2_1_1_acondic_agua

Vista previa del material en texto

ACONDICIONAMIENTO
DE AGUA PARA
CALDERAS Y
SISTEMAS DE
ENFRIAMIENTO
Tratamiento de agua, suelo y aire
Uso de agua en la industria
Ocurren cambios y alteraciones en las
características del agua
El agua se evapora para calderas
Se calienta en los sistemas de enfriamiento
Evaporación
Concentra las sales disueltas en el agua
La solución alcanza el punto de saturación
(saturación salina)
Sales se separan del agua formando cristales
•Cristales forman las deposiciones
Deposiciones
Algunas difíciles de remover y dañan los equipos
Pueden formar incrustaciones
• tuberías
•accesorios de calderos
•equipos de calentamiento y evaporación
Perdida de gases disueltos
Bióxido de carbono que se encuentra disuelto en
el agua
Como CO3- forma parte de la alcalinidad del agua
Favorece la precipitación de poco solubles
•carbonatos de calcio y magnesio
•hidróxido de magnesio.
Perdida de gases disueltos
Bióxido de carbono que se encuentra disuelto en
el agua
(CO3-) que forma parte de la alcalinidad del agua
Favorece la precipitación de poco solubles:
carbonatos de calcio y magnesio e hidróxido de
magnesio
Equipos de calentamiento y de
evaporación
Generación de energía
Farmacéutica
Química, petroquímica
Alimenticia
Metalúrgica
Manufacturera
De servicios
CORROSIÓN
El oxígeno disuelto causa desgaste del fierro de la
estructura metálica
Forma hidróxido férrico y causa corrosión por
picadura en
puntos muy localizados de la estructura
Reacciones químicas entre el
oxigeno y el fierro
Fe ⇒ Fe2+ +2e- (1)
½ O2 + H2O + 2e ⇒ 2OH- (2)
De las ecuaciones (1) y (2)
Fe + ½ O2 +H2O ⇒ Fe(OH)2 (3)
Bióxido de carbono causa
corrosión
Este gas se genera abundantemente cuando el
agua se
calienta hasta el punto de ebullición
Para evitar o disminuir al mínimo la corrosión
•Separar los gases
•Ventilarlos a la atmósfera
•No se separan todos los gases
Neutralización de efectos
corrosivos
Adición de reactivos
Reaccionan con el oxígeno
•Sulfito de sodio
2 Na2SO3 +O2 ⇒ 2Na2SO4 (4)
El oxigeno
Uno de los agentes mas corrosivos en una
caldera
Debe removerse por de-areación o ventilación del
agua de
alimentación y de condensados
El resto por tratamiento con sulfito de sodio.
A altas temperaturas el sulfito se descompone y
pierde sus
propiedades
Na2SO3 +H2O⇒ 2NaOH + SO32- (5)
Calderas de alta presión
La temperatura del agua es mayor de 100ºC
Debe emplearse hidracina
•Hidrato de hidracina N2H4.H2O
•Sulfato de hidracina N2H4.H2SO4
Estos productos son tóxicos
•Representan riesgos en su almacenamiento y manejo
Son la mejor opción al tratamiento de agua de
calderas de
alta presión para evitar la corrosión por oxígeno.
Hidracina
Reacciona con el oxigeno
N2H4 + O2 ⇒ N2 +2H2O (6)
El hidrato de hidracina no solo neutraliza el
oxigeno sino
que no incrementa la cantidad de sólidos
disueltos
Agentes depolarizantes
Tienen la tendencia a atraer electrones de otro
elemento o compuesto
Favorecen la corrosión electroquímica
2H+ +2e ⇒ H2 (7)
NO2- + H2O + e ⇒ NO +2OH- (8)
O2 + 2H2O + 4e ⇒ 4OH- (9)
Tienen tendencia a atraer electrones y los sacan de
otro elemento o compuesto
Causan la corrosión por oxidación del material de
equipos que es fierro casi en su totalidad
Oxigeno
Se encuentra disuelto
Remoción
•Por ventilación en el condensador de la caldera
(junto con el corrosivo CO2)
•Agregando químicos que consuman el oxigeno residual
pH
El agua contienen menos iones hidrogeno a
valores de pH
con tendencia a lo alcalino
El agua contienen más iones hidrogeno a valores
de pH
con tendencia a lo ácido
El agua de proceso debe estar en el rango de pH
8 á 9
Nitritos
No se encuentran originalmente en el agua
Se producen por la conversión microbiana
•El ion amonio se produce por descomposición de la
materia orgánica
•El amonio es oxidado por bacterias a nitratos y nitritos
2NH4 + ⇒ NO2- + NO3- (10)
Para minimizar el ataque corrosivo por nitritos, es
conveniente desinfectar el agua que se alimenta
a la caldera
Alcalinidad del agua
Por ácido carbónico
H2CO3 ⇔ 2H+ + CO3-2 (11)
pH alto
•El acido carbónico se disocia a iones hidrogeno e ion
carbonato
Alcalinidad del agua
pH bajo
•Se favorece la reacción en sentido contrario
•El acido no se disocia
En el condensador, el acido no disociado se
descompone en corrosivo CO2 (bióxido de
carbono) y agua
H2CO3 ⇔ H2O + CO2 (12)
Alcalinidad del agua
El CO2 debe extraerse del condensado y
regresar al caldero
•De lo contrario se tendrán efectos corrosivos en la
tubería interior y otras partes del caldero
Existen en el mercado membranas especificas
que selectivamente remueven del condensado
gases como oxigeno y bióxido de carbono.
Precipitación de sólidos
Los sólidos disueltos(sd) y suspendidos(ss) del
agua
sedimentan y precipitan parcialmente cuando el
agua se
evapora
La mayoría de los sólidos suspendidos se
concentran y
son removidos en las purgas regulares
Parte de los sólidos disueltos altamente
concentrados
también fluyen en la purga
Purga de sólidos
La purga debe efectuarse para mantener en
equilibrio los sólidos que se acumulan en el
caldero
Los sólidos disueltos
–Pueden salir por las purgas o mantenerse en
solución
–También precipitan como sales insolubles
•Carbonato de calcio
•Óxidos de magnesio principalmente
•Sílice:precipitados mas firmes y difíciles de
desprender
•Partículas sólidas
Tratamiento de deposiciones
Se agregan reactivos
–Para mantener calcio y magnesio en suspensión
–Para formar precipitados menos firmes y fáciles
de remover
● Los fosfatos
–Acondicionan sólidos
–Fosfato de calcio es más insoluble que el
carbonato de Calcio
–El precipitado de fosfato de calcio es mucho más
fácil de remover que la caliza formada por
carbonato de calcio
Ablandamiento del agua
Intercambio de calcio y magnesio del agua por
iones sodio
El agua blanda en las calderas produce sales que
se concentran son no incrustantes
El tratamiento con resinas en ciclo sodio
–Ca y Mg se reemplazan por Na
–Las sales que forman no precipitan y se pueden
expulsardas en la purga
Ósmosis inversa
Remueve todas las sales disueltas
Las purgas se reducen al mínimo
No se presenta la incrustación
Problemas en la producción de vapor
La corrosión y la formación de incrustaciones son
los problemas más serios
La corrosión
Daña irreversiblemente la estructura de los
equipos
Acorta la vida útil de estos y lo mismo ocurre con
la incrustación
Incrustaciones (encalichamiento)
Disminuye drásticamente el coeficiente de
transferencia de calor
La energía térmica de la combustión no se
transmite eficientemente
•Mayor consumo de combustible por kilogramo de agua
evaporada
•Desgaste acelerado de tubos y accesorios de la caldera
(fatiga mecánica), por sobrecalentamiento de la
estructura metálica
ESPUMA
Frecuente formación de espumas cuando el agua
hierve en la caldera
Contenido de gases disueltos en el agua (O2,
CO2, etc.) disminuye por la temperatura (Ley de
Henry)
•La solubilidad de los gases en medio acuoso disminuye
a medida que aumenta la temperatura de la fase líquida
Espumación
Las trazas de materia orgánica (grasas, aceites)
forman películas en la interfase de la fase acuosa
y vapor
•Pueden formar espuma
• Impiden que los gases escapen libremente y
disminuyendo la eficiencia de la caldera
Espumación se puede presentar por purgas muy
espaciadas problemas de operación y disminuye
la calidad del vapor
Espumación
La explosión de espuma produce arrastre
•De partículas de sólidos
•De agua líquida
•Reactivos
AGUA DE ENFRIAMIENTO
Para disipar la energía térmica a la atmósfera
generada:
•Refinería de petróleo
•Generación de energía eléctrica
• Industria química
•Acondicionamiento de ambiente, etc
Por medio de torres de enfriamiento
Torres evaporativas
Agua de enfriamiento cambia características y
propiedades
•Componentes se concentran
•Cantidad de sólidos disueltos y suspendidos aumentan
su concentración
•Precipitan insolubles:
•carbonatos de calcio
•Óxidos de magnesio
•Formación de depósitos de sarro en tuberías y
accesorios del equipo
Precipitadosde sales cristalinas
Se depositan en el empaque de la torre
Eficiencia en enfriamiento disminuye
•Área de contacto en la interfase aire-agua disminuye
por los cristales formados