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El agua. Tratamiento para uso industrial

Autor: ANTONIO ROS MORENO
Curso:
|310 alumnos|Fecha publicación: 10/06/2011
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Capítulo 4:

 Aguas para calderas

La definición de aguas para calderas es: “aquellas aguas de cualquier procedencia que pueden utilizarse con ventaja y seguridad para alimentar calderas”.

El agua en general procede de los ríos, lagos, pozos, y aguas lluvias. Para los efectos de alimentación de generadores de vapor y fines industriales en general tienen primordial importancia los ríos y pozos. Por la misma índole de su procedencia no se puede evitar que ella arrastre y disuelva impurezas que la hacen inapta para el consumo humano y también industrial. El agua obtenida de ríos, pozos y lagos es denominada agua bruta y no debe utilizarse directamente en una caldera.

Las aguas pueden considerarse según la composición de sales minerales presentes como se indica a continuación:

1.- Aguas Duras:Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco solubles, principales responsables de a formación de depósitos e incrustaciones.

2.- Aguas Blandas: Su composición principal esta dada por sales minerales de gran solubilidad.

3.- Aguas Neutras: Componen su formación una alta concentración de sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o alcalinas, o sea que no alteran sensiblemente el valor del pH.

4.- Aguas Alcalinas: La forman las que tienen importantes cantidades de carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y sodio, las que proporcionan al agua la reacción alcalina elevando en consecuencia el valor del pH presente.

Las impurezas que suele traer consigo el agua sin tratamiento proveniente de las fuentes descritas se puede clasificar de la siguiente manera:

a).- Sólidos en suspensión:

·   Barro (arcilla)

·   Materiales orgánicos (madera y bacterias)

·   Arena (sílice)

b).- Sales disueltas:

·   Sales de calcio y magnesio

·   Cloruro de sulfato alcalinos

c).- Gases disueltos:

·   Aire (oxígeno-nitrógeno)

·   Anhídrido carbónico

Entre los problemas causados por las impurezas que suele traer consigo el agua sin tratamiento podemos reseñar los siguientes:

1.- Embancamiento: El barro y la sílice ayudados por algunas sales disueltas producen embancamientos sumamente rápidos, es decir, se depositan en el fondo de la caldera, dificultando o impidiendo la libre circulación y salida del agua.

Estas impurezas deben ser retiradas casi en su totalidad antes del ingreso a la caldera, sometiéndose a un proceso de filtración.

2.- Incrustaciones: Son depósitos en forma de costras duras producidos por las sales de calcio y magnesio que se adhieren en las superficies metálicas de la caldera. Los depósitos también pueden originarse en la precipitación de sólidos en suspensión, recibiendo el nombre de lodos adheridos.

Por su carácter de aislante, afectan la transferencia de calor al agua reduciendo la capacidad de la caldera, provocan recalentamiento de los tubos con el consiguiente peligro de deformaciones o roturas y restringen el paso del agua (calderas acuotubulares).

3.- Corrosiones: Es el deterioro progresivo de las superficies metálicas en contacto con el agua, debido a la acción de oxígeno, anhídrido carbónico y algunas sales como el cloruro de sodio. También pueden ser causadas por compuestos químicos derivados de tratamientos de agua mal aplicados (desincrustantes).

4.- Arrastre:Ocurre cuando el vapor que sale de la caldera lleva partículas de agua en suspensión. El arrastre se puede dividir en dos partes:

·   Elementos transportados mecánicamente por el vapor y agua.

·   Elementos que se volatilizan en el vapor.

Los sólidos disueltos en esas partículas se depositan en los elementos y equipos donde circulan y se utilizan el vapor, provocando problemas de funcionamiento de los sistemas de vapor. Este fenómeno está muy asociado a la formación de espuma en la superficie del agua. Entre sus causas se tiene la presencia excesiva de sólidos totales disueltos, alta alcalinidad, materiales oleosos, sustancias orgánicas y detergentes.

5.- Fragilidad Cáustica: Es el agrietamiento (pequeñas fisuras) del metal de los tubos y elementos sometidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el agua contiene hidróxido de sodio en exceso.

Como el agua es un compuesto que contiene impurezas, para poder ocupar esta agua natural en la caldera debe someterse a diferentes procesos y de esta manera conseguir cumplir, como mínimo, con las siguientes condiciones: a).- Debe ser clara, con la turbidez menor a 10 ppm. Cuando esta turbidez es superior, debe ser sometida a filtración;  b).- Debe estar totalmente exenta de dureza no carbónica; c).- La dureza total no debe exceder de 35 ppm.; d).- Debe estar prácticamente exenta de aceites; e).- Debe estar prácticamente exenta de oxígeno; y f).- Debe contener un bajo contenido de sílice.

La calidad del agua de alimentación, y del agua del interior de las calderas, está reguladas desde el punto de vista de seguridad de utilización del sistema, y el método de tratamiento adecuado vendrá determinado por dichas normas de seguridad, las especificaciones del fabricante y un estudio económico de los costos de inversión y operación.

Tipos de instalaciones de refrigeración

Los diseños y los equipos de los sistemas de enfriamiento por agua varían ampliamente dependiendo de la aplicación. Se incluyen intercambiadores de calor, tuberías de transferencia, bombas, componentes para torres de enfriamiento y válvulas. Con mucho, la mayor variedad en los diseños implica a los intercambiadores de calor.

En una primera división, los sistemas de enfriamiento por agua son abiertos o cerrados, y el flujo del agua es tanto de un solo paso como circulante. Los tres tipos básicos de sistemas de enfriamiento por agua son de un paso, abiertos recirculantes (evaporativos), y cerrados recirculantes (no evaporativos):

1.- Sin recirculación (o de un paso): agua tomada de una fuente térmica enorme (de temperatura estable; ríos, lagos, etc.), la que es descargada – luego de ser usada – hacia la fuente de origen. En general,  no se le realiza tratamiento (gran costo y problemas de contaminación). Lo único que se hace es bajar la temperatura (no más de 10 ºF), lo que se logra usando grandes caudales.

Las primeras instalaciones de refrigeración eran sistemas abiertos. Estos sistemas se siguen utilizando en pequeñas instalaciones, o en grandes sistemas donde el agua es abundante y no llegan a alcanzarse aumentos importantes de la temperatura del agua, como suele ser el caso de los condensadores de grandes centrales térmicas situados al lado del mar o grandes ríos.

2.- Con recirculación en circuito abierto: se recircula el agua de enfriamiento, extrayéndose el calor absorbido por contacto directo con el aire atmosférico (transferencia de calor) y por evaporación (transferencia de masa), generalmente en torres de refrigeración.

El sistema semiabierto típico es la torre de refrigeración, aunque existen otras alternativas para conseguir la vaporización de una parte del agua. El elevado calor latente del agua permite que por cada gramo de agua evaporada se puedan enfriar muchos gramos de agua líquida, en varios grados centígrados.

Las torres de refrigeración pueden ser de tiro natural o de circulación artificial (tiro forzado o inducido).

Las torres de tiro natural, en general, tienen alturas considerables y una forma hiperbólica que les da óptimo tiro natural del aire y una buena estabilidad estructural.

Las torres de circulación artificial o mecánica hacen circular el aire, que se llevará el agua evaporada mediante un tiro forzado o inducido. La selección de un tipo u otro de tiro depende de las condiciones particulares de la instalación. En el tiro forzado los ventiladores se encuentran en la base del equipo y fuerzan el aire contra las gotas de agua en descenso. Como el aire que impulsan es seco, los ventiladores no sufren de corrosiones o depósitos de sólidos.

En el tiro inducido los ventiladores se sitúan en la parte superior de la torre e inducen una circulación del aire, más cruzada o más en contracorriente según el diseño. En contracorriente se consiguen eficacias máximas porque el agua más fría está en contacto con la entrada de aire. En flujo cruzado el aire encuentra las resistencias menores y se reducen los consumos de potencia. En todos los casos se emplean unos separadores de gota que reducen las pérdidas de agua por arrastre.

3.- Con recirculación en circuito cerrado: el sistema completamente cerrado no es más que un circuito intermedio, donde se aprovechan las particulares características del agua para absorber calor en un paso intermedio, y en los que finalmente la liberación de calor al medio receptor se hace a través de una segunda superficie de intercambio.

Normalmente, el agua no entra en contacto directo con el material a enfriar sino que el intercambio de calor se realiza a través de una pared, en general metálica, buena conductora del calor. Esta pared es la superficie de intercambio de calor, que lo mismo que el agua y el fluido a enfriar están encerrados en un recipiente llamado intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor tienen dos diseños comunes: de casco o envolvente y tubos, y de placas de armazón. Los intercambiadores de calor de casco y tubos son muy comunes.

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