Pract Termo.docx

IMPUREZAS El agua es un cuerpo compuesto que resulta de la combinación de dos volúmenes de hidrógeno por uno de oxígeno. Su formula es H2O. En estado puro es incolora e insípida; hierve a temperatura de 100º C cuando la presión a la que esta sometida es de una atmósfera. Se solidifica a 0º C y también existe en la atmósfera en estado de vapor por lo que se puede decir que el agua existe en los tres estados de la materia: Líquido, Sólido y Gaseoso. El agua en estado puro no existe y dependiendo de la fuente de donde provenga contiene un sin numero de impurezas como son: Impurezas más comunes en el agua

SULFATOS

SO

CLORUROS

Cl (como NaCl)

SÍLICE

SiO

FIERRO

Fe Ferroso Fe Ferrico

OXIGENO

O

SULFURO DE HIDRÓGENO

HS

SÓLIDOS DISUELTOS

SÓLIDOS SUSPENDIDOS

Aumenta el contenido sólidos del agua. Se combina con calcio para formar sales incrustantes de sulfato de calcio. Aumenta el contenido de sólidos e incrementa el carácter corrosivo del agua. Incrustación en calderas y sistemas de agua de enfriamiento. Depósitos insolubles y vítreos en los ALABES de las turbinas debido a la sublimación del sílice. Fuente de depósitos en las tuberías y calderas. Oxidación en tuberías intercambiadores de calor, calderas, líneas de condensado (Hierro y acero). Corrosión Elevadas concentraciones de sólidos indeseables debido a que originan Espumamiento en las calderas. Originan depósitos en equipos intercambiadores de

calor, calderas y tuberías ocasionan arrastre, espuma, lodo o incrustación.

INCRUSTACIONES: Una incrustación es la acción y el efecto de cubrirse una superficie con una costra mineral, precipitada a partir de sustancias disueltas en el agua. Las incrustaciones más frecuentes son las de naturaleza calcárea y pueden formarse sobre cualquier superficie expuesta a aguas duras, como rocas, animales, vegetales o conducciones de agua artificiales, como canales o tuberías. La forma general de formación de una incrustación está determinada por la temperatura, características salinas y presión. Se han tipificado tres formas de formación de depósitos calcáreos, esto son: Incrustación de tipo cristalino o verdadero. Su mecanismo de formación es de nucleación, por condiciones de supersaturación salina y elevada presión: primero se forman núcleos iniciadores de depósito en las rugosidades de la superficie y sus cristales preformados toman un ordenamiento concéntrico cristalino. Su formación es lenta y continua a través del tiempo. Sus fuerzas de adherencia (Van der Wals) son muy elevadas y como resultado se forman depósitos que solo pueden ser removidos mecánicamente. Su densidad es muy elevada y no tiene características de porosidad. Incrustaciones tipo depósito amorfas Este tipo de incrustación es a diferencia de la anterior mucho menos adherente, es blanda al tacto y porosa, su nucleación es desordenada y heterogénea, puede ser removido en forma relativamente fácil por agentes químicos. Su mecanismo de formación es la pérdida parcial o total de la solubilidad del sólido, generalmente de sólidos suspendidos combinados con la dureza permanente del agua. También existe la posibilidad de que el lodo se forme a causa de agentes dispersantes. Por depósitos de sedimentos Sedimentos provenientes de los sólidos suspendidos del agua de trabajo van lentamente provocando obturaciones en el sistema; son verdaderas borras amorfas con muy poca adhesión y removibles con productos dispersantes. Las incrustaciones corresponden a depósitos de carbonatos y silicatos de calcio y magnesio, formados debido una excesiva concentración de estos componentes en el agua de alimentación y/o regímenes de purga insuficientes. La acción de dispersantes, lavados químicos o las dilataciones y contracciones de una caldera pueden soltar las incrustaciones, por lo que deben ser eliminadas de una caldera muy incrustada para prevenir suacumulación en el fondo del cuerpo de presión. 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.

CORROSION Es el deterioro progresivo de las superficies metálicas en contacto con el agua, debido a la acción de oxígeno, anhídrido carbónico y algunas sales como el cloruro de sodio. También pueden ser causadas por compuestos químicos derivados de tratamientos de agua mal aplicados (desincrustantes). La corrosión no es más que una reacción química producto de la unión del metal con el oxígeno, es decir, la corrosión es un deterioro observado en un objeto metálico a causa de un alto impacto electroquímico de carácter oxidativo y la velocidad degenerativa de dicho material dependerá de la exposición al agente oxidante, la temperatura presentada, si se encuentra expuesto a soluciones salinizadas (conjugadas con sal), y por ultimo de las propiedades químicas que posean estos agentes metálicos; el proceso de corrosión es totalmente espontaneo y natural, también pueden presentar este proceso materiales que no sean metálicos. El agua también corroe el llamado acero dulce, el más barato de los aceros, en cambio otro, como el inoxidable, no se corroen. La corrosión suele atacar a los metales, aunque hay algunos, los llamados preciosos, como el oro, el platino y el iridio que son totalmente inmunes al agua. La corrosión más común del hierro y del acero se llama oxidación que se presenta siempre que un objeto de estos metales entra en contacto con el agua y el oxigeno. Así todas las aguas contienen algo de re, que a su vez contiene oxígeno, de modo que el metal se ve afectado, aunque esté completamente sumergido en agua. Pero lo que hace falta para que la corrosión sea rápida es mucho oxigeno y poco agua y esto es lo que sucede cuando se deja un objeto al exterior en un clima húmedo. También la niebla y la bruma causan una oxidación muy rápida. En general, la oxidaron consiste en la mezcla de átomos de hierro con átomos de oxígeno. FRAGILIDAD CAUSTICA Y FATIGA DE CORROSIÓN. 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. La corrosión cáustica puede ser prevenida manteniendo la alcalinidad, OH libre y pH del agua de la caldera dentro de los límites recomendados

La fragilidad caustica es el agrietamiento (pequeñas fisuras) del metal de los tubos y elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el agua contiene hidróxido de sodio en exceso. Se conoce como corrosión-fatiga al proceso a través del cual se produce agrietamiento por la acción simultánea y combinada de una tensión cíclica y la presencia de un medio agresivo desde el punto de vista de la corrosión. Aparecen inmediatamente dos características diferenciales con respecto al fenómeno de agrietamiento por corrosión bajo tensión: la tensión debe ser cíclica, no estática, y no es necesaria la presencia la presencia de un medio agresivo específico para cada material metálico. Una consecuencia de lo anterior es que el hecho de que un material sea inmune a la corrosión bajo tensión es unas condiciones de operación determinadas no presupone un buen comportamiento frente a fenómenos de Corrosión- fatiga. Se sabe, que desde el punto de vista exclusivamente mecánico los fenómenos de fatiga se caracterizan a través de curvas T.N. donde T representa la tensión cíclica aplicada y N el nº de ciclos que se aplica. La curva correspondiente define las regiones en que se produce la rotura, que corresponde a situaciones a la izquierda de dicha curva, y aquellas en que no hay riesgo de rotura situadas a la derecha de la misma. En determinados materiales, entre los que se incluyen los aceros al carbono, queda definido lo que se conoce como “limite de fatiga”, es decir, existe un valor de la tensión por debajo del cual, aunque la carga se aplique un numero infinito de veces, no se produce fallo. Conceptualmente el límite de fatiga es algo similar a la tensión de rotura cuando la carga es estática. FORMACION DE ESPUMAS La espuma es una capa de liquido globular enclautrando vapor o gas. Sin parecido a las llamadas “burbujas”. Las espumas son como las emulsiones en capas de adsorción que rodean la fase dispersa en ambos sistemas. Sin embargo, las espumas difieren de las emulsiones en dos aspectos: la fase dispersa es un gas en las espumas y un líquido en las emulsiones; las burbujas de gas de las espumas son mucho más grandes que los glóbulos en las emulsiones. Las espumas son sistemas coloidales por la delgadez de las capas que rodean las burbujas de gas, éstas son de dimensiones coloidales o las capas tienen propiedades coloidales. La espuma que se puede observar en los océanos y, sobre todo, al romper las olas en la costa, es la aglomeración de burbujas que persiste durante un corto tiempo en la superficie del mar, agitada por causas mecánicas. La formación de la espuma marina se facilita por varios factores químicos o físicos: una diferencia muy grande entre el aire y el agua, la alcalinidad del agua, el contenido de ésta en coloides disueltos, etc.

En Mineralogía se llama espuma de hierro al mineral de hematita, mientras que la espuma de manganeso es un óxido de manganeso que se encuentra en estado terroso. Recientemente ha cobrado interés la espumación de las escorias. La espumación de la escoria está causada principalmente por la generación de burbujas de gas monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor de agua, dióxido de azufre, oxígeno e hidrógeno en el interior de la escoria, que se hace espumosa como si fuera agua jabonosa. Esta espuma es normalmente creada por movimientos mecánicos que generan la captura de aire o algún otro gas. EBULLICION IRREGULAR La ebullición es un proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura el calor se emplea en la conversión de la materia en estado líquido al estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. El calor puesto en juego durante el calentamiento de la masa del líquido se denomina calor sensible, y al que se manifiesta durante el cambio de estado se lo llama calor latente de ebullición o vaporización. La ebullición implica una transición de estado líquido-gas en la que, a nivel submicroscópico, las partículas adquieren una mayor libertad de movimiento en función de un incremento de la energía cinética. La temperatura de ebullición depende de la presión a la que está sometida el líquido. En una olla a presión, el agua, por ejemplo, llega a una temperatura de 105 o 110 °C antes de hervir, debido a la mayor presión alcanzada por los gases en su interior. Por lo tanto la ebullición irregular se produce cuando el agua tratada no se le son extraídas completamente las sales ocasionando que la ebullición no sea constante, así el tiempo de la evaporación tarda o no se completa el proceso en la transformación de gas y si esta dentro de un recipiente pueden quedar partículas de agua en las paredes de este debido a que no alcanza la temperatura suficiente para el proceso lo que causa que se formen costras de sal en el interior. Dureza: La dureza del agua cuantifica principalmente la cantidad de iones de calcio y magnesio presentes en el agua,los que favorecen la formación de depósitos e incrustaciones difíciles de remover sobre las superficies de transferencia de calor de una caldera. pH AGUA El pH representa las características ácidas o alcalinas del agua, por lo que su control es esencial para prevenir problemas de corrosión (bajo pH) y depósitos (alto pH).

El pH indica la acidez o alcalinidad, en este caso de un líquido como es el agua, pero es en realidad una medida de la actividad del potencial de iones de hidrógeno (H +). Las mediciones de pH se ejecutan en una escala de 0 a 14, con 7.0 considerado neutro. Las soluciones con un pH inferior a 7.0 se consideran ácidos. Las soluciones con un pH por encima de 7.0, hasta 14.0 se consideran bases o alcalinos. Todos los organismos están sujetos a la cantidad de acidez del agua y funcionan mejor dentro de un rango determinado. La escala de pH es logarítmica, por lo que cada cambio de la unidad del pH en realidad representa un cambio de diez veces en la acidez. En otras palabras, pH 6.0 es diez veces más ácido que el pH 7.0; pH 5 es cien veces más ácido que el pH 7.0.

En general, un agua con un pH < 7 se considera ácido y con un pH > 7 se considera básica o alcalina. El rango normal de pH en agua superficial es de 6,5 a 8,5 y para las aguas subterráneas 6 – 8.5. La alcalinidad es una medida de la capacidad del agua para resistir un cambio de pH que tendería que hacerse más ácida. Es necesaria la medición de la alcalinidad y el pH para determinar la corrosividad del agua. El pH del agua pura (H20) es 7 a 25 °C, pero cuando se expone al dióxido de carbono en la atmósfera este equilibrio resulta en un pH de aproximadamente 5.2. Debido a la asociación de pH con los gases atmosféricos y la temperatura. En general, un agua con un pH bajo < 6.5 podría ser ácida y corrosiva. Por lo tanto, el agua podría disolver iones metálicos, tales como: hierro, manganeso, cobre, plomo y zinc, accesorios de plomería y tuberías. Por lo tanto, un agua con un pH bajo corrosiva podría causar un daño prematuro de tuberías de metal, y asociado a problemas estéticos tales como un sabor metálico o amargo, manchas en la ropa, y la característica de coloración “azul-verde” en tuberías y desagües. La forma primaria para tratar el problema del agua bajo pH es con el uso de un neutralizador. El neutralizador alimenta una solución en el agua para evitar que el agua reaccionar con la fontanería casa o contribuir a la corrosión electrolítica ACONDICIONAMIENTO El tratamiento y acondicionamiento del agua para uso en procesos industriales es llevado a cabo mediante procesos Físico-Químicos mediante la adición de

productos químicos especiales en equipos de calentamiento, enfriamiento, clarificadores y ósmosis inversa. La función principal de estos procesos es controlar la corrosión, incrustación de sales y bio-sólidos (biofouling) en dichos equipos. Esta tecnología de tratamiento es aplicada en la mayoría de las industrias manufactureras. Nuestra compañía cuenta con los químicos especializados para acondicionar la mayoría de las aguas. Al acondicionar o tratar el agua antes de incorporarla a una caldera se está inhibiendo su tendencia incrustante y corrosiva. Existen dos métodos básicos para tratar el agua: Tratamiento externo - Cal carbonato en frío - Cal carbonato en caliente - Cloruro de calcio o sulfato y cal en frío - Coagulación - Sedimentación - Filtración - Ablandamiento o suavización - Aereación / Desaireación - Desmineralización - Absorción - Clarificación, clarifoculación, etcétera. La combinación de estos métodos sólo son empleados en plantas en la cuales se procesan enormes cantidades de agua que hacen a los proceso rentables (termoeléctricas y petroquímica básica y secundaria). Tratamiento interno - Es el tratamiento químico del agua dentro de la unidad misma, - Se emplean en procesos donde el volumen de agua a tratar no es muy elevado por lo general en la industria privada, incluyendo hoteles y baños públicos. - TA-100 CT es un tratamiento interno para calderas.

- Parámetros a mantener en el agua de una caldera con el uso de TA-100 CT ASPECTO

Liq. Transparente

PH

10.5 – 11.5

FIERRO (como Fe)

0 ppm

DUREZA TOTAL (como CaCO)

0 pmm

ALCALINIDAD P

500 máx.

ALCALINIDAD M

1000 máx.

ALCALINIDAD OH

-

SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS

1000 – 3000 ppm

RESIDUAL DE TRATAMIENTO 30 –60 ppm (ÓRGANO FOSFATOS) SÍLICE (como Sio)

125 ppm máx.

CLORUROS (como NaCl)

6 ciclos máx.

SULFITOS (como SO)

10 ppm máx.

TRATAMIENTO

FILTRO Un filtro de agua es un aparato compuesto generalmente de un material poroso y carbón activo, que permite purificar este líquido que viene directamente del acueducto y llega a través de los grifos. Al pasar por el filtro, este atrapa las partículas que el agua trae y pueden ser tóxicos o perjudiciales para la salud, algunos de estos elementos son arena, barro, oxido, polvo, hierro, altas cantidades de cloro y bacterias, entre otros.

Los filtros de agua evitan que lleguen partículas solidas en el interior de nuestros aparatos. El paso del tiempo y la acumulación de pequeñas partículas arrastradas por el agua producto del desprendimiento de la cal y el oxido existente en el interior de las tubería, provoca la acumulación de restos en el interior de los aparatos que carecen de filtros de agua. Gracias a los filtros de agua, las partículas y cuerpos extraños de pequeño calibre que sean arrastrados por el caudal de agua serán capturados por la malla metálica que hay en el interior del filtro y se alojaran en el vaso de recogida de partículas que tiene el filtro en su zona más baja a modo de decantador. La captura de partículas se produce por la acción separadora de la malla metálica que una vez ha captado las impurezas las precipita por gravedad al fondo del vaso, donde permanecen alojadas sin interferir en el caudal de llegada de agua de los aparatos. EVAPORADOR La evaporación al vacío es una operación unitaria que consiste en concentrar una disolución mediante la eliminación del solvente por ebullición. En este caso, se lleva a cabo a una presión inferior a la atmosférica. Así, la temperatura de ebullición es sustancialmente inferior a la correspondiente a presión atmosférica, lo que conlleva un gran ahorro energético. La evaporación al vacío supone un gran avance en el tratamiento de efluentes líquidos, permitiendo de forma eficiente, limpia, segura y compacta tratar efluentes que mediantes técnicas fisicoquímicas o biológicas no es viable. Algunas de las ventajas y posibilidades que presenta la evaporación al vacío:    

Reducción drástica del volumen de residuo líquido (lo que supone ahorro en gestión de residuos) Concentración de residuos corrosivos o incrustantes Reutilización del agua recuperada Implementación de sistemas de vertido cero

DESAIREADORES Se conocen como desaireadores (desgasificadores) aquellos dispositivos mecánicos empleados para liberar los gases contenidos en el agua de alimentación (aire, oxígeno, anhídrido carbónico y otros gases). Su funcionamiento consiste en dividir el agua de alimentación en finas gotitas, calentándolas a continuación para transformarlas en vapor dentro del desaireador, y separar el aire, anhídrido carbónico y otros gases del vapor a medida que este se va condensando. En los desaireadores el fluido calorífico acostumbra a ser el vapor, a presiones comprendidas entre valores altos hasta otros inferiores a la presión atmosférica.

Un calentador de agua de alimentación del tipo abierto o de contacto directo puede desempeñar la función de desaireador con tal que el agua se caliente a una temperatura suficientemente alta para que se desprendan los gases contenidos en ella, los cuales se hacen salir por el purgador del calentador. Los desaireadores mas modernos son calentadores de agua de alimentación del tipo de contacto directo. Estos aparatos pueden construirse para producir agua con contenidos muy bajos de oxígeno y otros gases. La distinción entre un desaireador propiamente tal y un calentador de agua de alimentación del tipo de contacto directo, que actúe de desaireador, esta en el bajo contenido de oxígeno del agua producido por este ultimo. Los equipos desaireadores del agua de alimentación de las centrales térmicas pueden ser del tipo de bandeja (artesa) y del tipo de atomización. Algunas veces de desgasifican aguas muy corrosivas sometiéndolas en frío a presiones absolutas muy bajas. Para el servicio de agua caliente de los edificios la desgasificación puede llevarse a cabo por calentamiento sin que el agua y el vapor entren en contacto. Productos Químicos Tratamiento Los productos químicos utilizados generalmente encalderas son los secuestrantes de oxígeno, dispersantes, antiincrustantes, 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. TRATAMIENTO DE ZEOLITA La filtración de agua es uno de los procesos donde interviene el uso de zeolitas, las cuales son sustratos filtrantes de origen natural. La aplicación de este sustrato ayuda a ofrecer un rendimiento alto y superior en comparación con filtros de arena y carbón. La zeolita posee una estructura a base de minerales volcánicos y cristales que funcionan como intercambiadores de iones. A su vez, poseen canales de materiales microporosos. En el intercambio de iones los canales absorben los elementos contaminantes del agua purificándola y filtrándola. De acuerdo al tipo de zeolita empleada se pueden extraer diferentes minerales del agua, entre ellos el calcio. Cuando el calcio se extrae del agua se logra un ablandamiento progresivo en la dureza del agua. Los poros de la zeolita con mayor volumen son aquellos que benefician en la retención de partículas ya que logran delimitar su paso sin diferenciar entre tipo orgánico o amoniacal.

La zeolita funciona de manera diferente si es aplicada en agua dulce o agua marina. Las zeolitas intercambiadoras de calcio funcionan cuando existe una baja presencia de iones de calcio o magnesio. En aguas saladas la zeolita actúa como sustrato biológico, es decir, transforma el amoniaco en nitrito y posteriormente en nitrato. En la parte interna de la zeolita la presencia de oxígeno es mínima por el exceso del consumo exterior, lo cual provoca un asentamiento de las bacterias y una eliminación del nitrato convirtiéndolo en nitrógeno evaporable por medio del carbono. En los sistemas de filtrado la zeolita puede aplicarse de manera sencilla en el interior del filtro presurizado permitiendo el control de la coloración del agua y actuando como un filtro biológico. La zeolita se debe cambiar cada tres meses para evitar que esta pierda sus características de filtración y se logre una purificación óptima en el agua.