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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 3:

 Tratamientos de agua para generadores de vapor

La calidad del agua de alimentación a la caldera repercute directamente sobre el buen funcionamiento de la misma, así como sobre la vida de muchas de las partes y piezas que forman el equipo del generador de vapor.

Para poder entender la importancia de la calidad del agua de alimentación de calderas, debemos conocer las características del agua, y las necesidades específicas que debe tener para ser usada en una caldera.

Es muy raro que el agua disponible en una industria se obtenga de una captación propia o de una distribución municipal y que tenga la calidad suficiente para ser aplicada directamente en la generación de vapor. El tratamiento de aguas para calderas es una compleja rama de la química del agua. Se debe 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.

 Generador de vapor

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, las calderas son muy utilizadas en la industria para generarlo en aplicaciones como:

• Esterilización, es común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generan vapor para esterilizar los instrumentos médicos, también en los comedores con capacidad industrial se genera vapor para esterilizar los cubiertos así como para la elaboración de alimentos en marmitas.

• Calentar otros fluidos, por ejemplo, en la industria petrolera es muy utilizado el vapor para calentar a los petróleos pesados y de esta forma mejorar su fluidez.

• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. Las calderas son parte fundamental de las centrales termoeléctricas.

Una caldera es un intercambiador de calor en el que la energía se aporta generalmente por un proceso de combustión, o también por el calor contenido en un gas que circula a través de ella. En ambos casos, el calor aportado se transmite a un fluido, que se vaporiza o no, y se transporta a un consumidor, en el que se cede esa energía.

Según la ITC-MIE-AP01, caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado. Aunque, debido al cambio de estado que se produce en el fluido en las calderas que generan vapor, nosotros utilizaremos indistintamente un término u otro en lo concerniente a este apartado.

El vapor saturado es aquél al que no se le ha calentado por encima de la temperatura de saturación. Se le denominará seco si ha sido totalmente evaporado, o húmedo con un % de humedad si no lo ha sido. El vapor sobrecalentado será aquél que, por el contrario, sí ha sido calentado después de su completa evaporación, modificando su temperatura para la misma presión. Al estar sobrecalentado puede entregar o perder parte de su energía sin condensar, con los beneficios que esto conlleva para su transporte o uso en turbinas.

Aunque se pueden hacer muchas clasificaciones de calderas de acuerdo con diferentes criterios, se puede decir que hay dos tipos generales de calderas: las pirotubulares (tubos de humo) y las acuotubulares (tubos de agua) y dentro de éstas últimas se diferenciará entre calderas con calderín agua-vapor y calderas de paso único. Adicionalmente, las calderas se pueden clasificar en alta y baja presión, de vapor saturado o sobrecalentado.

1.- Pirotubulares, o de tubos de humos: Se caracterizan porque la llama de la combustión se forma dentro de cada hogar cilíndrico de la caldera, pasando los humos generados por el interior de los tubos de los pasos siguientes (normalmente dos), para ser conducidos a la chimenea de evacuación. De ello, su otro nombre de calderas de tubos de humo.

En estas calderas, tanto los hogares, como los tubos de humo, están en el interior de la virola, y completamente rodeados de agua. De ello, su otro nombre, poco usual, de calderas de hogar interior.

Para generar vapor, se regula el nivel medio del agua en su interior, de forma que varíe dentro de una banda prevista, sirviendo su cámara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

Para generar agua sobrecalentada, la caldera está completamente inundada, siendo iguales los conductos de entrada y salida de agua.

2.- Acuotubulares, o de tubos de agua: Se caracterizan porque la llama de los quemadores se forma dentro de un recinto formado por paredes tubulares en todo su entorno, que configuran la llamada cámara de combustión, pasando los humos generados por el interior de los pasos siguientes, cuyos sucesivos recintos están también formados por paredes tubulares en su mayoría.

La cualidad que diferencia a estas calderas es, que todos los tubos que integran su cuerpo, están llenos de agua o, al menos, llenos de mezcla agua-vapor en los tubos hervidores, en los que se transforma parte de agua en vapor cuando generan vapor como fluido final de consumo. Estas calderas pueden generar indistintamente, vapor o agua sobrecalentada.

Cuando se destinan a la generación de vapor disponen de un calderín superior y, normalmente, de otro inferior. El calderín superior trabaja como separador del vapor generado y el inferior, cuando existe, como distribuidor del agua a través de los tubos hervidores. También disponen de un paquete tubular de precalentamiento del agua de alimentación, llamado genéricamente economizador, que se puede instalar fuera del cuerpo de caldera en calderas de mediana potencia, o dentro de éste en calderas de gran potencia. En estas calderas el flujo por los tubos hervidores se realiza mediante circulación natural.

En las calderas de mediana potencia es opcional la previsión de un sobrecalentador del vapor generado; en las calderas de gran potencia, siempre se prevé este sobrecalentador.

Cuando las calderas se destinan a la generación de agua sobrecalentada no disponen de calderines, o la distribución de agua a los tubos de las paredes se realiza por medio de colectores.

En las calderas acuotubulares la circulación del agua por su interior es forzada por medio de las bombas de circulación.

En las calderas de generación de vapor se regula el nivel medio de agua en el calderín superior, de forma que varíe dentro de una banda prevista, sirviendo la cámara superior de separador del vapor generado, desde donde sale al consumo por la tubuladura de salida.

3.- Se entenderá por calderas de alta presión aquellas que operan a una presión superior a 1 bar. Una ventaja de usar calderas de alta presión es la reducción del tamaño de la caldera y de las tuberías de vapor para la misma capacidad de transporte de calor, debido al aumento de la densidad del vapor con la presión. Esto puede ser particularmente importante si los consumidores del vapor están a alguna distancia de la caldera. Además la energía disponible en el vapor aumenta con la presión, algo esencial cuando el vapor se usa en una turbina.

4.- Otra clasificación habitual de las calderas sería por el tipo de tiro. El aire necesario para la combustión se aporta normalmente a las calderas mediante ventiladores. Según estos ventiladores actúen sobre el suministro de aire, diremos que las calderas son de tiro forzado, inducido o equilibrado. Las primeras son aquellas en las que el ventilador, situado en la entrada, introduce el aire en la caldera, y por tanto son de hogar presurizado. Las segundas son las que teniendo el ventilador en la salida aspiran los gases de la combustión y los envían a la chimenea, siendo por tanto de hogar en depresión. Cuando coexisten ambos ventiladores la caldera se denomina de tiro equilibrado, haciéndose que el hogar trabaje un poco en depresión para evitar escapes de gases.

En general, en una caldera o generador de vapor se fijan tres objetivos principales:

-          Conseguir un vapor puro.

-          La mayor eficacia energética posible.

-          Una operación fiable y segura.

La característica principal del tratamiento del agua, es que al cumplir con esto la caldera logra los objetivos esperados en el ámbito de producción, y además no pierde su vida útil tan pronto.

Capítulo siguiente - Aguas para calderas

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