PROCESOS ENERGÉTICOS

TUBO

DE

FUEGO

CIRCULACIÓN DE AGUA EN UNA CALDERA DE

TUBOS DE HUMO.

Tubería de salida del vapor

vapor

Nivel del

agua

Tubos de

humo

Tubería de entrada de

agua de alimentación

Lodos Purga

1- Caldera pirotubular horizontal con carcasa provista de

aislamiento térmico

2- Consola de control

3- Conducto de salida de gases de combustión

4- Quemador compacto

5- Línea de salida de vapor

6- Bomba de alimentación de combustible

7- Válvulas de seguridad

8- Presostatos y manómetros

CALDERAS

El agua químicamente pura no

existe en la naturaleza y

contienen por su procedencia

(lluvia, lagos, mares, pozos y

galerías, etc...), gran variedad de

sustancias y en diversas

proporciones:• Gases disueltos: O2, CO2, N2

• Sales minerales disueltas CO3 HCO3 , SO4 , Cl , F (aniones)

Ca++, Mg ++, Na +, Fe++, (cationes)

• Sustancias orgánicas disueltas: proteínas

vertidos industriales, detergentes,....

• Partículas en suspensión (causantes de la

turbidez), arena, etc....

• Organismos vivos: bacterias, algas, hongos.....

Algunas de las impurezas que afectan

más negativamente al agua (líquida o

vapor) en su uso energético (agua de

calderas), se describen a continuación así

como sus efectos:

• Iones de calcio y magnesio (dureza)

incrustaciones.

• gases disueltos, oxígeno y dióxido de

carbono corrosión.

• ácidos corrosión.

d) álcalis, suelen provenir de aditivos

usados en el tratamiento del agua

corrosión por fragilidad caústica

e) sólidos disueltos (no de Ca y Mg),

arrastre y espuma.

MUESTRA DE AGUA EN LA CALDERA LÍMITES FRECUENCIA AJUSTE

FOSFATO* 15-25 ppm 2 veces día ADJUNCT-B**

PH 9.8-10.2 2 veces día GC**

CLORUROS 16 ppm max. diariamente Extracción

CONDUCTIVIDAD 120 mmh max 2 veces día Extracción

HIDRAZINA* 0.003-0.10 ppm 2 veces día AMERZINÉ**

SILICE 6 ppm max semanalmente Extracción

ALCALINIDAD P. Ref. I Diariamente

PH del CONDENSADO 8.6-9.0 ppm 2 veces día SLCC-A**

AMONIACO* CONDENSADO 0.5 ppm max Semanalmente

AGUA DE ALIMENTACIÓN

CONDUCTIVIDAD Ref. I Diariamente

DUREZA 0.0 Semanalmente

ALCALINIDAD P. Ref. I Semanalmente

ALCALINIDAD T. Ref. I Semanalmente

TABLA DE CONTROL Y DOSIFICACIÓN

Fuente Drew Ameroid.

*FOSTATO, HIDRACINA Y AMONÍACO no son

componentes naturales en el agua, sino reactivos que se añaden

para combatir la corrosión y la incrustación. Sin embargo la

cantidad debe ser cuidadosamente dosificada pues un exceso

provocaría problemas.

** Son los nombres de productos comerciales para

conseguir los niveles adecuados de composición del agua.

EJEMPLO DE ANÁLISIS DE UNA CALDERA

MARINA

A bordo se deben realizar algunos de estos

análisis, con distinta frecuencia dependiendo del

tipo de caldera, y especificaciones del fabricante

como por ejemplo los que se dan a continuación,

para una caldera marina.

Para conseguir la óptima calidad del agua existen

diversos tipos de tratamientos:

TRATAMIENTOS EXTERNOS

TRATAMIENTOS INTERNOS

PURGAS

TRATAMIENTO EXTERNO: realizados al agua antes

de entrar a la caldera. Incluye desaireación, filtración,

cloración, clarificación, ablandamiento por precipitación,

intercambio iónico, ósmosis inversa, desgasificación....

TRATAMIENTO INTERNO: del agua de alimentación,

de caldera, del vapor, y del condensado. del agua de

alimentación. Incluye: coagulación, adición de fosfato,

quelatos etc...

PURGA: para evacuar una porción del agua de

calderas.

Es necesario purgar regularmente para eliminar el

exceso de sales, y mantener una concentración adecuada

en el interior, para evitar incrustaciones, arrastres, y

espumas. Para saber cuando es necesario efectuar alguna

purga se deben realizar análisis al agua, por ejemplo

midiendo la conductividad del agua.

Caldera es un recipiente en el que se vaporiza

agua continuamente por la aplicación de calor.

El objetivo principal es proporcionar la mayor

eficiencia posible de absorción de calor.

Son de dos tipos generales: de tubos de humo y

de tubos de agua.

Tubos de humo Se usan cuando se requieren

presiones de vapor bajas (10 bars)

La llama y los gases calientes están dentro de

los tubos ordenados como un haz dentro de un

tambor de agua.

Según el agua líquida se va calentando sale

agua vapor a través de un cabezal.

Tubos de agua la llama y los gases calientes

fluyen por la parte exterior de los tubos y el agua

circula dentro de ellos.

La combustión ocurre en un horno y algunos de

los tubos forman por lo común las paredes del

horno.

Purgar es la operación de evacuar, extraer,

expeler o eliminar residuos líquidos, gases, o

lodos, (como agua, vapor, fango) de tuberías,

recipientes, calderas etc, que se acumulan en

algunas operaciones industriales.

Aumento del rendimientoAhorro de combustible

Disminución de contaminación ambiental

Analizador de gases combustiónAnálisis de tubos

Control de la combustión

Minimizar la corrosiónMinimizar la incrustaciónAhorro de combustible

Determinar la frecuencia de purgas

Analizador de pHAnalizador de conductividad

Analizador de oxígeno disueltoAnalizadores específicos

Control del agua de alimentación de caldera

Principales problemas en calderas:

• Incrustaciones

• Corrosión

• Arrastres y espumas (nos llevan los

problemas anteriores a otros lugares de la

instalación).

el equipo de pretratamiento del agua de

alimentación de la caldera que consta de

resinas de desmineralización ácida y de sosa.

BOMBAS DE DOSIFICACIÓN DE ADITIVOS

PARA EL AGUA DE CALDERA.

DESCALCIFICADOR A BASE DE RESINAS

CATIONICAS Y SAL PARA REGENERARLO

TOMA DE MUESTRA

TOMA DE MUESTRA

ANÁLISIS DE MUESTRA DE AGUA

Calderas acuotubulares. Normativa UNE 9.075

REQUISITOS GENERALES PRESION

≤20

kg/cm2

PRESION

≤40

kg/cm2

PRESION

≤64

kg/cm2

PRESION

≤80

kg/cm2

PRESION

≤125

kg/cm2

Ap

lica

do

a a

gu

as

del

in

teri

or Salinidad total

mg/l p.p.m.

≤3000 ≤2000 ≤1500 ≤750 ≤150

Fosfato PO4

mg/l p.p.m.

≤25 ≤10 ≤10 ≤3 ≤3

Sílice (SiO2)

mg/l p.p.m.

≤140 ≤50 ≤10 ≤4 ≤1,5

PH a 20 °C 9,5 - 11 9,5 - 11 9,5 - 11 9,5 - 11 9,5 - 11

Ap

lica

do

a a

gu

a d

e a

lim

enta

cio

n

Hierro total

mg/l p.p.m.

≤0,05 ≤0,05 ≤0,05 ≤0,03

Dureza °f ≤0,1 ≤0,05 ≤0,05 ≤0,02

PH a 20 °C 8 - 9,5 8 - 9,5 8 - 9,5 8 - 9,5

Oxigeno

Disuelto

mg/l p.p.m.

≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02

Sust.orgánicas

mg/l p.p.m.

≤10 ≤5 ≤5 ≤5

Aceite

mg/l p.p.m.

≤1 ≤0,5 ≤0,5 ≤0,5

Es de destacar que las exigencias al agua serán mayores cuanto

mayor sea la presión y la temperatura de la caldera.

Tipos de corrosión según el efecto.

La mayor parte del equipo de las

plantas marinas generadoras de vapor

está formada por aleaciones metálicas:

Fe, C, Cr, Mo, Cu, Zn, Ni …

Todos los metales se disolverán

lentamente a no ser que el agua se trate

adecuadamente. Esto se denomina

corrosión y puede presentarse de

diversas formas:

a) Adelgazamiento

b) Picaduras

c) Agrietamiento

d) Exfoliación ó desaleación

e) Fragilidad

Agentes de las reacciones

específicas de corrosión

1- Oxígeno (O2)

2- Dióxido de carbono (CO2)

3- Ácido

4- Cáustica

5- Hidrógeno (H2)

6- Amoníaco (NH3)

7- Efectos mecánicos

1- Corrosión por Oxígeno

Es uno de los contaminantes más indeseables

que penetran en un sistema de agua de

calderas, de alimentación y de condensado. (Ver

cantidades permitidas)

Se combate con desaireadores en caliente, ó

reactivos como hidrazina , o sulfitos.

2- Corrosión por dióxido de carbono.

Se forma en el interior del evaporador. El calor

descompone carbonatos y bicarbonatos de la

salmuera dando dióxido de carbono gas que sale

del evaporador junto al vapor. Causa corrosión

en tuberías de retorno y condensado.

NaHCO3 + calor NaOH + CO2

Na2CO3 + H2 O + calor 2NaOH + CO2

CO2 + H2O H2CO3 2H+ + CO3

3- Corrosión por ácido.

Se da cuando existe una fuga del condensador

, ó el agua de calderas se contamina con el

arrastre y se introducen sales como Cl2Mg.

(Ver práctica de pH)

MgCl2 + 2H2 O + calor Mg(OH)2 + HCl

Fe + HCl FeCl2 + H2

A veces el ácido producido lo hace en lugares

concretos por ejemplo debajo de una

incrustación, grietas, con el consiguiente

perjuicio.

4- Corrosión cáustica.

Aunque es deseable tener ciertas

concentraciones de OH , un exceso de estos

puede ser perjudicial por atacar al Fe. Se da

en zonas muy localizadas ej. bajo las

incrustaciones,

Fe + 2NaOH Na2FeO2 + H2

5- Daños producidos por el hidrógeno.

El hidrógeno producido en la reacción global

es capaz de penetrar en el metal y convertirlo

en frágil. No se detecta hasta que se produce

el fallo.

6- Daños producidos por el amoníaco.

El amoníaco (NH3) proviene de los aditivos

usados para mantener el pH optimo, ó para

reaccionar con el oxígeno.

El exceso de hidracina que sale junto con el

vapor se descompone con el calor y provoca

desgaste general así como picaduras y grietas.

N2H4 + calor 4NH3 + N2

NH3 + H2O NH4+ + OH-

7- Daños por erosión.

El proceso de erosión (desgaste) de la superficie

metálica es debido a la velocidad ó turbulencia

del fluido. Este fenómeno puede reducirse con

un diseño idóneo de la caldera y provocando las

condiciones para que se dé la formación de

capas de óxidos protectores.

También existe una corrosión erosiva debido al

arrastre de partículas de líquido ó sólido junto

con el vapor. Este fenómeno se favorece

cuando la salinidad es elevada. Por ello se debe

controlar la salinidad, y la manera más fácil es

por medidas de conductividad. En caso de

conductividad alta se realiza una purga que

rebaja la salinidad