Tratamiento de agua para calderas (suavizadores)

MoralesLobato Juande Jesús Generadoresde 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.

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.

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

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

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.

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.

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

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.

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


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

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.

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

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)

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.
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

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