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1
UNIVERSIDAD
VERACRUZANA
INVESTIGACION
DOCUMENTAL
TRATAMIENTO DE AGUA
ALUMNA: XOCHILT
QUETZAL IXBA ABRAJAN
ASIGNATURA: PLANTAS
TERMICAS
PROFESOR: ADRIAN VIDAL
SANTOS
2
MATRICULA: ZS18001326
FECHA:29/08/2021
INDICE
INTRODUCCION:..................................................................................................................... 3
PLANTA DE CICLO COMBINADO............................................................................................ 4
TRATAMIENTO DE AGUA................................................................................................. 4
CALIDAD DEL AGUA PARA ALIMENTACION DE CALDERAS................................................... 6
PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA MALA CALIDAD DEL AGUA........................................ 7
CORROSIÓN....................................................................................................................... 8
INCRUSTACIONES............................................................................................................. 8
ENSUCIAMIENTO POR CONTAMINACIÓN..................................................................... 9
TRATAMIENTOS DEL AGUA.................................................................................................... 9
TRATAMIENTO EXTERNO................................................................................................. 9
TRATAMIENTO INTERNO................................................................................................10
RESULTADOS..........................................................................................................................13
PREGUNTAS...........................................................................................................................13
COSTO DEL SERVICIO(COTIZACIONES).................................................................................14
CONCLUSION.........................................................................................................................14
BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................15
3
INTRODUCCION:
Como sabemos el agua es vital para todos ya que se utiliza en diferentes ámbitos
como domestico hasta industrial.
Una parte importante en la cual el agua es utilizada es en las calderas las cuales,
para la generación de vapor, por lo cual el agua de alimentación sea tratada y se le
realicen pruebas para que sea adecuada y no tengamos problemas en el
rendimiento.
El agua en su estado natural cuenta con contaminantes y es por ello su importancia
de tratarla y que cumpla con las especificaciones y parámetros para poder utilizarla.
Ahora sabiendo esto, en la presente investigación se dan a conocer los tratamientos
que se le pueden dar al agua, así como los parámetros que debe cumplir y los
efectos que tiene el no hacerle el tratamiento adecuado.
Existen diversas pruebas que se pueden realizar en los mismos laboratorios o
laboratorios externos.
Estas necesitan monitoreos y análisis para poder llevar un control y un proceso
correcto ya que el agua de las calderas debe ser optimo sino de lo contrario puede
provocar problemas en la estructura interna.
A continuación, se detalla los tratamientos y toda la información acerca del
tratamiento del agua.
4
PLANTA DE CICLO COMBINADO
TRATAMIENTO DE AGUA
Es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya
finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las características no
deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o
residuales.
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 principalmente
causados por las impurezas en el agua de alimentación, por ejemplo:
 Formación de costras
 Corrosión
 “Priming” (formación de burbujas de aire)
 Adherencia del vapor al cilindro (de minerales volátiles)
 Mantener la eficiencia más alta posible de la caldera.
 Disminuir la cantidad de tiempo de paro de la caldera para limpieza.
El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua contenida en 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.
5
Los principales parámetros involucrados en el tratamiento del agua para 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.
 OXIGENO: 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 estas
sustancias.
 DIOXIDO 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, este 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.
 SOLIDOS DISUELTOS: Los sólidos disueltos son la cantidad de sólidos
(impurezas) disueltos en al agua.
 SOLIDOS EN SUSPENSION: Los sólidos en suspensión representan la
cantidad de sólidos (impurezas) presentes en suspensión (no disueltas) en
el agua.
 SECUESTRANTES DE OXIGENO: Los secuestrantes de oxígeno
corresponden a productos químicos (sulfitos, hidrazina, hidroquinona, entre
otros.) utilizados para remover el oxígeno residual del agua.
 SILICE: 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.
6
CALIDAD DEL AGUA PARA ALIMENTACION DE
CALDERAS
El agua, es una de las sustancias más abundantes de nuestro planeta, sin embargo,
nunca se localiza en estado puro, por le general el agua se encuentra se encuentra
turbia, con materias sólidas en suspensión. Tratándose del fluido de trabajo de los
sistemas de vapor debe de ser un agua apropiada, la cual es difícil de obtener,
excepto mediante purificación artificial, con la que se logra eliminar en su mayor
parte las impurezas capaces de originar incrustaciones, corrosión u otros efectos no
deseables, adecuándola así, para la alimentación directa de una caldera.
Las exigencias de la calidad del agua para la alimentación han crecido con respecto
a los nuevos sistemas de generación de vapor, lo que por consecuencia trae el
requerimiento de un agua prácticamente pura para las modernas calderas de alta
presión.
La composición del agua que se alimenta a la caldera debe ser tal, que las
impurezas presentes en la misma se puedan concentrar un número razonable de
veces dentro del sistema, sin que por ello se superen los límites permitidos por el
fabricante.
A continuación, en la tabla aparecen las impurezas más comunes en el agua y los
posibles problemas que pueden ocasionar en las calderas:
CONSTITUYENTE
FORMUL
A
QUIMIC
A
FUENTE
PRINCIPAL DEL
CONTAMINANT
E
EFECTO
POSIBLE
CUANDO SE
ENCUENTRA
PRESENTE EN
AGUAS DE
CALDERA
TRATAMIENTO PARA
REMOVERLO DEL
AGUA
Sólidos en
suspensión
Drenado
superficial,
residuos
industriales
Arrastres,
espumas, lodos
o incrustación.
Sedimentación,
coagulación, filtración,
evaporación.
Sílice SiO2 Depósitos
minerales
Incrustación
Sedimentación,
coagulación, filtración,
evaporación,
intercambio iónico.
7
Carbonato de calcio CaCO3 Depósitos
minerales
Incrustación
Ablandamiento con
productos químicos,
intercambio iónico,
evaporación.
Bicarbonato de calcio
Ca(HCO
3)2
Depósitos
minerales
Incrustación
Ablandamiento por
calentamiento con
productos químicos,
intercambio iónico,
evaporación
Sulfato de calcio CaSO4 Depósitos
minerales
Incrustación,
corrosión
Ablandamiento con
productos químicos,
intercambio iónico,
evaporación.
Cloruro de calcio CaCl2 Depósitos
minerales
Incrustación
Ablandamiento con
productos químicos,
intercambio iónico,
evaporación.
Carbonato de
magnesio
MgCO3 Depósitos
minerales
Incrustación
Ablandamiento con
productos químicos,
intercambio iónico,
evaporación.
Bicarbonato de
magnesio
Mg(HCO
3)2
Depósitos
minerales
Incrustación
Ablandamiento con
productos químicos,
intercambio iónico,
evaporación.
Cloruro de magnesio MgCl2 Depósitos
minerales
Incrustación ,
corrosión
Ablandamiento con
productos químicos,
intercambio iónico,
evaporación.
Ácidos libres HCl,
H2SO4
Drenaje de
minas, residuos
industriales
Corrosión
Neutralización,
seguida en ocasiones
de ablandamiento o
Tabla 1. Impurezas más comunes en el agua y el posible efecto en la alimentación
de calderas.
PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA MALA CALIDAD
DEL AGUA
A continuación, se describen los problemas de mayor importancia encontrados con
frecuencia en las calderas, asociados a un tratamiento con baja eficiencia para el
agua o la presencia de fierro, sílice, sales de sodio, magnesio y calcio, aceites,
grasas y algunos hidrocarburos. Con la finalidad de dar a entender las
consecuencias que pueden ocasionar al paso de un determinado tiempo.
8
CORROSIÓN
Para que esta aparezca es necesario que exista presencia de agua en forma líquida,
el vapor seco en 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 sí mismo los metales del sistema y acelera la
velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente 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:
esta suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferrosoférrico
hidratado.
INCRUSTACIONES
La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suele 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 calor.
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.
9
 Aplicación inapropiada de productos químicos.
ENSUCIAMIENTOPOR CONTAMINACIÓN
Se consideran en este rubro como contaminantes, 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.
TRATAMIENTOS DEL AGUA
El tratamiento y acondicionamiento del agua de calderas debe satisfacer los
siguientes objetivos:
 Intercambio de calor continuo.
 Protección contra la corrosión.
 Producción de vapor de alta calidad.
El tratamiento externo consiste en la reducción y eliminación de impurezas del agua
en la parte externa de la caldera. Por lo general, se emplea tratamiento externo
cuando la cantidad de una o varias impurezas del agua es demasiado elevada como
para ser tolerada por la caldera en cuestión. Hay una amplia variedad de
tratamientos externos (ablandamiento, evaporación, desaireación, contactores de
membrana etc.) que pueden ser empleados para adaptar el agua de alimentación
a un sistema en particular. El tratamiento interno consiste en el acondicionamiento
de impurezas dentro del sistema de la caldera. Las reacciones ocurren tanto en las
líneas de alimentación como en la misma caldera. El tratamiento interno puede
aplicarse sólo o conjuntamente con el tratamiento externo. Su propósito es
reaccionar de forma adecuada con la dureza del agua de alimentación, acondicionar
los lodos, eliminar el oxígeno y evitar la formación de espumas en el agua de la
caldera.
TRATAMIENTO EXTERNO
Las instalaciones de tratamiento de aguas purifican y desairean el agua de
reposición o el agua de alimentación. En algunas ocasiones, el agua es pretratada
10
mediante evaporación para producir vapor relativamente puro, el cual es
posteriormente condensado y empleado para la alimentación de la caldera. Los
evaporadores pueden ser de varios tipos, siendo el más simple un tanque de agua
a través del cual pasan bobinas de vapor para calentar el agua hasta el punto de
ebullición. Para aumentar la eficiencia de estos sistemas, el vapor del primer tanque
puede pasar por el segundo tanque de agua mediante bobinas para producir calor
adicional, y, por consiguiente, evaporación del agua. Los evaporadores son
adecuados cuando la disponibilidad de vapor como fuente de calor es elevada.
Estos sistemas presentan ventajas con respecto a la desmineralización, por
ejemplo, cuando la cantidad de sólidos disueltos en el agua bruta es muy elevada
Uno de los tratamientos combinados más comunes y eficientes es el proceso cal-
zeolita. Este proceso consiste en un pretratamiento del agua con cal para reducir la
dureza, alcalinidad, y en algunos casos sílice, seguido por un tratamiento con
ablandadores de intercambio catiónico. Este sistema de tratamiento cumple varias
funciones: ablandamiento, reducción de alcalinidad y sílice, reducción de oxígeno y
eliminación de sólidos suspendidos y turbidez. Normalmente, los tratamientos
químicos del agua de dentro de la caldera son esenciales y complementan los
tratamientos externos, ya que se ocupan de las impurezas que entran en la caldera
mediante el agua de alimentación (dureza, oxígeno, sílice, etc.). En muchos casos,
no es necesario el tratamiento externo del suministro de agua y el agua puede
tratarse únicamente de forma interna.
TRATAMIENTO INTERNO
El tratamiento interno puede ser considerado como el único tratamiento necesario
en los casos en los que las calderas operan a presiones bajas o moderadas, cuando
grandes cantidades de vapor consensado son usadas como agua de alimentación,
o cuando hay disponibilidadde agua bruta de alta calidad. El objetivo del tratamiento
interno es:
1) reaccionar con cualquier dureza del agua de alimentación y prevenir su
precipitación en la caldera formando incrustaciones;
2) acondicionar cualquier sólido suspendido, como por ejemplo lodo u óxido de
hierro, en la caldera y hacer que no se adhiera al metal de la caldera;
3) proporcionar protección anti espuma para permitir una concentración razonable
de sólidos disueltos y suspendidos en el agua de la caldera sin que ocurra arrastre
de espuma;
4) eliminar oxígeno del agua y proporcionar suficiente alcalinidad para prevenir la
corrosión de la caldera.
11
Además, como medidas complementarias, un tratamiento interno debe prevenir
la corrosión e incrustación del sistema de alimentación de agua y proteger contra la
corrosión en los sistemas de condensación de vapor.
Durante el proceso de acondicionamiento, el cuál es un complemento esencial del
programa de tratamiento de aguas, dosis específicas de productos
acondicionadores se agregan al agua. Los productos más comúnmente empleados
incluyen:
 Fosfatos-dispersantes, polifosfatos-dispersantes (productos químicos de
ablandamiento): estos productos reaccionan con la alcalinidad del agua de la
caldera, neutralizando la dureza del agua mediante la formación de fosfato
tricálcico, un compuesto insoluble que puede ser eliminado de forma continua
o periódicamente a través del fondo de la caldera.
 Dispersantes naturales y sintéticos (Agentes Anti-incrustantes: aumentan las
propiedades dispersivas de los productos de acondicionamiento. Pueden ser:
 Polímeros naturales: lignosulfonatos, taninos.
 Polímeros sintéticos: poliacrilatos, copolímero de acrilato maleico,
copolímero de estireno maleico, sulfonatos de poliestireno, etc.
 Agentes inhibidores: como por ejemplo fosfatos inorgánicos, que actúan
como inhibidores e implementan un efecto umbral.
 Eliminadores de oxígeno: sulfito de sodio, taninos, hidracina, derivados a
base de hidroquinona/pirogalol, derivados de hidroxilamina, derivados del
ácido ascórbico, etc. Estos eliminadores, catalizados o no, reducen los óxidos
y el oxígeno disuelto. La mayoría también pasivan las superficies metálicas.
La elección del producto y la dosis requerida dependerán de si se utilizado
un calentador de desaireación.
 Agentes antiespumantes: son una mezcla de agentes de superficie activa
que modifican la tensión superficial de un líquido, eliminan las espumas y
previenen el transporte de partículas finas de agua en la corriente de vapor
Los productos químicos empleados para el ablandamiento incluyen ceniza de sosa,
sosa cáustica y varios tipos de fosfato de sodio. Estos productos reaccionan con los
compuestos de calcio y magnesio presentes en el agua de alimentación. El silicato
de sodio es empleado para reaccionar selectivamente con la dureza de magnesio.
El bicarbonato de calcio que entra con el agua de alimentación se descompone a la
temperatura de la caldera o reacciona con sosa cáustica para formar carbonato de
calcio. El carbonato de calcio es relativamente insoluble por lo que tiene a salir de
la disolución.
Los métodos de alimentación interna de productos químicos incluyen el uso de
tanques de disoluciones químicas y bombas dosificadoras. Por lo general, los
productos químicos de ablandamiento (fosfatos, carbonato sódico, cáustico, etc.) se
añaden directamente al agua de alimentación en puntos cercanos a la entrada de
la caldera. Sin embargo, también pueden ser introducidos mediante líneas
separadas que descargan en el tambor de agua de alimentación de la caldera. En
12
cualquier caso, los productos químicos tienen que ser introducidos en la sección de
la caldera destinada a la alimentación de agua, de tal forma que la reacción ocurre
antes de que el agua pase a la zona de formación de vapor. Los productos de
ablandamiento se pueden añadir de forma continua o intermitente dependiendo de
la dureza del agua y de otros factores. Los productos químicos añadidos para
reaccionar con el oxígeno disuelto (sulfatos, hidracina, etc.) y aquellos empleados
para prevenir la formación de incrustaciones y corrosión en el sistema de
alimentación de agua (polifosfatos, compuestos orgánicos, etc.) deben ser
introducidos en el sistema de alimentación de agua de forma continua. Por último,
los productos empleados para prevenir la corrosión del sistema de condensado
pueden alimentarse directamente a la zona de vapor o al sistema de alimentación
de agua, dependiendo del producto empleado. En este caso, se prefiere la
alimentación en continuo, aunque en algunos casos, la alimentación de forma
intermitente puede ser suficiente.
Hay cinco pasos posibles necesarios en el tratamiento de aguas dependiendo del
suministro, presión, extensión del agua de aportación y condiciones similares:
(I) pretratamiento del suministro de agua bruta;
(2) tratamiento del agua de aportación que va a la caldera;
(3) tratamiento interno del agua en la caldera;
(4) tratamiento del condensado que está siendo retornado a la caldera, y
(5) control de purga para eliminación de los iodos precipitados en la caldera.
EI análisis de una muestra de agua es el proceso de hallar que cantidades de
impurezas y otras sustancias químicas están presentes en e l agua. Los resultados
se expresan normal mente en ppm (partes por millón) y se tabulan como se muestra
en la Figura 2. Las partes por millón son una medida de proporcionen peso, como
una libra (kg) en un millón de libras (kg). Los granos por galón es otro medio de
expresión de la cantidad presente de una sustancia. Un grano por galón equivale a
17, I ppm.
13
Fig.2.El tratamiento de aguas requiere análisis periódicos del agua de caldera con
un listado de datos de impurezas, de forma que el tratamiento se puede
determinar o ajustar.
RESULTADOS
Se desean obtener muestras y análisis de pruebas de agua tanto de alimentación
como de la caldera para asegurar la buena calidad del agua y que estos se
encuentren en los parámetros que se establecen ya que si sucede lo contrario se
deben corregir y aplicar las pruebas adecuadas para poder eliminar o disminuir los
efectos que estos nos provocan como son la corrosión, las incrustaciones y tener
efectos negativos al no tener una protección contra la corrosión y un buen
intercambio de calor.
PREGUNTAS
En caso de mala calidad del agua ¿Qué métodos emplearía para que esté en los
niveles adecuados?
Emplearía tanto un tratamiento interno como externo, estos se realizarían en
instalaciones de tratamiento de aguas donde se purifican y desairean el agua de
alimentación y posteriormente el tratamiento interno con eliminadores de oxigeno o
productos químicos de ablandamiento, utilizando el más adecuado a mi necesidad.
¿Cuál es la diferencia entre agua de alimentación y agua de caldera?
El agua de caldera es de cualquier procedencia que pueden utilizarse con ventaja y
seguridad para alimentar calderas. 2. El agua en general procede de los ríos, lagos,
14
pozos y agua de lluvia mientras que el agua de alimentación es el que se utiliza para
producir vapor.
COSTO DEL SERVICIO(COTIZACIONES)
No se obtuvieron cotizaciones ya que se solicitaron, pero no hubo respuestas,
aunque el costo depende del servicio que se proporcione, ya que existen desde kits
hasta en servicios en laboratorios externos.
CONCLUSION
Para concluir podemos confirmar que el tratamiento del agua se debe realizar para
que sea optimo y se pueda utilizar en la caldera teniendo un buen aprovechamiento
de este.
15
Como pudimos darnos cuenta el agua cuenta con contaminantes en su estado
natural y es por eso que se debe aplicar los tratamientos sino causaría daños en la
estructura interna.
Si se realizan los tratamientos adecuados se eliminan los riesgos como la corrosión,
incrustaciones, arrastre de vapor, entre otros.
Además, se deben cumplir con los requerimientos y parámetros que se mencionan.
También podemos darnos cuenta de cómo
el agua natural en comparación con el agua tratada tienen diferencias tanto en las
propiedades físicas, químicas y bacteriologicas, lo cual reafirma lo importante que
es el tratarla.
Es importante conocer todo esto para poder aplicarla correctamente.
BIBLIOGRAFIA
16
Ortiz Diaz, A.L. (2013). TRATAMIENTO DE AGUA PARA ALIMENTACIÓN DE
CALDERAS [Tesis para título profesional]. Instituto Politécnico Nacional.
TRATAMIENTO DE AGUAS DE CALDERAS. (s. f.). LENNTECH. Recuperado 29
de agosto de 2021, de
https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/caldera/tratamiento-de-agua-de-
calderas.htm
TRATAMIENTO DE AGUAS DE CALDERAS. (s. f.). LENNTECH. Recuperado 29
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Investigacion tratamiento de agua

  • 1. 1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA INVESTIGACION DOCUMENTAL TRATAMIENTO DE AGUA ALUMNA: XOCHILT QUETZAL IXBA ABRAJAN ASIGNATURA: PLANTAS TERMICAS PROFESOR: ADRIAN VIDAL SANTOS
  • 2. 2 MATRICULA: ZS18001326 FECHA:29/08/2021 INDICE INTRODUCCION:..................................................................................................................... 3 PLANTA DE CICLO COMBINADO............................................................................................ 4 TRATAMIENTO DE AGUA................................................................................................. 4 CALIDAD DEL AGUA PARA ALIMENTACION DE CALDERAS................................................... 6 PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA MALA CALIDAD DEL AGUA........................................ 7 CORROSIÓN....................................................................................................................... 8 INCRUSTACIONES............................................................................................................. 8 ENSUCIAMIENTO POR CONTAMINACIÓN..................................................................... 9 TRATAMIENTOS DEL AGUA.................................................................................................... 9 TRATAMIENTO EXTERNO................................................................................................. 9 TRATAMIENTO INTERNO................................................................................................10 RESULTADOS..........................................................................................................................13 PREGUNTAS...........................................................................................................................13 COSTO DEL SERVICIO(COTIZACIONES).................................................................................14 CONCLUSION.........................................................................................................................14 BIBLIOGRAFIA.........................................................................................................................15
  • 3. 3 INTRODUCCION: Como sabemos el agua es vital para todos ya que se utiliza en diferentes ámbitos como domestico hasta industrial. Una parte importante en la cual el agua es utilizada es en las calderas las cuales, para la generación de vapor, por lo cual el agua de alimentación sea tratada y se le realicen pruebas para que sea adecuada y no tengamos problemas en el rendimiento. El agua en su estado natural cuenta con contaminantes y es por ello su importancia de tratarla y que cumpla con las especificaciones y parámetros para poder utilizarla. Ahora sabiendo esto, en la presente investigación se dan a conocer los tratamientos que se le pueden dar al agua, así como los parámetros que debe cumplir y los efectos que tiene el no hacerle el tratamiento adecuado. Existen diversas pruebas que se pueden realizar en los mismos laboratorios o laboratorios externos. Estas necesitan monitoreos y análisis para poder llevar un control y un proceso correcto ya que el agua de las calderas debe ser optimo sino de lo contrario puede provocar problemas en la estructura interna. A continuación, se detalla los tratamientos y toda la información acerca del tratamiento del agua.
  • 4. 4 PLANTA DE CICLO COMBINADO TRATAMIENTO DE AGUA Es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales. 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 principalmente causados por las impurezas en el agua de alimentación, por ejemplo:  Formación de costras  Corrosión  “Priming” (formación de burbujas de aire)  Adherencia del vapor al cilindro (de minerales volátiles)  Mantener la eficiencia más alta posible de la caldera.  Disminuir la cantidad de tiempo de paro de la caldera para limpieza. El aseguramiento de la calidad del agua de alimentación y agua contenida en 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.
  • 5. 5 Los principales parámetros involucrados en el tratamiento del agua para 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.  OXIGENO: 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 estas sustancias.  DIOXIDO 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, este 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.  SOLIDOS DISUELTOS: Los sólidos disueltos son la cantidad de sólidos (impurezas) disueltos en al agua.  SOLIDOS EN SUSPENSION: Los sólidos en suspensión representan la cantidad de sólidos (impurezas) presentes en suspensión (no disueltas) en el agua.  SECUESTRANTES DE OXIGENO: Los secuestrantes de oxígeno corresponden a productos químicos (sulfitos, hidrazina, hidroquinona, entre otros.) utilizados para remover el oxígeno residual del agua.  SILICE: 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.
  • 6. 6 CALIDAD DEL AGUA PARA ALIMENTACION DE CALDERAS El agua, es una de las sustancias más abundantes de nuestro planeta, sin embargo, nunca se localiza en estado puro, por le general el agua se encuentra se encuentra turbia, con materias sólidas en suspensión. Tratándose del fluido de trabajo de los sistemas de vapor debe de ser un agua apropiada, la cual es difícil de obtener, excepto mediante purificación artificial, con la que se logra eliminar en su mayor parte las impurezas capaces de originar incrustaciones, corrosión u otros efectos no deseables, adecuándola así, para la alimentación directa de una caldera. Las exigencias de la calidad del agua para la alimentación han crecido con respecto a los nuevos sistemas de generación de vapor, lo que por consecuencia trae el requerimiento de un agua prácticamente pura para las modernas calderas de alta presión. La composición del agua que se alimenta a la caldera debe ser tal, que las impurezas presentes en la misma se puedan concentrar un número razonable de veces dentro del sistema, sin que por ello se superen los límites permitidos por el fabricante. A continuación, en la tabla aparecen las impurezas más comunes en el agua y los posibles problemas que pueden ocasionar en las calderas: CONSTITUYENTE FORMUL A QUIMIC A FUENTE PRINCIPAL DEL CONTAMINANT E EFECTO POSIBLE CUANDO SE ENCUENTRA PRESENTE EN AGUAS DE CALDERA TRATAMIENTO PARA REMOVERLO DEL AGUA Sólidos en suspensión Drenado superficial, residuos industriales Arrastres, espumas, lodos o incrustación. Sedimentación, coagulación, filtración, evaporación. Sílice SiO2 Depósitos minerales Incrustación Sedimentación, coagulación, filtración, evaporación, intercambio iónico.
  • 7. 7 Carbonato de calcio CaCO3 Depósitos minerales Incrustación Ablandamiento con productos químicos, intercambio iónico, evaporación. Bicarbonato de calcio Ca(HCO 3)2 Depósitos minerales Incrustación Ablandamiento por calentamiento con productos químicos, intercambio iónico, evaporación Sulfato de calcio CaSO4 Depósitos minerales Incrustación, corrosión Ablandamiento con productos químicos, intercambio iónico, evaporación. Cloruro de calcio CaCl2 Depósitos minerales Incrustación Ablandamiento con productos químicos, intercambio iónico, evaporación. Carbonato de magnesio MgCO3 Depósitos minerales Incrustación Ablandamiento con productos químicos, intercambio iónico, evaporación. Bicarbonato de magnesio Mg(HCO 3)2 Depósitos minerales Incrustación Ablandamiento con productos químicos, intercambio iónico, evaporación. Cloruro de magnesio MgCl2 Depósitos minerales Incrustación , corrosión Ablandamiento con productos químicos, intercambio iónico, evaporación. Ácidos libres HCl, H2SO4 Drenaje de minas, residuos industriales Corrosión Neutralización, seguida en ocasiones de ablandamiento o Tabla 1. Impurezas más comunes en el agua y el posible efecto en la alimentación de calderas. PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA MALA CALIDAD DEL AGUA A continuación, se describen los problemas de mayor importancia encontrados con frecuencia en las calderas, asociados a un tratamiento con baja eficiencia para el agua o la presencia de fierro, sílice, sales de sodio, magnesio y calcio, aceites, grasas y algunos hidrocarburos. Con la finalidad de dar a entender las consecuencias que pueden ocasionar al paso de un determinado tiempo.
  • 8. 8 CORROSIÓN Para que esta aparezca es necesario que exista presencia de agua en forma líquida, el vapor seco en 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 sí mismo los metales del sistema y acelera la velocidad de la corrosión del oxígeno disuelto cuando se encuentra presente 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: esta suele tener una coloración negra, formada por un óxido ferrosoférrico hidratado. INCRUSTACIONES La formación de incrustaciones en el interior de las calderas suele 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 calor. 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.
  • 9. 9  Aplicación inapropiada de productos químicos. ENSUCIAMIENTOPOR CONTAMINACIÓN Se consideran en este rubro como contaminantes, 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. TRATAMIENTOS DEL AGUA El tratamiento y acondicionamiento del agua de calderas debe satisfacer los siguientes objetivos:  Intercambio de calor continuo.  Protección contra la corrosión.  Producción de vapor de alta calidad. El tratamiento externo consiste en la reducción y eliminación de impurezas del agua en la parte externa de la caldera. Por lo general, se emplea tratamiento externo cuando la cantidad de una o varias impurezas del agua es demasiado elevada como para ser tolerada por la caldera en cuestión. Hay una amplia variedad de tratamientos externos (ablandamiento, evaporación, desaireación, contactores de membrana etc.) que pueden ser empleados para adaptar el agua de alimentación a un sistema en particular. El tratamiento interno consiste en el acondicionamiento de impurezas dentro del sistema de la caldera. Las reacciones ocurren tanto en las líneas de alimentación como en la misma caldera. El tratamiento interno puede aplicarse sólo o conjuntamente con el tratamiento externo. Su propósito es reaccionar de forma adecuada con la dureza del agua de alimentación, acondicionar los lodos, eliminar el oxígeno y evitar la formación de espumas en el agua de la caldera. TRATAMIENTO EXTERNO Las instalaciones de tratamiento de aguas purifican y desairean el agua de reposición o el agua de alimentación. En algunas ocasiones, el agua es pretratada
  • 10. 10 mediante evaporación para producir vapor relativamente puro, el cual es posteriormente condensado y empleado para la alimentación de la caldera. Los evaporadores pueden ser de varios tipos, siendo el más simple un tanque de agua a través del cual pasan bobinas de vapor para calentar el agua hasta el punto de ebullición. Para aumentar la eficiencia de estos sistemas, el vapor del primer tanque puede pasar por el segundo tanque de agua mediante bobinas para producir calor adicional, y, por consiguiente, evaporación del agua. Los evaporadores son adecuados cuando la disponibilidad de vapor como fuente de calor es elevada. Estos sistemas presentan ventajas con respecto a la desmineralización, por ejemplo, cuando la cantidad de sólidos disueltos en el agua bruta es muy elevada Uno de los tratamientos combinados más comunes y eficientes es el proceso cal- zeolita. Este proceso consiste en un pretratamiento del agua con cal para reducir la dureza, alcalinidad, y en algunos casos sílice, seguido por un tratamiento con ablandadores de intercambio catiónico. Este sistema de tratamiento cumple varias funciones: ablandamiento, reducción de alcalinidad y sílice, reducción de oxígeno y eliminación de sólidos suspendidos y turbidez. Normalmente, los tratamientos químicos del agua de dentro de la caldera son esenciales y complementan los tratamientos externos, ya que se ocupan de las impurezas que entran en la caldera mediante el agua de alimentación (dureza, oxígeno, sílice, etc.). En muchos casos, no es necesario el tratamiento externo del suministro de agua y el agua puede tratarse únicamente de forma interna. TRATAMIENTO INTERNO El tratamiento interno puede ser considerado como el único tratamiento necesario en los casos en los que las calderas operan a presiones bajas o moderadas, cuando grandes cantidades de vapor consensado son usadas como agua de alimentación, o cuando hay disponibilidadde agua bruta de alta calidad. El objetivo del tratamiento interno es: 1) reaccionar con cualquier dureza del agua de alimentación y prevenir su precipitación en la caldera formando incrustaciones; 2) acondicionar cualquier sólido suspendido, como por ejemplo lodo u óxido de hierro, en la caldera y hacer que no se adhiera al metal de la caldera; 3) proporcionar protección anti espuma para permitir una concentración razonable de sólidos disueltos y suspendidos en el agua de la caldera sin que ocurra arrastre de espuma; 4) eliminar oxígeno del agua y proporcionar suficiente alcalinidad para prevenir la corrosión de la caldera.
  • 11. 11 Además, como medidas complementarias, un tratamiento interno debe prevenir la corrosión e incrustación del sistema de alimentación de agua y proteger contra la corrosión en los sistemas de condensación de vapor. Durante el proceso de acondicionamiento, el cuál es un complemento esencial del programa de tratamiento de aguas, dosis específicas de productos acondicionadores se agregan al agua. Los productos más comúnmente empleados incluyen:  Fosfatos-dispersantes, polifosfatos-dispersantes (productos químicos de ablandamiento): estos productos reaccionan con la alcalinidad del agua de la caldera, neutralizando la dureza del agua mediante la formación de fosfato tricálcico, un compuesto insoluble que puede ser eliminado de forma continua o periódicamente a través del fondo de la caldera.  Dispersantes naturales y sintéticos (Agentes Anti-incrustantes: aumentan las propiedades dispersivas de los productos de acondicionamiento. Pueden ser:  Polímeros naturales: lignosulfonatos, taninos.  Polímeros sintéticos: poliacrilatos, copolímero de acrilato maleico, copolímero de estireno maleico, sulfonatos de poliestireno, etc.  Agentes inhibidores: como por ejemplo fosfatos inorgánicos, que actúan como inhibidores e implementan un efecto umbral.  Eliminadores de oxígeno: sulfito de sodio, taninos, hidracina, derivados a base de hidroquinona/pirogalol, derivados de hidroxilamina, derivados del ácido ascórbico, etc. Estos eliminadores, catalizados o no, reducen los óxidos y el oxígeno disuelto. La mayoría también pasivan las superficies metálicas. La elección del producto y la dosis requerida dependerán de si se utilizado un calentador de desaireación.  Agentes antiespumantes: son una mezcla de agentes de superficie activa que modifican la tensión superficial de un líquido, eliminan las espumas y previenen el transporte de partículas finas de agua en la corriente de vapor Los productos químicos empleados para el ablandamiento incluyen ceniza de sosa, sosa cáustica y varios tipos de fosfato de sodio. Estos productos reaccionan con los compuestos de calcio y magnesio presentes en el agua de alimentación. El silicato de sodio es empleado para reaccionar selectivamente con la dureza de magnesio. El bicarbonato de calcio que entra con el agua de alimentación se descompone a la temperatura de la caldera o reacciona con sosa cáustica para formar carbonato de calcio. El carbonato de calcio es relativamente insoluble por lo que tiene a salir de la disolución. Los métodos de alimentación interna de productos químicos incluyen el uso de tanques de disoluciones químicas y bombas dosificadoras. Por lo general, los productos químicos de ablandamiento (fosfatos, carbonato sódico, cáustico, etc.) se añaden directamente al agua de alimentación en puntos cercanos a la entrada de la caldera. Sin embargo, también pueden ser introducidos mediante líneas separadas que descargan en el tambor de agua de alimentación de la caldera. En
  • 12. 12 cualquier caso, los productos químicos tienen que ser introducidos en la sección de la caldera destinada a la alimentación de agua, de tal forma que la reacción ocurre antes de que el agua pase a la zona de formación de vapor. Los productos de ablandamiento se pueden añadir de forma continua o intermitente dependiendo de la dureza del agua y de otros factores. Los productos químicos añadidos para reaccionar con el oxígeno disuelto (sulfatos, hidracina, etc.) y aquellos empleados para prevenir la formación de incrustaciones y corrosión en el sistema de alimentación de agua (polifosfatos, compuestos orgánicos, etc.) deben ser introducidos en el sistema de alimentación de agua de forma continua. Por último, los productos empleados para prevenir la corrosión del sistema de condensado pueden alimentarse directamente a la zona de vapor o al sistema de alimentación de agua, dependiendo del producto empleado. En este caso, se prefiere la alimentación en continuo, aunque en algunos casos, la alimentación de forma intermitente puede ser suficiente. Hay cinco pasos posibles necesarios en el tratamiento de aguas dependiendo del suministro, presión, extensión del agua de aportación y condiciones similares: (I) pretratamiento del suministro de agua bruta; (2) tratamiento del agua de aportación que va a la caldera; (3) tratamiento interno del agua en la caldera; (4) tratamiento del condensado que está siendo retornado a la caldera, y (5) control de purga para eliminación de los iodos precipitados en la caldera. EI análisis de una muestra de agua es el proceso de hallar que cantidades de impurezas y otras sustancias químicas están presentes en e l agua. Los resultados se expresan normal mente en ppm (partes por millón) y se tabulan como se muestra en la Figura 2. Las partes por millón son una medida de proporcionen peso, como una libra (kg) en un millón de libras (kg). Los granos por galón es otro medio de expresión de la cantidad presente de una sustancia. Un grano por galón equivale a 17, I ppm.
  • 13. 13 Fig.2.El tratamiento de aguas requiere análisis periódicos del agua de caldera con un listado de datos de impurezas, de forma que el tratamiento se puede determinar o ajustar. RESULTADOS Se desean obtener muestras y análisis de pruebas de agua tanto de alimentación como de la caldera para asegurar la buena calidad del agua y que estos se encuentren en los parámetros que se establecen ya que si sucede lo contrario se deben corregir y aplicar las pruebas adecuadas para poder eliminar o disminuir los efectos que estos nos provocan como son la corrosión, las incrustaciones y tener efectos negativos al no tener una protección contra la corrosión y un buen intercambio de calor. PREGUNTAS En caso de mala calidad del agua ¿Qué métodos emplearía para que esté en los niveles adecuados? Emplearía tanto un tratamiento interno como externo, estos se realizarían en instalaciones de tratamiento de aguas donde se purifican y desairean el agua de alimentación y posteriormente el tratamiento interno con eliminadores de oxigeno o productos químicos de ablandamiento, utilizando el más adecuado a mi necesidad. ¿Cuál es la diferencia entre agua de alimentación y agua de caldera? El agua de caldera es de cualquier procedencia que pueden utilizarse con ventaja y seguridad para alimentar calderas. 2. El agua en general procede de los ríos, lagos,
  • 14. 14 pozos y agua de lluvia mientras que el agua de alimentación es el que se utiliza para producir vapor. COSTO DEL SERVICIO(COTIZACIONES) No se obtuvieron cotizaciones ya que se solicitaron, pero no hubo respuestas, aunque el costo depende del servicio que se proporcione, ya que existen desde kits hasta en servicios en laboratorios externos. CONCLUSION Para concluir podemos confirmar que el tratamiento del agua se debe realizar para que sea optimo y se pueda utilizar en la caldera teniendo un buen aprovechamiento de este.
  • 15. 15 Como pudimos darnos cuenta el agua cuenta con contaminantes en su estado natural y es por eso que se debe aplicar los tratamientos sino causaría daños en la estructura interna. Si se realizan los tratamientos adecuados se eliminan los riesgos como la corrosión, incrustaciones, arrastre de vapor, entre otros. Además, se deben cumplir con los requerimientos y parámetros que se mencionan. También podemos darnos cuenta de cómo el agua natural en comparación con el agua tratada tienen diferencias tanto en las propiedades físicas, químicas y bacteriologicas, lo cual reafirma lo importante que es el tratarla. Es importante conocer todo esto para poder aplicarla correctamente. BIBLIOGRAFIA
  • 16. 16 Ortiz Diaz, A.L. (2013). TRATAMIENTO DE AGUA PARA ALIMENTACIÓN DE CALDERAS [Tesis para título profesional]. Instituto Politécnico Nacional. TRATAMIENTO DE AGUAS DE CALDERAS. (s. f.). LENNTECH. Recuperado 29 de agosto de 2021, de https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/caldera/tratamiento-de-agua-de- calderas.htm TRATAMIENTO DE AGUAS DE CALDERAS. (s. f.). LENNTECH. Recuperado 29 de agosto de 2021, de https://www.lenntech.es/aplicaciones/proceso/caldera/tratamiento-de-agua-de- calderas.htm