Introducción

 Hoy en día numerosos industrias requieren de la producción de vapor para sus diferentes procesos, y muchos de ellos quedarían colapsados por una falla en la caldera hasta el punto de llegar a parar su producción. Por eso se debe tener en cuenta la importancia que tiene el tratamiento del agua  en la vida útil, eficiencia y seguridad de las calderas industriales.

El agua que va a ser utilizada para la producción de vapor requiere de unas  características fisicoquímicas imprescindibles para evitar problemas en los equipos. Es por ello que podemos considerar dos tipos de tratamientos del agua: los primarios, que son aquellos realizados al agua bruta para adecuar sus características a las de alimentación a los generadores de vapor; y los secundarios, que son los realizados ya al agua alimentada a las calderas y al propio tratamiento interno de las mismas. En el presente artículo vamos a desarrollar los tratamientos primarios del agua

Tratamientos externos del agua

 Se definen así a los tratamientos fisicoquímicos a los que debe ser sometida un agua bruta para que su calidad y composición sea admisible para su utilización en una caldera.

Las impurezas que suele traer el agua sin tratamiento son: sólidos en suspensión (barros, arena, material orgánico, etc), sólidos disueltos (sales de calcio, sales de magnesio, etc.) y gases disueltos (dióxido de carbono, oxígeno). Todas estas impurezas presentes en el agua natural deben ser eliminados (en mayor o menor medida, según el tipo de generador y presión de trabajo) para su uso en la producción de vapor, y estos procesos de eliminación o reducción salina es lo que se denominan como tratamientos externos del agua.

Por lo general, a medida que la presión de trabajo aumenta, la calidad del agua de alimentación es más exigente, y también se incrementa la calidad con el tipo de generador utilizado y con el uso del vapor producido.

A continuación se describen de forma escueta los diferentes procesos de tratamiento externo del agua:

• Filtración. Se trata de un proceso físico que no altera las características químicas del agua, por el cual se eliminan partículas en suspensión o material coloidal de mayor tamaño, haciendo pasar el agua a través de un lecho filtrante normalmente constituido por lechos de arena de diferente granulometría o lechos mixtos constituidos por arena antracita.

• Coagulación-floculación. Normalmente, ambos tratamientos se aplican conjuntamente, ya que con el primero se desestabilizan los coloides y con el segundo se aglutinan para formar agregados de gran tamaño y fácil eliminación por sedimentación. Los productos coagulantes utilizados comúnmente son: sales de hierro (cloruro férrico, sulfato ferroso), sales de aluminio (sulfato de alúmina, policloruros de aluminio) y polímeros sintéticos (polidadmac, polietileniminas). Los productos floculantes utilizados en estos procesos a nivel industrial están basados en: poliacrilamidas, poliaminas, polidadmac. El proceso se lleva a cabo normalmente en decantadores, si bien en algunos casos puede realizarse en línea previamente a la filtración sobre lecho de arena.

• Descarbonatación. En este proceso, realizado normalmente para disminuir la dureza del agua, se realiza una precipitación de las sales de dureza asociadas a los carbonatos y bicarbonatos (dureza temporal) o también a la asociada a cloruros y sulfatos (dureza permanente). El proceso se lleva a cabo en reactores decantadores, empleando coagulantes como los indicados anteriormente, polielectrolitos, lechada de cal (en el caso de eliminación de la dureza temporal) y con cal más carbonato sódico (si además eliminamos la dureza permanente). Este método previene la formación de incrustaciones, las cuales conducen a una baja eficiencia en la producción de vapor, disminuyendo la cantidad de vapor producido por unidad de calor generado, y también causa desgaste del tubo y accesorios por fatiga térmica ya que se requiere de mayor temperatura del metal en la parte expuesta a la flama, que cuando no existe incrustación y este desgaste térmico afecta también la vida útil del equipo.

• Ultrafiltración. Es una técnica de tratamiento del agua mediante la utilización de membranas semipermeables, que retienen los sólidos en suspensión y macromoléculas normalmente debidas a contaminantes orgánicos, dejando pasar el agua y las sales disueltas. Puede ser recomendable su utilización en determinadas aguas, como paso previo a la ósmosis inversa. Los sistemas trabajan a baja presión.

• Resinas de intercambio iónico. Este procedimiento consistente en el intercambio de iones entre el agua a tratar (constituidos por cationes y aniones) y los de la resina, que permite la obtención de aguas de diferente grado de pureza, con contenidos salinos incluso < 0,1 μS/cm. Las resinas de intercambio iónico son unos productos de naturaleza orgánica, en forma de diminutas esferas y que tienen una gran cantidad de grupos polares ácidos o básicos capaces de intercambiarse con iones del mismo signo presentes en el agua y que además pueden ser regenerados de forma rápida y sencilla. Hay una gran variedad de configuraciones, que permite obtener agua de muy diferentes calidades:

– Ablandadores o resinas catiónicas en ciclo sodio: sustitución del calcio y magnesio presentes en el agua y su sustitución por Na+ presente en la resina.

–  Resinas catiónicas de ácido débil y de ácido fuerte: realizan el intercambio de los cationes presentes en el agua (Ca+2, Mg+2, Na+, K+, Fe+2, etc.) por H+.

–  Resinas aniónicas débiles y fuertes: realizan el intercambio de los aniones presentes en el agua (Cl-, SO4 -2, CO3 -2, CO3H-, SiO3 -2, NO3 -, etc.) por OH-.

–  Lechos mixtos: conjunto de resinas catiónicas y aniónicas depositadas en un único tanque, que actúan para eliminar los restos iónicos tras el paso por los anteriores.

 Las plantas de producción de agua desmineralizada para generadores de vapor consiguen calidades de agua con salinidades < 0,15 μS/cm (el agua pura se considera tiene una conductividad de 0,035 μS/cm). Este método también permite eliminar la formación de incrustaciones en la caldera.

• Ósmosis inversa. Proceso de filtración sobre membrana semipermeable a presiones medias o altas (superiores a la osmótica), que permite la separación selectiva de los iones del agua: el agua exenta de sales atraviesa la membrana mientras el agua cargada de sales queda en la zona sometida a presión. Dependiendo del tipo de membrana utilizada, la calidad del agua de entrada y la presión aplicada, pueden conseguirse reducciones del 95-99% de la salinidad del agua. La menor selectividad se corresponde con los nitratos, bicarbonatos y sílice.

• Electrodiálisis. Es un proceso actualmente de amplia implantación en el sector de tratamiento de agua para calderas de media y alta presión, consistente en una aplicación conjunta de una diferencia de potencial entre un cátodo y un ánodo y membranas permeables selectivas. Si el agua a tratar se somete a un campo eléctrico constituido por un ánodo y un cátodo, se producirá una separación iónica en donde los cationes se desplazarán hacia el electrodo negativo y los aniones hacia el electrodo positivo; si además, alternativamente, entre ambos electrodos se sitúan membranas “permselectivas” a cationes y aniones, separadas por espacios intermedios, entonces podremos separar selectivamente: en una parte de la membrana nos quedará el agua desalinizada y en la otra, el agua concentrada. El proceso se utiliza normalmente como complemento de la O.I. Los sistemas no son válidos para operar con cualquier tipo de agua, ya que, si ésta es muy pura, aumenta mucho el consumo energético equivalente y, si es muy salina, baja su rendimiento.

• Desgasificación. La operación de eliminación de los gases disueltos en el agua de alimentación requiere normalmente de una mezcla de sistemas mecánicos y químicos. La solubilidad del oxígeno en el agua es función inversa de la temperatura, y el rendimiento de la operación es función de la temperatura y del sistema utilizado.

Hay distintos métodos: calentador abierto, calentador desaireador, desaireador. Este último es el que consigue la mayor eficiencia.

Para conseguir una óptima desaireación, el agua debe mantenerse a la temperatura de saturación, ya que una diferencia de más de 0,5ºC entre la temperatura del agua y la del vapor de arrastre significa una operación deficiente de la instalación.