tratamiento de agua para calderas (suavizadores)

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Morales Lobato Juan de Jesús Generadores de Vapor Tratamiento de agua para calderas (Suavizadores) CONSTITUYENTES DEL AGUA El agua es el fluido de trabajo de los sistemas de vapor y una de las sustancias naturales más abundantes; sin embargo, nunca se encuentra en estado puro, adecuado para la alimentación directa de una caldera. Por lo común en estado natural, el agua se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión fina. Incluso cuando está clara, el agua natural contiene soluciones de sales y ácidos que dañan con rapidez el acero y los metales a base de cobre de los sistemas de vapor. Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensión", esto lo constituyen los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento. Es importante destacar que es necesario añadir a las descritas, los residuos que las industrias lanzan a los recursos fluviales procedentes de distintos procesos de producción. Constituyen los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, los gases disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque ésta también suele aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides. Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes, en: Aguas duras: Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco solubles, principales responsables de la formación de depósitos e incrustaciones. Aguas Blandas: Su composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad. Aguas Neutras: Componen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor de pH.

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Morales Lobato Juan de Jesús Generadores de Vapor

Tratamiento de agua para calderas (Suavizadores)

CONSTITUYENTES DEL AGUA

El agua es el fluido de trabajo de los sistemas de vapor y una de las sustancias naturales más abundantes; sin embargo, nunca se encuentra en estado puro,

adecuado para la alimentación directa de una caldera. Por lo común en estado natural, el agua se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión fina. Incluso cuando está clara, el agua natural contiene soluciones de sales y ácidos

que dañan con rapidez el acero y los metales a base de cobre de los sistemas de vapor.

Según los elementos que la acompañan, podríamos considerar las mismas en dos

grandes grupos: "Elementos Disueltos" y "Elementos en Suspensión", esto lo constituyen los minerales finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos vegetales o animales; y la cantidad de sustancias suspendidas, que

son mayor en aguas turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento.

Es importante destacar que es necesario añadir a las descritas, los residuos que las industrias lanzan a los recursos fluviales procedentes de distintos procesos de

producción.

Constituyen los elementos disueltos en el agua, las sustancias orgánicas, los gases disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque ésta también suele

aparecer como elemento en suspensión en forma de finísimas partículas o coloides.

Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes, en:

Aguas duras:

Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco solubles,

principales responsables de la formación de depósitos e incrustaciones.

Aguas Blandas:

Su composición principal está dada por sales minerales de gran solubilidad.

Aguas Neutras:

Componen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no

aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor de pH.

Morales Lobato Juan de Jesús Generadores de Vapor

Aguas Alcalinas:

Las forman las que tienen importantes cantidades de carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente.

Los gases disueltos en el agua, provienen de la atmósfera, de desprendimientos

gaseosos de determinados subsuelos, y en algunas aguas superficiales de la respiración de organismos animales y vegetales. Los gases disueltos que suelen

encontrarse son él oxígeno, nitrógeno, anhídrido carbónico presente procede de la atmósfera arrastrado y lavado por la lluvia, de la respiración de los organismos vivientes, de la descomposición anaeróbica de los hidratos de carbono y de la

disolución de los carbonatos del suelo por acción de los ácidos, también puede aparecer como descomposición de los bicarbonatos cuando se modifica el

equilibrio del agua que las contenga.

El gas carbónico se disuelve en el agua, en parte en forma de gas y en parte reaccionando con el agua para dar ácido carbónico de naturaleza débil que se disocia como ión bicarbonato y ión hidrógeno, el que confiere al agua carácter

ácido.

Problemas derivados de la utilización del agua en calderas

Los problemas más frecuentes presentados en calderas pueden dividirse en dos grandes grupos:

Problemas de corrosión

Problemas de incrustación

Aunque menos frecuente, suelen presentarse ocasionalmente:

Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.

PROBLEMAS DE CORROSIÓN:

Para que esta aparezca, es necesario que exista presencia de agua en forma

líquida, el vapor seco con presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los condensados formados en un sistema de esta naturaleza son muy corrosivos.

En las líneas de vapor y condensado, se produce el ataque corrosivo más intenso

en las zonas donde se acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno, suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo valor de pH, el bióxido de carbono abarca por si mismo los metales del sistema y acelera la

velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente en el oxígeno.

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El oxígeno disuelto ataca las tuberías de acero al carbono formando montículos o

tubérculos, bajo los cuales se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferroso- férrico

hidratado.

Una forma de corrosión que suele presentarse con cierta frecuencia en calderas, corresponde a una reacción de este tipo:

3 Fe + 4 H2O ----------> Fe3O4 + 4 H2

Esta reacción se debe a la acción del metal sobre calentado con el vapor.

Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por una reacción electroquímica, en

la que una corriente circula debido a una diferencia de potencial existente en la superficie metálica.

Los metales se disuelven en el área de más bajo potencial, para dar iones y liberar

electrones de acuerdo a la siguiente ecuación:

En el ánodo Feº - 2 e- ---------------> Fe++

En el cátodo O2 + 2 H2O + 4 e- ----------> 4 HO-

Los iones HO- (oxidrilos) formados en el cátodo migran hacia el ánodo donde completan la reacción con la formación de hidróxido ferroso que precipita de la

siguiente forma:

Fe ++ + 2 OH- ----------> (HO)2 Fe

Si la concentración de hidróxido ferroso es elevada, precipitará como flóculos blancos.

El hidróxido ferroso reacciona con el oxígeno adicional contenido en el agua según

las siguientes reacciones:

4 (HO)2 Fe + O2 ---------- 2 H2O + 4 (HO)2 Fe

2 (HO)2 Fe + HO- ----------> (HO)3 Fe + e

(HO)3 Fe ----------> HOOFe + H2O

2 (HO)3 Fe ----------> O3Fe2 . 3 H2O

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PROBLEMAS DE INCRUSTACIÓN

La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado conveniente.

El origen de las mismas está dado por las sales presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las incrustaciones formadas son inconvenientes

debido a que poseen una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura.

Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor gradiente térmico entre el

agua y la pared metálica que las calderas con las paredes limpias.

Otro tema importante que debe ser considerado, es la falla de los tubos ocasionados por sobrecalentamientos debido a la presencia de depósitos, lo que

dada su naturaleza, aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así sobrevenir desgarros o rupturas en los tubos de la unidad con los perjuicios que ello ocasiona.

Las sustancias formadoras de incrustaciones son principalmente el carbonato de

calcio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas como es el caso del

sulfato de calcio, decrece con el aumento de la temperatura. Estas incrustaciones forman depósitos duros muy adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas más frecuentes de este fenómeno son las siguientes:

Excesiva concentración de sales en el interior de la unidad.

El vapor o condensado tienen algún tipo de contaminación.

Transporte de productos de corrosión a zonas favorables para su precipitación.

Aplicación inapropiada de productos químicos.

Las reacciones químicas principales que se producen en el agua de calderas con las sales presentes por el agua de aporte son las siguientes:

Ca ++ + 2 HCO3 - ------------> CO3 Ca + CO2 + H2O

Ca ++ + SO4= ------------> SO4Ca Ca++ + SiO3= --------> SiO3Ca

Mg++ + 2 CO3 H- -------------> CO3 Mg + CO2 + H2O

CO3 Mg + 2 H2O ---------> (HO)2 Mg + CO2Mg++ + SiO3 -----> SiO3 Mg

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ENSUCIAMIENTO POR CONTAMINACIÓN

Se consideran en este rubro como contaminante, distintas grasas, aceites y algunos hidrocarburos, ya que este tipo de contaminación son las más frecuentes vistas en la industria.

Dependiendo de la cantidad y característica de los contaminantes existentes en el

agua de aporte a caldera, la misma generará en su interior depósitos, formación de espuma con su consecuente arrastre de agua concentrada de caldera a la línea

de vapor y condensado, siendo la misma causante de la formación de incrustaciones y depósitos en la sección post-caldera.

La formación de espuma, suele ocurrir por dos mecanismos, uno de ellos es el aumento del tenor de sólidos disueltos en el interior de la unidad, los que

sobrepasan los límites aceptados de trabajo, la presencia de algunos tipos de grasas y/o aceites (como ácidos orgánicos) producen una saponificación de las

mismas dada la alcalinidad, temperatura y presión existentes en el interior de la caldera.

La contaminación por hidrocarburos agrega a lo visto la formación de un film

aislante dificultando la transferencia térmica entre los tubos y el agua del interior de la unidad, agravándose esto con las características adherentes de este film que facilita y promueve la formación de incrustaciones y la formación de corrosión bajo

depósito, proceso que generalmente sigue al de formación de depósitos sobre las partes metálicas de una caldera.

Luego de un tiempo, las características físicas del film formado cambian debido a

la acción de la temperatura que reciben a través de las paredes metálicas del sistema, lo que hace que el mismo sufra un endurecimiento y "coquificación", siendo este difícil de remover por procedimientos químicos simples.

Por todas estas consideraciones, se ve como método más económico y lógico de

mantenimiento de calderas, efectuar sobre el agua de aporte a las mismas los procedimientos preventivos que la misma requiera, evitando así costos de

mantenimiento innecesarios y paradas imprevistas en plena etapa de producción con los costos de lucro cesantes que agravan la misma.

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SUAVIZADOR DE AGUA

Suavizador de agua químico.

El suavizador de agua, también llamado descalcificador o ablandador de agua, es

un aparato que, por medios mecánicos, químicos y/o electrónicos trata el agua

para reducir el contenido de sales minerales y sus incrustaciones en tuberías y depósitos de agua.

El agua con alto contenido de sales de calcio o magnesio (agua dura) tiende a formar incrustaciones minerales en las paredes de las tuberías. En algunos casos

bloquean casi la totalidad de la sección del tubo.

Las sales se adhieren con más frecuencia a las tuberías de agua caliente así como a las superficies de las máquinas que trabajen o produzcan agua caliente.

Un ejemplo de esto son las cafeteras y los calentadores de agua. El calcio y magnesio al adherirse a las resistencias calentadores forma una capa que evita el contacto del agua con las resistencias, causando un sobrecalentamiento y la

ruptura de la resistencia.

Las aguas duras, cuando entran en contacto con el jabón, reducen su capacidad de crear espuma, obligando a aumentar el tiempo de uso. Los detergentes

también son afectados, forzando a emplear mayor concentración del producto para cumplir con su misión de lavado.

La corrosión galvánica empeora en presencia de los iones de estos metales. Las

paredes de un calentador se corroen con mayor velocidad obligando a cambiar con mayor frecuencia los ánodos de sacrificio.

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Incustaciones minerales en tubería de PVC.

La dureza del agua (los iones de cal que hay en el agua) se pueda medir en

Grados Franceses, ºHf, así pues, se entiende que se trata de agua blanda cuando hablamos de 0ªHf a 12ªHf, a partir de los 18ª Hf se entiende que el agua es dura

(con mucha cal).

Los Suavizadores se encargan de eliminar la dureza en el agua

(Conocido como Sarro). Con el uso de estos sistemas se evita incrustación de

sarro en tuberías, calderas, enfriadores, torres de enfriamiento y cualquier equipo que esté en contacto

con el agua.

Tenemos una amplia gama de ablandadores para la Industria

especialmente diseñados para el caudal de agua a suavizar

Pueden ser en Polimeros Composite

o en acero inoxidable.Pueden ser automáticos o semiautomáticos.

Ablandadores Industriales

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APLICACIONES INDUSTRIALES PARA LOS SUAVIZADORES DE AGUA

Los suavizadores de agua de GWTG, pueden ser de gran provecho para

diferentes establecimientos comerciales, tales como, lecherías, escuelas, fábricas, purificadoras,

hospitales, lavanderías, lavados de autos, hogares de ancianos, el agua

de alimentación de las calderas, las plantas de la industria alimentaria, las obras municipales de agua. También,

estos equipos son ideales para apartamentos y condominios, hoteles,

balnearios, instalaciones de agua para industria, servicios institucionales, complejos de oficinas, torres de

enfriamiento y fincas.

El sistema de suavizadores es rentable, ya que al adquirirlo inmediatamente empieza a ayudarle a ahorrar costos en consumo de energía. Además, es un

equipo de larga duración, con poca necesidad de hacerle reparaciones a las tuberías. Los calentadores de agua y calderas duran mucho más tiempo. Los costosos productos químicos especiales para calderas y equipos de manipulación

de vapor, puede verse reducidos en gran medida. La vida útil de los implementos para hoteles y balnearios, como ropa de cama, ropa, accesorios y aparatos, será

notablemente más extendida. Mientras que el agua en el proceso del tratamiento del agua, será usada de una manera coherente y eficaz.

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TEORÍA APLICABLE EN EL PROCESO PARA SUAVIZAR EL AGUA

Los suavizadores de agua de GWTG utilizan válvulas automáticas. Al principio

del ciclo, la resina de catión ácido fuerte en el sodio (Na + 1) se coloca en el servicio. Durante el proceso de ablandamiento intercambio de agua, el catión sodio, los iones de sodio son intercambiados por las cantidades indeseables de

calcio (Ca +2), magnesio (Mg +2), y el hierro (Fe +2). Los iones de sodio ya presentes en el agua, son ablandados para que pasen a través del proceso de

intercambio. En caso de que se de agotamiento de la resina (como se indica por la fuga de dureza inaceptable), una secuencia de regeneración que contiene cloruro de sodio (NaCl) es utilizada. La secuencia de generación reversa el proceso

anterior y convierte la resina catiónica de ácido fuerte a la forma de sodio para el agua posterior ablandamiento ciclo

El rango de capacidad varía desde

20,000 a 30,000 granos por pie cúbico del total disuelto en el contenido del agua, la calidad del efluente del agua

deseada y la cantidad de regenerante de cloruro de sodio usado. Se debe

tener en cuenta que aunque el agua se ha suavizado, el total de los líquidos disueltos contenidos, se

mantienen sin cambio alguno. Además, el efluente contiene la misma

cantidad de aniones en el agua sin tratar.

El equipo normalmente es operado (flujo descendente agotado, flujo descendente regenerado).

Todos los modelos tienen cinco distintos ciclos de operación:

Servicio – proceso de suavización, flujo descendente

Lavado – limpieza hidráulica; de flujo ascendente Inyección de salmuera – resina restaura al sodio forma, flujo descendente enjuague lento – desplazamiento de salmuera residual, flujo descendente

Rápida descarga – se prepara para el ciclo de descalcificación de servicio; flujo descendente

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Principio de funcionamiento de los suavizadores

Funcionan por un proceso llamado intercambio iónico, el cual elimina las sales indeseables, hay varios modelos

que dependen de la aplicación.

El agua entra en

un recipiente con resina especial, donde por medio

de una reacción química, a medida

que el agua pasa, los iones de calcio y magnesio van

intercambiando lugar con iones de

sodio, dando como resultado agua blanda.

Los suavizadores de agua tienen tres componentes:

Tanque para minerales Tanque de salmueras Válvula de control

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Tanque de minerales: El tanque de minerales es

donde toma lugar el filtrado de agua y el agua dura es suavizada.

Minerales para suavizadores

Resina R31: Remueve dureza del agua.

Zeolita CR-200: Remueve dureza, hierro y manganeso.

Tanque de salmuera: El tanque de salmuera es

donde una solución altamente de sal o potasio es

almacenada.

Válvula de control: La válvula de control es el

aparato que controla el flujo del agua hacia adentro y afuera de los tanques de minerales y salmuera durante la regeneración.

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Funcionamiento

El agua pasa a través del depósito de mineral en la cual los iones de calcio y de magnesio pierden su carga positiva con la carga negativa de las

perlas de plástico.

El depósito de salmuera retiene una solución de sal que empuja el mineral del depósito

reemplazando el Ca y el Mg por iones de Na.

Un medidor arriba del depósito de mineral regula los ciclos de carga. La válvula de montaje conduce el flujo de agua hacia cada paso del ciclo

de la regeneración.

ETAPAS

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Tipos de materiales:

Tanque de fibra de vidrio FRP

Presión máxima de operación 150 psi Temperatura máxima de operación 120 °F o 49 °C en poliéster Temperatura máxima de operación 15 °F o 66 °C en vinylester.

Tamaño de 6” hasta 36” de Diámetro y de 13” hasta 72” de altura

Tanques Composite

Esta fabricado en material de polietileno Presión máxima de operación 150 psi

Temperatura máxima de operación 150°F o 66°C Tamaño de 6” hasta 36” de Diámetro y de 13” hasta 72” de altura

Ventajas

No se vuelve a formar sarro en ninguna de las tuberías protegidas.

Desincrusta paulatinamente el sarro existente. Elimina el uso de químicos y equipos para el desincrustado del sarro.

No modifica las propiedades químicas del agua, el cambio generado es únicamente físico sobre los minerales.

No elimina los minerales del agua que son esenciales para la salud y

procesos industriales.

Desventajas del proceso de sodio

Incrementa el contenido de sodio en el agua El agua cruda debe estar libre de turbidez y de hierro.

Costo más alto si toda la dureza es dureza carbonato. Se requiere un alto porcentaje de agua para la regeneración.

El agua será corrosiva si no hay tratamiento adicional. El Ph es crítico (7.3 a 8.3)

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Modelos de los suavizadores de agua para uso comercial

e industrial

Suavizador 24″ x 72″

Equipo de 10 ft3 de resina catiónica, flujo de 152 a 189 litros por minuto.

Suavizador 30″ x 72″

Equipo de 15 ft3 de resina catiónica, flujo de 250 a 300 litros por minuto.

Suavizador 36″ x 72″

Equipo de 20 ft3 de resina catiónica, flujo de 378 a 400 litros por minuto.

Suavizador 42″ x 72″

Equipo de 30 ft3 de resina catiónica, flujo de 340 a 567 litros por minuto.

Bibliografía

http://www.plantas-purificadoras-de-aguas.com.mx/productos/suavizador-industrial-de-

agua-ablandador-de-agua/

http://es.wikipedia.org/wiki/Suavizador_de_agua

http://es.slideshare.net/mobile/isa_mco/suavizadores

http://html.rincondelvago.com/tratamiento-del-agua-para-calderas.html