Fundamentos de Agua para Calderas 2 de 3

Fuentes de agua dulce

El agua dulce puede ser agua superficial de ríos, arroyos, embalses o aguas subterráneas de pozos. En general, los suministros de agua subterránea son más consistentes en composición que los suministros de agua superficial. La calidad del agua superficial se ve afectada por la lluvia, la erosión del suelo y los desechos industriales, pero el agua subterránea suele ser más dura que las aguas superficiales. La composición del agua dulce también varía con la ubicación, el tipo y los estratos de las formaciones terrestres. En las áreas calizas, por ejemplo, el agua contiene grandes cantidades de calcio disuelto. Aparte de las variaciones geográficas, las condiciones locales de un área particular pueden tener una gran influencia en la composición del agua.

Agua para alimentación de la caldera El agua de alimentación de la caldera es el agua suministrada a la caldera. A menudo, el vapor es condensado y devuelto a la caldera como parte del agua de alimentación. El agua necesaria para complementar el condensado retornado se denomina agua de reposición. El agua de reposición suele ser filtrada y tratada antes de su uso. Por lo tanto, la composición del agua de alimentación depende de la calidad del agua de reposición y de la cantidad de condensado devuelto. A veces la gente piensa que hay una gran similitud entre los requisitos para el agua potable (beber) y los requisitos para el agua de alimentación de la caldera. Los minerales en el agua potable se consideran deseables y son absorbidos por el cuerpo. Por otra parte, los minerales en el agua no pueden ser manejados también por las calderas. Aunque una caldera es una gran masa de acero, es más sensible a las impurezas del agua que el estómago humano. Por esta razón, se necesita mucho cuidado en la filtración y el tratamiento del suministro de agua de la caldera.

Requisitos de pureza de las aguas de alimentación El agua de alimentación es una cuestión tanto de la cantidad de impurezas como de la naturaleza de las impurezas. La dureza, el hierro y la sílice, por ejemplo, son más preocupantes que las sales de sodio. Los requisitos de pureza del agua de alimentación dependen de la cantidad de agua de alimentación utilizada, así como de la tolerancia del diseño particular de la caldera (presión, tasa de transferencia de calor, etc.). En las calderas de alta presión de hoy prácticamente todas las impurezas deben eliminarse. El agua de alimentación (agua de preparación) desde el exterior necesita ser tratada para la reducción o eliminación de impurezas por primera filtración, y luego seguida de ablandamiento, evaporación, deariación, intercambio iónico, etc. También se requiere tratamiento interno para el acondicionamiento de impurezas dentro de El sistema de calderas, para controlar la corrosión, ya que las reacciones se producen en la propia caldera y las tuberías de vapor.

Depósitos de calderas El agua que se evapora en la caldera causa que las impurezas se concentren. La escala de la caldera se debe a que la materia en suspensión se asienta sobre el metal o las impurezas disueltas que precipitan en las superficies de transferencia de calor y se vuelven duras y adherentes.

Impurezas que forman depósitos Los bicarbonatos de calcio y magnesio disueltos en agua se descomponen bajo calor y emiten dióxido de carbono formando carbonatos insolubles. Estos carbonatos precipitan directamente en el metal de la caldera o forman lodos en el agua que se deposita en las superficies de la caldera. El sulfato y la sílice generalmente precipitan directamente en el metal de la caldera y son mucho más difíciles de condicionar. La sílice (arena) si está presente en el agua puede formar una escala extremadamente dura. El hierro suspendido o disuelto que entra en el agua de alimentación también se depositará en el metal de la caldera. El aceite y otros contaminantes del proceso también pueden formar depósitos y promover la deposición de otras impurezas. Los compuestos de sodio generalmente no se depositan a menos que el agua se evapore casi completamente a sequedad, como puede ocurrir en un tubo hambriento. Los depósitos rara vez están compuestos por un solo constituyente, pero generalmente son una mezcla de varios tipos de sedimentos sólidos, minerales disueltos, productos de corrosión como el óxido y otros contaminantes del agua.

Características del depósito de fosfato Los depósitos de fosfato suelen ser depósitos suaves de color marrón o gris que pueden eliminarse fácilmente mediante métodos normales de limpieza. Normalmente se encuentran en calderas que emplean un tratamiento interno de fosfato. Son el producto de reacción preferido cuando se usa un tratamiento de fosfato residual en agua de alimentación de alta dureza. Debido a que son fácilmente acondicionados con acondicionadores orgánicos de lodos, son relativamente no adherentes. El fosfato de calcio suele ser el compuesto predominante en el depósito de calderas.

Características del depósito de carbonato Los depósitos de carbonatos suelen ser granulares ya veces porosos. Los cristales son relativamente grandes y a menudo enmarañados junto con partículas finamente divididas de otros materiales que hacen que la escala se vea densa y uniforme. El depósito de carbonato se puede comprobar fácilmente poniéndolo en una solución ácida. Burbujas de dióxido de carbono se efervesce de la escala.

Características del depósito de sulfato El depósito de sulfato es frágil, no pulveriza fácilmente y no se efervesce cuando se pone en una solución ácida. Es mucho más duro y más denso que un depósito de carbonato debido a su estructura cristalina más pequeña.

Características del depósito de sílice Los depósitos de sílice son muy duros y se asemejan a porcelana. Sus cristales son muy pequeños, formando una escala densa e impermeable. Esta escala es extremadamente frágil, muy difícil de pulverizar, y no soluble en ácido clorhídrico.

Características del depósito de hierro Los depósitos de hierro son de color muy oscuro y se deben a productos de corrosión o contaminación de hierro en el agua de alimentación. Los depósitos de hierro suelen ser de naturaleza magnética. Son solubles en ácido caliente, dando una solución marrón oscuro. Problemas causados por depósitos

El principal problema que causan los depósitos es la falla del tubo por sobrecalentamiento. Esto se debe al hecho de que los depósitos actúan como un aislante y depósitos excesivos evitan la transferencia de calor eficiente a través de los tubos al agua. Esto hace que el metal se sobrecaliente y con el tiempo el metal falla. Estos depósitos también pueden provocar taponamiento o obstrucción parcial de los tubos de la caldera, lo que provoca inanición y posterior sobrecalentamiento de los tubos. Por debajo de la capa de depósito puede producirse también corrosión. Los depósitos causan interrupciones imprevistas, mayor tiempo de limpieza y gastos. Los depósitos de calderas reducen la eficiencia operativa global, lo que resulta en un mayor consumo de combustible.

Corrosión La corrosión es básicamente la reversión de un metal a su forma de mineral. El hierro, por ejemplo, vuelve al óxido de hierro como resultado de la corrosión. El proceso de corrosión en realidad no es tan simple, es una compleja reacción electromecánica. La corrosión puede estar generalmente sobre una superficie metálica grande pero a veces resulta en la penetración puntual del metal. Aunque la corrosión básica se debe generalmente a la reacción del metal con el oxígeno, otros factores, incluyendo las tensiones, producen diferentes formas de ataque. La corrosión puede ocurrir en el sistema de agua de alimentación como resultado de un pH bajo de agua y la presencia de oxígeno disuelto y dióxido de carbono. Normalmente, la corrosión en la caldera se produce cuando la alcalinidad del agua de la caldera es demasiado baja o demasiado alta o cuando el metal está expuesto a agua que contiene oxígeno durante los períodos de funcionamiento o de reposo. Las altas temperaturas y tensiones tienden a acelerar la corrosión. En el sistema de vapor y condensado y tuberías la corrosión es generalmente el resultado de la contaminación con dióxido de carbono y oxígeno.

Fatiga por corrosión La fisuración en el metal de la caldera puede ocurrir debido a las tensiones cíclicas creadas por el calentamiento y la refrigeración rápidos. Estas tensiones se concentran en puntos donde la corrosión ha asperjado o picado la superficie metálica. Esto es generalmente debido a la prevención incorrecta de la corrosión. A veces, incluso con el tratamiento adecuado de la corrosión de la corrosión de la corrosión se produce. Estas grietas a menudo se originan cuando una película de óxido de protección densa cubre las superficies metálicas, y el agrietamiento se produce por la acción de tensiones cíclicas aplicadas. Las grietas de la fatiga de la corrosión son a menudo gruesas, romas, ya través de los granos del metal. Comienzan en las superficies internas de los tubos y son a menudo circunferenciales en el tubo.

Fragilidad cáustica La fragilidad causal o el agrietamiento es un tipo más serio de falla de metal de la caldera que aparece como grietas intergranulares continuas. Este tipo de agrietamiento se produce cuando el metal está estresado, el agua contiene sosa cáustica con un rastro de sílice, y está presente algún mecanismo, tal como una pequeña fuga, permitiendo que el agua de la caldera se concentre en el metal estresado. La fragilización cáustica es más un problema en las calderas viejas con tambores remachados, ya que causan tensiones y grietas en las áreas de remaches y costuras. En las calderas de tambor soldadas más nuevas, este tipo de agrietamiento es menos frecuente, pero los extremos de los tubos laminados siguen siendo vulnerables al ataque. La posibilidad de agrietamiento cáustico debe ser una consideración en el tratamiento del agua.

Otras causas de corrosión de la caldera Los residuos de quelato en exceso de 20 ppm como CaCO3 o el tratamiento de quelato aplicado incorrectamente pueden producir la corrosión del sistema de calderas. La concentración de sólidos de la caldera en áreas de entrada de calor alto también puede producir corrosión. Se deben seguir las recomendaciones de un consultor de tratamiento de agua para minimizar las posibilidades de que ocurra tal corrosión.

Problemas de corrosión La corrosión uniforme de las superficies de metal de la caldera está obligada a ocurrir y no es de mucha preocupación ya que todas las calderas experimentan una pequeña cantidad de corrosión general. La corrosión, sin embargo, toma muchas formas y la perforación profunda que causa solamente una pequeña cantidad de pérdida total del hierro causa la penetración y la fuga en tubos de la caldera. La corrosión debajo de ciertos tipos de depósitos de la caldera puede debilitar el metal y provocar la falla del tubo. Igualmente, la corrosión en el sistema de condensado de vapor puede dañar las tuberías y el equipo.

Medición de la corrosión El muestreo de gas hidrógeno del vapor de la caldera se realiza para medir el potencial de corrosión del agua de la caldera. Esta prueba de corrosión se basa en la liberación de hidrógeno cuando el hierro se corroe. La medición de la cantidad de gas de hidrógeno liberado detecta las condiciones del agua de la caldera e indica si existen condiciones de corrosión en una caldera de funcionamiento.

Métodos básicos de prevención de la corrosión Los métodos comunes para la prevención de la corrosión incluyen: 1. Filtración de impurezas sólidas en suspensión y partículas de agua 2. Eliminación del oxígeno disuelto del agua de alimentación de la caldera 3. Mantenimiento de las condiciones alcalinas en el agua de la caldera 4. Mantener limpias las superficies internas de la caldera 5. Proteger las calderas durante los periodos fuera de servicio 6. Uso de un programa de tratamiento químico para contrarrestar los gases corrosivos en los sistemas de vapor y condensado

La selección y control de productos químicos para prevenir la corrosión requiere una comprensión de las causas y medidas correctivas.

Acumulación de agua de la caldera La acumulación de agua en la caldera es la contaminación del vapor con los sólidos de agua de la caldera. Las causas comunes de la acumulación de agua de la caldera son:

  1. Burbujas o espuma se forman en la superficie del agua de la caldera y se dejan con el vapor. Esto se debe a altas concentraciones de sólidos insolubles o solubles en el agua de la caldera. Se sabe que sustancias como álcalis, grasas, aceites, grasas, materia orgánica y sólidos en suspensión causan espuma. 2. Gotas finas de agua en forma de rociado o neblina son lanzadas hacia arriba en el espacio de vapor por el estallido de burbujas de rápido aumento en la superficie de liberación de vapor. 3. El cebado es una subida repentina del agua de la caldera causada por un cambio rápido en la carga. Puede ser causado por equipo de separación de vapor dañado, funcionamiento por encima de la calificación de la caldera, fluctuaciones repentinas en la demanda de vapor, o llevar un nivel de agua demasiado alto en el área de liberación de vapor. 4. La contaminación por vapor también puede ocurrir por fugas de agua a través de un equipo de separación de vapor diseñado incorrectamente o instalado en el tambor de la caldera.

Calibración de la caldera La pureza del vapor se puede medir con el uso de un analizador de iones de sodio. Mide el contenido de iones de sodio en una muestra de vapor enfriado que corresponderá a la cantidad de sólidos de agua de caldera que contaminan el vapor. El analizador de iones de sodio puede detectar la transición a 1 ppb de sodio en el vapor.

Efecto del petróleo sobre el arrastre La contaminación por aceite en el agua de alimentación de la caldera es usualmente de bombas y otros equipos lubricados. El aceite puede causar espuma grave debido a la saponificación del aceite por los álcalis del agua de la caldera.

Efecto de los sólidos suspendidos en el arrastre Los sólidos en suspensión tienden a recolectarse sobre la película superficial que rodea una burbuja de vapor, que por lo tanto resiste la rotura y acumula espuma. Cuanto más finas son las partículas suspendidas, mayor es su colección en la burbuja. Tanto el tipo como la cantidad de sólidos en suspensión pueden afectar el arrastre. Dependiendo del tipo de sólidos en suspensión, algunas calderas que tienen altos sólidos en suspensión funcionan sin acarreo, mientras que otras tienen arrastre con sólidos en suspensión bajos.

Transferencia selectiva de sílice La sílice puede estar presente en el vapor como resultado de la acumulación general de agua de la caldera, o puede entrar en el vapor en una forma volátil. En el último caso, la sílice actúa como el gas y se considera que se transporta selectivamente. A medida que las presiones de la caldera aumentan por encima de 400 psi, hay un aumento en la tendencia a que la sílice sea llevada selectivamente al vapor en cantidades proporcionales a la cantidad de sílice presente en el agua de la caldera.

Problemas causados por el arrastre Los sólidos suspendidos y disueltos en el agua de la caldera tienden a depositarse en el sistema de vapor y condensado. Las impurezas transportadas con el vapor causan contaminación en los muchos procesos para los que se usa vapor, lo que resulta en recalentamiento, corrosión y reducción de la eficiencia de la propia caldera y otros equipos.

Prevención de la acumulación La medida preventiva básica es mantener la concentración de sólidos en el agua de la caldera en los niveles recomendados. Deben evitarse los altos niveles de agua, las cargas excesivas de la caldera y los cambios bruscos de carga. Muy a menudo el condensado contaminado devuelto al sistema de la caldera provoca el arrastre. El condensado de retorno debe ser filtrado para eliminar los sólidos en suspensión antes de ser devuelto a la caldera. Deben hacerse esfuerzos para rastrear la fuente de cualquier contaminación excesiva y el problema rectificado. El uso de antiespumantes químicos es efectivo en el control del arrastre debido a la concentración de impurezas en el agua de la caldera. El equipo de separación de vapor debe ser inspeccionado para la instalación correcta.

 

Mas informacn informacion la semana que viene...........


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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