Desaireador Mecanico - Ensayos de Colegas - Jmlopezp01

19/09/13 Desaireador Mecanico - Ensayos de Colegas - Jmlopezp01

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Desaireador Mecanico

DISEO Y FABRICACIN DE UN DESAIREADOR MECNICO PARA UNA

CALDERA DE VAPOR

1. Introduccin

Uno de los puntos importantes en el tratamiento interno del agua de un

generador de vapor, es sin lugar a dudas, el tema: incrustacin. Ante las

exigencias impuestas por el creciente desarrollo alcanzado por la industria ha

trado como consecuencia la necesidad de ejercer controles cada vez ms

estrictos sobre los procesos incrustantes y corrosivos a que da lugar el agua

destinada a la alimentacin de generadores de vapor, destinadas a comunicar

al agua los valores qumicos necesarios para lograr su estabilizacin,

independientemente de que haya sufrido tratamientos externos parciales o

totales.

La desaireacin mecnica eficiente reduce el oxgeno disuelto a niveles muy

bajos.

Los principales problemas de los gases en el agua en una caldera de vapor

son los siguientes:

Aparicin en el sistema pre-caldera y caldera por la presencia de oxgeno

disuelto en el agua de alimentacin.

Corrosin en la lnea de vapor condensado por la presencia de anhdrido

carbnico debido a la descomposicin trmica en caldera de carbonatos y

bicarbonatos.

Incrustaciones por presencia de dureza en el agua de alimentacin.

Se pueden dar algunas soluciones a estos problemas: tratamiento propuesto

Prevencion de la corrosion en caldera mediante la aplicacin del producto

qumicos como sulfito catalizado que asegura un secuestro casi instantneo de

oxgeno. Su control se realiza mediante la determinacin de sulfito residual

libre en el agua de caldera debiendo estar comprendido entre 30 y 40 ppm.

Prevencion de la corrosion en el circuito de vapor condensado mediante la

aplicacin del producto quimico, compuesto por una mezcla de aminas para

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neutralizar el bajo pH del condensado. Su control es sencillo mediante la

determinacin del pH del condensado, el cual debe estar comprendido entre

8,3 - 9.

Prevencion de incrustaciones en el interior de caldera mediante la aplicacin

del producto quimico para evitar incrustaciones producidas por dureza en el

agua de aporte, produciendo una precipitacin controlada que eliminaremos

en la purga.

Las ventajas del programa de tratamiento

Eliminacin total del oxigeno evitando su efecto corrosivo sobre el circuito.

Eliminacin del dixido de carbono evitando la aparicin de picaduras.

Ajuste del pH en el agua de alimentacin al recuperar condensado.

Prevencin de las incrustaciones mejorando el rendimiento energtico de la

caldera.

Ahorro de agua, optimizando la purga en caldera.

2. Operacin de la caldera

La mayora de las Industrias y muchos establecimientos comerciales necesitan

vapor. El vapor es empleado en las fabricas textiles para producir, formar y

teir los productos. Las tintoreras emplean vapor para planchar la ropa. Las

compaas empacadoras y de alimentos emplean vapor para cocinar y

procesar alimentos. Las panaderas preparan el pan con vapor. Las

cerveceras emplean vapor para producir la cerveza. Las calderas son

frecuentemente empleadas para calentar agua en hoteles, hospitales,

lavanderas y grandes construcciones. Este opera muchas de las turbinas

empleadas para producir energa elctrica. Como regla general, las grandes

fbricas u operaciones industriales, son los mas adecuados lugares que hay

para buscar uno o mas generadores de vapor en operacin.

2.1. Produccin de vapor

La mayora de las calderas o generadores de vapor tienen muchas cosas en

comn. Normalmente en el fondo esta la cmara de combustin o el horno en

donde es mas econmico introducir el combustible a travs del quemador en

forma de flama. El quemador es controlado automticamente para pasar

solamente el combustible necesario para mantener la presin en el vapor

deseada. La flama o el calor es dirigido o distribuido a las superficies de

calentamiento, que normalmente son tubos, fluxes o serpentines. En algunos

diseos el agua fluye a travs de los tubos o serpentines y el calor es aplicado

por fuera, este diseo es llamado Calderas de tubo de agua. En otros

diseos de calderas, los tubos o fluxes estn sumergidos en el agua y el calor

pasa en el interior de los tubos, estas son llamadas Calderas de tubos de

humo. Si el agua es sujeta tambin a contacto con el humo o gases calientes

mas de una vez, la caldera es de doble, triple o mltiples pasos.

El agua calentada o vapor se levanta de la superficie del agua se vaporiza y es

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El agua calentada o vapor se levanta de la superficie del agua se vaporiza y es

colectada en una o varias cmaras o tambores. El tamao del tambor

determina la capacidad de produccin de vapor. En la parte superior del

tambor de vapor se encuentra la salida o el llamado Cabezal de vapor, desde

donde el vapor es conducido por tuberas a los puntos de uso. En la parte

superior del hogar mecnico se encuentra una chimenea de metal o de ladrillo,

la cual conduce hacia fuera los productos de la combustin como gases. En el

fondo de la caldera, normalmente opuesto del hogar mecnico, se encuentra

una vlvula de salida llamada purga de fondo. Por esta vlvula salen del

sistema la mayora del polvo, lodos y otras sustancias no deseadas, que son

purgadas de la caldera.

En conjunto a la caldera existen mltiples controles de seguridad, para aliviar la

presin si esta se incrementa mucho, para apagar la flama si el nivel del agua

es demasiado bajo o para automatizar el control de nivel del agua. Un tubo de

vidrio con una columna de agua generalmente se incluye , para mostrarle al

operador el nivel interno del agua en la caldera.

2.2. Agua de alimentacin a la caldera

El agua de alimentacin a la caldera es comnmente almacenado en un

tanque, con capacidad suficiente para atender la demanda de la caldera, una

vlvula de control de nivel mantiene el tanque con agua, una bomba de alta

presin empuja el agua hacia adentro de la caldera, se emplean bombas de

presin debido a que generalmente las calderas operan a presiones mucho

mas elevadas que las que encontramos en los tanques de agua. Vapor limpio

es agua pura en forma de gas, cuando el vapor se enfra se condensa y es

agua pura, normalmente conocida como condensados. Normalmente estos

condensados contienen una gran cantidad de calor que puede ser empleada.

Estos condensados son casi perfectos como make-up o alimentacin a la

caldera una vez que ha sido desgasificada para eliminar los gases disueltos

como el oxigeno.

Esto siempre y cuando es posible si los condensados son retornados a la

caldera y

colectados en un tanque conocido como tanque de condensados. Cuando el

condensado es recuperado en un tanque de este tipo, generalmente se elimina

del diseo el tanque del make-up .

En algunas instalaciones, el retorno de condensados puede llegar a ser del

99% casi supliendo el agua de make-up. A mayor porcentaje de recuperacin

de condensados ser menor el agua de alimentacin a la caldera o make-up.

Hay otras instalaciones que probablemente requieran emplear el 100% de

make-up, esto puede ser por varias razones, como que el condensado no se

puede recuperar o que el condensado esta contaminado por alguna parte del

proceso.



proceso.

2.3. Presiones en la de caldera

La temperatura y la presin en la operacin de cada caldera definitivamente

estn

relacionadas, como se muestra en la siguiente tabla:

A presin atmosfrica normal el agua tiene un punto de ebullicin a 100C, a

mayor presin el punto de ebullicin se incrementa, hasta alcanzar un mximo

punto de ebullicin a 374C a una presin de 3200 libras/pulgada2 (220.63

bar). Por encima de esta temperatura el agua no existe como liquido.

2.4. Capacidades de caldera

Las calderas son catalogadas en base a la cantidad de vapor que ellas

pueden producir en un cierto periodo de tiempo a una cierta temperatura. Las

calderas mas grandes producen 1000,000 de libras por hora o son

catalogadas en base a 1 caballo de fuerza o caballo vapor caldera por cada

34.5 libras de agua que pueden ser evaporadas por hora. Otra definicin es 1

caballo de fuerza por cada 10 pies2 de superficie de calentamiento en una

caldera de tubos de agua o 12 pies2 de superficie de calentamiento en una

caldera de tubos de humo.

3. Control de la calidad de agua

3.1. Consideraciones en el agua de alimentacin

Las calderas necesitan pre tratamiento externo en la alimentacin del agua o

make-up dependiendo del tipo de caldera, la presin de operacin, o del

sistema total. Tratamiento qumico interno es necesario, dependiendo del

tratamiento externo del agua. El tratamiento externo del agua reduce la

dosificacin de productos qumicos y los costos totales de operacin. Esta

publicacin esta enfocada principalmente a la reduccin de Dureza Total en el

agua mediante equipos de intercambio inico. Los Slidos Disueltos Totales y

la Alcalinidad son tambin muy importantes.

3.2. Control de slidos disueltos totales

Cuando el agua es evaporada y se forma vapor, los minerales o slidos

disueltos y suspendidos en el agua, permanecen dentro de la caldera. El agua

de reposicin contiene una carga normal de minerales disueltos, estos hacen

que se incrementen los slidos disueltos totales dentro de la caldera. Despus

de un periodo de tiempo los slidos disueltos totales (TDS) alcanzan niveles

crticos dentro de la caldera. Estos niveles en calderas de baja presin se

recomienda que no excedan 3500 ppm (partes por milln o miligramos por

litro). TDS por encima de este rango pueden causar espuma, lo que va a



litro). TDS por encima de este rango pueden causar espuma, lo que va a

generar arrastres de altos contenidos de TDS en las lneas de vapor, las

vlvulas y las tramas de vapor. El incremento en los niveles de TDS dentro de

la caldera es conocido como ciclos de concentracin, este termino es

empleado muy seguido en la operacin y control de la caldera. El agua de

alimentacin que contiene 175 ppm de TDS puede ser concentrada hasta 20

veces para alcanzar un mximo de 3500 ppm. Para explicar mejor los ciclos de

concentracin empleamos el siguiente ejemplo, si nosotros tenemos 20

botellas de un galn, cada una de ellas contiene 175 ppm de TDS y 19 de

estas botellas

es evaporado, dejando el contenido de slidos de 175 ppm de cada uno

dentro de la ultima botella de agua, la mezcla de las sales de las 19 botellas

con la ultima botella de agua nos dar como resultado 20 ciclos de

concentracin. Recordemos que la mxima cantidad recomendada de slidos

disueltos totales TDS en una caldera de baja presin es de 3500 ppm. En

calderas de mayores presiones de operacin los lmites de TDS disminuyen en

relacin a la presin de operacin. En el tema Sumario de la Calidad del

Agua (adelante en esta seccin) encontraremos la Tabla A en donde se ilustra

este factor.

Para controlar los niveles mximos permisibles de TDS, el operador debe de

abrir en forma peridica la vlvula de purga de la caldera. La purga es el

primer paso para el control del agua en la caldera y esta debe de ser en

periodos o intervalos de tiempo. La frecuencia es dependiendo la cantidad de

TDS en el agua de reposicin y de la cantidad de agua de reposicin

introducida. En calderas grandes o ms crticas las purgas deben de ser

automticas o continuas.

3.3. Control de alcalinidad

Adicionalmente al control de los ciclos de concentracin de los TDS, la

alcalinidad debe de ser considerada con mucha precaucin. Los niveles de

alcalinidad cuando se tienen calderas de baja presin, no deben de exceder

las 700 ppm. La presencia de alcalinidad por encima de los 700 ppm puede

resultar en un rompimiento de los bicarbonatos produciendo carbonatos y

liberando CO2 (dixido de carbono) libre en el vapor. La presencia de CO2 en

el vapor generalmente se tiene como resultado un vapor altamente corrosivo,

causando daos por corrosin en las lneas de vapor y retorno de

condensados.

El nivel de alcalinidad generalmente controla el total de ciclos de concentracin

en la caldera. Si el agua de reposicin contiene 70 ppm de alcalinidad total en

una caldera que no deba de exceder la concentracin de 700 ppm se podr

operar a 10 ciclos de concentracin (700 ppm / 70 ppm = 10 ciclos).

Revisando el ejemplo previo si se considera que esta caldera no debe de

exceder los 3500 ppm de TDS en el interior de la caldera, y si el agua de

reposicin tiene 175 ppm de TDS esto significa que en base a TDS el agua



puede operar a 20 ciclos de concentracin (3500 ppm / 175 ppm = 20 ciclos).

Pero si nosotros basamos nuestros ciclos de concentracin en los TDS, la

alcalinidad en el interior de la caldera alcanzara los 1400 ppm (70 ppm de

alcalinidad X 20 ciclos = 1400 ppm), se exceder el lmite de los 700. Por lo

tanto la purga en la caldera en este ejemplo deber de ser realizada en base a

la alcalinidad y no en base a los TDS. Debe de ser obvio que es mejor tener

menor purga en la caldera o mayor nmero de ciclos de concentracin (la

purga se convierte en perdida de calor y energa) por lo tanto en

algunas ocasiones un Dealcalinizador debe de ser empleado. La reduccin de

la

alcalinidad puede hacer que el control de la purga y los ciclos de concentracin

se realice en base a los niveles de TDS.

La dealcalinizacin es un proceso por el cual el agua suavizada es pasada

hacia una unidad que contiene resina aninica. La resina aninica remueve

aniones como sulfatos, nitratos, carbonatos y bicarbonatos, estos aniones son

reemplazados por cloruros. Sal (cloruro de sodio) es empleada para regenerar

la resina aninica cuando esta se satura. La necesidad de emplear agua

suavizada en el equipo Dealcalinizador es por el peligro de precipitacin de

carbonato de calcio y de hidroxido de magnesio en la cama del

Dealcalinizador. Por lo cual, la cama de intercambio inico del anin obstruir

con materia suspendida. Esto es por que la resina del Dealcalinizador es mas

ligera que la convencional de un suavizador, por lo tanto el retrolavado es

mucho menor y este es insuficiente para remover la materia suspendida.

Emplear un suavizador como pre tratamiento sirve adems de eliminar la

dureza del agua como proteccin al Dealcalinizador.

La concentracin permitida en el interior de la caldera de TDS al igual que de

alcalinidad va disminuyendo a medida que la capacidad de las caldera de

presin se va incrementando. Esto se puede observar en la Tabla A incluida en

el sumario de calidad de agua.

3.4. Control de dureza total

La dureza del agua es debida principalmente a la presencia de cationes de

calcio y magnesio. El fierro y el manganeso deberan ser incluidos en la

definicin de dureza, pero debido a la cantidad de estos constituyentes en la

mayora de las aguas crudas son pequeas, se considera solo los cationes ya

citados. En la mayora de las aguas naturales el calcio excede al magnesio

(generalmente la proporcin calcio magnesio es de 2:1).

Clasificacin ppm

Suave 0 75

Poco dura 75 150

Dura 150 300

Agua muy dura ms de 300



Hasta ahora hemos descrito en pocas palabras lo correspondiente a la

concentracin de TDS y alcalinidad dentro de la caldera, el tratamiento y efecto

de la dureza total en el agua debe de ser revisada al detalle.

La formacin de incrustacin en las superficies de la caldera es el problema

mas serio encontrado en la generacin de vapor.

La primera causa de la formacin de incrustacin, es debido al hecho de que

la solubilidad de las sales decrece a medida de que se incrementa la

temperatura aumentando la facilidad de precipitacin. Consecuentemente, la

alta temperatura (y presin) en la operacin de las calderas, las sales se

vuelven mas insolubles, la precipitacin o incrustacin aparece. Esta

incrustacin puede ser prevenida de ser formada en las calderas mediante el

empleo de un tratamiento externo. (suavizador). Como sea para alcanzar un

alto grado de eficiencia, se recomienda el control de la duraza antes de entrar

a la caldera, el suavizador en si mismo es un medio muy adecuado para

proteger a la caldera de incrustacin. El uso de tratamiento internos (productos

qumicos), son empleados como complementos, para mantener un control de la

incrustacin en la caldera altamente efectivo. En todos los casos, se tendr un

pequeo remanente de dureza en el agua de alimentacin a la caldera, incluso

en el agua suavizada, adems de encontrar otras sales presentes. Por lo tanto

el uso productos qumicos para el tratamiento de la caldera es necesario. La

presencia de incrustacin en la caldera es equivalente a extender una pequea

capa de aislamiento a lo largo y en toda el rea de calentamiento, esta

material aislante trmico va a retardar y/o impedir la transferencia del calor,

causando prdidas de eficiencia en la caldera, por lo tanto incrementa el

consumo de energa.

Adems, mas importante que el efecto de prdida en la transferencia de calor

e incremento en consumo de energa, es que la incrustacin puede causar un

sobre calentamiento en el metal de los tubos de la caldera, generando fallas de

rompimiento en los tubos. Este problema requiere una costosa reparacin

adems de tener que sacar a la caldera del servicio. En las calderas modernas

con alta eficiencia de transferencia de calor, la presencia e incluso

extremadamente delgada de incrustacin, puede causar una muy seria

elevacin de la temperatura en los tubos de metal. La cubierta de incrustacin

retarda el flujo de calor del horno hacia el agua para generar vapor, esta

resistencia al calor resulta en un rpido incremento en la temperatura del metal

al punto en donde se presenta la falla. El posible dao causado en la caldera

no es solo costoso, adems es muy peligroso debido a que la caldera opera a

presin.

3.5. Sumario de la calidad de agua

Se da a continuacin en resumen la calidad del agua en TDS (slidos disueltos

totales) ,alcalinidad y dureza.



totales) ,alcalinidad y dureza.

Slidos Disueltos Totales (TDS)

La concentracin mxima de TDS en una caldera de baja presin es 3500

ppm.

Alcalinidad

La concentracin mxima de alcalinidad en una caldera de baja presin es

700 ppm.

Dureza

La dureza mxima permitida en cualquier caldera, debe de ser prcticamente

cero ppm.

Obviamente en la presente tabla, se indica que a mayor presin en una

caldera, el proceso y la necesidad de tener mejor calidad de agua es

necesario.

4. Control del oxigeno disuelto

4.1. Objetivos del control del oxigeno disuelto

Los buenos resultados del tratamiento de agua en sistemas cerrados como

calderas de vapor, sistemas de calentamiento y enfriamiento de agua tienen

tres requerimientos fundamentales que deben ser conocidos:

La concentracin de oxigeno disuelto debe ser controlado para reducir la

probable de clulas de oxigeno corrosivo y puede resultar perforaciones en la

superficie.

El pH debe ser mantenido lo suficientemente alto para minimizar la corrosin

general del acero, pero tampoco tan alto porque podra producirse ataques

custicos.

Un sistema de tratamiento externo debe tener lugar para minimizar el ingreso

de disueltos y slidos en suspensin y/o un sistema de tratamiento interno

debe ser usado para el control de estas partculas.

El valor especificado por la mayora de fabricantes, la concentracin de

oxigeno en el agua de alimentacin de calderas o sistemas cerrados

calentamiento, enfriamiento deben ser mantenidos por debajo de 5 10 ppb.

Conseguir este bajo nivel de oxigeno debe de requerirse de la combinacin de

mtodos mecnicos y qumicos.

4.2. Qumica del oxigeno disuelto

El oxigeno disuelto es una medida de la cantidad de oxigeno, usualmente



El oxigeno disuelto es una medida de la cantidad de oxigeno, usualmente

considerado como un gas, que esta disuelto en un lquido tal como el agua. El

oxigeno es esencial para la vida y es el elemento ms comn que toma parte

en las reacciones qumicas. Es esta reaccin de corrosin que abastece la

principal necesidad de rastrearlo por medio de los analizadores de oxigeno

disuelto. El oxigeno disuelto puede ser considerado como el sustento

necesario para los procesos de corrosin a comenzar.

El oxigeno el altamente corrosivo cuando esta disuelto en agua.

Mecnicamente los depsitos de xidos de metal duros y porosos tiene

pequea fuerza y forma rpidamente la presencia de agua y oxigeno, el

aspecto ms serio de la corrosin de oxigeno es que ocurre clulas que

pueden producir perforaciones (concavidades). La perforacin (concavidad) es

una concentraciones de corrosin en una pequea rea del total de la

superficie del metal que efectivamente taladra un pequeo xido de metal

llenado en el metal. El hoyo perforado que puede producir fallas aun solo

cuando una cantidad de metal ha sido perdida y la proporcin de corrosin es

baja. La corrosin progresar dentro de la caldera de vapor de uso industrial a

menos que el oxigeno disuelto pueda ser virtualmente eliminado. No controlar

eventualmente resulta reparaciones costosas o equipos fallados y reemplazos

consecuentes.

4.3. Extraccin del oxigeno disuelto

La extraccin en sistemas de vapor y agua es de muy importancia. El primer

paso es tpicamente por desaireacin mecnica que es econmico y abastece

la eliminacin de otros gases corrosivos tales como el dixido de carbono y el

amoniaco.

El otro sera a travs del uso de la desaireacin qumica utilizando elementos

qumicos (secuestrantes qumicos), que resulta un incremento de costos ya que

su forma de eliminacin es a travs de purgas continuas. Esto se realiza por

medio de monitoreos, equipos diseados para monitorear continuamente las

partes por milln (ppm) de oxigeno disuelto, dixido de carbono y otros gases;

el rango depender de cada tipo de equipo permitiendo el control en el

condensador, vlvulas y accesorios.

El rango del sensor de medida del oxigeno disuelto es una clula

electroqumica similar a una batera que produce una corriente elctrica cuando

el oxigeno esta presente. Con el uso apropiado del electrodo seleccionado en

contacto con un electrolito se produce una reaccin qumica que usa los

electrones de las molculas de oxigeno producido por una corriente galvnica

directamente proporcional a la concentracin de oxigeno presente.

4.4. Medicin de las ppm del oxigeno disuelto



5. Desaireacin

Desaireacin o desgasificacin?

Suelen usarse estos trminos para definir el equipo que elimina los gases

disueltos en el agua para alimentacin de calderas.

Sin embargo, para clasificar el uso del equipo se emplea:

DESAIREADOR O DESAIREADOR CALENTADOR, cuando se trata de

eliminar tanto oxigeno como el dixido de carbono mediante por calentamiento

por vapor.

DESGAFISICADOR, es el trmino usado para el equipo que elimina solo

dixido de carbono y que va instalado entre los......

Se conocen como desairadores aquellos dispositivos mecnicos empleados

para liberar los gases contenidos en el agua de alimentacin (aire, oxigeno,

anhdrido carbnico y otros gases).

Su funcionamiento consiste en dividir el agua de alimentacin en finas gotitas,

calentndolas a continuacin para transformarlas en vapor dentro del

desaireador y separar el aire, el anhdrido carbnico y otros gases del vapor a

medida que este se va condensando. En los desaireadores el fluido calorfico

acostumbra ser el vapor, a presiones comprendidas entre valores altos hasta

otros inferiores a la presin atmosfrica.

Un calentador de agua de alimentacin del tipo abierto o de contacto directo

puede desempear la funcin de desaireador con tal de que el agua se

caliente a una temperatura suficientemente alta para que se desprendan los

gases contenidos en ella, las cuales se hacen salir por el purgador del

calentador.

Los desaireadores mas modernos son calentadores de agua de alimentacin

del tipo de contacto directo. Estos aparatos pueden construirse para producir

agua con contenidos muy bajos de oxigeno y otros gases.

La distincin entre u desaireador propiamente tal y un calentador de agua de

alimentacin del tipo de contacto directo, que acte de desaireador, esta en el

bajo contenido de oxigeno producido por este ltimo.

Los equipos desaireadores del agua de alimentacin de las centrales trmicas

pueden ser del tipo de bandeja y del tipo de atomizacin. Algunas veces se

desgasifican aguas muy corrosivas sometindolas en fro a presiones

absolutas muy bajas. Para el servicio de agua caliente de los edificios la

desgasificacin puede llevarse a cabo por calentamiento si que el agua y el

vapor entren en contacto.

Un precalentador de agua de alimentacin del tipo de mezcla o de contacto

directo pueden realizar la funcin de desgasificador, con tal de que el agua se

calienta a una temperatura suficientemente alta para que se desprenda los

gases contenidas en ella. Realmente, los desgasificadores modernos son

precalentadores del agua de alimentacin, del tipo de contacto directo.



5.1. Generalidades

Despus del pretratamiento, se debe desairear el agua del sistema de

suministro. La desaireacin mecnica elimina gases del agua, principalmente

el oxigeno, reducindolo a un nivel aceptable (0.005 a 0.040 ppm dependiendo

del equipo usado), para poder utilizar el agua en el sistema de la caldera. Se

trata de eliminar tanto oxigeno como sea posible, debido a sus propiedades

fuertemente corrosivas.

El oxigeno es un elemento muy activo. En pequeas cantidades puede causar

corrosin grave en las lneas de suministro, economizadores, partes internas

de l a caldera, equipos movidos por vapor y tuberas de retorno del

condensado. La velocidad de corrosin del oxigeno disuelto en el agua se

duplica por cada 10C (18F) de aumento de temperatura. Cuando el oxigeno

y el dixido de carbono se encuentran juntos, la velocidad de corrosin

resultante puede ser de 10 a 14 % mayor que la suma de velocidades de

corrosin de los dos gases actuando por separado. La combinacin de

oxigeno y amoniaco es muy corrosiva para las aleaciones a base de cobre.

5.2. Mecanismos de corrosin

La corrosin es un proceso electroqumico. El hierro se disuelve en los nodos,

desprendiendo electrones que son consumidos por el oxigeno en el ctodo

(Ver en la figura). A un pH de aproximadamente 7,0, las reacciones de la mitad

de la pila son como sigue:

Figura Mecanismo de una pila de corrosin.

La penetracin en el rea andica depende del tamao relativo de las reas

catdicas y andicas. Por ejemplo, con un rea andica pequea y un rea

catdica grande, se produce una disolucin concentrada del hierro en el nodo

para proveer de electrones al ctodo ms grande. El resultado es una picadura

profunda en el nodo. Las condiciones que favorecen la formacin de reas

andicas relativamente pequeas son: diferenciales de concentracin de



oxigeno bajo reas de acumulacin de lodos, fatiga localizada y roturas en la

capa pasiva de magnetita de la superficie del acero.

La figura muestra la corrosin de oxigeno localizada bajo un tubrculo tpico.

La figura muestra la picadura de una superficie metlica similar, despus de

retirar todos los fangos y xido el hierro acumulados.

5.3. Desaireacin mecnica

La desaireacin mecnica es la reduccin fsica de gases disueltos en el

agua. La meta principal es eliminar oxigeno (O2) del suministro de agua de la

caldera, pero tambin el dixido de carbono (CO2) y el amoniaco (NH3) se

pueden reducir por desaireacin.

5.3.1. Consideraciones fisicoqumicas

La desaireacin mecnica esta influida por las siguientes consideraciones

fisicoqumicas:

Ionizacin.- El grado de desaireacin posible para los gases depende del

estado de ionizacin de dichos gases. El oxigeno no se ioniza, por eso se

elimina fcilmente. El dixido de carbono y el amoniaco se ionizan, como

muestran las ecuaciones siguientes:

CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3

NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH

Solo se pueden eliminar la parte de los gases (CO2 y NH3) que permanece en

forma molecular, no ionizada. Sin embargo, puesto que la ionizacin es un

estado de equilibrio, aadiendo cidos minerales al cido carbnico y un alcal

al amoniaco, este equilibrio se desplazar para formar CO2 y NH3.

As, un desgasificador situado despus de un intercambio catinico que

funciona en el ciclo de Hidrgeno, puede reducir la alcalinidad de carbonato

eliminando el CO2 del agua de proceso. Esta operacin es bastante eficiente

y reduce el hasta 5 a 10 ppm en una unidad del tipo soplador, y hasta

prcticamente 0 ppm en una unidad de vaco. Si se conectar el

desgasificador antes de que el agua fuera acidificada por el intercambiador

catinico con ciclo de hidrgeno, la eficiencia de eliminacin sera muy

deficiente.



Figura - Equilibrio entre el O2 del aire y el O2 del agua

Presin parcial relativa.- El agua solo disolver un gas libre (no ionizado) hasta

el punto en el cual se alcance una presin de equilibrio entre la presin parcial

del gas en el agua y la presin parcial del gas en la atmsfera circundante.

El aire contiene 29% de oxigeno y 71% de nitrgeno. La presin parcial

ejercida por el oxigeno en el aire es 1/5 de la atmosfrica (21% / 100%). Por lo

tanto, el agua rodeada de aire disolver oxigeno hasta el punto en el cual el

oxigeno del agua ejerza una presin parcial de 1/5 de la atmosfrica (Figura)

Figura Desplazamiento del equilibrio

Como muestra la figura, a 21C (70F) y a la presin atmosfrica, esto

equivale a 9 ppm aproximadamente de oxigeno. En la desgasificacin, el

equilibrio entre el oxigeno del agua y de la atmsfera circundante se altera

deliberadamente. Esto se consigue rodeando el agua con una atmsfera de

vapor que contiene poco o ningn oxigeno.

Temperatura.- A medida que se eleva la temperatura del agua hasta su punto

de saturacin (ebullicin), todos los gases libres (no ionizados) tericamente

se hacen insolubles. La figura xx describe grficamente la solubilidad del

oxigeno en funcin de la temperatura. En la prctica la eliminacin de los

gases no ocurre. Si el agua en la fase lquida coexiste con agua en estado de



gases no ocurre. Si el agua en la fase lquida coexiste con agua en estado de

vapor, el lquido estar ligeramente ms fro que el vapor. Como resultado,

algunos gases permanecen disueltos en la fase acuosa.

Figura xx solubilidad del oxigeno en agua pura

Agitacin.- Se puede efectuar una eliminacin ms completa de los gases

atrapados descomponiendo la corriente en gotitas pequeas e impidiendo que

estas gotitas se aglomeren. Las gotitas se pueden calentar ms fcilmente; la

interfase vapor/lquido se romper repetidamente, reduciendo por tanto la

tendencia de los gases a permanecer disueltos en la fase lquida ms fra. En

una gotita pequea, los gases atrapados tienen que recorrer una distancia

menor para salir del agua. El vapor puede lavar con ms efectividad las

gotitas. Finalmente, al romperse y reformarse continuamente las gotitas de

agua, los gases atrapados tendrn mayor tendencia a desprenderse del agua

(figura)

Figura Eliminacin de gas de las gotitas de agua

Extraccin del gas.- Los gases desprendidos del agua tiene que ser extraidos

fsicamente, o se disolvern otra vez. Esto se consigue haciendo pasar vapor

sobre las gotitas y alejando el vapor cargado de oxigeno del agua desaireada.

5.3.2. Principios de la desaireacin mecnica

Una unidad efectiva de desaireacin tiene que lograr lo siguiente:

1. Calentar el suministro de agua a la temperatura correspondiente a la presin

de vapor dentro de la unidad.

2. Hervir y lavar vigorosamente el agua calentada con vapor libre de oxigeno

que elimine cualquier traza restante de oxigeno y otros gases no

condensables.

3. Mantener las presiones parciales de oxigeno y dixido de carbono a los

niveles ms bajos posibles en los lugares donde la atmsfera de vapor haga

contacto con el agua, especialmente donde el agua desaireada se separa del

vapor.

4. Retirar continuamente los gases no condensables del espacio interior del

desaireador, mediante procedimientos adecuados de ventilacin.

5.3.3. Tipos de desaireadores mecnicas

Los equipos de desaireacin estn diseados para calentar el agua a la

temperatura del vapor saturado a la presin dentro del desaireador y para

reducir el oxigeno del suministro de agua hasta 0,007 0.04 ppm. Si el

calentador esta garantizado para reducir el oxigeno del agua hasta 0,007 ppm



calentador esta garantizado para reducir el oxigeno del agua hasta 0,007 ppm

o menos, se conoce comnmente como desaireador. Si slo est garantizado

para reducir el oxigeno hasta 0,04 ppm, se denomina calentador de

desaireacin. Los desaireadores pueden ser de tipo pulverizador, bandeja o

atomizador.

5.3.3.1. Desaireador pulverizador

La figura xx muestra un desaireador tpico tipo pulverizador. El suministro de

agua entra en el sector calentador de primera fase por las vlvulas

vaporizadoras de resorte. Estas vlvulas aumentan el rea superficial del agua

que entra al recipiente, mejorando la transferencia de calor y la emisin al

sector calentador de primera fase viene de la seccin de lavado de segunda

fase y contiene trazas de oxigeno. El agua que entra es calentada rpidamente

y ms del 95% de los gases no condensables pasan a la atmsfera, junto con

una pequea cantidad de vapor. La mayora del vapor que entra en esta

seccin se condensa al calentarse el agua de suministro.

El agua de reposicin que sale del sector calentador de primera fase contiene

solamente trazas de oxigeno y gases no condensables. Entra en la seccin de

lavado de segunda fase, donde se mezcla ntimamente y enrgicamente con un

gran exceso de vapor sin oxigeno que entra a esta fase. En esta fase se

calienta ms el agua hasta que la diferencia entre su temperatura y la del vapor

que entra no es ms de 0,6 a 2C (1 a 4F). A medida que el vapor y el agua

asciende por esta seccin de lavado con deflectores, la presin reducida hace

que el agua suministrada calentada empiece a hervir. Esta seccin violenta

separa las molculas restantes de gas del agua y el flujo de vapor las arrastra

a la seccin de calentamiento de primera fase. Ahora el agua totalmente

desaireada cae a la seccin de almacenaje.

Figura Calentador de desaireacin tipo pulverizador.

5.3.3.2. Desaireador de bandeja

La figura xx muestra un desaireador de bandeja. En esta unidad, el agua es

pulverizada en la seccin de desaireaccin de la misma manera que en la

unidad tipo pulverizador. Tambin aqu el agua se caliente hasta que su

temperatura no se diferencia de la del vapor ms de 0,6 a 2C (1 a 4F),

eliminndose aproximadamente el 95% del oxigeno y del dixido de carbono

libres.

A continuacin el agua cae sobre una serie de bateas distribuidas y despus

cae uniformemente sobre las series de bandejas colocadas directamente

debajo. El agua cae en cascada por las series de bandeja formando pelculas

delgadas y uniformes. El vapor libre de gases entra en el calentador al nivel

ms bajo de las bandejas donde se pone en contacto con el agua desaireada.

El vapor circula entonces a travs de las bandejas, removiendo las trazas

finales de los gases no condensables. Entonces asciende a la prxima



bandeja superior, donde de nuevo circula a travs de las mismas. Este

proceso se repite en cada nivel de bandejas.

Finalmente el vapor sube hasta la seccin del precalentador, acarreando todas

las trazas de gases residuales. La mezcla de vapor y gases no condensables

pasa al condensador con respiradero, donde la mayor parte del vapor se

condensa y cae de nuevo a los colectores de distribucin.

Figura Calentador de desaireacin tipo bandeja.

5.3.3.3. Desaireador atomizador

La figura xx, muestra un desaireador tpico tipo atomizador. El agua pasa

primero por el condensador con respiradero, despus entra en la cmara de

calentamiento donde es pulverizada en una atmsfera de vapor.

La pulverizacin se consigue en las vlvulas de resorte que distribuye el agua

en forma de partculas pequeas de tamao uniforme, hasta que su

temperatura no se diferencia de la del vapor ms de 1,1 a 1,7C (2 a 3F).

Esta agua precalentada se dirige ahora al atomizador y cae sobre el chorro de

vapor a alta velocidad, que la atomiza en partculas infinitesimales o neblina

pesada. Al salir del atomizador, el agua desaireada cae a la seccin de

almacenaje donde permanece disponible para su uso como suministro de la

caldera o del proceso.

El vapor entra al principio en el equipo por el atomizador y adquiere gran

velocidad al pasar por una abertura limitada. Despus de atomizar

completamente el agua precalentada, el vapor circula por la seccin de

calentamiento donde es calentado prcticamente en su totalidad. Una pequea

cantidad (aprox. De 1 a 2%) pasa al condensador con respiradero con los

gases atrapados de oxigeno y dixido de carbono. All el vapor se condensa y

los gases no condensables salen a la atmsfera. El vapor condensado

contiene algo de oxigeno y dixido de carbono que entran de nuevo a la

solucin en el condensador con respiradero. Este condensado pasa a la

seccin de calentamiento para ser completamente desaireado al pasar sobre

el atomizador.

Figura Calentador de desaireacin tipo atomizador.

5.4. Desaireacion qumica

La desaireacin mecnica puede reducir el nivel de oxigeno a menos de 0.007

ppm. Sin embargo, teniendo en cuenta el potencial corrosivo del oxigeno, es

mejor eliminar todas las trazas del mismo. Esto se consigue con eliminadores

qumicos que reaccionan con el oxigeno libre, formando compuestos oxidados



inofensivos. Los productos de la reaccin se retiran despus purgando la

caldera o ventilando el sistema.

Hay un nmero de especies qumicas que rpidamente reaccionan con el

oxigeno, varios de estos son adecuados para actuar como un oxigeno

rastreador. Esto dentro de dos categoras que son los sulfitos y las bases

dbiles, incluyendo la hidracina y sus sustitutos.

5.4.1. Eliminadores qumicos del oxigeno

La eliminacin de oxigeno es la reaccin directa o indirecta entre las

molculas de oxigeno contenidas en el agua de suministro o de la caldera y el

compuesto qumico eliminador. Estos eliminadores son agentes reductores

que reaccionan directamente con el oxigeno. Los productos de reaccin se

extraen el sistema de purga o de ventilacin de la caldera. La eliminacin

qumica del oxigeno es la ltima oportunidad para impedir que entre oxigeno

en la caldera.

Sulfito sdico

Para muchas aplicaciones de calderas industriales, el sulfito sdico constituye

un eliminador de oxigeno fcilmente controlable. La tabla muestra los sulfitos

residuales tpicos del agua de caldera transportados a diversos presiones de

operacin.

El sulfito sdico (Na2SO3) reacciona directamente con el oxigeno disuelto.

2 Na2SO3 + O2 2 Na2SO4

Hacen falta aproximadamente 8 ppm de sulfito sdico puro reaccionar con 1

ppm de oxigeno disuelto.

Tabla Sulfitos residuales del agua de la caldera recomendados para la

eliminacin con oxigeno a diversas presiones de operacin.

Presin de la Caldera

bares (PSI) Residuales de SO2-2

ppm

10 (150)

20 (300)

40 (600)

60 (900)

80 (1200)

100 (1500) 30 a 50

30 a 40

20 a 30

10 a 15

no se recomienda



no se recomienda

no se recomienda

El sulfito puede estar catalizado o sin catalizar. Las pruebas a temperatura

ambiente indican que, con un catalizador adecuado, el sulfito sdico reduce el

contenido de oxigeno del agua desde la saturacin a cero en menos de 30

segundos. En las mismas condiciones, el sulfito sdico ordinario reduce el

contenido de oxigeno solamente en un 30% aproximadamente en 10 minutos.

Las velocidades de reaccin del sulfito sdico, catalizado o sin catalizar,

aumentan con la temperatur. Incluso a las temperaturas de salida tpicas de un

calentador de desaireacin de 99 a 120C (210 a 250F), el sulfito catalizado

es preferible al sulfito sin catalizar para los tiempos de reaccin tan cortos de

que se dispone en los sistemas de suminsitro de agua de las calderas.

El tiempo de reaccin es muy importante. La reaccin corrosiva del oxigeno

con superficies de acero mojadas a las temperaturas del agua de suministro

superiores a 150C (300F) ser ms rpida que las reacciones entre el sulfito

y el oxigeno. Es imperativo eliminar el oxigeno antes de que el agua de

suministro llegue a los calentadores a alta temperatura, a los economizadores

o al metal de la misma caldera. Para evitar el paso del oxigeno corrosivo al

vapor, hay que desactivar el oxigeno qumicamente antes de que el agua de

suministro entre en el tambor de la caldera.

La sal de cobalto, un catalizador comn, acelera la reaccin del sulfito a baja

temperatura. Este catalizador tiene la desventaja de que se puede desactivar o

precipitar en presencia de fosfatos, quelatos o soluciones con un pH de 9 a

ms.

Los siguientes son algunas de las desventajas asociadas con el uso del sulfito

sdico:

El sulfito sdico aade slidos al agua de la caldera. Esto puede aumentar la

cantidad de purga necesaria. La purga es una prdida directa de energa y

aumenta los costos de tratamiento del agua, literalmente es dinero que se va

por el desage.

El sulfito sdico no se puede usar en la atemperacin por rociado porque los

slidos aportados por el sulfito se depositan en el supercalentador y la turbina.

Adems, puesto que hay que introducir el sulfito sdico despus del punto de

salida de la atemperacin, todos los componentes situados aguas arriba de

este punto sufriran la corrosin por oxigeno que exige costosas reparaciones.

Aunque se recomienda el uso del sulfito sdico en unidades de 100 Kg/cm2

(1500 PSI), la descomposicin del sulfito comienza a 40 Kg/cm2 (600 PSI)

aproximadamente y alcanza valores considerables para la pureza del vapor a

60 Kg/cm2 (900 PSI). Los productos de descomposicin son H2S y SO2, los

cuales son gases corrosivos a menos que se neutralicen rpidamente.

El sulfito sdico acta principalmente como eliminador de oxigeno;



El sulfito sdico acta principalmente como eliminador de oxigeno;

generalmente no esta reconocido como agente de pasivacin.

Adems, no se recomienda el sulfito sdico (ni el bisulfito sdico lquido) para

las aplicaciones siguientes:

Sistemas de calderas con programas de fosfatos coordinados.

Sistemas de condensado. El sulfito no es voltil y aade slidos al

condensado.

Calderas paradas con supercalentadores sin drenaje. El sulfito aade slidos

al agua, causando depsitos en el supercalentador.

El sulfito como eliminador de oxigeno en el agua de suministro es una prctica

extendida en la industria que no suele causar problemas, cuando se siguen las

directrices establecidas.

Hidracina

La hidracina (N2H4) se puede usar a todas las presiones de operacin y

cuando se usa el agua de suministro pata atemperar el vapor. La hidracina

reacciona directamente con el oxigeno como sigue:

N2H4 + O2 2 H2O + N2

La reaccin directa con el oxigeno prosigue con la relativa lentitud a

temperaturas inferiores a 150C (300F). Sin embargo, la velocidad es muy

sensible a la presencia de catalizadores homogneos (solubles)y

heterogneos (insolubles). Por ejemplo, la reaccin de la hidracina con el

oxigeno puede proseguir a una velocidad aceptable a temperaturas tan bajas

como 65C (150F) en presencia de catalizadores heterogneos tales como

superficies de acero dulce o cobre. Un mecanismo propuesto para esta

catlisis sigue estas reacciones generales:

4 Fe3O4 + O2 6 Fe2O3

6 Fe2O3 + N2H4 4 Fe3O4 + 2 H2O + N2

En presencia del cobre o de sus aleaciones, la reaccin sera:

2 Cu2O + O2 4 CuO

4 CuO + N2H4 2 Cu2O + 2 H2O + N2

A temperaturas del agua o del vapor de la caldera superiores a 260C (500F),

la hidracina se descompone formando amoniaco, nitrgeno y a veces

hidrgeno por medio de una de las reacciones siguientes a de ambas:

3 N2H4 + calor 4 NH3 + N2



N2H4 + calor N2 + 2 H2

La hidracina tambin fomenta la pasivacin del metal hasta cierto punto.

Existe hidracina en forma catalizada. Las pruebas realizadas han demostrado

que la hidracina catalizada es un eliminador de oxigeno ms eficaz a

temperaturas bastante inferiores a las normales en el agua de suministro de la

caldera, pero no muestra ninguna ventaja significativa a temperaturas

elevadas.

La hidracina tambin tiene desventajas:

Uno de los productos de descomposicin de la hidracina es el amoniaco

(NH3). El amoniaco a concentraciones superiores a 0,3 ppm ataca las

aleaciones de cobre en presencia del oxigeno.

Se sospecha que la hidracina es carcinognica para los seres humanos; por

lo tanto se debe evitar la exposicin tanto como sea posible. Para ello hay que

usar sistemas cerrados de suministro. Los estudios realizados muestran que

cuando se manipula la hidracina en sistemas cerrados o ventilados, se pueden

controlar las concentraciones hasta menos de 0,1 ppm en el aire.

A bajas temperaturas, la hidracina reacciona lentamente. Si, como en el caso

de algunas centrales trmicas, se suministra la hidracina al pozo de

condensado, se necesitan dosis muy altas para proteger totalmente el sistema.

La reaccin lenta implica la posibilidad de ataque por oxigeno, incluso con la

hidracina introducida en el sistema.

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(2012, 10). Desaireador Mecanico. BuenasTareas.com. Recuperado 10, 2012, de

http://www.buenastareas.com/ensayos/Desaireador-Mecanico/5667204.html

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Desaireador Mecanico - Ensayos de Colegas - Jmlopezp01

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