BLOQUE v - Agua Alimentacion y Recuperacion Condensados
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CALDERAS Y SISTEMAS DE VAPOR -BLOQUE V: Agua Alimentación y Recuperación Condensados
Prof. Aurelio Stammitti S. 1
CALDERAS Y SISTEMAS DE VAPORCALDERAS Y SISTEMAS DE VAPOR
BLOQUE V:Agua de Alimentación y
Recuperación de Condensados
Prof. Aurelio Stammitti S.
Marzo 2013
AGENDA• Agua para Calderas
– Características Generales
– Consecuencias de un Tratamiento Deficiente
• Vapor Limpio (Industria Farmacéutica y Alimentos)
• Introducción a los Tratamientos de Aguas para Calderas– Definiciones Básicas y Condiciones de Agua de Alimentación
– Clarificación y Filtrado
– Ablandamiento (Intercambio Iónico)
– Control de pH, Dureza y Turbidez
– Desaereación (Desgasificación)
– Purgas de Fondo y Líneas de Vapor
– Tratamientos Químicos
– Monitoreo de Calidad de Aguas (Documentación y Formatos)
• Sistema de Recuperación de Condensados– Trampas de Vapor y Separadores Flash y Manifolds
– Tanque de Condensados y Bomba de Recirculación
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Agua para Calderas
• Alimentación:– Reposición + Condensados
• Agua de Reposición– No hay Dos Aguas Iguales
– Las condiciones del Agua puedenvariar en el Año
– La Selección del Tratamiento del Agua depende de su calidad
– Fuentes de Agua:• Red de Agua de la Ciudad
• Ríos o Lagos
• Pozos
Reposición
AlimentaciónCondensados
Impurezas del Agua
• Sólidos y Sales Disueltas
• Gases Disueltos
• Sólidos Suspendidos
• Aceites, Compuestos Orgánicos y Otros Contaminantes Disueltos
• Si NO se Controlan, Causarán una Serie de Problemas en TODO el Sistema de Vapor
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Consecuencias de un Tratamiento Pobre
• Corrosión
• Incrustaciones
• Depósitos
• Espuma
• Arrastre de Contaminantes y Líquido en el Vapor
• Fragilidad de Materiales
Consecuencias de un Tratamiento Pobre
• Todo eso a su vez Trae como Efectos:• Aumento de Consumo de Combustible
y Reducción en Eficiencia
• Baja Calidad del Vapor
• Sobrecalentamientos
• Reducción de Espesores de Tuberías
• Taponamiento de Tuberías y Válvulas
• Ruptura de Tubos y Uniones
• EXPLOSIONES
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Consecuencias de un Tratamiento Pobre
• Corrosión: – Destrucción IRREVERSIBLE
del Material por Acción Química y/o Física
– Múltiples Factores: O2, H2, pH Ácido o muy Alcalino
– Tipos: Generalizada o Localizada (Pitting)
– Altas velocidades de Flujo la Aceleran.
• Consecuencias:– Pérdida de Espesor de Tubería
– Rupturas de Tubos, Uniones y Placas Base
–EXPLOSIONES
Consecuencias de un Tratamiento Pobre
• Incrustaciones: – Deposición Selectiva de Sales
Sobre la Superficie del Metal
– Son de MUY BAJA Conductividad Térmica
– Solo se pueden Remover con Tratamientos de Limpieza Química.
• Consecuencias:– Aumento del Consumo de Combustible
– Sobrecalentamientos
– Taponamiento y Ruptura de Tuberías.
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Efecto de las Incrustaciones
• Reducción de la Capacidad de Transferencia de Calor
• Aumento de las Temperaturas de Superficie de los Materiales
Pared Limpia Pared con Incrustaciones
Consecuencias de un Tratamiento Pobre
• Depósitos: – Sólidos Suspendidos Arrastrados que se
acumulan en el fondo, sobre superficies y uniones
– Se Pueden Controlar por medio de las Purgas
• Hollín: – Sólidos Remanentes de la Combustión
– Se Acumulan sobre Superficies y Esquinas de Tubos, Hogar y Chimenea
• Consecuencias– Formación de Espuma y Arrastre de Condensado
– Erosión de los Tubos, Superficies y Refractarios
– Aumento de Consumo de Combustible
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Consecuencias de un Tratamiento Pobre
• Espuma:– Capa de Burbujas de Vapor
sobre la Superficie del Líquido
– Alta Concentración de Sólidos Disueltos y Suspendidos o Aceites
• Arrastre de Líquido y Contaminantes– Cambios Bruscos de Carga
(Caída en la Presión del Sistema)
– Presencia de Mucha Espuma
• Consecuencias:– Falsa Lectura de Nivel
– Baja Calidad de Vapor (Presencia de Líquido, Contaminantes Químicos y Partículas Solidas a la Red de Vapor)
Falsa Lectura de Nivel
Espuma
Líquido
Consecuencias de un Tratamiento Pobre
• Fragilidad de Materiales– Desprendimiento de capas
internas del material
– Por Presencia de Hidrógeno Formado por Corrosión
• Consecuencias:– Pérdida de las Propiedades
mecánicas
– Fracturas de los Tubos y Soldaduras
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Beneficios de un Buen Tratamiento de Aguas
• Prevenir la Corrosión e Incrustaciones
• Prevenir Depósitos y Erosión
• Proteger Contra la Fragilidad
• Prevenir el Arrastre de Contaminantes y Líquido en el Vapor
• Reducir el Consumo de Combustible
• Maximizar la Eficiencia de Operación
• Reducir las Paradas NO Programadas
• Preservar y Alargar la Vida Útil del Equipo
Vapor Limpio
• Vapor Utilizado Exclusivamente en la Industria Farmacéutica y Alimentos:– Producción de Líquidos Inyectables
– Producción de Soluciones Estériles
– Esterilización de ambientes para cultivos celulares
– Esterilización de Materiales y Equipos Quirúrgicos
– Limpieza y Esterilización de Equipos y Áreas de Trabajo (Alimentos)
– Humidificación de “Habitaciones Limpias”
– Calentamiento de Agua Pura o Destilada
– Requiere de un Tratamiento de Aguas Mucho Más Extremo
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Vapor Limpio
• Se Genera Vapor hasta 150psig y 450ºC
• Todo se Fabrica en Acero Inoxidable AISI 316L o Aleaciones de Titanio
• Pueden ser Eléctricas (hasta 50kW)
• O Usar Vapor de Calentamiento por medio de un Serpentín
• Deben cumplir todas las Regulaciones Sanitarias y de Buenas Prácticas de Manufactura, tanto en Alimentos como Farmacéutica
Propiedades Físico-Químicas
• Agua Pura: H2O– Insípida, inodora e Incolora
– Es un Solvente MUY Potente, tanto para Líquidos como Gases
– En estado puro está Libre de Cualquier compuesto mineral, inorgánico u orgánico o partículas en solución o suspensión
• Agua Cruda:– Agua NO Tratada proveniente de la Fuente
•• NUNCANUNCA Inyectar Agua Cruda Directamente en la Caldera
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Propiedades Físico-Químicas
• Propiedades Básicas para el Monitoreo de la Calidad del Agua de Alimentación:
• pH: Representa las Características Ácidas o Alcalinas del Agua (Iones H+ y OH-)– Papel Tornasol, pHmetro digital
– Corrosión Ácida o Cáustica
Ácido Básico
Neutro
Escala de pH
IDEAL
pH Log H+ = −
Propiedades Físico-Químicas
• Dureza: Concentración de Iones de Carbonato de Calcio y Magnesio disueltos en el Agua – Forman las incrustaciones
Kit de Dureza de Agua
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Propiedades Físico-Químicas
• Alcalinidad: Representa la Cantidad de carbonatos, bicarbonatos, boratos, hidróxidos, silicatos y fosfatos presentes en el Agua– Responsable de la Formación de Espuma
– Medido a través del pH ó ppm CaCO3
Propiedades Físico-Químicas
• Conductividad Eléctrica: Medida de la Cantidad Total de Sales (Iones) Disueltas– Relacionado directamente con
el pH, la Alcalinidad y la Dureza
– Se mide en µS/cm ó Mho/cm (1S=1ohm-1)
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Propiedades Físico-Químicas
• TDS (Sólidos Disueltos Totales):cantidad total de sólidos y sales disueltas en el agua – Relacionada con la Conductividad Eléctrica
– Se mide en ppm (mg/L)
Propiedades Físico-Químicas
• O2 Disuelto: – Responsable de la
Corrosión Localizada (Pitting)
– Se mide con un Oxinómetro
• Concentraciones de: Aceite, CO2, Silicatos, Fosfatos, Hierro y Cobre, etc.– Responsables de Formación
de Espuma y Depósitos
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Requerimientos para Aguas de Alimentación
• Debe Consultarse con un Especialista y Seguir las Recomendaciones del Fabricante
• Valores Referenciales hasta 10bar (150psig)
Requerimientos para Aguas de Calderas (Interior)
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Tratamientos de Agua de Calderas
• Agua Alimentación=Condensado + Reposición
• Reposición=Purgas+Pérdidas en Condensados
• Clasificación de los Tratamientos:– Internos: Adición Directa de Químicos
Dentro de la Caldera (Requiere un sistema de inyección a alta presión)
– Externos: Equipos Externos para la Remoción de los contaminantes del Agua de Reposición y de Alimentación Antes de Inyectarla al equipo
Tratamientos de Agua de Calderas
• Clarificación y Filtrado– Remoción de Sólidos Suspendidos
en la corriente de agua
– Reducción de la Turbidez
– Se puede acompañar de agentes floculantes para acelerar el proceso
– Remoción de componentes orgánicos (Carbón Activado)
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• Ablandamiento (Intercambio Iónico)– Proceso de sustitución de las sales insolubles
del Agua (Calcio y Magnesio) por sales solubles (Cloruro de Sodio)
– Se efectúa con una Resina Iónica
– La Resina retiene las sales insolubles y libera las solubles.
– Periódicamente debe Regenerarse la Resina con una Solución Salina
– NO Esperar a que se Agote la Resina, Regenerarla a Tiempo para Evitar Consumir Otros Químicos MÁS COSTOSOS
Tratamientos de Agua de Calderas
Tratamientos de Agua de Calderas
• Desmineralización: – Más Intensa que el Ablandamiento
– Remueve Casi la Totalidad de los Iones
– Utiliza HCl para su regeneración
• Osmosis Inversa: – Usa una membrana y un diferencial
de presión para forzar el agua a pasar, separando así las impurezas
• Ambos Aplican a Equipos de Alta Presión
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Tratamientos de Agua de Calderas
• Control de Sólidos Dispersos Totales (TDS)– Remover Periódicamente los
sólidos disueltos acumulados
– Purgas de Fondo:
– Purgas de Superficie
– Frecuencia de Purgas:• Discontinuas: Manualmente
– Con el quemador apagado
• Continuas: Con sistema de Control– Proveen un Mejor Control
– Se Evitan Caídas Bruscas de Presión
– Se Mejora la Eficiencia
Tratamientos de Agua de Calderas
• Purgas:– Líneas de Vapor (Condesados):
• Mantener Calidad del Vapor
• Prevenir Golpes de Ariete
– Tanques de Alimentación, Condensado y Desaereador:
• Remover sólidos, óxidos y lodos acumulados en el fondo
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Tratamientos de Agua de Calderas
• Desaereación (Desgasificación)– Remoción de los Gases Disueltos:
O2, H2, CO2, NH3, etc.
– Se calienta el agua hasta que los gases disueltos se separan.
– Se utiliza vapor Flash del condensado aquí para calentar el agua y arrastrar los gases separados a un venteo
– Justificable a partir de 3000 lb/h
– Dos Tipos• Spray
• Bandeja
Tratamientos de Agua de Calderas
• Tratamientos Químicos– Inyectados Directamente en la caldera
– Dosificados en el Tanque de Alimentación
– Fosfatos: Reducción de Dureza y control de pH
– Secuestrantes O2: Hidrazina, Carbohydrazina, Sulfito de sodio
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Sistema Completo
Otras Consideraciones
• Reducir las Descargas de Purgas al Mínimo o controlarlas con un sistema continuo, pues tienen altas concentraciones de sólidos y químicos
• Recomendable tratar todas las aguas de desperdicio antes de disponer de ellas, en especial al vaciar completa una caldera– Se puede reutilizar la misma agua para volver
a llenarla, por eso se puede almacenar en un tanque temporalmente mientras se inspecciona
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Documentación y Formatos
• Frecuencia de Monitoreo según:– El Fabricante
– El Experto (cada 8 horas aprox.)
Documentación y Formatos
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¿ Qué Tratamientos Seleccionar ?
• NO hay Fórmula Fija • Depende de las Condiciones del Agua
de Reposición y de Condensado
• Se deben Revisar y Ajustar los Tratamientos Periódicamente
• Consultar SIEMPRE a un Experto en Aguas
• Recomendación Básica:– Obligatorio: Filtración, Ablandamiento y Purgas
– Equipos Pequeños a Medianos: Control Básico: pH, Dureza y TDS
– Equipos Grandes: Control Avanzado: Añadir control de O2 y H2
• Los Tratamientos Químicos Siempre son Más Costosos que los Físicos. Por eso deben Combinarse para obtener la Máxima Ganancia / Ahorro
Recuperación de Condensados
• Objetivo: Reutilizar el Condensado de la Planta
• Beneficios:– Reducción el Consumo de Agua de Reposición
– Reducir el Consumo de Químicos de Tratamiento de Agua
– Reducción del Tratamiento de Aguas Residuales
– Aprovechar la Energía del Condensado (Agua Precalentada)
– Reducir Consumo de Combustible
– Reducción de Costos de Operación
– Reducción del Impacto Ambiental
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Recuperación de Condensados
Sistema de Recuperación de Condensados
• Sistema conformado por:– Trampas de Vapor
– Manifolds de Condensado
– Tanque de Condensado
– Separador Flash
– Bomba de Recirculación
– Desaereador
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Trampas de Vapor
• Mantienen el Vapor Dentro del equipo, Solo Permiten que Salga el Condensado
Mecánica
TermostáticaTermodinámica
Válvula de Cierre
Filtro
Válvula Check
Trampa de Vapor
Filtro
Trampas de Vapor
• Cada Equipo debe tener SU Propia Trampa
•• NUNCANUNCA Agrupar Trampas Si los equipos Operan a Diferentes Presiones
• El Equipo B funcionará Normal
• La Presión de B Bloqueará la Válvula C
• El Equipo A No Podrá descargar su Condensado
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Purga del Condensado de una Línea de Vapor
• Debe Colocarse una Purga en: – Cada 30 a 50m lineales de tubería
– Cada cambio de dirección ascendente
– Reducciones de Presión
– Fines de Línea y en los Manifolds
Inclinación de Tubería15cm cada 10m
Evitar el Golpe de Evitar el Golpe de ArieteAriete(Water Hammer)
Separadores Flash
• Equipo para Separar el Vapor del Condensado de una Corriente– Eliminar el Condesado de una Corriente de Vapor
– Producir Vapor Flash de una Corriente de Condensado al Bajarle la Presión
• Se Genera Vapor a Baja Presión
• Utilizar este vapor en una aplicación cercana
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Manifolds de Condensados
• Se utilizan par recolectar y direccionar el condensado al Tanque de Condensados
Tanque de Condensado
• Recibe Todo el Condensado de la Planta– Abierto a la Atmósfera: Recuperación de
condensados de múltiples fuentes y presiones
– Cerrado: Recuperación de una única fuente a alta presión. Se puede reinyectar directo a la caldera (Previo tratamiento con el desaerador)
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Bomba de Recirculación
• Envía el Condensado de Vuelta al Tanque de Alimentación o Deseaereador– Centrífuga: Eléctrica
– Mecánica: Utiliza Aire o Vapor a presión para el impulso
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