ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA-ELÉCTRICA

TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDEROS

Presentación

Uno de los aspectos básicos que se considera influye directamente en la operatividad de un centro hospital es el eficiente, correcto y continuo funcionamiento de sus máquinas, equipos e instalaciones a las cuales se está obligado a aplicar un programa de mantenimiento preventivo y correctivo lo que va a derivar en una mayor seguridad y rentabilidad así como una vida útil más larga de lis mismos.

Asimismo en el desarrollo de las actividades hospitalarias, el servicio de calefacción por vapor de agua, generado en calderas, es vital; para la esterilización, farmacia, lavandería, cocina, agua caliente, entre otros: y que complementan los servicios de atención, terapia física, etc. Considérese que si el aprovisionamiento de vapor, falla o funciona deficientemente podrá generar que se produzcan perdidas, materiales, económicas, fiscas o humanas del caso.

Actualmente las calderas de distribución de vapor se encuentra en pésimo estado de funcionamiento, deteriorado o inoperativa en los hospitales del país, debido a que el agua que usan no es tratada adecuadamente, o no se hace; originando, que estos trabajen deficientemente o paralicen, además que por mal funcionamiento originen problemas de incrustaciones o corrosión en los aparatos o equipos posteriores que usan el servicio de vapor, paralizando o inutilizando definitivamente con la consiguientes pérdidas económicas.

Anexo n°01

CURSO DE TRATAMIENTO DE AGUA PARA CALDERAS

ESTRUCTURA CURRICULAR

fecha contenido Horario Método Responsable--/--/--

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Inscripciones de participantes Inauguración1. Introducción

Fundamento básico sobre tratamiento de agua, gases y sales disueltas en el agua

Corrosión, incrustación Agua dura, agua blanda Equipos ablandadores resina calientes, intercambio de iones Dosificadores de productos químicos, anticorrosivos, y

antiincrustantes2. Sistema de vapor en hospitales

Calderos y principios de funcionamiento, componente, quemador, controles de seguridad, controles de mando, bomba de agua, potencia de calderos, capacidades.

Distribución de vapor, reducciones de presión de vapor a central de esterilización a cocina a lavandería

Válvulas reductoras de presión de vapor Válvulas de seguridad, manómetros, válvulas retorno de

condesando, tanque colector de condesado, bomba de impulsión, aislamiento térmico , ciclos de vapor

Operación, control y mantenimiento de equipos sometidos a presión. Normas de seguridad, condiciones de riesgo.

Control de parámetros de presión, temperatura, pruebas hidrostática Examen Clausura Entrega de certificados

ComisiónIng.

Ing.

Ing.

CONTENIDO

PRESENTACION

I. TRATAMIENTO DE AGUAS PARA CALDEROS DE HOSP.

El agua.- Contaminación .- Minerales Disueltos

Dureza Total.

Unidad de Concentración.

Incrustaciones-Corrosión-Arrastre

II. CONTROL Y TRATAMIENTO

Tratamiento Externo

Filtración – Los Filtros

Reducción de la Dureza – El Ablandador

La regeneración – Pasos

Determinación del Volumen del Ablandador

Tratamiento Interno

Desgasificación

P. Anti – incrustantes – Fosfato de sodio

P. Anti – corrosivos – Sulfito de Sodio

III. PURGAS.- Clases

IV. ANALISIS QUIMICOS DE CONTROL

Método Cualitativos y Cuantitativos

Tablas de conversión

TRATAMIENTO DE AGUAS PARA CALDEROS DE HOSPITALES

I. EL AGUA

Es una sustancia formada por 2 átomos de Hidrogeno y uno de

oxígeno y elemento indispensable para la vida, sin la cual no

existiría vida sobre el planeta. Cubre aproximadamente el 4/5 de

la superficie terrestre y en el hombre, representa el 70% de su

peso total.

Se presenta en tres estados:

Solido

Liquido

Gaseoso

Cumple un ciclo hidrológico, así como puede servir de vehículo

para muchas enfermedades como fiebre tifoidea, el cólera,

infecciones diversas, enfermedades diarreicas, etc. Siendo por

ello necesario potabilizarla para consumo. Posee gran poder

disolvente entre otras propiedades ya conocidas.

ABASTECIMIENTO

Se determina tres tipos de fuentes de agua para su captación así

como esta, comprende una gama de operaciones fundamentales

para su abastecimiento al consumir.

Representación diagramática de la contaminación y purificación de una fuente natural de agua

Según las sustancias presentes en el agua, y según el uso que se le

quiere dar, se aplica el método de tratamiento del agua necesario.

CONTAMINACION:

MINERALES DISUELTOS EN EL AGUA

Sales disueltas

Gases disueltos

Ácidos disueltos

Elementos metálicos

Sólidos en suspensión

Microorganismos

Alcalinidad

Sustancia orgánicas

DUREZA TOTAL

Se denomina así a todas las sales disueltas de Calcio y Magnesio,

Carbonatada y no Carbonatada, presentes en el agua.

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN USADAS

La forma de determinar los compuestos químicos disueltos en el agua,

es, por análisis de laboratorio, expresándose estos resultados,

generalmente, en las siguientes unidades:

a) partes por millón ó p.p.m. con su correspondiente equivalencia.

b) gramos por galón ó g.g.g con su correspondencia equivalencia.

c) equivalente por millón ó e.p.m con su correspondiente equivalencia (mval/e ó meq/1).

TABLA DE CONVERSION PARA UNIDADES DE DUREZA

Iones alcalino térreos m mol/l

Iones alcalino térreos meq/l

Grado alemán

0d

PpmDe CaCo3

Grado inglés

0e

Grado francés

1 m mol/l de iones alcalino térreos

1 2 5.50 100 7.02 10

1 meq/l de iones alcalino térreos

0.50 1 2.80 50 3.51 5

1 grado alemán

0.18 0.357 1 17.80 1.25 1.78

1ppm de CaCo3

0.01 0.020 0.056 1 0.0702 0.10

1 grado inglés

0.14 0.285 0.798 14.30 1 1.43

1 grado francés

0.10 0.200 0.560 10 0.702 1

A.- INCRUSTACIONES.-

TABLA: PORCENTAJE DE PERDIDA DE CALOR POR INCRUSTACION

ESPESOR EN PULG

CARBONATOS SUAVES %

CARBONATOS DUROS %

SULFATOS DUROS %

1/50 3.5 5.26 31/32 7 8.30 61/25 8 9.90 91/20 10 11.25 111/16 12.5 12.60 12.61/11 15 14.30 14.31/9 16 16

Según la tabla anterior, las incrustaciones están formadas básicamente por sulfatos y carbonatos de calcio y magnesio, originando pérdidas de calor, traducido en altos costos por consumo innecesario de combustible, ya que será necesario mayor gradiente térmica entre el agua y la pared metálica de intercambio y por ende más combustible.

Para evitar esto, es necesario tratar el agua, para eliminar la dureza presente.

B.-CORROSION

Se presenta en la caldera por la presencia de gases disueltos en el agua como co2 y 02.

Reacciones:

co2 + H2O H 2CO3

H 2CO3+Fe0 FeCO3

FeCO3+O2 Fe203+CO2

La más agresiva, es la que se produce por oxigeno y CO2

Juntos,en las tuberias de condensado ,bajo pH.Desgastar esto por acción del Ca(CH )2.

Ca(CH )2+2CO2 Ca(HCO)32

Na3PO4+H2O Na2HPO 4+NaCH

NaCH+CO2 Na2CO3+H20

Algunas sales pueden llegar a producir corrosión, descomponiéndose para dar ácidos libres:

MgC12+H2O Mg(CH)2+HC1

HC1+Fe0 FeC 12+H 2

FeC 12+Mg (CH )2 Fe(CH )2

Salvo el caso de ser inhibida se acción por un alcalí ¿Cómo se evita la corrosión?

C.-ARRASTRE.-

Se llama así la conducción de las partículas de agua junto con el vapor, por efecto mecánico de la disminución progresiva de la tensión superficial del agua de la caldera.

Causas:

_Altas concentraciones de sólidos

_Tubería de salida vapor con diámetro menor

_Sobrecarga súbita de la caldera

_Sobrecarga contínua

_Agua de aniego en los cabezales de vapor

¿Cómo se nota la presencia de vapor húmedo?

TRATAMIENTO EXTERNO.-

CIRCUITO BASICO.-

Alimentación: En un sistema de tratamiento, generalmente se toma la alimentación de la fluente que abastece de agua al hospital; considerándose su calidad para decidir por el tratamiento más adecuado.

Inmediatamente se almacenará en reservorios construidos de acuerdo, al consumo requerido y normas prescritas.

Su capacidad se determinara, según el consumo, lo suficiente para asegurar un buen suministro

TRATAMIENTO PRELIMINARES OPCIONALES

Son tratamientos que se proporcionan al agua según sus características encontradas, previos análisis y pueden ser:

a) Coagulaciónb) Floculaciónc) Sedimentaciónd) Filtración, etc

FILTRACION.-

FILTROS: Son cilindros metálicos con tapas asombadas, con un medio filtrante, arena, sostenida por capas de grava graduadas.

Internamente cumple las prescripciones establecidas que le permiten efectuar la operación de filtración con la eficiencia solicitada

El agua en estos equipos, es introducida por la parte superior, atraviesa el lecho filtrante, en una forma uniforme y es recogida por un sistema de drenaje inferior descargándose por una conexión de salida.

CARACTERISTICAS DEL LECHO FILTRANTE

ESPESOR DIAMETRO APROX. DE GRANO

Arena fina 18” – 46 cm 0,2 – 0,5 mm

Arena gruesa 10” – 25 cm 0,5 – 1,5 mm

Grava delgada 6” – 15 cm 3 – 6 mm

Grava mediana 4” – 10 cm 6 – 12 mm

Grava gruesa 4” – 10 cm 12 – 25 mm

El ordenamiento mecánico de las capas se realiza según un orden creciente del peso especifico

Cuando el filtro, esta sucio, se verifica una caída de presión mayor que la normal entre los manómetros de entrada y salida, superior a los 0,5bar (7lb/pulg^2) . Por lo que será ya necesario efectuar un lavado de este.

Los pasos son los siguientes:

a) Retrolavadob) Retrolavadoc) Retrolavadod) Enjuague

REDUCCION DE LA DUREZA

PRINCIPIO: Para la reducción de la dureza en el agua, se utiliza resinas química, que le extraen todas las sales de Ca y Mg . Obteniéndose en agua blanda; que no produce incrustaciones en el caldero.

El equipo destinado a realizar esta función se denomina ABLANDADOR y esta complementado por un tanque que contiene la salmuera y se usa para regenerar la resina, una vez saturada, denominándose, este; tanque de REGENERACION.

Reacciones:

1) 2R – Na + Mg CO3 R2 – Mg + Na2 CO3

2R – Na + Ca Cl2 R2 – Ca + 2Na Cl2R – Na + Ca CO3 R2 – Ca + Na2 CO3

2) R2 – Mg + 2 Na Cl 2R – Na + Mg Cl2

R2 – Ca + 2 Na Cl 2R – Na + Ca Cl2 R2 – Ca + 2 Na Cl 2R – Na + Ca Cl2

El ablandador se alimenta con agua clara para evitar su ensuciamiento.

Las dimensiones, varían de acuerdo al volumen de resina necesario y se determina con la cantidad de agua a tratar y la dureza alimentada.

DISTRIBUCION INTERNA DE UN ABLANDADOR DE AGUA

Corte de una unidad intercambiadora de iones, mostrando los detalles del diseño de las partes internas dispuestas para la regeneración a corriente paralela.

CAPACIDAD DE PRODUCCION DE AGUA BLANDA

La cantidad de agua blanda por ciclo de ablandamiento, es función de:

Volumen de resina del tanque Tipo de resina Cantidad de sal empleada en la regeneración La concentración de la salmuera Tiempo de contacto de la salmuera con la resina La dureza del agua La forma del tanque ablandador

Se necesita u promedio de 350g de NaCl/lt de resina a partir de 1Kg NaCl/lt de resina, el rendimiento baja (aprox. 8Lbs/pie^3 de resina).

El caudal o flujo máximo de trabajo, así como el tiempo durante la regeneración se pueden estirar, según relaciones dadas.

La capacidad de intercambio para las resinas generalmente usadas es de 30,000 a 60,000 granos/pie^3. Obteniéndose un buen rendimiento con un tiempo óptimo de contacto y flujo promedio de 8gpm/pie^2 de área de lecho.

La resina posee un promedio de vida útil de 30 – 40 años y hasta 50, según el uso y su actividad mecánica.

A.- Un tipo de medidor muy simple y muy práctico de instalar es el VERTEDERO que consiste en instalar un depósito ya sea de metal, cemento, madera u otro material de la forma siguiente:

El depósito puede instalarse en la tubería de drenaje y se le debe dar las dimensiones apropiadas para efectuar fácilmente la medida del caudal.

La altura que llega el liquidó en la ranura de desalojo del líquido, nos va a indicar el caudal a través del ablandador.

B.- Si este depósito no es posible de instalar, o se tiene la canaleta de desagüe, se construye allí en la canaleta, de la siguiente manera:

LA REGENERACION.-

Consistes en hacer pasar una solución de salmuera a través de lecho de resina, con el fin de eliminar la dureza impregnada durante el proceso de ablandamiento en el ablandador.

El operador conoce por estimación cuando se agotara su resina, comprobándolo esto, seguidamente, con la prueba de la gota de jabón.

PROCEDIMIENTO DE REGENERACION (Practica)

1. Lavar el tanque de salmuera.2. Llenado del tanque con sal ya calculada3. Llenar el tanque con agua y luego cerrar el tanque4. Iniciar el retro lavado – regular caudal5. Inyección de salmuera al ablandador – hasta reducción de sal en

la salida de ablandador.6. Efectuar el enjuague – comprobando con la prueba de la gota de

jabón7. Lavar el tanque de regeneración y anotar los datos en la hoja de

control.

LIMPIEZA QUIMICA DEL ABLANDADOR.-

Este procedimiento se hace con la finalidad de reactivar la Resina o zeolita.

CALCULO DEL VOLUMEN DE UN EQUIPO ABLANDADOR.-

PROBLEMA:

Cuáles serán las dimensiones de un equipo ablandador (a instalar o instalado), Si el requerimiento de agua blanda para un hospital es de 40 m³/dia de trabajo. El análisis químico del agua fuente arroja una dureza total de 200 ppm. Se recomendó además que el ciclo de ablandamiento, deberá tener una duración de 6 días (altura de resina optima 36 pulg=3pie)

DATOS:

Ø=· ¿?

H= ¿?

V H2O=40m ³/dia

DT=200 ppm

CicloA=6dias

hres=36 pulg

V R=V H 2O X DT30.000

DT=20017.1

=11.7 gpg

V H2O=40 X 6=240m ³3.785

=63.408gal

V R=63.408gal X 11.7 gpg

30.000 galpie

V R=24 pi e3de resina

Luego:

H = 3 pies

V = ∏ D² h4

D = (4 V R

∏ x h)12

D = (4 24

3.14 x3 )12

D = 3.2 pies

Luego:

Ø = 3.5 pies

h = 3 pies

La altura total del tanque, se determina de acuerdo a la distribución ya normada

TRATAMIENTO INTERNO.-

DESGASIFICACION:

Esta acción se lleva a cabo con la finalidad de evitar se formen incrustaciones en la caldera, con la consecuente pérdida de energía y sobrecalentamiento de la estructura metálica, originando muchas veces fallas en el material y también neutralizar la acción destructora de los gases disueltos C2 y CO2 , causantes de la corrosión en la tubería de vapor, equipos y caldera misma.

El oxígeno y el dióxido de carbono, son las principales causantes de corrosión en la caldera y tuberías de vapor y condensado, los que vienen disueltos en el agua

Cuando existe un gran consumo de agua de reposición al circuito interno (agua líquida) se usa desacreadores (desgasificadores) calentados con vapor (ver figura).

TABLA: CLASIFICACION DE LAS FUNCIONES DE LOS PRODUCTOS QUIMICOS PARA TRATAMIENTO SECUNDARIO Y DE AGUAS PARA ALIMENTACION DE CALDERAS

TRATAMIENTO CORRECTIVO REQUERIDO

TIPO DE PRODUCCION QUIMICA

1. Mantenimiento del pl-agua alimentación y alcalinidad del agua de calderas por control de incrustaciones y corrosión

Soca causticaCarbonato de sodioÁcido sulfúrico

2. Prevención de incrustaciones en las calderas por ablandamiento interno del agua de las calderas

Fosfatos. Carbonato de sodio. Aluminato de sodio. Alginatos. Silicato de sodio

3. Acondicionamiento de los lodos para prevenir adherencias a la superficies internas de las calderas

Taninos. AlmidónDerivados de liguinaSilicato de sodio

4. Prevención de incrustaciones por agua caliente, líneas de tubería, calentadores, etc.

Poli fosfatos. TaninosDerivados de la liginaDerivados de la glucosa

5. Prevención de corrosión por el oxígeno mediante desacreacion química del agua para alimentaciones de calderas

Sulfitos, taninosHidróxido ferrosoDerivados de la glucosaHidracina (no usado en hospitales)

6. Prevención de corrosión mediante la formación de películas protectoras

TaninosDerivados de liginaDerivados de la glucosa

7. Prevención de corrosión por condensados

Compuestos de aminasAmoniaco

8. Prevención de espuma en el agua de calderas

PoliamidasPolialguilen – glicolea

9. Inhicion de fragilizacion caustica Sulfato de sodioSulfato de sodioFosfotosTaninos. Nitratos

PRODUCTOS ANTI – INCRUSTANTES.-

EL FOSFATO.-

Se usa para evitar las incrustaciones dentro del caldero se añaden según el tipo de agua en la alimentación. No es volátil, formando en las paredes del caldero, una película protectora de fosfatos de hierro. Los más conocidos comercialmente, básicos ortofosfatos, polifosfatos y metafosfatos; cada uno con diferente concentración de fosfato activo.

El fosfato trisodio (Na3PO4) eleva considerablemente la alcalinidad en el caldero, mientras que los polifosfatos.

La disociación se realiza, previo análisis químico. La concentración a

mantenerse en el caldero como residual de fosfato, será en un rango

de 10 – 40 ppm.

Los fosfatos son muy eficientes para reaccionar con la dureza residual,

sin embargo, bajo ciertas condiciones, hay dificultad con alto

tratamiento con fosfato, cuando el agua tiene alta dureza de magnesio.

PRODUCTOS ANTICORROSIVOS – sulfito de sodio.

Se usan con la finalidad de eliminar el oxígeno del agua y proporciona

una suficiente alcalinidad para prevenir la corrosión. Generalmente

usados el sulfito de sodio y la hidracina.

Reacción:

2 NA2 SO + O2 2 NA2SO4

(No recom), N2 H4 + O2 2H2O + N2

La dosificación, se hace, previo análisis químico del agua. Se diluye en

el agua y no forma lodos, más si incrementa los S.D.T. Su

concentración residual en la caldera se debe mantener en un rango de

10 – 40 ppm.

III. PURGAS.-

Principalmente se distinguen 2 tipos de purga.

A) LA PURGA DE FONDO.-

Se hace para la extracción de los lodos que se van formando en el

interior, como resultado de la reacción de los reactivos añadidos,

con la dureza y gases disueltos. (De 3 a 4 seg.)

B) LA PURGA DE SUPERFICIE.-

Se hace para la extracción de impurezas flotantes y también para la

desconcentración de la caldera, ya por exceso de la alcalinidad o por

exceso de sólidos totales.

IV. ANALISIS QUIMICOS DE CONTROL.-

Para que el circuito de tratamiento y producción de vapor funcionen

eficazmente, es necesario efectuar, determinaciones de laboratorio,

que indicaran como están funcionando cada uno de los equipos y de

acuerdo a esto, será posible verificar y/o diagnosticar que cada una de

las operaciones se realice sin o con variación.

Estos análisis de rutina deberán ser:

1. Determinación de la Dureza Total.-

A) Cualitativo: El método de la gota del jabón.-

Se usara para determinar cuándo un ablandador se ha saturado,

y seguidamente de la regeneración para determinar si se ha

enjuagado lo suficiente y está listo para operar.

Además nos va a indicar cualitativamente si existe dureza, en el

agua de caldero o en el tanque de condensado. Este método es

sensible desde aproximadamente 8 – 10 ppm de dureza.

USO.-

En agua de ablandador.

En agua de caldero.

En agua del tanque de condensado.

B) M. Cuantitativo: Método E.D.T.A. (Ácido Elilen Diamino

Tetroacético).-

Se usa este método para determinar cuantitativamente la dureza

en ppm, como carbonato de calcio y se aplica en cualquiera de

los puntos especificados en el circuito, determinando la dureza

desde 0 a n, ppm como CaCO3.

Generalmente se preparan las soluciones con un factor tal que la

cantidad de mililitros gastados, equivale a los ppm de dureza

como CaCO3 que permitirá determinar esta directamente.

USO.-

En agua fuente

Agua filtrada

Agua blanda

Agua de condensado

Agua de caldero

Estos métodos de análisis, generalmente se encuentran en el mercado

nacional con nombres característicos diferentes, pero básicamente el

principio de acción es generalmente el mismo.

2. DETERMINACION DE LA ALCALINIDAD.-

Para la aplicación de este método, se toma como base, que una

sustancia es alcalina cuando es capaz de neutralizar un ácido.

Mantener la alcalinidad en el caldero en un rango de 5 a 15

mval/l, sirve como protección, contra la formación de “caliche”,

precipitación de sílice y corrosión por CO2 y oxígeno.

USO.-

El método se usa generalmente en agua de calderos.

3. DETERMINACION DEL PH.-

Existen diferentes métodos, para su determinación tanto por

métodos colorimétricos, como potenciométricos.