TRATAMIENTO DE TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALESAGUAS INDUSTRIALES

Expositor :Expositor :

Ing. Juan Díaz CamachoIng. Juan Díaz Camacho

Universidad Nacional de TrujilloFacultad de Ingeniería QuímicaEscuela de Ingeniería Mecánica

DISTRIBUCION DEL AGUA DISTRIBUCION DEL AGUA EN EL PLANETAEN EL PLANETA

Volumen de agua: 1.5 x 10Volumen de agua: 1.5 x 1033 millones km millones km33

MaresMares 97,2%97,2%Casquetes de HieloCasquetes de Hieloy glaciaresy glaciares 2,15%2,15%Aguas SubterráneasAguas Subterráneas 0,63%0,63%Agua SuperficialAgua Superficial 0,02%0,02%

USOS DEL AGUA DULCEUSOS DEL AGUA DULCE

Aguas municipalesAguas municipales 10%10%

Aguas IndustrialesAguas Industriales 50%50%

Aguas AgrícolasAguas Agrícolas 40%40%

DIVERSOS USOS DEL AGUA DIVERSOS USOS DEL AGUA INDUSTRIALINDUSTRIAL

Industria Básica QuímicaIndustria Básica Química 22,0%22,0% Petróleo y CarbónPetróleo y Carbón 20,3 %20,3 % Refinación y Elaboración de metalesRefinación y Elaboración de metales 21,5 %21,5 % Pulpa y procesamiento de papelPulpa y procesamiento de papel 18,5 %18,5 % Productos AlimenticiosProductos Alimenticios 3,9 % 3,9 % TransporteTransporte 3,9 % 3,9 % TextilesTextiles 3,2 % 3,2 % Caucho y plásticoCaucho y plástico 3,1 % 3,1 % OtrosOtros 3,6 % 3,6 %

CRISIS DEL AGUACRISIS DEL AGUA

AccesoAcceso DistribuciónDistribución DegradaciónDegradación DespilfarroDespilfarro

AGUA CRUDAAGUA CRUDA El agua es una sustancia fundamental El agua es una sustancia fundamental

en muchos procesos industriales en los en muchos procesos industriales en los que puede intervenir como:que puede intervenir como:

●● Materia prima de procesoMateria prima de proceso●● Disolvente, diluyente o medio de Disolvente, diluyente o medio de

transporte de otras sustanciastransporte de otras sustancias●● Medio de transporte térmico Medio de transporte térmico

adicionando calor (agua caliente, vapor) adicionando calor (agua caliente, vapor) o retirándolo (agua de refrigeración)o retirándolo (agua de refrigeración)

●● Sistema auxiliar (lavado, limpieza Sistema auxiliar (lavado, limpieza general, contra incendios, etc.)general, contra incendios, etc.)

El conocimiento de la calidad del agua en la El conocimiento de la calidad del agua en la industria, tanto del agua de abastecimiento como industria, tanto del agua de abastecimiento como del agua tratada, es el aspecto más importante del agua tratada, es el aspecto más importante que asegura:que asegura:

•• Un buen diseño del programa Un buen diseño del programa de tratamientode tratamiento

•• Evaluación de la eficiencia de la Evaluación de la eficiencia de la planta que opera el procesoplanta que opera el proceso

•• Minimizar los problemas Minimizar los problemas operativos en el proceso operativos en el proceso productivoproductivo

FUENTES DE ABASTECIMIENTOSFUENTES DE ABASTECIMIENTOS

••        Aguas superficiales (ríos, lagos, etc.)Aguas superficiales (ríos, lagos, etc.)

•• Agua subterráneas (pozos, Agua subterráneas (pozos, manantiales)manantiales)

••        Agua oceánicasAgua oceánicas

USOS DEL AGUA EN LA INDUSTRIAUSOS DEL AGUA EN LA INDUSTRIA

••    Agua potable:Agua potable: sus usos en planta sus usos en planta corresponden a los servicios, es decir, corresponden a los servicios, es decir, para el aseo del personal, bebida, para el aseo del personal, bebida, limpieza de la planta, etc.limpieza de la planta, etc.

••    Agua de enfriamiento:Agua de enfriamiento: agua requerida agua requerida para el enfriamiento de aquellas para el enfriamiento de aquellas unidades como intercambiadores de unidades como intercambiadores de calor, condensadores, reactores, etc. En calor, condensadores, reactores, etc. En algunos casos requerirá tratamiento.algunos casos requerirá tratamiento.

•• Agua de procesos:Agua de procesos: agua con agua con tratamiento, necesario en la tratamiento, necesario en la fabricación del producto y que debe fabricación del producto y que debe cumplir determinadas exigencias de cumplir determinadas exigencias de calidad.calidad.

••    Agua para la generación de vapor o Agua para la generación de vapor o agua para calderas:agua para calderas: agua tratada y agua tratada y cuya calidad esta en función de las cuya calidad esta en función de las condiciones de operación del caldero.condiciones de operación del caldero.

• • Agua para el sistema de seguridad:Agua para el sistema de seguridad: agua contra incendios.agua contra incendios.

CALIDAD DEL AGUACALIDAD DEL AGUA

I.I. Parámetros Físicos Parámetros FísicosII.II. Parámetros QuímicosParámetros QuímicosIII.III. Parámetros MicrobiológicosParámetros Microbiológicos

PARAMETROS FISICOSPARAMETROS FISICOS TURBIDEZTURBIDEZ,, es el efecto óptico causado por la es el efecto óptico causado por la

dispersión e interferencia de la luz que pasa a dispersión e interferencia de la luz que pasa a través de una muestra de agua.través de una muestra de agua.Unidad : UNT ( Método Nefelométrico)Unidad : UNT ( Método Nefelométrico)

Efectos : Depósitos en las líneas de agua y equipos de procesosEfectos : Depósitos en las líneas de agua y equipos de procesos

COLOR COLOR , la causa más común del color son la , la causa más común del color son la presencia de hierro y manganeso coloidal, o el presencia de hierro y manganeso coloidal, o el contacto del agua con desechos orgánicoscontacto del agua con desechos orgánicosUnidad : mg/L de platino (como ion cloroplatinado)Unidad : mg/L de platino (como ion cloroplatinado)

OLOR Y SABOROLOR Y SABOR, en el agua ocurren , en el agua ocurren frecuentemente juntos y en general son frecuentemente juntos y en general son prácticamente indistinguibles.prácticamente indistinguibles.Causas : materia orgánica en solución, NaCl,Causas : materia orgánica en solución, NaCl,

sales de sulfato de sodio, sulfato de magnesio, sales de sulfato de sodio, sulfato de magnesio, Fe, Mn, fenoles, etc.Fe, Mn, fenoles, etc.Unidad : número detectable de olor y saborUnidad : número detectable de olor y sabor

TEMPERATURATEMPERATURA, determina el nivel térmico , determina el nivel térmico del aguadel aguaUnidad : ºCUnidad : ºC

SÓLIDOS TOTALESSÓLIDOS TOTALES, se define como sólidos , se define como sólidos totales la materia que permanece como residuo totales la materia que permanece como residuo después de la evaporación y secado a 103ºCdespués de la evaporación y secado a 103ºC

SÓLIDOS DISUELTOSSÓLIDOS DISUELTOS (residuo filtrable), (residuo filtrable), son determinados por diferencia de peso entre son determinados por diferencia de peso entre los sólidos totales y los sólidos suspendidos.los sólidos totales y los sólidos suspendidos.

SÓLIDOS SUSPENDIDOSSÓLIDOS SUSPENDIDOS (material no (material no disuelto), son determinados gravimétricamente disuelto), son determinados gravimétricamente por filtración.por filtración.Unidades : ppmUnidades : ppm

CONDUCTIVIDADCONDUCTIVIDAD, es el resultado de la , es el resultado de la medición de los sólidos ionizables.medición de los sólidos ionizables.

La conductividad es una expresión numérica de La conductividad es una expresión numérica de la habilidad del agua para transportar la corriente la habilidad del agua para transportar la corriente eléctrica y es función de la concentración total de eléctrica y es función de la concentración total de sustancias disueltas ionizables en el agua y la sustancias disueltas ionizables en el agua y la temperatura.temperatura.

EfectosEfectos : conductividad elevada favorecen los : conductividad elevada favorecen los procesos corrosivos del agua.procesos corrosivos del agua.

UnidadUnidad : micromho/cm, miliSiemens/cm : micromho/cm, miliSiemens/cm

PARAMETROS QUIMICOSPARAMETROS QUIMICOS

IONES CALCIO (CaIONES CALCIO (Ca2+2+)) , , es el principal componente es el principal componente de la dureza del agua y responsable de la formación de de la dureza del agua y responsable de la formación de incrustaciones.incrustaciones.

IONES MAGNESIO IONES MAGNESIO (Mg(Mg2+2+),), es el otro componente de es el otro componente de la dureza del agua e igualmente forma incrustaciones. la dureza del agua e igualmente forma incrustaciones. Esta en menores concentraciones que los iones calcio.Esta en menores concentraciones que los iones calcio.

IONES BICARBONATOS (HCOIONES BICARBONATOS (HCO33) ) - - ,, Causante de la Causante de la

alcalinidad del agua . Indeseable en el agua de alcalinidad del agua . Indeseable en el agua de alimentación a calderas de alta presión.alimentación a calderas de alta presión.

IONES CARBONATOSIONES CARBONATOS (CO(CO33 ) )2-2- , , poco frecuentes poco frecuentes en agua naturales y forma parte de las incrustaciones.en agua naturales y forma parte de las incrustaciones.

IONES SULFATOS (SOIONES SULFATOS (SO44 ) )2-2- , , Se encuentra en las Se encuentra en las aguas naturales, en concentraciones inferiores al aguas naturales, en concentraciones inferiores al calcio. Su elevado contenido afecta el sabor del agua.calcio. Su elevado contenido afecta el sabor del agua.

IONES CLORUROS (ClIONES CLORUROS (Cl-- ) ) , Es indeseable en altas , Es indeseable en altas concentraciones , pues su presencia puede ser concentraciones , pues su presencia puede ser causante de problemas de corrosión localizada.causante de problemas de corrosión localizada.

OXIGENO (OOXIGENO (O22 ) , ) , Es el contenido de oxígeno Es el contenido de oxígeno disuelto en el agua. Su contenido es relevante por ser disuelto en el agua. Su contenido es relevante por ser responsable de problemas de corrosión de equipos y responsable de problemas de corrosión de equipos y líneas de fluido. líneas de fluido.

DIOXIDO DE CARBONO (CODIOXIDO DE CARBONO (CO22 ) ) , , Cuya Cuya presencia en las aguas dan lugar a corrosión en presencia en las aguas dan lugar a corrosión en las líneas de tuberías, particularmente las de las líneas de tuberías, particularmente las de vapor y condensado.vapor y condensado.

ALCALINIDAD (M)ALCALINIDAD (M) , , Es la alcalinidad al Es la alcalinidad al anaranjado de metilo o alcalinidad al bicar -anaranjado de metilo o alcalinidad al bicar -bonato. Causa formación de espumas y bonato. Causa formación de espumas y transporte de sólidos en el vapor. Promueve la transporte de sólidos en el vapor. Promueve la fragilidad del acero.fragilidad del acero.

GRASASGRASAS,, Expresado como grasa o materia Expresado como grasa o materia extraída al cloroformo, da lugar a la presencia extraída al cloroformo, da lugar a la presencia de costras, lodos y espumas en las calderas.de costras, lodos y espumas en las calderas.

pH ,pH , El término pH es una forma de El término pH es una forma de expresar la concentración de iones Hexpresar la concentración de iones H+ + , o , o más exactamente, la actividad del ión más exactamente, la actividad del ión hidrógeno. En general, se usa para hidrógeno. En general, se usa para expresar la intensidad de la condición ácida expresar la intensidad de la condición ácida o alcalina de una solución acuosa.o alcalina de una solución acuosa.

SILICE (SiOSILICE (SiO22 ), ), Esta presente en las aguas Esta presente en las aguas naturales. Es indeseable en los sistemas naturales. Es indeseable en los sistemas industriales ya que forma incrustaciones y industriales ya que forma incrustaciones y a altas temperaturas se volatiliza para a altas temperaturas se volatiliza para luego formar depósitos que es un problema luego formar depósitos que es un problema crítico en el caso de las turbinas de vaporcrítico en el caso de las turbinas de vapor..

PARAMETROS MICROBIOLOGICOSPARAMETROS MICROBIOLOGICOS

Un examen microscópico riguroso de Un examen microscópico riguroso de microorganismo en el agua cruda y en microorganismo en el agua cruda y en las aguas de enfriamiento es las aguas de enfriamiento es importante para prevenir problemas de importante para prevenir problemas de corrosión, olor y color desagradable, corrosión, olor y color desagradable, turbidez, obstrucciones, etc. Este turbidez, obstrucciones, etc. Este examen comprende la determinación examen comprende la determinación de microorganismos como:de microorganismos como:

Bacterias del hierroBacterias del hierro:: forman un grupo forman un grupo general de microorganismos que utilizan el general de microorganismos que utilizan el hierro ferroso como fuente de energía y se hierro ferroso como fuente de energía y se caracterizan por formar depósitos de hidróxido caracterizan por formar depósitos de hidróxido hierro.hierro.

Bacterias reductoras de sulfatoBacterias reductoras de sulfato:: utilizan el utilizan el sulfato para su metabolismo y lo reduce a sulfato para su metabolismo y lo reduce a sulfuro. Este sulfuro genera condiciones ácidas sulfuro. Este sulfuro genera condiciones ácidas y corroe materiales el acero al carbono.y corroe materiales el acero al carbono.

AlgasAlgas:: Se reproducen en presencia de la luz Se reproducen en presencia de la luz solar. Son causantes de obstrucciones y solar. Son causantes de obstrucciones y ensuciamiento.ensuciamiento.

UNIDADES DE CONCENTRACIONUNIDADES DE CONCENTRACION PARTES POR MILLONPARTES POR MILLON (ppm) o MILIGRAMOS (ppm) o MILIGRAMOS

POR LITRO (mg/L).POR LITRO (mg/L).

GRANOS POR GALONGRANOS POR GALON (gpg)(gpg)EQUIVALENCIA EQUIVALENCIA ::

1 GPG = 17,10 PPM1 GPG = 17,10 PPM

EQUIVALENTES POR MILLON (epm).EQUIVALENTES POR MILLON (epm).

TRATAMIENTO EXTERNO del AGUATRATAMIENTO EXTERNO del AGUA

1.0 ABLANDAMIENTO1.0 ABLANDAMIENTO

2.0 DESMINERALIZACION2.0 DESMINERALIZACION

3.0 OSMOSIS INVERSA3.0 OSMOSIS INVERSA

AblandamientoAblandamiento Comprende la remoción del calcio y Comprende la remoción del calcio y

magnesio del agua, la cual se realiza por magnesio del agua, la cual se realiza por intercambio iónico ciclo Sódico o ciclo intercambio iónico ciclo Sódico o ciclo Hidrógeno.Hidrógeno.

Industrialmente, el intercambio iónico es Industrialmente, el intercambio iónico es la operación más utilizada para ablandar la operación más utilizada para ablandar agua de alimentación para procesos agua de alimentación para procesos industriales o generación de vapor.industriales o generación de vapor.

Su principal Su principal ventajaventaja es la es la eliminación completa de la dureza y eliminación completa de la dureza y la simplicidad de su operación.la simplicidad de su operación.

Su Su desventajadesventaja principal es la no principal es la no reducción de la alcalinidad ni de los reducción de la alcalinidad ni de los sólidos totales.sólidos totales.

Operación de AblandamientoOperación de Ablandamiento Un ablandador realiza la operación que Un ablandador realiza la operación que

garantiza que garantiza que el agua cruda se convierta en el agua cruda se convierta en agua blandaagua blanda por medio de intercambio por medio de intercambio iónico, lo cual se realiza a través del lecho de iónico, lo cual se realiza a través del lecho de resinas catiónicas, ciclo sódico.resinas catiónicas, ciclo sódico.

Un ablandador cuando opera, realiza la Un ablandador cuando opera, realiza la siguientes etapas :siguientes etapas :

1. Ablandamiento o Servicio1. Ablandamiento o Servicio2. Retrolavado2. Retrolavado3. Regeneración3. Regeneración4. Enjuague4. Enjuague

1. Ablandamiento o Servicio1. Ablandamiento o Servicio Es el proceso por el cual se realiza la permuta-Es el proceso por el cual se realiza la permuta- ción de los iones calcio y magnesio por iones ción de los iones calcio y magnesio por iones

sodio, obteniéndose agua blanda.sodio, obteniéndose agua blanda.

Este proceso continua hasta que el intercambio Este proceso continua hasta que el intercambio de iones empieza a cesar y comienza el agua a de iones empieza a cesar y comienza el agua a salir con algo de dureza, en este momento el salir con algo de dureza, en este momento el equipo ablandador sale de servicio.equipo ablandador sale de servicio.

La calidad de producción de agua blanda debe La calidad de producción de agua blanda debe

ser analizado con el kit de dureza.ser analizado con el kit de dureza.

2. Retrolavado2. Retrolavado El retrolavado tiene por objeto remover toda la suciedad El retrolavado tiene por objeto remover toda la suciedad

que se asienta en la superficie superior del lecho de que se asienta en la superficie superior del lecho de resina y limpiar la grava de cuarzo.resina y limpiar la grava de cuarzo.

El tiempo de retrolavado depende del grado de suciedad El tiempo de retrolavado depende del grado de suciedad y debe continuar hasta que el agua salga limpia. y debe continuar hasta que el agua salga limpia. Normalmente esta operación dura de 10 a 15 min.Normalmente esta operación dura de 10 a 15 min.

La presión en el retrolavado debe ser mínima para evitar La presión en el retrolavado debe ser mínima para evitar arrastre de resina al desagüe.arrastre de resina al desagüe.

El retrolavado por lo tanto, lava, repara, limpia y El retrolavado por lo tanto, lava, repara, limpia y clasifica hidráulicamente el lecho de resina en flujo clasifica hidráulicamente el lecho de resina en flujo ascendente.ascendente.

3. Regeneración3. Regeneración Consiste en pasar una solución de cloruro de Consiste en pasar una solución de cloruro de

sodio, de concentración 10 – 12 % de NaCl, en sodio, de concentración 10 – 12 % de NaCl, en flujo descendente a través del lecho de resina flujo descendente a través del lecho de resina con el objeto que esta recupere sus iones sodio con el objeto que esta recupere sus iones sodio y dejen en libertad los iones calcio y magnesio y dejen en libertad los iones calcio y magnesio atrapados por el proceso de ablandamientoatrapados por el proceso de ablandamiento

El proceso de regeneración es lento, El proceso de regeneración es lento, recomendándose un tiempo mínimo de 45 recomendándose un tiempo mínimo de 45 minutos y un máximo de 90 minutos a fin de minutos y un máximo de 90 minutos a fin de garantizar la restitución total de iones sodio a garantizar la restitución total de iones sodio a la resina catiónica.la resina catiónica.

Las resinas actuales son de alto poder de Las resinas actuales son de alto poder de intercambio equivalentes a 30 000 granos intercambio equivalentes a 30 000 granos por pie cúbico de resina y deben por pie cúbico de resina y deben consumir en promedio 7 kg de sal/ por consumir en promedio 7 kg de sal/ por pie cúbico de resina.pie cúbico de resina.

El agotamiento o saturación de la resina El agotamiento o saturación de la resina depende del grado de dureza del agua depende del grado de dureza del agua fuente, de la eficiencia de regeneración y fuente, de la eficiencia de regeneración y calidad de la resina.calidad de la resina.

Reacciones de Intercambio IónicoReacciones de Intercambio Iónico

RR22 – Ca + Salmuera – Ca + Salmuera 2R – Na + CaCl 2R – Na + CaCl22

RR22 – Mg + Salmuera – Mg + Salmuera 2R – Na + MgCl 2R – Na + MgCl22

Ca++ + 2 Cl-

NaR Na R

NaR Na R

4 Na+ + 4 Cl-

Ca

R

R

R

R

”Agua dura"

”Agua blanda"

Resina cationica

Mg

Mg++ + 2 Cl-

Control de Precipitados de Sales (Scaling)

4. Enjuague4. Enjuague Esta operación inyecta al ablandador agua Esta operación inyecta al ablandador agua

fresca para eliminar el exceso de salmuera y los fresca para eliminar el exceso de salmuera y los cloruros de calcio y magnesio formados.cloruros de calcio y magnesio formados.

Esta operación depende del flujo de descarga y Esta operación depende del flujo de descarga y volumen de resina.volumen de resina.

Durante el enjuague se debe controlar la Durante el enjuague se debe controlar la dureza del agua hasta lograr agua blanda de dureza del agua hasta lograr agua blanda de óptima calidad óptima calidad

Cálculo Teórico de Producción de Cálculo Teórico de Producción de Agua BlandaAgua Blanda

Datos:Datos:Dureza Total: 20 gpgDureza Total: 20 gpg

Poder de Ablandamiento: 25 000 granos Poder de Ablandamiento: 25 000 granos Volumen de Resina: 50 pies cúbicos Volumen de Resina: 50 pies cúbicos

Cálculo de galones de agua blanda:Cálculo de galones de agua blanda: Pies cúbicos x Poder de Ablandamiento (granos)Pies cúbicos x Poder de Ablandamiento (granos)

Dureza del agua (gpg)Dureza del agua (gpg)

(50 x 25000) /20 = 62500 gln = 236 m3(50 x 25000) /20 = 62500 gln = 236 m3

Operación de Árbol de Llaves de Operación de Árbol de Llaves de Ablandador Ablandador

Sistema de Sistema de AblandamientoAblandamiento

Válvulas Válvulas AbiertasAbiertas

Válvulas Válvulas CerradasCerradas

TiempoTiempo

1.1. ServicioServicio2.2. RetrolavadoRetrolavado3.3. RegeneraciónRegeneración4.4. LavadoLavado

A,1,5A,1,5A,2,3A,2,3A,6,4A,6,4A,1,4A,1,4

2,3,4,62,3,4,61,4,5,61,4,5,61,2,3,51,2,3,52,3,5,62,3,5,6

Hasta saturaciónHasta saturación10-15 minutos10-15 minutos45-90 minutos45-90 minutos15-20 minutos15-20 minutos

Solución Regenerante: 350 kg. de Sal Grano Industrial / 1500 L de agua blanda

ARBOL DE LLAVES

ABLANDADOR

• En la desmineralización del agua o reducción de iones positivos y negativos, se utilizan dos unidades de intercambio iónico: unidad catiónica primero, y luego unidad aniónica.

• La selección del tipo de resina a usar dependerá de la calidad del agua de alimentación al caldero. 

2.0 DESMINERALIZACION2.0 DESMINERALIZACION

 • A diferencia del ablandamiento, en la desmineralización del agua se logra reducir la alcalinidad y los sólidos.

• Los calderos de alta presión deben ser alimentados con agua de alta pureza, por lo tanto la desmineralización es una exigencia.

Características de las Características de las ResinasResinas

Tipo de resinas CaracterísticasResinas catiónicas,Carboxílicas débilmenteácida

Fijan los iones calcio, magnesio y sodio correspondientes a los bicarbonatos. No pueden intercambiar los cationes en equilibrio con el sulfato, cloruro o nitrato.

Resinas catiónicas,Sulfónicas fuertemente ácida

Intercambia los cationes Ca, Mg y Na de bicarbonatos y de los otros aniones.

Resinas aniónicasdébilmente básica

No fijan los ácidos muy débiles, como el ácido carbónico o la sílice. Fijan los ácidos fuertes mejor que las resinas fuertemente básicas.

Resinas aniónicasfuertemente básica

Fijan los ácidos fuertes y los ácidos débiles, remueven en forma completa los aniones. Se regeneran con NaOH.

DI RegenerableDI Regenerable

Sencilla de instalarSencilla de instalar Inversión limitadaInversión limitada RegenerableRegenerable Eliminación efectiva de iones (Resistividad : Eliminación efectiva de iones (Resistividad :

1 - 10 Megohm.cm1 - 10 Megohm.cm

No elimina particulas, materia organica ni No elimina particulas, materia organica ni microorganismos. microorganismos.

Capacidad limitada por la cantidad de Capacidad limitada por la cantidad de sales del agua de entrada, por el caudal sales del agua de entrada, por el caudal y por el estado de las resinasy por el estado de las resinas

Regeneración en lotes: origen de resinas Regeneración en lotes: origen de resinas desconocido. desconocido.

En multiples regeneraciones las resinas En multiples regeneraciones las resinas generan particulas y organicos por daño generan particulas y organicos por daño en las mismas debido a cambios en las mismas debido a cambios osmoticos , y originan desarrollos osmoticos , y originan desarrollos bacterianosbacterianos

Costes de funcionamiento altosCostes de funcionamiento altos Calidad de agua variable: Calidad de agua variable:

regeneraciones incorrectas, regeneraciones incorrectas, contaminaciones adicionales .contaminaciones adicionales .

Ventajas Desventajas

Resinas de intercambio ionico en el canal Resinas de intercambio ionico en el canal del producto: Captura de iones y mejora del producto: Captura de iones y mejora

de la transferenciade la transferencia

A C A C

Na+

Na+

Na+

Na+

H+

H+

OH-

OH-Cl- Na+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

-+

RechazoProducto

A - Membrana permeable a AnionesC - Membrana permeable a Cationes

Desionización (DI) con Resinas de Desionización (DI) con Resinas de Lecho MixtoLecho Mixto

R-H R-OH

R-Na R-Cl

Na+ + Cl-

H+ + OH- ---> H2O

Eliminación de iones: 99.9 %

3.0 OSMOSIS INVERSA3.0 OSMOSIS INVERSA• La Ósmosis Inversa es una tecnología de remoción La Ósmosis Inversa es una tecnología de remoción porcentual. porcentual.

• Un sistema típico de Osmosis Inversa, rechaza hasta Un sistema típico de Osmosis Inversa, rechaza hasta el 98% de las impurezas encontradas en la mayoría el 98% de las impurezas encontradas en la mayoría de las fuentes de agua potable.de las fuentes de agua potable.

• Cuando se utiliza ósmosis inversa, ciertos Cuando se utiliza ósmosis inversa, ciertos contaminantes son removidos más efectivamente que contaminantes son removidos más efectivamente que otros.otros.

• Los Iones Polivalentes son removidos más Los Iones Polivalentes son removidos más fácilmente (99%) que los monovalentes (Sodio 90%).fácilmente (99%) que los monovalentes (Sodio 90%).

• Los componentes orgánicos de alto peso molecular Los componentes orgánicos de alto peso molecular (de más de 200 Daltons) son removidos efectivamente (de más de 200 Daltons) son removidos efectivamente mientras que los de menor tamaño, pasan a través de mientras que los de menor tamaño, pasan a través de la membrana.la membrana.

• Los gases pasan fácilmente a través del sistema de Los gases pasan fácilmente a través del sistema de la ósmosis inversa y afectan la pureza del agua.la ósmosis inversa y afectan la pureza del agua.

• Debido al gran tamaño de las bacterias y los Debido al gran tamaño de las bacterias y los pirògenos, la ósmosis inversa remueve efectivamente pirògenos, la ósmosis inversa remueve efectivamente el 99% de esta clase de impurezas.el 99% de esta clase de impurezas.

Sistemas de OsmosisSistemas de OsmosisOsmosis Reverse

Osmosis

Una membrana permeable solo a las moleculas deagua separa los dos brazos de un tubo en U. Si se disuelve un soluto en el de la izquierda, las moleculas de agua pasarán de derecha a izquierda para disolver el soluto.

Osmosis Inversa Osmosis Inversa P P

Osmosis Inversa es lo contrario a la Osmosis: el agua pasa desde la solución a donde solo hay agua, por efecto de la presión aplicada.

Osmosis Inversa

Osmosis Inversa Osmosis Inversa

Permeado

Iones : Rechazo> 97 %Organicos (MW > 100) : Rechazo> 99 %Particulas, Bacterias : Rechazo > 99 %

Agua deentrada

Membrana

Rechazo

P

Ósmosis InversaÓsmosis Inversa

Elimina un elevado Elimina un elevado porcentaje de todo tipo de porcentaje de todo tipo de contaminantes (iones, contaminantes (iones, orgánicos, pirógenos, virus, orgánicos, pirógenos, virus, bacterias, partículas, bacterias, partículas, coloides)coloides)

Bajos costes de operación Bajos costes de operación debido a la escasa necesidad debido a la escasa necesidad de energíade energía

No necesita reactivos No necesita reactivos agresivos de limpieza; agresivos de limpieza; mantenimiento mínimomantenimiento mínimo

Buen control de los Buen control de los parámetros operativosparámetros operativos

No elimina los No elimina los contaminantes suficientes contaminantes suficientes para cumplir los requisitos para cumplir los requisitos de algunos Standarsde algunos Standars

Las membranas de ósmosis Las membranas de ósmosis inversa a largo plazo sufren inversa a largo plazo sufren ensuciamiento y formación ensuciamiento y formación de precipitados (si no se de precipitados (si no se protegen adecuadamenteprotegen adecuadamente

Ventajas Desventajas

APLICACIONESAPLICACIONES

1.- Industria Alimentaria1.- Industria Alimentaria Industria del pescadoIndustria del pescado: Tratamiento de aguas residuales, recuperación de proteínas, procesado de productos bioquímicos.: Tratamiento de aguas residuales, recuperación de proteínas, procesado de productos bioquímicos. Concentración de zumos de frutasConcentración de zumos de frutas: zumos de manzana, tomate, naranja, recuperación de aceites esenciales procedentes del tratamiento de : zumos de manzana, tomate, naranja, recuperación de aceites esenciales procedentes del tratamiento de

cítricoscítricos Industria vinícolaIndustria vinícola: Aumento del contenido en alcohol, evitando la adición de azúcar.: Aumento del contenido en alcohol, evitando la adición de azúcar.

Industria del caféIndustria del café: Tratamientos de aguas residuales con fines anticontaminantes: Tratamientos de aguas residuales con fines anticontaminantes Industria cerveceraIndustria cervecera: Eliminación de alcohol en cervezas de bajo contenido alcohólico o sin alcohol.: Eliminación de alcohol en cervezas de bajo contenido alcohólico o sin alcohol. Industria del chocolateIndustria del chocolate: Tratamiento de aguas residuales procedentes del envasado de jarabe de chocolate.: Tratamiento de aguas residuales procedentes del envasado de jarabe de chocolate. Industria del caramelo: Tratamiento del agua residual procedente de la lubricación de las cuchillas para el corte del producto.Industria del caramelo: Tratamiento del agua residual procedente de la lubricación de las cuchillas para el corte del producto.

2.- Tratamiento de Aguas Industriales2.- Tratamiento de Aguas Industriales Industria lácteaIndustria láctea: Concentración de lactosueros.: Concentración de lactosueros. Industria papeleraIndustria papelera: Tratamiento de agua residual y recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas valiosas, concentración de contaminantes para disminuir costes de operación, : Tratamiento de agua residual y recuperación de sustancias orgánicas e inorgánicas valiosas, concentración de contaminantes para disminuir costes de operación,

recuperación de agua de proceso.recuperación de agua de proceso. Tratamientos metálicos superficialesTratamientos metálicos superficiales:Tratamiento de aguas residuales aceitosas, procesos de galvanoplastia, electrodeposición.:Tratamiento de aguas residuales aceitosas, procesos de galvanoplastia, electrodeposición. Industria textilIndustria textil: Concentración de tintes y recuperación de agua de proceso: Concentración de tintes y recuperación de agua de proceso

TIPOS DE MEMBRANATIPOS DE MEMBRANA

• Dependiendo del material de la membrana, Dependiendo del material de la membrana, ciertos factores afectarán la calidad y cantidad ciertos factores afectarán la calidad y cantidad del agua producida a través de esta tecnología del agua producida a través de esta tecnología

• En la actualidad hay tres tipos de materiales En la actualidad hay tres tipos de materiales para membranas que son usados en el sistema de para membranas que son usados en el sistema de ósmosis inversa:ósmosis inversa: a) Acetato de celulosaa) Acetato de celulosa b) Poliamidas b) Poliamidas c) Membrana de película delgada ( TFM )c) Membrana de película delgada ( TFM )

FACTORES QUE FACTORES QUE AFECTANAFECTAN A LAS MEMBRANAS A LAS MEMBRANAS

• Temperatura del aguaTemperatura del agua

• pH del agua pH del agua

• BacteriasBacterias

• Cloro libreCloro libre

• Índice de Saturación de LangelierÍndice de Saturación de Langelier

Tratamiento Tratamiento Agua de Calderas Agua de Calderas

Expositor :Expositor :

Ing. Juan Díaz CamachoIng. Juan Díaz Camacho

INTRODUCCIONINTRODUCCION La caldera es básicamente un intercambiador La caldera es básicamente un intercambiador

de calor, que transfiere la energía térmica de de calor, que transfiere la energía térmica de los combustibles, como petróleo, bagazo, los combustibles, como petróleo, bagazo, carbón, etc., al agua de alimentación para carbón, etc., al agua de alimentación para convertirla en vapor.convertirla en vapor.

En la industria es usual la generación de vapor En la industria es usual la generación de vapor para usos en procesos químicos, calentamiento para usos en procesos químicos, calentamiento y generación de corriente eléctricay generación de corriente eléctrica

Los problemas que se generan en las calderas Los problemas que se generan en las calderas se deben fundamentalmente a la calidad de se deben fundamentalmente a la calidad de agua de alimentación. agua de alimentación.

Un adecuado tratamiento del agua de Un adecuado tratamiento del agua de alimentación , así como el control de las alimentación , así como el control de las condiciones de operación en la caldera condiciones de operación en la caldera permitirá reducir significativamente los permitirá reducir significativamente los problemas de incrustación y corrosión.problemas de incrustación y corrosión.

1.0 OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO1.0 OBJETIVOS DEL TRATAMIENTO

1º1º Prevenir la formación de incrustaciones y Prevenir la formación de incrustaciones y depósitos en general.depósitos en general.

2º2º Prevenir la corrosión por gases o ataque Prevenir la corrosión por gases o ataque químico en las calderas y en el sistema de químico en las calderas y en el sistema de condensado.condensado.

3º3º Eliminar el arrastre de sólidos con el vapor. Eliminar el arrastre de sólidos con el vapor.

4º4º Evitar la fragilidad cáusticaEvitar la fragilidad cáustica

2.2. TIPOS DE CALDERASTIPOS DE CALDERAS2.12.1 Calderas PirotubularesCalderas Pirotubulares◙◙ Estas calderas están dotadas de tubos restos, Estas calderas están dotadas de tubos restos,

rodeados de agua y a través de cuyo interior rodeados de agua y a través de cuyo interior pasan los gases de la combustión.pasan los gases de la combustión.

◙◙ Los tubos se instalan en la parte inferior de un Los tubos se instalan en la parte inferior de un tambor sencillo o de un casco, debajo del tambor sencillo o de un casco, debajo del nivel de agua.nivel de agua.

◙◙ Se usan principalmente para la producción de Se usan principalmente para la producción de vapor de baja y mediana presión y cuando la vapor de baja y mediana presión y cuando la demanda de vapor no es alta.demanda de vapor no es alta.

2.2 2.2 Calderas AcuotubularesCalderas Acuotubulares◙◙ Se componen de tubos y domos. Se componen de tubos y domos. Los domos van colocados Los domos van colocados horizontalmente y están interconectados horizontalmente y están interconectados mediante los tubos.mediante los tubos.

◙◙ Los tubos contiene en su interior el Los tubos contiene en su interior el vapor o el agua, mientras que el calor vapor o el agua, mientras que el calor generado por los gases de la combustión generado por los gases de la combustión es aplicado en la superficie externas de es aplicado en la superficie externas de los mismoslos mismos..

CALDERA CON RETORNO DE CONDENSADOCALDERA CON RETORNO DE CONDENSADO

MM FF

BB

SS

VARIABLES DE OPERACIÓN EN UNA CALDERAVARIABLES DE OPERACIÓN EN UNA CALDERA

VARIABLES DE OPERACIÓNVARIABLES DE OPERACIÓNF F Flujo másico de agua Flujo másico de agua

de alimentación, kg/hde alimentación, kg/h

B B Flujo másico de agua Flujo másico de agua purgada, kg/hpurgada, kg/h

SS Flujo másico de vapor, Flujo másico de vapor, kg/hkg/h

RCRC Ciclos de concentra - Ciclos de concentra -ción ción

RC = CRC = CBB / C / CFF

Balance de MaterialesBalance de Materiales

F = S + BF = S + B F = S x RC / (RC-1)F = S x RC / (RC-1)

B (%) = 100 / RCB (%) = 100 / RC B (%) = Purga en % de FB (%) = Purga en % de F

PROBLEMAS POR IMPUREZAS DEL PROBLEMAS POR IMPUREZAS DEL AGUAAGUA

• INCRUSTACIONESINCRUSTACIONES

• CORROSION CORROSION

• ARRASTE DE IMPUREZAS ARRASTE DE IMPUREZAS

• FRAGILIDAD CAUSTICAFRAGILIDAD CAUSTICA

INCRUSTACIONESINCRUSTACIONES

• Las sustancias sólidas en el agua de una caldera, tienden a precipitarse cuando se sobrepasa su límite de solubilidad, ya sea por el cambio de temperatura y/o la descomposición de dicha sustancia o por su absorción en un precipitado ya formado. • Estos precipitados pueden clasificarse en incrustaciones o lodos , ya sea que el precipitado tenga propiedades adherentes o no a la superficie metálica de los tubos.

• Si el agua de alimentación a las calderas contiene sólidos disueltos y estos están en formas de bicarbonato, sulfatos, etc. de calcio o magnesio; se forma las incrustaciones por las siguientes reacciones:  Ca (HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 (g) 

 Mg (HCO3)2 MgCO3 + H2O +CO2 (g) 

• La gravedad del problema causado por las incrustaciones reside en su poder aislante y la consecuente disminución del intercambio de calor. La superficie metálica del tubo se sobrecalienta afectándose sus propiedades mecánicas. • Otro mecanismo de crecimiento de las incrustaciones es que como éstas no son totalmente impermeables, el agua puede filtrarse a través de ellas y evaporarse totalmente, formándose incrustaciones de otras sales (fosfato de calcio y magnesio).

• En el caso de los lodos, estos tienden a depositarse en la parte inferior de los calderos donde pueden eliminarse mediante purgas. Pertenecen a este tipo los fosfatos de calcio y magnesio.

• La eliminación de sustancias incrustantes del agua de alimentación al caldero se realiza mediante el intercambio iónico, incluyendo la sílice si usamos una resina aniónica fuertemente básica.

¿Cómo evitar las incrustaciones?¿Cómo evitar las incrustaciones?

Tratamiento QuímicoTratamiento QuímicoExternoExterno1. Coagulación, sedi -1. Coagulación, sedi -

mentación, filtraciónmentación, filtración2. Ablandamiento con 2. Ablandamiento con resinasresinas3. Desmineralización3. Desmineralización4. Osmosis Inversa4. Osmosis Inversa

Tratamiento Químico Tratamiento Químico InternoInterno

1. Fosfatos inorgánicos1. Fosfatos inorgánicos 2. Fosfatos coordinados2. Fosfatos coordinados

3. Sales de EDTA3. Sales de EDTA4. 4. Polímeros dispersantesPolímeros dispersantes

5. Fosfonatos y polí -5. Fosfonatos y polí - acrilatos.acrilatos.

Efectos de las IncrustacionesEfectos de las Incrustaciones

1.1. Disminuye la Conductividad del calorDisminuye la Conductividad del calor2.2. Recalentamiento y falla en los tubos Recalentamiento y falla en los tubos 3.3. Mayor consumo de combustibleMayor consumo de combustible4.4. Ataque corrosivo bajo los depósitosAtaque corrosivo bajo los depósitos5.5. Obstrucción total o parcial del agua Obstrucción total o parcial del agua

circulantecirculante

CORROSIONCORROSION Constituye el segundo problema relacionado con la Constituye el segundo problema relacionado con la

calidad del agua de calderacalidad del agua de caldera Las calderas operan a temperaturas muy superiores a la Las calderas operan a temperaturas muy superiores a la

temperatura ambiente, por lo tanto la cinética de las temperatura ambiente, por lo tanto la cinética de las reacciones de un proceso de corrosión se ve incrementada reacciones de un proceso de corrosión se ve incrementada significativamente.significativamente.

El problema de corrosión se genera principalmente por la El problema de corrosión se genera principalmente por la presencia de determinados componentes en el agua de presencia de determinados componentes en el agua de alimentación, los cuales deben ser controlados o mini-alimentación, los cuales deben ser controlados o mini-mizados a efecto de evitar fallas prematuras.mizados a efecto de evitar fallas prematuras.

CAUSAS DE CORROSIÓNCAUSAS DE CORROSIÓN

Presencia de oxígeno disuelto en el Presencia de oxígeno disuelto en el agua de alimentaciónagua de alimentación Presencia de alcalinidad en el agua de Presencia de alcalinidad en el agua de alimentaciónalimentación Presencia de dióxido de carbono en el Presencia de dióxido de carbono en el condensadocondensado

REACCIONES DE CORROSIÓN EN REACCIONES DE CORROSIÓN EN CALDERASCALDERAS

Oxígeno DisueltoOxígeno DisueltoFe → FeFe → Fe22+ + 2e-+ + 2e-

El oxígeno disuelto en el agua de alimentación El oxígeno disuelto en el agua de alimentación ataca tuberías de entrada, economizadores y a ataca tuberías de entrada, economizadores y a la caldera mismala caldera misma

Reacciones de corrosión en Reacciones de corrosión en calderascalderas

Alcalinidad :Alcalinidad : 2 NaHCO2 NaHCO3 + Calor + Calor → Na→ Na2COCO3 + H + H2O + C0O + C02

NaNa2COCO3 + H + H2O → 2 NaOH + COO → 2 NaOH + CO2FeFe3OO4 + 4 NaOH → 2 NaFeO + 4 NaOH → 2 NaFeO2 + Na + Na2FeOFeO2 + 2 H + 2 H2OO

La descomposición del bicarbonato presente en La descomposición del bicarbonato presente en el agua de alimentación, genera la formación de el agua de alimentación, genera la formación de NaOH, que causa agrietamiento inter granular NaOH, que causa agrietamiento inter granular bajo tensión del acero y la disolución de la capa bajo tensión del acero y la disolución de la capa protectora de magnetita ( Feprotectora de magnetita ( Fe3OO4))

REACCIONES DE CORROSIÓN EN REACCIONES DE CORROSIÓN EN CALDERASCALDERAS

Dióxido de CarbonoDióxido de Carbono

COCO2 + H + H2O O → H→ H2COCO33

Fe + HFe + H2COCO33 → FeC0 → FeC033 + H + H2FeCOFeCO33 + H + H2O → Fe(OH)O → Fe(OH)2 + CO + CO2

El COEl CO2, producto de la descomposición de la , producto de la descomposición de la alcalinidad, en contacto con el condensado baja el alcalinidad, en contacto con el condensado baja el pH al rango ácido.pH al rango ácido.

Por lo tanto, se produce la típica corrosión ácida en Por lo tanto, se produce la típica corrosión ácida en las líneas de condensados y depósitos.las líneas de condensados y depósitos.

¿DONDE SE PRODUCE CORROSION¿DONDE SE PRODUCE CORROSION ? ?

•• Sistemas de alimentación: bajo pH, Sistemas de alimentación: bajo pH, presencia de oxígeno y gas carbónicopresencia de oxígeno y gas carbónico

•• Calderos en operación y parada: bajo pH, Calderos en operación y parada: bajo pH, presencia de oxígeno, sales inestables presencia de oxígeno, sales inestables (aceleradas por altas presiones y (aceleradas por altas presiones y temperaturas)temperaturas)

•• Sistemas de vapor y condensado: Sistemas de vapor y condensado: Principalmente gas carbónico.Principalmente gas carbónico.

•• Supercalentadores,turbinas Supercalentadores,turbinas economizadoreseconomizadores

¿CÓMO EVITAR LA CORROSION ?¿CÓMO EVITAR LA CORROSION ?

• TRATAMIENTO TRATAMIENTO EXTERNOEXTERNO

aa) Aireación y desaireación) Aireación y desaireación

b) b) Tratamiento con inhibidores Tratamiento con inhibidores

• TRATAMIENTO TRATAMIENTO QUIMICO QUIMICO INTERNOINTERNOa)a) Sulfitos y Bisulfitos catalizados y/o Sulfitos y Bisulfitos catalizados y/o

hidrazinahidrazina

b) Aminas volátilesb) Aminas volátiles

c) Mantener pH adecuadoc) Mantener pH adecuado

d) Materiales orgánicos coloidalesd) Materiales orgánicos coloidales

ARRASTREARRASTRE

•• El término El término arrastrearrastre se define como la presencia de se define como la presencia de humedad y sólidos asociados a ésta en el vapor humedad y sólidos asociados a ésta en el vapor producido por el caldero.producido por el caldero.

•• Los sólidos presentes en el vapor van a formar Los sólidos presentes en el vapor van a formar depósitos en las tuberías y válvulas por donde circula, depósitos en las tuberías y válvulas por donde circula, así como corrosión y pérdidas de eficiencia en otros así como corrosión y pérdidas de eficiencia en otros equipos, tales como los tubos del sobrecalentador de equipos, tales como los tubos del sobrecalentador de vapor, los álabes y válvulas de las turbina que emplean vapor, los álabes y válvulas de las turbina que emplean dicho vapordicho vapor..

•• La composición de los sólidos en el vapor es La composición de los sólidos en el vapor es generalmente proporcional a la del agua del generalmente proporcional a la del agua del caldero, excepto para ciertos compuestos como caldero, excepto para ciertos compuestos como cloruros y sílice que por las condiciones de cloruros y sílice que por las condiciones de presión y temperatura reinantes en el caldero son presión y temperatura reinantes en el caldero son disueltos selectivamente en el vapor y luego disueltos selectivamente en el vapor y luego depositándose principalmente en las turbinas.depositándose principalmente en las turbinas.

•• El arrastre puede ser resultado de causas El arrastre puede ser resultado de causas mecánicas y químicas o una combinación de mecánicas y químicas o una combinación de ambas.ambas.

CAUSAS DEL ARRASTRECAUSAS DEL ARRASTRE (Priming)(Priming)

11. . QuímicasQuímicas

2. 2. MecánicasMecánicas

Causas Químicas Causas Químicas

•• Presencia en el agua de alimentación de Presencia en el agua de alimentación de sólidos disueltos, alcalinidad, aceites.sólidos disueltos, alcalinidad, aceites.

•• Presencia de precipitados de fosfato de Presencia de precipitados de fosfato de calcio que se forman por el tratamiento calcio que se forman por el tratamiento químico interno.químico interno.

Causas MecánicasCausas Mecánicas•• Nivel de agua en el recipiente de vapor Nivel de agua en el recipiente de vapor

demasiado altodemasiado alto

•• Aumentos bruscos de agua de Aumentos bruscos de agua de alimentación a los calderosalimentación a los calderos

•• Fugas en los sistemas de eliminación de Fugas en los sistemas de eliminación de humedad del recipiente de vaporhumedad del recipiente de vapor

•• Cámara de vapor reducidaCámara de vapor reducida

Efectos del ArrastreEfectos del Arrastre

•• Menor eficiencia térmicaMenor eficiencia térmica

•• Incrustación y deterioro del economizador, Incrustación y deterioro del economizador, líneas de vapor, válvulas, turbinas y líneas de vapor, válvulas, turbinas y accesoriosaccesorios

•• Incrustación y falla de los tubos del Incrustación y falla de los tubos del supercalentadorsupercalentador

¿Cómo evitar o atenuar el arrastre?¿Cómo evitar o atenuar el arrastre?

•• Tratamiento externo del agua de Tratamiento externo del agua de alimentación para eliminar solidos alimentación para eliminar solidos disueltos, suspendidos, grasa, aceite, disueltos, suspendidos, grasa, aceite, materia orgánica etc.materia orgánica etc.

•• Bajar nivel de agua.Bajar nivel de agua.

•• Aumentar la presión.Aumentar la presión.

•• Evitar la caída de presión por sobrecargaEvitar la caída de presión por sobrecarga

•• Efectuar purgasEfectuar purgas

•• Equipo para purificar vaporEquipo para purificar vapor

•• Tratamiento interno con antiespumanteTratamiento interno con antiespumante

Calidad del Agua en CalderasCalidad del Agua en Calderas•• El agua que se alimenta a una caldera debe estar El agua que se alimenta a una caldera debe estar

libre de impurezas, sin embargo, esta exigencia se libre de impurezas, sin embargo, esta exigencia se da en los casos de calderas que se operan a mediana da en los casos de calderas que se operan a mediana y alta presión, siendo menor la calidad de y alta presión, siendo menor la calidad de impurezas permitida a mayor presión de trabajo.impurezas permitida a mayor presión de trabajo.

•• La Asociación Americana de Fabricantes de Calderas La Asociación Americana de Fabricantes de Calderas ((ABMAABMA) recomienda, por ejemplo, los siguientes ) recomienda, por ejemplo, los siguientes parámetros de calidad de agua de alimentación para parámetros de calidad de agua de alimentación para calderas acuotubulares, ver tabla adjunta:calderas acuotubulares, ver tabla adjunta:

CALIDAD DE AGUA DE ALIMENTACION, RECOMENDADA POR ABMA

Presión PSIG

Sílice ppm

Alcalinidad total ppm CaCO3

Dureza total

0 -300 150 350 0.300

301 -450 90 300 0.300

451- 600 40 250 0.200

601- 750 30 200 0.200

751 – 900 20 150 0.100

901 – 1000 8 100 0.0501001 -1500 2 NS ND

1501 - 2000 1 NS ND

CALIDAD DE AGUA DE ALIMENTACION, RECOMENDADA POR ASME (American Society Mechanical Engineers)Presión

PSIGSílice ppm

Alcalinidad total ppm CaCO3

Conductividad especifica

Umho/cm0 -300 150 350 3500

301 -450 90 300 3000

451- 600 40 250 2500

601- 750 30 200 2000

751 – 900 20 150 1500

901 – 1000 8 100 10001001 -1500 2 N.E. 150

1501 - 2000 1 N.E. 100

PresiónPresiónCalderaCaldera( psig)( psig)

HierroHierroppm Feppm Fe

CobreCobreppm Cu

Dureza totalDureza totalppm Ca Coppm Ca Co3

OxigenoOxigenoppm Oppm O22

0 - 3000 - 300 0.1000.100 0.0500.050 0 – 0 – 1 max0 – 0 – 1 max 0.0070.007

301 - 450301 - 450 0.1000.100 0.0500.050 0 – 1 max0 – 1 max 0.0070.007

451 - 600451 - 600 0.1000.100 0.0500.050 0 – 1 max0 – 1 max 0.0070.007

601 - 750601 - 750 0.0500.050 0.0300.030 0 – 1 max0 – 1 max 0.0070.007

751 - 900751 - 900 0.0500.050 0.0300.030 0 – 1 max0 – 1 max 0.0070.007

901 - 1000901 - 1000 0.0500.050 0.0300.030 0 – 1 max0 – 1 max 0.0070.007

1001 - 15001001 - 1500 0.0100.010 0.0050.005 00 0.0070.007

1501 - 20001501 - 2000 0.0100.010 0.0050.005 00 0.0070.007

CALIDAD DE AGUA DE CALDERAS, RECOMENDADOS POR:

Babcock and Wilcox

CALIDAD DE AGUA DE ALIMENTACION, RECOMENDADA POR: Babcock and Wilcox

Presión Tambor

Hierroppm Fe

Cobre ppm Cu

Dureza Total ppm CaCO3

0 -300 0.100 0.050 0.300

301 -450 0.050 0.025 0.300

451- 600 0.030 0.020 0.200

601- 750 0.025 0.020 0.200

751 – 900 0.020 0.015 0.100

901 – 1000 0.020 0.015 0.0501001 -1500 0.010 0.010 No detectable

1501 - 2000 0.010 0.010 No detectable

CALIDAD DE AGUA DE CALDERA, RECOMENDADA POR: ASME

Presión Caldera

Siliceppm Fe

Alcalinidad Totalppm CaCO3

Conductividad µmho/cm

0 -300 150 700 7000

301 -450 90 600 6000

451- 600 40 500 5000

601- 750 30 400 4000

751 – 900 20 300 3000

901 – 1000 8 200 20001001 -1500 2 0 (2) 150

1501 - 2000 1 0 (2) 100

PresiónPresiónCalderaCaldera( psig)( psig)

SólidosSólidosTotalesTotales

ppmppm

AlcalinidadAlcalinidadTotalTotalppm

CaCO3

SólidosSólidosSuspendidosSuspendidos

SiliceSilicePpmPpmSiOSiO22

0 - 3000 - 300 35003500 700700 300300 125125

301 - 450301 - 450 30003000 600600 250250 9090

451 - 600451 - 600 25002500 500500 150150 5050

601 - 750601 - 750 20002000 400400 100100 3535

751 - 900751 - 900 15001500 300300 6060 2020

901 - 1000901 - 1000 12501250 250250 4040 88

1001 - 15001001 - 1500 10001000 200200 2020 2.52.5

1501 - 20001501 - 2000 750750 150150 1010 1.01.0

CALIDAD DE AGUA DE CALDERAS, RECOMENDADOS POR: ABMA (Americam Boiler Manufacturers Association)

pH recomendados para agua de calderaspH recomendados para agua de calderas

•• Baja Presión ( < 250 PSI ) pH = 11,0 – 11.5Baja Presión ( < 250 PSI ) pH = 11,0 – 11.5

•• Mediana Presión ( Hasta 900 PSI )Mediana Presión ( Hasta 900 PSI ) pH = 10,5 – 11.0pH = 10,5 – 11.0

•• Alta Presión ( Alta Presión ( > > 900 PSI ) pH =9.0 – 10.2900 PSI ) pH =9.0 – 10.2

Control de pHControl de pH En la mayoría de las calderas, se controlan En la mayoría de las calderas, se controlan

estos valores de pH indirectamente, a través de estos valores de pH indirectamente, a través de la alcalinidad, manteniendo la alcalinidad, la alcalinidad, manteniendo la alcalinidad, debido al ión OHdebido al ión OH-- en valores de 100-500 ppm en valores de 100-500 ppm como CaCOcomo CaCO33

Para el caso de calderas de presión a 1200 PSI, Para el caso de calderas de presión a 1200 PSI, se utiliza agua de alta pureza y el pH es se utiliza agua de alta pureza y el pH es específicamente controlado.específicamente controlado.

PURGASPURGAS OBJETIVO :OBJETIVO :

Disminuir los sólidos disueltos y Disminuir los sólidos disueltos y suspendidos dentro de la caldera suspendidos dentro de la caldera hasta llegar a las hasta llegar a las concentraciones permisibles de concentraciones permisibles de acuerdo a la presión, diseño y acuerdo a la presión, diseño y capacidad a la que opera.capacidad a la que opera.

TIPOS DE PURGATIPOS DE PURGA

Purga intermitente ( Barrido Purga intermitente ( Barrido de fondo)de fondo)

Purga continua de nivel Purga continua de nivel ( sólidos disueltos)( sólidos disueltos)

CALCULO DE LA PURGACALCULO DE LA PURGA

% PURGA = % PURGA = A A X X 100100 B - AB - A

A : Sólidos en el Agua de alimentaciónA : Sólidos en el Agua de alimentaciónB : Sólidos Máximos Permisibles en la PurgaB : Sólidos Máximos Permisibles en la Purga

Agua deAlimentación

1000 TM kg/día100 ppm

SDT : 100 kg/día

RC = 8800 ppm

PURGA125 TM/día

800 ppm12.5 %

STD : 100 kg/día

VAPOR875 TM/día

0 ppm

CALCULOS DE PORCENTAJES DE PURGAS EN CALDERAS

1.0. Ejemplo Básico :

Ciclos de Concentración :RC = STD purga / STD Alim = 800 / 100 = 8 Caudal de Purga :Caudal de Alimentación / RC = 1000 /8 = 125 TM/día% Purga :(Caudal de Purga / Caudal de Alimentación ) x 100 = 125 / 1000 x 100 = 12.5

Sólidos Agregados por día :( Caudal x ppm ) / 1000 = 1000 x 100 / 1000 = 100 kg / día

2.0 Caldera 100 BHP - Norma ASME

Agua deAlimentación

40 TM/día500 ppm

SDT : 20 kg/día

RC = 73500 ppm

VAPOR34.285 TM/día

0 ppm

PURGA5.715 TM/día

3500 ppm14.2 %

STD : 20 kg/día

Ciclos de Concentración :RC = STD purga / STD Alim = 3500/ 500 = 7 Caudal de Purga :Caudal de Alimentación / RC = 40 /7 = 5.715 TM/día% Purga :(Caudal de Purga / Caudal de Alimentación ) x 100 = 5.715 / 40 x 100 = 14.2Sólidos Agregados por día :( Caudal x ppm ) / 1000 = 40 x 500 / 1000 = 20 kg / día

Agua deAlimentación

40 TM/día900 ppm

SDT : 36 kg/día

RC = 5.55000 ppm

PURGA7.20kg/día5000ppm

18 %STD : 36 kg/día

VAPOR32.80 TM/día

0 ppm

3.0 CALDERA 100 BHP Norma ASME

Ciclos de Concentración :RC = STD purga / STD Alim = 5000/ 900 = 5,55 Caudal de Purga :Caudal de Alimentación / RC = 40 /5,5 = 7,20 TM/día% Purga :(Caudal de Purga / Caudal de Alimentación ) x 100 = 7,20 / 40 x 100 = 18 %

Sólidos Agregados por día :( Caudal x ppm ) / 1000 = 40 x 900 / 1000 = 36 kg/día

FRAGILIDAD CAUSTICAFRAGILIDAD CAUSTICA

Llamada modernamente agrietamiento por Llamada modernamente agrietamiento por esfuerzo con corrosión.esfuerzo con corrosión.

Se refiere a la falla del metal que resulta por Se refiere a la falla del metal que resulta por interacción sinergística de un esfuerzo de tensión interacción sinergística de un esfuerzo de tensión y un medio corrosivo especifico a la cual es y un medio corrosivo especifico a la cual es sensible el metal sensible el metal

FACTORESFACTORES

1.1. Esfuerzos de tensiónEsfuerzos de tensión

• Presión interna o Presión interna o residualesresiduales

• Inducidos por Inducidos por soldadurasoldadura

• Medio corrosivoMedio corrosivo

• Acero al carbono: Acero al carbono: NaOH (ac)NaOH (ac)

• Acero Inoxidable: Acero Inoxidable: NaOH (ac), Cl‾NaOH (ac), Cl‾

Localización en CalderasLocalización en Calderas

o Tubos de AguaTubos de Aguao Tubos de los SobrecalentadoresTubos de los Sobrecalentadoreso Tubos de los RecalentadoresTubos de los Recalentadoreso Pernos de Colector de VaporPernos de Colector de Vapor

IdentificaciónIdentificación

Las fallas por fragilidad cáustica siempre Las fallas por fragilidad cáustica siempre producen grietas de la pared del metal sin producen grietas de la pared del metal sin importar su grado de ductilidad.importar su grado de ductilidad.

Con frecuencia vienen asociadas Con frecuencia vienen asociadas ramificaciones con estas grietas.ramificaciones con estas grietas.

Difícil de ver a simple vista, pues las grietas Difícil de ver a simple vista, pues las grietas tienden a ser muy finas y apretadas.tienden a ser muy finas y apretadas.

En ocasiones en el sitio de la grieta se puede En ocasiones en el sitio de la grieta se puede observar la presencia de NaOH como observar la presencia de NaOH como depósitos ligeramente blancos o la presencia depósitos ligeramente blancos o la presencia de magnetita cristalina.de magnetita cristalina.

El uso de tintes penetrantes.El uso de tintes penetrantes. Por inspecciones con partículas magnéticas.Por inspecciones con partículas magnéticas. Pruebas ultrasónicas en las regiones Pruebas ultrasónicas en las regiones

sospechosas.sospechosas. Para evitar confusiones de daño por hidrógeno, Para evitar confusiones de daño por hidrógeno,

fatiga con corrosión, rotura por flujo plástico, fatiga con corrosión, rotura por flujo plástico, etc. el diagnóstico de la fragilidad cáustica etc. el diagnóstico de la fragilidad cáustica requiere el examen metalográfico requiere el examen metalográfico

¿Cómo prevenir la Fragilidad ¿Cómo prevenir la Fragilidad Cáustica?Cáustica?

Reducción o eliminación de los esfuerzos Reducción o eliminación de los esfuerzos aplicados.aplicados.

Nuevos diseños de los componentes atacados.Nuevos diseños de los componentes atacados. Evitar la existencia de medios corrosivos Evitar la existencia de medios corrosivos

concentrados.concentrados. Conservar la superficies internas libres de Conservar la superficies internas libres de

depósitos.depósitos.

Eliminar las infiltraciones de sales productoras Eliminar las infiltraciones de sales productoras de alcalinidad a través de los Condensadores, de alcalinidad a través de los Condensadores, Intercambiadores de Calor, Intercambiadores de Calor, Desmineralizadores cáusticamente Desmineralizadores cáusticamente regenerados.regenerados.

Evitar el arrastre por parte del agua de la Evitar el arrastre por parte del agua de la caldera.caldera.

Uso de Inhibidores (Nitrato de sodio y Uso de Inhibidores (Nitrato de sodio y productos orgánicos seleccionados)productos orgánicos seleccionados)

PROGRAMA TRATAMIENTO PROGRAMA TRATAMIENTO QUIMICO INTERNOQUIMICO INTERNO

I.-I.- Programa AnticorrosivoPrograma AnticorrosivoReacciones de corrosión por oxigeno disuelto:Reacciones de corrosión por oxigeno disuelto:

4 4 Fe + 3 OFe + 3 O2 → 2 Fe→ 2 Fe2 O O33 (óxido no (óxido no protector )protector )

4 4 Fe Fe 2 OO3 + Fe+ Fe → 3 Fe→ 3 Fe3 O O4 ( óxido protector ( óxido protector ))

La corrosión por OLa corrosión por O2 disuelto y CO disuelto y CO2

libre, no se logra evitar aun con el libre, no se logra evitar aun con el uso de equipos sofisticados, que uso de equipos sofisticados, que dejan remanentes hasta de 0,007 dejan remanentes hasta de 0,007 ppm de Oppm de O2 disuelto, suficiente disuelto, suficiente concentración para iniciar procesos concentración para iniciar procesos corrosivos en la caldera.corrosivos en la caldera.

REDUCTORES MAS COMUNESREDUCTORES MAS COMUNES

A)A) Sulfitos de Sodio CatalizadoSulfitos de Sodio Catalizado

2 Na2 Na2 SO SO3 + O + O2 + + 2 Na 2 Na2 SO SO4

NaNa2 SO SO3 + 3 Fe + 3 Fe2 O O3 → → 22 Fe Fe3 O O4 + Na + Na2 SOSO4

Catalizador

B)B) Bisulfito de Sodio CatalizadoBisulfito de Sodio Catalizado

2NaHSO2NaHSO3+O+O2+2NaOH +2NaOH 2 Na2 Na2SOSO4 + 2H+ 2H2OO

NaHSONaHSO3 + 3Fe + 3Fe2OO3 +NaOH → +NaOH →

NaNa2SOSO4 +2Fe+2Fe3 O O4 +H +H2O O

Catalizador

C)C) HidrazinaHidrazina

NN2HH4 + O + O2 N N2 + 2H+ 2H2OO

NN2HH4 + 6 Fe + 6 Fe2OO3 4 Fe4 Fe3OO4+ N+ N2 + 2 H + 2 H2O O

PROGRAMA ANTIINCRUSTANTEPROGRAMA ANTIINCRUSTANTE

Los procesos de desmineralización, Los procesos de desmineralización, ósmosis inversa, cal – sosa, ablandamiento ósmosis inversa, cal – sosa, ablandamiento con resinas catiónicas y retornos de con resinas catiónicas y retornos de condensado contienen cantidades pequeñas condensado contienen cantidades pequeñas de sales de Ca y Mg.de sales de Ca y Mg.

La eliminación de la dureza total del La eliminación de la dureza total del agua de alimentación se logra por medio agua de alimentación se logra por medio de aditivos químicos inorgánicos y de aditivos químicos inorgánicos y orgánicos.orgánicos.

1) 1) TRATAMIENTO POR FOSFATOTRATAMIENTO POR FOSFATO

3Ca + 2 Na3Ca + 2 Na3POPO4 Ca Ca3 (PO (PO4 ) )2 + 6 Na + 6 Na

CaCa3 (PO (PO4))2 + 3 Ca + 3 Ca3(PO(PO4))2 .Ca (OH)Ca (OH)2

4Mg + 2OH +2 PO4Mg + 2OH +2 PO4 2Mg 2Mg3 (PO (PO4))2 . Mg (OH) . Mg (OH)2

2 +

2+ 3 -

Alcalinidadconveniente

Hidroxiapatita( eliminado por purgas)

-

Fosfato básico de magnesio

+

Ortofosfatos más usadosOrtofosfatos más usados

Fosfato Trisódico NaFosfato Trisódico Na3 PO PO4 Fosfato Disódico NaFosfato Disódico Na2 H PO H PO4 Tripolifosfato de Sodio NaTripolifosfato de Sodio Na5 P P3 O O10

Hexametafosfato de Sodio NaHexametafosfato de Sodio Na16 P P14 O O43 Pirofosfato de Sodio NaPirofosfato de Sodio Na4 P P2 O O7 Metafosfato de Sodio ( Na POMetafosfato de Sodio ( Na PO3 ) ) n

2) Tratamientos con Quelantes2) Tratamientos con Quelantes

El desarrollo de calderas mas El desarrollo de calderas mas compactas y el mayor empleo de compactas y el mayor empleo de retorno de condensados, determinó la retorno de condensados, determinó la necesidad de usar inhibidores de necesidad de usar inhibidores de depósitos mas eficientes que eviten los depósitos mas eficientes que eviten los taponamientos de tubos y operar con taponamientos de tubos y operar con niveles mas altos de hierro en el agua niveles mas altos de hierro en el agua de alimentaciónde alimentación

¿ Qué son los Quelantes ?¿ Qué son los Quelantes ? Son agentes químicos orgánicos de Son agentes químicos orgánicos de

bajo peso molecular como: EDTA, bajo peso molecular como: EDTA, NTA (nitrilo triacético)NTA (nitrilo triacético)

Actúan con secuestrante de la dureza y Actúan con secuestrante de la dureza y no como reaccionantes no como reaccionantes estequiométricos.estequiométricos.

Forman complejos estables con el Forman complejos estables con el calcio y magnesio.calcio y magnesio.

EDTA

La estabilidad térmica de los quelantes depende de La estabilidad térmica de los quelantes depende de la temperatura, del pH del agua, agentes oxidantes, la temperatura, del pH del agua, agentes oxidantes, concentración de sales y tiempo de residencia.concentración de sales y tiempo de residencia.

EDTA hasta 75 kg/cmEDTA hasta 75 kg/cm NTA hasta 60 kg/cmNTA hasta 60 kg/cm 2

2 mayor presión pierden sucapacidadquelante

QuelantesQuelantes VentajasVentajas - Elimina eficazmente las incrustaciones y - Elimina eficazmente las incrustaciones y

depósitos de fangos.depósitos de fangos. - Las purgas pueden ser mínimas.- Las purgas pueden ser mínimas. DesventajasDesventajas - Sobredosis de quelantes remueven los óxidos - Sobredosis de quelantes remueven los óxidos

protectores (magnetita), que protegen al hierro protectores (magnetita), que protegen al hierro estructural.estructural.

- Su programa de aplicación es mas costoso.- Su programa de aplicación es mas costoso. - Requieren de agua de alimentación, libre de O- Requieren de agua de alimentación, libre de O2

disuelto.disuelto. - Se descomponen en calderos de media y alta presión.- Se descomponen en calderos de media y alta presión.