Debido a la presencia de contaminantes en las aguas naturales, es necesario acondicionar el agua antes de usarla en los sistemas de generación de vapor. El acondicionamiento consiste en un pretratamiento o “tratamiento externo” y el tratamiento “interno del agua de caldera”
El agua contiene gases disueltos que causa problemas de corrosión y sales que precipitan selectivamente sobre la superficie de tubos en forma de cristales.
Las incrustaciones se presentan en zonas de alta transferencia de calor, ya que existe una elevada temperatura y una alta evaporación, lo cual incrementa la concentración de sólidos disueltos. La presencia de incrustaciones en las áreas de
transferencia de calor causa problemas de eficiencia, debido a que disminuye la transferencia de calor por su característica aislante; además, promueve un aumento de la temperatura del tubo que puede traducirse en posible falla o rotura del mismo.
En calderas que operan entre 600 y 1500 psi la concentración de las sales disueltas y los sólidos suspendidos en el agua de reposición se limitan a 1ppm máximo. La siguiente tabla muestra los límites de impurezas para el agua de calderas a diferentes presiones de operación. [1]
Tabla. 26 Límites de impurezas recomendadas por ASME para el agua de alimentación y el agua de calderas. [1]
Prevención de la formación de incrustaciones
1.- Evitar el uso de agua dura en la caldera, la dureza se debe a la presencia de sales de calcio y magnesio y se expresa como ppm de CaCO3.
Dimensionamiento de Caldera Acuotubular
2.- Mantener la concentración de impurezas dentro de los límites aceptables, haciendo uso de purga y de tratamiento químico externos e internos que correspondan.
3.- Realizar purga de fondo acoplada con el tratamiento químico que produce lodos que deben ser eliminados del agua de caldera.
El tratamiento químico del agua para alimentación y del agua que recircula de la caldera, se denomina tratamiento interno o secundario para distinguirlo de la purificación del agua de reposición a la caldera antes de entrar al ciclo.
Tratamiento Externo: incluye disminución de sólidos en suspensión por filtrado, reducción de durezas por:
Ablandamiento a la cal Ablandamiento por zeolita Equipo de intercambio iónico Desmineralizadotes
Evaporadores y Desaireadotes para eliminación de gases y oxígeno Tratamiento Interno: éste se aplica especialmente a medida que la presión de la caldera aumenta. A medida que la presión de operación es mayor, hay más riesgo de corrosión cáustica. El tratamiento interno implica:
Control coordinado de fosfato / pH : es un sistema desarrollado para calderas de alta presión para evitar la corrosión cáustica, busca mantener una relación fija entre el ph del agua de caldera y la concentración de fosfatos. Un aumento de la concentración de –OH libre se evita por un desplazamiento del equilibrio iónico en la dirección que favorece la formación de Na3PO4. [1]
Corrosión y sus Efectos
La corrosión es la segunda causa de problemas del agua de caldera después de la formación de incrustaciones. La corrosión en calderas es el deterioro del metal por reacción química, el metal es disuelto o comido. Las principales causas de corrosión son:
1.- Acidez relativa del agua de caldera.
2.- Presencia de oxígeno disuelto en el agua de caldera. 3.- Acción electrónica.
Las condiciones ácidas en el agua de calderas normalmente son el resultado de reacciones químicas, siendo las sustancias formadoras de de ácido: el CO2 forma H2CO3 , el MgCl2 forma HCl, el MgSO4 forma cloruro de magnesio al
reaccionar con el NaCl y finalmente HCl al reaccionar con el agua de caldera. La presencia de oxígeno promueve la corrosión del metal por dos vías: 1. La presencia de O2 libre en el agua de caldera, formado a medida
que aumenta la temperatura del agua en la caldera, produce un ataque de picado sobre el metal de la caldera. El O2 también se
une con el metal de la caldera produciendo óxido de hierro.
2. Actúa como catalizador ayudando a otros elementos corrosivos del agua de caldera a reaccionar con el metal o acelera la reacción. La corrosión de tipo O2 se evita externamente mediante el uso de
desaireadotes e, internamente mediante el uso de productos químicos que se apoderan del oxígeno, tales como el sulfito sódico que reacciona con el O2
disuelto para formar sulfato sódico, suele usarse en calderas de hasta 1800psi; y la hidrazina que reacciona con parte iguales de O2 para producir N2 y agua.
Dimensionamiento de Caldera Acuotubular
La reacción de la hidrazina con el oxígeno a bajas temperaturas ha dado resultado en plantas de alta presión utilizando éste producto químico sólo para apoderarse del O2.
En calderas de alta presión también es necesario controlar la concentración de sílice en el agua mediante análisis automático, la sílice es firme y el más difícil de eliminar de todos los minerales disueltos.
El retorno de condensados es un medio de ahorrar combustible, pero el condensado puede tener productos corrosivos de la tubería de vapor y condensado, que pueden formar depósitos altamente aislantes en la superficie de la caldera. Debe utilizarse un estricto control de la corrosión en la línea de vapor y de retorno para limitar éste lodo; los atacantes más comunes de los sistemas de condensado don el O2 y el CO2 disueltos que encuentran su camino en el sistema
de vapor. [1]
El control y monitorización de dureza, conductividad y contaminantes específicos (tales como Cu y Fe) también permitirán una máxima reutilización del condensado.
Se emplean dos métodos para combatir el ataque por corrosión post- caldera:
Aminas Neutralizadoras: tales como la ciclohexilamina, morfolina y dietanolamina, se utilizan para neutralizar el pH del condensado; la desventaja de éste método el pobre control sobre la inyección química.
Las Aminas de Película: se utilizan para establecer una capa protectora continua sobre las superficies de los sistemas de tuberías post-caldera. Este método evita el contacto de cualquier constituyente potencial corrosivo del vapor/condensado con el metal de sistemas de tuberías.
I.16 ANEXOS
Tabla Anexa 1. Características de la Aleta anular rectangular. Área (S), Volumen (V),
β = h/KM.t [4]
Tabla Anexa 2. Funciones de Bessel modificadas de primera y segunda especie, de ordenes 0 y 1 [4]
Dimensionamiento de Caldera Acuotubular Continuación Tabla Anexa 2. Funciones de Bessel modificadas de primera y segunda
especie, de ordenes 0 y 1 [4]
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Dimensionamiento de Caldera Acuotubular
REFERENCIAS
[1] Robert C. Rosaler “Manual del Ingeniero de Planta”. Mc Graw-Hill. Segunda Edición. México, Abril 2001.
[2] Anthony Kohan “Manual de Calderas” Mc Graw-Hill España 2000.
[3] Perry “Manual del Ingeniero Químico” Mc Graw-Hill Sexta Edición Tomo III.1998
[4] Mills “Transferencia de Calor” Mc Graw-Hill 1995.
[5] Guberna Alpuente, Sigale Puello “Dimensionamiento de Calderas de Recuperación de tubos de Agua”. Ing. Química, Agosto 1992. pp 113 -125.
[6] Maria Isabel Briceño “Operaciones Unitarias II Transferencia de Calor por Convección Forzada” Correlaciones. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química.
[7] Alejandro Anaya Durand “Método Corto para Cálculo y Diseño de Hornos de Proceso” Instituto Mexicano del Petróleo. Ingeniería Química. Diciembre 1997. p91.
[8] Maria Isabel Briceño “Operaciones Unitarias I Sistemas Sencillos de Tuberías” Correlaciones. Universidad de los Andes. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química.
[9] McNuughton, K. “Bombas, Selección, Uso y Mantenimiento”. Mc Graw Hill. México.