1 16/11/20161 TRATAMIENTO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN A LAS CALDERAS MÁQUINAS Y EQUIPOS TÉRMICOS

2 16/11/2016 2 Objetivo Conocer los diferentes tratamientos del Agua de alimentación y de acuerdo a las características del agua seleccionar el más adecuado.

3 16/11/20163 Contenido  Impurezas del agua.  Substancias contenidas en el agua.  Efectos producidos por las impurezas del agua.  Dureza del agua.  Valores del pH.  Objeto del acondicionamiento del agua.  Distintos procedimientos para el tratamiento de agua.  Tratamiento químico del agua.  Tratamiento a la Zeolita.  Disminución de la fragilidad cáustica.

4 16/11/20164 Impurezas del agua. El agua de lluvia al caer puede absorber oxígeno, CO 2, nitrógeno, polvo y otras impurezas contenidas en el aire, y también disolver substancias minerales de la tierra. Esta contaminación puede acrecentarse además con ácidos procedentes de la descomposición de materias orgánicas, residuos industriales y aguas sépticas descargadas en lagos y ríos.

5 16/11/20165 Substancias disueltas. Bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio; Sulfatos de calcio, magnesio y sodio; Nitratos de calcio y magnesio; Cloruros calcio, magnesio y sodio; óxido de hierro, sílice, residuos industriales; y gases, tales como oxígeno, y anhídrido carbónico. Substancias en suspensión. Lodo, arena, materia vegetal y residuos industriales. Substancias contenidas por el agua.

6 16/11/20166 Efectos producidos por las impurezas del agua. Las impurezas del agua pueden ser la causa de los siguientes efectos perjudiciales para la caldera y para el funcionamiento de la central térmica : (1) Reducción de la cantidad de calor transmitido debida a la formación de incrustación sobre las superficies de caldeo. (2) Averías en los tubos y planchas, producidas por la disminución de la cantidad de calor transmitido a través de ellos. (3) Corrosión y fragilidad del acero de la caldera. (4) Mal funcionamiento, formación de espumas y arrastres de agua en cantidad por el vapor. (5) Costos elevado de limpieza, reparaciones, inspección, mantenimiento y equipos de reserva. (6) Pérdidas caloríficas debidas a frecuentes purgados. (7) Bajo rendimiento de los equipos que utilizan el vapor, a causa de que éste sea sucio.

7 16/11/20167 La mayor parte de los defectos reseñados pueden atribuirse a una o varias causas : a) Incrustación, b) Corrosión, c) Fragilidad, d) Espumación, e) Proyección de masas de agua y f) Gases ocluidos.

8 A continuación pueden verse valores aproximados para las variables más importantes que hay que controlar en el agua de la caldera:  Concentración de oxigeno en el agua de alimentación limitada a 0.005cc por litro.  Dureza del agua de alimentación entre 0 y 2 ppm. (para reducir la deposición de lodos en la caldera).  El pH del agua de alimentación debe mantenerse entre 8 y 9, y el agua de la caldera deberá tener un pH entre 10.5 y 11.0  La cantidad total de sólidos disueltos, la alcalinidad y sólidos en suspensión no deben exceder de un valor determinado en función de la presión: 16/11/20168

9 La acumulación de lodos en los tubos dificulta la transferencia de calor resultando así un sobrecalentamiento de los mismos. La corrosión del metal de los tubos o la formación de óxidos puede ser debida a la alta concentración de productos químicos en el agua de la caldera, y la formación de espumas se debe, principalmente, a la presencia de sólidos en suspensión y de otras sustancias orgánicas. Todo esto debe vitarse mediante la adición de los productos químicos necesarios, dicha adición debe ser preferiblemente continua para conseguir concentraciones constantes en el agua de la caldera. Cuando los productos químicos se añaden directamente a la caldera, se debe usar la conexión prevista en el calderín para este propósito. 16/11/20169

10 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 más problemas ya que se precisan altas concentraciones para obtener el pH deseado y este compuesto tiene una solubilidad limitada. 16/11/201610 Corrosión

11 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 eliminables 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 mas adherente. Normalmente es suficiente con mantener una concentración de fosfato de 10-20 ppm. 16/11/201611 Formación de lodos

12 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/cm 2, 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. 16/11/201612 Prevención de arrastre

13 16/11/201613 Incrustación, corrosión.

14 16/11/201614 Incrustación, corrosión.

15 16/11/201615 Incrustación, corrosión.

16 16/11/201616 Incrustación, corrosión.

17 16/11/201617 Incrustación, corrosión.

18 16/11/201618 Incrustación, corrosión.

19 16/11/201619 Incrustación, corrosión.

20 16/11/201620 Dureza del agua. Según sea la naturaleza de las impurezas contenidas, la dureza de las aguas puede ser: temporal (carbonatos) y permanente. La cantidad de cualquier substancia productora de incrustaciones puede expresarse en partes por millón (ppm.) de carbonato cálcico equivalente (CaCO) contenido en el agua.

21 16/11/201621 Las aguas con dureza temporal pueden ablandarse hirviéndolas o calentándolas suficientemente. Con este método de purificación el CO 2 es liberado, formándose precipitados relativamente insolubles de carbonato de calcio y magnesio,(CaCO 3, MgCO 3 ). Las incrustaciones formadas por aguas con dureza temporal son más blandas y porosas que las que poseen dureza permanente.

22 Optimización de Suavizadores para: · ELIMINACIÓN DE CALCIO Y MAGNESIO: Dureza del agua cruda, la cual se convertirá en agua de alimentación de Calderas y/o reposición para Sistemas de Enfriamiento. Esto se traduce en: · EVITAR LAS INSCRUSTACIONES: Se elimina la formación y deposición de los carbonatos, sulfatos e hidróxidos de Calcio y/o Magnesio como consecuencia del aumento de la temperatura sobre las superficies de transferencia de calor, en Desaireadores, Calderas, Intercambiadores de Calor, etc. · SUMINISTRO DE AGUA SUAVIZADA CONSTANTE : La buena calidad y suficiente cantidad del agua de alimentación de calderas y de cualquier otro sistema estará garantizada. · DURABILIDAD DE LAS RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO : Se controlan los ciclos de lavado y regeneración de los sistemas de intercambio iónico. 16/11/201622

23 16/11/201623 Valores del pH. La velocidad con la cual el agua corroe los metales depende de su temperatura, de la concentración de iones hidrógeno, de la cantidad de oxígeno disuelto presente y de la presencia o ausencia de determinadas sales minerales. Las aguas cuyo pH es menor de 7 son acidas, y las que sobrepasan de 7, alcalinas. Por ejemplo, pH = 9 indica alcalinidad. Con el fin de reducir la corrosión, las aguas de alimentación de las calderas se mantienen ligeramente alcalinas.

24 16/11/201624 Los fines principales perseguidos con el tratamiento del agua de alimentación son los siguientes: (1) Quitar las materias solubles y en suspensión, y (2) Eliminación de los gases. Objeto del acondicionamiento del agua.

25 16/11/201625 Distintos procedimientos para el tratamiento de aguas. El acondicionamiento del agua solamente debe llevarse a cabo después de haberse analizado y estudiado por un químico competente. Cada caso debe considerarse individualmente. El proceso del tratamiento del agua incluye la separación de los detritus mediante Cribas fijas o móviles, filtrado, separación de lodos y limos en depósitos de decantación, calentamiento, vaporización o destilación, desaireación, tratamiento con cal apagada, tratamiento con carbonato sódico.

26 Unidad de Tratamiento de 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. 16/11/201626 Unidad de Tratamiento de Agua

27 16/11/201627. Ablandado por cal. Una vez dentro de la caldera, es de aplicación muy limitada. La cal en forma de hidrato de calcio Ca(OH) 2 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: HHidróxido cálcico: el Ph se vuelve muy básico haciendo así precipitar las sales disueltas. S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.

28 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. 16/11/201628 Filtrado

29 El objetivo de esta última 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 más 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. 16/11/201629 Ablandamiento por resinas de intercambio iónico

30 16/11/201630 la sosa está indicada para el tratamiento químico de aguas con dureza permanente. la sosa produce la descomposición de los sulfatos, la precipitación de carbonato cálcico insoluble y la formación de sulfato sódico soluble. CaSO 4 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + Na 2 SO 4 CaCl 2 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + 2 NaCl. La cal y sosa, se aplica cuando el agua tiene simultáneamente durezas temporal y permanente. La cal absorbe el CO 2, el cual no es afectado por la sosa empleada para corregir la dureza permanente.

31 16/11/201631 Tratamiento a la Zeolita Se conocen por zeolitas a los silicatos hidratados de sodio y aluminio, bien sean naturales o artificiales; su fórmula general es : Na 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2. Esta sustancia tiene la propiedad de absorber el calcio y magnesio (por intercambio iónico) de las aguas que la atraviesan, debido a que sus bases son permutables. De esta manera, en el proceso del ablandamiento o rectificación, el sodio de la zeolita pasa a la solución en forma de carbonato, sulfato o cloruro, debido a que el calcio y magnesio del agua son absorbidos por la zeolita. El tratamiento con zeolita produce aguas con contenidos muy bajos de calcio y magnesio.

32 16/11/201632 Disminución de la fragilidad cáustica El diseño y construcción de los cilindros de caldera soldados reduce el número de puntos focales en las costuras y agujeros de los roblones como emplazamientos de fragilidad cáustica. Un tratamiento del agua apropiado reduce considerablemente los agentes de ataques localizados, tales como la sílice e hidróxido sódico que puedan resultar de las sales sódicas en disolución. Añadiendo suficiente cantidad de nitrato sódico se consigue obtener una buena protección cuando existen álcalis libres.