Elección de suavizadores Agua de calidad para calderas de vapor

1. Producción de
   vapor
2. Agua de alimentación a
   la caldera
3. Presiones de la
   caldera
4. Capacidades de la
   caldera
5. Selección del suavizador
   para calderas
6. Determinando el volumen de
   reposición
7. Cálculos para
   seleccionar suavizador de calderas
8. Selección de
   suavizadores residenciales y comerciales
9. Metodología para
   selección de suavizadores
   aquapurificación
10. Detalles sobre capacidades de
    suavizadores aquapurificación
11. Útiles factores de
    conversión
12. Para seleccionar suavizadores es
    recomendable contar con la siguiente
    información

PRODUCCIÓN
DE VAPOR

La mayoría de las calderas tienen varias cosas en
común. Usualmente, en la parte inferior está un
fogón o cámara de combustión (horno) a donde se alimenta el
combustible más barato o más disponible a
través de un quemador para formar una flama. El quemador
está controlado automáticamente para pasar
sólo el combustible suficiente para mantener una presión de
vapor deseada. La flama o calor es
dirigida y distribuída a las superficies de calentamiento,
las cuales usualmente son tubos, tiros de chimenea o serpentines
de diámetro bastante pequeño.

En algunos diseños el agua fluye
a través de los tubos o serpentines y el calor es aplicado
al exterior. A éstas se les denominan calderas
acuotubulares. En otras calderas los tubos o tiros de chimenea
están inmersos en el agua y el calor pasa a través
del interior de los tubos. Estas son calderas humotubulares. Si
el agua es sometida a los gases
calentados más de una vez, la caldera es de "dos-pasos",
de "tres-pasos", o de "pasos múltiples".

El agua calentada o vapor se eleva hasta la superficie
del agua, vaporiza y es recolectada en una o más
cámaras o "tambores". Mientras más grande la
capacidad del tambor, mayor es la capacidad de la caldera para
producir grandes y repentinas demandas de vapor. En la parte
superior del tambor de vapor está una salida o "cabezal de
vapor" desde la cual el vapor es entubado hasta los puntos de
uso. En la parte superior del fogón está una
chimenea de metal o de ladrillo o "inductor de tiro", el cual se
lleva los subproductos de la combustión y las variables
cantidades de combustible no utilizado. En la parte inferior de
la caldera, y usualmente al lado opuesto del fogón,
está una válvula de salida denominada como "purga".
Es a través de esta válvula que la mayor parte del
polvo, lodo, cieno y otros materiales
indeseables son purgados de la caldera.

Adheridos a la caldera hay múltiples controles de
seguridad para
liberar la presión si ésta se eleva demasiado, para
apagar el quemador si el agua baja demasiado o para controlar
automáticamente el nivel del agua. Se incluye una columna
de agua (vidrio de nivel)
para que el nivel interior del agua quede visible para el
operador.

AGUA DE
ALIMENTACIÓN A LA CALDERA

El agua para la caldera se almacena usualmente en un
tanque "de relleno o reposición" de manera que se tenga
disponible un volumen de agua
suficiente para demandas mayores a las acostumbradas. Se mantiene
un nivel constante por medio de una válvula flotadora
similar en principio al flotador en el tanque de un sanitario.
Una bomba de alta presión saca el agua del tanque de
relleno y la vacía en la caldera. Debido a que la
mayoría de las calderas operan a presiones más
altas que las del suministro de agua, la bomba debe elevar la
presión del agua de alimentación un poco
por encima de la presión de operación de la
caldera.

El vapor limpio es agua pura en forma de gas. Cuando se
enfría y se condensa es agua pura y se le denomina
"condensado". A medida que se condensa en agua contiene
considerable calor, el cual puede ser utilizado. Es un agua de
relleno o de alimentación casi perfecta, ya que ha sido
despojada de minerales
disueltos y materia
extraña en el proceso de
evaporación.

Siempre que es posible, el condensado es regresado a la
caldera y recolectado en un tanque denominado "receptor o tanque
de condensado". Cuando se recupera el condensado, el receptor
puede también desempeñar la función de
tanque de relleno.

En algunas instalaciones, el retorno del condensado
puede suministrar tanto como el 99% del agua de
alimentación y mientras más alto sea el porcentaje
de condensado, se requiere menos tratamiento de agua. Otras
instalaciones pueden

requerir del 100% de reposición si por alguna
razón el condensado no puede ser recuperado o si
está muy contaminado.

PRESIONES DE
LA CALDERA

La temperatura y
la presión a las cuales opera una caldera tienen una
relación definida, según se muestra en la
siguiente tabla:

PUNTO DE EBULLICIÓN DEL AGUA A DIFERENTES
PRESIONES

TEMPERATURA PRESIÓN

A presión atmosférica normal, el agua
hierve a 100 oC (212 oF); a presiones
más altas se incrementa el punto de ebullición,
alcanzando un máximo de 374 oC (705
oF) a una presión de 225 kg/cm2
(3200 psi). Arriba de esta temperatura el agua no puede existir
como un líquido.

CAPACIDADES DE LA
CALDERA

Las calderas son clasificadas por la cantidad de vapor
que pueden producir en un cierto período de tiempo a una
cierta temperatura. Las unidades más grandes producen
454,545 kg (1,000,000 lb) de vapor por hora. Las calderas se
clasifican a 1 HP (0.745 kilowatts) de fuerza por
cada 15.7 kg (34.5 lb) de agua que pueda evaporar por hora. Otra
definición es 1 HP (0.745 kilowatts) por cada 0.93
m2 (10 pie2)de superficie de calentamiento
en una caldera acuotubular o 1.11 m2 (12
pie2) de superficie de calentamiento en una caldera
humotubular.

EQUIVALENCIAS:

1 HP (0.745 kilowatts) hr de caldera = 15 lt. (4 gal.)
de agua evaporada por hora.

1 kg (2.2 lb) de evaporación por hora = 1
lt.(0.26 gal )evaporado por hora.

1 galón de evaporación por hora = 8.34 lbs
de agua por hora.

1 HP de caldera = 15 kg (33.36 lb) de agua por
hora.

SELECCIÓN DEL
SUAVIZADOR PARA CALDERAS

En el proceso de seleccionar un adecuado suavizador del
agua para el tratamiento de agua de alimentación de una
caldera deben revisarse varias áreas. Esto implica
básicamente la necesidad de obtener un análisis del agua, los HP de la caldera y
la información referente a la
recuperación del vapor. Cada una de estas áreas
deberá revisarse previo al proceso de selección
de un suavizador.

La dureza se compone de calcio y magnesio. La dureza en
las aguas naturales variará considerablemente, dependiendo
de la fuente de donde se obtenga el agua. Las secciones del
país que tienen formaciones de piedra caliza generalmente
tienen un alto contenido de dureza en el agua. Dado que las aguas
superficiales son diluidas por las lluvias, el agua de pozo en la
misma área normalmente tendrá una dureza mucho
más alta que la del agua superficial, dado que el flujo es
subterráneo sobre capas de rocas.

Nunca debe suponerse el grado de dureza en una
ubicación dada. Deben hacerse todos los esfuerzos posibles
para obtener un análisis del agua en el sitio de la
instalación. Esto garantizará la precisión
en el proceso de selección.

Para poder
determinar el tamaño de un suavizador de agua el primer
procedimiento
en el proceso de selección es determinar la cantidad de
dureza. Muchos de los reportes de análisis de agua
expresan la dureza total en partes por millón (PPM). La
expresión PPM debe ser convertida, si se usa sistema inglés,
a granos por galón (GPG) para poder seleccionar el
tamaño de un sistema suavizador. Para convertir la dureza
expresada en PPM a GPG, dividir PPM entre 17.1.

Ejemplo: Un reporte de dureza total de 400 PPM se
convierte como sigue: 400 PPM ÷ 17.1 = 23 GPG de
dureza.

DETERMINANDO EL
VOLUMEN DE REPOSICIÓN

Para poder determinar la cantidad de agua utilizada para
alimentar a una caldera, se necesita hacer cálculos para
convertir la capacidad de la caldera a la cantidad máxima
de agua de reposición en litros (galones). Las capacidades
de la caldera se dan en varias formas. Sin embargo, todas pueden
y deben ser convertidas a un factor común de caballos de
fuerza. Por cada caballo de fuerza (0.745 kilowatts) se requiere
un volumen de agua de alimentación de 16 lt (4.25 gal.)
por hora. Para convertir otras capacidades de la caldera a
caballos de fuerza debe consultarse la siguiente
tabla.

Para determinar los caballos de fuerza de la caldera
deben conocerse dos factores adicionales para poder obtener la
cantidad neta de agua de relleno requerida en un período
de 24 horas. El primero de éstos es determinar la cantidad
de retorno de condensado a la caldera. La cantidad del condensado
regresado a un sistema de caldera es información vital
para seleccionar un suavizador de agua. Esta información
normalmente la conoce el operador de la caldera o el ingeniero de
diseño.
La cantidad del condensado regresado se resta de la cantidad
máxima del volumen de agua de relleno calculado de la
capacidad en caballos de fuerza. La cantidad neta a la que se
hace referencia es la diferencia entre la máxima agua de
relleno menos la cantidad de condensado regresado al
sistema.

Un método muy
preciso para determinar la cantidad neta del agua de relleno por
hora, o el porcentaje de condensado regresado, puede ser
calculando simplemente de las operaciones
existentes, comparando un análisis del agua del tanque
receptor del condensado y el agua cruda de relleno. Al comparar
estas dos aguas, uno puede ser muy preciso en la cantidad de
condensado regresado al sistema.

Ejemplo: Un tanque receptor de condensado con un agua
que contenga 300 PPM de sólidos disueltos totales (SDT) y
un factor conocido de 600 PPM de SDT en el suministro de agua
cruda de relleno nos indicaría un retorno de condensado
del 50%. Según se describió antes en esta
publicación, el condensado es agua casi perfecta (cero
SDT) cuando entra al tanque receptor del condensado. Por lo
tanto, cuando el suministro de agua cruda de 600 PPM de SDT es
diluida con agua con 0 PPM de SDT en relación 1:1, el
resultado sería 300 PPM de SDT o una dilución del
50% o un retorno de condensado del 50%.

El paso final en nuestra recolección de
información para el proceso de selección del
suavizador es obtener el número de horas que la caldera es
operada en un día. Esto no es importante sólo para
poder determinar el volumen total de agua de relleno,
también es información requerida para determinar el
diseño de nuestro sistema suavizador. Una caldera que
opera 24 horas al día requerirá agua suave en todo
momento. Por lo tanto, el diseño requerirá el uso
de dos unidades. En los sistemas que
operan 16 horas al día, el uso de un solo suavizador
llenará las necesidades de la operación.
Típicamente, el tiempo requerido para regenerar un
suavizador es menos de tres horas.

CÁLCULOS
PARA SELECCIONAR SUAVIZADOR DE CALDERAS

Ahora estamos listos para proceder con un enfoque
típico para seleccionar un suavizador de agua. Primero se
reúne la información acerca de todos los aspectos
del sistema de caldera discutidos en esta sección. Primero
habrá que hacer un listado de todos los factores de
nuestro diseño. La siguiente representa una planta de
caldera típica de la cual podemos calcular la demanda para
un suavizador.

(1) DETERMINAR LA DUREZA DEL AGUA

El análisis recibido o tomado está en
partes por millón (PPM) o mg/l. Si se usa sistema
inglés convertir a granos por galón
(GPG).

400 ppm ÷ 17.1 = 23 GPG

(2) DETERMINAR LOS HP DE LA CALDERA

La capacidad de la caldera es en kg (libras) por hora de
vapor. Convertir a HPs.

784 kg (1,725 lbs) por hora ÷ 15.7 (34.5) = 50
HP

(3) DETERMINAR EL MAXIMO DE LITROS (GALONES) POR HORA
DE AGUA DE RELLENO

La capacidad de la caldera es de 50 HP. Convertir los HP
a litros (o galones) por hora de agua de relleno.

50 HP x 16 lt (4.25 gal.) por hora de relleno

(4) DETERMINAR LA CANTIDAD DE CONDENSADO REGRESADO AL
SISTEMA Y CALCULAR EL REQUERIMIENTO NETO DE AGUA DE
RELLENO

El relleno por hora es de 800 litros (211 galones). El
condensado regresado es del 50% o 400 litros (105.5 galones) por
hora.

800-400= 400 litros (211 – 105.5 = 105.5 galones)
de relleno netos por hora

(5) DETERMINAR LOS REQUERIMIENTOS TOTALES DIARIOS DE
RELLENO

400 litros (105.5 galones) de relleno netos por hora. El
sistema de caldera opera 16 horas al día. 400 litros
(105.5 galones) por hora x 16 horas = 6,400 litros (1,688
galones) por cada día de operación.

(6) DETERMINAR LOS GRAMOS COMO CaCO3 (o
GRANOS) DE DUREZA TOTALES QUE DEBERAN SER REMOVIDOS
DIARIAMENTE

6,400 litros (1,688 galones) por día con una
dureza de 400 ppm o 400 mg/l o 0.4 g/l (23 granos por
galón).

6,400 litros x 0.4 g/lt = 2,560 g (1,688 galones x 23
GPG = 38,824 granos) de dureza seca necesitan ser removidos del
agua cada día.

La respuesta en nuestro sexto paso de 2,560 gramos
(38,824 granos) de dureza seca para ser removidos del agua
diariamente, nos lleva a nuestro enfoque final al seleccionar un
suavizador de agua. Debido a la naturaleza de
la importancia de obtener agua suave para el agua de
alimentación de la caldera, debemos dejar un margen de
error en nuestro proceso de selección. Comúnmente,
este margen es del 15%. La multiplicación de 2,560 gramos
(38,824 granos) por día x 1.15 da por resultado una
demanda total de remoción de 2,944 gramos (44,648 granos)
por día que necesitan ser removidos.

2.
SELECCIÓN DE SUAVIZADORES RESIDENCIALES Y
COMERCIALES

Utilizar esta tabla para determinar el modelo y
tamaño del suavizador para una determinada dureza y un
determinado número de personas en la casa o edificio, lo
establecido requerido para el ciclo de regeneración y lo
establecido (en litros o galones) para el medidor opcional. Ver
las notas al pie de la tabla para las CLAVES para leer la
tabla.

Número de personas utilizando agua suavizada
en la casa (consumo en
m3 y gal.)

Lo establecido para el medidor
está basado en las

capacidades del suavizador al
mínimo de salmuera: 96 g por

litro de resina (6 lbs/pie3
de resina)

CLAVE PARA CADA SEGMENTO HORIZONTAL DE LA
TABLA:

Primer renglón = capacidad del suavizador
en gramos de dureza como CaCO3

Segundo renglón= capacidad del suavizador
en kilogranos de dureza

Tercer renglón = número de
DÍAS entre los ciclos de regeneración (cuando se
instala un timer)

Cuarto renglón = lo establecido para el
medidor (en GALONES utilizados entre regeneraciones,

para LITROS multiplicar x 3.785) cuando se instala un
medidor opcional.

DUREZA COMPENSADA: Al seleccionar el equipo de
acondicionamiento de agua, la dureza debe basarse en la dureza
compensada. La dureza compensada toma en consideración los
minerales y otros factores que reducen la capacidad de suavizado
de un suavizador. Estas partidas no pueden sacarse de una prueba
de dureza estándar. Para llegar a la dureza compensada,
multiplicar la cifra de la derecha por la dureza en ppm (mg/l)
como CaCO3 o granos por galón.

DETERMINAR SIEMPRE (1) CAPACIDAD DE FLUJO Y

(2) CAPACIDAD TOTAL EN GRAMOS o GRANOS.

3.
METODOLOGÍA PARA SELECCIÓN DE SUAVIZADORES
AQUAPURIFICACION

1. Se utiliza la siguiente fórmula para
   determinar la cantidad de resina y el tamaño del
   tanque:

   Vol.Res. (pie3) = (gasto o flujo en gpm) / (5
   gpm/pie3 de resina).

   Ejemplo: si tenemos un flujo pico a usar de 10
   gpm; entonces, Vol.Res. = 10 gpm / 5 gpm/pie3 resina = 2
   pies3.

   Nota: el flujo mínimo de servicio
   para un suavizador es de 3 gpm/pie2 de
   área del tanque. Esto para evitar la
   canalización del flujo a través de la
   resina.

   Se usa esta tabla para determinar el tamaño
   del tanque:

   

   Entonces, en el ejemplo anterior
   escogeríamos el tanque 12" x 52"

2. DETERMINAR LA CAPACIDAD Y EL TAMAÑO DEL
   TANQUE.
3. DETERMINAR EL NÚMERO DE REGENERACIONES
   POR DÍA Y LA VÁLVULA A USAR.

-Determinar la capacidad de la resina usando la tabla
siguiente.

Siguiendo el ejemplo anterior
tenemos que 2 pie3 de resina tienen una capacidad
máxima de 60,000 granos (2 pie3 resina x
30,000 granos/pie3 resina) al regenerarse la resina
con 15 lb. por pie3.

-Se usa el dato de dureza del agua,
primero convirtiendo la dureza expresada en ppm como
CaCO3 a granos/galón y esto se hace
dividiendo la dureza del agua en ppm entre 17.1.

Siguiendo el mismo ejemplo,
entonces, si tenemos que la dureza del agua es de 500 ppm…
Dureza en granos/gal. = 500 ppm/ 17.1 = 29.24
granos/gal.

-Ya que se obtuvo la dureza en
granos/galón se le aplica el factor de
compensación, que se explicó anteriormente en la
página 12:

Siguiendo el mismo ejemplo, entonces, multiplicamos
29.24 granos/gal. x 1.2 y obtenemos la dureza compensada que es
35.09 granos/gal.

-Entonces para obtener el volumen de agua entre
regeneraciones y por consecuencia el tiempo entre
regeneraciones, se hace lo siguiente:

*Volumen de agua entre regeneraciones(galones) =
capacidad total en granos/dureza compensada en granos por
galón.

Siguiendo el ejemplo: Volumen de agua entre
regeneraciones = 60,000 granos / 35.09 granos/gal. = 1709.9
galones.

*Tiempo entre regeneraciones(días) = Volumen de
agua entre regeneraciones (gal.) / volumen de agua(gal.) usado
por día.

Siguiendo el ejemplo y suponiendo que se tiene un
volumen de uso de agua de 500 galones/día, entonces, el
Tiempo entre regeneraciones = (1709.9 galones) / (500 galones /
día) = 3.4 días. Esto quiere decir que el equipo
se regenerará cada 3.4 días.

Este dato es importante si se quiere escoger entre una
válvula con cuenta galones de regeneración
inmediata (twin o duplex, p.ej.) o una electromecánica de reloj, ya que la
mayoría de las válvulas
electromecánicas de reloj solo se pueden regenerar una
vez al día. Y también este dato es importante a
la hora de programar las válvulas.

Por otra parte, si se cuenta con una válvula
que no se puede cambiar y que se regenera una sola vez al
día, se requiere una capacidad mayor de resina (un
tanque más grande) para lograr una regeneración
al día como máximo. Lo anterior, siempre y cuando
esta mayor capacidad (tanque) sea adecuada a la capacidad de
retrolavado e inyección de la válvula y que el
flujo a través de la cama de resina no sea menor a 3 gpm
/ pie2 de área del tanque.

-Se calcula el retrolavado del tanque para un
suavizador y para esto se usa la siguiente formula (para agua
con temperaturas de México):

Flujo de retrolavado para un suavizador(gpm) =
área del tanque en pie2 x 5.5 gpm/
pie2

Siguiendo con el ejemplo anterior, entonces, Flujo
de retrolavado suavizador 12" = 0.79 pie2 x
5.5 gpm/pie2 = 4.34 gpm

*Esta tabla se puede usar para agilizar el
proceso:

-Una vez determinados el flujo de servicio, el tiempo
entre regeneraciones y el retrolavado se procede a escoger la
válvula según las características
mencionadas. Ver tabla de válvulas en la
última página.

4. DETALLES SOBRE
CAPACIDADES DE SUAVIZADORES AQUAPURIFICACION

Nota: la columna "Económica" está
basada en una regeneración con 6 lb de sal por pie
cúbico de resina. La columna "Normal" está basada
en una regeneración con 10 lb de sal por pie cúbico
de resina. Y la columna "Máxima" está basada en una
regeneración con 15 lb de sal por pie cúbico de
resina.

LISTA DE VERIFICACIÓN: Espacio en piso
(área de presión) disponible para el
sistema.

Ancho:___________ Largo:__________
Alto:___________

Puerta:____ Ancho de Escaleras:____ Ancho
Pasillo:_____

¿Hay obstrucciones para el equipo en la entrada?
Sí No

¿Piso suficientemente fuerte para soportar el
piso del equipo? Si No

Tamaño del dren de piso (¿puede manejar el
agua de retrolavado?) Sí No

¿Hay agua disponible para el retrolavado en esa
ubicación? Sí No

FUGA CONTINUA

DE DUREZA

en ppm como CaCO3

DOSIFICACIÓN DE SAL EN GRAMOS/ LITRO (O
LIBRAS POR o PIE3) DE RESINA

SDT* 96 g/l o 6 lb/pie3 160 g/l o
10 lb/pie3 192 g/l o 12
lb/pie3

250 1.25 0.6 0.2

500 5 2.5 0.8

750 12 6 1.75

1000 20 10 3

1500 45 23 7

2000 – 40 13

2500 – – 20

3000 – – 30

*Sólidos Disueltos Totales en el Agua Cruda como
CaCO3

CAPACIDAD DEL TANQUE DE SALMUERA E INFORMACIÓN
DEL ÁREA DE SALMUERA

NOTAS:

1. La salmuera saturada es cuando la sal se disuelve
en el agua a un 26% por peso.

2. Un litro de salmuera al 26% tiene 0.31 kg (un
galón tiene 2.6 lbs) de sal a 27oC
(80oF).

3. Un litro de solución de salmuera al 26% pesa
1.2 kg (un galón pesa 10 lb).

4. Un metro cúbico de salmuera al 26% tiene 313
kg (un pie cúbico tiene 19.5 lbs) de sal.

5. Un metro cúbico de solución de
salmuera al 26% pesa 1205 kg (un pie cúbico pesa 75
lbs).

6. El peso específico de la salmuera al 26% a
16oC (60oF) es de 1.2.

7. La sal en grano grueso #2 es ±46% y los
huecos son del 54% del espacio en un tanque de sal.

ÚTILES
FACTORES DE CONVERSIÓN

GPG (granos por galón) = PPM ÷
17.1

PPM (partes por millón) = MG/L
(miligramos/litro)

PSI = Elevación en Pies x .434

es decir: un edif.de 5 pisos = 50’ x
.434

= 22 PSI de pérdida en el 5o. piso

Pie Cuadrado de Area de Cama = D2 x
.7850

5. PARA SELECCIONAR
SUAVIZADORES ES RECOMENDABLE CONTAR CON LA SIGUIENTE
INFORMACIÓN:

1)Dureza del agua en ppm o mg/l como CaCO3 o en granos
por galón

2)Flujo de agua tratada en lps, lpm o gpm (si no se
tiene el dato usar tablas de consumo de agua anteriores para
estimar)

3)Contenido de Hierro
(Fe)

4)Sólidos Disueltos Totales (SDT) en ppm o mg/l o
granos/galón

5)Origen del agua (pozo, ciudad, río presa,
etc.)

6)Temperatura y pH del
agua

7)Tipo de sistema deseado por el cliente (duplex,
simple, etc.)

8)Diámetro de la tubería en mm o
pulgadas

9)Opciones de timer electromecánico de reloj o
con medidor

10)Rango de capacidad del medidor

11)Tipo de flujo (continuo o con
retrolavados)

12)Horas de operación

13)Tipo de establecimiento donde se va a
instalar

Bibliografía

http://www.ciberteca.net

http://mx.geocities.com/agua_cosmos/

http://www.bonatura.com/agua.htm

Oswaldo Gastón Ramírez
Méndez