Estos equipos están destinados a la producción de vapor para diferentes usos. La eficiencia de las calderas disminuye cuando el agua que sirve para alimentarlos no ha sido bien tratada, lo cual dará lugar a la formación de incrustaciones y también habrá corrosión por los gases disueltos. Aun cuando haya sido tratada el agua, subsistirán los problemas de formación de incrustaciones y corrosión de menor grado.

El presente trabajo tiene por objeto hacer un análisis de los métodos existentes para evitar la formación de incrustaciones y evitar la corrosión.

Consecuencias de la Falta de Tratamiento

Si no se hace tratamiento anticrustante y anticorrosivo a los calderos, estos disminuirán grandemente su producción de vapor por el efecto aislante que realiza la capa de incrustaciones que se forma del lado del agua en la superficie de calefacción. Posteriormente, cuando estas incrustaciones alcanzan el mayor espesor, darán lugar a las fallas de caldero.

Por otra parte, si no se hace un tratamiento anticorrosivo al caldero, este equipo será deteriorado por el O2 y el anhídrido principalmente. Este ataque químico de estos gases se manifiesta por las picaduras tipo lenticular (pitting) en las paredes de calefacción de los tubos flue y con placas.

Cuando la acción corrosiva de estos gases se ve favorecida por el medio en que actúan, como por ejemplo un pH bajo en el interior del caldero, la corrosión avanza muy rápidamente llegando a perforar por completo en muy poco tiempo los tubos, primero por ser de paredes de menor espesor que las paredes de las placas y flues.

Un caldero que funciona sin tratamiento interno o funciona con un tratamiento defectuoso o mal hecho puede ocasionar los siguientes inconvenientes:

  • Mayor gasto de combustible
  • Elevarse grandemente los gastos de reparación y mantenimiento.

Ejemplo de Costos por Incrustaciones

Para darse una idea de la enorme importancia de estos inconvenientes, vamos a citar el siguiente ejemplo:

Un caldero de 600 hp trabaja 16 horas por día y 300 días por año, sin incrustaciones, consume un petróleo n°6, como sigue:

300 días/año x 16 horas/día x 600 hp x 0,285 gal/hp hr = 820 000 gal/año.

Si el caldero tuviera una incrustación por año de 0,11 pulgadas según Magnus, el petróleo que se pierde o que se gasta de más es del orden del 16%. En consecuencia, el gasto real del petróleo será:

820 000 x 1,16 = 950 000 gal/año.

Gasto de más: 130 000 gal/año, lo que al costo actual de S/… por galón, significa una pérdida de S/… por año.

Si a esto se agrega el gasto de cambio de placa posterior solamente y el cambio de tubos, aumenta grandemente el costo de operación, ya que este gasto en el presente bordea los S/700 000.

Pérdida de Producción

A los costos anteriores se agrega uno más importante aún, la pérdida de producción. Esta pérdida normalmente es de 3 a 4 semanas, que es el tiempo necesario para cambiar una placa y 272 tubos, trabajando aproximadamente 16 horas/día. Es obvio anotar que la pérdida de producción es muchísimo mayor por lo general.

Importancia del Tratamiento de Agua

Todos estos gastos innecesarios se evitan haciendo un tratamiento de aguas técnicamente correcto, el cual deberá ser anti-incrustante y anti-corrosivo.

Consideraciones Preliminares

Sales que Producen las Incrustaciones

Estas son las siguientes, las cuales vienen disueltas en el agua de alimentación de caldero:

  • Bicarbonato de calcio y magnesio
  • Sulfato de calcio y magnesio
  • Cloruro de calcio y magnesio
  • Sílice
  • Alúmina

De estos compuestos, los 3 primeros son los más comunes y están en orden de importancia, esto queriendo decir que los bicarbonatos son los más comunes, los cuales depositan la mayor cantidad, porque las aguas contienen por lo general mayor cantidad de bicarbonatos que los otros compuestos.

Solubilidad de las Sales que Producen Incrustaciones

Solubilidad de los bicarbonatos a presión atmosférica y saturada de CO2
Bicarbonato de Calcio:

Ca(CO3H)2 1620 ppm a 0°C. Esta solubilidad máxima disminuye con el aumento de temperatura, descomponiéndose en CO3Ca + CO2 y H2O

Bicarbonato de Magnesio:

Mg(CO3H)2 37 000 ppm a 0°C. Por efecto del aumento de temperatura disminuye su solubilidad y se descompone en CO2 + H2O + CO3Mg

Sulfato de Calcio:

Esta sal es la única que forma incrustaciones de las sales que constituye la dureza de no carbonatos (sulfatos y cloruros de calcio y magnesio).

  • a 0°C: 1299 ppm expresado por CO3Ca
  • a 100°C: 1246 ppm expresado como CaSO4
  • a 170°C (100 psi): 103 ppm expresado con CO3Ca
  • a 220°C (322 psi): 100 ppm expresado como CO3Ca
Sulfato de Magnesio – SO4Mg:

Se le conoce como sal de Epsom.

  • a 0°C: 170 000 ppm
  • a 100°C: 356 000 ppm

Este compuesto no produce incrustaciones en los calderos debido a su alta solubilidad, pero en cambio produce corrosión por la formación de reacciones secundarias por desbordamiento debido a la presión y temperatura. Produce incrustaciones como Mg(OH)2.

Cloruro de Calcio:

Es una sal muy soluble y por lo tanto no forma incrustaciones, pero sí es bastante corrosivo, y también comprende dureza de no carbonatar el agua. Tiene una solubilidad de 336 000 ppm a 0°C y 554 000 ppm a 100°C.

Sílice:

SiO2. Es poco soluble en el agua, normalmente está entre 20-30 y 50 ppm. En incrustaciones muy delgadas, por ser estas de muy baja conductividad térmica, produce la falla de tubos principalmente por exceso de recalentamiento. Este compuesto debe ser eliminado antes en el pretratamiento y/o los pequeños residuales dentro del caldero mediante coloides en los calderos de baja presión. En los calderos de mediana y alta presión, las tolerancias en el agua de alimentación son muy bajas.

Procesamiento de Materiales

Molienda

Para la molienda fina se utilizan molinos de muela, molinos de rodillos, morteros, molinos pendulares, molinos de bolas, molinos de tubos, entre otros. Los molinos de bola suministran materiales molidos especialmente finos. En ellos, los materiales se pulverizan por choques y frotamientos con cuerpos esféricos o también cúbicos de gran dureza.

En un tambor se suelen disponer en pisos, placas de molienda y esferas de acero, porcelana, etc., que se muelen libremente. El giro del tambor arrastra las bolas dejándolas caer luego desde una cierta altura sobre las placas de molienda. Detrás de estas placas hay orificios por los que el material fino se elimina constantemente.

Briquetización

Recientemente se practica el método inverso. En el caso de los productos cuyas materias primas proceden de distintos lugares y presentan enormes diferencias en el tamaño del grano, se tritura a polvo toda la materia prima, se amasa con agua y de la pasta se forman piezas de varios tamaños de diámetro que se sintetizan a altas temperaturas. Estas deben poseer la suficiente resistencia mecánica para tratamientos posteriores. Las piezas se conocen por ‘pellets’ (briquetas) y el proceso se llama ‘briquetización’. Utilizando este método, el técnico se hace independiente de las variaciones en el suministro de las materias primas.

Cribado y Desempolvado

El material que sale de la molienda es siempre del tamaño de grano muy poco homogéneo, tanto si se considera el de una quebradura, por lo tanto, cuando se pretende conseguir de un tamaño de grano determinado en un proceso de molienda, es preciso separar las partículas de este tamaño de las demás. La mayor parte de las veces se separa todo el material molido en los diferentes tamaños de granos y se continúa el tratamiento. La separación tiene lugar mediante tamices. El material molido se vierte sobre un tamiz que se mueve de una manera determinada.

Tejido de Tamices

Los tamices consisten en placas perforadas o son marcos, cajas, etc., entre los que se tensa un tejido. Las mallas pueden ser en ambos casos cuadrados o circulares. En la designación de los tamices se utiliza hoy en Alemania el diámetro interior (pin1171). En épocas anteriores, los tamices se enumeraban según el número de mallas en una longitud de 1 cm, todavía anteriormente se utilizaba la numeración inglesa. En la normalización actual se precisa también el diámetro de los hilos que forman la malla.

Tamices

El material a tamizar se mueve en los tamices fijos a lo largo de la superficie del tamizado inclinado merced a su propio peso o se lo obliga a moverse por raspado. En los tamices móviles, el material es movido por el propio tamiz (zaranda, tamices vibratorios, tamices de tambor).

En los tamices planos corrientes:

  1. Cae el residuo del tamizado (que normalmente se devuelve al molino)
  2. El material fino, si la superficie inferior está provista también con mallas, es posible subdividir el material en semifino y en fino.

En el tamiz de tambor, que es un tambor recubierto con mallas de tamizado, se pueden realizar en un solo paso una clasificación múltiple, si el tambor está dividido en varias zonas, provistas cada una de un tejido de diferentes anchuras de malla.

Los zarandes y tamices pendulares son tamices vibratorios en los que la superficie de tamizado ejecuta movimientos pendulares, giratorios o también circulares.

En los tamices vibratorios, el tamiz colocado horizontalmente ejecuta rítmicamente movimientos vibratorios que se le comunican por medio de una excéntrica.

Clasificación Neumática

Las sustancias de grano muy finas se separan muy difícilmente por medio de tamiz. En estos casos se utilizan clasificadores neumáticos en los que se inyecta aire u otros gases. En estos casos se utilizan corrientes de aire provocadas por un soplador que provoca torbellinos al atravesar la masa, que arrastran las partículas más finas y más ligeras, mientras que las más pesadas y mayores caen en el embudo que se encuentra más abajo. Las partículas más ligeras arrastradas son arrojadas por una rueda de paletas contra las paredes y caen desde allí hasta afuera. La clasificación neumática es especialmente apropiada para el desempolvado de materiales en grano grueso.

Desempolvado

Para el desempolvado de gases se utilizan clasificadores del tipo de los ciclones, en los que el gas se hace circular con gran velocidad recorriendo un camino espiral. Con ello, las partículas de polvo chocan contra la pared vertical y caen desde allí al colector. También es posible desempolvar los gases mediante el tamizado, pero las mallas deben ser tan finas que realmente el tejido ya no es un tamiz sino un filtro, es decir, para desempolvar los gases mediante este procedimiento se los hace atravesar filtrantes.

Desempolvado Electrostático

Otros procedimientos para el desempolvado de gases se fundan en la rápida disminución de la velocidad de flujo y la brusca variación de la dirección mediante tabiques con los que choca la corriente de gas. El procedimiento más moderno y seguro se funda en la utilización de corriente eléctrica de alta tensión. El desempolvado eléctrico desplaza cada vez más las instalaciones antiguas (cajas de polvo, sacos filtrantes, etc.) y aunque permite desempolvar hasta muy altos grados de pureza, incluso gases químicamente muy reactivos, fácilmente combustibles y muy calientes.

El electrolito empleado para el desempolvado (llamado filtro Cottrell) está constituido del modo siguiente: en una cámara cerrada se encuentra frente a frente placas metálicas, unidas a tierra, y electrodos de ‘rociado’ conectados a una corriente continua de alta tensión, de 40-60 000 V. La parte inferior de la cámara es cónica en dirección a la salida. El gas bruto que entra tiene que atravesar los electrodos de rociado, donde se carga con igual signo y son ahora repelidas hacia la pared metálica unida a tierra, donde se descargan y caen hacia la cámara de salida. Esta caída se puede facilitar golpeando mecánicamente.

Mezclado y Disolución

Mezclado

Junto con el aumento de la superficie por trituración, la íntima mezcla de las sustancias que interviene en el proceso es el segundo previo para que una reacción química transcurra rápidamente y sin entorpecimiento. También los productos terminados constan frecuentemente de mezclas. El proceso de mezcla se realiza mediante un movimiento suficiente de las partículas.

Según el estado de agregación de las sustancias a mezclar, se dan las siguientes posibilidades:

  • Sólido + Sólido
  • Sólido + Líquido
  • Sólido + Gaseoso
  • Líquido + Líquido
  • Líquido + Gaseoso
  • Gaseoso + Gaseoso

Según la dureza de los materiales a mezclar, se han introducido diferentes denominaciones para el proceso de mezclados:

  • Mezclado: Cuando se mezclan mecánicamente dos o más sustancias sólidas de modo que se distribuyan entre sí lo más homogéneamente posible y parezcan un material unitario (homogéneo).
  • Amasado: Cuando se mezclan sólidos con un líquido en el que no se disuelven, formando una pasta o masa.
  • Suspensión: Cuando son sólidos finamente divididos se hace una papilla con un líquido en el que no se disuelven, de modo que las partículas sólidas permanecen dispersas y solo se depositan lentamente.
  • Disolución: Cuando sólidos, líquidos o gaseosos son absorbidos por un líquido con el que forman una sustancia totalmente homogénea, de modo que en cualquier punto de la disolución hay la misma concentración del soluto. Por ejemplo: sal en agua, alcohol en éter, aire en agua, etc.
  • Emulsión: Cuando dos líquidos no miscibles se dispersan mediante agitación intensa, de modo que forme una mezcla homogénea que se desmezcla lentamente.

Aparatos y Máquinas Mezcladoras

Los aparatos para la producción de las distintas mezclas son muy diversos y se construyen según el efecto que se desea obtener. Los más importantes de todos los mezcladores son los dispositivos que provocan mecánicamente un mezclado íntimo de las partículas aisladas. Así, agitadores de construcción muy diferentes, como brazos, barras, hojas, tornillos, ánforas, palas, rastrillos, etc., resuelven mecánicamente este trabajo.