UNIVERSIDAD JOSÉ CARLOS MARIÁTEGUI, MARIÁTEGUI, MOQUEGUA
FACULT FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍ A ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECANICA ELECTRICA
TITULO INFORME.
“TRATAMIENTO “TRATAMIENTO DE D E AGUA PARA CALDERAS.” CALDERAS .”
PRESENTADO POR:
ALVAREZ VENTURA RUBEN DINOS MOQUEGUA 2!"
TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
ÍNDICE
OBJETIVOS INTRODUCCI#N AGUAS NATURALES: IMPUREZAS $ PROBLEMAS %%%%%%% ………… . 7 Formación de depósitos……………………………………………………….….10 Corrosión por oxidación del metal ………………………………………….…. ..11 ..11 Fragilización cáustica ……………………………………………………….…... 12 Formación de espumas ………………………………………………………... ..12
S#LIDOS DISUELTOS ……………………………………………………………….….. 14 Las impurezas en el agua de alimentación se concentran en la caldera ... ….14 Ciclos de concentración ………………………………………………………….. 15 ureza del agua …………………………………………………………………… 1! Corrosión del sistema de condensado ……………………………………. ……17
ARRASTRE DE AGUA ………………………………………………………………….... 17 "eneralidades …………………………………………………………………..…. 17 #ecuperación de calor de la purga continua …………………………………… 1$ %ue tan pura de&e ser el agua de alimentación ……………………………….. 1$ 'carreo de agua en el (apor …………………………………………….…..…… 1) 'carreo de *umedad ……………………………………………………………… 1) 'carreo de espuma ………………………………………………………..………. 20 'rrastre de 'gua ………………………………………………………….………. 20
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
ACARREO DE S#LIDOS DISUELTOS ………………………………………..….……. 21 'carreo de s+lice …………………………………………………………….……. 21 eterminación del (olumen acarreado ………………………….…………... 21 'carreo en &ase a la alta conducti(idad ………………………….…….…… 21 Factores ,ue in-luen en el arrastre de sólidos …………………………….. 22
CORROSION ………………………………………………………………………………..….. 2/ liminación del oxigeno del agua de alimentación…………………………..…..…. 2/ eareadores ………………………………………………………………………….… 2/ Control del deareador ……………………………………………...………………..… 24 #emocion del oxigeno por metodo ,u+mico ……………………………..………..… 24 Corrosion en el condensado …………………………………………………..……… 25 Control del co2 con aminas neutralizantes ……………………………………..….… 2! Control del co2 con aminas ,ue -orman pel+cula ……………………………………. 2!
TRATAMIENTOS PREVIOS A LA CALDERA &E'TERNOS …………………………….. 2! Cloro ……………………………………………………………………………….…….. 2! Filtros de arena ……………………………………………………………………….... 27 Filtro de car&ón acti(ado ……………………………………………………….……… 27 '&landamiento por intercam&io iónico ……………………………………………… 2$ ntercam&io catiónico …………………………………………………………. 2$ 3eolita …………………………………………………………………………… 2) '&landamiento por intercam&io aniónico …………………………...……… /2 '&landamiento por el proceso de cal sodada en -r+o -r+o ……………………… // 2
TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
'&landamiento por el proceso cal sodada en caliente …………….……… /4 smosis in(ersa …………………………………………………….…………. /4
TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUA …………………………………………………………….……… /5 'gua de repuesto …………………………………………………………………….. /5 ratamiento interno del agua ………………………………….……………………… /! Formación de depósitos ………………………………………………………………. /! ncrustación …………………………………………………………………………….. /! 6ro&lemas causados por la incrustación ……………………………………. /7 Lodos …………………………………………………………………… /7 ólidos totales en suspensión 8tsd ……………………….………... /7 'plicación de tratamientos de agua ………………………………………………….. /$ 'gentes de tratamiento interno ………………………………………………..……… /$
PURGAS %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%..%%%%%.. 42 Consecuencias por de-ecto de la purga ……………………………….…………….. 42 Conser(ación de energ+a mediante un control adecuado de la purga ………….…42 6urgas de -ondo ………………………………………………………………………. 4/ Calculo de purga ……………………………………………………………………… 44
POTENCIAL DE (IDR#GENO &)(* %%%%%%%%%%%%%%%%%%..%%%.. + CONCLUSIONES%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%+BIBLIOGRAFICA%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%+
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
OBJETIVOS "9#'L 'nalizar las acti(idades ,ue se desarrollan en los di-erentes sistemas de tratamiento de aguas para calderas. sto se :ace con el -in ,ue el participante ad,uiera las competencias necesarias para; dise
6C>FC 1. Conocer los -undamentos del comportamiento del agua al interior de los generadores de (apor las (enta?as ,ue conlle(a para estos un &uen dise
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
INTRODUCCI#N
La e-iciencia con ,ue operan las calderas de (apor= por consiguiente el costo de operación ,ue estas tienen= as+ como la seguridad con ,ue operan el tiempo de (ida Atil ,ue poseen= depende de gran medida de la calidad del agua con ,ue se alimentan. l tratamiento ,ue se re,uiere dar al agua= tanto del externo como el interno= de&e ser dise
6or lo anterior= es necesario ,ue el personal operati(o de los sistemas de generación distri&ución de (apor conozca los -undamentos del comportamiento del agua al interior de los generadores de (apor las (enta?as ,ue conlle(a para sus dise
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
AGUAS NATURALES: IMPUREZAS $ PROBLEMAS
l agua pura no existe en la naturaleza a ,ue se encuentra contaminada por di-erentes sustancias presentes en el medio am&ienteB de :ec:o= algunas de las propiedades particularidades atri&uidas al agua son en realidad -unción de sus contaminantes. s por lo ,ue t@rminos a ella asociados= como dura= ácida o &ásica= clara o tur&ia= se de&en a las caracter+sticas resultantes de la suspensión o disolución de los di-erentes contaminantes= l examen (isual del agua no da= para la maor+a de las situaciones= ninguna in-ormación concerniente a las impurezas ,ue contiene= por lo ,ue para (alorar la adecuación del agua al uso deseado resulta imprescindi&le la cuanti-icación -+sicoD ,u+mica de sus contaminantes. n el agua pueden existir gases disueltos= los cuales normalmente estarán en pe,ue
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2. Corrosión por oxidación del metal. /. Fragilizar+an caustica. 4. Formación de espumas. a&la 9o. 1 6arámetros contaminantes :a&ituales del agua
P/013405
R3)036374/89 7
ur&idez
9E
Color
Enidades color
p*
*GH
Conducti(idad
m
ólidos disueltos
ólidos suspendidos
P05;<3/ T=)985
eposiciones en las l+neas de agua= e,uipos calderas 6uede generar de espumación en las calderas. &staculiza los m@todos de precipitación isolución precipitados de metales #esultado de los sólidos ioniza&les= la conducti(idad alta puede aumentar las caracter+sticas corrosi(as del agua 'ltas concentraciones de materia total disuelta determinado por e(aporación= inter-ieren en los procesos de tratamiento generan espumas en las calderas La materia no disuelta suspendida determinada gra(im@tricamente= tapona las l+neas de circulación de los -luidos= produce depósitos e incrustaciones en las l+neas e,uipos de (apor 7
T0/4/93745 C50038450 Coagulación= sedimentación= -iltración Coagulación= -iltración= cloración= adsorción. 9eutralización con ácidos &ases. odo proceso ,ue reduzca los sólidos disueltos. 6rocesos del calDsosa. esmineralización. 6rocesos de cal= intercam&io iónico= ósmosis in(ersa= electrodesionización= destilación.
Filtración= coagulación= sedimentación
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ureza
Ca Ig
xpresada como CaC/
'lcalinidad
ióxido car&ono
de
C2
xigeno
2
"rasas
xpresado como grasa o materia extraida al cloro-ormo
ul-atos
Cloruros
9itratos
4 D
ClD
9/
6rincipales causantes de las incrustaciones en los e,uipos de intercam&io de calor= generan cua?adas con los ?a&ones posteriormente &arros lodos. Formación de espumas transporte de sólidos el (apor. 6romue(en la -ragilidad del acero de las calderas. "eneración de C2 por los car&onatos &icar&onatos potencial -uente de corrosión. Corrosión en las l+neas de agua particularmente las de (apor condensados. Corrosión en las l+neas de agua= e,uipos de intercam&io de calor= calderas circuitos de retorno de condensados.
'&landamiento= ósmosis in(ersa= intercam&io iónico= tratamiento interno= agentes acti(os a las super-icies.
6rocesos de cal sosa= acidi-icación= intercam&io iónico= ósmosis in(ersa= electrodesionización= destilación.
esagasi-icación= neutralización con &ases aminas. esagasi-icación= sul-ito sódico= in:i&idores de la corrosión
Costras= lodos espumas en las eparadores de grasas= calderas. i-iculta la coagulación= -iltración. trans-erencia de calor. '
6rocesos desmineralización= destilación
de
6rocesos desmineralización= destilación.
de
6rocesos desmineralización= destilación
de
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+lice
"enera incrustaciones de las calderas circuitos de calor. 6uede generar color es -uente de precipitados lodos en las l+neas de agua (apor.
i2
*ierro
FeG2 FeG/
'dsorción= intercam&io iónico= destilación Coagulación= -iltración= intercam&io iónico= agentes acti(os a las super-icies
FORMACI#N DE DEP#SITOS
La incrustación es indesea&le a ,ue al -ormar una capa en los tu&os demás componentes del e,uipo= e(itan la transmisión e-ecti(a del calor. Los depósitos se producen por sólidos suspendidos ,ue el agua pueda contener principalmente por -ormación de depósitos de sul-atos car&onatos de calcio magnesio= en mezclas comple?as con otros componentes como s+lice= &ario= etc.
6ara e(itar la -ormación de incrustaciones se de&en remo(er los sólidos coloidales materia suspendida ,ue el agua contenga a&landamiento o sua(ización del agua cruda antes de integrarla a la caldera.
CaC/ G *2 G Co2
DDDDDDD
Ca8*C/ 2 G Calor
6roduce incrustaciones de 15 p.p.m.
IgC/ G *2 Ig8*2
DDDDDDDD DDDDDDDD
Ig8*2 G C2 Ig
G
* 2
6roduce incrustaciones de $ p.p.m. i2 6roduce a presión alta 8mu insolu&le incrustaciones Figura 9o. 1 9
TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
?emplo de incrustación en una pieza de tu&o
CORROSI#N POR O'IDACI#N DEL METAL
Los principales componentes de la caldera son metálicos. Los agentes ,ue atacan el -ierro lo disuel(en son los gases corrosi(os 8oxigeno &ióxido de car&ono 'gentes oxidantes 8como los compuestos clorados. am&i@n la acidez del agua causa corrosión por lo ,ue el p* de&e mantenerse entre ).0 11.5.
IgCl2 G 2*2
DDDDDDDD
2*Cl G Fe
DDDDDDDDDD
Ig8*2 G 2*Cl FeCl2
G
Figura 9o. 2 ?emplo corrosión excesi(a 10
*2
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Figura 9o. / ?emplo corrosión tu&o caldera
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
FRAGILIZACI#N CÁUSTICA
i la alcalinidad a la -enol-taleina ,ue es la ,ue se encuentra en -orma de car&onatos es mu alta= pueden presentarse pro&lemas de -ragilzación del metal. sta perdida de elasticidad= tam&i@n puede ocurrir por -recuentes s:ocJs t@rmicos en la caldera= al complementar sin calentamiento pre(io el agua de repuesto para compensar por las perdidas por -ugas de (apor o por purgas de la caldera.
FORMACI#N DE ESPUMAS
sto ocurre cuando :a presencia de materia orgánica o de una gran cantidad de sólidos disueltos en el agua de la caldera. 6ara e(itar la -ormación de espumas= se purga la caldera cuando en el agua se alcanza un cierto ni(el preesta&lecido de sólidos disueltos. tra acción pre(enti(a consiste en tener un tratamiento externo del agua de alimentación para e(itar la presencia de sólidos suspendidos de naturaleza orgánica= as+ como de grasas aceites del e,uipo de proceso ,ue puedan contaminar el agua.
9a2C/ G *2 G Co2
DDDDDDDDD
29a*C/ G Calor 6roduce espumeo 8soda as:= solu&le
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
S#LIDOS DISUELTOS
LAS IMPUREZAS EN EL AGUA DE ALIMENTACI#N SE CONCENTRAN EN LA CALDERA
6rácticamente todas las aguas de alimentación a las calderas contienen sólidos disueltos. Cuando el agua de alimentación se calienta= se e(apora sale de la caldera como (apor destilado de?ando las impurezas atrás. ntre más más auga se e(apora en la caldera= se a
Las &ur&u?as de (apor su&en no se separan -ácilmente de la super-icieB en (ez de esto= se -orman grandes &ur&u?as ,ue= cuando re(ientan= arrastran con ellas :acia el espacio de (apor algo de la pel+cula 8solución con ,ue se -ormó la &ur&u?a. sta condición se denomina comAnmente Kacarreo.
stas incrustaciones en -orma de placas= son un &uen aislante del calor reducen el grado de trans-erencia de calor. Con-orme la incrustación crece= el (apor el agua son cada (ez menos capaces de mantener estas super-icies en-riadas comienzan a recalentarse= al grado de reducir la resistencia del metal de los tu&os causar su ruptura. ependiendo de las circunstancias= esta -alla puede presentarse en -orma de ampollas o= incluso= pro(oca ,ue se -unda el material de los tu&os.
n otros casos= se &usca con(ertirlos en un precipitado ligero espon?oso ,ue -lua :acia las zonas &a?as de la caldera. a&la 9o. 2 13
TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
-ectos de un tratamiento inadecuado del agua de la caldera
EFECTO
PROBLEMA
OBSERVACIONES Forma un recu&rimiento duro (idrioso en las super-icies internas de la caldera. e (aporiza en las calderas de alta presión se deposita en los ala&es de las tur&inas. l Ca4= Ig/= CaC/ IgC/ -orman incrustaciones en los tu&os de las calderas.
+lice ncrustación ureza e reduce la trans-erencia de calor
epósitos; ncrustaciones lodos x+geno
Corrosión
ióxido de car&ono x+geno dióxido de car&ono
'rrastre de agua espumado
'lta concentración en agua de la caldera
Fragilidad cáustica
'lta concentración cáustica
6erdidas económicas
#eparaciones 6aros no programados
6@rdida de e-iciencia= desperdicio de com&usti&le. Causa erosión en las super-icies metálicas de la caldera las tu&er+as del condensado. s la causa principal del deterioro de las l+neas de retorno de condensado. u com&inación es más corrosi(a ,ue cuando actAan aislados. Contaminación del sistema de distri&ución= (apor :Amedo depósitos en las tu&er+as= en ála&es de tur&ina asientos de (ál(ulas. Causa -isuras intercristalinas del metal de la caldera 8tu&os. #eparación de calderas da
CICLOS DE CONCENTRACI#N
La cantidad de un material disuelto en un l+,uido se mide en partes por millón 8ppm. ' todas las impurezas disueltas en el agua se les conoce como Kotal de ólidos isueltos 8B el m@todo moderno para conocer esta cantidad utiliza instrumentos electrónicos ,ue miden la conductancia 8lo opuesto a la resistencia del agua de la caldera. Las 14
TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
lecturas se dan en m:os o microm:os pueden ser con(ertidos a su e,ui(alente en partes por millón= con respecto a iones de sodio= simplemente multiplicando la lectura por un -actor.
Ena parte por millón 8ppm e,ui(ale a un Jilogramo del sólido disuelto de ,ue se trate en un millón de Jilogramos de agua. Como el agua peso un Jilogramo por litro= una ppm e,ui(ale a un Jilogramo en un millón de litros de agua.
i un determinado tipo de agua tiene un total de sólidos disueltos de 500 ppm la concentramos dos (eces o dos ciclos= el ni(el -inal será 1000 ppm= Con tres ciclos= su será de 1=500 ppm= con cuatro ciclos 2=000 ppm as+ consecuti(amente.
6or e?emplo una caldera de 100 ca&allos de -uerza puede e(aporar unos /7=500 litros de agua en 24 :oras de tra&a?o continuo. i el agua tiene una dureza de /40 ppm= se ,uedarán dentro de la caldera 12.75 Jilogramos de sólidos cada d+a.
DUREZA DEL AGUA
' las aguas con alto contenido de minerales de calcio magnesio se les conoce como Kaguas duras= pro&a&lemente del ingl@s K:ard to Mas: Mit:= de&ido a ,ue con este tipo de aguas es mu di-+cil de la(ar.
La dureza en el agua de la caldera indica la presencia de impurezas relati(amente insolu&les= @stas se clasi-ican en tres tipos;
ólidos disueltos "ases disueltos ólidos en suspensión
n el proceso de calentamiento concentración del agua de la caldera= estas impurezas precipitan más rápidamente de&ido a ,ue son menos solu&les en alta temperatura.
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
La cantidad de dureza en el agua normal puede (ariar desde algunas partes por millón :asta más de 500. Como los compuestos de calcio magnesio son relati(amente insolu&les en agua= tienden a precipitar -ácilmente causando pro&lemas de incrustación depósitos. Como se mencionó arri&a= el proceso de precipitación ocurre principalmente so&re las super-icies calientes se conoce como incrustación. 9o sólo la cantidad disponi&le= sino tam&i@n la dureza del agua de la región 8municipal= pozo= etc. es de suma importancia al considerar la disponi&ilidad de agua para la generación de (apor.
CORROSI#N DEL SISTEMA DE CONDENSADO
l tipo de corrosión más comAn en estos sistemas es la causada por el dióxido de car&ono 8C2. l C2 entra al sistema con el agua de alimentación en -orma de sales de car&onato o &icar&onato 8alcalinidad ,ue cuando se ponen en contacto con el agua interior de la caldera a alta temperatura= estos compuestos se rompen -ormando dióxido de car&ono ,ue es transportado por el (apor se condensa en las tu&er+as e,uipos ,ue -orman el sistema de condensados= trans-ormándose en el ácido car&onico 8*2C/.
ARRASTRE DE AGUA
GENERALIDADES
l arrastre de agua ocurre cuando una porción de l+,uido entra al sistema de distri&ución de (apor se -orma una especie de @m&olo de agua ,ue (ia?a a la misma (elocidad de (apor.
'lgunas causas del arrastre del agua son;
'umento en la demanda de (apor 16
TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
Ca+das &ruscas en la presión del sistema 6urgas '&ertura rápida de (ál(ulas en el sistema de distri&ución ama
Ena condición t+pica en ,ue ocurre el arrastre de agua se da cuando la caldera :a alcanzado la presión de tra&a?o el operario a&re rápidamente la (ál(ula de distri&ución del ca&ezal de (apor. n pocos minutos se notará ,ue el ni(el del agua oscila de arri&a :acia a&a?o= oscilación ,ue puede (ol(erse &astante (iolenta causar ,ue la caldera se pare de&ido a ,ue el sensor de ni(el interpreta esto como &a?o ni(el del agua.
RECUPERACI#N DE CALOR DE LA PURGA CONTINUA
La purga continua= tam&i@n llamada de super-icie o Kdesnatado= es lo más e-ecti(o para controlar la concentración de sólidos en el agua de la caldera. onde se utiliza el sistema de purga continua= la purga de -ondo o de lodos se utiliza para eliminar las impurezas precipitadas= en especial a,uellas ,ue tienden a depositarse en las partes más &a?as de la caldera.
e pueden utilizar intercam&iadores de calor en com&inación con la purga continua para recuperar la energ+a del agua= en -orma de (apor= ,ue sale de la caldera.
QUE TAN PURA DEBE SER EL AGUA DE ALIMENTACI#N
La pureza del agua de alimentación depende de la cantidad de impurezas de la naturaleza de @stas. 'lgunas impurezas como la dureza= :ierro s+lice= por e?emplo= son de maor preocupación ,ue las sales de sodio. Los re,uerimientos de pureza dependen de cuánta agua de alimentación se utiliza del dise
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TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS
Los re,uerimientos de pureza del agua de alimentación (ar+an ampliamente. Ena caldera de tu&os de :umo a &a?a presión puede= normalmente= tolerar una dureza alta del agua mediante un tratamiento ,u+mico adecuado= mientras ,ue prácticamente todas las impurezas de&en ser eliminadas del agua para las calderas modernas de tu&os de agua alta presión.
ACARREO DE AGUA EN EL VAPOR
l agua e(aporada para producir (apor no de&e contener materiales contaminantes= sin em&argo= el (apor puede acarrear ?unto con @l= gotas de agua= de&ido a (arias causas.
ACARREO DE (UMEDAD 'l :er(ir el agua se produce una ne&lina mu -ina. Cuando las &ur&u?as de (apor de?an la super-icie del agua= ,ueda una depresión momentánea ,ue al ser llenada por el l+,uido produce una pe,ue
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