TRATAMIENTO DE AGUAS PARA CALDEROS

AGUAH2O

Se caracteriza por ser el solvente universal, lo que hace imposible encontrarla en estado puro en la naturaleza. Siempre se la encuentra conteniendo cantidades ms o menos grandes de sustancias disueltas y suspendidas o impurezas.

ESTRUCTURA MOLECULAR DEL HIDRGENO Y OXGENO

HELIO

HIDRGENO

NEN

OXGENO

ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUAEsta estructura le confiere al agua caractersticas elctricas. Adems la posicin del Hidrgeno en la molcula ejerce atraccin sobre otros tomos de Oxgeno de otras molculas de Agua

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CARCTERSTICAS DEL AGUALa estructura atmica le da las siguientes caractersticas: - Alto Calor Especfico (cp = cantidad de calor que debe suministrarse a una cantidad de masa para elevar su temperatura en un grado centgrado) - Alta Tensin Superficial.- (fuerza que hay que aplicar a la pelcula de la superficie para poder romperla) - Densidad.- A diferencia de otros cuerpos, la densidad disminuye desde 4 C (mx) a 0 C y luego vuelve a aumentar

CARCTERSTICAS DEL AGUA- Alto Poder Solvente.- Disociacin Inica.- A pesar que el agua est compuesta por molculas neutras de H2O, sin embargo una mnima parte de estas molculas estn disociadas en H+ (10-7 iones positivos) y OH- (10-7 iones negativos) en iguales cantidades a 25 C, o ph = 7. Si ph < 7 son soluciones cidas y si ph > 7 son bsicas o alcalinas.

IMPUREZAS EN EL AGUAAunque la frmula qumica del agua es H2O, sta no se la encuentra pura en la naturaleza sino con impurezas, que si bien, algunas de ellas son necesarias para la vida, tambin son perjudiciales en los procesos industriales y por eso hay que removerlas. Las impurezas pueden ser:Orgnicos Slidos suspendidos Impurezas Orgnicos Slidos disueltos Inorgnicos Inorgnicos

IMPUREZAS Sustancias Slidas Suspendidas.- Estn en las aguas de superficie y normalmente son sustancias orgnicas debidas al hombre (aguas residuales, origen domstico, productos industriales o agrcolas), pero tambin la turbidez se debe a compuestos inorgnicos. Las aguas subterrneas no tienen sustancias suspendidas debido a la filtracin que los propios estratos producen.

IMPUREZASSustancias Slidas Disueltas.- Pueden ser de origen: Orgnico.- Provienen del cido hmico del terreno Inorgnico (Sales Minerales) . Slice.- Puede estar disuelta en pequeas cantidades, pero si est en grandes cantidades, precipita como gel. Aniones.- Bicarbonatos, sulfitos, cloruros Cationes.- Calcio, Magnesio, Sodio Otros.- iones de Potasio, Hierro, Nitratos, etc..

PRE-TRATAMIENTOS QUMICOS DEL AGUA El sistema de pre-tratamiento es tal vez el ms crtico e importante del total en la produccin de vapor; en trminos generales, consiste en una serie de procesos qumicos cuya finalidad es remover o reducir a niveles aceptables las impurezas del agua. Hay varios mtodos que dependen de la calidad del agua y la sofisticacin de la caldera y la calidad del vapor que se necesite. El pre-tratamiento envuelve los siguientes procesos:

PRE-TRATAMIENTO Suavizadores de Soda.- Usa xido de Calcio (CaO), Soda Ash (Na2CO3), Soda Custica (NaOH). Propsito: - Remover Dureza Clcica y Magnsica formando Carbonado de Calcio (CO3Ca) e Hidrxido de Magnesio (MgOH) - Quitar alcalinidad debida a bicarbonatos, convirtindola en carbonatos y carbonato de calcio -Remover el Bixido de Carbono (CO2), precipitndolo como CO3Ca - Quitar la Slica como complejo de Magnesio insoluble cuando reacciona con el Hidrxido de Magnesio (MgOH) - Quitar la turbidez, removiendo las partculas en suspensin

PRE-TRATAMIENTO Filtracin.- Esta es una operacin muy importante que sirve para preparar el agua para las calderas, pues todas las partculas suspendidas en el agua deben ser removidas antes de sta alcanzar el siguiente proceso de intercambio inico. Hay principalmente dos tipos de filtros: el de arena y por gravedad y el de presin.

PRE-TRATAMIENTO Suavizadores de Dureza.- Luego de filtrada, el agua es llevada al conocido ablandador por Resina o Zeolita, que es un equipo similar a los filtros, pero el agua pasa a travs de una resina sinttica en donde los iones de Calcio y Magnesio an presentes en el agua, son intercambiados por iones de Sodio, cuyas sales no presentan tantos problemas como los de Calcio, que son formadores de incrustaciones.

TIPOS DE RESINAS Resinas catinicas.- El polmero se hace reaccionar con cido sulfrico, el cual sita un in intercambiable en cada anillo hexagonal. Resinas aninicas.- Estos son formados al hacer reaccionar el polmero con aminas; en la misma forma un in intercambiable es puesto en la estructura de cada hexgono

ABLANDADOR EN OPERACIN

RETROLAVADO

REGENERACIN

Agua + Sal

Regeneracin de la Resina

ENJUAGUE

REACCIONES QUMICAS EN UN ABLANDADORPASO REACCIN COMPLETA 2RNa + Ca(HCO) RCa + 2NaHCO RCa + 2ClNa 2RNa + CaCl 2RNa + MgSO RMg + NaSO RMg + 2ClNa 2RNa + MgCl

Ablandamiento de las sales de calcioRegeneracin Ablandamiento de las sales de magnesio

Regeneracin

DESAEREADOR REMOVEDOR DE OXGENO El Oxgeno debe ser removido totalmente en toda agua que vaya a alimentar una caldera, pues es un elemento altamente activo y produce graves daos en todo el sistema de vapor. La velocidad de corrosin del Oxgeno aumenta con la temperatura. Ese aumento es mayor an si hay presente Dixido de Carbono.

El Oxgeno puede ser removido del agua por : Medios mecnicos Medios qumicos.

SOLUBILIDAD DEL OXGENO EN AGUA PURASOLUBILIDAD DEL OXGENO EN AGUA PURA18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 20 40 60 80

OXGENO (PPM)

18 12 6

OXGENO cc/lt

24

10 psi 5 psi 0 psi 10 vac

100

120

140

160

180

200

220

240

TEMPERATURA (F)

ESQUEMA DE UN DESAEREADOR MECNICO

AGUA DE ALIMENTACIN

VAPOR

DESAEREACIN QUMICA Desaereacin qumica.- En las calderas donde no existe los desaereadores mecnicos y aun cuando ellos existen, el Oxgeno tiene que ser removido totalmente por medios qumicos. Para ello se usan dos tipos de compuestos que reaccionan con el Oxgeno formando sales menos problemticas que son fcilmente removibles por el sistema de purga de qumicos utilizado. El secuestrante de Oxgeno ms conocido es el Sulfito de Sodio que reacciona con el Oxgeno formando el Sulfato: 2 Na2SO3 + O2 2 Na2SO4 Aproximadamente por cada parte de Oxgeno en el agua se requieren aproximadamente 8 partes de qumico.

DESAEREACIN QUMICA El secuestrante reacciona ms rpidamente con el Oxgeno si: El ph aumenta (8 a 10 es el ptimo) Temperatura.- Por cada 7 C de aumento, la velocidad de reaccin se duplica Se usa un catalizador

Otro compuesto que se usa como secuestrante es la Hidrazina que es ms difcil de manejar, ms cara.

Incrustaciones.- Son depsitos de slidos dentro de las calderas. Bajo las condiciones de trabajo, la principal razn para la formacin de estos depsitos es debida a la solubilidad de las sales incrustantes que es inversamente proporcional a la temperatura del agua en que estn disueltas, una segunda razn es que sobrepasan los lmites de solubilidad de ciertas sales por aumento en las concentraciones de la caldera. La gravedad de los problemas causados por las incrustaciones reside en su poder aislante y la consecuente disminucin de la transmisin de calor.

Problemas ocasionados por el agua de alimentacin

Problemas ocasionados por el agua de alimentacin Lodos.- Se producen por la vaporizacin dentro de la masa de lquido, en donde las precipitaciones de los slidos toman la forma de lodos que se depositan sobre la superficie (una parte se deshidrata en incrusta y otra en suspensin aumenta de tamao hasta convertirse en lodos. Corrosin (pitting).- Es una destruccin del metal por efecto de la accin qumica o electroqumica del medio que lo rodea. Este fenmeno es uno de los ms preocupantes a causa de los graves daos que produce.

ANLISIS QUMICO Dureza Total (DT) Dureza Clcica (DCa) Dureza Magnsica (DMg) Alcalinidad Total (M) Alcalinidad P Cloruros presentes xidos de Slice Ph Total de Slidos Disueltos Sulfitos SO Fosfatos PO Oxgeno Disuelto Hierro Fe

PARMETROS QUMICOS PARA DIFERENTES TIPOS DE CALDEROS

Presin psig5 250

Dureza Total como CaCO (ppm)3.0 25.0

Tipo de ProgramaFosfato orgnico

5 - 2505 250 100 - 600

25.0 60.060.0 0.1 3.0

Fosfato + CoagulacinCoagulacin Quelato Fosfato

600 - 1001000 - 1200 1200

0.1 1.00.1 0.2 0.1 0.2

Quelato Fosfato Orgnico alta purezaFosfatos coordinados Fosfato coordinado de alta pureza

250 - 1200

3.0

Se requiere pre-tratamiento antes de alimentarla

Tipo de tratamiento a aplicar depende de la relacin entre presin y cantidad total de dureza.

TIPOS DE TRATAMIENTOS QUMICOS DEL AGUA PARA CALDEROS TIPOCoagulacin

APLICACINPresiones < 250 psig Dureza > 60 ppm (COCa)

VENTAJASEliminacin de los sistemas de pre-tratamiento

DESVENTAJASSlidos en suspensin 1/3

Evita formaciones de incrustaciones, de CaCO, Sulfado de Calcio, Silicato de Calcio. Si hay suficiente alcalinidad, fosfato precipita como Hidrxido apatita (sal menos adherente y fcil de remover)

Quelatos

Aguas completamente libres de oxgeno, ya que no reaccionan en presencia de ste, adems de aumentar el potencial de corrosin por el Quelato mismo Calderas de alta presin (1200 psig) con dureza de agua < 0.2

Reaccionan con los metales formando un complejo soluble sin permitir que el Ca y Mg se depositen como carbonatos o sulfatos Aumentar el ph sin utilizar (OH)

Quelato residual no debe pasar de 5 ppm en calderas de 600 psig

Fosfato ph Coordinado

RECOMENDACIONES GENERALES PARA CALDERAS DE 5 A 150 psig Slidos Disueltos 2500 ppm

Alcalinidad O (OH) Slice como SiO Concentracin de Hierro como Fe Residuos de sulfitos y fosfatos Alcalinidad O/SiO

200 a 300 ppm