas de tipo catinico.La reaccin de ablandamiento puede representarse en la siguiente expresin qumica:

La figura M sintetiza la forma en que acta la molcula de resinas catinicas en el procesode ablandamiento y regeneracin.


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La operacin de un ablandador consiste en un ciclo que comprende las siguientes etapas:

1. Proceso de ablandamiento hasta saturacin de la resina.2. Retro lavado.- Lavado del ablandador invirtiendo el flujo del agua.

Elimina la suciedad en el ablandador.3. Regeneracin con salmuera.- Restituye la capacidad de ablandamiento.

La resina cambia los iones Ca, Mg., etc., por iones Na.4. Enjuague.- Para eliminar el exceso de sal que queda en el ablandador, quedando

listo para reiniciar el ciclo.

Cuan efectivo sea el ablandamiento conseguido, va a depender de las condiciones en quedicha operacin se realice.Por lo comn se considera que en condiciones satisfactorias, el ablandamiento porintercambio inico retendr el 98 o 99 % de la dureza contenida en el agua alimentada.


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Significa que habr de todas maneras un 1 o 2 % de dureza que se filtrar a travs delablandador la cual deber tratarse qumicamente.

LA DESMINERALIZACIN.- Se realiza en forma muy similar a la forma en que se llevaa cabo el ablandamiento, pero en ella se usan resinas catinicas y aninicas en secuencia.

El proceso se sintetiza en las figuras que siguen:

En palabras que puede resumir el proceso as:1. El agua entra al tanque catinico (cargado con resina catinica) carada de sales

(cationes + aniones).2. Al pasar a travs de la resina que est saturada de iones H - (Catin Hidrgeno ).

Cambia estos iones por los cationes que trae el agua (Na, Ca, Mq, etc. ).3. El agua sale de este tanque cargado de iones hidrgeno ( cido)4. Entra al tanque aninico y al atravesar la resina cargada de iones oxhidrilos ( H-),

estos son cambiados por los aniones del agua (CI -, CO3, etc.).Los oxhidrilos liberados de la resina y que pasan al agua, se combinan con el H -producindose ms agua, quedando as todas las impurezas retenidas en la resina.

Una vez saturadas las resinas (catinicas y aninicas) de impurezas, pueden ser regeneradastratndolas, de las siguientes formas:

a) La resina catinica con un cido (Acido clorhdrico o sulfrico) para eliminar loscationes retenidos ( Ca- Na- Mg- K- etc. ) fijando nuevamente iones H-.

b) La resina inica se trata con soda custica para cambiar los iones retenidos (CO 3SO4 CI- NO3 etc.,) por iones OH- (oxidrilo).


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a) EL ABLANDAMIENTO QUIMICOAblandamiento qumico, es el proceso de eliminar la dureza por reaccionespuramente qumicas. Para ello nos servimos de compuestos qumicos, que entran enreaccin con los elementos que constituyen la dureza, principalmente sales de Ca y

Mg.El ablandamiento qumico del agua, normalmente se realiza, sea como unpreablandamiento o ablandamiento parcial o como un ablandamiento final. Esteltimo por lo general es el ablandamiento aplicado como un tratamiento interno delas aguas de caldera, para eliminar la dureza residual.A este tratamiento se hace referencia al tratar de la qumica de la prevencin deincrustaciones ms adelante.El ablandamiento qumico con sus caractersticas de un pre tratamiento se describe acontinuacin.

PREABLANDAMIENTO DEL AGUA POR PRECIPITACION PROCESO CALSODA

La Industria, cuando las condiciones lo exigen, se ve obligada a usar aguas que enmuchos casos son de calidad muy deficiente por su contenido de impurezas, altocontenido de slidos, dureza elevada o alta salinidad.El ablandamiento de aguas sumamente duras (50-100 ms gpg) por intercambioinico, puede representar costos excesivamente altos. En estos casos se recurre a unproceso de ablandamiento previo, que permite, en condiciones econmicas, reducir

la dureza a niveles que sean econmicamente tratadas por intercambio inico. Esteablandamiento previo, se realiza por un proceso qumico de precipitacin.Las reacciones qumicas de este proceso son las siguientes:


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Como se observa, este proceso utiliza dos compuestos qumicos, hidrxido de calcioy carbonato de sodio, los cuales deben estar en proporcin al contenido y formas enque se encuentra la dureza en el agua. Las sales bajo la columna tituladaPRECIPITADO, SON ELIMINADAS del agua por estas reacciones.Este proceso de ablandamiento, puede realizarse a temperatura de ambiente o

tambin en caliente, obtenindose en este caso mejores resultados.Con la aplicacin de un proceso de ablandamiento qumico en fro en condicionesptimas puede conseguirse bajar la dureza de un agua hasta 50 ppm.En este punto puede aplicarse un intercambiador inico para obtener un agua concero de dureza.Como regla general, este pre ablandamiento es seguido de una filtracin, con elobjeto de separar los productos de reaccin o lodos producidos.

CONTROL DEL TRATAMIENTO DEL AGUA DEL CALDERO

Es fundamental mantener un control cuidadoso y diario de las condiciones del aguaen un caldero. Basta que haya un lapso de tiempo, por corto que sea, en que no semantengan las condiciones adecuadas, para que hayan empezado a producirse daosdentro del mismo. Evidentemente que esos daos sern proporcionales al tiempotranscurrido y al grado de desviacin producida.

De esto se desprende la necesidad que tiene toda Empresa de mantener un controldiario de las condiciones de su caldero. La funcin de las Empresas abastecedorasde los productos qumicos para caldero, no puede sustituir al control interno y diario

que debe mantener el usuario.

El control diario de las condiciones qumicas en el caldero abarcan los siguientespasos:

a) Determinacin de los parmetros del tratamiento: Esto se consigue a travs delanlisis qumico.

b) Ajuste de la dosificacin. Dicho ajuste se realiza de acuerdo a las condicionescambiantes del agua, la demanda etc. Abarca lo siguiente:

1.- Dosificacin de compuesto qumico2.- Alimentacin del qumico3.- Control de purgas.

Damos a continuacin unas notas que aclaran algunos de estos conceptos.


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A.- MUESTREO y ANALISIS QUIMICOS.- Las muestras y anlisis correspondientesdeben realizarse de los siguientes puntos (figura No. 17).

1.- Agua de reposicin antes del ablandador.2.- Agua de reposicin despus del ablandador.3.- Agua del caldero.,4.- Agua de recuperacin (condensado)

Las dos primeras muestras, permiten observar las condiciones de operacin del ablandador,mientras que las dos ltimas, nos muestra las condiciones en el caldero. Los resultados delos anlisis, se expresan comnmente en trminos de ppm. (partes por milln) o en otrasunidades cuyas equivalencias se dan en la tabla No. 6. Las muestras 3 y 4 nos dan la

informacin, sobre los parmetros en el caldero.La Tabla No. 5 muestra los anlisis qumicos que normalmente se realizan con las muestrasde cada uno de esos puntos.


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La Tabla No. 6 damos consideraciones que ayudarn en la mejor interpretacin de los datosobtenidos de los anlisis qumicos.

ALCALINIDAD-pHSe determina la alcalinidad del agua, por la importancia que reviste en relacin al aspectocorrosivo del agua en el caldero. El pH es igualmente una medida de la alcalinidad y nosindica lo adecuado del control de la alcalinidad activa, dentro de los lmites mximos ymnimos medio como concentracin de iones hidrgeno.FOSFATOS.- Mide el residual recomendable de in fosfato como factor para evitar lasincrustaciones (rango recomendado 30 a 60 ppm.). Si el tratamiento no se realizara en base

a fosfatos inorgnicos como por ejm. con polmeros o fosfatos orgnicos, existira siemprela necesidad de un medio para controlar la dosificacin adecuada del tratamiento.SULFITOS.- Controla el residual recomendable de in sulfito, como elemento secuestrantede oxgeno, para evitar la corrosin de los equipos. Rangos recomendables 30 60 ppm.DUREZA.- Este anlisis se realiza a fin de controlar el buen funcionamiento del equipoablandador o si es en el agua del caldero, es una forma de controlar lo adecuado de ladosificacin del elemento anti-incrustante.HIERRO.- La presencia de niveles elevados de hierro, puede indicar estas situaciones: queel caldero se est alimentando con agua sobrecargada de hierro, o que existe un procesocorrosivo, sea en el caldero mismo o en los sistemas de condensado, segn el punto en que

se lo detecte.

B.- LA PURGA.- La continua alimentacin al caldero de agua, con su contenido deimpurezas llevara a que dichas impurezas o sales vayan acumulndose, hasta llegar asituaciones en que sera imposible para el caldero seguir acumulando ms impurezas.De all la necesidad de eliminarlas del caldero, extrayendo o purgando agua saturada deslidos y reponindola con agua de bajo contenido de dichas impurezas; a esto se denomina


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PU RGA. La cantidad de agua que ser necesario eliminar por la purga, va determinada porel contenido de impurezas en el agua de reposicin y su relacin con el mximo permisibledentro del caldero.C.- ALIMENTACION DEL TRATAMIENTO QUIMICOLa alimentacin del agua al caldero, es de tipo continuo y consiguientemente el tratamiento

a dar ese agua es igualmente un tratamiento de cada da y hora en que trabaja el caldero.De acuerdo al sistema con que se alimentan los qumicos a un caldero, se tiene estas dosformas:1.- Manual.- Los aditivos qumicos. se suministran al caldero a travs del tanque dealimentacin de agua, que gran parte de las veces es el mismo tanque de condensado. Eneste caso. el total de compuestos qumicos requeridos para un da de trabajo, se adicionanen una, dos o ms porciones al tanque de condensado. Este sistema, es el menosrecomendable por la forma completamente irregular en que estos qumicos sern recibidospor el caldero. Este sistema presentar aproximadamente un 50 % de efectividad, solamente

por la forma discontinua de eliminar. La figura No. 21 representa esa situacin.

2.- Bomba Dosificadora.- El compuesto qumico se alimenta directamente al caldero enforma continua y proporcional al agua alimentada al caldero. As consiguen niveles detratamiento uniformes que aseguran un 100 % de efectividad al tratamiento. Por otra parte,este sistema minimiza las fallas o errores del personal. Por consiguiente es el sistema msrecomendable, teniendo sobre todo en cuenta, el bajo costo de una bomba dosificadora.


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PRODUCTOS QUIMICAMP PARA TRATAMIENTO QUIMICO DE AGUAS DECALDERACon el objeto de dar mayor versatilidad a su sistema de tratamiento qumico QUIMICAMPDEL ECUADOR ofrece a la industria los siguientes tipos de productos para el tratamientode aguas de calderas.

1.- PRODUCTOS PARCIALES.- Son aquellos en que cada producto se orienta al controlde un problema especial. El cuadro siguiente muestra estos productos.

Recomendamos el uso de este tipo de productos, para el tratamiento de calderos de grancapacidad, en las cuales el factor econmico y la eficiencia son importantes.2.- PRODUCTOS COMPLETOS.- Son los productos integrados por los diferenteselementos qumicos, formulados de manera tal que un slo producto pueda controlar losdiversos factores qumicos que es preciso regular. Estos productos no incluyen eltratamiento de agua de condensado. El tratamiento con este tipo de productos muyconveniente, por su simplicidad, sobre todo en caso de calderas de mayor capacidad.

BIBLIOGRAFA

y YANEZ Enrique. Tratamiento de Aguas en Calderas de Vapor. Quimicamp delEcuador Ca. Ltda. Compuestos Qumicos Industriales. Pp 4-50.

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