Aguas Duras
Aguas
Blandas
Aguas Neutras
Aguas
Alcalinas
Problemas derivados de la utilización del
agua en calderas
Corrosión
Incrustación
Ensuciamiento por
contaminación
El agua se
encuentra en la naturaleza y va
acompañada de diversas sales y gases en
disolución.
Según los elementos que la acompañan,
podríamos considerar las mismas en dos grandes grupos:
"Elementos Disueltos" y "Elementos en
Suspensión", esto lo constituyen los minerales
finamente divididos, como las arcillas y los restos de organismos
vegetales o animales; y la
cantidad de sustancias suspendidas, que son mayor en aguas
turbulentas que en aguas quietas y de poco movimiento.
Es importante destacar que es necesario añadir a
las descriptas, los residuos que las industrias lanzan
a los cursos fluviales
procedentes de distintos procesos de
producción.
Constituyen los elementos disueltos en el agua, las
sustancias orgánicas, las sales minerales, los
gases
disueltos, las sales minerales y la sílice, aunque
ésta también suele aparecer como elemento en
suspensión en forma de finísimas partículas
o coloides.
Las aguas pueden considerarse según la
composición de sales minerales presentes en:
Aguas Duras
Importante presencia de compuestos de calcio y magnesio, poco
solubles, principales responsables de la formación de
depósitos e incrustaciones.
Aguas
Blandas
Su composición principal está dada
por sales minerales de gran solubilidad.
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 de
pH.
Aguas
Alcalinas
Las forman las que tienen importantes
cantidades de carbonatos y bicarbonatos de calcio, magnesio y
sodio, las que proporcionan al agua reacción alcalina
elevando en consecuencia el valor del
pH
presente.
Los gases disueltos en el agua,
provienen de la atmósfera, de
desprendimientos gaseosos de determinados subsuelos, y en algunas
aguas superficiales de la respiración de organismos animales y
vegetales. los gases disueltos que suelen encontrarse son
él oxigeno,
nitrógeno, anhídrido carbónico presente
procede de la atmósfera arrastrado
y lavado por la lluvia, de la respiración de los organismos vivientes, de
la descomposición anaeróbica de los hidratos de
carbono y de
la disolución de los carbonatos del suelo por
acción de los ácidos, también puede aparecer
como descomposición de los bicarbonatos cuando se modifica
el equilibrio del
agua que las contenga
El gas
carbónico se disuelve en el agua, en parte en forma de
gas y en parte
reaccionando con el agua para dar ácido carbónico
de naturaleza
débil que se disocia como ión bicarbonato e
ión hidrógeno, el que confiere al agua
carácter ácido.
Problemas
derivados de la utilización del agua en
calderas
Los problemas mas
frecuentes presentados en calderas
pueden dividirse en dos grandes grupos:
Problemas de
corrosión
Problemas de incrustación
Aunque menos frecuente, suelen presentarse
ocasionalmente:
Problemas de ensuciamiento y/o contaminación.
A continuación describimos brevemente las
principales características de los items arriba
mencionados.
Para que esta aparezca, es necesario que exista
presencia de agua en forma líquida, el vapor seco con
presencia de oxígeno, no es corrosivo, pero los
condensados formados en un sistema de esta
naturaleza son muy corrosivos.
En las líneas de vapor y condensado, se produce
el ataque corrosivo más intenso en las zonas donde se
acumula agua condensada. La corrosión que produce el oxígeno,
suele ser severa, debido a la entrada de aire al sistema, a bajo
valor de pH, el bióxido de carbono abarca
por si mismo los metales del sistema y
acelera la velocidad de
la corrosión del oxígeno disuelto
cuando se encuentra presente en el oxígeno.
El oxígeno disuelto ataca las tuberías de
acero al carbono
formando montículos o tubérculos, bajo los cuales
se encuentra una cavidad o celda de corrosión activa: esto
suele tener una coloración negra, formada por un
óxido ferroso- férrico hidratado.
Una forma de corrosión que suele presentarse con
cierta frecuencia en calderas,
corresponde a una reacción de este tipo:
3 Fe + 4 H2O ———->
Fe3O4 + 4 H2
Esta reacción se debe a la acción del
metal sobre calentado con el vapor.
Otra forma frecuente de corrosión, suele ser por
una reacción electroquímica, en la que una
corriente circula debido a una diferencia de potencial existente
en la superficie metálica.
Los metales se disuelven en el
área de mas bajo potencial, para dar iones y liberar
electrones de acuerdo a la siguiente ecuación:
En el ánodo Feº – 2
e- —————> Fe++
En el cátodo O2 + 2 H2O
+ 4 e- ———-> 4 HO-
Los iones HO- (oxidrilos) formados en el cátodo
migran hacia el ánodo donde completan la reacción
con la formación de hidróxido ferroso que precipita
de la siguiente forma:
Fe ++ + 2 OH-
———-> (HO)2 Fe
Si la concentración de hidróxido ferroso
es elevada, precipitará como flóculos
blancos.
El hidróxido ferroso reacciona con el
oxígeno adicional contenido en el agua según las
siguientes reacciones:
4 (HO)2 Fe + O2
———- 2 H2O + 4 (HO)2 Fe
2 (HO)2 Fe + HO-
———-> (HO)3 Fe + e
(HO)3 Fe ———-> HOOFe
+ H2O
2 (HO)3 Fe ———->
O3Fe2 . 3 H2O
La formación de incrustaciones en el interior de
las calderas suelen verse con mayor frecuencia que lo estimado
conveniente.
El origen de las mismas está dado por las sales
presentes en las aguas de aporte a los generadores de vapor, las
incrustaciones formadas son inconvenientes debido a que poseen
una conductividad térmica muy baja y se forman con mucha
rapidez en los puntos de mayor transferencia de temperatura.
Por esto, las calderas incrustadas requieren un mayor
gradiente térmico entre el agua y la pared metálica
que las calderas con las paredes limpias.
Otro tema importante que debe ser considerado, es la
falla de los tubos ocasionadas por sobrecalentamientos debido a
la presencia de depósitos, lo que dada su naturaleza,
aíslan el metal del agua que los rodea pudiendo así
sobrevenir desgarros o roturas en los tubos de la unidad con los
perjuicios que ello ocasiona.
Las sustancias formadoras de incrustaciones son
principalmente el carbonato de calcio, hidróxido de
magnesio, sulfato de calcio y sílice, esto se debe a la
baja solubilidad que presentan estas sales y algunas de ellas
como es el caso del sulfato de calcio, decrece con el aumento de
la temperatura.
Estas incrustaciones forman depósitos duros muy
adherentes, difíciles de remover, algunas de las causas
más frecuentes de este fenómeno son las
siguientes:
Excesiva concentración de sales en el
interior de la unidad.
El vapor o condensado tienen algún tipo
de contaminación.
Transporte
de productos de
corrosión a zonas favorables para su
precipitación.
Aplicación inapropiada de productos
químicos.
Las reacciones químicas principales que se
producen en el agua de calderas con las sales presentes por el
agua de aporte son las siguientes:
Ca ++ + 2 HCO3 –
————> CO3 Ca + CO2 +
H2O
Ca ++ +
SO4= ————> SO4Ca
Ca++ + SiO3= ——–>
SiO3Ca
Mg++ + 2 CO3 H-
————-> CO3 Mg + CO2 +
H2O
CO3 Mg + 2 H2O
———> (HO)2 Mg + CO2Mg++
+ SiO3 —–> SiO3 Mg
Ensuciamiento por
contaminación
Se consideran en este rubro como contaminantes,
distintas grasas, aceites y algunos hidrocarburos,
ya que este tipo de contaminación son las más
frecuentes vistas en la industria.
Dependiendo de la cantidad y característica de los contaminantes
existentes en el agua de aporte a caldera, la misma
generará en su interior depósitos, formación
de espuma con su consecuente arrastre de agua concentrada de
caldera a la línea de vapor y condensado, siendo la misma
causante de la formación de incrustaciones y
depósitos en la sección post-caldera.
La formación de espuma, suele ocurrir por dos
mecanismos, uno de ellos es el aumento del tenor de
sólidos disueltos en el interior de la unidad, los que
sobrepasan los límites aceptados de trabajo, la presencia
de algunos tipos de grasas y/o aceites (como ácidos
orgánicos) producen una saponificación de las
mismas dada la alcalinidad, temperatura y presión
existentes en el interior de la caldera.
La contaminación por hidrocarburos
agrega a lo visto la formación de un film aislante
dificultando la transferencia térmica entre los tubos y el
agua del interior de la unidad, agravándose esto con las
características adherentes de este film que facilita y
promueve la formación de incrustaciones y la
formación de corrosión bajo depósito,
proceso que
generalmente sigue al de formación de depósitos
sobre las partes metálicas de una caldera.
Luego de un tiempo, las
características físicas del film formado cambian
debido a la acción de la temperatura que reciben a
través de las paredes metálicas del sistema, lo que
hace que el mismo sufra un endurecimiento y
"coquificación", siendo este difícil de remover por
procedimientos
químicos simples.
Por todas estas consideraciones, se ve como método
más económico y lógico de mantenimiento
de calderas, efectuar sobre el agua de aporte a las mismas los
procedimientos
preventivos que la misma requiera, evitando así costos de
mantenimiento
innecesarios y paradas imprevistas en plena etapa de producción con los costos de lucro
cesantes que agravan la misma,
Sin pretender que el presente trabajo sea una
enumeración exhaustiva y completa de todos los posibles
inconvenientes que puedan ocasionar el agua de alimentación a
caldera, consideramos que el mismo facilita el entendimiento de
las principales causas de los más importantes
inconvenientes que puedan ocurrir en las salas de calderas en la
industria.
Autor:
Miguel Angel