DESGASIFICACIÓN POR VACÍO

DESGASIFICACIÓN POR VACÍO
DESGASIFICACIÓN POR VACÍO
Introducción
En el agua se encuentran normalmente gases disueltos, tales como el nitrógeno, oxígeno,
anhídrido carbónico y otros. La cantidad de gases presentes (disueltos) depende del origen
del agua y de otros factores tales como la temperatura, la salinidad de la misma, y del
contacto previo que el agua pueda haber tenido con los gases, habitualmente con el aire.
El agua disuelve cada uno de estos gases hasta un valor de saturación que depende de la
temperatura y de la presión parcial del gas. A una determinada temperatura, la
concentración del gas disuelto en equilibrio es proporcional a la presión parcial de ese
gas. Esta constante de proporcionalidad se conoce como constante de Henry.
El proceso de disolución de los gases depende de la superficie de contacto entre el agua y
los gases, y del tiempo de contacto. Las aguas superficiales (ríos, arroyos, lagos, mar, etc.)
normalmente están saturadas, pero las aguas de pozo, que no han estado en contacto con
el aire, muestran habitualmente concentraciones sustancialmente menores que las de
saturación.
La presencia de estos gases disueltos en el agua pueden ocasionar una serie de
problemas, de los cuales la corrosión producida por el oxígeno es el mas conocido. En los
sistemas de calderas, la elevación de la temperatura del agua disminuye la solubilidad de
los mismos haciendo que estos salgan de la solución, lo que provoca problemas de
arrastre de gotas entre otros.
El caso del anhídrido carbónico es más complejo debido a la existencia de una serie de
reacciones químicas donde juegan la alcalinidad, el pH, la temperatura, etc. Este gas se
libera al calentarse el agua en el interior de las calderas, es arrastrado por el vapor y se
disuelve nuevamente en el condensado, provocando en este último un descenso del pH
con los consiguientes problemas de corrosión.
Por las razones expuestas, en muchas aplicaciones es aconsejable o mandatario eliminar
estos gases (al menos alguno de ellos). En la mayoría de los casos la eliminación de los
gases disueltos no es selectiva, es decir se eliminan todos aunque esto no fuera lo
estrictamente necesario.
Procesos de desgasificación
El proceso mas común de desgasificación para el agua de alimentación a calderas es la
desaireación térmica, que consiste en calentar el agua hasta su punto de ebullición a baja
presión (~110 ºC). A esta temperatura todos los gases son eliminados. Este sistema, si
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bien simple y eficiente, tiene el inconveniente de que requiere un suministro importante
de energía para el calentamiento del agua, y el producto obtenido está muy caliente. En el
caso del agua de alimentación de calderas, antes o después es necesario calentar el agua,
por lo que esto no constituye ningún problema. Sin embargo, en otras aplicaciones esto
implica un costo de calentamiento, y luego de enfriamiento, muy elevado. En estos casos
se muestra interesante el proceso de desgasificación por vacío, donde no es necesario
calentar el agua.
Desgasificación por vacío
En el proceso de desgasificación por vacío, el agua es alimentada a la parte superior de
una torre rellena, donde es distribuida sobre el manto de anillos (raschig, pall-rings, etc,).
El agua desciende a través del manto de anillos y es recolectada en la parte inferior de la
torre. En el interior de la torre se mantiene un determinado grado de vacío extrayendo los
gases que se liberan mediante un sistema adecuado de bombeo (eyectores, bombas de
anillo líquido, etc.). El manto de anillos produce una superficie de intercambio elevada que
facilita el pasaje de los gases hacia la fase gaseosa.
Los parámetros habituales a considerar en el diseño incluyen la temperatura de trabajo, el
tipo de anillos utilizado, el caudal superficial (m3 / m2 .h), la altura del manto, la presión de
trabajo, etc.
La presión de trabajo (el vacío) debe ser tal que la presión parcial del gas que interesa
extraer (por lo general el oxígeno) esté por debajo de la que corresponda al equilibrio con la
concentración máxima admisible en la salida. Debe tenerse en cuenta que
simultáneamente con este gas, se extraen todos los otros incondensables presentes (en
el caso del oxígeno, se extraen también el nitrógeno y el anhídrido carbónico). Es
importante tener en cuenta que en esta atmósfera gaseosa también se encuentra
presente el vapor de agua.
Con la desgasificación por vacío es posible obtener concentraciones de oxígeno menores
que 0,05 ppm, y de anhídrido carbónico menores que 5 ppm.
En aplicaciones normales se utiliza una sola etapa de desgasificación por vacío. Sin
embargo, si los valores a obtener son muy exigentes, el diseño puede llevar a caudales de
extracción muy elevados, que encarecen sustancialmente el sistema de vacío. En estos
casos se puede trabajar con dos etapas, cada una con un nivel diferente de vacío. Esto
permite achicar sensiblemente el sistema de vacío, con el consiguiente ahorro en costo
operativo. Desde el punto de vista del costo de instalación, la torre es algo más compleja,
lo que es compensado con un sistema de vacío mas chico.
La torre se construye normalmente en acero al carbono, que puede revestirse
interiormente con epoxi, pero también puede construirse en inoxidable. Los anillos por lo
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general son plásticos. El diseño mecánico de la torre debe prever elementos de refuerzo
para resistir la presión exterior.
En la parte superior el agua es distribuida mediante sistemas convencionales, tales como
un caño central con ramales perforados. La parte inferior del manto apoya sobre algún tipo
de reja soporte.
En las torres de dos etapas, la separación requiere un falso fondo con un sello hidráulico
ya que ambas partes trabajan a presiones diferentes.
Las torres se instalan elevadas para permitir el trabajo de las bombas que extraen el agua
tratada de las mismas. A veces se instalan a suficiente altura para permitir el paso del
agua por gravedad hacia un tanque (en este caso la base de la torre debe estar 10 metros
por sobre el nivel superior del tanque). Si esto no es así, y el agua se extrae por bombeo, se
debe colocar la base de la torre a una altura tal que permita un ANPA (NPSH) suficiente
para evitar problemas de cavitación en las bombas. En estos casos, en la parte inferior de
la torre se debe disponer de un volumen mínimo que permita el control del caudal (de
alimentación o de extracción).
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