UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER. FACULTAD DE INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS.CTEDRA: TRATAMIENTO DE AGUAS

0000FACULTAD DE INGENIERA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

CATEDRTICO : Ing. CESAR LIMAS AMORINALUMNOS : BRAVO HINOSTROZA RITA GAVILAN GUILLEN NARDA LEON ROBLADILLO MARTHA MORENO RAMIREZ DANIEL SILVA RUIZ JUANA YUPANQUI CHUQUILLANQUI TONYSemestre : IX

Huancayo Per- 2013-

INFORME DE LABORATORIO

I. INTRODUCCION

El tratamiento del agua de una caldera de vapor o agua caliente es fundamental para asegurar una larga vida til libre de problemas operacionales, reparaciones de importancia y accidentes.

El aseguramiento de la calidad del agua de alimentacin y agua de la caldera se consigue cumpliendo con los requerimientos de las normas, que definen los lmites recomendados para los parmetros involucrados en el tratamiento del agua.

Tratamiento de Agua para Calderas

En el presente artculo se analiza la importancia que el tratamiento de agua tiene en la vida til, eficiencia y seguridad en la operacin de las calderas industriales; se entregan adems recomendaciones para la definicin de programas de tratamiento de agua y se explica cmo detectar los problemas ms frecuentes.

El objetivo principal del tratamiento de agua es evitar problemas de corrosin e incrustaciones, asegurando la calidad del agua de alimentacin y del agua contenida en la caldera.

Se debe hacer un tratamiento adecuado teniendo en cuenta las diferentes propiedades fsicas del agua.

II. REVISIN BIBLIOGRFICA

2.1Fuentes de AguaLas fuentes de agua corresponden a toda aquella agua (ros, lagos, ocanos, etc.), que no ha recibido ningn tipo de tratamiento y por lo tanto contienen impurezas, adquiridas durante el ciclo al que han sido sometidas, que impiden su utilizacin directa en una caldera.

El ciclo del agua, mostrado en la figura n1, indica que la humedad atmosfrica resulta de la evaporacin de las fuentes de agua, la que luego al condensarse precipita en forma de lluvia, granizo o nieve, absorbiendo gases y otras substancias descargadas por el hombre a la atmsfera. Esta situacin es la causa de que la lluvia contenga una gran cantidad de impurezas al momento de entrar en contacto con la tierra.A medida que el agua fluye por sobre la superficie de la tierra o se filtra a travs de las capas de sta, continua atrapando o disolviendo impurezas del suelo o minerales por los que atraviesa. As es como agua aparentemente cristalina, proveniente de lagos, ros y vertientes, puede tener un elevado contenido de slidos disueltos.

Las impurezas encontradas con mayor frecuencia en las fuentes de agua, figuran las siguientes los slidos en suspensin, lquidos no mezclables con agua (ej. aceite), colorantes, bacterias y otros microorganismos, sustancias semi-coloidales, gases disueltos, sales minerales disueltas (cationes, aniones y slice).

Figura n1: Ciclo del agua.2.2 Parmetros Tratamiento de AguaLos principales parmetros involucrados en el tratamiento del agua de una caldera, son los siguientes: pH. El pH representa las caractersticas cidas o alcalinas del agua, por lo que su control es esencial para prevenir problemas de corrosin (bajo pH) y depsitos (alto pH). Dureza. La dureza del agua cuantifica principalmente la cantidad de iones de calcio y magnesio presentes en el agua, los que favorecen la formacin de depsitos e incrustaciones difciles de remover sobre las superficies de transferencia de calor de una caldera. Oxgeno. El oxgeno presente en el agua favorece la corrosin de los componentes metlicos de una caldera. La presin y temperatura aumentan la velocidad con que se produce la corrosin. Hierro y cobre. El hierro y el cobre forman depsitos que deterioran la transferencia de calor. Se pueden utilizar filtros para remover estas sustancias. Dixido de carbono. El dixido de carbono, al igual que el oxgeno, favorecen la corrosin. Este tipo de corrosin se manifiesta en forma de ranuras y no de tubrculos como los resultantes de la corrosin por oxgeno. La corrosin en las lneas de retorno de condensado generalmente es causada por el dixido de carbono. El CO2 se disuelve en agua (condensado), produciendo cido carbnico. La corrosin causada por el cido carbnico ocurrir bajo el nivel del agua y puede ser identificada por las ranuras o canales que se forman en el metal. Aceite. El aceite favorece la formacin de espuma y como consecuencia el arrastre al vapor. Fosfato. El fosfato se utiliza para controlar el pH y dar proteccin contra la dureza. Slidos disueltos. Los slidos disueltos la cantidad de slidos (impurezas) disueltas en al agua. Slidos en suspensin. Los slidos en suspensin representan la cantidad de slidos (impurezas) presentes en suspensin (no disueltas) en el agua. Secuestrantes de oxgeno. Los secuestrantes de oxgeno corresponden a productos qumicos (sulfitos, hidrazina, hidroquinona, etc.) utilizados para remover el oxgeno residual del agua. Slice. La slice presente en el agua de alimentacin puede formar incrustaciones duras (silicatos) o de muy baja conductividad trmica (silicatos de calcio y magnesio). Alcalinidad. Representa la cantidad de carbonatos, bicarbonatos, hidrxidos y silicatos o fosfatos en el agua. La alcalinidad del agua de alimentacin es importante, ya que, representa una fuente potencial de depsitos. Conductividad. La conductividad del agua permite controlar la cantidad de sales (iones) disueltas en el agua.2.3 Requerimientos Agua Alimentacin y CalderaSobre la base de las recomendaciones de la Norma Britnica BS 2486, la ABMA(American Boiler Manufacturing Association) y el TV, se han preparado las siguientes tablas que muestran los requerimientos que debern satisfacer el agua de alimentacin y el agua de una caldera para prevenir incrustaciones y corrosin en calderas de baja presin (hasta 10 bar).

2.4 Problemas ms Frecuentes

A continuacin se describen los problemas, asociados al tratamiento de agua, encontrados con mayor frecuencia en las calderas.

A. CORROSIN.Las principales fuentes de corrosin en calderas son la Corrosin por Oxgeno oPitting y la Corrosin Custica.A continuacin se describe en que consiste cada uno de estos tipos de corrosin, cules son los factores que la favorecen, que aspecto tiene y de que manera pueden ser prevenidasA.1 Corrosin por Oxgeno o Pitting.La corrosin por oxgeno consiste en la reaccin del oxgeno disuelto en el agua con los componentes metlicos de la caldera (en contacto con el agua), provocando su disolucin o conversin en xidos insolubles.Los resultados de este tipo de corrosin son tubrculos de color negro, los que se forman sobre la zona de corrosin, tal como lo muestra la figura n2.

Figura n2: Corrosin por oxgeno o pitting.

Dado que la corrosin por oxgeno se produce por la accin del oxgeno disuelto en el agua, esta puede producirse tambin cuando la caldera se encuentra fuera de servicio e ingresa aire (oxgeno).La prevencin de la corrosin por oxgeno se consigue mediante una adecuada desgasificacin del agua de alimentacin y la mantencin de un exceso de secuestrantes de oxgeno en el agua de la caldera.

A.2 Corrosin Custica.La corrosin custica se produce por una sobreconcentracin local en zonas de elevadas cargas trmicas (fogn, cmara trasera, etc.) de sales alcalinas como la soda custica.

Este tipo de corrosin se manifiesta en forma de cavidades profundas, semejantes al pitting por oxgeno, rellenas de xidos de color negro, presentes solamente en las zonas de elevada liberacin trmica (fogn, placa trasera y cmara trasera) de una caldera.La corrosin custica puede ser prevenida manteniendo la alcalinidad, OH libre y pH del agua de la caldera dentro de los lmites recomendados.

Figura n3: Corrosin custica en fogn de una caldera.A.3 Corrosin Lneas Retorno CondensadoLas lneas de retorno de condensado, lgicamente no forman parte de una Ncaldera, sin embargo, su corrosin tiene efectos sobre las calderas y puede ser prevenida con el tratamiento de agua.

La corrosin de la las lneas de retorno de condensado tiene efectos sobre una caldera, ya que, los xidos (hematita) producidos son arrastrados a la caldera con el agua de alimentacin. Toda caldera cuyo lado agua tiene un color rojizo presenta problemas de corrosin en las lneas de retorno de condensado.La corrosin en las lneas de retorno de condensado se produce por la accin del cido carbnico que en stas se forma.

La prevencin de la corrosin en las lneas de retorno de condensado, puede ser conseguida mediante aminas neutralizantes que neutralizan la accin del cido carbnica y aminas flmicas que protegen las lneas.Estas aminas son voltiles por lo que al ser dosificadas a las lneas de alimentacin de agua, son arrastradas por el vapor producido en la caldera.2.5IncrustacionesLas incrustaciones corresponden a depsitos de carbonatos y silicatos de calcio y magnesio, formados debido una excesiva concentracin de estos componentes en el agua de alimentacin y/o regmenes de purga insuficientes.En la figura n4 es posible observar la corrida superior de los tubos de humo de una caldera con incrustaciones de espesores superiores a los 8 mm.La accin de dispersantes, lavados qumicos o las dilataciones y contracciones de una caldera pueden soltar las incrustaciones, por lo que deben ser eliminadas de una caldera muy incrustada para prevenir su acumulacin en el fondo del cuerpo de presin, tal como lo muestra la figura n5.En el caso de que estas incrustaciones no sean removidas, se corre el riesgo de embancar la caldera y obstruir las lneas de purga de fondo, con lo que el problema puede tornarse an ms grave.

Figura n4: Incrustaciones en tubos de humo.La presencia de incrustaciones en una caldera es especialmente grave debido a su baja conductividad trmica acta como aislante trmico, provocando problemas de refrigeracin de las superficies metlicas y puede llegar a causar daos por sobecalentamiento.En la figura n6 se muestra el efecto del espesor de la capa de incrustaciones de una caldera, en la temperatura del metal. A medida que aumenta el espesor de la capa de incrustaciones, para un mismo flujo de calor, aumenta la temperatura del metal

Figura n5: Acumulacin incrustaciones en fondo cuerpo presin caldera.La formacin de incrustaciones en una caldera puede ser prevenida, satisfaciendo los requerimientos del agua de alimentacin y agua de la caldera, tratando el agua de alimentacin y manteniendo adecuados regmenes de purga.2.6 Arrastre de CondensadoEl arrastre de condensado en una caldera tiene relacin con el suministro de vapor hmedo (con gotas de agua). El suministro de vapor hmedo puede tener relacin con deficiencias mecnicas y qumicas.Las deficiencias mecnicas tienen relacin con la operacin con elevados niveles de agua, deficiencias de los separadores de gota, sobrecargas trmicas, variaciones bruscas en los consumos, etc.Por otro lado las deficiencias qumicas tienen relacin con el tratamiento de agua de la caldera, especficamente con excesivos contenidos de alcalinidad, slidos totales (disueltos y en suspensin) y slice, que favorecen la formacin de espuma.

Figura n7: Arrastre de condensado por excesiva concentracin de slidos.Para prevenir el arrastre debido a deficiencias en el tratamiento de agua, se recomienda mantener los siguientes lmites de los contenidos de alcalinidad, slidos totales y slice: Alcalinidad total (CaCO3) < 700 ppm Contenido de slice (SiO2) < 150 ppm Slidos disueltos < 3500 ppmEn la figura n7 se muestran una vista interior de la cmara de vapor de una caldera, en cuyas paredes se nota la irregularidad del nivel de agua provocada por un excesivo contenido de slidos en el agua.

2.7. Equipos Tratamiento de AguaEn la figura n8 se muestran los equipos que intervienen en el tratamiento de agua de una planta trmica.En la anterior figura se muestran ablandadores, bombas dosificadoras y un desgasificador con su respectiva estanque de almacenamiento de agua.

Figura n8: Equipos tratamiento de agua para calderas.

2.8 AblandadoresLa funcin de los ablandadores es eliminar los iones de Ca y Mg, que conforman la dureza del agua y favorecen la formacin de incrustaciones en una caldera.

Figura n9: Ablandadores.El principio de funcionamiento de estos equipos se basa en un proceso llamadointercambio inico, que consiste en la sustitucin de estos iones por sodio (Na) para obtener agua para ser utilizada en calderas.Los ablandadores estn compuestos por resinas, que poseen una capacidad de intrecambio de iones de calcio y magnesio por sodio.

En el caso de que la capacidad de entrega de agua blanda de estos equipos se vea disminuida (agua entregada con dureza mayor a 6 ppm expresada comoCaCO3), es necesario llevar a cabo una regeneracin para recuperar la capacidad de intercambio de las resinas.La regeneracin es realizada con sal sdica (NaCl) de calidad tcnica con una concentracin de 150 a 250 gr/l de resina.

2.9 Desgasificador

ARTCULO TCNICOTRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERASTHERMAL ENGINEERING LTDA. Providencia 2133, Of. 207, Santiago, Chile Fono: 56 2 3347402La funcin de un desgasificador en una planta trmica es eliminar el oxgeno y dixido de carbono disuelto en el agua de alimentacin de las calderas para prevenir problemas de corrosin o pitting.

En la figura n10 se muestra el arreglo tpico de los desgasificadores generalmente utilizados para eliminar los gases disueltos del agua de alimentacin de las calderas.Los componentes principales de un desgasificador, identificados en la figura anterior, son los siguientes:(1): Torre de desgasificacin.(2): Estanque de agua de alimentacin.(3): Manmetro.(4): Termmetro bimetlico.(5) : Nivel de agua.(6) : Vlvula venteo.(7) : Vlvula drenaje estanque de agua alimentacin.(8) : Vlvula retencin lnea retorno de condensado.(9) : Vlvula retencin lnea agua de reposicin.(10) : Vlvula rompedora de vaco.(11) : Trampa de vapor de flotador para el rebalse.(12) : Vlvula reductora de presin de vapor.(13) : Filtro lnea vapor.(14) : Vlvula de paso lnea vapor.(15) : Vlvula de seguridad.(16) : Vlvula de paso lnea vapor.(17) : Vlvula de retencin lnea vapor.(18) : Control de nivel.(19) : Botella control de nivel.(20) : Vlvulas de paso control de nivel.(21) : Controlador de nivel.(22) : Vlvula solenoide.(23) : Filtro lnea agua de reposicin.(24) : Vlvulas de paso lnea agua de reposicin.(25) : Vlvula termosttica (control temperatura agua estanque almacenamiento).(26) : Filtro lnea vapor (calentamiento agua estanque almacenamiento).(27) : Vlvula de paso lnea vapor (calentamiento agua estanque almacenamiento).(28) : Vlvula de retencin lnea vapor.

Figura n10: Desgasificador.El principio de funcionamiento de los desgasificadores se basa en el hecho que la solubilidad de los gases disueltos en el agua (O2 y CO2) disminuye cuando el agua est en el punto de ebullicin (100 C a presin atmosfrica), tal como lo muestra la figura n11.

Figura n11: Solubilidad del oxgeno en funcin de la temperatura del agua.

La torre de los desgasificadores est compuesta por bandejas y/o boquillas en las que se aumenta la superficie del agua alimentada, formando cascadas o atomizndola para favorecer la liberacin de los gases disueltos.El agua que desciende por la torre es calentada hasta la temperatura de ebullicin por vapor alimentado en contraflujo. La cantidad de vapor alimentada a la base del desgasificador es controlada por una vlvula reductora de presin, encargada de mantener la presin de ebullicin del agua.Tambin existe una vlvula termosttica que controla la cantidad de vapor alimentada al estanque de almacenamiento para mantener el agua a la temperatura de ebullicin.Los gases descargados por el agua son eliminados a travs del venteo existente en la parte superior de la torre

2.10 Purgas Automticas

Las purgas automticas utilizadas generalmente en calderas son las purgas automticas de fondo y las purgas automticas de superficie.La purga automtica de fondo (6) est compuesta por una vlvula con un actuador y un temporizador en el que se programan los ciclos de purgas (cantidad y duracin) de fondo requeridas por el tratamiento de agua utilizado en la caldera.La purga de fondo automtica permite realizar en forma automtica las tareas de purga, que debe efectuar el operador en forma manual.

Figura n12: Purgas automticas para calderas.

La purga automtica de superficie (3) est compuesta por un sensor de conductividad, una vlvula con actuador y un controlador. El sensor de conductividad mide la conductividad del agua de la caldera (slidos disueltos) y enva esta informacin al controlador. El controlador compara esta medicin con el valor de conductividad mxima programado, para luego abrir o cerrar la vlvula de purga segn los resultados de esta comparacin.La purga automtica de superficie permite mantener en forma automtica los ciclos de concentracin requeridos por la caldera. La instalacin de este tipo de purgas en una caldera permite obtener ahorros (referencia ahorro = 1,5 %) de energa (combustible) por cuanto se elimina por la purga solo la cantidad de agua necesaria para satisfacer los requerimientos del tratamiento de agua.

2.11 Productos Qumicos Tratamiento

Los productos qumicos utilizados generalmente en calderas son los secuestrantes de oxgeno, dispersantes, anti-incrustantes, protectores y neutralizantes para las lneas de retorno de condensado.La dosificacin de los productos qumicos debe ser realizada al estanque de almacenamiento de agua, en el caso de los secuestrantes de oxgeno, que son ms efectivos mientras mayor es su tiempo de residencia en el agua antes de llegar a la caldera y a la lnea de alimentacin de agua en el caso de los dispersantes, anti-incrustantes y tratamiento para las lneas de retorno de condensado.

III. MATERIALES Y MTODOS

3.1. MATERIALES:

Papel para medir pH

Termmetro

Instrumento para medir conductividad

Oximetro (oxigeno disuelto)

Turbidimetro

3.2. MTODOS:PARA MEDIR pH:

Usando papel que mide pH. Se introduce el papel en la muestra; se observara un cambio de color que ser comparado con el pH patrn de la caja.

PARA MEDIR TEMPERATURA:

Se mide con el termmetro con una parte de la muestra a tomar.

PARA MEDIR CONDUCTIVIDAD:

Se mide mediante un aparato: conductmetro o conductivmetro. Este aparato tiene un electrodo de platino-platinado y tambin un compensador de temperatura. El aparato establece una diferencia de potencial () entre las placas del electrodo y nos da la medida de conductividad por comparacin con una disolucin de KCl.Las casa comerciales suelen suministrar las soluciones de calibrado.Hay que tener en cuenta la temperatura.El aparato suele estar calibrado para medir a 20C y se ajusta el valor de la medida a los factores de correccin que pueden ir indicados en las etiquetas de las soluciones de calibrado. Tambin existen tablas.La unidad de media es S/cm, microsiemens/cm, 1S = 1-1En la RTS se establece como valor mximo de conductividad 1.500 S y como valor gua 400 S/cm. Segn la conductividad podemos determinar los siguientes niveles de mineralizacin de las aguas potables:

muy dbil: por debajo de los 100 S/cm dbil: 100-300 S/cm media: 300-700 S/cm alta: 700-1500 S/cm excesiva: superior a 1500 S/cmTambin se puede establecer una correspondencia entre conductividad y dureza del agua (normalmente en grados franceses) SUSTANCIAS NO DESEABLES NO2-, amonio, NO3-, oxidabilidad.

PARA MEDIR OXIGENO DISUELTO:La electrometra se realiza con un aparato llamado oxmetro y es parecido al pHmetro, electrodo de membrana selectiva permeable al oxgeno. Es el mtodo ms utilizado y la medida se realiza in situ. Se realiza un calibrado con una disolucin de concentracin ya conocida por yodometra. Tambin se hace otra calibracin a valor 0, se coge un volumen de la muestra y se trata con un exceso de sulfito sdico (Na2SO3) y una pequea cantidad de cloruro de cobalto as se elimina el oxgeno disuelto.Los resultados del oxmetro se expresan en mg O2/l y se seala la temperatura de la muestra.

PARA MEDIR TURBIDEZ:Para medir la turbidez. Se utiliza un tubo de transparencia, que mide la profundidad a la que un patrn en forma de cruz en blanco y negro es visible en la parte inferior de un tubo lleno de agua corriente. Baja Transparencia est altamente correlacionado con alta turbidez en los arroyos. Las mediciones ms exactas de turbidez se hacen con un medidor de turbidez nefelomtrica. Reportan en Medidores de turbidez en (Nephelometric Turbidity Units = Unidades Nefelomtricas de Turbidez), y tienen una mayor capacidad para determinar niveles ms bajos de turbidez. Para el LFRWMP, las mediciones de la sonda transparencia deben ser reportados en unidades de profundidad de centmetros (cm). Una transparencia de aproximadamente 25 a 35 cm es equivalente a aproximadamente 25 NTU. Una transparencia de> 60 cm es aproximadamente equivalente a una turbidez de