INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN
El agua es una de las substancias mas difundidas y abundantes del
planeta Tierra y es parte integrante de la mayoría de los seres
vivientes tanto animales co mo veget ales y está presente en varios
minerales.
Apropiadamente se la deno mina “el s olvente uni versal”, y es un raro
caso de substan cia que está present e en nuestro entorno, en los tres
estados físicos; co mo son sólido, liquido y gaseoso
A nivel mundial el agua se encuentra en la naturaleza procedente de
los ríos, lagos, pozos, aguas de lluvia que van acompañadas de
diversas sales y gases en disolución.
Estas substancias se dividen según los elementos que la acompañan
en 2 grupos:
·
Ele mentos disueltos en el agua.
·
Ele mentos en suspensión.
Los
elementos
minerales y
en
disolución
son
substancias
orgánicas,
sales
gases disueltos; incluyendo la dureza del agua que tiene
un papel importante y se determina por las sales minerales de Ca y Mg
que contengan.
1
Existen dos tipos de dureza según la for ma en que se comporte el agua
por acción del calor, por esta razón se considera a la dureza como una
característica perjudicial para las calderas.
No se puede evitar que el agua arrastre y disuelva impurezas que no
son
aptas
para
el
consumo
hu ma no
e
industrial,
por
esto
los
trata mientos de agua son de vital importancia por el consumo diario que
este
tiene
co mo
industriales
el
como
caso
el
del
agua
agua
ultra
potable;
pura
ta mbién
usada
en
para
fines
laboratorios
far macéuticos, para las torres de enfriamiento co mo refrigerante en
aires acondicionados y utilizada en calderas como generadora de
energía calorífica en forma de vapor o energía mecánica utilizada para
generar electricidad.
En el Ecuador hay gran de manda de energía, sea calorífica utilizada en
procesos industriales o como energía eléctrica, ya que en nuestro país
las
centrales
hidroeléctricas
no
son
lo
suficiente
para abastecer
viéndose la necesidad de construir centrales térmicas modernas, entre
ellas la de la isla Trinitaria de la ciudad de Guayaquil puesta en
funcionamiento
en
el
año
1997
con
una
capacidad
de
125.000
megavatios de potencia neta y usando 420.000 toneladas de vapor.
Por esta razón el agua empleada para la alimentación de calderas debe
ser de calidad óptima con el objeto de me jorar el desempeño de esta
fuente de energía antes de su uso, mediante trata mientos físicos,
quí micos, tér micos, eléctricos y mi xtos ; lográndose de esta manera una
operación segura, ahorrando energía y operando econó mica mente la
caldera.
2
Son
varios
los
estudios
realizados sobre
las
impurezas
que
se
encuentran en el agua que sirve para la alimentación de calderas,
siendo los parámetros antes mencionados la principal preocupación de
las centrales térmicas de nuestro p aís, de modo que se plantean
diferentes
tratamientos
con
el
objeto
de
eliminar
las
impurezas
contenidas en el agua como los “sóli dos solubles”, a fin de evitar el
problema de incrustaciones que dificultan la salida del agua y el
calentamiento
excesivo
que
produce
deformaciones,
roturas
y
eventualmente e xplosiones.
Seria lógico pensar que estas centrales térmicas realizan estudios
previos para posterior a esto utilizar los tratamientos má s adecuados
para
eliminar
las
impurezas
con
la
finalidad
de
disminuir
las
concentraciones de STD(Sólidos totales disueltos) y así llegar a ser
más eficientes frente a la gran demanda energética que atraviesa la
ciudad de Guayaquil.
La meta principal de nuestra investigación es realizar un tratamiento
preventivo, como un aporte a la empresa Electroguayas persiguiendo
fines econó micos y por que no decir
sociales co mo el de ayudar a la
co munidad inclusive de aquellas personas que habitan en las partes
aledañas de nuestra ciudad.
3
CAPÍT ULO I
MARCO T EÓRICO
1.1 HIST ORIA
La central térmica trinitaria se construyó co mo medida e mergente
frente a la demanda energética que atravesaba el país en años
anteriores, especialmente la ciudad de Guayaquil . (Ver anex o 1)
La construcción de la Central se inicio en enero de 1995 con las
actividades de nivelación y co mpacta ción del terreno y las obras de
pilotaje . (Ver an ex o 2)
La losa que soporta el turbogenerador se construyó a inicios de abril de
1995.
La estructura metálica del caldero inició su monta je en agosto de 1995
y se co menzó en enero de 1996 co n la colocación de las partes a
presión.
Los demá s co mponentes de la Central co mo son: Turbina, ciclo térmico
y siste mas au xiliares se montaron a mediados de 1996.
En lo que se refiere al funcionamiento de equipos auxiliares como son
la planta de tratamiento de aguas, los co mpresores de aire, el sistema
de filtración y limpieza del condensador y el caldero auxiliar, están
co mandados por controladores lógicos programables, en tanto que el
caldero y la turbina cuentan con sus propios sistemas de control
4
distribuidos BMS y precontrol respectivamente, mientras que para la
operación y supervisión de toda la Central se cuenta con el siste ma de
control principal.
En el mes de agosto se concluyó c o mpleta mente el monta je de los
sistema s y equipos mas i mportantes d e la Central, a partir de lo cual se
inició el periodo de pruebas y se pus o en operación comercial el mes
de noviembre de 1997.
Objetivo.
El objetivo funda mental de este equipamiento, concebido dentro del
Plan Maestro de Electrificación de INECEL, es su ministrar energía de
base para el Sistema Nacional a partir de noviembre de 1997 y de este
modo garantizar la confiabilidad del siste ma, durante el periodo de
estiaje que se presenta en el país desde mayo hasta novie mbre de
cada año.
Co mo consecuencia de la ejecución del proyecto en una de las áreas
mas depri midas econó mica mente de la ciudad de Guayaquil, (sector de
fertisa, frente a la isla Trinitaria, Guas mo sur), la utilización de mano
de obra del lugar en la ejecución del proyecto ha tenido impacto
positivo que ha incidido en el me jor a miento de la economía de este
sector.
Ade más, el programa de operación anual de la Central es de 1000
horas al 50 % de carga, 2300 horas al 75 % de carga y 3000 horas al
100 % de carga. La producción de energía estimada es de 653.125
megavatios hora, y el consu mo anua l de co mbustible es de 964.997
barriles.
5
Capacidad.
La Central tiene una capacidad de 125.000 mega vatios de potencia
neta.
La Central Tér mica está diseñada p ara utilizar como co mbustible el
Fuel Oil # 6 denominado búnker C, del que mayor cantidad se dispone
en el país y es el de menor costo.
1.2 CALDERAS
1.2.1 INTRODUCCIÓN
Una caldera es un recipiente cerrado en el cual el agua bajo presión es
transfor mada en vapor por la aplicación del calor, su función es la de
transferir este calor al agua contenida de la manera más eficiente . (Ver
anex o3 y 4)
La caldera debe ser diseñada para generar vapor de alta calidad para
el uso de la planta térmica y absorber la cantidad má xi ma de calor en
el proceso de la combustión.
Las Calderas o Generadores de vap or son instalaciones industriales
que, aplicando el calor de un combu stible sólido, líquido o gaseoso,
vaporizan el agua para aplicaciones en la industria, este vapor
resultante de la caldera sirve como mecanis mo i mpulsor de la turbina
para el equipo de sopladores y las bombas eléctricas de generación.
La máquina ele mental de vapor fue i nventada por Dionisio Papin en
1769 y desarrollada posteriormente po r Ja mes W att en 1776.
6
Inicialmente fueron e mpleadas co mo máquinas para accionar bo mbas
de agua, de cilindros verticales. Ella fue la impulsora de la revolución
industrial, la cual comenzó en ese siglo y continua en el nuestro.
1.3 T IPOS DE CALDERO S
Los calderos pueden dividirse de acu erdo a su con strucción o tipo de
funcionamiento en dos grupos: Pirotubulares y Acuotubulares, en
nuestra
investigación
trataremos
exclusivamente
las
calderas
acuotubulares.
1.3.1
Caldera
Pi rotubula r.-
Son
aquellos
que
mane jan
grandes
cantidades de agua dentro de la unidad. Son llamados ta mbién calderas
de tubo de humo. En esto s siste mas el agua se encuentra por el
exterior de los tubos.
El trata miento quí mico del agua en es tas calderas es de menor costo y
de más fácil aplicación que en las calderas de tipo acuatubular.
1.3.2 Caldera Ac uat ubula r.- son aqu ellas calderas en las que el agua
circula por el interior de los tubos. El contenido de agua con relación a
la superficie de calentamiento es relativamente pequeño y menor que el
contenido de agua que el grupo anterior.
Algunos calderos producen si mple me nte agua caliente, otros producen
vapor. Por esta razón e xisten much os tipos de calderos los cuales
operan a diferentes presiones y temperaturas, ciertos problemas son
co munes para todos los calderos tanto si producen agua caliente o
vapor.
7
El agua es almacenada en un tanq ue el cual contiene el agua de
reposición, una bomba de agua de alimentación del caldero transfiere el
agua hacia el caldero a la presión deseada. El caldero entonces eleva
la temperatura del agua (o genera vapor) según sea el uso. Si el vapor
no es totalmente consu mido o se pierde durante su uso, el agua
caliente
remanente
(condensado)
es
retornado
al
tanque
de
alimentación. Este retorno de condensado ahorra agua y también
precalienta el agua en el tanque de alimentación de agua blanda para
eliminar incrustaciones, la alimentac ión de productos quí micos para
reducir la corrosión son e je mplos de los equipos principales cuidados
que no deben ser olvidados.
1.4 MANT ENIMIENT O DE CALDERAS.
The American boiler association estipula que todas las calderas deben
ser
inspeccionadas
anualmente.
Es ta
inspección
consiste
en
una
revisión detallada de todas sus p artes incluyendo el sistema de
co mbustión. Los problemas encontrados deben ser analizados en
tér minos de:
·
Causa del problema.
·
Posible remedio.
·
Prevención de causas.
Los depósitos encontrados y los tubos que ocasionan la falla, deben ser
estudiados cuidadosamente, pues del resultado de su análisis depende
generalmente él poder identificar la causa de la falla.
8
Una caldera nueva o reacondicionada debe ser tratada quí mica mente
antes de ponerse en funcionamiento.
Los fabricantes de las calderas deben dar los procedimientos a seguir
para su correcto funciona miento, y los productos quí micos para su
trata miento
(re moción
de
las
grasas
y
suciedad
de
las
partes
metálicas), deben ser suministradas por la compañía de servicio.
1.5 LIMPIEZ A DE CALDERAS.
La limpieza que se puede llevar a cabo en las calderas son de dos
tipos:
1. Limpieza mecánica.- Se lleva manu almente o utilizando agua a
presión para la remoción de las impure zas.
2. Limpieza quí mica.- Se realiza en calderas donde la limpieza manual
es imposible de realizar. Este es un p roceso usado a mpliamente por
ser más rápido, eficiente y de menor costo. Si no es realizado por
personal competente y to mando todas las precauciones necesarias,
puede ser el mayor causante de los problemas futuros en las
calderas.
El producto a utilizar, así co mo la co ncentración que debe e mplearse
en
un
lavado
químico,
depende
p rimordialmente
de
la
cantidad,
característica y co mposición de las incrustaciones que se presentan.
Existen casos tan especiales que es necesario desarrollar un producto
especifico para cada uno de ellos. Es importante tener en cuenta el
beneficio que se puede obtener de una limpieza quí mica, así co mo los
9
riesgos y daños que se puede presentar si la limpieza quí mica no se
lleva a cabo de forma adecuada.
1.6 LAVADO QUÍMICO DE CALDERAS.
Los tratamientos efectuados han reducido notoriamente la frecuencia de
incrustaciones severas en las
mismas
calderas. Sin e mbargo, la
necesidad de efectuar limpiezas q uí micas periódicas, no ha sido
eliminada. Por causa de variaciones en la co mposición del agua, control
del tratamiento, conta minación inusual, o condiciones de operación, los
depósitos suelen ocurrir aun con un trata miento de aguas adecuado.
Las limpiezas periódicas de las superficies de intercambio de calor son
necesarias co mo co mple mento de un buen trata miento de aguas. Con
ellas se busca eliminar:
1. El exceso de incrustaciones que au me ntan consu mo de co mbustible.
2. La for mación de los puntos calientes que causan ruptura de la
tubería.
3. El
exceso
de
corrosión
generalizada,
que
aumenta
las
concentraciones de hierro, sílice y por ende el consumo de energía.
La tendencia general es efectuarlas con la menor frecuencia que sea
posible. El resultado obtenido con esta política es que cuando la
limpieza es absolutamente necesaria, los depósitos son a menudo
de masiado gruesos, mu y adheridos y bastante difíciles de re mover. As í
mis mo, al ser imposible inspeccionar las partes internas del equipo, los
10
depósitos
incrustados
pueden
causar
fallas
en
el
metal
y
co mo
consecuencia paradas no programada s para su reparación y limpieza.
La frecuencia de la limpieza química s e establece con base en medidas
flexibles. Algunos operadores consideran que la limpieza quí mica es
necesaria cuando los depósitos en una pared del tubo son mayores a 5
gra mos. Otros son partidarios de tolerar 2 libras o más dentro de las
mis mas
condiciones.
Es
practica
g eneral
el
preocuparse
por
los
depósitos que no se pueden ver y no por aquellos que son fácilmente
apreciables.
Básica mente la frecuencia de la limpieza quí mica depende de la actitud
del operador con relación a la mis ma , co mo ta mbién, de la necesidad
de la limpieza y de la conveniencia y factibilidad de la mis ma.
1.7 LAS VENT AJ AS DE UNA L IMPIEZA QUÍMICA ADECUADA Y DE SU
POST ERIOR MANT ENIMIENT O PREVENT IVO
Desincrustación y desoxidación de los tubos con una eficiencia de
limpieza superior al 75%.
Dis minución en la cantidad de combus tible necesario para obtener igual
producción de vapor. Esta dis minución puede ser del 10 al 30 % de la
cantidad empleada originalmente, de pendiendo del estado en que se
encuentre la caldera antes de la incrustación, mayor será el ahorro en
consu mo de co mbustible después de la limpieza.
11
1. Dis minución del tiempo necesario para llegar a la presión de trabajo.
2. Conservación de la caldera y prevención de un deterioro prematuro.
Una caldera bien mantenida prolonga su vida útil en mas de 20 años.
3. Evitar cambios de tubería, que ade más de ser una operación
costosa, entorpece el buen funcionamiento de la industria.
4. Evitar paradas de la caldera para limpiezas mecánicas por parte de
agua a presión.
12
CAPIT ULO II
2.1 PL ANT EAMIENT O DEL PROBL EMA
¿Las concentraciones de sólidos solubles (Ca, Mg, SiO 2 ), afectan la
calidad del agua empleada en las calderas de la Central Termoeléctrica
Trinitaria?
2.2 PL ANT EAMIENT O DE L A HIPÓT ESIS
El tratamiento actual mente aplicado a las aguas del Estero del Muerto
es insuficiente para reducir las cantidades de sólidos solubles (Ca, Mg,
SiO 2 ), para el uso de calderas de la Central Termoeléctrica Trinitaria.
2.3 OBJET IVO G ENERAL
De mostrar que las concentraciones de sólidos solubles (Ca, Mg, SiO 2 ),
en el tratamiento del agua, e mpleada en calderas de la Central Térmica
Trinitaria es idóneo o no y escoger y aplicar un procedimiento que
elimine este problema.
2.4 OBJET IVO S ESPECIF ICO S
·
Realizar un estudio de las concentraciones de sólidos solubles (Ca,
Mg, SiO 2 ), en las aguas del estero del Muerto para el uso en la
Central Termoeléctrica de la ciudad de Guayaquil.
13
·
Deter minar la necesidad de un tratamiento preventivo de aguas para
evitar las incrustaciones, embanca mie nto y corrosión, fomentada por
los sólidos solubles.
·
Escoger y aplicar un tratamiento químico idóneo con la finalidad de
precipitar los sólidos solubles.
·
Au mentar la vida útil de los ablandadores y regeneración de las
resinas, con el propósito de disminuir gastos a la empresa
·
Concienzar al personal a realizar trata mientos más efectivos de las
aguas, en beneficio de evitar futuros accidentes de trabajo.
14
2.5 EL AGUA
2.5.1 GENERAL IDADES
El agua de lluvia disuelve, a su paso por la atmósfera oxigeno,
nitrógeno y dióxido de carbono, el agua de los ríos y lagos contienen
estos gases.
En
los
países
tropicales
donde
son
frecuentes
las
tormentas
aco mpañadas de rayos y relámpag os, se encuentran ácido nítrico
disuelto en el agua lluvia. El dióxido de carbono presente en el agua
hace disolver las sales de calcio y magnesio que se encuentran en las
rocas. Estas sales le dan dureza al agua. Los animales que tienen
concha (ostras) utilizan los co mpuest os de calcio disueltos en el agua
para formar sus conchas. Las plantas acuáticas utilizan el ácido nítrico
para sintetizar las proteínas. La vida acuática seria imposible sin la
presencia de los gases disueltos en el agua y analizándolos de esta
manera. El porcentaje de oxigeno disuelto presente en el agua es de
33 % lo cual representa un porcentaje mayor que el del oxigeno
presente en la atmósfera.
El agua es uno de los materiales más importantes que el quí mico de la
industria utiliza. Sin un su ministro 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
aprovecha miento de los recursos acuíferos de la tierra. El progreso
industrial futuro dependerá en gran parte del uso racional que de ella se
haga.
15
El agua co mo se encuentra en la nat uraleza no es total mente pura, si
así fuera no serian necesarios los análisis de agua ni los tratamientos
para acondicionarla a los usos a que se destina. Cualquiera que sea su
origen,
el
agua
siempre
contiene
impurezas
en
solución
o
en
suspensión. La determinación de estas impurezas constituye el análisis
quí mico de las aguas y el control de ellas, constituye el tratamiento de
aguas.
El agua quí mica mente pura e s un liquido extre mada mente difícil de
obtener, debido a que es un disolvente casi universal y en el cual todas
las sustancias son solubles hasta cierto grado. A causa de está
propiedad el agua se conta mina frecuente mente con sub stancias con
las que está en contacto. El agua recoge minerales de la tierra
disolviendo las rocas que a temperatu ras elevadas son regresivas a su
estado natural.
En
la
mayoría
de
los
casos,
las
aguas
naturales
producen
co mplicaciones en sus aplicaciones industriales, formando depósitos e
incrustaciones que interfieren en la transferencia de calor y ocasiona
tapona mientos, causando la corrosión de los metales o degradación de
la madera u otros materiales de construcción.
La acción disolvente del agua sobre las sustancias minerales se
incrementa notable mente por la presencia de gases disueltos en ella.
Los gases má s i mportantes que con tiene el agua son el dióxido de
carbono CO 2 , y o xigeno O 2 .
La at mósfera contiene aproxi mada me nte 0.04 % de CO 2 , y co mo este
gas se solubiliza rápidamente en agua, puede ser frecuentemente
16
incrementado
por
materia
orgánica en
desco mposición
y
por
los
residuos industriales.
El agua dura se obtiene de áreas que contienen en abundancia la
piedra caliza (CO 3 Ca), o yeso (SO 4 Ca), las aguas alcalinas donde
existen depósitos alcalinos y así s ucede con un a mplio grupo de
sustancias minerales o metálicas.
Por esto la necesidad de realizar un trata miento de las aguas naturales
para eliminar los riesgos de incrustaciones, depósitos o corrosión.
Toda agua natural contiene en may or o menor grado las siguientes
impurezas; turbidez, sedi mento, color, microorganismos, dureza, y
dentro de la dureza encontramos:
·
Dureza Total.
·
Dureza Te mporal (carbonatada).
·
Dureza Per manente (no carbonatada)
Tenemo s otras i mpurezas tales co mo la sílice, sales de sodio y potasio,
sulfuro
de
hidrógeno,
hierro,
man ganeso,
dióxido
de
carbono
y
nitrógeno.
La dureza es una característica quí mi ca del agua que está deter minada
por el contenido de carbonatos, bicarbonatos, cloruros, sulfatos y
nitratos de calcio y magnesio.
17
La dureza es indeseable en algunos procesos, tales como el lavado
do méstico e industrial, provocando que se consu ma más jabón al
producirse sales insolubles.
En calderas y sistemas enfriados por agua, se producen incrustaciones
en las tuberías y una pérdida en la eficiencia de la transferencia de
calor.
La ma yoría de los suministros de agua potable tienen un promedio de
250 mg/l de dureza, niveles superiores a 500 mg/l son indeseables para
el uso doméstico.
2.5.2 El AGUA Y SU CO MPOSICIÓN
El agua es uno de los materiales más importantes que los profesionales
del área industrial utilizan. Sin un su ministro adecuado de aguas de
calidad aceptable, es casi i mposible que e xista la industria. En
realidad, el progreso industrial del ho mbre se puede describir en
función de su aprovecha miento de los recursos acuíferos de la Tierra.
El progreso industrial futuro dependerá en gran parte del uso racional
que de ella se haga.
El agua co mo se encuentra en la nat uraleza no es total mente pura, si
así fuera no serian necesarios los análisis de agua ni los tratamientos
para acondicionarla a los usos a que se destina. Cualquiera que sea su
origen,
el
agua
siempre
contiene
impurezas
en
solución
o
en
suspensión.
18
2.5.3 DEF INICIÓ N, CO NDICIO NES Y PROCEDENCIA DE L AS AG UAS
PARA CALDERAS.
·
Definición.- Son aquellas aguas de cualquier procedencia que
pueden
utilizarse
con
ventaja
y
seguridad
para
alimentar
las
calderas.
·
Procedencia.- El agua en general procede de los ríos, lagos, pozos
y aguas de lluvia. Para los efectos d e alimentación de generadores
de
vapor
y
fines
industriales
en
general,
tienen
primordial
importancia los ríos y los pozos. Por la mis ma índole de su
procedencia
no
se
puede
evitar
que
ella
arrastre
y
disuelva
impurezas que la hacen no apta para el consumo hu mano y para el
uso industrial.
·
Condiciones que debe cumplir:
1. Debe ser clara, con la turbidez inferior a 10 ppm, cuando e sta
turbidez es superior, debe ser sometid a a filtración.
2. Debe ser totalmente e xen ta de dureza no carbónica.
3. La dureza total no debe exceder de 35 pp m.
4. Debe estar prácticamente e xenta de o xigeno disuelto.
5. Debe tener un bajo contenido de sílice.
19
2.6 OBJETO DEL TRATAMIENTO DE AGUAS.
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 o corrosiones, que a su
vez originan pérdidas 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.
Por esto se hace necesario la eliminación de estas i mpurezas mediante
un método adecuado y econó mico.
Los principales fines perseguidos con el tratamiento del agua para
alimentación de calderos son:
·
Eliminación de 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.
20
Los operadores de calderos deben tener presente siempre que ciertos
procedimientos de manteni miento pre ventivo deben ser seguidos para
obtener una operación segura y satisfactoria en todo sistema de
calderos.
El alto riesgo de tener sobrecalentamiento en los tubos o picaduras que
podrían ocasionar en casos más graves una explosión.
Un au mento considerable en periodos de manteni miento y muchos otros
problemas más, los mis mos que podrían ser eliminados o controlados si
se tuviera un buen programa de trata miento preventivo de agua.
2.6.1 IMPUREZAS DEL AGUA Y SUS EFECTOS.
Las
impurezas
que
suele
traer
consigo
el
agua
sin
tratamiento
proveniente de las fuentes descritas se pueden clasificar en la siguiente
for ma:
A)
SÓLIDOS EN SUSPENSIÓ N:
·
Barro (arcilla).
·
Materias orgánicas (madera y bacterias).
·
Arena (sílice).
21
B)
SALES DISUELT AS:
·
Sales de calcio y magnesio.
·
Cloruros y sulfatos alcalinos.
C)
GASES DISUELT OS:
·
Aire (oxigeno y nitrógeno).
·
Dióxido de carbono.
2.7 CLASIF ICACIÓN DEL AGUA
La clasificación del agua dependerá de la composición de sales
minerales presentes y son:
·
Aguas duras.
·
Aguas blandas.
·
Aguas neutras.
·
Aguas alcalinas.
22
a) Ag uas duras.- La que contiene importante presencia de compuesto s
de calcio y magnesio, poco solubles, principales responsables de la
for mación de depósitos e incrustaciones.
b) Ag ua
blanda.-
su
composición
principal
esta
dada
por
sales
minerales de gran solubilidad.
c) Ag ua neut ra.- Co mponen en su for ma ción una alta concentración de
sulfatos y cloruros que no aportan al agua tendencias ácidas o
alcalinas, ósea que no alteran sensible mente al pH de su valor medio
que es de 7.
d) Agua alcalina.-Esta for mada por i mportantes 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.
Generalmente las industrias controlan la calidad del agua de sus
calderas por análisis de muestras que realizan en sus laboratorios.
Sin embargo, algunas e mpresas, ade más de estos mé todos, poseen un
equipo portátil que mane ja el propio operador de la caldera para
controlar
directamente
tanto
la
dureza
(salinidad)
como
el
pH
(alcalinidad y acidez) del agua.
23
2.8 DUREZ A DEL AG UA.
La dureza del agua está deter minada por la cantidad de sales de calcio
y magnesio que contengan. Mientras más sales de calcio y magnesio
tenga mayor será su dureza. La dureza es una característica perjudicial
para las calderas.
Existen dos tipos de dureza, según sea la forma en que se co mporte el
agua al hervir:
a) Dureza temporal.- Está deter minada por el contenido de carbonatos
y bicarbonatos de calcio y magnes io. Puede ser eliminada por
ebullición del agua y posterior eliminación de precipitados formados
por filtración, cuando el agua hierve se precipita al fondo, ta mbién se
la conoce como “Dureza de Ca rbonat os”.
b) Dureza permane nte.- Está deter minad a por todas las sales de calcio
y magnesio excepto carbonatos y bicarbonatos. Durante la ebullición
no
sufren
cambios,
por
lo
tanto no
puede
ser
eliminada
por
ebullición, pero a medida que ésta se evapora sufre el grado de
concentración decantando y formando incrustaciones, también se la
conoce co mo “ Dureza de no Carbona tos”.
La su ma de la dureza temporal y la dureza permanente se la llama
“Dureza T otal”.
La dureza ade más le da un sabor indeseable al agua potable. Grandes
cantidades de dureza son indeseables por razones antes expuestas y
debe ser re movida antes de que el a gua tenga uso apropiado para las
24
industrias de bebidas, lavanderías, acabados metálicos, teñido, textiles,
agua potable y agua para calderas.
2.9 Interp retación de la dureza:
Dureza co mo Ca CO 3 .
0 – 75 agua suave.
75 – 150 agua poco dura.
150 – 300 agua dura.
Mayor de 300 agua mu y dura.
2.10 EFECTOS QUE CAUSA LA DUREZA DEL AGUA.
2.10.1 EMBANCAMIENT O
El barro y la sílice ayudados por alguna sales disueltas, producen
e mbanca mientos su ma mente rápidos, es decir, se depositan en el fondo
de la caldera, dificultando o impidiendo la libre circulación y salida del
agua.
Estas i mpurezas deben ser retiradas casi en su totalidad antes del
ingreso a la caldera, sometiéndolas a un proceso de filtración.
25
2.10.2 INCRUST ACIONES
Las incrustaciones son depósitos en for ma de costras duras, un reporte
de la U.S. Bureau of mines indica que una incrustación de 1/9 pulgadas
reduce la eficiencia en un 16%. La incrustación también actúa co mo un
“asistente inoportuno” causando ma nchas que en lo posterior se
convierten
en
severas
incrustaciones
que
reducen
la
sección
transversal del tubo del caldero que en nuestro caso es acuotubular.
Por su carácter de aislante, afectan la transferencia de calor al agua
reduciendo la capacidad de la caldera, provocando recalentamiento de
los tubos con el consiguiente peligro de deformaciones o roturas y
restringen el paso del agua (calderas acuotubulares).
Algunas veces la incrustación es causada por elementos de dureza tal
co mo calcio, magnesio en el agua. Por eje mplo, cuando el agua dura es
calentada en el caldero el calcio se co mbina con el sulfato o carbonato
para for mar las incrustaciones de sulfato o carbonato de calcio (SO 4 CaCO 3 Ca). La incrustación forma una continua capa de aislamiento en la
superficie caliente del caldero.
Para eliminar los problemas de incrustación es necesario ablandar el
agua o re mover todos los ele mentos d e dureza del agua. Esto se realiza
haciendo uso de un ablandador de agua y de quí micos.
Una segunda fuente de incrustaciones es la sílice. La sílice es
encontrada en varias cantidades en el agua de su ministro. Cuando el
caldero evapora el agua y la sílice es dejada en el agua, esta se
concentra, for mándose una incrustación en toda la superficie del
caldero que está en contacto con el agua. La sílice actúa como un
26
aislante, tiende a tapar el sistema y es extre mada mente difícil de
re mover.
2.10.3 INCRUSTACIONES MÁS COMUNES.
Si la incrustación aumenta en espesor, aumenta ta mbién la temperatura
del metal, hasta que se exceda la temperatura má xi ma de seguridad y
el tubo falle o estalle.
Entre las incrustaciones más i mportant es tene mos:
Analsita Na 2 O.Al 2 O 3 .4SiO 2 .2H 2 O
Serpentina 3MgO.2 SiO 2 .2H 2 O
Ac mita Na 2 O.Fe 2 O 3 .4 SiO 2
Aragonita cálcica CaCO 3
Anhidrita CaSO 4
Hidroxiapatito Ca 1 0 (OH) 2 ( PO4) 6
He matite Fe 2 O 3
Sílice SiO 2
Cuprita Cu 2 O
27
Brucita Mg(OH) 2
Fosfato básico de magnesio Mg 3 (PO 4 ). 2Mg(OH) 2
2.10.4 CORROSIÓN.
La corrosión es la forma que la naturaleza tiene para regresar los
metales procesados co mo el acero, c obre y zinc, a su estado original,
co mo co mpuestos quí micos o mine rales. En otras palabras es el
deterioro progresivo de las superficies metálicas en contacto con el
H 2 0, debido a la acción del O 2 , CO 2 y algunas sales como el cloruro de
sodio. Por eje mplo, en su estado nativo el hierro es un compuesto
oxidado (esto es, Fe 2 O 3 , FeO, Fe 3 O 4 ) pero cuando se ha convertido en
hierro y acero pierde el oxigeno y se vuelve hierro elemental (Fe 0 ). En
presencia de agua y oxigeno, la naturaleza ataca incansablemente al
acero convirtiéndolo al hierro element al en un óxido.
Quí mica mente
hablando
pode mo s
d ecir
que
la
corrosión
es
una
destrucción del metal por efecto de la acción química o electroquí mica
del medio que lo rodea. Reacción Quí mica se entiende como una
reacción en donde participan moléculas e iones, pero no electrones. En
la reacción electroquímica existe la participación de los electrones.
El proceso más preocupante es la corrosión, por los graves daños que
produce
y
por
las
innumerables
causas
que
la
propician.
Es
considerada como uno de los fenóme nos más co mple jos de la química
inorgánica.
28
Los tipos de corrosión que ocurren en un caldero son:
·
Corrosión por oxigeno.
·
Corrosión cáustica.
·
Corrosión por bajo pH.
·
Corrosión por quelantes.
2.10.5 ARRAST RE
Son burbu jas de agua de caldero que han sido arrastradas por el vapor,
una vez que este vapor sale de la caldera lleva partículas de agua en
suspensión, en la mayoría de los casos está supuesto a ser nada más
que agua evaporada.
Los sólidos disueltos en esas partículas se depositan en los elementos
y equipos donde circula y se utiliza el vapor provocando problemas de
funcionamiento de los sistemas de vapor. Este fenó meno está mu y
asociado a la formación de espu ma en la superficie del agua.
Todos los sólidos deberían quedar en el caldero, ya que estos en el
vapor causan muchos proble mas, los más co munes son tapona mientos
en las líneas de vapor, depósitos en turbinas y tuberías.
El arrastre es causado por un excesivo contenido de sólidos disueltos
en el ag ua, e xcesiva alcalinidad u otras materias e xtrañas tales co mo
aceite, detergente y substancias or gánicas. El arrastre puede ser
29
re mediado por un apropiado programa de purgas asegurando que los
sólidos disueltos se mantengan dentro de los limites adecuados.
2.10.6 FRAG IL IDAD CÁUST ICA
Es el agrietamiento (pequeñas fisuras) del metal de los tubos y
elementos so metidos a esfuerzos mecánicos. Se produce cuando el
agua contiene hidróxido de sodio en exceso.
2.11 ALCALINIDAD Y ACIDEZ DEL AGUA.
Con objeto de evitar la corrosión de las partes metálicas de la caldera
debido a la presencia de oxígeno y anhídrido carbónico en el agua, se
recurre a la medición del grado de alcalinidad o acidez. Para esto
existen dos métodos distintos:
A)
DETERMINACIÓN DEL pH.
Para ello se ha ideado una escala de valores pH (concentración de
iones hidrógeno) entre 0 y 14.
·
pH entre 0 y 6,99 indica agua ácida.
·
pH igual a 7 indica agua neutra.
·
pH entre 7,01 y 14 indica agua alcalina.
30
En
la
determinación
práctica
del
pH
se
puede
emplear
papeles
impregnados (papeles pH) con colorantes especiales que indican su
valor al adquirir determinados valores.
Se reco mienda que el pH del agua de la caldera sea superior a 7 (agua
neutra o alcalina) y en lo posible, superior a 10,5 y menor a 12.
B)
TITULACIÓN DE LA ALCALINIDAD.
Se utilizan dos indicadores: fenoftaleina (alcalinidad F) y anaranjado de
metilo (alcalinidad M).
Alcali nidad F.- La cantidad de solución de ácido agregado indica,
utilizando una tabla, el valor de la alcalinidad medida en pp m de
carbonato de calcio.
Alcali nidad M.- Se utiliza la mis ma muestra tal co mo quedó al ter minar
la prueba anterior. La cantidad total de ácido sulfúrico agregado (tanto
en la alcalinidad F como en esta) representa el valor de la alcalinidad M
o total medida en pp m de carbonato d e calcio.
Los valores de alcalinidad F deberían estar entre 300 a 600 pp m de
carbonato de calcio y la alcalinidad M o total no debe superar los 800
pp m de carbonato de calcio.
2.12 TRATAMIENTOS PARA PURIFICAR EL AGUA.
El agua de alimentación de las calderas debe ser tratada, con el objeto
de prevenir los problemas causado s por las impurezas, utilizándose
alguno de los siguientes procedimientos:
31
·
Físicos.
·
Quí micos.
·
Térmicos.
·
Mixtos.
·
Eléctricos
A)
·
TRATAMIENTOS FÍSICOS.
Filtración.- Su ob jeto es extraer partículas grandes en suspensión.
Se realiza antes que el agua llegue a la caldera (externo).
·
Los filtros pueden ser de mallas (pequeñas instalaciones) o de grava
y de arena.
·
Desaireación.extraer
los
Ta mbién
gases
llamada
disueltos
desgasificación.
(oxigeno,
anhídrido
Consiste
en
carbónico).
Se
consigue calentando el agua de alimentación proporcionando una
gran área de contacto agua - aire (ducha o agitación).
·
Extracción o purgas.- consiste en evacuar cierta cantidad de agua
desde el fondo de la caldera o del domo, con ob jeto de dis minuir o
mantener la cantidad total de sólidos disueltos y extraer lodos (en el
caso de purga de fondo).
32
La extrac ción puede ser continua o intermitente, la magnitud de la
extracción depende de la concentración de sólidos disueltos a mantener
en la caldera y la del agua de alimentación.
B)
Consiste
TRATAMIENTOS QUÍMICOS.
en
su ministrar
internamente
sustancias
quí micas
que
reaccionan con las impurezas del agua, precipitando sólidos insolubles
o en suspensión, eliminables mediante purgas. Según el ob jetivo que
persiguen, las sustancias se clasifican en:
REDUCTORAS DE DUREZA O ABLANDADORAS.
Interca mbiadores
de
iones:
se
utilizan
ablandadores
naturales
o
sintéticos (zeolitas o permutitas).
INHIBIDORES DE CORROSIÓN.
Sulfito de sodio (NaSO 3 ): reacciona con él oxigeno produciendo
sulfatos de sodio. Se utiliza para calderas de presiones menores a 30
Kg/c m 2 .
Hidracina (N 2 H 4 ): reaccionan con el oxigeno produciendo nitrógeno y
agua sin producir sólidos disueltos. Apta para calderas de alta presión.
Ami nas: utilizadas para el control de la corrosión de tuberías de
retorno de condensado (corrosión por anhídrido carbono).
33
INHIBIDORES DE FRAGILIDAD CÁUSTICA.
Nitratos y nitritos de sodio (NaNO 3 -NaNO 2 ): debe usarse donde el agua
tiene características de fragilidad.
INHIBIDORES DE ADHERENCIA POR LODOS.
Agentes orgánicos: taninos, almidones, derivados de aguas marinas.
Evita la formación de lodos adherentes y minimizan el arrastre.
C)
TRATAMIENTOS TÉRMICOS.
Mediante el calentamiento del agua hasta su te mperatura de ebullición,
se precipitan todos los bicarbonatos en forma de carbonatos insolubles
que decantan y se e xtraen del fondo del econo mizador, eliminando de
esta
manera
la
dureza
temporal
y
los
gases
disueltos.
Este
procedimiento no separa la dureza permanente.
D)
TRATAMIENTOS MIXTOS.
Consiste en e mplear algunos desincrustantes quí micos y a su ve z
calentar el agua eliminando a mbas dur ezas.
34
E)
TRATAMIENTOS ELÉCTRICOS.
Por este siste ma basado en la electrólisis del agua, el zinc en planchas
que se colocan con pernos a tubos de chapas, defiende las planchas de
hierro de la acción de las sales incrustantes.
2.13 PURGADORES.
Los purgadores van en la parte más b aja de la caldera y algunas veces
ta mbién en el cuerpo cilíndrico, se utilizan para sacar una cierta
cantidad de agua con el fin de extraer de la caldera los lodos,
sedimentos y espu mas. Las i mpurez as de las grandes cantidades de
agua vaporizada se van precipitando constante mente. En ocasiones se
e mplea purgando por el fondo en ciclo continuo, por medio de un tubo
pequeño, para sacar las impurezas a medida que se precipitan. No
obstante, cuando se sigue este procedimiento, los purgadores grandes
hay que abrirlos de vez en cuando p ara sacar más co mpleta mente los
lodos acumulados.
2.14 DESAIREADORES.
Se
conocen
co mo
desaireadores
(desgasificadores)
a
aquellos
dispositivos me cánicos e mpleados para liberar los gases contenidos en
el agua de alimentación (aire, oxigeno, anhídrido carbónico y otros
gases).
Su funciona miento consiste en dividir el agua de alimentación en finas
gotitas, calentándolas a continuación para transfor marlas en vapor
dentro del desaireador, y separar el aire, anhídrido carbónico y otros
gases del vapor a medida que este se va condensando. En los
35
desaireadores el fluido calorífico acostu mbra a ser el vapor, a presiones
co mprendidas entre valores altos y hasta otros inferiores a la presión
at mosférica.
Un calentador de agua de alimentación del tipo abierto o de contacto
directo puede desempeñar la función de desaireador con tal que el agua
se caliente a una temperatura suf icientemente alta para que se
desprendan los gases contenidos en ella, los cuales se eliminan por el
purgador del calentador.
Los
desaireadores
más
modernos
son
calentadores
de
agua
de
alimentación del tipo de contacto directo. Estos aparatos pueden
construirse para producir agua con contenidos muy ba jo s de o xigeno y
otros gases.
La distinción entre un desaireador propiamente tal y un calentador de
agua de alimentación del tipo de contacto directo, que actúe de
desaireador, está en el bajo contenido de oxigeno del agua producido
por este último.
Los equipos
desaireadores del agua de alimentación de las centrales
tér micas pueden ser del tipo de bandeja (artesa) y del tipo de
ato mización. Algunas veces se desgasifican aguas muy corrosivas
so metiéndolas en frío a presiones absolutas muy ba jas. Para el servicio
de agua caliente de los edificios de desgasificación pueden llevarse a
cabo por calentamiento sin que el agua y el vapor entren en contacto
36
2.15 TRATAMIENTO CON ZEOLITA.
Se conocen por zeolitas (Na 2 Z) a los silicatos de sodio y aluminio, bien
sean naturales o artificiales; su formula general es Na 2 O.Al 2 O 3 .SiO 2 .
Esta substancia tiene la propiedad de absorber el calcio y magnesio de
las aguas que atraviesan, debido a que sus bases son permutables. De
esta manera, en el proceso del ablanda miento o rectificación, el sodio
de la zeolita pasa a la solución en for ma de carbonato, sulfato o
cloruro, debido a que el calcio y magn esio del agua son absorbidos por
la zeolita.
Los ca mbios de bases son los siguientes:
CaZ + 2 NaCl --- Na 2 Z + CaCl 2
MgZ + 2 NaCl --- Na 2 Z + MgCl 2
Las zeolitas naturales (arenas verdes) están indicadas para tratar agua
fría exenta de ácidos y se utilizan con éxito en ciertos casos, pero en
muchos o tros han sido desplazados p or productos resinosos artificiales
especiales
(también
rectificado
de
deno minados
aguas.
Estos
zeolitas)
productos
fabricados
pueden
para
soportar
el
altas
te mperaturas, ácidos y álcalis, y en deter minadas condiciones pueden
ca mbiar los aniones y cationes de las impurezas contenidas en el agua.
En cualquier caso el agua que atraviesa el lecho de zeolita debe estar
libre de detritus, lodo cieno y precipitados finamente divididos, los
cuales recubren y tapan las partículas de los materiales empleados
para la rectificación, haciéndolos men os eficientes.
37
2.16 DESAL INIZ ACIÓN.
El proceso de desalinización por osmosis inversa, se usa ampliamente
en el tratamiento del agua para calderas de alta presión, para eliminar
sílice y sales fundamental mente . (Ver anex o 5, 6, 7)
En co mparación con el costo de pr oducción de agua destilada, la
desalinización ha encontrado gran aceptación en las industrias para
producir energía eléctrica.
La os mosis es un proceso natural que ocurre en todas las células vivas.
Esta per mite la vida de todos los seres tanto animales co mo vegetales,
al inducir que el agua fluya por difusión desde zonas donde se
encuentran relativamente pura, con baja concentración de sales, a
zonas donde se encuentra con alta concentración a través de una
me mbrana se miper meable. El resultado final es la extracción de agua
pura del medio a mbiente.
Una me mbrana se miper meable es cualquier me mbrana animal, vegetal
o sintética en que el agua puede penetrar y traspasar con mucha
facilidad que los otros componentes q ue se encuentran en solución en
ella.
La os mosis inversa es un proceso inventado por el hombre que invierte
el fenómeno natural de os mosis. El o bjetivo de la os mosis inversa es
obtener agua purificada partiendo de un caudal de agua que esta
relativamente i mpura o salada. Esto se logra separar de este caudal de
agua conta minada con sales, un caudal menor de agua pura.
proceso
se
aplica
presión
a
la
solución
que
tiene
En este
más
alta
38
concentración de sales para forzar un caudal inverso a través de la
me mbrana se miper meable.
2.17 DESMINERAL IZ ACIÓN
Los procesos de des mineralización por intercambio iónico, se usan
a mpliamente en el trata miento del agua para calderas de alta presión,
para eliminar sílice, calcio y magnesio funda mental mente . (v er anex o 8)
La des mineralización es el métodos mas co mún mente u sado, para
producir gran cantidad de agua con baja cantidad de sólidos.
En co mparación con el costo de pr oducción de agua destilada, la
des mineralización ha encontrado gran aceptación en las industrias para
producir energía eléctrica.
Considerando primero un siste ma de des mineralización y eliminación de
sílice en dos etapas, el primer paso será pasar el agua a través de un
intercambiador cationico en el ciclo de hidrógeno, y el segundo pasar
este efluente a través de un intercamb iador aniónico altamente básico.
En el primer paso, los cationes de hidrógeno serian intercambiados por
los cationes de calcio, magnesio, sodio, etc. Que serian to mados por el
intercambiador cationico.
Esto
dará
como
resultado
la
for mación
de
ácidos
minerales
fuerte mente ionizados, tales como el sulfúrico, clorhídrico y el nítrico,
ácidos poco ionizados como el carbónico y el de silicio.
39
En el segundo paso, tanto los ácidos fuerte mente ionizados co mo los
débiles y en el que esta el ácido de silicio, que se forman en el primer
paso, serán tomados por el intercambiador aniónico, el cual dará un
intercambio de una cantidad equivalente de iones hidroxilos, cantidad
que en conjunto representa la capacidad de las resinas.
Por lo tanto, el equipo que se usa puede ser una unidad (o batería de
unidades) de intercambio cationico en el ciclo de hidrógeno y una
unidad (o baterías de unidades) de interca mbio aniónico fuertemente
básico, con sus respectivos regenerantes.
2.18 INFLUENCIA DE LA CALIDAD DEL AGUA.
En el re ndimie nto de la caldera.
El rendimiento de la caldera es la relación que existe entre el calor total
entregado por el combustible al quemarse y el calor contenido en el
vapor.
Las incrustaciones producen una capa aislante que se adhiere a las
superficies de calefacción de la caldera y que dificulta la transmisión
del calor entregado por el combu stible. Por esta razón los gases no
trans miten
todo
su
calor
al
agua,
perdiéndose
combustible
y
disminuyendo el rendimiento.
En la seg uridad.
Las incrustaciones aíslan las superficies de calefacción del agua,
provocando un calentamiento excesivo de estas, las que pueden llegar
40
a
perder
gran
parte
de
su
resistencia
sufriendo
deformaciones
per manentes, roturas y e xplosiones.
Por otra parte, cuando a causa del trabajo propio de la caldera, la
incrustación se rompe parcial o totalmente, pone en contacto repentino
el agua a presión con la plancha recalentada y por lo tanto debilitada,
produciendo un aumento de presión interna tal, que provocara una
explosión.
2.19 DETERMINACIONES QUE SE REALIZAN AL AGUA.
Para llevar a cabo un análisis de agua cruda es necesario efectuar las
siguientes determinaciones:
1. Dureza total.- Con esta determinación se obtiene el contenido total
de calcio y magnesio, reportado en partes por millón de calcio (ppm
de CaCO 3 ).
2. Dureza de calcio.- Se obtiene exclusiva mente el contenido de calcio
expresándolo en pp m de CaCO 3 . La diferencia de la dureza total
menos la dureza de calcio nos da el contenido de magnesio co mo
CaCO 3 en pp m.
3. Alcali nidad.- Mediante esta deter mina ción se obtiene el valor de los
aniones
alcalinos
(bicarbonatos
y
carbonatos),
mediante
la
neutralización total con una solución valorada de ácido (sulfúrico o
clorhídrico)
aprovechando
la
oportunidad
de
dos
sustancias
indicadoras denominadas fenoftaleina y anaranjado de metilo, de
ca mbiar el color al pasar de un medio alcalino a un medio ácido o
viceversa.
41
4. Cloruros.- Los aniones que se deter minan normal mente en una agua
cruda ademá s, de los bicarbonatos y carbonatos son los cloruros, los
cuales se encuentran co mbinados e n for ma de cloruro de sodio,
cloruro de calcio y magnesio constituyendo en estos últimos casos,
junto con los sulfatos, de calcio y magnesio, la dureza permanente
del agua o dureza de no carbonatos.
5. Sulfatos.- Este anión
se encuentra co mbinado en la mis ma for ma
que los cloruros.
6. Nitratos.- Es un anión que se encuentra generalmente en muy ba ja
concentración en el agua (0 a 5 pp m apro xi mada mente), y co mo
prácticamente no produce ningún efecto perjudicial, rutinariamente
no se deter mina más que para fines especiales de cálculo.
7. Sílice.- Esta deter minación es muy importante en vista de que este
co mpuesto produce incrustaciones muy duras y adherentes al metal,
por efectos de calentamiento.
8. Gas Carbónico.- El gas carbónico disuelto en el agua se determina
en un análisis rutinario del agua.
9. Sólidos Totales.- Los sólidos totales del agua se deter minan por
evaporación, si previamente se filtra el agua se obtiene únicamente
los sólidos disueltos.
10.
Conducti vidad.- Se hace uso de la propiedad de las sustancias
disueltas
de
conducir
la
corriente
eléctrica
para
medir
la
conductividad y relacionarla posteriormente a la cantidad de sólidos
disueltos.
42
11.
pH.- Es una deter minación muy i mpor tante para precisar el grado
de acidez o alcalinidad del agua. Se expresa en unidades de cero al
catorce (0 a 14). Un pH de 7, corr esponde a una agua neutra,
valores
menores
de
7
denotan
ac idez
y
arriba
de
7
indican
alcalinidad.
43
CAPIT ULO III
3.1 UBICACIÓN DEL AREA DE EST UDIO
La Central Térmica se encuentra lo calizada en el sector de Fertisa
(Estero del Muerto) frente a la isla Trinitaria, al sur de la ciudad de
Guayaquil. (v er anex o 9 ).
Esta ubicación se jus tifica plenamente no solo por la de manda de carga
requerida por esta zona importante d el país, sino porque ade más dada
su localización se facilita el suministro de co mbustible a través de
buques-tanque que navegan por el estero.
Ade más dado el gran volumen de enfriamiento requerido por esta
Central es necesario contar con una fuente que garantice en todo
mo mento este requerimiento propio de una Central de vapor, lo que en
este caso constituye el estero el Muerto.
3.2 LA PROBLEMÁTICA DE LOS SOLIDOS SOLUBLES
El
problema
a
tratar
en
esta
tesis
es
la
influencia
de
las
concentraciones de sólidos solubles TDS (Ca, Mg y Sio 2 ) en la calidad
del
agua
utilizada
en las
calderas
de
la
Central
Termoeléctrica
Trinitaria, esta agua proviene del estero el muerto que contiene grandes
concentraciones de sólidos solubles que producen una sobresaturación
de las resinas del desmineralizador, así co mo ta mbién la for mación de
depósitos duros e incrustaciones en los tubos de las calderas y las
aspas de las turbinas de vapor, p rovocando paradas de limpieza
innecesarias,
generando
con
esto
perdidas
de
tiempo
y
gastos
econó micos significativos para la empresa Electroguayas. To mando
encuenta que a la empresa bo mbea agua del estero todo el día hasta
44
llenar
los
tanques
ingresando a la
proveniente
de
aproximad a mente
1500
desalinizadora 30 metros cúbicos
del
estero
el
muert o
con
una
me tros
cúbicos,
por hora de agua
concentración
de
aproxi mada mente 4.139.41 mg /l de dureza total.
Los análisis de los TDS, proporcionan un método sensitivo para el
control de operación de los desmineralizadores de agua, ya que la
sílice es una de las primeras i mpurezas que salen através de una
unidad agotada y así evitar una futura reacción con el Ca y el Mg.
Los depósitos en el caldero tradicionalmente han sido asociados con la
dureza de calcio y magnesio. Co mo los calderos llegaron a ser mas
co mplejo s y las presiones de operación au mentaron, co mo las reglas
jugadas por otras impurezas tales como hierro, cobre, silica y aluminio
ta mbién au mentaron.
El silicato de magnesio no es generalmente encontrada co mo tal en los
depósitos debido a la presencia de suficiente ion hidróxido, la Brucita
(silica) precipitara.
La mis ma consideración no se aplica al silicato de calcio, el cual
encontrado como una incrustación dura, debido a que el hidróxido de
calcio es mas soluble.
Los silicatos básicos de calcio que se for man tales co mo la girolita
(2CaO.3SiO 2 .H 2 O) o xonolita (5CaO.5SiO 2 .H 2 O), son muy duros y
aislantes para transferir calor.
45
El silicato de hierro o silicato de aluminio son eje mplos de otros
silicatos que pueden estar presentes en los depósitos. Estos ta mbién
son duros y son mas aislantes del calor, que incluyen a:
Analcita (Na 2 O. Al 2 O 3 .4SiO 2 .2H 2 O).
Ac mita (Na 2 O.Fe 2 O 3 .4SiO 2 ).
Nefelina (Na 2 O. Al 2 O 3 .2SiO 2 .H 2 O).
Natrolita (Na 2 O. Al 2 O 3 .3SiO 2 . H 2 O).
Noselita (5Na 2 O.3 Al 2 O 3 .6 SiO 2 .2SO 3 ).
La
formación
de
estos
silicatos
co mplejo s
ocurre
a
muy
altas
te mperaturas por las reacciones que to man lugar sobre las superficies
de los tubos de las calderas.
Un fino deposito de “cáscara de huevo” o incrustación de silicatos
co mplejo s co mo el de calcio y el de magnesio, puede frecuente mente
causar debilitamiento de los tubos como resultado de su efecto aislante
y la formación de áreas de alta transferencia de calor.
El cuarzo (SiO 2 ) puede también presentarse, formándose cuando altas
concentraciones de sílice son llevadas en el agua del caldero. Los
depósitos de cuarzo (SiO 2 ) son e xtre mada men te aislantes y difíciles de
re mover, ellos son controlados limitando la concentración de silicato de
Ca y Mg en el caldero, manteniendo altos niveles de hidróxido y
utilizando dispersantes orgánicos específicos y como su no mbre lo
46
indica, actuaran co mo aisladores de las sílice y así poder re moverlas
con facilidad por operación física.
El agua es un material de Ingeniería, así co mo una de las necesidades
funda mentales utilizadas en casi todas las ramas industriales. Las
exigencias presentadas a las aguas en las industrias en lo que respecta
a su calidad, se determina por las condiciones especificas de unos u
otros procesos tecnológicos.
En la central térmica de la isla trinitaria el agua cruda proviene del
estero que por este sector se lo conoce con le nombre del Estero del
Muerto, la cual es canalizada para luego ser analizada, tratada y
verificada para su optima utilización en los ablandadores, calderas y
de más funciones.
Se debe mantener un control diario y cuidadoso para conseguir las
condiciones optimas del agua a partir de los siguientes pasos:
1. Deter minación de los parámetros para el tratamiento quí mico del
agua.
2. Ajuste de la dosificación, la mis ma que se la realiza de acuerdo a las
condiciones cambiantes del agua en base a:
a) Dosificación de compue stos quí micos.
b) Alimentación del químico.
c) Control de purga.
47
Es de anotar que el agua utilizada por la planta térmica en su
dosificación química es total mente bas ada en las normas ASI NEL.
3.3 UBICACIÓN DEL ÁREA DE FORMACIÓN DE TDS (SILICATO DE CALCIO Y
MAGNESIO).
El área de formación de los silicatos se encuentra dentro del caldero y
los dispositivos de almacena miento co mo son los tanques y las tuberías
que los conectan, ya que debido al oxigeno disuelto oxida la sílice
(arena) en medio acuoso y la lleva a convertirse en ácido de silicio y
este al co mbinarse con las sales de c alcio y magne sio, se transfor man
en sales de silicato.
Estas sales de silicato posteriormente for maran capas de lodos dentro
de las tuberías, los dispositivos de almacena miento co mo ta mbién en
las calderas en donde causan graves perdidas de calor por contacto.
Co mo se dijo anteriormente las perdidas de transferencia de calor en
las tuberías y dentro de los calderos que son acuotubulares, en donde
disminuyen el área de contacto entr e las paredes de los tubos y el
vapor, dando origen a una disminución de la transferencia de energía y
así mis mo ba jando la eficiencia de los vapores de turbina.
3.4 ORIGEN DE LA FORMACIÓN DE SILICATOS DE CALCIO Y MAGNESIO EN
AGUAS PARA CALDERAS.
La principal causa de la for mación de silicato es por arrastre de la
arena proveniente de los ríos, esteros y brazos de mar, de donde
provienen las aguas que son utilizadas para este proceso, en la cual
48
contienen sólidos suspendidos como la sílice (arena) que es la mas
conocida y ademá s de otros co mponentes.
Las aguas al pasar a proceso donde s on so metidas a altas presiones y
en medio acuoso, con el o xigeno se oxidan y for man sílice (SiO 2 ), de
esta manera e xplicamos de có mo se for man el principal componente
para formar los silicatos que es el SiO 2 .
Los ligantes más co mún mente encontrados en el agua de caldero son el
oxido de hierro, fosfato básico de Magnesio, silica, aceites y otros tipos
de co mpuestos orgánicos.
3.5 REACCIÓN QUÍMICA PARA LA FORMACIÓN DE SILICATO DE CALCIO Y
MAGNESIO.
Las principales reacciones que se forman son las siguientes:
Si(arena) + O 2 ----- SiO 2
SiO 2 + H 2 O ----- H 2 SiO 3 (ácido de silicio)
H 2 SiO 3 (ácido de silicio) + Ca ----- SiO 3 Ca(silicato de calcio)
H 2 SiO 3 (ácido de silicio) + Mg ----- SiO 3 Mg(silicato de magnesio)
En donde las reacciones de sustitución de la resina son:
SiO 3 Ca + ZNa ----- SiO 3 Na 2 + Z 2 Ca
49
SiO 3 Mg + ZNa ----- SiO 3 Na 2 + Z 2 Mg
3.6 CONTROL DE LA CONCENTRACIÓN DE SÍLICE EN AGUA DE CALDERAS
PARA EVITAR LA FORMACION DE SALES DE Ca y Mg
Para
realizar
el
control
de
las
concentraciones
de
sílice
para
trata mientos de aguas para calderas, debemo s tener los siguientes
conceptos.
Se debe decir que no existe ningún procedimiento simplista ni producto
quí mico apropiado para el tratamiento de todas las clases de aguas.
Cada caso se debe considerar individualmente.
El proceso del trata miento del agua incluye la separación de los detritos
mediante cribas mó viles o fijas, filtrado, separación de lodos y limos en
depósitos de decantación, Desaireación, trata miento con cal apagada,
trata miento con carbonato sódico, tra ta mientos con a mbos productos,
con fosfato trisódico, zeolitas (descalcificadores) y por osmo sis inversa.
Hay veces que se trata el agua fría y otras en que se necesita calor.
3.7 ELIMINACIÓN DE LAS CONCENTRACIONES DE SÍLICE, SILICATOS Y
AGENTES SIMILARES DE LAS AGUAS DE CALDERAS PARA EVITAR SU
REACCIÓN CON EL Ca y Mg.
Las principales operaciones para la eliminación de los TDS de las
aguas de alimentación proveniente de los ríos que se utilizan son:
Un programa de trata mientos de agua para calderos debe estar
diseñado para mane jar todos los tamaños de calderos de una for ma
50
segura y si mple. El progra ma co mpleto consiste de tres etapas bien
definidas que son:
·
Pretrata miento o trata miento externo.
·
Tratamientos internos.
·
Post-trata mientos.
Cada uno de ellos tiene ingredientes básicos como son los equipos
mecánicos, quí micos for mulados y procedimientos sugeridos por el
proveedor.
Cada
uno
de
estos
ti ene
un
rol
importante
en
el
manteni miento de una operación eficiente del caldero.
3.7.1 PRETRATAMIENTO.
El sistema de Pretrata miento o trata mi entos externos es quizás la parte
mas i mportante de todo lo relacionado con los siste mas de aguas de
calderos. Los tipos de Pretratamiento dependen principalmente de la
calidad del agua cruda que va a ser utilizada y de las exigencias que la
caldera tenga en cuanto al agua de alimentación que pueda recibir.
En tér minos generales estos trata mientos son:
·
Clarificación.
·
Filtración.
·
Interca mbio iónico.
51
A) CLARIFICACIÓN.
La mayoría de las aguas, sean est as de superficie o de subsuelo,
requieren de un tratamiento que permi ta re mover de ellas las partículas
en suspensión, color, hierro etc. antes de ser distribuidas, ya sea para
consu mo hu mano o para uso industrial. La clarificación se puede definir
en tres operaciones fundamentales que son:
Coagulación.
Floculación.
Sedi mentación.
·
COAGULACIÓN.
En tér minos generales es el proceso de neutralización de las cargas
presentes en el agua que provienen de los sólidos en suspensión,
proceso que se obtiene mediante la adición de químicos de cargas
opuestas.
·
FLOCULACIÓN.
En tér minos generales se define como la aglomeración de las partículas
en suspensión previamente coaguladas o desestabilizadas. Podemos
decir que la Floculación comienza cua ndo la coagulación termina.
52
·
SEDIMENTACIÓN.
Este proceso consiste en sedimentar por gravedad los flóculos que han
sido formados previa mente en la coag ulación y luego en la floculación.
B) FILTRACIÓN.
La filtración es el pasa final de la clarificación del agua, consiste en la
retención de los sólidos suspendidos presentes en ella antes de ser
enviadas a los diferentes procesos industriales en la planta.
C) INTERCAMBIO IÓNICO.
El intercambio iónico puede ser definido co mo un interca mbio reversible
de iones entre una fase sólida y una liquida, en la cual no existe un
ca mbio perceptible en la estructura del sólido. El proceso mayor mente
conocido en el intercambio iónico es la suavización o ablandamiento.
D) SUAVIZACIÓN O ABLANDAMIENTO.
Es la que consiste en la re moción de los iones calcio y magnesio
(dureza) que se encuentran presentes en el agua cruda. El interca mbio
de calcio y magnesio por el sodio puede ser representado de la
siguiente forma:
53
Ca
SO 4
R 2 Ca
2Cl
+
2NaR
Na 2 SO 4
+
Mg 2HCO 3
2NaCl
R 2 Mg
2NaHCO 3
Donde R = resina.
La reacción de suavización se lleva a cabo hasta que se agota la
capacidad
de
la
resina,
para
luego
proceder
a
su
restauración
nueva mente mediante una regeneración con cloruro de sodio del 10 al
25%.
Este
proceso
de
regeneración
consiste
en
tres
pasos
funda mentales:
Retrolavado.
Regeneración.
En juague.
·
RET ROLAVADO
Es el proceso hidráulico mediante el cual se puede remover las
impurezas presentes en la resina, al efectuar la inyección del agua a
través de la parte inferior del tanque. Ade má s per mite la colocación
ordenada de la resina por gravedad. La expansión de la resina debe ser
del 50 % al 75 % de su volu men original, el espacio libre dentro del
tanque. Por encima de la resina, debe ser equivalente a un 75% al
54
100% del volumen inicial de la resina. Esto ultimo per mite prevenir
perdidas de resina durante el proceso de Retrolavado.
·
REGENERACIÓN
Es el tratamiento que per mite el eliminar de la resina todos los iones
(Ca y Mg) que ha re movido del agua durante el proceso de intercambio
iónico. De esta forma mantiene eficiente su capacidad de intercambio y
prolonga su vida útil. Este proceso puede ser controlado manual o
mecánica mente.
R 2 Ca
Ca Cl 2
+
2NaCl
2NaR
+
R 2 Mg
Para
Mg Cl 2
regenerar
una
resina
con
buenos
resultados
es
necesario
considerar cuatro factores:
Bue na velocidad de reacción.- la ruta de flujo del intercambiador se
expresa en (GPM/pie 2 ). Esto se consid era co mo factor de velocidad.
Correcta
conce ntració n
del
rege nera nte.-
la
concentración
del
regenerante se expresa en libras por pies cúbicos de resina. De la
concentración utilizada depende la cantidad de resina regenerada.
55
T iempo de contacto adecuado.- un minuto puede ser un pará metro de
referencia conveniente cuando el agua se encuentre fluyendo a través
de una resina de 30 pulgadas de profundidad a una ruta de 6 GPM/pie 2 .
Dosis de regenerante.- cantidad de quí mico utilizado por ciclo en el
proceso de regeneración. Se expres a en libras por pies cúbicos de
resina.
La
cantidad
de
regenerante
y
su
concentración
deberán
ser
deter minadas por el fabricante de la resina y del equipo, observadas
cuidadosamente durante su utilización.
·
ENJUAGUE.
Es el paso final del proceso de regeneración de una resina. Es el
lavado que debe hacerse a la resina después de su regeneración, su
importancia radica en que la forma de extraer de la resina el exceso de
regenerante.
El
conocer
los
volúmenes
distribución
del
sistema
y
de
los
enjuagues
c olectores
per mite
de
deter minar
drenaje
la
traba jan
correcta mente.
E) DESAIREACIÓN QUÍMICA.
También llamados re movedores de o xigeno o secuestrantes de o xigeno.
Estos secuestrantes quí mico s per miten re moción total de oxigeno.
Estos quí micos reaccionan con él oxigeno libre para formar productos
56
oxidados no nocivos. El más co mún es el sulfito de sodio (Na 2 SO 3 ) e
hidrazina (N 2 H 4 ).
3.7.2 TRATAMIENTOS INTERNOS.
El tratamiento interno de un caldero es absolutamente necesario,
independientemente
del
tipo
de
tr ata miento
e xterno
que
se
este
realizando. Cualquier tipo de tratamiento interno debe estar dirigido a:
·
Re mover él o xigeno disuelto presente en el agua de ali mentación
antes que este pueda entrar a la caldera.
·
Reaccionar con la dureza presente en el agua de alimentación,
previniendo que esta se deposite en las superficies metálicas de la
caldera.
·
Acondicionar cualquier sólido en suspensión que haya en la caldera
así será proveniente de la dureza, haciendo que estos sean menos
adherentes.
·
Proporcionar suficiente alcalinidad para prevenir corrosión en la
caldera.
·
Evitar forma ción de espu ma del agua.
·
Acondicionar
la
sílice
presente
en
la
caldera,
para
evitar
su
incrustación dentro de la mis ma.
57
·
Acondicionar contaminantes que puedan entrar en la caldera, tales
co mo hierro, cobre, aceites u otros de proceso.
3.7.3 TRATAMIENTO PREVENTIVO.
A) CONTROL DE INCRUSTACIÓN.
La incrustación dentro del caldero se controla de forma físico-quí mica.
El agua que ingresa al caldero de vapor debe ser siempre blanda, calcio
y magnesio no pueden per manecer d isueltos en el agua a 100 o C o a
te mperaturas má s altas.
El agua entrando al caldero debe contener 0.0 ppm de dureza total o
habrá incrustaciones.
Agua libre de dureza puede ser obtenida de dos for mas:
La dureza puede ser removida
mecánicamente por ablandadores,
des mineralizadores o por osmosis inversa.
Quí mica mente, mediante secuestrantes de dureza.
Cualquier equipo mecánico per mitirá fugas de dureza. Esta traza de
dureza debe ser retenida química me nte antes de que esta entre al
caldero o dentro del caldero.
58
B) CONTROL DE DEPÓSITOS.
Todo tratamiento quí mico para el control de incrustación, especialmente
los programas precipitantes, debe ir co mple mentado con un método de
control de depósitos o acondicionamie nto de lodos.
Las
sustancias
quí micas
co mún me nte
usadas
son
los
polí meros
orgánicos de origen natural: como s on los taninos, derivados de la
glucosa, etc.
Debido a que los polímeros orgánicos naturales actúan por cubrimiento
de las partículas , ellos son efectivos en prevenir los depósitos
causados por: la serpentina, hidroxiapatita de calcio, carbonato de
calcio, fosfato de magnesio, brucita (co mpuesto de sílice), hidróxido
férrico y algunos depósitos de silica.
Muchos
orgánicos
de
origen
nat ural
son
susceptibles
a
altas
te mperaturas, los cuales pueden causar depósitos por carbonización.
Ciertos polímeros sintéticos sirven como agentes mas efectivos para el
control de depósitos como por eje mplo el silicato éster de sodio (SASE)
que se reco mienda usar en dosis de 20 a 50 pp m dentro de los
calderos.
59
C) CONTROL Y ACONDICIONADORES DE LODOS.
Los lodos provocados por la are na (sílice) dentro del caldero se
controlan mediante un buen control de purgas de fondo y la dosificación
de acondicionares de lodos.
Los taninos son acondicionadores orgánicos derivados de la madera;
generalmente se utilizan para acondicionar lodos que provengan de
aguas de alimentación con altos contenidos de dureza.
No deben ser utilizados en calderas que operen a presiones por encima
de 400 psig, son especialmente efect ivos para acondicionar carbonato
de calcio e hidróxido de magnesio en donde hay un alto contenido de
lodos.
Los almidones son co mpuestos purificados derivados del maíz, el arroz,
la papa y el trigo, que son utilizados en aguas en donde se tiene un alto
contenido de sílice o contaminantes moderadas de aceite.
D) ACONDICIONADORES DE DUREZA.
El tipo de acondicionadores de dureza a ser utilizado en el tratamiento
interno de una caldera depende principalmente de la concentración de
la mis ma y de las facilidades que se tengan para el control del
programa.
Los químicos ma s co mún mente usados son los fosfatos, quelatos y
polímeros.
60
Cuando los fosfatos son utilizados estos reaccionan con el carbonato y
sulfato de calcio y magnesio presentes en el agua, produciendo debido
a la alcalinidad que se tiene en el medio, hidroxiapátia, hidróxido de
magnesio y silicatos de magnesio; si h ay sílice, todos estos co mpuestos
son insolubles en agua y por lo tanto producen lodos que deben ser
acondicionados orgánicamente para evitar que se adhieran a las
superficies metálicas calientes de la caldera, pudiendo ser evacuados
por la purga.
Cuando los quelatos son utilizados estos reaccionan con la dureza
presente en el agua, formando co mpu estos co mple jos que son solubles
en agua, y por lo tanto de muy fácil remoción por las purgas del siste ma
metálicas mas limpias dentro de la caldera.
Para la utilización de los quelatos es absolutamente necesario que todo
él oxigeno haya sido secuestrado ant es de alimentarse, de lo contrario
la eficiencia de secuestración baja a menos del 50%.
La alcalinidad debe ser lo suficiente mente alta para prevenir la
for mación de sulfato de calcio.
La presencia de contaminantes co mo aceites no interfiere en su acción
secuestrante.
E) CONTROL FÍSICO-QUÍMICO.
Es el análisis que debe ser realizado en el agua de los calderos, tanto
en las aguas de reposición, alimentación, purga de fondo y condensado,
para que además de tener en cuan ta las características y tipo de
61
calderos, se pueda diseñar un progra ma quí mico que sea el más
conveniente a la unidad.
3.8 ELIMINACIÓN DE SÍLICE, SILICATOS Y AGENTES SIMILARES DEL
CALDERO.
Los ciclos de concentración en los calderos son regulados por la razón
de purga y están limitados por los sólidos totales disueltos, silicatos y
el hierro. El numero optimo de ciclos de concentración depende de las
tres for mulas siguientes, escogiéndose el de menor valor nu mérico.
El porcentaje de purga es definido por:
Volu men de agua de purga.
% P = ------------------------------------------ X 100
Volu men de agua de alimentación
El porcentaje de purga má xi mo per mit ido en la mayoría de calderos de
mediana y baja presión es de 20 % a f in de evitar daños mecánicos por
variaciones bruscas en el nivel del agua dentro del caldero.
Existen dos tipos de purga en los calderos:
·
Purga de superficie.
·
Purga de fondo.
62
a) Purga de superficie.- Sirve para regular los sólidos totales disueltos
que se encuentran en la parte media del tambor.
b) Purga de fondo.- Sirve para eliminar lodos, sólidos sedimentados y
productos de la reacción química que se encuentran localizados en
la parte inferior del tambor y sola ment e se usa en for ma inter mitente.
Las purgas pueden ser continuas o inter mitentes, si son intermitentes al
caldero es per mitido concentrar hasta un nivel aceptable para el diseño
particular de dicho caldero.
Cuando este nivel de concentración es alcanzado la válvula de purga es
abierta por un corto periodo de tiempo para reducir la concentración de
impurezas, y el caldero es entonces per mitido reconcentrarse hasta que
los limites del control son nuevamente alcanzados.
En la purga continua, la válvula es abierta en una posición fija para
re mover el agua a una razón constante manteniendo una concentración
dentro del caldero relativamente estab le.
Por tanto se concluye que la purga continua provee el me jor control
posible de los sólidos disueltos. La purga intermitente ayuda a remover
el lodo pero algunas veces da como resultado fluctuaciones poco
econó micas de los sólidos totales disueltos.
63
3.9 PARÁMET ROS A SER ANAL IZ ADOS.
En la central térmica se analizan diferentes parámetros, los cuales se
los realizan diariamente y utilizando el sistema pro medial basado en
los criterios mate máticos.
Los principales parámetros evaluados son:
Pará metros
Descripción
PH
Potencial de hidrógeno
COND.
Conductividad
Dca
Dureza cálcica
DMg
Dureza magnesica
SiO2
Sílice
64
CAPIT ULO IV
MAT ERIALES Y MÉT ODOS
4.1 GENERAL IDADES.
En
la
central
térmica
TRINITARI A
se
utiliza
la
tecnología
de
espectrofoto metría para la caracterización de las diversas impurezas
que
contiene
el
estero
El
Muerto,
espectrofoto metria de absorción
que
es
basada
en
la
con el mètodo Asinel colorimétrico
por medio de los aparatos de ultima generación que se encuentran en
el laboratorio de control químico, co mo el espectrofotómetros de Marca
SHI MADZU y Marca GENESI S 20. (Ver anex o 10)
4.2 UNIVERSO DE EST UDIO.
Esta constituido por el agua procedente del estero EL MUERTO,
realizados en la central térmica Trinitaria, en el período Enero –
Diciembre 2003.
4.3 MUEST RA.
La
constituyen
alimentación
de
selecciones
calderas
aleatorias
en
la
de
central
aguas
térmica
tratadas
Trinitaria,
para
la
fueron
to madas 12 muestras, una por cada mes en el periodo Enero-Diciembre
2003.
4.4 CRIT ERIO DE INCLUSIÓ N.Serán incluidas aguas del estero EL MUERTO tratadas en la central
tér mica Trinitaria, en el período Enero-Diciembre 2003.
65
4.5 CRIT ERIO DE EXCLUSIÓN.-
Serán e xcluidos los estudios de grasas, aceites, basuras, materias
suspendidas.
4.6 OBT ENCIÓN DEL DAT O PRIMARIO.-
Para la obtención de los datos se con struyo una ho ja de recolección de
datos, donde se incluye las variables cualitativas y cuantitativas, de las
concentraciones de silicatos presentes en el agua de alimentación de
calderas que se mencionan a continuación.
4.7 VARIABLES CUAL IT AT IVAS:
Turbidez
Aspecto
Color
4.8 VARIABLES CUANT IT AT IVAS
4.8.1CONT INUA:
ppb, son unidades de medida de conc entración de silicatos.
pp m, son unidades de medida de conc entración de Ca y Ma.
us, son unidades de medida de conductividad
66
Lapso en que se van a to mar las mues tras
4.9 PROCEDIMIENT O DE T RABAJO
Para sílice
·
Tratamiento del agua a ser analizada.
·
Toma de muestra
aleatorias de los depósitos (des mineralizador y
desalinizadora).
·
·
Preparar las muestras para el análisis.
Preparar los estándares de trabajo.
· Calibración del equipo.
·
Proceder a medir la absorción en Espectrofotó metro.
·
Obtención de los resultados.
·
Verificar si cumple o no con las especificaciones.
·
Reporte de los resultados en las hojas de recolección de datos.
Para Calcio y Magnesio
·
Tratamiento del agua a ser analizada.
67
·
Toma de muestra
aleatorias de los depósitos (des mineralizador y
desalinizadora).
·
Preparar los materiales de trabajo.
·
Preparar los reactivos de trabajo.
·
Preparar las muestras para el análisis.
·
Realizar la titulación correspondiente
·
Proceder a pesar el precipitado.
·
Realizar los calculos correspondientes.
·
Verificar si cumple o no con las especificaciones.
·
Reporte de los resultados en las hojas de recolección de datos.
4.10 PROCESAMIENT O DE L A INFORMACIÓ N
Toda la información fue recogida en una base de datos confeccionada
en un sistema de co mputación co mp atible con el análisis estadístico
básico, donde se emplearon los siste mas clásicos: Microsoft W ord,
Excel.
68
4.11 MAT ERIAL DE MUEST REO
4.11.1 Instrumentos de muestreo
Para efecto de nuestro estudio se realizaron muestreos en diferentes
puntos de la caldera, para lo cual utilizamos diferentes imple mentos
co mo:
·
Secuestradores de muestras
·
Envases de polietileno de 500 ml.
Posteriormente de llenados los envases se los mantuvo al a mbiente
hasta iniciar los análisis.
4.11.2 Metodología de muestreo
El mues treo es parte importante y funda mental para obtener buenos
resultados es por esto que será realizado de la manera más idónea
para este tipo de muestras.
El muestreo fue realizado a mano utilizando para esto un secuestrador
de mue stras, posteriormente se colocó la muestra envasada en frascos
de polietileno.
El muestreo se realizó en un periodo de doce meses , en dos puntos ya
sea para el agua desalinizada y desmi neralizador de la planta.
69
4.12 Metodología de análisis
El método que se utilizó para el análisis fue basado en pruebas físicoquí micas de la muestra para reducir interferencias de materia orgánica
y los sólidos solubles que pueden interferir con los resultados, y así
realizar la medición de los parámetros mediante espectrofotometría de
absorción en la región visible con el método Asinel colorimétrico . (Ver
anex o11)
4.13 MAT ERIALES DE ANÁL ISIS
Se utilizo co mo materiales para los análisis:
· Pipetas aforadas de 0.5- 1- 5 y 10 ml.
· Matraces de 50 y 100 ml.
· Probeta de 100 ml
· Dispensadores estandarizados de agua.
· Trípodes.
· Buretas de 50 ml.
· Vasos de precipitación.
· Medidor de pH estandarizado.
70
· Conductì metros.
· Espectrofotó metros de Marca SHI MADZU y Marca G ENESIS 20
MET ODOLOGÍA
Procedimiento para el análisis de diferentes muestras:
4.15 DET ERMINACIÓN DE SÍL ICE
OBJET IVO
Este método tiene por ob jeto la deter minación de la sílice disuelta en
aguas naturales o tratadas.
4.15.1FUNDAMENT O DEL MÉT ODO
Este método se basa en que la sílice soluble en medio ácido, reacciona
con el molibdato a mónico dando un a coloración amarilla debida al
ácido silico-molíbdico formado. Este , a su vez es reducido mediante la
adición del ácido 1-amino-2-naftol-4-sulfonico al complejo soluble de
anhídrido
silico-molíbdico
de
color
azul,
cuya
intensidad
es
proporcional a la concentración de acuerdo con la ley de Lambert- Beer.
71
4.15.2 CAMPO DE APLICACIÓ N
En las condiciones que indica este método, se pueden deter minar
concentraciones de sílice disuelta comprendidas entre 2 y 1000 ug/l.
Para concentraciones mayores es con veniente diluir la muestra.
El color y la turbidez en la muestra pr oducen interferencias por lo que
es conveniente proceder, antes de su análisis, a una filtración o
dilución.
Los fosfatos ta mbién producen interferencias en el color de la reacción,
por lo que deben eliminarse añadiendo ácido oxálico para impedir la
for mación del ácido fosfomolíbdico de color azul.
4.15.3 REACT IVOS
Ácido clorhídrico 1 : 1.
Mezclar un volumen de ácido clorhídrico concentrada (densidad = 1.19),
con un volumen de agua des mineralizada.
Solución de heptamolibdato amónic o al 10 %.
Pesar 10 gr. de heptamolibdato amónico [(NH 4 ) 6 Mo 7 O 2 4 .4 H 2 O ], disolver
en agua des mineralizada y llevar a 100 ml.
72
Solución de ácido oxálico al 10 %.
Pesar 10 gr. de á cido oxálico (H 2 C 2 O 4 .2 H 2 O),
disolver en agua
des mineralizada y llevar a 100 ml.
Solución de ácido 1-ami no-2-naftol-4-sulfonico.
Pesar
250
mg
de
ácid o
1-a mino-2-naftol-4-sulfonico
[NH 2 C 1 0 H 5 (OH)SO 3 H] , añadir 10 ml de agua des mineralizada y 0.5 g de
sulfito sódico (SO 3 Na 2 ) agitando hasta dilución completa.
Pesar 15 gr. de disulfito sódico (S 2 O 5 Na 2 ) y disolver con 80 ml de agua
des mineralizada.
Mezclar las dos diluciones a y b, y llevar a 100 ml con agua
des mineralizada.
Guardar en frasco de color topacio y al abrigo de la luz.
Este reactivo se desechara cuando se for men precipitados o cuando se
oscurezca la disolución. Deberá prepararse cada quince días.
Solución pat rón A de sílice (1 ml & 0 .1 mg de SiO 2 ).
Disolver
0.473
gr.
de
silicato
sódico
(Na 2 SiO 3 .9H 2 O)
en
agua
des mineralizada y llevar a 1 litro.
73
Solución pat rón B de sílice (1 ml & 1 ug de SiO 2 ).
Tomar 10 ml de la disolución patrón A y llevar a 1 litro con agua
des mineralizada. Esta disolución deberá prepararse cada vez que se
co mpruebe la curva de calibrado.
Nota.- Todos los reactivos deberán ser guardados en frascos de
polietileno.
4.15.4 PROCEDIMIENT O OPERAT ORIO
PREPARACIÓN DEL MAT ERIAL
Deberá e mplearse material de polietileno, desechando el material de
vidrio siempre que se pueda.
MÉT ODO DE O PERACIÓ N
Tomar 50 ml de la muestra en la probeta de polietileno.
Añadir 0.5 ml de ácido clorhídrico 1:1 y agitar. Añadir 1 ml de
disolución
de
disolución
heptamolibdato
a mónico.
Agitar
y
dejar
reposar 5 minutos.
Añadir 1 ml de disolución de ácido oxálico y agitar. Añadir 0.5 ml de
disolución de ácido 1-amino-2-naftol-4-sulfonico. Agitar y esperar 10
minutos.
74
Leer en el Espectrofotó metro a una longitud de onda de 815 nm,
e mpleando cubetas de 50 n m de paso de luz.
Co mo blanco utilizar agua desmineralizada.
CALIBRADO
Tomar 1-2-5-10-25 y 50 ml de la disolución patrón B de sílice y diluir a
100
ml
con
agua
des mineralizada.
La
concentración
de
esta s
disoluciones corresponde a: 10-20-50-100-250 y 500 ug/l de SiO 2 .
De las disoluciones anteriormente preparadas to mar 50 ml de cada una
y proceder según el método descrito en el método de operación.
Dibujar
la
curva
de
calibrado
representado
absorbancia
frente
a
concentraciones.
CURVA DE CALIBRACIÓN PARA LA DETERMINACIÓN DE SILICE
POR ABSORBANCIA
ug/l de absorvancia
600
500
400
300
200
100
0
1
2
5
10
25
50
ml de solución
75
CÁLCULOS
La concentración de sílice soluble en ug/l se obtiene a partir de la
absorbancia por medio de la curva de calibrado.
OBSERVACIONES
Evitar el e mpleo de recipientes susceptibles de au mentar el valor de
sílice en el agua.
Todos los reactivos y las disoluciones patrones deben ser preparados
con agua exenta de sílice.
CORRESPO NDENCIA CON OT RAS NORMAS
Este método se corresponde con la nor ma ASTM D859-80B.
4.16 DET ERMINACIÓN DE DUREZ A (Calcio y Magnesio)
4.16.1 CAMPO DE APLICACIÓ N
El análisis de la dureza total en mue stras de aguas es utilizado en la
industria en el embotellado agua potable, agua para calderas ,etc.
4.16.2 AL MACENAJ E DE L A MUEST RA
La muestra puede ser recolectada y almacenada en un recipiente de
plástico de polietileno, bien tapado.
76
4.16.3 MAT ERIALES DE ANÁL ISIS PARA CALCIO Y MAGNESIO
El método e mpleado para la cuantificación de la Dureza Total es un
método volu métrico por lo que no se requieren aparatos especiales.
·
Matraces volu métricos de 1000 ml.
·
Matraces volu métricos de 100 ml.
·
1 cápsula de porcelana.
·
1 soporte con pinzas para bureta.
·
Matraces erlen meyer de 125 ml
·
1 pipeta de 10 ml
·
Frascos goteros de 100 ml
4.16.4 REACT IVOS
Solución Buffe r pH 10.
Disolver 6.56 gr. de NH 4 Cl y 57 ml de NH 4 O H en agua destilada y
aforar a 100 ml.
77
Solución De Eriocro mo Negro T .
Disolver 0.5 g de Eriocromo negro T y 4.5 gr. de clorhidrato de
hidroxilamina en 100 ml de etanol.
Solución De EDT A (sal disódica) .
Disolver 2 gr. de EDTA (sal disódica) mas 0.05 gr. de MgCl 2 .6H 2 O en
agua destilada y aforar a 1000 ml.
Solución de Ca Cl 2 0.01 N.
Disolver 0.5 gr. de CaCO 3 secado a 110 ° centígrados durante 2 horas
y disolverlo en 10 ml de HCl 3N y aforar a 1000 ml con agua destilada.
4.16.5EST ANDARIZ ACIÓ N.
La estandarización del EDTA (sal disódica) se hace de la siguiente
manera:
Colocar 5 ml de solución de CaCl 2 en un ma traz Erlen meyer de 125 ml,
se añaden 5 gotas de solución buffer de pH 10 y 3 gotas de indicador
de Eriocromo negro T, aparece un color púrpura en presencia de iones
de calcio y magnesio, y se procede a titular con la solución de EDTA
cuya nor malidad se desea conocer, se termina hasta la aparición de un
color azul.
78
4.16.6 MÉT ODO DE O PERACIÓ N
Este método esta basado en la cua ntificación de los iones calcio y
magnesio por titulación con el EDTA y su posterior conversión a Dureza
Total expresada co mo Ca CO 3 .
Se to ma 5 ml de mue stra del agua que contiene los iones calcio y
magnesio en un matraz erlenme yer de 125 ml, se le añade 5 gota s del
buffer pH 10, posteriormente se le agrega 3 gotas del indicador
eriocromo negro T( ENT ), que hace que se forme un co mple jo de color
púrpura, enseguida se procede a titular con EDTA (sal disódica) hasta
la aparición de un color azul .
4.16.7 Reacciones:
Ca 2 + + Mg 2 + + Buffer pH 10 --------->
Ca 2 + + Mg 2 + + ENT ----------->[Ca-Mg--ENT]
co mplejo púrpura
[Ca-Mg--ENT]
+
EDT A
------------->[Ca-Mg--EDTA]
+
ENT
color azúl
79
4.16.8 INT ERFERENCIAS
En la tabla se encuentran la lista de la mayor parte de las sustancias
que interfieren. Sí existen más de una sustancia interferentes, los
límites dados en la tabla pueden variar. La turbidez se elimina por
filtración .
Interfe rencias máximas
Alu minio--------------------------20 ppm
Cad mio--------------------------- *
Cobalto-------------------------100 ppm
Cobre--------------------------- 50 ppm
Hierro(+3)-------------------- 50 ppm
Hierro (+2)--------------------- 50 ppm
Plo mo-------------------------- *
Manganeso------------------- 1 ppm
Níquel------------------------- 100 ppm
Zinc---------------------------- *
80
Polifosfatos------------------ 10 ppm
* Si están presentes son titulados co mo dureza.
La Normalidad del EDT A se calc ula así:
V1 x N1
N 2 = --------------
V2
Dónde :
N 2 = Nor malidad del EDTA.
V 1 = ml de solución de CaCl 2 .
N 1 = nor malidad de la solución de CaCl 2
V 2 = ml gastados de EDTA.
Cálculos:
V x N x 1000
meq/l Ca + 2 y Mg + 2 = -----------------------
ml de muestra
81
Dónde :
V = ml gastados de EDTA
N = Nor malidad del EDTA
Cálculos para Magnesio:
meq/l Mg + 2 = [ meq/l (Ca + 2 y Mg + 2 )]-( me q/l Ca + 2 )
Cálculos para Dureza T otal : Expresa da co mo pp m de CaCO 3
mg/l de Dureza Total = [ meq/l (Ca + 2 y Mg + 2 )] * (50)
Cálculos para Dureza de Calcio : Expresada co mo pp m de CaCO 3 .
mg/l Dureza de Calcio = (meq/l Ca + 2 ) * (50)
Cálculos para Dureza de Mag nesio : Expresada co mo pp m de CaCO 3 .
mg/l Dureza de Magnesio = ( meq/l Mg +2)* (50)
4.16.9 PRECISIÓ N
Este método tiene un error relativo de 1.9% y una desviación estándar
relativa de 9.2 %, tal como se de ter minaron en un estudio
en
diferentes laboratorios.
82
4.17 MÉT ODO PRO PUEST O
4.17.1 ANÁL ISIS REAL IZ ADO EN EL LABO RAT ORIO
El pre-tratamiento propuesto para opti mizar el uso de las resinas tanto
aniónicas co mo catiónicas que se deb en utilizar en los ablandadores de
agua de la e mpresa Electroguayas, c onsiste en aplicar un tratamiento
quí mico con la finalidad de precipitar el calcio (Ca 2 + ) y el magnesio
(Mg 2 + ), que son los que le co munican la dureza al liquido.
4.17.2 Reactivos:
· H2SO4
· NaOH 0.1 N
4.17.3 Materiales:
· Probeta
· Agitador
· Balanza
· Vaso de precipitación
· Pipetas
· Papel filtro
83
4.17.4 T ECNICA
En
una
probeta
se
adiciona
1000
ml
de
agua
obtenida
de
la
desalinizadora que contiene tanto Calcio como Magnesio, luego se
procede a adicionar 50ml de ácido sulfúrico diluido se agita y se deja
reposar por unos minutos, se observa un precipitado que es el Sulfato
de Calcio(SO4Ca) que debe ser removido por filtración.
CaCO 3 + H 2 SO 4 ----- CaSO 4 + H 2 CO 3
En donde el ácido carbónico (H 2 CO 3 ) se desco mpone en H2O y CO2 el
cual se evapora al ambiente.
Luego de haber retirado el precipitado se aplica 100 ml de NaOH 0.1N
se agita por unos minutos y se de ja re posar, se observa un precipitado
que es el Hidróxido de Magnesio (Mg( OH)2) que debe ser re mo vido
por filtración.
MgCO 3 + NaOH ----- Mg(OH) 2 + Na 2 CO 3
En donde el Na 2 CO 3 es co mpleta ment e soluble en agua y así evitando
problemas posteriores.
84
4.18 APORT E DE L A T ESIS PARA L A EMPRESA ELECT ROGUAYAS
4.18.1REACT IVOS:
· H2SO4
· NaOH 0.1 N
4.18.2 EQUIPO S:
· Medidor de Flujo (2)
· Bo mbas (2)
· Tanques de alimentación
de SO4H2 y NaOH, puede ser de
polietileno de alta densidad.
· reservorio de agua pre-tratada, hecha de hor migón armado de 8 m
cúbicos.
· Tuberías.
· Valbulas de seguridad (4)
85
4.18.3 MÉT ODO
A un reservorio de veinte metros cúbicos (20 m 3 ), se le debe aplicar 15
litros de H 2 SO 4 diluido, el cual debe ser agitado por aproximada mente
15 minutos para luego dejar reposa r por un espacio de 24 horas,
pasado dicho tiempo los lodos que precipitan deben ser removidos
mediante una purga.
Dichos lodos son en su gran mayoría s ulfato de calcio (SO 4 Ca).
CaCO 3 + H 2 SO 4 ----- CaSO 4 + H 2 CO 3
En donde el ácido carbónico (H 2 CO 3 ) se desco mpone en H2O y CO2 el
cual se evapora al ambiente.
Luego de haber realizado la purga anteriormente no mbrada se aplican
20 litros de NaOH 0.1 Normal y se agita durante 15 minutos, luego se
deja reposar por espacio de 24 horas y se procede a remover los lodos
que en su gran mayoría son de hi dróxido de magnesio (Mg(OH) 2 )
mediante la respectiva purga.
MgCO 3 + NaOH ----- Mg(OH) 2 + Na 2 CO 3
En donde el Na 2 CO 3 es co mpleta ment e soluble en agua y así evitando
problemas posteriores.
86
DIAGRAMA DEL PROCESO
MEDIDOR DE
FLUJO
CILINDROS DE
POLIETILENO DE
ALTA DENSIDAD
SO 4 H 2
NaOH
NaOH
SO 4 H 2
NaOH
SO 4 H 2
87
4.18.4 APORT E
El aporte que se hace a la empre sa Electroguayas es una horro
significativo de dinero ya que se optimizan el uso de los ablandadores,
la regeneración de los mis mos se deb e hacer por intervalos de tiempos
mas largos , es decir, si con el procedimiento actual lo realizan cada 6
meses con este pre-trata miento propuesto se lo realizara cada 12
meses au mentando de esta manera la vida útil de estos equipos de 1
año a 4 años.
Entonces el ahorro de dinero es aproxi mada mente de $ 4800 anuales;
lo que se puede demostrar con los siguientes cálculos:
10 pies 3 de resina cuestan $ 300, en el proceso se utilizan 40 pies 3 de
resina por cada ablandador, entonces el gasto por cada ablandador es
de $ 2400 co mo son 2 calderos, el gasto total es de $ 4800.
La vida útil de las resinas se extiende de 1 Año a 4 años, entonces:
$ 4800 x 4 = $ 19200
20 litros de NaOH
15 litros de H2SO4
agua desalinizada
Reservorio de agua
tratada
20 m3
agua para ablandador
purga
88
DIAGRA DEL PROCESO
H2SO4
DESALINIZADO
RA
AGUA
TRATADA
NaOH
TRATAMIENTO
QUIMICO
CALDERA
DESM INERALIZ
ADO R
VAPOR
89
CAPITULO V
RESULTADOS Y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS
5.1 RESULT ADOS O BT ENIDO S
TABLA DE LOS PROMEDIOS MENSUALES PARA EL AGUA DESALINIZADA
Dureza de Ca y
Muestras
pH
Conductividad us
Enero
#1
6,3
6,3
3,5
1,500
Febrero
#2
6,2
5,3
4,3
1,550
Marzo
#3
6,0
3,9
4,5
1,550
Abril
#4
5,9
3,1
3,5
1,500
Mayo
#5
5,9
3,3
2,0
1,550
Junio
#6
6,0
3,6
2,0
1,550
Julio
#7
6,2
4,1
1,0
1,500
Agosto
#8
6,2
4,3
2,5
1,550
Septiembre
#9
6,3
4,4
2,5
1,550
Octubre
#10
5,9
5,3
2,0
1,550
Noviembre
#11
6,4
12,3
2,5
1,500
Diciembre
#12
6,0
10,1
2,0
1,500
Sílice ppb
Mg ppm
90
TABLA DE PROMEDIOS MENSUALES PARA EL AGUA DESMINERALIZADA
AGUA DESMINERALIZADA
Muestras
Conductividad us
Sílice ppb
Ca y Mg ppm
Enero
#1
0,061
2,5
100
Febrero
#2
0,060
3,0
105
Marzo
#3
0,062
3,0
105
Abril
#4
0,061
2,5
100
Mayo
#5
0,063
1,5
110
Junio
#6
0,065
1,5
105
Julio
#7
0,062
0,5
100
Agosto
#8
0,062
2,0
110
Septiembre
#9
0,060
2,0
105
Octubre
#10
0,057
1,5
105
Noviembre
#11
0,062
2,0
100
Diciembre
#12
0,064
1,5
100
91
TABLA DE LOS PROMEDIOS MENSUALES PARA EL AGUA DESALINIZADA
ANTES DE ENTRAR AL DESMINERALIZADOR CON LA PROPUESTA DE PRETRATAMIENTO EN EL AÑO 2003
Muestras
SÍLICE ppb
DUREZA DE Ca y Mg
ppm
Ene ro
#1
2,5
750
Febrero
#2
3
800
Marzo
#3
3
800
Abril
#4
2,5
750
Mayo
#5
1,5
800
Junio
#6
1,5
800
Julio
#7
0,5
750
Agosto
#8
2,0
800
Septiembre
#9
2,0
780
Octubre
#10
1,5
800
noviembre
#11
2,0
750
Diciembre
#12
1,5
750
92
5.2 EVALUACIÓN DE RESULTADOS.
AG UA DESAL INIZ ADA
GRAFICA DE PROMEDIO ANUAL DEL pH PARA EL AGUA DESALINIZADA EN
LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA TRINITARIA
pH
6,5
6,4
6,3
6,2
6,1
6
5,9
5,8
5,7
br
m
D
ic
ie
ie
ov
N
e
e
br
m
br
ct
u
O
m
br
e
e
to
ie
Se
pt
lio
os
Ag
Ju
io
Ju
n
o
M
ay
ril
Ab
zo
ar
M
er
br
Fe
En
er
o
o
5,6
Para el agua desalada, el limite má xi mo per misible del potencial de
hidrógeno pH, se encuentra entre los rangos de 6,0 a 7,0; con lo que
los resultados planteados en la tabla anual del 2003, están dentro del
rango aceptable especificado.
93
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONDUCTIVIDAD PARA EL AGUA
DESALINIZADA EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA TRINITARIA
Conductividad
14
12
10
8
6
4
2
e
br
m
ic
ie
D
N
ov
ie
m
ub
ct
O
br
e
re
e
br
m
pt
ie
os
to
io
Se
Ag
Ju
l
io
Ju
n
ay
o
M
ril
Ab
zo
ar
M
er
br
Fe
En
er
o
o
0
La conductividad, medida para esta agua desalada es de limite má xi mo
per misible de < 10us, con lo cual, se noto un incremento de este
pará metro en los meses de noviembr e y diciembre, pero no conlleva a
un problema.
94
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONCENTRACIÓN DE SÍLICE EN EL
AGUA DESALINIZADA EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA TRINITARIA
Sílice
e
m
br
e
ie
ic
D
ov
ie
m
br
re
ub
ct
O
N
Se
pt
ie
m
br
e
to
os
lio
Ag
Ju
o
ni
Ju
o
ay
M
ril
Ab
zo
ar
M
er
br
Fe
En
er
o
o
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
La concentración de sílice, se encuentra un poco elevado fuera del
limite má xi mo per misible que es <4ppb de concentración, en los meses
de febrero la concentración es de 4,3ppb y marzo de 4 ,5ppb, se
observo ta mbién un incre mento en lo s me ses de enero y abril pero no
representa ma yor problema por que se encuentran dentro del limite,
con lo cual podemos decir que en estos meses hubo un incre mento por
arrastre de arena en las aguas del estero del
Muerto, pero que no
conlleva a problema alguno.
95
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONCENTRACIÓN DE DUREZA DE
Ca y Mg EN EL AGUA DESALINIZADA EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA
TRINITARIA
Ca y Mg
1630
1430
1230
1030
Serie1
830
630
430
230
En
e
Fe ro
br
er
M o
ar
zo
Ab
ri
M l
ay
o
Ju
ni
o
Ju
l
Ag io
Se os
t
pt
ie o
m
O bre
c
N tub
ov
r
ie e
D mb
ic
ie re
m
br
e
30
La concentración de dureza de Ca y Mg es de aproximada mente 1500
pp m, no se encuentra en el limite má xi mo per misible de <30 pp m
de
concentración, por lo que decimos q ue el agua del estero del muerto
tiene abundante dureza y al pasar por la desalinizadora no es suficiente
para ser eliminadas.
96
·
AGUA DESMINERALIZADA
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONDUCTIVIDAD PARA EL AGUA
DESMINERALIZADA DE LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA TRINITARIA
Conductividad
0,066
0,064
0,062
0,06
0,058
0,056
0,054
br
D
ic
ie
ie
m
m
br
e
e
re
ub
ct
O
N
ov
Se
pt
ie
m
br
e
to
os
lio
Ag
Ju
o
ni
Ju
M
ay
o
il
Ab
r
zo
M
ar
o
er
br
Fe
En
e
ro
0,052
La conductividad para el agua desmin eralizada, en la tabla de promedio
mensual del 2003, estuvo dentro del limite má xi mo especificado, que es
de < 0,1us Con lo cual este parámetro no conlleva a problemas
mayores.
97
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONCENTRACIÓN DE SÍLICE PARA
EL AGUA DESMINERALIZADA EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA
TRINITARIA
Sílice
Fe
En
er
o
br
e
M ro
ar
zo
Ab
ril
M
ay
o
Ju
ni
o
Ju
l
Ag io
Se os
to
pt
ie
m
O br
c e
N tub
ov
r
ie e
D mb
ic
ie re
m
br
e
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
En la concentración de sílice el limite má xi mo per misible es de < 3ppb,
se observa que en los datos mensuales pro médiales de enero y marzo
del 2003 se encuentran en el limite de 3ppb de concentración sin
ningún contratiempo.
98
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONCENTRACIÓN DE Ca y Mg
PARA EL AGUA DESMINERALIZADA EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA
TRINITARIA
Ca y Mg
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
En
Fe ero
br
e
M ro
ar
zo
Ab
r
M il
ay
Ju o
ni
o
Ju
Ag lio
Se o
pt sto
ie
O mbr
N ctu e
ov br
e
i
D em
ic br
ie e
m
br
e
Serie1
La concentración de Calcio y Magnes io después de pasar
fase
que
es
la
desalinizadora
a
la
segunda
fase
la primera
que
es
el
des mineralizador se pudo observar que el Calcio y el Magnesio tienen
una concentración de aproxi mada me nte 100ppb por lo tanto no se
encontró dentro del limite má xi mo permisible que es de <30ppm, por lo
que decimos que el trata miento no es lo suficiente para
disminuir la
concentración de Calcio y Magnesio.
99
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONCENTRACIÓN DE SÍLICE PARA
EL AGUA DESMINERALIZADA CON EL PRE-TRATAMIENTO EN LA CENTRAL
TERMOELÉCTRICA TRINITARIA
Sílice
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
e
ie
m
br
D
ic
ie
ov
m
br
e
e
br
e
br
O
m
ct
u
N
Se
pt
ie
os
to
io
Ag
Ju
l
o
Ju
ni
o
ay
M
ril
Ab
En
er
Fe o
br
er
o
M
ar
zo
0
En la concentración de sílice el limite má xi mo per misible es de < 3ppb,
se observa que en los datos mensuales pro médiales de enero y marzo
del 2003 se encuentran en el limite de 3ppb de concentración sin
ningún contratiempo.
100
GRAFICA DE PROMEDIO MENSUAL DE LA CONCENTRACIÓN DE Ca y Mg DE
AGUA DESALINIZADA ANTES Y DESPUES DEL PRE-TRATAMIENTO EN LA
CENTRAL TERMOELÉCTRICA TRINITARIA
1630
1430
1230
1030
830
630
430
230
30
Serie1
Serie2
En
Fe ero
br
e
M ro
ar
zo
Ab
r
M il
ay
Ju o
ni
o
Ju
Ag lio
Se o
pt sto
ie
m
O br
c
N tub e
ov re
D iem
ic b
ie re
m
br
e
Serie3
Al realizar los análisis de laboratorio
para dureza de Calcio y
Magnesio, se observo que el agua desalinizada tenia aproximada mente
1500 pp m
de dureza representada e n el gráfico por el color fucsia y
con la propuesta del pre-tratamiento especificado en esta tesis se
redujo considerablemente, obteniéndose resultados satisfactorios de
700 a 800pp m de calcio y magnesio representada en el gráfico por el
color amarillo, lo que quiere decir que al pasar por la segunda fase de
des mineralización se obtendrán resultados serca del limite má xi mo
per misible especificado que es de <30 pp m.
101
CAPITULO VI
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
6.1
·
CONCLUSIONES.
Pode mos concluir que la principal causa de formación de silicatos es
la presencia de O 2 disuelto en el H 2 O . Ya que esta H 2 O es
procedente del estero salado llamado “El estero del Muerto” que es
agua de mar y esta presenta grandes cantidades de sílice (arena)
disuelta.
·
Se realizo una propuesta para la creación de un pre-tratamiento para
así bajar las concentraciones de calcio y magnesio, la cual fue
imple mentada en los me ses del año 2003, dando buenos resultados.
·
Se observo, que la utilización de la resina en forma de cadena
continua,
ya
trata miento
sea
en
utilizado
el
en
pre-tratamiento
la
planta
es
él
sugerido,
mas
co mo
idóneo
en
el
para
la
separación de sílice, calcio y magnesio.
·
Se pudo co mprobar que utilizando la resina activada con zeolita
sódica es la que tiene mayor eficiencia para este tipo de proceso en
el
tratamiento de aguas para calderas, y con el pre-trata miento
propuesto se alarga el tiempo de vida útil de esta resina.
102
·
Sé concluye que con el tratamiento propuesto, realizado antes que el
agua
entre
al
desmineralizador,
reduce
significativamente
el
contenido de calcio y magnesio y a su salida del desmineralizador se
encuentren dentro de los parámetros , alargando el tiempo de vida
útil de las resinas y reduciendo costos.
·
Ya que la purga se realiza en forma e mpírica cada vez que el
sistema
sufre
una
sobresaturación,
se
concluye
que
deberían
hacerse planificadamente y evitar la for mación de capas de lodos
llamadas costras.
·
Se establece que las pruebas de laboratorio se deben realizar
disminuyendo el tiempo de to ma de muestra, para controlar la
presencia de STD(Sólidos totales disueltos) en las aguas que entran
al caldero, para evitar la formación de los compuesto s duros de
silicato de calcio y magnesio, de esta manera eliminar futuros daños
e inconvenientes.
·
Se concluye que se debe respetar las nor mas de I mpacto Ambiental,
su ministrando y dosificando solo la cantidad requerida de cloro e
hidracina para no conta minar o afe cta r el ecosiste ma de e ste sector,
ya que podrían activar los lodos y de esta manera fo mentar
reacciones indeseables en el agua y la materia orgánica.
103
6.2
·
RECOMENDACIONES.
Se debe realizar un pre-control disminuyendo el tiempo de toma de
muestra, para prevenir posibles fallas en la operación y así evitar
paradas innecesarias lo que conlleva a cortes de energía, apagones
y futuros racionamientos.
·
Deben respetarse las sugerencias para el pre-tratamiento de las
aguas con ácido sulfúrico e hidróxido de sodio, y a sí precipitar el
calcio y el magnesio, para que esto s no reaccionen con la sílice
presente en el agua, y de esta man era alargar la vida útil de las
resinas.
·
Co mo los calderos que se utilizan en Electroguayas son de alta
presión y la producción de vapor debe ser continua (alrededor de
500 psi por hora), se sugiere la construcción de dos reservorios de 8
m 3 para abastecer la de manda de vapo r requerido.
·
Se reco mienda que se haga un ma yo r control en el O 2 disuelto del
agua del estero bajo el 2 % utilizando las pruebas de DBO (De manda
Bioquí mica de Oxigeno) y DQO (De ma nda Quí mica de O xigeno).
·
Se debe realizar una planificación para la operación de regeneración
de la resina saturada y evitar así la sobresaturación, ya que el
cuidado
se
consideran;
realiza
de
en
esta
for ma
for ma
e mpí rica
se
p uede
cada
vez
efectuar
que
ellos
lo
una
limpieza
cronológica y así evitar futuras complicaciones.
104
·
Se reco mienda realizar paradas se me strales y limpiezas con agentes
quí micos ya sean agentes secuestra ntes co mo el ácido sulfúrico
co mo el hidróxido de sodio, para may or eficacia ya que actualmente
se lo hace anual mente, de es ta manera alargamos el tiempo de vida
útil del desmineralizador y los otros equipos.
·
Para evitar la formación de silicatos y de sales como la de calcio y
magnesio, se debe mantener el pH en un valor pro medio entre 9.5 a
10.0, ya que a valores inferiores a este y a altas presiones en el
caldero reaccionan los compuestos de sílice y otros compuestos.
·
Cuando se observa que hay una elevada concentración de sílice en
for ma de lodos, la me jor alternativa de eliminación es la purga del
caldero para evitar futuras for maciones de costras que son difíciles
de re mover.
·
La Central Térmica cuenta con un reservorio con grandes cantidades
de agua potable, se debería hacer un plan de contingencia para
su ministrar este precioso líquido vital a los sectores aledaños o así
mis mo construir alguna toma de agua.
·
Se reco mienda realizar estudios de Impacto Ambiental co mo ta mbién
de Calidad Total a la Central Térmica TRINITARIA, para así realizar
una gestión de calidad mucho más eficiente, y de esta manera
colocar a la Central dentro de las instituciones publicas más
eficientes del país.
105
·
Debe realizarse una actualización de datos, procedimientos y mano
de obra técnica periódicamente, ya qu e las normas con que se rigen
fueron editadas en el año de 1988 y fu eron recibidas en la Central en
junio de 1997.
106
107
ANEXO # 1
EDIFICIO TURBO GENERADOR – CENTRAL TERMICA
108
ANEXO # 2
PLANTA – CENTRAL TERMICA
1. E di fi ci o t ur bog en er a dor
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
Edificio eléctrico
Caldera
Patio de transformadores
Tanques diarios de combustible
Tanque de almacenamiento de combustible
Tanque de agua desalinizada
Tanque de agua desmineralizada
Planta desmineralizadora y desalinizadora
Almacén
Toma de agua (casa de bombas)
Descarga de combustible
Descarga de agua de circulación (subterráneo)
Oficinas
Taller
Comedores
Guardianía
Balsa neutralizadora
Equipo de preparación y bombeo de combustible
Caldera auxiliar
Chimenea
109
ANEXO # 3
CALDERA – CHIMENEA - CENTRAL TERMICA TRINITARIA
110
ANEXO # 4
CALDERA
111
ANEXO # 5
DESALINIZADORA
112
ANEXO·# 6
DESALINIZADORA (PARTE SUPERIOR)
113
ANEXO # 7
DESALINIZADORA PARTE (INFERIOR)
114
ANEXO # 8
DESMINERALIZADOR
115
ANEXO # 9
MAPA ESTERO DEL MUERTO
SECTOR TRINITARIA ( SUR DE GUAYAQUIL)
116
ANEXO # 10
ESPECTROFOTOMETRO SHIMADZU
ESPECTROFOTOMETRO GÉNESIS
ESPECTROFOTOMETRO GÉNESIS
117
BIBLIOGRAFÍA
·
Revista INECEL sobre la Historia de creación de la Central Térmica
TRINITARIA.
·
Folleto RIVSIR.
Tecnología y productos Ecológicos al servicio de le Industria.
·
Folleto ACHS.
Aguas de alimentación de calderas.
·
Departamento de Control Químico.
Central Térmica TRINITARIA.
·
Universidad de Chile.
Departamento de Ingeniería Mecánica.
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.
http://cipres.cec.uchile.cl/-mrodrigu/
·
www.adiquimica.com
·
http://www.hcr.co.cr/productos.htm
·
http://www.inteco.or.cr/cat.html
118
·
http://157.92.20.135/licenciatura/postgr2.htm
·
http://www.ecotecnologias.com/abs/normas/stps/stp.htm
·
Normas ASINEL (Asociación de Investigación Industrial Eléctrica).
·
www.enviro-mech.com
·
www.stenco.com
·
www.edospina.com
119