Fundamentos de la Medicion de la Conductividad de Calderas

Mientras una caldera genera vapor, impurezas que están en el agua de alimentación de la caldera y, que no son arrastradas por el vapor generado, se concentrarán en el agua de la caldera.

Dentro de la caldera el calor genera burbujas de vapor dentro del agua. Estas burbujas flotan y se rompen al llegar a la superficie del agua, liberando el vapor. Como los sólidos disueltos están cada vez más concentrados, las burbujas de vapor tienden a ser más estables, pudiendo explotar cuando llegan a la superficie del agua de la caldera. Llega un punto (dependiendo de la presión de la caldera, el tamaño y la carga de vapor) donde una parte sustancial del espacio de vapor en la caldera se llena de burbujas y espuma es arrastrada por el vapor.

Esto no es deseable no sólo porque el vapor es demasiado húmedo cuando sale de la caldera, sino que contiene agua de la caldera con un altos nivele de sólidos disueltos y tal vez suspendidos. Estos sólidos contaminarán las válvulas de control, intercambiadores de calor y trampas de vapor, afectando el funcionamiento y operación del sistema.

La generación de espuma puede tener varias causas; altos niveles de sólidos en suspensión, alta alcalinidad o contaminación por aceites y grasas, pero la causa más común de contaminación cruzada (siempre y cuando estos factores se controlan adecuadamente) es un alto nivel de sólidos disueltos totales (TDS). Un control cuidadoso del nivel de TDS del agua de la caldera, junto con la atención a otros factores, debería reducir al mínimo el riesgo de formación de espuma y arrastre.

El TDS se puede expresar de diversas unidades y tabla siguiente da algunas conversiones aproximadas de TDS en ppm a otras unidades.

Grados Baumé y grados Twaddle (también deletreado Twaddell) son escalas alternativas al hidrómetro.

Muestreo del agua de la caldera

La medición de TDS puede ser medido ya sea por; Tomar una muestra y determinar el TDS fuera a la caldera, o por un sensor dentro de la caldera que proporciona una señal a un monitor externo.

Toma de muestras para análisis externo

Cuando se toma una muestra de agua de la caldera es importante asegurarse de que es representante. No se recomienda tomar la muestra del medidor de nivel de vidrio o cámaras de control externo; el agua aquí es relativamente puro condensado formado por la continua condensación de vapor en el cristal externo / cámara. Asimismo, muestras de cerca de la conexión de entrada de agua de alimentación de caldera son capaces de dar una lectura falsa.

Hoy en día, la mayoría de los fabricantes instalan una conexión de purga de TDS, y es generalmente posible obtener una muestra representativa de este lugar.

Si simplemente se extrae agua de la caldera, una proporción del agua se flashea ya que la presión de vapor se reduce rápidamente. No sólo es potencialmente muy peligroso para el operador, sino cualquier análisis posterior será también incorrecto, debido a la pérdida del vapor flasheado, la muestra se concentra.

Puesto que una muestra fresca es necesaria para el análisis, un enfriador de muestra ahorra tiempo y favorece pruebas más frecuentes.

Un enfriador de muestra es un intercambiador pequeño de calor que utiliza agua fría para enfriar la muestra de agua de purga.

 

Método de conductividad

La conductividad eléctrica del agua también depende del tipo y cantidad de sólidos disueltos que contiene. Puesto que la acidez y la alcalinidad tienen un gran efecto sobre la conductividad eléctrica, es necesario neutralizar la muestra de agua de la caldera antes de medir su conductividad. El procedimiento es el siguiente:

  • Añadir unas gotas de solución indicadora de fenolftaleína a la muestra refrigerada (< 25° C).
  • Si la muestra es alcalina, se obtiene un color morado fuerte.
  • Añadir ácido acético (típicamente 5%) gota a gota para neutralizar la muestra, mezclar hasta que el color desaparezca.  

Ejemplo

Conductividad de una muestra neutralizada a 25 ° C = 5.000 Μ S/cm

                                                                            TDS = 5, 000x0.7 Μ S/cm

                                                                           TDS = 3.500 ppm

Alternativamente, el medidor de conductividad compensada por temperatura que se muestra a continuación es conveniente para el uso hasta una temperatura de 45 ° C. Es necesario medir la conductividad del agua de caldera dentro de la caldera o en la línea de purga. Obviamente, las condiciones son muy diferentes a las de la muestra obtenida a través de la muestra más fresca que será enfriada y posteriormente neutralizada (pH = 7). Los aspectos principales son la diferencia de la gran temperatura y pH alto. Un aumento de temperatura resulta en un aumento en la conductividad eléctrica. Para el agua de la caldera, la conductividad aumenta a un ritmo de aproximadamente 2% (del valor a 25° C) para cada aumento de 1° C de temperatura. Esto puede escribirse como:

               Σ T = Σ 25 [1 + α (T-25)] Σ T = conductividad a la temperatura T (μs / cm)

                Α = Coeficiente de temperatura, por ° C (típicamente 0.02 / ° C o 2% ° C)

               T = temperatura (° C)

Una muestra de agua de la caldera tiene una conductividad no neutralizada de 5 000 μS / cm a 25° C. ¿Cual es la conductividad del agua de caldera a 10 bar g?

         A 10 bar g, la temperatura de saturación = 184 ° C (a partir de tablas de vapor)

                                          Σ T = 5.000 [1+0.02(184-25)]

Esto significa que los efectos de la temperatura que se corregirán en el controlador de purga, compensación automática de temperatura, o suponiendo que la presión de la caldera (y por lo tanto temperatura) es constante. Las pequeñas variaciones en la presión de la caldera durante las variaciones de la carga tienen un efecto relativamente pequeño, pero si se precisan lecturas de TDS en calderas que funcionan a presiones variadas, entonces compensación automática de temperatura es esencial.

Constante de la célda

Donde: K = constante de celda (cm)

En el ejemplo anterior la conductividad del agua de caldera fue 20 900 μs / cm. Una constante de celda de 0.3, ¿cuál es la resistencia medida por el regulador?

Resistencia = 14,4 Ohm  

Por lo tanto es necesario utilizar un voltaje de corriente alterna para medir la resistencia de la sonda, el cual es el método preferido en los controladores de purga. Una frecuencia relativamente alta (por ejemplo 1 000 Hz) es necesaria para evitar la polarización por alta conductividad del agua de la caldera.

Mientras que la conductividad del agua de caldera se convierte en una resistencia a través de la sonda, no puede medirse usando un medidor de resistencia de Corriente Continua simple. Si se aplica una tensión a la sonda, burbujas de oxígeno e hidrogeno se forman en la superficie debido a la electrólisis del agua. Este efecto, llamado polarización electrolítica, provoca resistencia mayor a medir.

                                       Σ = Conductividad (S/cm)

                                       R = resistencia (ohmios)

  Conductividad y la resistencia están relacionadas por la constante de celda, como se ve en la siguiente ecuación:

Mientras más se aleje la punta de la sonda de cualquier parte de la caldera, mayor será la constante de la célda. Diferencias en la constante de la célda se toman en consideración cuando se 'calibra' el controlador.

Una sonda para medir la conductividad de un líquido tiene una constante de la célda. El valor de esta constante depende de la disposición física de la sonda y la ruta eléctrica a través del líquido.

                                                      Σ T = 20.900 μs/cm

                                         Σ 25 = conductividad a 25 ° C (μs / cm)

Donde:

Medición de la conductividad en la caldera

      TDS = 3.500 ppm

Conductividad de una muestra neutralizada en 25 ° C = 5.000 Μ S/cm

Nota: Esta relación sólo es válida para una muestra neutra a 25 ° C.

TDS (ppm) = (conductividad en μS/cm) x 0,7

El TDS en ppm es aproximadamente como se muestra en la ecuación:

Donde:

R = resistencia (ohmios)

K = constante de celda (cm)

                                               Σ = Conductividad (S/cm)

En el ejemplo anterior la conductividad del agua de caldera fue 20 900 μs / cm. Una constante de celda de 0.3, ¿cuál es la resistencia medida por el regulador?

Resistencia = 14,4 Ohm


Aldo Zaffalon
Aldo Zaffalon

Author

Water treatment automation expert, with over 25 years of experience in industrial water treatment automation, marketing, sales and engineering.



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