Tratamiento de Aguas Para Calderas 2

5/10/2018 Tratamiento de Aguas Para Calderas 2 - slidepdf.com

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Ing. Enrique Vanegas Casadiego

TRATAMIENTO DEL AGUA PARA LAS CALDERAS



INTRODUCCIONINTRODUCCION

Los requerimientos de agua para los sistemas de generación

eléctrica basados en plantas termoeléctricas aumentan al

incrementar la potencia instalada de las plantas, ya sea que se

traten de sistemas basados en el ciclo Rankine regenerativo y/o

con recalentamiento o que se trate de sistemas con ciclo

combinado.

Adicionalmente debemos considerar que la calidad del agua

usada en estos sistemas de generación eléctrica es más y más exigentes en la medida en que las unidades de generación

alcanzan valores más altos ya que involucran mayores presiones

y temperaturas.



INTRODUCCIONINTRODUCCION

Por otra parte las normas para el uso industrial de las fuentes de

agua y la disposición final de las aguas usadas en procesos

industriales son cada vez más exigentes. Lo anterior no lleva a

hacer un uso óptimo de las fuentes de agua empleadas en los

procesos de generación eléctrica con el fin de minimizar el

impacto ambiental y de no disminuir las fuentes de agua

disponibles para consumo humano.

Con esta introducción en mente estudiaremos la química, los procesos y los componentes que hacen el estado del arte del

tratamiento del agua en los sistemas de generación eléctrica.



INTRODUCCIONEl agua de lluvia al caer puede absorber oxigeno, C0²,

nitrógeno, polvo y otras impurezas contenidas en el aire, y

también disolver substancias minerales de la tierra. Esta

contaminación puede acrecentarse además con ácidos

procedentes de la descomposición de materias orgánicas,

residuos industriales y aguas sépticas descargadas en lagos

y ríos.



PRINCIPALES GRUPOS DE IMPUREZAS

• Materia inorgánica• Materia orgánica

• Gases disueltos• Materia suspendida• Organismos microbiológicos.

materia como:• Hojas de árboles y su compuestos, productos de la

descomposición• Sedimentos insolubles• Arena• Material inorgánico• Agentes contaminantes provenientes del sector

industrial




La Materia Insoluble, conocida como turbidez,constituye la forma de impureza más fácilmente

reconocible; involucra partículas gruesas de sedimentosque rápidamente se sedimentan. Los rangos de turbidezpueden ir desde cero partes por millón (ppm), en aguasmuy claras, hasta 60 000 ppm en aguas muy turbias deríos.La turbidez constituye uno de los problemas máscomunes para la mayoría de los usos del agua, así que

podemos encontrar límites de 5ppm, en la producción depulpa y papel de alto grado de pureza, o de 10 ppm parael agua potable.




El Calcio y el Magnesio le dan al agua la característicade la "dureza". Las formas más comunes en la que se

presentan (de la más común a la menos común) son:Bicarbonatos, sulfatos, cloratos o nitratos.Los efectos de estos compuestos se pueden observar alevaporar el agua en un recipiente, dejan depósitos, estosmismos depósitos pueden atascar los sistemas de fluidoso inhibir la transferencia de calor a través de los equiposo tuberías.

Las unidades de dureza se expresan como ppmequivalentes de carbonato de calcio (una parte por millóno ppm es igual a tener un miligramo (mg) de unasustancia contenida en un litro (l) de solución).




El hierro, el manganeso y la sílice, al igual que ladureza, producen depósitos en los sistemas de agua.

En las aguas naturales el rango de sílice puede variarentre 1 y 100 ppm o más. En las calderas y en lossistemas de agua de enfriamiento forman escamas(incrustaciones), con los consecuentes problemasmecánicos y de transferencia de calor, o son arrastradospor el vapor hasta los álabes de las turbinas dondeforman depósitos vítreos que causan el desbalance de

las partes rotativas y por ende vibraciones mecánicas,además de obstruir los conductos por donde pasa elvapor.




El hierro se presenta en concentraciones de hasta 15ppm y los problemas asociados pueden ser más amplios

que los de la sílice. La forma más común es la delbicarbonato ferroso, este se deposita al exponerse al airey forma un sedimento rojo o café oscuro. Para la industriadel papel, por ejemplo, se consideran problemacantidades tan pequeñas como 15 ppm .El más raro de los tres es el manganeso, este formadepósitos y manchas oscuras y está asociado con

problemas en los reservorios de agua potablesubterránea. En cantidades tan pequeñas como 0.2 ppmya forma depósitos en la tuberías.




Los Gases Solubles, compuestos principalmente por O2,

nitrógeno, dióxido de carbón (CO2) y sulfuro de hidrógeno (HS). Si

bien el nitrógeno es inerte, el oxígeno corroe el hierro, el zinc, el

latón y otros metales.El CO2 libre se encuentra en la mayoría de las fuentes de agua y

generalmente las aguas superficiales contienen menos dióxido de

carbono que las aguas de pozos, sin embargo se pueden

encontrar hasta 50 ppm de CO2 en algunos casos. Las aguas de

pozos pueden contener entre 2 y 50 ppm de CO2, dependiendo

de su localización, época del año, etc. Por su naturaleza corrosiva

estos gases solubles pueden acelerar la corrosión con ayuda del

O2; el sulfuro de hidrogeno es muy conocido por su característico

olor a huevos podridos. Su presencia en el agua la hace

desagradable y corrosiva para la mayoría de los metales.




Las sales de Sodio y Potasio producen corrosión en calderas

de alta presión y son arrastradas por el vapor hasta las

secciones posteriores de la caldera donde forman

incrustaciones. Son extremadamente solubles y solo se

precipitan cuando alcanzan altas concentraciones. Estas sales

no se pueden tolerar en aguas de alta pureza.Normalmente el agua contiene una variedad de compuestos

disueltos. Cada compuesto se disocia en sus respectivos iones

cuando se disuelve. Aunque se puede medir la cantidad de

cada

catión

(ión

con

carga

positiva)

y

de

cada

anión

(ión

con

carga negativa) en la solución, no es posible analizar la

cantidad de cada compuesto. Solo podemos asumir que los los

iones se recombinan.




La concentración de un ión dado puede darse en términos de

su concentración equivalente de carbonato de calcio, esto

quiere decir que se comparan los pesos equivalentes de los

dos iones. Ahora bien el término peso equivalente se refiere a

la cantidad de un elemento que se combina con el peso

unitario del hidrógeno, o dicho de otra forma es el peso

atómico del elemento o compuesto, dividido por su valencia.



Los productos más perjudiciales, cuando se trata de

agua para alimentar calderas de vapor, son las sales de

cal y de magnesio.

GRUPOS:

BICARBONATOS, se descomponen fácilmente y originan

la “dureza temporal ”.

SALES MÁS ESTABLES (sulfatos, cloruros, nitratos),

originan “dureza permanente”.




Las impurezas del agua pueden ser la causa de los

siguientes efectos perjudiciales para la caldera y el

funcionamiento de una central térmica:

1.‐ Reducción de la cantidad de calor transmitido

debida a la formación de incrustaciones sobre las

superficies de caldeo.

2..‐ Averías en los tubos y planchas, producidas por la

disminución de la cantidad de calor transmitido a

través de ellos.

Efectos producidos por las impurezas en el

agua




agua

3.‐ Corrosión y fragilidad del acero en la caldera.

4.‐ Mal funcionamiento, formación de espumas y

arrastres de agua en cantidad por el vapor.

6.‐ Perdidas caloríficas debidas a frecuentes

purgados.

7.‐ Mal rendimiento de los equipos que utilizan el

vapor, a causa de que este sea sucio.




agua



Enfoque del temaIncrustación: Es la capa blanda o dura depositada sobre

las superficies internas de una caldera, compuesta de

substancias minerales, suciedad o ambas cosas. Su efecto

consiste en hacer disminuir la transmisión de calor a través

de las superficies de caldeo, reduciendo como consecuencia

la capacidad y rendimiento de la instalación, y,

posiblemente, recalentando los tubos y planchas de la

caldera.

Corrosión: es un desgaste anormal de la caldera

(superficies metálicas) con una disminución de su resistencia

mecánica. Las causas pueden ser: acción electrolítica, acidez

o alcalinidad del agua, o la presencia de oxigeno.



Objetivo del acondicionamiento del agua

Los fines principales perseguidos con el tratamiento del agua de alimentación son los siguientes:

1.‐ Quitar las materias solubles y en suspensión.

2.‐ Eliminación de los gases.

Todo esto es necesario, entre otras cosas para:

1.‐ Evitar la formación de incrustaciones sobre las

superficies de calentamiento del agua.

2.‐ Proteger contra la corrosión los metales de las calderas,

recuperadores y tuberías.




Identificación

de

la

incrustación.

Costras

de

diferentes

consistencias pueden aparecer en una caldera y requieren análisis

químicos posteriores para su identificación. Las incrustaciones aquí descritas muestran las características de los diferentes tipos que

pueden hallarse en calderas: Sulfato cálcico: origina una costra muy dura que se adhiere

tenazmente a las superficies calefactoras. Esta incrustación se

considera la peor a causa de su dureza extrema, la dificultad en su

eliminación y su baja conductividad tér‐mica.Carbonato cálcico: es una incrustación blanda, de tipo cenagoso,

normal‐mente de apariencia blanquecina y se quita fácilmente por

lavado con agua.




Carbonato de

magnesio:

forma

una

costra

blanda

de

tipo

similar

a

la de carbonato cálcico.Sílice: no forma incrustación en solitario, sino que conmparte una

estructura vítrea a los depósitos de sulfato cálcico, lo que produce

una costra muy dura, frágil y prácticamente insoluble en los ácidos. La sílice en las calderas de alta presión se volatiliza y viaja con el

vapor al turbogenerador para depositarse como incrustación dura,

parecien‐do porcelana sobre las piezas internas de la turbina.

Silicato de calcio y magnesio: ambos tienden a producir costras de estructu‐ra densa y cristalina, muy adherente a las superficies de

transferencia térmi‐ca y con bajas transferencia de calor.Hidróxido de calcio y magnesio: producen depósitos blandos que

pueden adherirse o cementar con otras sustancias.




Carbonato

de

hierro:

se

encuentra

con

frecuencia

en

otras

incrustaciones y es una sustancia indeseable porque añade una

naturaleza corrosiva a la cos‐tra que aparece.Fosfato de calcio y magnesio: son subproductos de los

tratamientos

de

agua

por

fosfato

y

aparecen

como

un

lodo

blando

que se elimina fácilmente por purga.Sulfato de magnesio: no es demasiado común en la incrustación

pero, donde aparece solo, la costra es comparativamente blanda.

Sin embargo, en combi‐nación con el carbonato cálcico o el sulfato cálcico, puede resultar una in‐crustación vítrea muy dura.



Distintos procedimientos para eltratamiento del agua

Podemos decir que no existe ningún

procedimiento simplista ni producto

químico apropiado para el tratamiento de

todas las clases de aguas. Cada caso se debe

considerar individualmente.



Tratamiento de Agua El proceso consiste en dos grandes partes:Tratamiento externo, y Tratamiento internoEl primero se subdivide en:

•Clarificación•Filtración•Tratamiento (filtrado) con carbón activado granular•Desmineralización

El siguiente diagrama ilustra el funcionamiento de una planta

de tratamiento de agua para calderas



Tratamiento de Agua :



Pretratamiento CLARIFICACIONProceso por el cual al agua se le quita el color turbio, producto

de los sedimentos.

Las

plantas

de

generación

requieren

por

lo

general

de

equipos

especialmente diseñados para el uso de coagulantes químicos

que aceleran el asentamiento de partículas. Los tanques de

sedimentación y los clarificadores sirven para este propósito.

El tanque horizontal se constituye en el primer tipo de clarificador. El agua al entrar es mezclada rápidamente con

coagulantes, luego lentamente con la ayuda de precipitadores

estratégicamente ubicados se incentiva el crecimiento de

partículas en forma de grumos (FLOCS) con el fin de mejorar el asentamiento en pequeños diques donde se alojan las

partículas. El agua ya clarificada sale a través de un canal

colector, mientras que los sólidos asentados son barridos desde

el interior del tanque hasta la tolva de descarga. (Ver Figura).



Pretratamiento CLARIFICACION. Funcionamiento de un clarificador …



Pretratamiento CLARIFICACION

La mezcla y coagulación se combinan en una sola unidad tal como se

muestra. La adición de polímeros al agua que se agita con un rápido

movimiento en el centro produce una floculación inicial; la velocidad del

agua es menor hacia las paredes del clarificador debido al crecimiento

adicional de grumos, esto optimiza la remoción de la turbidez del agua.

(Ver Figura) Se pueden agregar platos inclinados para crear una unidad

que reduzca la distancia y el tiempo de asentamiento.



Pretratamiento

CLARIFICACION

Los coagulantes trabajan reuniendo o agrupando los sólidos

coloidales o sólidos finamente divididos, de tal manera que se

forman grumos de masas más grandes que pueden ser

sedimentados o removidos por filtración. Estos sólidos suspendidos se encuentran en el agua natural en tamaños que van

desde 0.1 hasta 10 micrones y se resisten a la aglomeración

debido a los grupos iónicos de igual carga (negativa) que se

repelen mutuamente.



Pretratamiento

CLARIFICACIONPara alcanzar la coagulación estas cargas deben ser neutralizadas,

al menos parcialmente. Los coagulantes químicos son el

instrumento que permite la neutralización de las cargas.

También se usan polímeros de cadenas largas, los cuales se unen

para mejorar el crecimiento de grumos (flocs) mediante puentes

químicos.COMPUESTOS DE ALUMINIO

Empleados especialmente como coagulantes.La carga superficial entre partículas suspendidas crea fuerzas de

repulsión, limitando la formación de partículas más grandes

mediante la aglomeración. El coagulante químico neutraliza la

carga, reduce la barrera de potencial y facilitando la fusión en

forma de grumos. El alumbre tiene la particularidad de que

neutraliza la carga natural de las partículas suspendidas

(usualmente negativas) permitiendo que puedan aglomerarse

varios grumos entre sí.



Pretratamiento

FILTRACIONAún con clarificadores operando a niveles óptimos, bajo ciertas

condiciones, se requiere el pretratamiento adicional (filtración)

para remover sólidos suspendidos y coloidales así como

precipitadores químicos que no se sedimentan, y así prevenir las impurezas en membranas y resinas empleadas en los siguientes

pasos del programa de tratamiento. (Ver Figura)



Pretratamiento

FILTRACIONLa eficiencia en el funcionamiento de un filtro depende del

tamaño del medio filtrante y de la porosidad del mismo.

Usualmente se emplean medios granulares como elementos de

filtración. En al figura anterior se observan dos lechos filtrantes: una capa de arena fina y un sustrato de grava, de esta manera selogran retener los sólidos que llegan con el flujo de agua. La

frecuencia de limpieza varia de acuerdo a la pedida de presión

permitida a través del filtro (1992 a 2490 Pa). Las ratas de flujo para lavado del lecho filtrante para filtros convencionales de

gravedad varían entre 10 y 20 gpm.Los filtros de gravedad sin válvulas ofrecen la ventaja de una

autolimpieza

automática

por

medio

de

un

sistema

de

retrolavado

incorporado. Ver figura.



Pretratamiento

FILTRACION..



Pretratamiento

FILTRACIONLos filtros de presión contienen el medio filtrante en un recipiente

cerrado hecho en acero, pueden ser verticales u horizontales,

permitiendo el manejo de flujos mayores y ocupando menor

espacio. El medio filtrante está constituido por lechos de diferente naturaleza y granulometría, normalmente el medio filtrante de

una granulometría menor se coloca antes del lecho de grano

grueso, en dirección del flujo de agua. La limpieza se puede

optimizar inyectando agua (o aire) a presión para romper la capa (torta) de material retenido, También tenemos el filtro de flujo

ascendente que emplea un mismo medio filtrante (arena) pero de

diferente granulometría en capas de igual altura. La capa filtrante

con

grano

de

mayor

tamaño

se

ubica

antes

del

medio

filtrante

con

grano de menor tamaño. En la figura vemos estos dos últimos

tipos de filtros.



Pretratamiento

FILTRACION…



Pretratamiento

FILTRACIONCuando se requiere una filtración muy estricta se recurre a los

filtros tipo cartucho (desechables) fabricados con fibras de

polipropileno, algodón o fibra de papel, los cuales son utilizados

en los casos en que se requiera una filtración muy fina ya que pueden retener partículas tan pequeñas como de 0.5 micrones. La

siguiente tabla ilustra la capacidad de retención de acuerdo al

proceso aplicado para la remoción de los diferentes tipos de

partículas contaminantes:



Pretratamiento

FILTRACION CON CARBON ACTIVOLa adsorción es un proceso de separación en la que ciertos

componentes de una fase fluida se transfieren hacia la superficie

de un sólido adsorbente.

FILOSOFIALas aplicaciones de la adsorción es recuperar material disuelto en

el componente que se adsorbe (adsorbato), este puede ser

liquido, sólido o gaseoso.

CARACTERISTICA. Se realiza en la mayoría de los casos con sistemas sólidos‐líquidos y sólido‐gas. La transferencia de materia

se produce a través de una interfase fija en el espacio o el sólido

originando un gradiente de velocidad de fluido.



ADSORCIONA B S O R B E N T E S C O N V E N C IO N A L E S , V S . A B S O R B E N T E S I D E A L E S

C O N C E P T O A R C I L L A A R E N A A S E R R I N T R A P OP O L V O L i t e

D r iT A P E T E

B iod eg ra d a b le N O N O S I S I S I S I

In c in era b l e N O N O S I S I S I S I

R e t i e n e lo s

l íq u id o sN O N O S I S I S I S I

F a b r ic a d o

es p e c í f ic a m e n te

p a r a a b s o r b e r

l íq u id o s

N O N O N O N O S I S I

P er m i te fá c i l

r ec u p er a c i ón d e l

l íq u i d o

N O N O N O N O N O S I

A b s o r c i ó n

S e l e c t i v a(*

) N O N O N O N O N O S I

A u to c o n ten id o N O N O N O N O N O S I

A b ra s iv o S I S I N O N O N O N O

D es g a st e d e

m a q u in ar ia sS I S I N O N O N O N O

A B S O R B E o

A D S O R B EA D S O R B E A B S O R B E



Pretratamiento

FILTRACION CON CARBON ACTIVODurante los procesos de tratamiento, generalmente es necesaria

una esterilización del agua. Esto es debido al contenido más o

menos importante de materias orgánicas, nocivas para las resinas

de intercambio iónico, que se utilizarán posteriormente en la desmineralización. Estas materias orgánicas también pueden dar

lugar a la formación de lodos.Para la eliminación de la materia orgánica, el cloro es el reactivo

más

utilizado.

Posee

un

poder

oxidante

muy

elevado,

que

favorece la destrucción de la materia orgánica. Es muy eficaz aún

en concentraciones muy pequeñas. También suele emplearse

hipoclorito sódico. El cloro residual procedente del proceso de

esterilización

es

perjudicial

para

las

resinas

de

intercambio

iónico,

por ello debe eliminarse o reducir su concentración a valores

tolerables para las mismas. Para eliminar este cloro residual suele

emplearse frecuentemente filtros de carbón activo en cabeza de

las cadenas de desmineralización.



Pretratamiento

FILTRACION CON CARBON ACTIVO

El carbón activado es el mejor adsorbente de uso general pararemoción/reducción de muchos compuestos orgánicos-y aúnalgunos inorgánicos-del agua.El carbón activado se fabrica a partir de cualquier materialcarbónico como la madera, el carbón mineral, la cáscara de coco,etc., es clasificado según el tamaño, carbonizado y activado paracrear la enorme área de superficie y la estructura interna del poro

que define al carbón activado. Son las altas temperaturas (1,800-2,000oF = 982-1,093oC), la atmósfera especial del horno y lainyección de vapor del proceso de fabricación del carbón activadolo que "activa" y crea la porosidad, dejando mayormente una"esponja" de esqueleto de carbón. Los poros varían en tamañodesde "microporos" de <20 Å y "mesoporos" de 20-100 Å, hasta"macroporos" de >100 Å en un rango de hasta más de 100,000 Å.



Pretratamiento

FILTRACION CON CARBON ACTIVOLos filtros de carbón activofuncionan como los filtros apresión de arena o grava soloque el cuerpo filtrante es carbónactivo.Cuando el carbón se satura serecupera la capacidad deadsorción retrolavando el filtrocon agua desmineralizada



Tratamiento Por Intercambio Iónico

CATIONES Y ANIONESLos cationes y aniones constituyen los compuestos ( bloques)

químicos fundamentales encontrados en el análisis químico

del agua, estos bloques muestran los elementos o radicales

determinados fundamentalmente por su valencia e

indicados por signos (+) o (‐), uno para el hidrógeno (H), dos

para el carbonato de calcio (CO3) y así sucesivamente. (ver

Figura)




CATIONES Y ANIONES




REACCIONES QUIMICASPara formar los compuestos es de gran ayuda explicar el papel que

realizan los cationes y los aniones en las reacciones químicas. El

catión de hidrógeno reacciona con el anión hidróxido (OH ¯ ) para formar HOH, que simbólicamente se puede representar como H2O

o agua. En este estudio vamos a asumir que la altura de los

bloques corresponden con la valencia del elemento o del ión.

El hidrógeno forma ácidos al combinarse con radicales ácidos; reacciona con un átomo de cloro de igual valencia, por ejemplo,

para formar una molécula de ácido clorhídrico (HCL). Sin embargo

existen casos en los cuales no se pueden formar las combinaciones

o

acoples,

por

ejemplo,

un

hidrógeno

no

se

combinaría

con

un

sulfato, puesto que se necesita que los bloques tengan igual

altura; entonces dos átomos de hidrógeno serán necesarios para

formar con el sulfato (SO4) una molécula de ácido sulfúrico. Lo

mismo

ocurre

en

el

ácido

fosfórico.




REACCIONES QUIMICAS

Combinaciones de Aniones y Cationes




La desmineralización por el método de intercambio iónico es

la práctica mas común en plantas de generación a vapor.Empleada al final del tratamiento externo, el intercambio

iónico remueve las sustancias ionizadas remanentes en el

flujo de agua de alimentación a la caldera. Estas incluyen

cationes como: calcio, sodio y otros, también remueve

aniones incluyendo cloruro y sulfato que aun se encuentran

en flujo de agua.La figura ilustra gráficamente como trabaja el proceso de

intercambio iónico mediante resina en ciclo sodio:




En

el

proceso

normal

la

resina

captura

el

catión

(

Ca++

)

y

suelta los iones sodio que forman ácido carbónico. Para

restablecer la capacidad de intercambio iónico de la resina se

realiza una regeneración con ácido sulfúrico o ácido

clorhídrico.




Las resinas de intercambio iónico son sólidos insolubles

dispuestos en forma de pequeñas esferas que puede presentar

una estructura de gel o de forma macroporosa, con diámetro

entre 0,2 y 1,0 mm. La resina se dispone en un arreglo de lecho

o capa filtrante colocada en columnas o tanques por donde

fluye el agua que va a ser tratada. Los cationes (por ejemplo,

Na+, Ca++, Mg++, etc.) contenidos en el agua pasan a través del

lecho de resina catiónica, la cual absorberá estos cationes por

intercambio iónico y a su vez liberará el catión (usualmente H+)

cargado en la resina.

catiónica

aniónica




De manera similar una resina aniónica cargada con un anión, OH ˉ

por ejemplo, realizará intercambio con aniones el tipo Cl ˉ , SO4ˉ ˉ ,

CO3ˉˉ , etc., que están contenidos en el agua a tratar. Las resinas

aniónicas se regeneran con soda cáustica, normalmente. En un sistema de intercambio de dos lechos, se tienen dos tanques o

columnas y el agua a tratar se hace pasar sucesivamente por ellos.

El primer tanque de la secuencia contiene la resina catiónica

mientras

que

el

segundo

contiene

la

resina

aniónica.Operando en el ciclo de hidrógeno la resina catiónica convierte las

sales ionizables en una solución de sus respectivos ácidos, tales

como HCl, H2SO4,etc. En la siguiente columna o tanque la resina

aniónica

remplaza

el

radical

OHˉ

por

el

radical

negativo

de

los

ácidos, eliminando el anión y liberando solamente agua como

efluente.Esta es la operación básica de proceso de desmineralización y se

ilustra en la siguiente figura.




En sistemas prácticos la

remoción del CO2 y de la sílica

requieren el uso de una

resina

aniónica

fuertemente

básica (bastante alcalina), la

adición de un desgasificador

puede ayudar a bajar la carga

de

CO2 para

la

resina

aniónica, con tal dispositivo el

contenido de CO2 puede

reducirse a un rango entre 2 y

5 ppm de bióxido de carbono.

La figura muestra los

elementos básicos usados en

un sistema desmineralizador

con dos lechos de resina.



Desaireadores.Se conocen como desaireadores (desgasificadores)

aquellos dispositivos mecánicos empleados para

liberar los gases contenidos en el agua de

alimentación (aire, oxigeno, anhídrido carbónico y

otros gases).



Desaireadores.



Desaireadores.

Su funcionamiento consiste en dividir el agua de

alimentación en finas góticas, calentándolas a

continuación para transformarlas en vapor dentro

del desaireador, y separar el aire, anhídrido

carbónico y otros gases del vapor a medida que

este se va condensando.

T t i t P I t bi Ió i




…

T t i t P I t bi Ió i




La columna de desmineralización se diseña para que el agua que entra

se distribuya uniformemente sobre la superficie del lecho de resina, de

tal manera que el agua pasa de forma homogénea a través de todo el

cuerpo del lecho de resina. Esto asegura que la forma del lecho no se

romperá y permanecerá geométricamente uniforme evitando el paso

de impurezas y aumentando la capacidad de operación del lecho.Las columnas trabajan en dirección de flujo descendente como se

ilustra en los diagrama. Cuando la capacidad de intercambio se agota se

procede a la regeneración de la resina.Este es un proceso que se realiza en tres etapas: Retrolavado,

regeneración química y enjuague. Si bien la función principal del lecho

es la de realizar un intercambio iónico, eventualmente el lecho de

resina retiene partículas de materia en suspensión porque también

funciona como un filtro. Como esta materia debe removerse antes de

iniciar la regeneración, se inyecta agua en contraflujo durante 10 o 20

minutos a una rata tal que permita la expansión del volumen del lecho

entre

un

50

y

un

100%.





La concentración del regenerante típicamente varía entre el 4 y el 6%

pero se puede variar sin problemas entre un 0.5 a un 12 %. Esta

inyección debe hacerse de una forma suave para permitir la difusión del

ácido en la resina y lograr que los contaminantes de impurezas más

grandes sean liberados de la resina. La eficiencia de la regeneración

puede ser mejorada si se calienta la solución de soda, por ejemplo,

hasta una temperatura de 120 ° F, para eliminar la sílica polimerizada

de la resina aniónica de base fuerte.

El enjuague se hace para sacar el exceso de regenerante y se realiza en

dos etapas: La primera es un enjuague lento, con rata igual a la usada

para inyectar el regenerante, con esto se asegura que todo el

regenerante se utiliza. La segunda es un enjuague rápido usando una

rata de flujo igual a la rata de flujo usada durante el servicio normal,

con esto se barre el regenerante no utilizado dentro de la columna en

un mínimo de tiempo. En la siguiente figura se muestra en forma

esquemática la localización y detalle de los elementos usados en este

proceso.





..





Con el objeto de lograr un efluente de agua aún más pura,

algunos diseños de sistemas de tratamientos de agua consideran

los lechos mixtos que consisten en columnas o tanques en los

que se disponen los dos tipos de resina en el mismo recipiente. Con esto se consigue un mayor refinamiento en la calidad del

efluente de salida. También se pueden usar diferentes tipos de

resinas, combinando las resinas fuertemente acidas con las

débilmente ácidas o las fuertemente básicas con las débilmente básicas. A partir del sistema básico estudiado hasta esta parte se

pueden crear variaciones que suplan las necesidades particularesde cada planta. Como se mencionó anteriormente estos sistemas

también pueden combinarse con los sistemas de

desmineralización por membranas para obtener efluentes deagua con mayor grado de pureza, tal como los requeridos en las

plantas termonucleares.





‐‐

Purificación del Agua por Osmosis Inversa



Osmosis Para entender el proceso de la ósmosis inversa, empecemos por

recordar la ósmosis natural, mecanismo de transferencia de nutrientes en las células de los seres vivos a través de las membranas que la

recubren.En tal sentido, cuando se ponen en contacto dos soluciones de

diferentes

concentraciones

de

un

determinado

soluto

(por

ejemplosales), se genera un flujo de solvente (por ejemplo agua) desde la

solución más diluida a la más concentrada, hasta igualar las

concentraciones de ambas. (Ver Figura 2).Es decir: si ponemos en contacto, a través de una membrana, agua

salada y agua destilada obtendremos un equilibrio entre ambas y

quedarán moderadamente saladas. El agua que atraviesa la membrana

es "empujada" por la presión osmótica de la solución más salada y el

equilibrio del proceso se alcanza cuando la columna hidrostática iguala

dicha presión osmótica.





Es decir: si ponemos en contacto, a través de una membrana, agua salada yagua destilada obtendremos un equilibrio entre ambas y quedarán

moderadamente saladas. El agua que atraviesa la membrana es "empujada"por la presión osmótica de la solución más salada y el equilibrio del proceso

se alcanza cuando la columna hidrostática iguala dicha presión osmótica.





Osmosis Inversa

De aquí se deduce que si nuestro interés en el tratamiento es

obtener una corriente de agua lo más diluida posible

deberemos invertir el fenómeno. Para ello hay que vencer la

presión osmótica natural mediante la aplicación en sentido

contrario de una presión mayor. (Ver Figura 3). Cuando se logra

invertir el fenómeno estamos en presencia de ósmosis inversa

o invertida.En resumen: si a una corriente de agua salada se le aplica una

fuerte

presión,

lograremos

obtener

un

equilibrio

distinto

del

anteriormente descripto en el cual se generan

simultáneamente dos corrientes:





Una que es la que atraviesa la membrana, queda libre de

sólidos

disueltos

(minerales,

materia

orgánica,

etc.

)

y

de

microorganismos (virus, bacterias, etc.): producto o permeado.

La otra se va concentrando en esos mismos productos sin que

lleguen a depositarse en la membrana, porque la taparían y se

eliminarían en forma continua, constituyendo el concentrado. La relación entre producto y concentrado constituye la

recuperación, expresada en porcentaje los rechazos para:

Sulfatos (98 %), Arsénico (99 %), Fluoruros (97 %), Nitratos (91

%), Bacterias, Virus y hongos más del 98 %.





Membrana de la Osmosis Inversa

Es una membrana que tiene una área "microporosa" querechaza las impurezas y que no impide al agua de pasar.La membrana rechaza las bacterias, pirógenos, y 85%-95% de sólidos inorgánicos. Iones "polivalentes" son

rechazados más fácilmente que los iones "monovalentes".Los sólidos orgánicos con un peso molecular superior a300 son rechazados por la membrana, pero los gasespasan a través. La ósmosis inversa es una tecnología de

rechazo en porcentaje. La pureza del agua producidadepende de la pureza del agua en el asa (la “u”). Lapureza del agua producida por la ósmosis inversa es másgrande que en el agua de alimentación (Ver Figura 4).





Membrana de la Osmosis Inversa: Es una membrana que tiene una

área "microporosa" que rechaza las impurezas y que no impide al

agua

de

pasar.

La

membrana

rechaza

las

bacterias,

pirógenos,

y

85%‐

95% de sólidos inorgánicos. Los iones "polivalentes" son rechazados

más fácilmente que los iones "monovalentes". Los sólidos orgánicos

con un peso molecular superior a 300 son rechazados por lamembrana, pero los gases pasan a

través. La ósmosis inversa es una

tecnología de rechazo en porcentaje.

La pureza del agua producida depende

de la pureza del agua en el asa (la “u”).

La pureza del agua producida por la

ósmosis inversa es más grande que en

el agua de alimentación (Ver Figura 4).





Agua Rechazada. Un gran porcentaje (50‐90%) del agua de

alimentación no pasa por la membrana pero corre del otro lado,

limpiando el agua continuamente y trayendo los sólidos inorgánicos y orgánicos para drenarlos. Esa agua se llama agua "rechazada".Factores del agua de Alimentación

Los factores del agua de alimentación que afectan la membrana:

PresiónLa presión del agua de alimentación afecta la cantidad y la pureza del

agua producida por la ósmosis inversa. Baja presión del agua de

alimentación causa baja corriente y baja pureza.

pHDeterminar la variedad del pH en agua de alimentación es muy

importante. Es recomendable de usar una variedad más amplia de

membranas cuando el agua de alimentación es básica, ácida o

instable.





Índice de Saturación de Langlier (ISL)El ISL indica el principio de la formación de una incrustación sobre el

área de la membrana. El ISL necesita examen de la temperatura, del total de sólidos inorgánicos, de la dureza alcalina, y pH del agua de

alimentación. Si él índice ISL es positivo, se recomienda instalar un

suavizador de agua antes del sistema de ósmosis inversa.

Cloro Libre (TFC) y BacteriasLas membranas de acetato de celulosa necesitan una limpieza

constante de TFC para impedir la propagación de bacterias y que se

dañe la membrana. En contrastó, la poliamida y las membranas finas,

como cintas, son dañadas por el TCF. El carbón activado es usado para remover el TCF cuando la poliamida y las membranas finas lo

necesitan.





TemperaturaLa duración de la membrana se basa sobre la temperatura del agua

de alimentación que debe ser de 25°C. Por cada 1°C bajo 25°C, la cantidad de la producción del agua es reducida por 3%. Cuando el

agua de alimentación se tiende a quedarse regularmente bajo 25ºC,

es recomendado que el agua caliente y fría se mezclen para que la

temperatura suba a 25°C. El agua de alimentación que tiene una temperatura superior a 35°C dañara la mayoridad de las membranas.





Índice de Densidad SiltEl IDS es una medida que sirve a medir las partículas de submicrones

que tienen tendencia a bloquear las membranas. La corriente del agua a una presión especifica es filtrada a través una membrana en

forma de disco y que es recuperada durante un periodo de tiempo

fijo. La rapidez de la corriente del agua y el volumen total recogido

determina el índice.

TurbidezLa turbidez es la medida que sirve para detectar las partículas

suspendida de submicron que oscurecen los rayos de luz.

g p




g p




g p

Tratamiento Interno del Agua de Calderas



La selección de productos químicos para evitar incrustaciones

con tratamiento interno está dirigida al control de las impurezas

minerales que se deslizan pasando el programa de

pretratamiento. Esto se aplica especialmente a medida que la

presión de caldera aumenta, como en la generación

termoeléctrica.

g




Control coordinado de fosfato/pH. Este sistema de tratamiento de agua fue de‐sarrollado para las

calderas de alta presión para evitar la corrosión cáustica.

Re‐quiere el mantenimiento de una relación fija entre el pH del

agua de caldera y la concentración de fosfatos. La Figura a y b,

muestra una curva para una caldera que representa la relación

del fosfato trisódico, Na3PO4, con el pH. El fosfato trisódico tiene una relación de sodio a fosfato de 3. Si la concentración

de fosfatos o el pH cambian, esta relación de sodio a fosfato

cambia también. El progra‐ma se basó en el principio de que un

aumento de la concentración de hidróxido libre se evitaría por

un desplazamiento del equilibrio iónico en la dirección que

favorece la formación del Na3PO4.




Control coordinado de fosfato/pH.

Figura: (a) El control coordinado de fosfato y pH mantiene una relación fijaentre el pH del agua de la caldera y la concentración de fosfato. La relación

Na a PO4 se mantiene en 3. (b) El control congruente de fosfato y pH, larelación de Na a PO4 se mantiene entre 2,6 y 2,8.




Control coordinado de fosfato/pH.De acuerdo con la información de la Figura a, los OPERADORES de calderas con domo (tambor) deberían ser instruidos para

mantener el pH y la concentración de PO4 por debajo de o a la

derecha de la curva, ya que se considera exenta de hidróxido

libre. La zona rayada muestra el rango normal de operación

para esta planta. La curva representa una relación de Na a PO4 de 3. El especialista en el tratamiento de agua recomendóun rango de pH de 9,6 a 10,0 y un rango simultáneo de fosfato

de 5 a 10 ppm, pero en todo caso y tiempo quedándose por

debajo de la curva mostrada en la Figura a. Ambos, pH y

fosfato, requieren comprobaciones diarias para la

concentración en orden a mantener el nivel de hidróxido bajo.




Control de fosfato /pH congruente y oculto. El oculto está causado

por la precipi‐tación de sales de fosfato de sodio, normalmente

producido por una operación a largo plazo en calderas con tambor

tipo central. El oculto produce una acumulación de fosfato en zonas

«muertas» de circulación de agua y, consiguientemente, reduce la

concentración de fosfatos en las otras zonas del bucle o circuito de

agua. Esto aumenta el nivel de pH y alcalinidad del agua de caldera. El

hidróxido sódico puede producirse como resultado del ocultamiento

a partir de soluciones de ortofosfato trisódico por encima de una

relación de sodio a fosfatos de 2,8. Entonces se aplicó el término

control congruente, para referirse a la composición congruente en la

que, las fases sólida y líquida son iguales. Se establecieron líneas

maestras para mantener una relación de sodio a fosfato por encima

de 2,6 pero por debajo de 2,8, con concentraciones de PO4 entre 1 y 6

ppm. Véase la Figura b. Calderas típicas que usan este tratamiento trabaja a presiones > de los 1200 psi.




Control con quelantes. Los quelantes son productos químicos

que se combinan con las sales de dureza antes de que formen

lodos de caldera, y esto es otro método para evitar la

incrustación. Sin embargo, la alimentación de agua debe tener

poca dureza, menos de 2 ppm, para que este tratamiento sea

económico. Esto hace su utilización limitada al ablan‐damiento

del agua de aportación desmineralizada. Los dos agentes quelantes nor‐malmente utilizados son el ácido

etilendiamintetracético (EDTA) y el ácido nitrilo acético (NTA).

Ambos agentes forman sales estables con el calcio y el

magnesio.




Control con quelantes…Sin embargo, se requieren diez ppm de EDTA y 5 ppm de NTA

para controlar 1 ppm de dureza. Esto hace que sea caro este

tratamiento, y por eso se aplica básicamente para bajar dureza

de agua de alimentación pretratada. Otro problema es que el

EDTA comienza a disgregarse a 300 psi (21 kg/cm2) y a cerca de

1.500 psi (105 kg/cm2

) pierde su capacidad quelante. El NTA pierde su capacidad quelante a 900 psi (63 kg/cm2). La

degradación térmica no lo hace práctico para monitorizar

residuos que‐lantes en el agua de caldera, lo que hace difícil el

control de dosificación. Los mis‐mos agentes quelantes pueden

causar corrosión en la caldera si se sobrealimenta con quelantes

durante un largo período de tiempo.




Polímeros o acondicionamiento de lodos.

En calderas industriales, el ciclo de control de incrustación

implica la precipitación intencionada de las sales de dureza

cálcica, como carbonato cálcico, con adición de un polímero

para provocar lodos. Los polímeros amónicos son muy

utilizados en calderas industriales donde las molé‐culas de

polímero se acumulan alrededor de los lodos en suspensión de la caldera. Esto introduce en los lodos un grado de dispersión o

fluidez que permite la elimina‐ción de los mismos más

fácilmente por purga inferior de caldera.




Polímeros o acondicionamiento de lodos…Hay varios polímeros en el mercado. Por ejemplo la Nalco

Chemical Co. utiliza el nombre de Transport ‐ plus para sus

polímeros. Se aplica a calderas de hasta 1.560 psi (105 kg/cm2) y

el término Transport se usa para indicar que puede transportar

virtualmente el 100 por 100 de las impurezas del agua de

alimentación, incluyendo dureza, sílice e impurezas de hierro a través del sistema de caldera, ya que el polímero fluidifica el

lodo para un eventual control por purga.




Polímeros o acondicionamiento de lodos…Los polímeros aniónicos inhiben el crecimiento de la estructura

de la matriz cristali‐na de la incrustación. Este proceso también

debilita la incrustación, ya que el polímero es absorbido en la

estructura de la incrustación y, como resultado, se forman

pequeñas partículas de incrustación.

El sobretratamiento es toda‐vía una amenaza; por tanto,

algunos especialistas de tratamiento de aguas utilizan mezclas

de polimetacrilato como componentes principales de un

programa de trata‐miento de polímeros mezclados.

Tratamiento de Aguas Para Calderas 2

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