BLOQUE v - Agua Alimentacion y Recuperacion Condensados

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



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



Consecuencias de un Tratamiento Pobre

• Corrosión

• Incrustaciones

• Depósitos

• Espuma

• Arrastre de Contaminantes y Líquido en el Vapor

• Fragilidad de Materiales


• 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




• 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


• 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.



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


• 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




• 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


• 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



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



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




• 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+ = −


• Dureza: Concentración de Iones de Carbonato de Calcio y Magnesio disueltos en el Agua – Forman las incrustaciones

Kit de Dureza de Agua




• 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


• 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)




• 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)


• 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



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)



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


• 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)



• 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



• 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




• 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


• 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




• 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 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



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



Documentación y Formatos

• Frecuencia de Monitoreo según:– El Fabricante

– El Experto (cada 8 horas aprox.)

Documentación y Formatos



¿ 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


• 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




Sistema de Recuperación de Condensados

• Sistema conformado por:– Trampas de Vapor

– Manifolds de Condensado

– Tanque de Condensado

– Separador Flash

– Bomba de Recirculación

– Desaereador



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



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



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)



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

Visita Laboratorio Fenómenos de Transporte USB

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