UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN AL GRADO DE
DOCTORA EN QUÍMICA Y FARMACIA
TEMA:
“INFLUENCIA DE LAS CONCENTRACIONES DE
SÓLIDOS SOLUBLES STD (Ca, Mg y SiO2) EN LA
CALIDAD
DEL
AGUA
UTILIZADA
EN
LAS
CALDERAS DE LA CENTRAL TERMOELECTRICA
TRINITARIA”.
AUTOR:
Q.F. ENMA CECILIA DIAZ GALLEGOS
TUTOR:
Dr. MANUEL VALENCIA TOURIZ.
2004
DEDICATORIA
Dedico esta tesis a mis hijas
Ivana y Melany Sanchez Diaz, por su espera paciencia y comprensión y por
ser la principal fuente de mi inspiración, esperanza y proyección de mis
ideales para desarrollarme como profesional para un futuro mejor.
AGRADECIMIENTO
A Dios por haberme dado el regalo más grande y maravilloso que pude de
desear una mujer, mis hijas Ivanita y Melany.
A mi esposo Ing Ricardo Sánchez V., por ser un compañero incondicional,
por su
apoyo en todo momento y por haber depositado en mi toda su
confianza, sin él no hubiera sido posible culminar está etapa de mi vida
profesional.
A mis padres Sr. Rodolfo Díaz A. y la Sra. Enma Gallegos E., por sus
virtudes humanas, rectitud y ejemplo que supo cultivar en mi los principios
que norman mi vida. Para ellos el homenaje de mi Admiración y Eterna
gratitud.
RESUMEN
El agua es uno de los materiales mas importantes, que los profesionales del área
industrial utilizan. Sin un suministro adecuado de aguas de calidad aceptable, es
casi imposible que exista la industria. En realidad, el progreso industrial del
hombre se puede describir en función de su aprovechamiento de los recursos
acuíferos de la Tierra. El progreso industrial futuro, dependerá en gran parte del
uso racional, que de ella se haga.
Las aguas son de cualquier procedencia, que pueden utilizarse con ventaja y
seguridad, para alimentar las calderas. Condiciones que debe cumplir:
·
Debe ser clara, con la turbidez inferior a 10 ppm, cuando esta turbidez es
superior, debe ser sometida a filtración.
·
Debe ser totalmente exenta de dureza no carbónica.
·
La dureza total no debe exceder de 35 ppm.
·
Debe estar prácticamente exenta de oxigeno disuelto.
·
Debe tener un bajo contenido de sílice.
Al hablar de las impurezas del agua, se ha visto que estas son causas de
problemas en los equipos de evaporación, calentamiento, enfriamiento, etc,
ocasionando incrustaciones y corrosiones, que a su vez originan perdidas de
eficiencia y fallas de los equipos, con los consiguientes paros costosos al tener
que efectuar, cambios de piezas, limpiezas o reparaciones y en algunos casos las
consecuencias pueden ser fatales, para el personal que opera los equipos.
Es por esto, que se hace necesario la eliminación de estas impurezas, mediante
un método adecuado y económico, que es lo que constituye el tratamiento del
agua.
Los principales fines perseguidos, con el tratamiento del agua para alimentación
de calderos son:
·
Eliminar los materiales solubles y en suspensión.
·
Eliminación de gases.
Todo esto es necesario, entre otras cosas para:
·
Evitar la formación de incrustaciones, sobre las superficies de calentamiento
del agua.
·
Proteger contra la corrosión, a los metales de la caldera, recuperadores de
calor y tuberías.
Las impurezas que suele traer consigo el agua sin tratamiento, proveniente de las
fuentes descritas se pueden clasificar en la siguiente forma:
SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN:
Barro (arcilla).
Materia orgánica (madera y bacteria).
Arena (sílice).
SALES DISUELTAS:
Sales de calcio y magnesio.
Cloruros y sulfatos alcalinos.
GASES DISUELTOS:
Aire (oxigeno y nitrógeno).
Anhídrido carbónico.
Los depósitos, producto de los minerales arrastrados por el agua aparecen,
porque el agua se evapora. Los minerales disueltos se vuelven más concentrados
hasta que se descomponen y forman combinaciones tales como carbonato de
calcio, hidróxido de magnesio, sílice y silicato, etc.
LA PROBLEMÁTICA DE LOS SOLIDOS SOLUBLES
El análisis de los sólidos solubles (sílice, Calcio y Magnesio) en el agua de
alimentación de las calderas de alta presión, es de gran importancia para evitar la
formación de depósitos duros de sílice en los tubos de las calderas y las aspas de
las turbinas de vapor. , ya que, debido al oxigeno disuelto, oxida la sílice (arena)
en medio acuoso y la lleva a convertirse en ácido silisilico y este al combinarse
con las sales de calcio y magnesio, se transforman en sales de silicato.
Los principales parámetros evaluados con respecto a está tesis son:
Conductividad.
pH.
Sílice.
DCa
DMg
SUMMARY
The water is one of the materials but important that the professionals of the
industrial area use. Without an appropriate supply of waters of acceptable quality,
it is almost impossible that the industry exists. In fact, the man's industrial progress
can describe himself in function of its use of the aquifer resources of the Earth.
The progress industrial future will depend in a large part of the rational use that is
made of her.
The waters are of any origin that can be used with advantage and security to feed
the boilers. Condition that it should complete:
It should be clear, with the inferior turbidity to 10 ppm, when this turbidity is
superior, it should be subjected to filtration.
·
It should be completely exempt of non carbonic hardness.
·
The total hardness should not exceed of 35 ppm.
·
It should be practically exempt of I oxygenate dissolved.
·
He should have a contained first floor of silica.
When speaking of the sludges of the water there is you whereas these they are
causes of problems in the evaporation teams, heating, cooling, etc, causing inlays
or corrosions that in turn originate lost of efficiency and flaws of the teams with the
rising expensive unemployments when having to make, changes of pieces,
cleanings or repairs and in some cases the consequences can be fatal for the
personnel that operates the teams.
It is for this reason that it becomes necessary the elimination of these sludges by
means of an appropriate and economic method that is what constitutes the
treatment of the water.
The main ends pursued with the treatment of the water for feeding of boilers are:
·
To remove the soluble materials and in suspension.
·
Elimination of gases.
All this is necessary, among other things for:
·
To avoid the formation of inlays on the surfaces of heating of the water.
·
To protect against the corrosion to the metals of the boiler, recuperadores of
heat and pipes.
The sludges that he/she usually brings get the water without treatment coming
from the described sources they can be classified in the following form:
SOLIDS IN SUSPENSION:
I sweep (clay).
Organic matter (wood and bacterias).
Sand (silica).
YOU LEAVE DISSOLVED:
Salts of calcium and magnesium.
Chlorides and alkaline sulfates.
DISSOLVED GASES:
Air (I oxygenate and nitrogen).
Carbonic anhydride.
The deposits, product of the minerals crawled by the water appears because the
water evaporates. The dissolved minerals become concentrated until they break
down and they form such combinations as carbonate of calcium, hydroxide of
magnesium, silica and silicates, etc.
THE PROBLEM OF THOSE BEEN ACCUSTOMED TO SOLUBLE
The analysis of those been accustomed to soluble (silica, Calcium and
Magnesium) in the water of feeding of the high-pressure boilers it is of great
importance to avoid the formation of deposits hard of silica in the tubes of the
boilers and the crosses of the turbines of vapor., since due to the I oxygenate
dissolved it oxidizes the silica (sand) between watery and it takes it to become
sour silisilico and this when being threatened with the salts of calcium and
magnesium, they become silicate salts.
The main valued parameters with regard to this thesis are:
·
Conductivity.
·
pH.
·
Silica.
·
DCa
·
DMg
INDICE
Pág.
Introducción.................................................................................................
1
CAPÍTULO I..............................................................................................
4
Marco Teórico...........................................................................................
4
1.1 Historia..................................................................................................
4
1.2 Calderas................................................................................................ . 6
1.2.1 Introducción........................................................................................ . 6
1.3 Tipos de Calderos................................................................................. . 7
1.3.1 Caldera Pirotubular............................................................................. . 7
1.3.2 Caldera Acuotubular............................................................................ .7
1.4 Mantenimiento de Calderas.................................................................... . 8
1.5 Limpieza de Calderas.............................................................................. . 9
1.6 Lavado Químico de Calderas................................................................. 10
1.7 Las ventajas de una limpieza química y su posterior mantenimiento....
11
CAPITULO II...............................................................................................
13
2..1 Planteamiento del Problema.................................................................
13
2.2 Planteamiento de la Hipótesis................................................................. 13
2.3 Objetivo General....................................................................................
13
2.4 Objetivo Específico.................................................................................
14
2.5 El Agua...................................................................................................
15
2.5.1 Generalidades.......................................................................................
15
2.5.2El Agua y su Composición....................................................................
18
2.5.3 Definición, condición y procedencia de las aguas para calderas.........
19
2.6 Objetivo del tratamiento de aguas...........................................................
20
2.6.1 Impurezas del agua y sus efectos........................................................
21
a) sólidos en suspensión........................................................................ .....
21
b) Sales disueltas........................................................................................... 22
c) Gases disueltos........................................................................................
22
2.7 Clasificación del agua............................................................................. . 22
a) Agua dura............................................................................................ . 23
b) Agua blanda......................................................................................
. 23
c) Agua neutra....................................................................................... . 23
d) Agua alcalina..................................................................................... . 23
2.8 Dureza del agua......................................................................................
24
a) Dureza temporal................................................................................. ..... 24
b) Dureza permanente................................................................................... 24
2.9 Interpretación de la Dureza....................................................................... 25
2.10 Efectos que causa la dureza del agua...................................................
25
2.10.1 Embancamiento..................................................................................
25
2.10.2 Incrustación........................................................................................
26
2.10.3 Incrustaciones más comunes............................................................
27
2.10.4 Corrosión............................................................................................
28
2.10.5 Arrastre...............................................................................................
29
2.10.6 Fragilidad cáustica..............................................................................
30
2.11 Alcalinidad y Acidez del agua................................................................
30
a) Determinación del pH....................................................................
30
b) Titulación de la alcalinidad.............................................................
31
2.12 Tratamientos para purificar el agua.......................................................
31
a) Tratamiento fisico..........................................................................
32
b) Tratamiento químico.....................................................................-
33
c) Tratamiento térmico......................................................................
34
d) Tratamiento mixto.........................................................................
34
e) Tratamiento eléctrico.....................................................................
35
2.13 Purgadores............................................................................................
35
2.14 Desaireadores........................................................................................
35
2.15 Tratamiento con zeolita...........................................................................
37
2.16 Desalinización.........................................................................................
38
2.17 Desmineralización...................................................................................
39
2.18 Influencia de la calidad del agua.............................................................
40
2.19 Determinaciones que se realizan al agua...............................................
41
CAPITULO III.................................................................................................. .
44
3.1 Ubicación del área de estudio....................................................................
44
3.2 La problemática de los sólidos solubles.....................................................
44
3.3 Ubicación del área de formación de TDS (Silicato de calcio y magnesio)... 48
3.4 Origen de la formación de silicato de calcio y magnesio en aguas para
calderas............................................................................................................ 48
3.5 Reacción química para la formación de silicato de calcio y magnesio.....
49
3.6 Control de la concentración de sílice en agua de calderas para evitar la
formación de sales de calcio y magnesio....................................................... 50
3.7 Eliminación de la concentración de sílice, silicato y agentes similares de las
aguas de calderas..........................................................................................- 50
3.7.1 Pre-tratamirnto......................................................................................
51
a) Clarificación..............................................................................................
52
b) Filtración..................................................................................................
53
c) Intercambio Ionico...................................................................................
53
d) Suavización o Ablandamiento..................................................................
53
e) Desaireación Química............................................................................
56
3.7.2 Tratamiento Interno..............................................................................
57
3.7.3 Tratamiento Preventivo.........................................................................
58
A. Control de incrustación.............................................................................
58
B. Control de depósito.................................................................................
59
C. Control y acondicionador de lodos.........................................................
60
D. Acondicionador de dureza......................................................................
60
E. Control físico Químico................................................................. .........
61
3.8 Eliminación de sílice, silicato y agentes similares del caldero..............
62
a) Purga de Superficie.................................................................................
63
b) Purga de Fondo.......................................................................................
63
3.9 Parámetros a ser analizados...................................................................
64
CAPITULO IV
Materiales y Métodos....................................................................................
65
4.1 Generalidades..........................................................................................
65
4.2 Universo ..................................................................................................
65
4.3 Muestra....................................................................................................
65
4.4 Criterio de Inclusión.................................................................................
65
4.5 Criterio de –Exclusión..............................................................................
66
4.6 Obtención del dato primario.....................................................................
66
4.7 Variables Cualitativas............................................................................... 66
4.8 Variables Cuantitativas............................................................................
66
4.8.1 Continuas.............................................................................................
66
4.9 Procedimiento de trabajo........................................................................
67
4.10 Procesamiento de la información.........................................................
68
4.11 Material de muestreo............................................................................
69
4.11.1 Instrumento de muestreo...................................................................
69
4.11.2 Metodología de muestreo...................................................................
69
4.12 Metodología del análisis.......................................................................
70
4.13 Material del Análisis .............................................................................
70
4.15 Determinación de Sílice.......................................................................... 71
4.15.1 Fundamento......................................................................................... 71
4.15.2 Campo de aplicación..........................................................................
72
4.15.3 Reactivos............................................................................................
72
4.15.4 Procedimiento operatorio....................................................................
74
4.16 Determinación de Dureza (Calcio y Magnesio).....................................
76
4.16.1 Campo de aplicación..........................................................................
76
4.16.2 Almacenaje de la muestra..................................................................
76
4.16.3 Materiales de análisis para Calcio y Magnesio..................................
77
4.16.4 Reactivos............................................................................................
77
4.16.5 Standarización del EDTA....................................................................
78
4.16.6 Método operatorio...............................................................................
79
4.16.7 Reacciones.......................................................................................... 79
4.16.8 Interferencias......................................................................................
80
4.16.9 Precisión.............................................................................................
82
4.17 Método Propuesto.................................................................................
83
4.17.1 Análisis realizado en el laboratorio ....................................................
83
4.17.2 Reactivo..............................................................................................
83
4.17.3 Materiales...........................................................................................
83
4.17.4 Técnica ..............................................................................................
84
4.18 Aporte ...................................................................................................
85
4.18.1 Reactivo.............................................................................................
85
4.18.2 Equipos..............................................................................................
85
4.18.3 Método...............................................................................................
86
4.18.4 Aporte a la empresa...........................................................................
88
CAPITULO V.................................................................................................
90
Resultados y Evaluación de los Resultados..................................................
90
5.1 Resultados...............................................................................................
90
5.2 Evaluación de los Resultados..................................................................
93
CAPITULO VI................................................................................................ 102
Conclusiones y Recomendaciones..............................................................
102
6.1 Conclusiones.........................................................................................
102
6.2 Recomendaciones.................................................................................
Anexos
Bibliografía
104