CONTROL DE CALIDAD DEL AGUA

Consideraciones en el agua de alimentación

 

Las calderas necesitan pre tratamiento externo en la alimentación del agua, dependiendo del tipo de caldera , la presión de operación , o del sistema total.Tratamiento químico interno es necesario , dependiendo del tratamiento externo del agua.El tratamiento externo del agua reduce la dosificación de productos químicos y los costos totales de operación.

Control de Solidos Disueltos Totales

Cuando el agua es evaporada y se forma vapor , los minerales o solidos disueltos y suspendidos en el agua , permanecen dentro de la caldera . El agua de reposición contiene una carga normal de minerales disueltos , estos hacen que se incrementen los solidos disueltos totales dentro de la caldera. Después de un periodo de tiempo los solidos disueltos totales (TDS) alcanzan niveles críticos dentro de la caldera. Estos niveles en calderas de baja presión se recomienda que no excedan 3500 ppm (partes por millon o miligramos por litro) . TDS por encima de este rango pueden causar espuma , lo que va a generar arrastres de altos contenidos de TDS en las líneas de vapor , las válvulas y las tramas de vapor. El incremento en los niveles de TDS dentro de la caldera es conocido como “ciclos de concentración” , este termino es empleado muy seguido en la operación y control de la caldera . Agua de alimentación que contiene 175 ppm de TDS puede ser concentrada hasta 20 veces para alcanzar un máximo de 3500 ppm . Para explicar mejor los ciclos de concentración empleamos el siguiente ejemplo , si nosotros tenemos 20 botellas de un galon , cada una de ellas contiene 175 ppm de TDS y 19 de estas botellas es evaporado , dejando el contenido de solidos de 175 ppm de cada uno dentro de la ultima botella de agua , la mezcla de las sales de las 19 botellas con la ultima botella de agua nos dará como resultado 20 ciclos de concentración. Recordemos que la máxima cantidad recomendada de solidos disueltos totales TDS en una caldera de baja presión es de 3500 ppm . En Calderas de mayores presiones de operación los límites de TDS disminuyen en relación a la presión de operación.Más adelante se explica con una tabla denominada Fig.(1).

Para controlar los niveles máximos permisibles de TDS , el operador debe de abrir en forma periódica la válvula de purga de la caldera. La purga es el primer paso para el control del agua en la caldera y esta debe de ser en periodos o itervalos de tiempo . La frecuencia es dependiendo la cantidad de TDS en el agua de reposición y de la cantidad de agua de reposición introducida . En calderas grandes o más críticas las purgas deben de ser automáticas o continuas.

Control de la Alcalinidad

Adicionalmente al control de los ciclos de concentración de los TDS , la alcalinidad debe de ser considerada con mucha precaución. Los niveles de alcalinidad cuando se tienen calderas de baja presión , no deben de exceder las 700 ppm . La presencia de alcalinidad por encima de los 700 ppm puede resultar en un rompimiento de los bicarbonatos produciendo carbonatos y liberando CO2 (dióxido de carbono) libre en el vapor . La prescencia de CO2 en el vapor generalmente se tiene como resultado un vapor altamente corrosivo , causando daños por corrosión en las líneas de vapor y retorno de condensados.
El nivel de alcalinidad generalmente controla el total de ciclos de concentración en la caldera. Si el agua de reposición contiene 70 ppm de alcalinidad total en una caldera que no deba de exceder la concentración de 700 ppm se podra operar a 10 ciclos de concentración (700 ppm / 70 ppm = 10 ciclos) . Revisando el ejemplo previo si se considera que esta caldera no debe de exceder los 3500 ppm de TDS en el interior de la caldera , y si el agua de reposición tiene 175 ppm de TDS esto significa que en base a TDS el agua puede operar a 20 ciclos de concentración (3500 ppm / 175 ppm = 20 ciclos). Pero si nosotros basamos nuestros ciclos de concentración en los TDS , la alcalinidad en el interior de la caldera alcanzara los 1400 ppm (70 ppm de alcalinidad X 20 ciclos =1400 ppm) , se excedera el límite de los 700 . Por lo tanto la purga en la caldera en este ejemplo deberá de ser realizada en base a la alcalinidad y no en base a los TDS. Aunque este artículo no esta enfocado a la alcalinidad o el tratamiento de la alcalinidad , pero debe de ser obio que es mejor tener menor purga en la caldera o mayor numero de ciclos de concentración (la purga se convierte en perdida de calor y energía) por lo tanto en algunas ocaciones un Dealcalinizador debe de ser empleado. La reducción de la alcalinidad puede hacer que el control de la purga y los ciclos de concentración se realice en base a los niveles de TDS.

La dealcalinización es un proceso por el cual agua suavizada es pasada hacia una unidad que contiene resina aniónica. La resina aniónica remueve aniónes como sulfatos , nitratos, carbonatos y bicarbonatos , estos aniónes son reemplazados por cloruros . Sal (cloruro de sodio) es empleada para regenerar la resina aniónica cuando esta se satura.La necesidad de emplear agua suavizada en el equipo Dealcalinizador es por el peligro de precipitación de carbonato de calcio y de hidroxido de magnesio en la cama del Dealcalinizador . Por lo cual , la cama de intercambio iónico del anión obstruira con materia suspendida. Esto es por que la resina del Dealcalinizador es mas ligera que la convencional de un suavizador , por lo tanto el retrolavado es mucho menor y este es insuficiente para remover la materia suspendida,. Emplear un suavizador como pretratamiento sirve ademas de eliminar la dureza del agua como protección al Dealcalinizador.La concentración permitida en el interior de la caldera de TDS al igual que de alcalinidad va disminuyendo a medida que la capacidad de las caldera de presión se va incrementando.Esto se puede observar en la Fig.(1).

Control de Dureza Total

La formación de incrustación en las superificies de la caldera es el problema mas serio encontrado en la generación de vapor. La primera causa de la formación de incrustación , es debido al hecho de que la solubilidad de las sales decrese a medida de que se incrementa la temperatura aumentando la facilidad de precipitación. Consecuentemente , la alta temperatura (y presión) en la operación de las calderas , las sales se vuelven mas insolubles , la precipitación o incrustación aparece . Esta incrustación puede ser prevenida de ser formada en las calderas mediante el empleo de un tratamiento externo. (suavizador) .Como sea para alcanzar un alto grado de eficiencia , se recomienda el control de la duraza antes de entrar a la caldera , el suavizador en si mismo es un medio muy adecuado para proteger a la caldera de incrustación. El uso de tratamiento internos (productos químicos) , son empleados como complementos , para mantener un control de la incrustación en la caldera altamente efectivo. En todos los casos , se tendra un pequeño remanente de dureza en el agua de alimentación a la caldera , incluso en el agua suavizada , ademas de encontrar otras sales presentes . Por lo tanto el uso de compañias proveedoras de productos químicos para el tratamiento de la caldera es necesario. La presencia de incrustación en la caldera es equivalente a extender una pequeña capa de aislamiento a lo largo y en toda el área de calentamiento , esta material aislante térmico va a retardar o impedir la transferencia del calor , causando perdidas de eficiencia en la caldera , por lo tanto incrementa el consumo de energía. Además mas importante que el efecto de perdida en la transferencia de calor e incremento  consumo de energía , es que la incrustación puede causar un sobre calentamiento en el metal de los tubos de la caldera , generando fallas de rompimiento en los tubos. Este problema requiere una costosa reparación ademas de tener que sacar a la caldera del servicio. En las calderas modernas con alta eficiencia de transferencia de calor , la presencia e incluso extremadamente delgada de incrustación , puede causar una muy seria elevación de la temperatura en los tubos de metal. La cubierta de incrustación retarda el flujo de calor del horno hacia el agua para generar vapor , esta resistencia al calor resulta en un rapido incremento en la temperatura del metal al punto en donde se presenta la falla. El posible daño causado en la caldera no es solo costoso , además es muy peligroso debido a que la caldera opera a presión.Un hecho real ofrecido en esta publicación , es que la presencia de cualquier tipo de incrustación en la caldera debe de ser considerada con mucha importancia. Como se comento la incrustación puede ser prevenida de formarse en las calderas de forma interna (productos químicos) y/o externa (suavizador). Como sea el tratamiento interno solo es mas costoso y se incrementa a elevados rangos de dureza. El uso de un suavizador de agua en conjunto con un tratamiento químico es más efectivo , confiable ,seguro y económico , significa control de la calidad del agua en una caldera.

Sintesis de calidad del Agua

Antes de discutir técnicas de selección de un equipo suavizador de agua , permitanos revisar rápidamente la calidad del agua en las tres principales áreas , TDS (sólidos disueltos totales) ,alcalinidad y dureza.

• Solidos Disueltos Totales (TDS)
La concentración máxima de TDS en una caldera de baja presión es 3500 ppm

• Alcalinidad
La concentración máxima de alcalinidad en una caldera de baja presión es 700 ppm

• Dureza
La dureza máxima permitida en cualquier caldera , debe de ser prácticamente “cero” ppm.

La presente tabla , se indica que a mayor presión en una caldera , el proceso y la necesidad de tener mejor calidad de agua es necesario.

CALCULO DE UN SUAVIZADOR

El procedimiento para seleccionar un suavizador adecuado para la alimentación del agua a la caldera , muchas consideraciones deben de ser revisadas . De entrada y es básico obtener un análisis del agua , los caballos de vapor de la caldera y la información pertinente sobre la recuperación de vapor en condensados . Cada una de esta áreas debera de ser calculada antes de comenzar el proceso de selección del suavizador.

Análisis de la Dureza en el Agua

La dureza en el agua esta formada de calcio y magnesio , La dureza en diferentes fuentes naturales de agua puede variar en forma muy considerable , depende de cada tipo de fuente de donde el agua es obtenida . Algunas zonas en el país que tienen formaciones de piedra caliza , el agua generalmente tiene alto contenido de dureza . El agua superficial esta generalmente diluída con agua de lluvia , el agua de la lluvia que cae en la tierra , se va filtrando pasando por diferentes capas de la tierra , en muchas de ellas va diluyendo sales y principalmente dureza. El grado de dureza en cada lugar nunca deberá de ser asumida. Se debe de hacer todo el esfuerzo posible para obtener un análisis del agua en el luger en donde se va a instalar la caldera. Esto nos va a asegurar una alta eficiencia en el proceso de selección del suavizador.

El orden para seleccionar un suavizador de agua , comienza con determinar como primer paso la cantidad de dureza . Muchos de los análisis del agua expresan la dureza en “partes por millon” (ppm) . Las partes por millon deben de convertirse a “granos por galón” (gpg) , para poder calcular el tamaño del suavizador. Para convertir la dureza expresada en ppm a gpg hay que dividir los ppm entre 17.1 . Ejemplo: si nos reportan una dureza total de 342 ppm se convierte de dividiéndola entre 17.1 por lo tanto equivale a 342 / 17.1 = 20 gpg (granos por galón) . Esta medida significa cuantos granos de resina se necesitan para suavizar un galón de agua.