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Conceptos básicos de agua de aporte a calderas




Enviado por ffabiano





    Aguas Duras
    Aguas
    Blandas

    Aguas Neutras
    Aguas
    Alcalinas

    Problemas derivados de la utilización del
    agua en calderas

    Corrosión
    Incrustación
    Ensuciamiento por
    contaminación

    Introducción

    El agua se
    encuentra en la naturaleza y va
    acompañada de diversas sales y gases en
    disolución.

    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 descriptas, los residuos que las industrias lanzan
    a los cursos fluviales
    procedentes de distintos procesos de
    producción.

    Constituyen los elementos disueltos en el agua, las
    sustancias orgánicas, las sales minerales, 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 oxigeno,
    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 e
    ión hidrógeno, el que confiere al agua
    carácter ácido.

    Problemas
    derivados de la utilización del agua en
    calderas

     Los problemas mas
    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.

    A continuación describimos brevemente las
    principales características de los items arriba
    mencionados.

    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 mas 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

    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 ocasionadas 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 roturas 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 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.

    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,

    Sin pretender que el presente trabajo sea una
    enumeración exhaustiva y completa de todos los posibles
    inconvenientes que puedan ocasionar el agua de alimentación a
    caldera, consideramos que el mismo facilita el entendimiento de
    las principales causas de los más importantes
    inconvenientes que puedan ocurrir en las salas de calderas en la
    industria.

     

     

    Autor:

    Miguel Angel

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