Un desaireador es un dispositivo que se utiliza para eliminar gases disueltos como el oxígeno de un líquido.
Los desaireadores térmicos se utilizan comúnmente para eliminar gases disueltos en el agua de alimentación de calderas generadoras de vapor . El desaireador forma parte del sistema de calentamiento del agua de alimentación. [1] [2] El oxígeno disuelto en el agua de alimentación causará graves daños por corrosión en una caldera al adherirse a las paredes de las tuberías metálicas y otros equipos formando óxidos (como el óxido). El dióxido de carbono disuelto se combina con el agua para formar ácido carbónico que puede provocar una mayor corrosión. La mayoría de los desaireadores están diseñados para eliminar oxígeno hasta niveles de 7 partes por mil millones en peso o menos, además de eliminar esencialmente el dióxido de carbono. [3] [4]
Los desaireadores al vacío se utilizan para eliminar gases disueltos de productos como alimentos, productos de cuidado personal, productos cosméticos, productos químicos y farmacéuticos para aumentar la precisión de la dosificación en el proceso de llenado , aumentar la estabilidad del producto en almacenamiento, prevenir efectos oxidativos (por ejemplo, decoloración, cambios olor o sabor, rancidez), alterar el pH y reducir el volumen del envase. [5]
La fabricación de desaireadores comenzó en el siglo XIX y continúa hasta la actualidad. [ cita necesaria ]
La fabricación de desaireadores comenzó en el siglo XIX y se utilizaban para purificar el agua utilizada en el proceso de fabricación de hielo. [6] Los calentadores de agua de alimentación se utilizaron para aplicaciones marinas. [7] En 1899, George M. Kleucker recibió una patente para un método mejorado para desairear el agua. [8]
Dos barcos hermanos, el Olympic y el Titanic (1912), tenían calentadores de alimentación por contacto a bordo. [9] En 1934, la Marina de los EE. UU. compró un desaireador atomizador. [10]
Durante la década de 1920 mejoraron los diseños de los calentadores y desaireadores de agua de alimentación. [11] [12] [13]
Entre 1921 y 1933, George Gibson, Percy Lyon y Victor Rohlin de Cochrane recibieron patentes de desaireador/desgasificación para burbujear vapor a través de líquido. [14] [15] [16]
1926 Brown Stanley recibió una patente para reducir los gases de oxígeno y nitrógeno (desaireación). [17]
En 1937, Samuel B Applebaum de Permutit recibió una patente de purificador y desaireador de agua. [18] [19]
Los desaireadores se siguen utilizando hoy en día para muchas aplicaciones. [ cita necesaria ]
El oxígeno y el nitrógeno son dos gases no condensables que se eliminan mediante desaireación. La ley de Henry describe la relación entre los gases disueltos y las presiones parciales. La desaireación térmica se basa en el principio de que la solubilidad de un gas en agua disminuye a medida que la temperatura del agua aumenta y se acerca a su punto de ebullición . En el desaireador, el agua se calienta hasta cerca de su punto de ebullición con una caída de presión mínima y una ventilación mínima. La desaireación se realiza rociando agua de alimentación en una cámara para aumentar su superficie y puede implicar flujo sobre múltiples capas de bandejas. Este vapor de lavado (o extracción) se alimenta al fondo de la sección de desaireación del desaireador. Cuando el vapor entra en contacto con el agua de alimentación, la calienta hasta su punto de ebullición y los gases disueltos se liberan del agua de alimentación y se expulsan del desaireador a través del respiradero. El agua tratada cae a un tanque de almacenamiento debajo del desaireador. [20] [3]
Muy a menudo se añaden productos químicos eliminadores de oxígeno al agua de alimentación desaireada de la caldera para eliminar los últimos rastros de oxígeno que no fueron eliminados por el desaireador. El tipo de producto químico agregado depende de si la ubicación utiliza un programa de tratamiento de agua volátil o no volátil. La mayoría de los sistemas de baja presión (menos de 650 psi (4500 kPa)) utilizan programas de tratamiento no volátiles. El eliminador de oxígeno más comúnmente utilizado para sistemas de baja presión es el sulfito de sodio (Na 2 SO 3 ). Es muy eficaz y reacciona rápidamente con trazas de oxígeno para formar sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ) que no se incrusta. La mayoría de los sistemas de presión más alta (más de 650 psi (4500 kPa)) y todos los sistemas donde están presentes ciertos materiales altamente aleados ahora utilizan programas volátiles, ya que muchos programas de tratamiento a base de fosfatos se están eliminando gradualmente. Los programas volátiles se dividen además en programas oxidantes o reductores [(AVT(O) o AVT(R)] dependiendo de si el entorno requiere un entorno oxidante o reductor para reducir la incidencia de la corrosión acelerada por el flujo. Las fallas relacionadas con la corrosión acelerada por el flujo tienen causó numerosos accidentes en los que se produjeron pérdidas importantes de propiedades y vidas. [ cita necesaria ] La hidracina (N 2 H 4 ) es un eliminador de oxígeno comúnmente utilizado en programas de tratamiento de volátiles. Otros eliminadores incluyen carbohidrazida , dietilhidroxilamina , ácido nitrilotriacético , ácido etilendiaminotetraacético y. hidroquinona .
Los desaireadores térmicos se utilizan comúnmente para eliminar gases disueltos en el agua de alimentación de calderas generadoras de vapor . El oxígeno disuelto en el agua de alimentación causará graves daños por corrosión en una caldera al adherirse a las paredes de las tuberías metálicas y otros equipos formando óxidos (como el óxido). El dióxido de carbono disuelto se combina con el agua para formar ácido carbónico que puede provocar una mayor corrosión. La mayoría de los desaireadores están diseñados para eliminar oxígeno hasta niveles de 7 partes por mil millones en peso o menos, además de eliminar esencialmente el dióxido de carbono. [3] [4] Los desaireadores en los sistemas de generación de vapor de la mayoría de las centrales térmicas utilizan vapor a baja presión obtenido de un punto de extracción en su sistema de turbina de vapor . Sin embargo, los generadores de vapor de muchas grandes instalaciones industriales, como las refinerías de petróleo, pueden utilizar cualquier vapor de baja presión disponible. [ cita necesaria ]
El desaireador de tipo bandeja tiene una sección de desaireación vertical abovedada montada sobre un recipiente de almacenamiento de agua de alimentación de caldera horizontal. El agua de alimentación de la caldera ingresa a la sección de desaireación vertical a través de válvulas rociadoras ubicadas encima de las bandejas perforadas y luego fluye hacia abajo a través de las perforaciones. El vapor de desaireación a baja presión entra por debajo de las bandejas perforadas y fluye hacia arriba a través de las perforaciones. La acción combinada de las válvulas de pulverización y las bandejas garantiza un rendimiento muy alto debido a un mayor tiempo de contacto entre el vapor y el agua. [21] [ se necesita verificación ] Algunos diseños utilizan varios tipos de lechos empacados , en lugar de bandejas perforadas, para proporcionar un buen contacto y mezcla entre el vapor y el agua de alimentación de la caldera. [ cita necesaria ]
El vapor extrae el gas disuelto del agua de alimentación de la caldera y sale a través de la válvula de ventilación en la parte superior de la sección abovedada. Si esta válvula de ventilación no se ha abierto lo suficiente, el desaireador no funcionará correctamente, lo que provocará que agua de alimentación con un alto contenido de oxígeno llegue a las calderas. Si la caldera no tiene un analizador de contenido de oxígeno, un nivel alto de cloruros en la caldera puede indicar que la válvula de ventilación no está lo suficientemente abierta. Algunos diseños pueden incluir un condensador de ventilación para atrapar y recuperar el agua atrapada en el gas ventilado. La línea de ventilación generalmente incluye una válvula y se permite que escape suficiente vapor con los gases ventilados para proporcionar una pequeña columna de vapor visible y reveladora. [ cita necesaria ]
El agua desaireada fluye hacia el recipiente de almacenamiento horizontal desde donde se bombea al sistema de caldera generador de vapor. Se proporciona vapor de calentamiento a baja presión, que ingresa al recipiente horizontal a través de un tubo de rociado en el fondo del recipiente, para mantener caliente el agua de alimentación almacenada de la caldera. Se recomienda material de acero inoxidable para el tubo rociador. [22] Generalmente se proporciona aislamiento externo del recipiente para minimizar la pérdida de calor.
El desaireador típico de tipo rociador es un recipiente horizontal que tiene una sección de precalentamiento y una sección de desaireación. Las dos secciones están separadas por un deflector. El vapor a baja presión ingresa al recipiente a través de un rociador en el fondo del recipiente. El agua de alimentación de la caldera se pulveriza en la sección donde se precalienta mediante el vapor ascendente del rociador. El propósito de la boquilla rociadora de agua de alimentación y la sección de precalentamiento es calentar el agua de alimentación de la caldera a su temperatura de saturación para facilitar la eliminación de los gases disueltos en la siguiente sección de desaireación. Luego, el agua de alimentación precalentada fluye hacia la sección de desaireación (F), donde es desaireada por el vapor que sale del sistema de rociado. Los gases extraídos del agua salen a través del respiradero en la parte superior del recipiente. Nuevamente, algunos diseños pueden incluir un condensador de ventilación para atrapar y recuperar el agua arrastrada en el gas ventilado. Además, la línea de ventilación generalmente incluye una válvula y se permite que escape suficiente vapor con los gases ventilados para proporcionar una pequeña y visible columna de vapor reveladora. El agua de alimentación desaireada de la caldera se bombea desde el fondo del recipiente al sistema de caldera generador de vapor. Se han utilizado silenciadores (opcionales) para reducir los niveles de ruido de ventilación en la industria de equipos desaireadores. [ cita necesaria ]
Los desaireadores también se utilizan para eliminar gases disueltos de productos como alimentos, productos de cuidado personal, productos cosméticos, productos químicos y farmacéuticos para aumentar la precisión de la dosificación en el proceso de llenado , aumentar la estabilidad del producto en almacenamiento, prevenir efectos oxidativos (por ejemplo, decoloración, cambios olor o sabor, rancidez), alterar el pH y reducir el volumen del envase. Los desaireadores por vacío también se utilizan en el campo petroquímico. [5]
En 1921 se utilizó en Pittsburgh un tanque con bomba de vacío para eliminar gases. [23] En 1934 y 1940 se utilizó en Indiana un tanque con bomba de vacío para eliminar gases. [24] [25]
Los desaireadores de vacío pueden tener un revestimiento de goma en el interior para proteger las cabezas de acero y la carcasa de la corrosión. [26]
En un diseño típico, el producto se distribuye como una capa delgada sobre un disco giratorio de alta velocidad mediante un sistema de alimentación especial. La fuerza centrífuga lo lanza a través de una rejilla perforada hacia la pared interior del recipiente, que está bajo vacío. En este proceso se liberan bolsas de aire (gas) que son aspiradas por el vacío. Una bomba de descarga transporta el producto desaireado al siguiente proceso en la línea de producción. Para productos de alta viscosidad, el disco giratorio se reemplaza por uno estático. [ cita necesaria ]
Se pueden utilizar ondas sonoras que utilizan equipos ultrasónicos para ayudar a desairear el agua. [27] [28]
La soldadura de recipientes a presión de acero durante el proceso de fabricación a veces requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura , rayos X, penetración de tinte, ultrasonidos y otros tipos de pruebas no destructivas. El Código ASME de calderas y recipientes a presión , NACE International y HEI (Heat Exchange Institute) tienen recomendaciones sobre el tipo de prueba requerida. [29] Las técnicas de fabricación más antiguas también utilizaban hierro fundido para la carcasa y las cabezas. [30]
A veces se requiere aislamiento térmico después de la fabricación o después de la instalación en el sitio del proyecto. El aislamiento se utiliza para reducir las pérdidas de calor. [31]
NACE International (ahora conocida como Asociación para la Protección y el Rendimiento de Materiales (AMPP)) y CIBO (Consejo de Propietarios de Calderas Industriales) tienen varias recomendaciones para aumentar la vida útil de la unidad desaireadora. Primero, inspecciones (y pruebas) periódicas del recipiente a presión para detectar grietas en las soldaduras y reparación de cualquier defecto de soldadura. En segundo lugar, mantener una química del agua adecuada para reducir el deterioro del desaireador. En tercer lugar, minimice las fluctuaciones de temperatura y presión. Cuarto, se deben inspeccionar las partes internas y los accesorios para verificar su correcto funcionamiento. [32] [33] [34] NACE había creado un Grupo de Trabajo sobre Corrosión en 1984 que estudiaba las causas de la corrosión y proporcionaba recomendaciones; [35] NACE todavía proporciona recomendaciones para mejorar las operaciones del equipo.
Stickle, Cochrane y Permutit son tres de los fabricantes de desaireadores más antiguos de EE. UU. [36] [37] En 1929, un caso judicial entre Elliott Company (que ya no opera) y HSBW Cochrane Corporation permitió a ambas empresas continuar fabricando desaireadores. [38]
En 1909, Weir fabricaba calentadores de alimentación por contacto (para desaireación) en Europa. [39] [40] [41]
En 1937, Permutit fabricaba desaireadores. [42] [19]
En 1939, Cochrane, Darby, Elliott, Groeschel, Stearns-Rogers, Worthington y otros competían entre sí por los negocios. [43] En 1949 se formó Chicago Heater y se convirtió en un fabricante líder de desaireadores. [44] En 1954, Allis-Chalmers, Chicago Heater, Cochrane, Elliott, Graver, Swartwout, Worthington y otros estaban en el negocio. [45]
Los desaireadores se utilizan en muchas industrias, como plantas de cogeneración, hospitales, instalaciones de lavandería más grandes, campos petroleros, refinerías de petróleo , plataformas marinas, fábricas de papel , plantas de energía, prisiones, acerías y muchas otras industrias. [ cita necesaria ]