El agua de alimentación de la caldera es el agua que se suministra a la caldera . 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, se bombea al tanque de alimentación desaireado. Desde este tanque, vuelve al tambor de vapor para completar su ciclo. El agua de alimentación nunca está expuesta a la atmósfera. Este ciclo se conoce como sistema cerrado o ciclo Rankine .
Durante el desarrollo temprano de las calderas, el tratamiento del agua no era un problema tan grande, ya que las temperaturas y presiones eran tan bajas que no se formaban grandes cantidades de incrustaciones y óxido en un grado tan significativo, especialmente si la caldera se " destruía ". Era una práctica general instalar placas de zinc y/o productos químicos alcalinos para reducir la corrosión dentro de la caldera. Se habían realizado muchas pruebas para determinar la causa (y la posible protección) contra la corrosión en calderas que usaban agua destilada, varios 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 crítico, ya que los problemas resultan del uso de agua sin tratar en entornos de presión y temperatura extremas. Esto incluye una menor eficiencia en términos de transferencia de calor, sobrecalentamiento, daños y limpieza costosa.
El agua tiene una capacidad térmica mayor que la mayoría de las demás sustancias. Esta cualidad la convierte en una materia prima ideal para las operaciones de calderas. Las calderas son parte de un sistema cerrado en comparación con los sistemas abiertos de una turbina de gas . El sistema cerrado que se utiliza es el ciclo Rankine . Esto significa que el agua se 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 ser competente en la producción de vapor. El agua de la caldera se trata para evitar la formación de incrustaciones, la corrosión , la formación de espuma y el cebado. Se introducen productos químicos en el agua de la caldera a través del tanque de alimentación de productos químicos para mantener el agua dentro del rango químico. Estos productos químicos son principalmente eliminadores de oxígeno y fosfatos . El agua de la caldera también tiene purgas frecuentes para mantener bajo el contenido de cloruro. Las operaciones de la caldera también incluyen purgas de fondo para deshacerse de 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 productos 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 la caldera se utiliza para controlar la alcalinidad, evitar la formación de incrustaciones, corregir el pH y controlar la conductividad. [3] El agua de la caldera debe ser alcalina y no ácida, para que no dañe los tubos. Puede haber demasiada conductividad en el agua de alimentación cuando hay demasiados sólidos disueltos. Estos tratamientos correctos se pueden controlar mediante un operador eficiente y el uso de productos químicos de tratamiento. Los principales objetivos para tratar y acondicionar el agua de la caldera son intercambiar calor sin incrustaciones, proteger contra las incrustaciones y producir vapor de alta calidad. El tratamiento del agua de la caldera se puede dividir en dos partes. Estas son el tratamiento interno y el 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 al evitar la precipitación de incrustaciones en los tubos de la caldera. Este tratamiento también protege contra las concentraciones de sólidos disueltos y suspendidos en el agua de alimentación sin cebar ni formar espuma. Estos productos químicos de tratamiento también ayudan con la alcalinidad del agua de alimentación, lo que la convierte en una base para ayudar a proteger contra la corrosión de la caldera. La alcalinidad correcta se protege agregando fosfatos. Estos fosfatos precipitan los sólidos en el fondo del tambor de la caldera. En el fondo del tambor de la caldera hay un soplado de fondo para eliminar estos sólidos. Estos productos químicos también incluyen agentes antiincrustantes, eliminadores de oxígeno y agentes antiespumantes. El lodo también se puede tratar mediante dos enfoques. Estos son la coagulación y la dispersión. Cuando hay una gran cantidad de contenido de lodo, es mejor coagular el lodo para formar partículas grandes para poder usar solo el soplado de fondo para eliminarlas del agua de alimentación. Cuando hay una baja cantidad de contenido de lodo, es mejor usar dispersantes porque dispersa el lodo en todo el agua de alimentación para que no se forme.
El oxígeno y el dióxido de carbono se eliminan del agua de alimentación mediante desaireación. La desaireación se puede lograr utilizando 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 se lleva los gases disueltos. Los desaireadores también almacenan agua de alimentación caliente que está lista para usarse en la caldera. Este medio de desaireación mecánica se utiliza con agentes químicos depuradores de oxígeno para aumentar la eficiencia. (Sendelbach, p. 129) [4] Los calentadores desaireadores se pueden clasificar en dos grupos: tipos de rociado 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. Hay sellos que evitan la recontaminación del agua en la sección de rociado. Luego, el agua cae al tanque de almacenamiento que se encuentra debajo. Luego, los no condensables y el oxígeno se ventilan a la atmósfera. Los componentes del calentador desaireador de tipo bandeja son una carcasa, boquillas de rociado, un condensador de ventilación de contacto directo, pilas de bandejas y paredes protectoras entre cámaras. El desaireador de tipo rociado es similar al desaireador de tipo bandeja. El agua se rocía 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 la eliminación del oxígeno y los no condensables. Luego, el agua se desborda al tanque de almacenamiento. Luego, los gases se ventilan a la atmósfera. Con la desaireación al vacío, se aplica un vacío al sistema y luego el agua se lleva a su temperatura de saturación. El agua se rocía en el tanque como en los desaireadores de rociado y bandeja. El oxígeno y los no condensables se ventilan a la atmósfera. (Sendelbach, p. 130)
El agua de alimentación debe recibir un tratamiento especial para evitar problemas en la caldera y en los sistemas posteriores. El agua de alimentación de la caldera sin tratar puede provocar corrosión y ensuciamiento.
Los compuestos corrosivos, especialmente el O2 y el CO2 , se deben eliminar, generalmente mediante el uso de un desaireador . Las cantidades residuales se pueden eliminar químicamente, mediante el uso de depuradores 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, con el tiempo, bloquean los tubos de la caldera. Es necesario eliminar las sales y minerales no volátiles que queden cuando se evapore el agua de alimentación , ya que se concentrarán en la fase líquida y requerirán una "purga" (drenaje) excesiva para evitar la formación de precipitados sólidos. Peor aún son los minerales que forman incrustaciones . Por lo tanto, el agua de reposición que se añade para reemplazar las pérdidas 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 de agua. Los productos químicos que se emplean normalmente incluyen carbonato de sodio , bisulfito de sodio , tanino , fosfato y un agente antiespumante . [6]
Los sistemas de tratamiento han incluido: