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Memorias Iqa Pin

  1. 1. INGENIERIA EN SERVICIOS Y ACONDICIONAMIENTO DE AGUAS PARA USO INDUSTRIAL IQA DE MEXICO
  2. 2. PROGRAMA DE CAPACITACIÓN TEMARIO 1. TIPOS DE CALDERAS 1.1 ACUATUBULARES 1.2 PIROTUBULARES 2. OPERACIÓN DE CALDERAS PIROTUBULARES 2.1 COMPONENTES PRINCIPALES 2.2 EQUIPOS AUXILIARES 3. MANTENIMIENTO PERIÓDICO DE UNA CALDERA 4. TRATAMIENTO DE AGUA 4.1 USOS MAS COMUNES DEL AGUA 4.2 PROBLEMAS CAUSADOS POR EL AGUA 5. TRATAMIENTOS QUIMICOS 5.1 TRATAMIENTOS TRADICIONALES Vs. TRATAMIENTO IQA 6. ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS 6.1 INTERPRETACIÓN DE ANÁLISIS
  3. 3. CALDERAS
  4. 4. TIPO DE CALDERAS 1.1 CALDERAS ACUATUBULARES EQUIPO EN EL CUAL EL AGUA FLUYE DENTRO DE LOS TUBOS FLUX, Y LOS GASES CALIENTES, PRODUCTO DE LA COMBUSTIÓN FLUYEN POR EL EXTERIOR DE ESTOS.
  5. 5. SE CLASIFICAN EN TRES TIPOS: TIPO “D” (2 DOMOS) TIPO “O” (2 DOMOS) TIPO “A” (3 DOMOS)
  6. 6. <ul><li>1.2 CALDERAS PIROTUBULARES </li></ul><ul><li>EQUIPO EN DONDE LOS GASES CALIENTES DE LA COMBUSTIÓN FLUYEN POR EL INTERIOR DEL HOGAR O FOGÓN Y DE LOS TUBOS FLUX, Y EL AGUA RODEA ESTOS TUBOS; POR DIFERENCIA DE TEMPERATURA DE AMBOS, SE FORMA UNA TRANSFERENCIA DE CALOR FLUIDO DE MÁS ALTA TEMPERATURA QUE SON LOS GASES DE COMBUSTIÓN, HACIA EL FLUIDO DE MÁS BAJA TEMPERATURA, QUE ES AGUA Y DE ESTE MODO EL AGUA SE CALIENTA HASTA UN PUNTO DE EBULLICIÓN CONVIRTIÉNDOSE EN VAPOR. </li></ul><ul><li>LAS CALDERAS SE CLASIFICAN DE DIFERENTES MANERAS, PERO DE ACUERDO A SU USO LA FORMA MÁS PRÁCTICA DE HACERLO ES LA SIGUIENTE: </li></ul><ul><li>VERTICALES (UN PASO) </li></ul><ul><li>HORIZONTALES (DE 2, 3 O 4 PASOS) </li></ul>
  7. 7. 2. OPERACIÓN DE CALDERAS PIROTUBULARES 2.1 COMPONENTES PRINCIPALES Los componentes principales de las calderas pirotubulares, son los siguientes: ENVOLVENTE O CUERPO: Es el cilindro metálico, dentro del cual se evapora el agua, rodeando los tubos flux y el hogar. Normalmente se fabrica en placa de acero SA-515 Grado 70, con una resistencia de 1,230 Kg/cm 2 . En el exterior de este cilindro, se instala aislamiento térmico protegido con una cubierta exterior de lámina. ESPEJOS: Son las tapas planas de ambos extremos del envolvente, a estos se les hacen barrenos para instalarles los fluxes y el hogar; estos barrenos le restan resistencia mecánica a los espejos, lo cual tiene que compensarse con un espesor mayor. Normalmente se fabrican en el mismo tipo de acero que el envolvente, o en placa de acero SA-285 Grado C, con una resistencia de 970 Kg/cm 2 . HOGAR O FOGÓN: Es el tubo instalado dentro del envolvente, conectados a los espejos y dentro del cual se efectúa la combustión. A través de su cuerpo se cede el calor de la flama al agua que lo rodea. Como este componente es el que tiene la temperatura más alta dentro de la caldera, su ubicación en las calderas de pared seca, es en la parte inferior de los fluxes; en las calderas de tapa húmeda (“wet back”) su ubicación es al centro del envolvente. El material con el que se construye el hogar es acero SA-285 Grado C. Éste es un componente crítico en cuanto a resistencia mecánica, ya que la presión del vapor y el agua de la caldera, tienden a aplastarla, por lo que algunos fabricantes los construyen “corrugados” ó en acero de más resistencia como el SA-215 Grado 70.
  8. 8. FLUXES: Son los tubos que van dentro del envolvente, conectados a los espejos, dentro de los cuales pasan los gases de la combustión después de salir del hogar, es decir, después de efectuar su primer recorrido o “paso” dentro de la caldera; dependiendo del fabricante, las calderas pirotubulares actuales pueden ser de 2, 3 ó 4 pasos, por lo que el recorrido de los gases dentro de los fluxes puede ser por un solo grupo de tubos, por 2 o 3. Los fluxes se sujetan a los espejos rolándolos, y riobeteándolos, y aunque su función es transferir por su cuerpo el calor de los gases calientes de su interior, hacia el agua que los rodea, también sirven para dar resistencia mecánica a los espejos. Los fluxes se fabrican en acero SA-178 Grado A. TAPAS: Éstas cubren los espejos de la caldera restringiendo el flujo de gases sólo entre los diferentes pasos, o de éstos a la chimenea. En el caso de las calderas de tapa seca, éstas llevan material refractario en su interior para evitar la perdida de calor por radiación hacia el exterior de la caldera. Este material refractario es muy sensible a los cambios bruscos de temperatura, que provocan su agrietamiento, además de complicar las maniobras con las tapas debido a su elevado peso. En las calderas con tapa “humeda”, se reducen los problemas mencionados de fuga de gases entre los pasos, radiación de calor al exterior, agrietamiento y maniobras. VENTILADOR: Este componente se encarga de suministrar a la caldera el aire necesario para la combustión, además de darle la presión necesaria para que los gases puedan hacer el recorrido de los diferentes pasos, y salir con la chimenea con la velocidad necesaria para elevarse y no contaminar la zona cercana a la caldera. QUEMADOR: La función de éste, es mezclar eficientemente el combustible y el aire para que la energía liberada en la combustión sea la más elevada posible al usar un exceso de aire reducido en la mezcla.
  9. 9. ACCESORIOS DE CONTROL Y DE SEGURIDAD 1) VÁLVULA DE SEGURIDAD, 2) CONTROL DE NIVEL DE FLOTADOR CON CRISTAL DE NIVEL, 3) CONTROL AUXILIAR DE NIVEL DE ELECTRODOS, 4) CONTROLES DE PRESIÓN LÍMITE DE OPERACIÓN, 5) CONTROL DE PRESIÓN MODULANTE, 6) MOTOR MODUTROL, 7) VÁLVULA REGULADORA DE COMBUSTIBLE, 8) VENTILADOR CON SU COMPUERTA REGULABLE, 9) MANÓMETRO, 10) TERMÓMETRO EN LA BASE DE LA CHIMENEA, 11) ALARMA, 12) PROGRAMADOR.
  10. 12. 2.2 EQUIPOS AUXILIARES Existen algunos accesorios ubicados fuera del cuerpo de la caldera, pero que son indispensables para la operación de ésta y son los siguientes: BOMBA DE AGUA: La bomba sirve para reponer el agua que la caldera está evaporando y enviando a servicio. En las calderas pirotubulares, por estar el agua entre los fluxes y el cuerpo de la caldera, la bomba solo requiere meterla a este lugar, no forzarla dentro de los fluxes como en las acuatubulares o las de circulación forzada, por lo tanto se requiere que la presión de descarga de esta, sólo sea mayor que la presión de operación para vencer las pérdidas en la tubería de descarga, de modo que una presión de descarga de 0.35 a 1.76 Kg/cm 2 (5 a 25 lb/plg 2 ) es suficiente. La bomba trabaja en forma intermitente, igual que la caldera, aunque sus tiempos de arranque y paro no coinciden. El arranque y paro de la bomba se controla con un interruptor de capsulas de mercurio, instalado encima del flotador de nivel, que asegura que los fluxes estén siempre cubiertos de agua. LA BOMBA NUNCA DEBE OPERARSE MANUALMENTE. La bomba utilizada en las calderas pirotubulares es la de tipo turbina. El agua de alimentación a la caldera, que es descargada por la bomba, debe estar lo más caliente posible, (normalmente se maneja alrededor de 90°C) por lo que éstas bombas se fabrican normalmente para la operación hasta 104°C. Para agua a temperaturas mayores, como en el caso de las calderas acuatubulares, se utilizan bombas de enfriamiento, que les permite operar hasta arriba de 121°C.
  11. 13. TANQUE DE CONDENSADO: La función principal de éste tanque es mantener reserva para abastecer la caldera por lo menos durante 20 minutos. Comunmente éste tanque se utiliza para recuperar condensado de proceso, y mezclarlo con el agua de alimentación y así poder calentarla; cuando no se tiene recuperación de condensado, se calienta al agua con una vena de vapor. Éste tanque está abierto a la atmósfera, por lo que también se utiliza para agregarle el tratamiento químico para el agua.
  12. 16. SUAVIZADOR El proceso más ampliamente utilizado para el acondicionamiento externo del agua de calderas pirotubulares de baja presión (menor de 300 lb/plg 2 ), donde el principal problema a controlar es el de las incrustaciones causadas por el calcio y el magnesio, es el de suavización con resina catiónica fuertemente ácida (ciclo sódico), que se describe a continuación. El agua se pasa por el suavizador que es un tanque cerrado que trabaja a una presión por lo menos de 30lb/plg 2 , ahí al estar en contacto con la resina los iones de calcio y magnesio son intercambiados por iones de sodio; cuando la resina se satura de calcio después de algún tiempo de operación, debe regenerarse haciendole pasar una solución de sal de sodio, provocandole una reacción contraria y cargandola nuevamente de iones de sodio, los cuales no causan incrustación. Al pasar el agua por el suavizador, debido a la construcción de éste, también le proporciona un filtrado que le elimina materia en suspensión.
  13. 17. <ul><li>El procedimiento de regeneración del suavizador es el siguiente: </li></ul><ul><li>Cierre de válvulas de entrada y salida de agua. </li></ul><ul><li>Cambie la posición de la palanca de la válvula múltiple hacia arriba, para el retrolavado. </li></ul><ul><li>Abra lentamente la válvula de entrada de agua. </li></ul><ul><li>Mantenga este retrolavado durante 10 o 15 minutos, comprobando que el agua que sale hacia el drenaje esté ya clara. </li></ul><ul><li>Cierre la válvula de entrada. </li></ul><ul><li>Cambie la posición de la palanca de la válvula múltiple a la derecha, para el enjuague. </li></ul><ul><li>Abra lentamente la válvula de entrada de agua y también la de la salmuera y manténgalas en esta posición hasta que succione la salmuera necesaria para la regeneración. </li></ul><ul><li>Cierre la válvula de la salmuera. </li></ul><ul><li>Mantenga durante aproximadamente 30 minutos el flujo de agua para enjuague, hasta que ésta salga ya sin sal. </li></ul><ul><li>Cierre la válvula de entrada de agua. </li></ul><ul><li>Cambie la posición de la palanca de la válvula múltiple hacia abajo a su posición de servicio. </li></ul><ul><li>Abra lentamente la válvula de entrada de agua. </li></ul><ul><li>Abra la válvula de salida de agua. </li></ul><ul><li>Realice una prueba de dureza de agua para verificar que se regeneró correctamente el suavizador. </li></ul>
  14. 18. <ul><li>3. MANTENIMIENTO PREVENTIVO A CALDERA PIROTUBULAR HORIZONTAL </li></ul><ul><li>CADA TURNO: </li></ul><ul><li>Efectúe las purgas de fondo, del control de nivel y del cristal de nivel. </li></ul><ul><li>DIARIO: </li></ul><ul><li>Compruebe la presión del combustible antes y después de los reguladores. </li></ul><ul><li>Compruebe la temperatura de los gases de la chimenea. </li></ul><ul><li>SEMANAL: </li></ul><ul><li>Verifique que no haya fugas de combustible. </li></ul><ul><li>Verifique que no haya fugas de aire por las juntas de ambas tapas ni la mirilla trasera. </li></ul><ul><li>Lave el filtro de entrada a la bomba de agua. </li></ul><ul><li>Limpie el electrodo del piloto de gas. </li></ul><ul><li>QUINCENAL: </li></ul><ul><li>Compruebe las protecciones por falla de flama. </li></ul><ul><li>Compruebe la operación del control de nivel de agua. </li></ul>
  15. 19. <ul><li>MENSUAL: </li></ul><ul><li>Compruebe la protección por bajo nivel de agua. </li></ul><ul><li>Mida el amperaje de los motores. </li></ul><ul><li>Opere manualmente la(s) válvula(s) de seguridad. </li></ul><ul><li>TRIMESTRAL: </li></ul><ul><li>Compruebe la temperatura de salida de los gases, si está dentro de estándar. </li></ul><ul><li>SEMESTRAL: </li></ul><ul><li>Revise la limpieza interior de la caldera por el lado del agua. </li></ul><ul><li>Limpie los contactos del programador y de los arrancadores. </li></ul><ul><li>Limpie las “crucetas” del control de nivel </li></ul><ul><li>Lubrique los baleros de los motores. </li></ul><ul><li>ANUAL: </li></ul><ul><li>Revise el interior de los fluxes y límpielos de ser necesario. </li></ul><ul><li>Revise el refractario de las paredes y repare o cambie lo necesario. </li></ul><ul><li>Lave la caldera por el lado agua. </li></ul><ul><li>Verifique la calibración de la(s) válvula(s) de seguridad. </li></ul><ul><li>Revise las válvulas de la caldera y asiéntelas o cámbielas si es necesario. </li></ul>
  16. 22. <ul><li>4. TRATAMIENTO DE AGUA </li></ul><ul><li>4.1 USOS MÁS COMUNES </li></ul><ul><li>USO INDUSTRIAL. SUS PROBLEMAS EN LAS CALDERAS </li></ul><ul><li>El agua es el compuesto más abundante en la superficie del planeta, el más ampliamente utilizado y el más necesario para el desarrollo de la vida en todas sus fases, para el desarrollo comercial, industrial, etc. </li></ul><ul><li>Los usos del agua los podemos clasificar de la siguiente manera: </li></ul><ul><li>Domestico: Bebida, Usos domesticos, Higiene personal, Higiene de la vivienda, Vehículo para eliminación de residuos varios. </li></ul><ul><li>Comercial: Higiene, Vías de Comunicación, etc. </li></ul><ul><li>Industrial: Fuentes de energía, Incorporada a diversos productos, Manufacturados, Como elemento auxiliar de fabricación, Como refrigerante o transportador de calor, Agua para fines generales. </li></ul><ul><li>Agrícola: Riego, Lavado de Terenos. </li></ul><ul><li>Público: Demanda de Incendios, Higiene de la Poblaciones. </li></ul><ul><li>Uno de los usos del agua más amplio e importante es el uso industrial. </li></ul><ul><li>La industria emplea el agua de varias manera, tales como: </li></ul><ul><li>Para generar vapor y usar la energía y calor contenidos en él. </li></ul><ul><li>Para la transformación de las materias. </li></ul><ul><li>Para formar parte de productos (Materia Prima). </li></ul><ul><li>Para procesos de productos. </li></ul><ul><li>Para limpieza. </li></ul>
  17. 23. 4.2 PROBLEMAS CAUSADOS POR EL AGUA El agua de alimentación a la caldera, siempre tiene impurezas que afectan la operación de ésta y la calidad del vapor generado. Dependiendo de la fuente de abastecimiento son las impurezas que se tiene, por ejemplo: el agua de río, normalmente tiene sólidos en suspención como arena y fango, además de material orgánico. El agua estancada como la de los lagos y presas, contiene sólidos en suspensión y sedimentos. El agua de mantos subterráneos aunque normalmente es clara por no tener materiales en suspensión, tiene dureza de calcio y magnesio como resultado de su paso por rocas porosas. Los problemas más comunes que se pueden ocasionar por falta de un tratamiento adecuado del agua son: FORMACIÓN Y ARRASTRE DE ESPUMA. El resultado es que encima del nivel de agua dentro de la caldera, se forma una capa de espuma, la cual al salir con el vapor en forma de pequeñas gotitas de agua, baja el poder calorífico del vapor, afectando la eficiencia de los equipos de intercambio térmico y con esas gotitas de agua, se transportan sólidos, los cuales afectan a tuberías y accesorios, al depositarse en ellos. Este problema puede ser causado por alguno de los siguientes factores, o una combinación de varios de ellos: 1) Químicos: alta concentración de alcalinidad total, alta concentración de sólidos en suspensión, alta concentración de sólidos disueltos y contaminación del agua por aceites o grasas, 2) Operativos: alto nivel de agua, y demanda irregular de vapor, 3) Mecánicos: área de salida de vapor reducida, alta velocidad de ebullición y falta de purificador de vapor en su salida de la caldera.
  18. 24. INCRUSTACIÓN: Ésta se debe a la precipitación de las sales de Calcio y Magnesio debido a que con los incrementos de temperatura dentro de la caldera, se alcanza la saturación química y decrece la solubilidad de las sales, las cuales se adhieren a las superficies metálicas, principalmente los fluxes, formando una capa dura o blanda en ellas, la cual reduce su capacidad de transferencia de calor, y con ello su eficiencia, además de provocar el sobrecalentamiento de los fluxes y hogar ya que el agua no puede absorber el calor debido de los gases calientes por la resistencia térmica que ofrece dicha capa de incrustación. CORROSIÓN: El agua en su caida a la superficie de la tierra en forma de lluvia, y en su recorrido por los rios, disuelve algo de oxígeno del aire con el que está en contacto, y al estar dentro de la caldera, por la transformación de sus bicarbonatos en carbonatos, al elevarse la temperatura, se le incorpora el bioxido de carbono (CO 2 ) que se desprende de esta reacción. El oxígeno disuelto ataca al fierro con el que está en contacto el agua dentro de la caldera, formándole ámpulas debido al hidróxido férrico formado, debajo de estas ámpulas el fierro se corroe, pudiendo llegar a perforarse. El bióxido de carbono es corrosivo, en presencia de oxígeno disuelto, y combinado con agua forma ácido carbónico el cual es corrosivo con los metales ferrosos, aleaciones de Níquel y aleaciones de Cobre bajo ciertas circunstancias. Estos gases no condensables producen corrosión (ataque electroquímico) en las tuberías de retorno de condensado.
  19. 25. <ul><li>FRAGILIDAD CAUSTICA Y FATIGA DE CORROSIÓN. La fragilidad caustica es originada por metal sometido a esfuerzos de tracción mayores a su límite elástico, durante los procesos de fabricación o funcionamiento y la presencia de una solución cáustica caliente, con concentración mayor de un 10%, lo cual provoca grietas formadas en el acero, siguiendo las zonas limítrofes cristalinas. En las calderas soldadas las principales superficies afectadas son las situadas junto a los orificios de los fluxes. El hidróxido de sodio ataca la estructura intercristalina del acero, el cual al estar sometido a la presión interna dentro de la caldera, puede producir una explosión. </li></ul><ul><li>La fatiga de corrosión, debida al ataque químico y repetidos alargamientos del metal, causa grietas a lo largo del esfuerzo, independientes de las zonas limítrofes cristalinas del metal. </li></ul><ul><li>El tratamiento necesario del agua de alimentación a la caldera pirotubular, dependiendo de sus características, puede ser una combinación de los procesos descritos a continuación. </li></ul><ul><li>Tratamiento externo </li></ul><ul><li>Filtración </li></ul><ul><li>Suavización </li></ul><ul><li>Deareración </li></ul><ul><li>Tratmiento interno (químico) </li></ul><ul><li>Purgas </li></ul>
  20. 26. <ul><li>5. TRATAMIENTO DE AGUA </li></ul><ul><li>5.1 TRATAMIENTOS TRADICIONALES Vs. TRATAMIENTO IQA </li></ul><ul><li>TRATAMIENTO TRADICIONAL PARA PREVENIR INCRUSTACIÓN EN CALDERAS </li></ul><ul><li>FOSFATO </li></ul><ul><li>Utilizado para el secuestro de sales minerales como calcio y magnesio y hacerlas más solubles en el agua. </li></ul><ul><li>DESVENTAJAS: </li></ul><ul><li>Produce lodos pesados. </li></ul><ul><li>Puede producir incrustación si se sobredosifica. </li></ul><ul><li>Está limitado a un número de reacciones. </li></ul><ul><li>Requiere de la utilización de suavizadores. </li></ul><ul><li>Requiere de un control químico estricto. </li></ul><ul><li>Sólo es preventivo. </li></ul>
  21. 27. <ul><li>TRATAMIENTO TRADICIONAL PARA PREVENIR CORROSIÓN EN CALDERAS </li></ul><ul><li>SULFITOS </li></ul><ul><li>Utilizado para el secuestro o neutralización de oxígeno en el agua. </li></ul><ul><li>DESVENTAJAS: </li></ul><ul><li>Se necesita de temperatura. </li></ul><ul><li>Se introducen sólidos al sistema. </li></ul><ul><li>El problema de ácido carbónico no lo resuelve. </li></ul><ul><li>Se necesitan de 9 moles de sulfito por cada mol de oxígeno. </li></ul><ul><li>AMINAS FÍLMICAS </li></ul><ul><li>Utilizado para formar películas que se adhieren a las partes metálicas del equipo. </li></ul><ul><li>DESVENTAJAS: </li></ul><ul><li>Un mal cálculo en su aplicación, provoca la formación de películas muy gruesas que se compartan como aislantes evitando la trasferencia de vapor. </li></ul>
  22. 28. TRATAMIENTO IQA Se hace el mismo trabajo pero la diferencia radica en que en lugar de estar tratando continuamente el agua que se repone a la caldera, tratamos el área de acero que va a estar en contacto con el agua, formando una capa filmante de fosfato férrico que impide el ataque de oxígeno, resultando más sencilla su utilización. CUADRO COMPARATIVO AL CALCIO, MAGNESIO Y SÍLICE AL CALCIO Y MAGNESIO TIPO DE DUREZA QUE CONTROLAN GENERADORES DE VAPOR LIMPIOS GENERADORES DE VAPOR CON DEPÓSITOS RESULTADOS OBTENIDOS TOMANDO EN CUENTA UN PROMEDIO DE EFICIENCIA EN RENDIMIENTO DE EMPLEADOS Y PRODUCTOS NO DEPENDEN AL 100% DE ESTOS MUY NECESARIOS (100% DE DEPENDENCIA) METODO DE CONTROL HUMECTACIÓN NO APLICA INCRUSTACIÓN FOSFATOS SULFITOS PREVENTIVOS CORROSIÓN PROFLUX PRODUCTO TRADICIONAL PROBLEMA
  23. 29. CUADRO DE VENTAJAS CON PROFLUX NO HAY RIESGO DE SALUD EN SU MANEJO MAYOR SEGURIDAD NO TÓXICO DISMINUCIÓN DE TIEMPO DE REPARACIÓN Y ADICIÓN DE MATERIALES FÁCIL DOSIFICACIÓN LÍQUIDO DA MAYOR TIEMPO DE VIDA A LOS EQUIPOS PROTECCIÓN DE METALES ANTICORROSIVO ELIMINA LOS EQUIPOS DE SUAVIZACIÓN O AMPLIAMOS EL TIEMPO DE REGENERADO DE LOS MISMOS BAJA LA DUREZA DEL AGUA SECUESTRANTE AUMENTA LA EFICIENCIAEN LA TRANSFERENCIA DE CALOR PARA LA GENERACIÓN DE VAPOR HUMECTA INCRUSTACIONES YA FORMADAS DESINCRUSTANTE EVITA REALIZAR LIMPIEZAS CORRECTIVAS EVITA LA FORMACIÓN DE INCRUSTACIÓN Y CORROSIÓN PREVENTIVO NO CONTAMINA CUENTA CON CARTA CRETIB BIODEGRADABLE ORGÁNICO AHORRO AL ADQUIRIR UN SOLO PRODUCTO EVITA REALIZAR MEZCLAS UN SOLO PRODUCTO BENEFICIOS VENTAJAS CARACTERÍSTICAS
  24. 30. 7. EFICIENCIA DE CALDERAS 7.1 CARBURACIÓN DE LA CALDERA El mantenimiento y ajuste adecuado de la caldera puede redundar en considerables diferencias de consumo de combustible. Debe prestarse especial atención a la eficiencia de combustión y a la limpieza de la caldera para que alcance su rendimiento óptimo. EFICIENCIA DE LA COMBUSTIÓN. La eficiencia de la combustión es la medida de la eficiencia de la transmisión del contenido del calor que libera el combustible al quemarse. Factores tales como la atomización de combustible, el flujo de aire y temperatura de combustión afectan la eficiencia de la combustión. La eficiencia de la combustión de una caldera puede determinarse fácilmente con un analizador de CO 2 , para medir la concentración del dióxido de carbono y la temperatura de los gases de la combustión. Su rendimiento debe evaluarse con base a estas lecturas. El siguiente cuadro indica el tipo de lectura que cabe esperar en varios niveles de rendimiento. La eficiencia también puede determinarse por la temperatura neta de los gases de chimenea, empleando las gráficas para este fin. % de CO 2 en los gases de chimenea 12.0 o menos 9.0 o menos 8.0 o menos Malo 12.5 a 12.0 10.0 a 9.0 8.5 a 8.0 Regular 13.0 a 12.5 11.5 a 10.0 9.0 a 8.5 Bueno 13.8 a 13.0 12.8 a 11.5 10.0 a 9.0 Excelente COMBUSTÓLEO DIESEL GAS NATURAL CATEGORIA
  25. 31. ENSUCIAMIENTO . El ensuciamiento de los fluxes de la caldera con hollín o incrustaciones, actúa com un aislante térmico e impide la transmisión de calor necesaria. El tratamiento adecuado del agua para prevenir la formación de dichas incrustaciones es indispensable para el funcionamiento eficiente de la caldera. Análogamente, el lado adyacente al fuego de los fluxes de la caldera debe ser LIMPIADO PARA QUITAR EL HOLLÍN QUE SE ACUMULA CUANDO SE QUEMA EL COMBUSTIBLE. Una buena indicación de un problema de ensuciamiento es cuando las temperaturas de los gases en la chimenea exceden 65.5°C (150°F) la temperatura del vapor saturado a la presión de funcionamiento de la caldera. AHORRO DE COSTOS POR AUMENTO DE LA EFICIENCIA. El cuadro siguiente da una idea de los ahorros del costo de combustible, debido a mejoras de la eficiencia. El control de este tipo de falla, es verificando periódicamente el funcionamiento del control de presión, y el sistema eléctrico en general, y manteniendo en buenas condiciones de funcionamiento y calibración la(s) válvula(s) de seguridad. SISTEMA DE COMBUSTIÓN. Otro de los riesgos graves de accidente de una caldera, es una explosión de combustible en el hogar, lo que es más factible cuando se trabaja la caldera con gas natural. Las causas probables son las siguientes:
  26. 32. <ul><li>Barrido inicial insuficiente. </li></ul><ul><li>Fugas en las válvulas de corte de combustible. </li></ul><ul><li>Falla en el piloto de ignición. </li></ul><ul><li>Relación incorrecta de aire / combustible. </li></ul><ul><li>Pérdida de tiro. </li></ul><ul><li>Falla en la flama ocasionada por la entrada de líquidos o gases inertes al sistema de combustión. </li></ul><ul><li>Exceso de hollín. </li></ul><ul><li>Falla en el sistema de suministro de combustible. </li></ul><ul><li>Para evitar una falla por estas causas debe controlarse lo siguiente: </li></ul><ul><li>Mantener en el ciclo de encendido los tiempos recomendados por el fabricante para los barridos inicial y final, así como para la ignición. </li></ul><ul><li>Dar mantenimiento preventivo al sistema de combustible como válvulas, electrodos de encendido, ventilador e instrumentación. </li></ul><ul><li>Mantener la relación entre aire / combustión apropiada, verificándola periódicamente con un analizador de gases y haciendo los ajustes necesarios. </li></ul><ul><li>Atención especial merecen las válvulas de alimentación de combustible, a las que debemos revisarles periódicamente su cierre hermético, lo cual podemos hacer observando que la flama se apague de forma instantánea al cerrar la válvula, es decir, sin parpadeos ni lentamente. Si la válvula de combustible tiene un cierre no hermético, apague la caldera y no la encienda hasta que la válvula sea reparada o reemplazada. </li></ul>
  27. 33. SISTEMA ELÉCTRICO DE CONTROL. El que la caldera tenga un ciclo de operación automático, significa que todos sus accesorios deben trabajar correctamente y en forma escalonada, si uno de ellos no funciona el ciclo debe interrumpirse y la caldera quedar “botada”, ya que un accesorio de seguridad o control no está cumpliendo su función. Elimine el riesgo de que la caldera quede desprotegida, evitando cualquier bloqueo o “puente” de los relevadores o interruptores de límite. Tampoco permita que se operen manualmente los relevadores, la bomba de alimentación de agua o cualquier accesorio.
  28. 34. SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN DE VAPOR Y RETORNO DE CONDENSADO El sistema de distribución de vapor permite llevar el vapor en la cantidad y calidad requerida por el proceso. En este sistema, es importante:   a)Contar con buenos procedimientos de operación b) Operar adecuadamente las trampas de vapor. c) Mantener aisladas las tuberías, equipos y dispositivos d) Evitar las fugas de vapor e) Mantener una presión de vapor adecuada   a) Procedimientos de operación generales.          Emplear analizadores de proceso y tecnologías de control avanzado.          Utilizar adecuadamente los sistemas de vacío.          Considerar la viabilidad de sustituir los eyectores de vapor (para producir vacío), por bombas de vacío mecánicas.          Operar con el menor número de eyectores de vapor.   Los sistemas de vacío, cuando no se utilizan adecuadamente, incrementan significativa­mente el consumo de vapor.          Reparar cualquier fuga que se presente.          Clasificar cada generador de vapor de acuerdo con sus características de desempeño y eficiencia. De esta forma, durante los periodos de demanda &quot;pico&quot; de vapor, los generadores más eficientes son los que trabajarán a plena o mínima carga, lo cual mantendrá un consumo de energía al mínimo.          Revisar periódicamente los sistemas de vapor para detectar líneas de vapor usadas con muy poca frecuencia y que puedan ser eliminadas o sacadas de servicio.          Mantener los sistemas de trazado con el mínimo flujo requerido, ya que pueden ocasionar desperdicios de vapor.
  29. 35. b) Operar adecuadamente las trampas de vapor. La función de las trampas de vapor es la de permitir automáticamente el drenado de condensado que se forma en el sistema, sin dejar escapar el vapor, además de permitir la eliminación de aire y gases incondensables.   Para asegurar un funcionamiento adecuado, sin pérdidas de energía, se recomienda:            Elaborar para cada área operativa, un programa de revisión rutinaria de las trampas de vapor para verificar su operación adecuada. La frecuencia de revisión dependerá de las condiciones particulares de cada área; sin embargo, debe revisarse, como mínimo, mensualmente.            Mantener un censo actualizado de las trampas de vapor. Numere todas las trampas y registre su localización en un croquis para facilitar su revisión y registro.            Capacitar al personal operativo y de mantenimiento sobre las técnicas de pruebas de operación de trampas. Donde se necesite utilizar equipo ultrasóni­co, designe personal especializado.            Asignar máxima prioridad a la reparación y mantenimiento de trampas El aplicar un procedimiento de mantenimien­to periódico puede reducir las fallas en trampas hasta un 3 ó 5%. Una trampa que no cierra puede representar pérdidas de vapor entre 22 y 45 kg vapor/hr., (50-100 lb vapor/hr). Por ello, establezca un programa de mantenimiento y tome en cuenta que el número de trampas defectuosas debe ser menor del 5% del total.            Seleccionar las trampas de vapor de acuerdo a su aplicación y descarga esperada de condensado.
  30. 36. c) Mantener aisladas las tuberías, equipos y dispositivos. El aislamiento en tuberías, equipos y accesorios del sistema de distribución de vapor y retorno de condensado, evitará pérdidas de calor hacia el ambiente. Es muy importante instalar, en cada tramo de tubería, el espesor óptimo de aisla­miento. En la tabla No. 5 se indica el efecto que produce un inadecuado aislamiento.            Inspeccionar periódicamente el aisla­miento para reemplazar o reparar los tramos dañados o deteriorados. Esto es especialmente necesario después de que se han tenido que retirar tramos de aislamiento para reparar fugas de vapor. En general, al menos una vez por año, debe realizarse esta inspección de las líneas de vapor. Durante una inspección de rutina, debe identificarse el daño físico, grietas; bandas y cintas de sujeción rotas; juntas rotas o dañadas; y/o cubiertas dañadas. Tubo de acero en posición horizontal, temperatura ambiente 24°C, sin velocidad en el aire y una operación de 8760 horas/año.
  31. 37.            Un instrumento muy útil para verificar el estado del aislamiento es el termó­grafo. Este instrumento indica la temperatura superficial con imágenes compuestas de varios colores; es ideal para revisar áreas extensas. Los pirómetros de contacto y pistolas caloríficas deben estar en contacto directo con la superficie, para medir su calor.            Revisar el aislamiento después de cualquier mantenimiento. Las áreas donde se han efectuado otros trabajos de mantenimiento, tienen que revisarse para identificar dónde debe repararse el aislamiento. Las colchas aislan­tes desmontables volverán a colocarse sobre sus equipos. Como regla, los últimos traba­jos de mantenimiento serán: la reparación, reemplazo o reinstalación de los aislamien­tos.            Bloquear las líneas de vapor que no estén en operación. Evitar las fugas de vapor.   Las fugas de vapor son una forma visible de desperdicio de energía y, por lo mismo, también indican una indiferencia por la operación eficiente del sistema. Existen dos métodos para estimar las pérdidas de vapor por fugas: En función del tamaño del orificio y en función de la presión de operación vs altura de pluma (Tabla 7).   d) Evitar las fugas de calor. Para evitar pérdidas de energía por fugas de vapor, se recomienda:          Todas las fugas de vapor deben repararse tan pronto como sea posible.          En los procedimientos de mantenimiento, especifique las juntas y empaques para las bridas de las válvulas .          Recurra a un especialista en reparación de fugas, si el sistema de vapor no puede ser sacado de operación.          En el diseño del sistema de vapor, se debe evitar el uso de conexiones roscadas.
  32. 38. Se recomienda consultar el código ANSI para el uso de conexiones para diferentes presiones de vapor   e)Mantener una presión de vapor adecuada.          Usar vapor a la mínima presión posible, para servicios de calentamiento. Esto reducirá el consumo de energía. Los cambios en el proceso o en los equipos, frecuentemente permiten el uso de una menor presión del vapor.   Estas consideraciones tendrán que tomarse en cuenta en la fase de diseño; cualquier cambio posterior, en proceso o equipo que se recomiende, debe de ser analizado desde el punto de vista económico para justificarlo.            Aprovechar el vapor a todos los niveles de presión posible. En el vapor de alta presión no deben utilizar­se válvulas reductoras de presión, y el vapor de baja presión no es conveniente que sea venteado a la atmósfera.
  33. 39. Existen grandes ahorros cuando se eliminan los venteos y reducciones de presión. La instrumentación tendrá que considerar, desde su diseño, el monitoreo constante de la presión y los venteos de vapor. En resumen, el sistema de vapor tiene que balancearse adecuadamente. La tabla 7 muestra el valor de las pérdidas de vapor, en kilogramos de vapor ó libras de vapor por hora, para un largo de pluma y una temperatura ambiente determinada.
  34. 40. Instalaciones En las redes para vapor, se debe utilizar tubería de fierro negro rascadas para diámetros de 10 a 50 mm. ; y para diámetros de 64mrn o mayores, se debe utilizar tubería de acero soldable con o sin costura. Para ambos casos puede ser cédula 40 ó cédula 80, siendo la presión de trabajo, la que determine ésta. Para unir bridas, conexiones y válvulas bridadas se deben utilizar tornillos maquinados de acero al carbón con cabeza y tuerca hexagonal, y empaque de asbesto. Las válvulas para diámetros hasta 51mm, deben ser roscada~ con tuerca de unión; para diámetros de 64 mm o mayores se deben instalar válvulas bridadas. Para presiones de trabajo inferiores a 8.8 kgl cm2, se deben utilizar válvulas de seccionamiento y de retención. Las tuberías para vapor, se deben aislar térrnícamente, empleando tubos preformados en dos medias cañas de fibra de vidrio; el acabado se debe hacer con una capa de manta, 2 fletes de aluminio por cada tramo de 91 cm, sobre la cual se debe aplicar una emulsión impermeable de alta adhesión, y donde sea posible se debe aplicar pintura para identificación de las tuberías. El aislamiento de las tuberías instaladas en lugares donde pueden estar sujetas a esfuerzos mecánicos o a la intemperie, se deben recubrir con lámina de aluminio lisa de 0.178 mm, de espesor tipo Insulcover, la cual debe ir flejada a cada 30 cm con cinchos galvanizados asegurados por medio de sellos. El espesor del aislamiento en las tuberías de distribución de vapor de acuerdo a la presión de trabajo será el siguiente:
  35. 41. Para el espesor del aislamiento de las tuberías de retorno de condensados, se debe aplica la tabla anterior. Para todos los diámetros y todas las presiones de trabajo se debe ejecutar el acabado y protección del aislamiento. Para absorber los movimientos diferenciales entre juntas constructivas o para absorber dilataciones o contracciones por efectos de la temperatura, o combinación de ambos efectos, se deben colocar tubos flexibles metálicos con interiores y entramado de acero inoxidable. Las tuberías horizontales para conducir vapor, se deben conectar formando ángulos rectos entre sí y el desarrollo de éstas, debe ser paralelo a los ejes de la estructura. Los equipos generadores de vapor se deben instalar en una base de concreto, de 0.20 m , y de acuerdo a lo indicado por el fabricante. Antes de la colocación de los equipos generadores de vapor, se deben hacer todas las preparaciones de sujeción de tuberías de vapor y tubos de chimenea, así como todos los huecos necesarios en la estructura, para el paso de estos. La descarga de las chimeneas de los generadores de vapor, se debe estudiar para cada caso, considerando que debe ser a un espacio abierto y que no contamine el aire de otros equipos, come son, los de acondicionamiento de aire y ventilación mecánica, colectores solares, etc.
  36. 42. SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
  37. 43. Descripción: Un Sistema de Enfriamiento Cerrado se define como un ciclo cerrado donde se lleva a cabo el proceso de intercambio de calor y que se conforma por la parte de Proceso (Cambiadores de Calor) y por la parte de servicio denominada Sistema de Refrigeración. Una Sistema de Refrigeración se define como la parte proporcional de un ciclo cerrado capaz de mantener la temperatura de un medio (agua) relativamente baja con la finalidad de controlar procesos y disipar la cantidad de calor generado en un proceso de intercambio. Todos los Sistemas de Refrigeración están compuestos por Chillers, Compresores, y un Depósito de Almacenamiento y Recirculación del medio (agua).
  38. 44. Diagrama de un Sistema Cerrado
  39. 45. <ul><li>Descripción: </li></ul><ul><li>Un Sistema de Enfriamiento Abierto se define como un ciclo semicerrado donde se lleva a cabo el proceso de intercambio de calor y que se conforma por la parte de proceso (Cambiadores de Calor) y por la parte de servicio denominada Torre de Enfriamiento. </li></ul><ul><li>Una Torre de Enfriamiento se define como la parte proporcional de un ciclo semicerrado capaz de disipar la cantidad de calor absorbido por un medio (agua) y generado en un proceso de intercambio. </li></ul><ul><li>Tipo de Torres de Enfriamiento: </li></ul><ul><li>De Flujo Cruzado: Esto es cuando el flujo de aire es perpendicular al flujo de agua y se denominan Torres de Tiro Inducido. </li></ul><ul><li>De Contra Flujo: Esto es cuando el flujo de aire es paralelo pero en sentido opuesto al flujo de agua y se denominan Torres de Tiro Forzado o Torres Empacadas. </li></ul>
  40. 46. Diagrama de una Torre de Tiro Inducido
  41. 47. Diagrama de un Enfriador Industrial
  42. 48. Análisis Fisicoquímico del Agua Variables a Evaluar Analíticamente: pH Conductividad o S.T.D. Alcalinidad F y M. Dureza de Ca ++ y Mg ++ Cloruros Cl - Sulfatos SO 4 = Sílice SiO 2 Fierro Fe ++ y Fe +++ Turbidez o S.S.T.
  43. 49. Balance de un S.E.A. Datos del Sistema: Metalurgia del Sistema. (Fe, Cu, Admiralty, etc.) Gasto de Recirculación: R (gpm) Diferencial de Temperatura:  T (°C) Volumen Total del Sistema: V (m 3 ) Factor de Potencia de las Bombas: F. (Generalmente 80 %) Ciclos de Concentración: X (Generalmente Ca ++ )
  44. 50. Balance de un S.E.A. Ecuaciones para efectuar un Balance de Materia: Evaporación: E = R x 0.001 x  T x F Arrastre: A = R x 0.002 Ciclos de Concentración: X = [Ca ++ ] R / [Ca ++ ] M Desperdicio Total: W = E / (X-1) = B + A Purga del Sistema: B = W – A Repuesto de Agua: M = E + A + B = E + W Disipación de Calor: H = 8.33 x R x  T Tiempo de Vida Media: T 1/2 = (V x 0.6931) / W Ecuación de Agotamiento: C o = C x x e -(wt/v)
  45. 51. Principales Problemas de un Sistema de Enfriamiento <ul><li>Los principales problemas que se presentan en un Sistema de Enfriamiento son: </li></ul><ul><li>Depósitos: Suaves que los conforman los lodos. Duros denominados Incrustaciones. </li></ul><ul><li>Corrosión: Generalizada (Uniforme). Localizada (Piting). Galvanizada. </li></ul><ul><li>Materia Orgánica: Desarrollos Microbianos. </li></ul><ul><li>A continuación describiremos algunos factores de la presencia de estos fenómenos, forma de evaluación y algunos productos químicos para su tratamiento. </li></ul>
  46. 52. Formación de Depósitos Factores que influyen en la formación de Depósitos. La formación de Depósitos Suaves ( Lodos) se deben a la presencia de: 1.- Turbidez (Sólidos en Suspensión) del Agua. 2.- Materia Orgánica. La formación de Depósitos Duros (Incrustaciones) se deben a: 1.- La Temperatura de Intercambio. 2.- pH del Agua (Basicidad o Acidez). 3.- La Concentración de Sales del Agua. Las Incrustaciones mas frecuentes en un S.E.A. son - Carbonato de Calcio - Oxido de Fierro. - Sulfato de Calcio - Fluoruro de Calcio. - Fosfato de Calcio - Silicato de Magnesio. - Carbonato de Fierro - Sílice
  47. 53. Indices de Saturación Determinación de los Indices de Saturación. K (t) = 24.6094[1-1.3167 x 10 -3 (T-32) + 5.174 x 10 -6 (T-32) 2 – 1.2276 x 10 -8 (T-32) 3 ]  (SD) = 0.025 (SD) 0.5 1.0 + 0.0265 (SD) 0.5 + 1.37 x 10 -4 (SD) pHs = K(t) +  (SD) – 2log (Ca x Alk) 2 Indice de Saturación de Langalier: ISL = pH – pHs Indice de Saturación de Ryznar: RIS = 2pHs – pH Estos índices también pueden determinarse por medio de tablas descritas en American Water Works Associatión.
  48. 54. Tabla comparativa
  49. 55. Otras Consideraciones <ul><li>Otros Factores que influyen en la formación de Incrustaciones son: </li></ul><ul><li>La relación de la [Ca ++ ] y de [SO 4 = ] debe ser menor a 1,500 ppm como producto de la Suma para evitar la formación de Sulfato de Calcio . </li></ul><ul><li>La relación de la [Ca ++ ] y de [SO 4 = ] debe ser menor a 500,000 ppm como producto de la Multiplicación para evitar la formación de Sulfato de Calcio. </li></ul><ul><li>La relación de la [Mg ++ ] y de [SiO 2 ] debe ser menor a 20,000 ppm como producto de la Multiplicación para evitar la formación de Silicato de Magnesio. </li></ul><ul><li>El pH de Saturación para la formación de Fosfato de Calcio. </li></ul><ul><li>pHc = 11.755 - log [Ca ++ ] – log [PO 4 ] – 2 logT 0.65 </li></ul>
  50. 56. Corrosión Generalizada Corrosión Generalizada: Es un proceso electroquímico que se lleva a cabo cuando un metal está en contacto con un medio conductivo (agua). En donde se llevan a cabo reacciones de oxido-reducción. Fierro Area Anódica Area Catódica Fe(OH) 3 O 2 Fe ++ Fe ++ Electrolito H H H H H + O 2 OH - H 2 Fe° = Fe ++ + 2e -
  51. 57. Reacciones de Corrosión Generalizada Reacciones en Fierro. Fe° Fe ++ + 2e - Fe ++ + 2OH - Fe(OH) 2 2Fe(OH) 2 +1/2O 2 + H 2 O 2Fe(OH) 3 Reacciones en Cobre. Cu Cu + + e - 2Cu + + 1/2O 2 Cu 2 O
  52. 58. Cálculo de la Velocidad de Corrosión V = 1 x W 1 – W 2 x 1.825 x 10 5 (1/X) + (1/Y) + (1/H) W 1 D Donde: V = Velocidad de Corrosión en mpy. X = Longitud Original del Cupón en pulg. Y = Ancho Original del Cupón en pulg. H = Espesor Original del Cupón en pulg. W 1 = Peso Original del Cupón en mg. W 2 = Peso Final del Cupón en mg. D = Tiempo de Exposición del Cupón en No. de días. 1.825 x 10 5 = Factor de Conversión a mpy.
  53. 59. Corrosión Localizada Corrosión Localizada: Este tipo de corrosión se presenta cuando existe la presencia de oxígeno y temperatura, así mismo, se da en la presencia de materia orgánica. O 2 O 2 Materia Orgánica Corrosión bajo Depósito
  54. 60. Corrosión Galvanizada Corrosión Galvanizada: También llamada corrosión bimetálica y se presenta cuando un metal esta eléctricamente acoplado a otro metal en un ambiente donde se conduzca la electricidad y donde el miembro más anódico de la serie galvánica se corroe mas rápidamente que el miembro más catódico. Electrolito Metal Base Metal Noble Migración de electrones
  55. 61. Corrosión Galvanizada Series Galvánicas de algunos metales y a leacio nes.   Magnesio Activo o Anódico (-) Aleaciones de Magnesio Zinc Acero Galvanizado Aluminio 1100 Aluminio 2024 Acero Rolado Acero Fundido Acero Inoxidable 410 13 % de Cr (Activo) Acero Inoxidable 304 18-8 (Activo) Plomo Manganeso Bronce Naval Brass Nickel (Activo) Aleación 76Ni-16Cr-7Fe (Activo) 60Ni-30Mo-6Fe-1Mn
  56. 62. Brass Amarillo Brass Admiralty Brass Rojo Cobre Silicon Bronce 70-30 Cupronickel 6-Bronce Solder de Plata Nickel (Pasivo) Aleación 76Ni-16Cr-7Fe (Pasivo) Acero Inoxidable 410 13 % de Cr (Pasivo) Titanio Acero Inoxidable 304 18-8 (Pasivo) Plata Grafito Oro Platino Noble ó Catódico (+)
  57. 63. Contaminantes de las torres de refrigeración . El agua que se destina a las torres de refrigeración, incluso si se toma del grifo, generalmente contiene sales (como cloro, sulfatos y carbonatos), gases disueltos (como Oxigeno y Dióxido de Carbono) e iones de metal (como el hierro y el manganeso). La presencia de estos contaminantes puede causar una serie de problemas asociados. Los principales problemas que son incrustación, formación de. cal, corrosión y crecimiento biológico (formación de biofilm o biofilm). Los contaminantes presentes dependen también del material de construcción de las torres de refrigeración (ej. cemento, plás madera o metal). Microorganismos Bacteria y otros microorganismos patógenos están presentes en el medio ambiente. Se pueden encontrar igualmente en las aguas de las torres de refrigeración. Cuando las torres de refrigera( tienen un sistema abierto de recirculación, hay riesgo de contaminación de los microorganismos existen en el aire al agua. Los microorganismos pueden reproducirse rápidamente, cuando exist sustrato y una serie de condiciones que favorecen su crecimiento. Por ejemplo, factores determinantes son los valores de pH, temperatura, concentración de oxigeno nutrientes. El contenido de nutrientes en agua aumenta con la evaporación del agua. Grietas y gases en el proceso y el uso del agua puede también afectar o aumentar el contenido de nutrientes en el agua y generar problemas. Bio film Cuando existe un desarrollo significativo de crecimiento microbiano, se produce una capa limosa materia orgánica e inorgánica. Algunos microorganismos excreta n polímeros, que formar una red en forma de gel alrededor de las células después de la hidrólisis. Esto es lo que se denomina biofilm. Como resultado de la formación de biofilm, los microorganismos se pueden agarrar a las capas superficiales y siendo difíciles de eliminar. El Biofilm protege los microorganismos de otros microorganismos y de los desinfectantes. Luego la desinfección cuando existe biofilm es mucho mas difícil.
  58. 64. Biofilm consiste en células microbiológicas y otros componentes. Si el biofilm es muy pegajoso, normalmente contiene elementos orgánicos e inorgánicos presentes en el agua que son absorbidos por estas películas. Esto tiene que ver con la precipitación química, flecos orgánicos y masas de células muertas. El Biofilm contienen un 90% de agua. Biofilm causa un gran numero de problemas como: La capa limosa de protección de los microorganismos puede provocar una corrosión rápida de las paredes y sistemas intercambiadores de calor. El biofilm previene los materiales anticorrosivos y productos microbiales pueden provocar la corrosión de los materiales. Biofilm provoca una capa de aislamiento en el sistema de intercambiador de calor, que como consecuencia no funcionan apropiadamente. Los microorganismos presentes en el biofilm aceleran la toma de oxigeno provocando una deficiencia del sistema. Algunos microorganismos cambian a procesos metabólicos de fermentación y provocan un gran número de ácidos orgánicos, que causan disminución del PH. Las bacterias anaeróbicas forman subproductos del sulfuro que son muy corrosivos.
  59. 65. Desarrollos Microbianos Criterios a observar en el Control Microbiológico de un S.E.A. Rango de Control Criterio a seguir De 0 a 10,000 Esencialmente Estéril. De 10,000 a 500,000 Sistema Bajo Control. De 500,000 a 1’000,000 Sistema Bajo Control pero necesita ser monitoreado. De 1’000,000 a 10’000,000 Sistema Fuero de Control se recomienda cambio de Tratamiento. Más de 10’000,000 Serios Problemas de Ensuciamiento.
  60. 66. Escala de pH y su influencia en Condiciones de Operación de un Sistema de Enfriamiento. 3.0 4.5 5.5 6.5 8.0 8.5 10.0 Corrosión Severa Zona de Estabilidad Precipitación de MgSiO 2 Corrosión por bajo pH Precipitación de SiO 2 Precipitación de CaCO 3 Precipitación de CaSO 4 Formación de CaPO 4
  61. 67. Tratamiento Químico Descripción de algunos productos químicos para prevenir los fenómenos de Incrustación, Corrosión y Materia Orgánica. Ligninas y Taninos. Ácido Polimaleico. Ortofosfatos y Polifosfatos. Fosfonatos (PBTC, HPA, HEDP, AMP). Zinc. Esteres de Fosfatos. Polímeros de bajo peso Molecular. Polímeros, Copolímeros y Terpolimeros de Ácido Acrílico. Benzotriazol y Tolitriazol. Cloro y Bromo Sales Cuaternarias de Amonio. Isotiazolinas. Bistiocianato de Metileno.
  62. 68. TRATAMIENTO DE AGUA CORROSIÓN Y CONTROL DE INCRUSTACIÓN   En torres de enfriamiento, el enfriamiento está acompañado por la evaporación de una cantidad de agua que recircula a través de esta. A medida que el agua se evapora, los sólidos en suspensión dentro de dicha agua irán quedándose dentro del sistema. La concentración de dichos sólidos se precipita rápidamente y puede llegar a grados de concentración inaceptables. Además, se van añadiendo el agua de recirculación impurezas traídas por el aire, agrandando el problema. De no controlarse dichas impurezas y contaminantes, pueden causar incrustación, corrosión y acumulación de lodo que reduce la eficiencia en la transferencia de calor e incrementa los costos de operación del sistema.
  63. 69. El grado en que son disueltos los sólidos y otras impurezas contenidas en el agua de recirculación, pueden ser definidas como los ciclos de concentración. Específicamente, ciclos de concentración es la relación de sólidos disueltos en el agua de recirculación (por ejemplo SDT, Cloruros, Sulfatos), para ser disueltos en el agua de reposición. Para una óptima eficiencia en la transferencia de calor y una vida máxima de la unidad, los ciclos de concentración deberán de ser controlados así como el agua de recirculación deberá mantenerse dentro de los lineamientos. Para controlar los ciclos de concentración así como los lineamientos indicados, será necesario purgar o sacar pequeñas cantidades de agua de recirculación del sistema. Esta purga de agua es repuesta con agua limpia a través de la válvula de reposición, limitando las impurezas en el depósito. Típicamente la purga es completada automáticamente a través de la válvula solenoide controlada por un metrómetro de conductividad. El punto de ajuste del metrómetro de conductividad, es la conductividad del agua a los ciclos de concentración deseados y deberá ser determinado por un experto competente en tratamiento de agua. (Nota: La válvula solenoide y el metrómetro de conductividad deberá ser suministrado por otros.)
  64. 70. <ul><li>Alternativamente una línea de purga con su válvula puede ser utilizada para la purga continua del sistema. (Nota: La línea de purga y la válvula deberá ser suministrada por otros.) En este arreglo, la cantidad de purga puede ser ajustada utilizando la válvula colocada en la línea de purga y medida, llenando un recipiente de volumen conocido, anotando el tiempo medido. La cantidad purgada y la calidad de agua, deberán ser revisadas periódicamente para asegurarse que el adecuado control en la calidad del agua ha sido mantenido. </li></ul><ul><li>La cantidad requerida de purga continua, puede calcularse por la siguiente fórmula. </li></ul><ul><li>Purga = Evaporación / (ciclos de concentración – 1) </li></ul><ul><li>La cantidad evaporada puede determinarse mediante uno de los siguientes pasos: </li></ul><ul><li>Cantidad evaporada es aproximadamente 2 USGPM por cada millón de BTU/HR de calor removido. </li></ul><ul><li>Cantidad evaporada es aproximadamente 3 USGPM por cada 100 toneladas de refrigeración. </li></ul><ul><li>Cantidad evaporada = Flujo de agua (USGPM) x Rango (°F) x 0.001. </li></ul><ul><li>Ejemplo: A una relación de flujo de 900 GPM y un rango de enfriamiento de 10°F, la cantidad evaporada es de 9GPM (900 GPM x 10°F x 0.001 = 9GPM). </li></ul><ul><li>  </li></ul><ul><li>Nota: Para enfriadores Industriales de fluidos, el flujo que deberá utilizarse en el cálculo es el flujo a través del serpentín. </li></ul>
  65. 71. <ul><li>Si las condiciones del lugar garantizan una purga constante, no será necesario un control de las incrustaciones y mantenimiento en la calidad del agua; un tratamiento químico puede ser necesario. Cuando un programa de tratamiento químico de agua sea utilizado, los siguientes requerimiento deberán considerarse: </li></ul><ul><li>Los químicos deberán ser compatibles con el acero galvanizado así como con todos los otros materiales utilizados en el sistema (tubería, intercambiador, etc.) </li></ul><ul><li>Químicos inhibidores contra corrosión deberán agregarse al agua de el sistema. Estos deberán prevenir las altas concentraciones de químicos que causen corrosión. Los químicos deberán alimentarse al sistema en la descarga de la bomba de recirculación. Estos no deben vertirse dentro del depósito de agua fría de la torre. </li></ul><ul><li>Tratamiento de agua con ácido, no es recomendado a menos que el equipo halla sido protegido con el sistema de protección de corrosión o halla sido construido con acero inoxidable. El tratamiento con ácido puede utilizarse cuando los requerimientos descritos en los párrafos 1 y 2 arriba descritos se mantengan. </li></ul>
  66. 72. LOS CICLOS DE CONCENTRACION EN EL DISEÑO DE TRATAMIENTO QUIMICO PARA UN SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO Los ciclos de concentración en los sistemas de agua de enfriamiento de recirculación abierta, es el número de veces que las impurezas de agua de alimentación se concentran en el agua del sistema. Los ciclos de concentración se obtiene del cociente del flujo de agua de reposición para el flujo de agua de purga, lo cual significa que a mayor flujo de purga se obtienen menores ciclos, por lo tanto las sales y en general las impurezas se concentran menos en el agua del sistema y viceversa. CC= R/P Donde: CC: Ciclos de concentración R: Flujo de reposición P: Flujo de purga
  67. 73. También los ciclos de concentración pueden ser calculados comparando la concentración de una sal muy soluble como son los cloruros. Los ciclos de concentración resultaran de dividir su concentración en el agua de recirculación del sistema para la concentración en el agua de reposición. Esta forma de calcular puede ser muy aceptada, si no se aporta cloruros mediante el tratamiento químico. Los ciclos de concentración con los que se trabaje en un sistema da agua de enfriamiento, determinaran la composición química del agua a tratar, y por lo tanto será un factor decisivo en la selección del programa de tratamiento químico. Para ilustrar este tema, tomaremos un caso historia real de un sistema de agua de enfriamiento. Consideremos las siguientes variables químicas .
  68. 74. 4 90 45 200 400 70 0.06 38 90 180 Cc= 2.5 AGUA DEL SISTEMA 4.5 1 Turbides, FTU 157.50 35 Silica, ppm SiO2 78.75 17.5 Cloruros, ppm Cl 405 90 STD, en ppm 810 180 Conductividad, um hos/cm 112.5 25 Sulfato, ppm SO4 0.09 0.02 Hierro, ppm Fe 63 14 Alcalinidad M, ppm CaCO3 135 30 Dureza calcica, ppm CaCO3 315 70 DUREZA TOTAL, ppm CaCO3 CC=4.5 AGUA DE REPOSICIÓN VARIABLE
  69. 75. Langelier desarrollo un método para predecir el pH de saturación (pHs) de cualquier agua. Si el pH del agua esta por debajo del pHs de, el agua tiene un índice de langelier negativo y disolverá al CaCO3, interpretandose también que esta agua puede corroer al acero, más aún cuando se encuentra con presencia de oxígeno. Si el índice de langelier es positivo, es decir, cuando el pH medido excede al pHs, la tendencia de esta agua será depositante, el pHs es función de la concentración calcica, alcalinidad, STD y temperatura. AGUA DEL SISTEMA AGUA DE REPOSICIÓN VARIABLE Scale Corrosive Tendencia del agua 1 -0.45 Indice langelier 30 30 Temperatura fria, ºC 38 38 Temperatura caliente, ºC 66 66 Presión del sistema, psig 8.35 7.83 7.12 pH
  70. 76. Por lo tanto la concentración de estas variables determinara la tendencia corrosiva o incrustante del agua. En general, a ciclos de concentración mayores se tiende a tener una agua incrustante o depositante, y a ciclos de concentración menores una agua corrosiva. Indice de Langelier = pH – pHs pHs: F (dureza, alcalinidad, STD, temperatura) En el ejemplo de nuestro caso para 4.5 ciclos se tiene el agua con tendencia claramente incrustante, por lo tanto se requiere un programa de tratamiento químico basado en componentes antincrustantes y dispersantes. Para el mismo sistema si se trabaja con 2.5 ciclos de concentración, el programa debe ser diferente ya que se requiere fundamentalmente de elementos anticorrosivos como base del tratamiento químico. En resumen la concentración de las impurezas en el agua del sistema de enfriamiento determinará no solamente la cantidad sino fundamentalmente la calidad del programa de tratamiento químico a aplicarse
  71. 87. Sistemas de refrigeración La refrigeración es el proceso de producir frío, en realidad extraer calor. Para producir frío lo que se hace es transportar calor de un lugar a otro. Así, el lugar al que se le sustrae calor se enfría. Al igual que se puede aprovechar diferencias de temperatura para producir calor, para crear diferencias de calor, se requiere energía. Se consigue producir frío artificial mediante los métodos de compresión y de absorción. Refrigeración por compresión El método convencional de refrigeración, y el más utilizado, es por compresión. Mediante energía mecánica se comprime un gas refrigerante. Al condensar, este gas emite el calor latente que antes, al evaporarse, había absorbido el mismo refrigerante a un nivel de temperatura inferior. Para mantener este ciclo se emplea energía mecánica, generalmente mediante energía eléctrica. Dependiendo de los costos de la electricidad, este proceso de refrigeración es muy costoso. Por otro lado, tomando en cuenta la eficiencia de las plantas termoeléctricas, solamente una tercera parte de la energía primaria es utilizada en el proceso. Además, los refrigerantes empleados hoy en día pertenecen al grupo de los fluoroclorocarbonos, que por un lado dañan la capa de ozono y por otro lado contribuyen al efecto invernadero.                                 Un ciclo simple frigorífico comprende cuatro procesos fundamentales:       1. La regulación 2. La evaporación 3. La compresión 4. La condensación
  72. 89. <ul><li>La regulación </li></ul><ul><li>El ciclo de regulación ocurre entre el condensador y el evaporador, en efecto, el refrigerante líquido entra en el condensador a alta presión y a alta temperatura, y se dirige al evaporador a través del regulador. </li></ul><ul><li>La presión del líquido se reduce a la presión de evaporación cuando el líquido cruza el regulador, entonces la temperatura de saturación del refrigerante entra en el evaporador y será en este lugar donde se enfría. </li></ul><ul><li>Una parte del líquido se evapora cuando cruza el regulador con el objetivo de bajar la temperatura del refrigerante a la temperatura de evaporación. </li></ul><ul><li>2. La evaporación </li></ul><ul><li>En el evaporador, el líquido se vaporiza a presión y temperatura constantes gracias al calor latente suministrado por el refrigerante que cruza el espacio del evaporador. Todo el refrigerante se vaporizada completamente en el evaporador, y se recalienta al final del evaporador. </li></ul><ul><li>Aunque la temperatura del vapor aumenta un poco al final del evaporador debido al sobrecalentamiento, la presión se mantiene constante. </li></ul><ul><li>Aunque el vapor absorbe el calor del aire alrededor de la línea de aspiración, aumentando su temperatura y disminuyendo ligeramente su presión debido a las pérdidas de cargas a consecuencia de la fricción en la línea de aspiración, estos detalles no se tiene en cuenta cuando uno explica el funcionamiento de un ciclo de refrigeración normal. </li></ul><ul><li>3. La compresión </li></ul><ul><li>Por la acción del compresor, el vapor resultante de la evaporación es aspirado por el evaporador por la línea de aspiración hasta la entrada del compresor. En el compresor, la presión y la temperatura del vapor aumenta considerablemente gracias a la compresión, entonces al vapor a alta temperatura y a alta presión es devuelto por la línea de expulsión. </li></ul><ul><li>4. La condensación </li></ul><ul><li>El vapor atraviesa la línea de expulsión hacia el condensador donde libera el calor hacia el aire exterior.Una vez que el vapor ha prescindido de su calor adicional, su temperatura se reduce a su nueva temperatura de saturación que corresponde a su nueva presión. En la liberación de su calor, el vapor se condensa completamente y entonces es enfriado. </li></ul>
  73. 90. Un método alternativo de refrigeración es por absorción. Sin embargo este método por absorción solo se suele utilizar cuando hay una fuente de calor residual o barata, por lo que la producción de frío es mucho más económica y ecológica, aunque su rendimiento es bastante menor. En estos sistemas la energía suministrada es, en primer lugar, energía térmica. El refrigerante no es comprimido mecánicamente, sino absorbido por un líquido solvente en un proceso exotérmico y transferido a un nivel de presión superior mediante una simple bomba. La energía necesaria para aumentar la presión de un líquido mediante una bomba es despreciable en comparación con la energía necesaria para comprimir un gas en un compresor. A una presión superior, el refrigerante es evaporado desorbido del líquido solvente en un proceso endotérmico, o sea mediante calor. A partir de este punto, el proceso de refrigeración es igual al de un sistema de refrigeración por compresión. Por esto, al sistema de absorción y desorción se le denomina también &quot;compresor térmico&quot;. En este sistema de refrigeración, al igual que en el de compresión se aprovecha que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. En el caso de los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad de absorber calor que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el bromuro de litio, al disolver, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el amoniaco y el agua, respectivamente. Más en detalle, el refrigerante se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, para acto seguido recuperar el vapor producido disolviendo una solución salina o incorporándolo a una masa líquida. El resto de componentes e intercambiadores de calor que configuran una planta frigorífica de absorción, se utilizan para transportar el vapor absorbido y regenerar el líquido correspondiente para que la evaporación se produzca de una manera continua.
  74. 92. Ciclo de refrigeración por absorción                             En los sistemas de refrigeración por absorción se diferencia entre dos circuitos, el circuito del refrigerante entre compresor térmico, condensador y evaporador, y el circuito del solvente entre el absorbedor y el separador. Una ventaja notable de los sistemas de absorción es que el refrigerante no es un fluoroclorocarbono. La mezcla de refrigerante y solvente en aplicaciones de aire acondicionado y para temperaturas mayores a 0°C es agua y bromuro de litio (LiBr). En aplicaciones para temperaturas hasta -60°C es amoniaco (NH 3 ) y agua. Hasta hoy no se han encontrado otras mezclas apropiadas para estas aplicaciones, aunque se están desarrollando sistemas de adsorción , en los que el refrigerante es absorbido en matrices sólidas de ceolitos.                             Ventajas e inconvenientes de la refrigeración por absorción   El rendimiento es menor que en el método por compresión (0,8 frente a 5,5 ), sin embargo en algunos casos compensa el que la energía proveniente de una fuente calorífica sea más económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse. También hay que tener en cuenta que el sistema de compresión, utiliza normalmente la energía eléctrica, y cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento. Al calor aportado al proceso de refrigeración se le suma el calor sustraído de la zona enfriada. Con lo que el calor aplicado puede volverse a reutilizar. Sin embargo, el calor residual se encuentra a una temperatura más baja (a pesar de que la cantidad de calor sea mayor), con lo que sus aplicaciones pueden reducirse. Los aparatos son más voluminosos y requieren inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería muy conveniente como ahorro de energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador).  
  75. 93. Ventajas y desventajas de las sustancias pares en sistemas de absorción                             Agua / Bromuro de Litio (LiBr) Ventajas Inconvenientes El refrigerante agua tiene una alta capacidad calorífica El sistema no puede enfriar a temperaturas menores del punto de congelación de agua La solución de bromuro de litio no es volátil El bromuro de litio es solvente en agua sólo limitadamente Las sustancias no son tóxicas ni inflamables El vacío demanda una alta impermeabilidad del sistema Amoniaco (NH3 ) / Agua Ventajas Inconvenientes El refrigerante amoniaco tiene una alta capacidad calorífica Presión muy alta del refrigerante (tuberías más gruesas) Aplicaciones de temperaturas muy bajas, hasta -60°C Volatilidad del solvente (es necesaria una rectificación) Propiedades muy buenas de transferencia de calor y masa Toxicidad del amoniaco
  76. 94. <ul><li>HIDRATACIÓN </li></ul><ul><li>SECUESTRO </li></ul><ul><li>DISPERSIÓN </li></ul><ul><li>PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN </li></ul>FUNCIONES DE LOS PROD. DE IQA
  77. 95. HIDRATACIÓN <ul><li>El producto contiene radicales –OH unidos a su estructura, esta propiedad hidrofílica permite que estos grupos penetren en la incrustación ya formada, hidratando las sales petrificadas poco a poco, combatiendo directamente la incrustación ya formada, de forma correctiva. </li></ul>1 Medio Acuoso Metal Incrustación de Calcio y Magnesio +  Metal Ca 2+ Mg 2+ Ca 2+ Mg 2+ OH - OH - OH - Metal OH - Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ Mg 2+ Mg 2+ OH - OH - 2 <ul><li>Las sales se vuelven más solubles nuevamente y se desprenden en forma de lodos suaves. </li></ul>
  78. 96. SECUESTRO <ul><li>La cadena polimérica contiene iones de sodio unidos a su estructura, esta ventaja permite intercambiar las moléculas de carácter incrustante (calcio y magnesio) para formar una sal más soluble evitando así la incrustación en los sistemas. </li></ul>Molécula Polimérica con Iones Sodio Na Na Na Na Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ Mg 2+ Mg 2+ + Na Ca 2+ Mg 2+ Na Na + Na + Ca Ca Mg Mg Ca Ca Mg Mg Ca Ca Mg Mg Molécula Secuestrada de Iones de Calcio y Magnesio
  79. 97. <ul><li>El Fosfato ocasiona una atracción de las moléculas dispersas en el medio, esto permite atrapar iones de diferente tamaño; de tal manera, que los conglomerados formados van adquiriendo peso molecular, lo cual ocasiona que se precipiten; formando lodos o sedimentos ligeros fácilmente desecharse a través del proceso de purga. </li></ul>DISPERSIÓN Una vez unida adquiere carga negativa la molécula, evitando que se adhiera nuevamente a otras partículas. Molécula del Fosfato F + + + - - - + + + - - - F + + + - - - + - + - + - Iones en Medio Acuoso Sedimento de Mayor Peso Molecular F - - - - - - - - - - - - Iones en Medio Acuoso
  80. 98. <ul><li>La adsorción del Fosfato en una partícula suspendida crea una película protectora, la cual actúa como una barrera física al contacto directo con otras películas o entre otras partículas y el medio acuoso circundante, evitando el ataque del oxígeno . </li></ul>CONTROL DE CORROSIÓN Metal F F F F Corrosión en el Sistema Sistema Libre de Corrosión Metal F F F F Metal Capa protectora de Fosfato Protege a la Superficie del Ataque de Agentes Corrosivos.

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