Tratamiento Agua De Calderas.docx

Tratamiento de Agua para calderas – En el presente artículo se analiza la importancia que el tratamiento de agua tiene en la vida útil, eficiencia y seguridad en la operación de las calderas industriales; se entregan además recomendaciones para la definición de programas de tratamiento de agua y se explica cómo detectar los problemas más frecuentes. 1 – Introducción Ante todo es muy significativo tener en cuenta que la caldera es un equipo valioso para las empresas, por lo que se debe cuidar de una manera muy especial, con excelentes productos y servicios. El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida útil libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y accidentes. El objetivo principal del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosión e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentación y del agua contenida en la caldera. El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua de la caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las normas, que definen los límites recomendados para los parámetros involucrados en el tratamiento del agua, por lo que, es necesario tener un buen tratamiento químico preventivo con el que se obtienen beneficios tales como: Costo reducido con buena protección; Consumo controlado de combustible por la limpieza interna del sistema, libre de incrustaciones; Tratamiento avanzado ajustado a sus necesidades; Menos interrupciones y trastornos en las operaciones;

Mayor seguridad; Mantenimiento mínimo a la caldera y al sistema de distribución de vapor; Mayor vida de los equipos. Estos beneficios se logran si se cumplen adecuadamente los siguientes objetivos; Inhibir la corrosión en las calderas y en los sistemas de vapor además de los equipos usados en el vapor; Controlar la formación de incrustaciones y la acumulación de lodos; Mantener una alta pureza en el vapor mediante el control de las impurezas del agua que se usa en la caldera.

2 – Fuentes de agua Las fuentes de agua corresponden a toda aquella agua que aunque provengan de acueductos de las ciudades, pozos , ríos, lagos, etc., contienen impurezas adquiridas durante el ciclo al que han sido sometidas, y aunque parezcan cristalinas contienen un alto grado de impurezas que aparecen como sólidos disueltos, llegándose a calcular que una caldera de 200 BHP puede recibir aproximadamente tres toneladas de sólidos disueltos en un año. 3 – Parámetros tratamiento de agua Los principales parámetros involucrados en el tratamiento del agua de una caldera, son los siguientes: pH – 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) 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. Oxígeno – El oxígeno presente en el agua favorece la corrosión de los componentes metálicos de una caldera. La presión y temperatura aumentan la velocidad con que se produce la corrosión.Hierro y cobre – El hierro y el cobre forman depósitos que deterioran la transferencia de calor. Se pueden utilizar filtros para remover éstas sustancias. Dióxido de carbono – El dióxido de carbono, al igual que el oxígeno, favorecen la corrosión. Este tipo de corrosión se manifiesta en forma de ranuras y no de tubérculos como los resultantes de la corrosión por oxígeno. La corrosión en las líneas de retorno de condensado generalmente es causada por el dióxido de carbono. El CO2 se disuelve en agua (condensado) produciendo ácido carbónico. La corrosión causada por el ácido carbónico ocurrirá bajo el nivel del agua y puede ser identificada por las ranuras o canales que se forman en el metal. Aceite – El aceite favorece la formación de espuma y como consecuencia el arrastre de vapor. Fosfato – El fosfato se utiliza para controlar el pH y dar protección contra la dureza. Sólidos disueltos – Los sólidos disueltos son la cantidad de impurezas disueltas en el agua. Sólidos en suspensión – Los sólidos en suspensión representan la cantidad de impurezas no disueltas y presentes en el agua.

Secuestrantes de oxigeno – Corresponden a productos químicos (sulfitos, hidracina, hidroquinona, etc.,) utilizados para remover el oxígeno residual del agua.

Sílice – La sílice presente en el agua de alimentación puede formar incrustaciones duras (silicatos) o de muy baja conductividad térmica (silicatos de calcio y magnesio). Alcalinidad – Representa la cantidad de carbonatos, bicarbonatos, hidróxidos y silicatos o fosfatos en el agua. La alcalinidad del agua de alimentación es importante, ya que, representa una fuente potencial de depósitos. Conductividad – La conductividad del agua permite controlar la cantidad de sales (iones) disueltas en el agua. 4 – Requerimientos agua alimentación y caldera Sobre la base de las recomendaciones de la American Boiler Manufacturing Association “ABMA” se han preparado las siguientes tablas que muestran los requerimientos que deberá satisfacer el agua de alimentación y el agua de una caldera para prevenir incrustaciones y corrosión en calderas de baja presión: Alimentación: Parámetros

Valor requerido

Dureza total

Hasta 2 ppm

Contenido de oxigeno

Hasta 8 ppm

Dióxido de carbono

Hasta 25 mg/l

Contenido total de hierro

Hasta 0,05 mg/l

Contenido total de cobre

Hasta 0,01 mg/l

Alcalinidad total

Hasta 25 ppm

Contenido de aceite

Hasta 1 mg/l

pH

8.0 – 9.0

Caldera

pH

10.5 – 11.5

Total sólidos disueltos

Máximo 2500 ppm

Residual de sulfitos SO3

Mínimo 30 ppm

Residual de fosfatos, PO4

Mínimo 10 ppm

Alcalinidad P como CaCO3 Alcalinidad M Como CaCO3

Máximo 700 ppm

Alcalinidad OH Como CaCO3 (hidroxilo) Alc. OH = 2 Alc P – Alc M

Mínimo 100 ppm

Oxígeno disuelto. O2 En el agua de alimentación 0.0 ppm Sílice, SiO2

Máximo 150 ppm

Hierro, Fe ++

Máximo 10 ppm

Conductividad Eléctrica

Máximo 3.600 mhs/cm

pH del condensado

Mínimo 8.0

5 – Problemas más frecuentes El tratamiento preventivo de las aguas utilizadas en la producción de vapor, encierra principalmente tres tópicos que son: 1 – Evitar corrosión en la parte interna de las calderas. 2 – Acondicionamiento de sales inorgánicas disueltas en el agua de alimentación y de pH, alcalinidad, lodos y sílice dentro de la caldera. 3 – Protección de sus valiosos equipos que usan vapor, además de las largas líneas de vapor y las líneas de condensado y en especial las trampas de vapor, los cheques y las válvulas. A continuación se describen los problemas, asociados al tratamiento de agua, encontrados con mayor frecuencia en las calderas.

5-1 – Corrosión La corrosión es un problema electroquímico mediante el cual un metal retorna a su estado natural. Para que ocurra corrosión en un material es necesario que exista una célula de corrosión, conformada por un ánodo, un cátodo y un electrolito (que para nuestro caso es el agua) . Estos iones metálicos pueden disolverse en el electrolito; ésta disolución se lleva a cabo en el ánodo, lo que genera la liberación de electrones. Estos electrones por transferencia llegan al cátodo donde ocurren reacciones de consumo de electrones. El resultado de éstas reacciones es la pérdida de masa en el metal (corrosión) y formación de depósitos. En algunas aguas, los metales pueden estar sometidos a ataques de corrosión localizadas, muy severos (pitting) ocasionados por la presencia de gases disueltos como el oxígeno. Las principales fuentes de corrosión en calderas son la corrosión por oxígeno o “Pitting” y la corrosión cáustica. A continuación se describe en que consiste cada uno de estos tipos de corrosión, cuales son los factores que la favorecen, que aspecto tiene y de qué manera pueden ser prevenidos. 5-1-1- Corrosión por oxígeno o “Pitting” La corrosión por oxígeno consiste en la reacción del oxígeno disuelto en el agua con los componentes metálicos de la caldera y que están en contacto con el agua provocando su disolución o conversión en óxidos insolubles. Los resultados de este tipo de corrosión son tubérculos de color negro, los que se forman en la zona de corrosión.- Dado que la corrosión se produce por la acción del oxígeno disuelto en el agua, esta puede producirse también cuando la caldera se encuentra fuera de servicio e ingresa aire (oxígeno). La prevención de la corrosión por oxígeno se consigue mediante una adecuada desgasificación del agua de alimentación y la mantención de un exceso de Secuestrantes de oxígeno en el agua de la caldera. 5-1-2 - Corrosión cáustica

La corrosión cáustica se produce por una sobreconcentración 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 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 anteriormente. 5-1-3- Corrosión líneas retorno de condensado Las líneas de retorno de condensado, lógicamente no forman parte de una caldera, sin embargo, su corrosión tiene efectos sobre las calderas, ya que, los óxidos (hematita) producidos, son arrastrados a la caldera con el agua de alimentación y puede ser prevenida con el tratamiento de agua. Toda caldera cuyo lado agua tiene un color rojizo, presenta problemas de corrosión en las líneas de retorno de condensado, y ésta se produce por la acción del ácido carbónico que en éstas se forma. La prevención de la corrosión en las líneas de retorno de condensado, puede ser conseguida mediante aminas neutralizantes que neutralizan la acción del ácido carbónico y aminas fílmicas que protegen las líneas. Estas aminas son volátiles por lo que al ser dosificadas a las líneas de alimentación de agua son arrastradas por el vapor producido en la caldera. El oxígeno que es el responsable de la corrosión localizada no solamente dentro de la caldera sino en el sistema de condensado, es necesario secuestrarlo totalmente, antes y al entrar a la caldera. Los dos Secuestrantes de oxígeno más utilizados en los tratamientos preventivos de agua de calderas, son: sulfito de sodio, para calderas que operen por debajo de 800 Psig y la hidracina, ésta usada especialmente para las que operen por encima de estas presiones. Lo más importante en uno y otro caso es que la secuestración se haga casi instantánea, ya que el tiempo de que se dispone desde la alimentación del

químico hasta la entrada de la caldera, es mínimo. Esta es la razón por la cual en la mayoría de los casos es absolutamente necesario utilizar un Secuestrantes de oxigeno catalizado. 5 – 2- Incrustaciones Las incrustaciones corresponden a depósitos de carbonatos y silicatos de calcio y magnesio, formados debido a 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 su acumulación 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 aún más grave. La presencia de incrustaciones en una caldera es especialmente grave debido a su baja conductividad térmica, pues actúa como aislante térmico, provocando problemas de refrigeración de las superficies metálicas y puede llegar a causar daños por sobrecalentamiento. La formación de incrustaciones en una caldera puede ser prevenida satisfaciendo los requerimientos del agua de alimentación y agua de la caldera incluidos en el punto 4, tratando el agua de alimentación y manteniendo adecuados regímenes de purga. Las grandes empresas productoras de químicos para el tratamiento del agua de calderas están formulando con base en inhibidores de incrustación y dispersantes denominados POLIMEROS, (actualmente de cuarta generación) que acondicionan la dureza del agua distorsionando su estructura cristalina y convirtiéndola en sólidos en suspensión. Estos acondicionamientos de calcio y magnesio, en partículas no adherentes, los depósitos o presencia de hierro y cobre y los lodos que pueden entrar a la caldera., se mantienen en suspensión por efecto de los dispersantes evitando de ésta forma su disposición y facilitando su expulsión por los sistemas de purga de la caldera. Este desarrollo con base en POLIMEROS,

que actúan como excelentes acondicionadores de lodos, y además tiene entre otras ventajas las siguientes: Controla la dureza del agua; Es acondicionador del hierro presente en el agua de la caldera; Acondiciona los sólidos en suspensión ; Mantiene las superficies internas de la caldera muy limpias; Es compatible con aditivos orgánicos y aminas neutralizantes; Fácil dosificación ; Controla la formación de incrustaciones y depósitos; Control eficaz de la formación de sólidos; Fácil control de resultados; Compatible con el Sulfito de Sodio catalizado (no envenan el catalizador); Simplifica el control de los operadores ; Facilita el control en el laboratorio; Fácil manejo ; Tratamiento de avanzada tecnología de acuerdo a sus necesidades; Apropiado para plantas reguladas por la FDA/USDA. 5 – 3 – Arrastre de condensado El arrastre de condensado en una caldera tiene relación con el suministro de vapor húmedo (con gotas de agua) y puede tener relación con deficiencias mecánicas y químicas. Las deficiencias mecánicas tienen relación con la operación con elevados niveles de agua, deficiencias de los separadores de gota, sobrecargas térmicas, variaciones bruscas en los consumos, etc. Por otro lado las deficiencias químicas tienen relación con el tratamiento de agua de la caldera, específicamente con excesivos contenidos de alcalinidad, sólidos totales (disueltos y en suspensión) y sílice, que favorecen la formación de espuma. Para prevenir el arrastre debido a deficiencias en el tratamiento de agua, se recomienda mantener los siguientes límites de los contenidos de alcalinidad, sólidos disueltos y sílice. Alcalinidad total Hasta 700 ppm Sílice - SiO2

Hasta 150 ppm

Sólidos disueltos Hasta 2500 ppm La alcalinidad del agua de alimentación, dada como la cantidad de carbonatos y bicarbonatos presentes , es la causante de la formación del

dióxido de carbono (CO2) en el vapor, el cual se transforma en ácido carbónico, que ocasiona la corrosión en los equipos por donde circula el vapor y el condensado, las líneas de vapor y las líneas de condensado. Existen productos compuestos especialmente por aminas neutralizantes de la acción del ácido carbónico en las líneas de vapor, los equipos y las líneas de condensado. La razón para diseñar un programa preventivo para las líneas de vapor, los equipos y las líneas de condensado, es debida a la presencia de gases disueltos (O2, CO2) en estos sistemas que incrementan considerablemente la corrosión y además contaminan el vapor y el condensado con sus subproductos favoreciendo la formación de depósitos en éstas líneas, presentando además oxidación y color, y más cuando el condensado retorna a la caldera. El vapor y el condensado pueden contaminarse por gases disueltos en el agua de caldera y por entrada al sistema de vapor – condensado. La fuente más importante de contaminación por dióxido de carbono en el agua de alimentación es la presencia de carbonatos y bicarbonatos de sodio, calcio y magnesio. COMO IMPEDIR LA CORROSION EN LOS SISTEMAS DE VAPOR, LOS EQUIPOS Y LAS LINEAS DE CONDENSADO. Existen dos formas para impedir el ataque corrosivo: 1 – Eliminando la presencia y contaminación de oxígeno y dióxido de carbono; 2 – Empleando inhibidores químicos que anulen las condiciones corrosivas. Los productos químicos que se emplean para impedir la corrosión en el sistema de condensado: Productos fílmicos y productos neutralizantes. Los productos fílmicos, aplicados correctamente, forman una barrera entre el metal y el vapor/condensado; impiden tanto el ataque por CO2 como por O2.

Por su parte los inhibidores por neutralización son productos alcalinos volátiles que aumentan el pH del condensado, protegen el sistema contra el ataque corrosivo del dióxido de carbono. Un buen inhibidor por neutralización debe reunir varias características: 1 – Debe volatilizarse aproximadamente bajo las mismas condiciones que el agua; 2 – Debe ser estable térmicamente y no deteriorarse bajo las condiciones operativas de la caldera: 3 – Al neutralizar el dióxido de carbono, no debe formar productos de reacciones insolubles o corrosivas; 4 – Debe alimentarse y dosificarse convenientemente de manera que pueda controlarse el pH del condensado; 5 – No debe formar espuma ni hacer inefectivo el tratamiento de agua de caldera. CONDICIONES DE OPERACIÓN Aplicación de los químicos - La aplicación de los químicos debe ajustarse teniendo en cuenta los análisis periódicos del agua de la caldera y se debe hacer paulatinamente en el tanque de alimentación. en las cantidades que le fueren aplicables según las condiciones técnicas de la caldera y las líneas de vapor. Purgas al agua interna de las calderas – Las purgas de las calderas – de fondo y continua o superficie – deben ajustarse teniendo en cuenta los análisis y los parámetros de la caldera. El programa de purgas deberá ser estricto y deberá llevarse preferiblemente un historial de él, lo mismo que de todos los parámetros exigidos por la Asociación Americana de Calderas, para el agua interna de las calderas Como vimos anteriormente, a la caldera le entra una gran cantidad de material que debe de eliminarse. Si este material es tratado con productos efectivos y de buena calidad, no se pega a los tubos, ni en el interior de la caldera, y sale de la caldera por la purga continua o de superficie si la tiene

y el resto o todo, se precipita al fondo por gravedad específica y SALE SOLO CON PURGAS. Si no se purga y no se usan productos efectivos y de calidad que acondicionen esos sólidos para que si salgan en las purgas, se pegarán dentro de la caldera formando depósitos o incrustaciones que dañan la caldera e incrementan el consumo de combustible, disminuyen la eficiencia y merman la producción de vapor. Esto demuestra que este materia depositable (usando o no productos) debe desalojarse de la caldera y sólo se podrá desalojar con purgas y enjuagues periódicos. Porqué instalar la purga continua o de superficie: Uno de los tópicos fundamentales en el tratamiento de aguas de calderas es la eliminación del material condicionado – sales minerales, lodos, etc.mediante las purgas. Las purgas de fondo no son del todo eficientes, ya que para evacuar todo el material incrustante deben hacerse largas y demoradas purgas de fondo, contando además con que este material que sale por ella debe recorrer por gravedad todo el sistema de tubos de la caldera para llegar al punto de desfogue de la purga de fondo, es decir desde el nivel de agua de la caldera que es el lugar donde se evapora y se concentran los sólidos, hasta la salida de la purga de fondo. El nivel del agua en la caldera es un factor y lugar crítico en la acumulación de sólidos, a este nivel se le denomina superficie de transferencia de la fase líquida a la fase de vapor y es allí donde se presenta mayor concentración de sólidos, debido a que en el agua al evaporarse en la superficie, el vapor deja todo el material que tenía disuelto en la fase líquida. Por ésta razón, es muy importante aprovechar ésta alta concentración de material para evacuarlo de la caldera mediante el sistema de PURGA CONTINUA evitando que muchos de los sólidos recorran toda la caldera por entre los tubos hasta llegar a la salida de las purgas de fondo. La purga continua es un dispositivo muy fácil y económico de instalar ya que solo se necesita una válvula de aguja inoxidable de ½ pulgada para regular el caudal y unos cuantos metros de tubería, pues casi todas las

calderas tienen ya diseñado e instalado la salida y el lugar donde se debe colocar la purga continua. EN LA EVAPORACION SOLO SE EVAPORA EL H2O, TODO LO DEMAS QUE TIENE EL AGUA SE QUEDA EN LA CALDERA - NO LO OLVIDE. Enjuagues periódicos, lavados y evaluación de la efectividad de los tratamientos – De acuerdo a los parámetros internacionales, los enjuagues periódicos son una exigencia mínimo DOS (2) veces por año y deberán hacerse e implementarse para una perfecta eficiencia en el tratamiento del agua de las calderas. Limpieza del tubo de entrada del agua de alimentación a la caldera y el tanque de alimentación: El agua de alimentación de la caldera contiene una cantidad alta de sólidos disueltos entre carbonatos, silicatos, materia orgánica y los productos químicos. En la entrada a la caldera hay una gran diferencia de temperaturas; al sufrir ese alto choque térmico del agua fría al entrar a la caldera, se reduce la solubilidad de estos materiales presentes en el agua, convirtiéndose en depósitos o incrustación que se pegan muy fácilmente del tubo a su superficie interna, cerrando su diámetro y de pronto obstruyéndolo totalmente, ayudado generalmente por las bajas velocidades que se producen en el cambio de área., razón por la cual debe obligatoriamente revisarse y limpiarse este tramo de tubería mínimo dos veces por año, aprovechando la obligatoriedad de los dos enjuagues periódicos. Limpie también el tanque de agua de alimentación y la tubería, los accesorios, filtros y demás, desde el tanque de alimentación, la bomba hasta la entrada a la caldera. La información entregada en el presente artículo, pretende llamar la atención sobre la importancia del tratamiento de agua de las calderas el cual es fundamental en la vida útil, la prevención de accidentes y la operación eficiente de las calderas. Sólo a través de tratamientos de agua rigurosos con un excelente producto químico e inspecciones periódicas por parte de especialistas, es posible asegurar la efectividad en la protección de las calderas.

Jairo Duque Salazar