El agua de alimentación de calderas es una parte esencial del funcionamiento de las calderas . El agua de alimentación se introduce en el tambor de vapor desde una bomba de alimentación. En el tambor de vapor, el agua de alimentación se convierte en vapor a partir del calor. Una vez utilizado el vapor, se vierte al condensador principal. Desde el condensador, luego se bombea al tanque de alimentación desaireado. De este tanque regresa al tambor de vapor para completar su ciclo. El agua de alimentación nunca está abierta a la atmósfera. Este ciclo se conoce como sistema cerrado o ciclo de Rankine .
Durante el desarrollo inicial de las calderas, el tratamiento del agua no era un gran problema, ya que las temperaturas y presiones eran tan bajas que no se formaban grandes cantidades de incrustaciones y óxido en una medida tan significativa, especialmente si la caldera era " derribada ". Era una práctica general instalar placas de zinc y/o productos químicos alcalinos para reducir la corrosión dentro de la caldera. Se han realizado muchas pruebas para determinar la causa (y la posible protección) de la corrosión en calderas que utilizan agua destilada, diversos productos químicos y metales de sacrificio. [1] Se puede agregar nitrato de plata a las muestras de agua de alimentación para detectar la contaminación por agua de mar . El uso de cal para el control de la alcalinidad se mencionó ya en 1900, y fue utilizado por las Armadas francesa y británica hasta aproximadamente 1935. [2] En las calderas modernas, el tratamiento del agua de alimentación es fundamental, ya que surgen problemas por el uso de agua sin tratar a presión extrema y ambientes de temperatura. Esto incluye una menor eficiencia en términos de transferencia de calor, sobrecalentamiento, daños y limpieza costosa.
El agua tiene una mayor capacidad calorífica que la mayoría de las otras sustancias. Esta cualidad la convierte en una materia prima ideal para el funcionamiento de calderas. Las calderas son parte de un sistema cerrado en comparación con los sistemas abiertos en una turbina de gas . El sistema cerrado que se utiliza es el ciclo de Rankine . Esto significa que el agua recircula por todo el sistema y nunca está en contacto con la atmósfera. El agua se reutiliza y necesita ser tratada para continuar con operaciones eficientes. El agua de la caldera debe ser tratada para poder producir vapor. El agua de la caldera se trata para evitar incrustaciones, corrosión , formación de espuma y cebado. Los productos químicos se colocan en el agua de la caldera a través del tanque de alimentación de productos químicos para mantener el agua dentro del rango de productos químicos. Estos productos químicos son en su mayoría captadores de oxígeno y fosfatos . El agua de la caldera también se purga frecuentemente para mantener bajo el contenido de cloruro. Las operaciones de la caldera también incluyen golpes de fondo para eliminar los sólidos. Las incrustaciones son impurezas precipitadas del agua y luego se forman en las superficies de transferencia de calor. Esto es un problema porque las incrustaciones no transfieren muy bien el calor y hacen que los tubos fallen al calentarse demasiado. La corrosión es causada por el oxígeno en el agua. El oxígeno hace que el metal se oxide, lo que reduce el punto de fusión del metal. La formación de espuma y el cebado se utilizan cuando el agua de la caldera no tiene la cantidad correcta de químicos y hay sólidos suspendidos en el agua que se trasladan a la tubería seca. La tubería seca es donde se separan las mezclas de vapor y agua.
El tratamiento del agua de calderas se utiliza para controlar la alcalinidad, evitar incrustaciones, corregir el pH y controlar la conductividad. [3] El agua de la caldera debe ser alcalina y no ácida, para que no estropee los tubos. Puede haber demasiada conductividad en el agua de alimentación cuando hay demasiados sólidos disueltos. Estos tratamientos correctos pueden controlarse mediante un operador eficiente y el uso de productos químicos de tratamiento. Los principales objetivos del tratamiento y acondicionamiento del agua de una caldera son intercambiar calor sin incrustaciones, proteger contra las incrustaciones y producir vapor de alta calidad. El tratamiento del agua de caldera se puede dividir en dos partes. Estos son tratamiento interno y tratamiento externo. (Sendelbach, p. 131) [4] El tratamiento interno es para el agua de alimentación de la caldera y el tratamiento externo es para el agua de alimentación de reposición y la parte de condensado del sistema. El tratamiento interno protege contra la dureza del agua de alimentación evitando la precipitación de incrustaciones en los tubos de la caldera. Este tratamiento también protege contra concentraciones de sólidos disueltos y suspendidos en el agua de alimentación sin imprimación ni formación de espuma. Estos productos químicos de tratamiento también ayudan con la alcalinidad del agua de alimentación, convirtiéndola en una base para ayudar a proteger contra la corrosión de la caldera. La alcalinidad correcta se protege añadiendo fosfatos. Estos fosfatos precipitan los sólidos al fondo del tambor de la caldera. En el fondo del tambor de la caldera hay un golpe de fondo para eliminar estos sólidos. Estos productos químicos también incluyen agentes antiincrustantes, eliminadores de oxígeno y agentes antiespumantes. Los lodos también pueden tratarse mediante dos enfoques. Estos son por coagulación y dispersión. Cuando hay una gran cantidad de lodos, es mejor coagularlos para formar partículas grandes y luego utilizar el golpe de fondo para eliminarlas del agua de alimentación. Cuando hay una cantidad baja de contenido de lodos, es mejor usar dispersantes porque dispersan los lodos por todo el agua de alimentación para que no se formen lodos.
El oxígeno y el dióxido de carbono se eliminan del agua de alimentación mediante desaireación. La desaireación se puede lograr mediante el uso de calentadores desaireadores, desaireadores de vacío, bombas mecánicas y eyectores de chorro de vapor. En los calentadores desaireadores, el vapor rocía el agua de alimentación entrante y elimina los gases disueltos. Los desaireadores también almacenan agua de alimentación caliente que está lista para ser utilizada en la caldera. Este medio de desaireación mecánica se utiliza con agentes químicos eliminadores de oxígeno para aumentar la eficiencia. (Sendelbach, p. 129) [4] Los calentadores desaireadores se pueden clasificar en dos grupos: tipos de pulverización y tipos de bandeja. Con los calentadores de tipo bandeja, el agua entrante se rocía en una atmósfera de vapor para alcanzar la temperatura de saturación. Cuando se alcanza la temperatura de saturación, se libera la mayor parte del oxígeno y los gases no condensables. Existen sellos que evitan la recontaminación del agua en la sección de aspersión. Luego, el agua cae al tanque de almacenamiento que se encuentra debajo. Luego, los no condensables y el oxígeno se expulsan a la atmósfera. Los componentes del calentador desaireador tipo bandeja son una carcasa, boquillas rociadoras, un condensador de ventilación de contacto directo, pilas de bandejas y paredes protectoras entre cámaras. El desaireador tipo rociador es similar al desaireador tipo bandeja. El agua se pulveriza en una atmósfera de vapor y la mayor parte del oxígeno y los no condensables se liberan al vapor. Luego, el agua cae al depurador de vapor, donde la ligera pérdida de presión hace que el agua se evapore un poco, lo que también ayuda a eliminar el oxígeno y los no condensables. Luego el agua se desborda hacia el tanque de almacenamiento. Luego, los gases se expulsan a la atmósfera. Con la desaireación por vacío, se aplica un vacío al sistema y luego se lleva el agua a su temperatura de saturación. El agua se rocía en el tanque como los desaireadores de bandeja y rociador. El oxígeno y los no condensables se expulsan a la atmósfera. (Sendelbach, pág. 130)
El agua de alimentación debe recibir un tratamiento especial para evitar problemas en la caldera y los sistemas aguas abajo. El agua de alimentación de calderas sin tratar puede provocar corrosión e incrustaciones.
Los compuestos corrosivos, especialmente O 2 y CO 2, deben eliminarse, normalmente mediante el uso de un desaireador . Las cantidades residuales se pueden eliminar químicamente mediante el uso de eliminadores de oxígeno . Además, el agua de alimentación normalmente se alcaliniza a un pH de 9,0 o superior, para reducir la oxidación y favorecer la formación de una capa estable de magnetita en la superficie del lado del agua de la caldera, protegiendo el material que se encuentra debajo de una mayor corrosión. Esto generalmente se hace dosificando agentes alcalinos en el agua de alimentación, como hidróxido de sodio ( sosa cáustica ) o amoníaco . La corrosión en las calderas se debe a la presencia de oxígeno disuelto, dióxido de carbono disuelto o sales disueltas.
Los depósitos reducen la transferencia de calor en la caldera, reducen el caudal y eventualmente bloquean los tubos de la caldera. Se deben eliminar todas las sales y minerales no volátiles que queden cuando se evapore el agua de alimentación , porque se concentrarán en la fase líquida y requerirán una excesiva "purga" (drenaje) para evitar la formación de precipitados sólidos. Aún peores son los minerales que forman incrustaciones . Por lo tanto, el agua de reposición agregada para reemplazar cualquier pérdida de agua de alimentación debe ser agua desmineralizada / desionizada , a menos que se utilice una válvula de purga para eliminar los minerales disueltos.
Las locomotoras de vapor no suelen tener condensadores, por lo que el agua de alimentación no se recicla y el consumo de agua es elevado. El uso de agua desionizada sería prohibitivamente caro por lo que se utilizan otros tipos de tratamiento del agua. Los productos químicos empleados normalmente incluyen carbonato de sodio , bisulfito de sodio , tanino , fosfato y un agente antiespumante . [6]
Los sistemas de tratamiento han incluido: