COMPLEJANTES POLIAMINOCARBOXILICOS EN ABLANDAMIENTO DE AGUAS CALDERAS - TORRES DE ENFRIAMIENTO

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2 COMPLEJANTES POLIAMINOCARBOXILICOS EN ABLANDAMIENTO DE AGUAS CALDERAS - TORRES DE ENFRIAMIENTO TRATAMIENTO DE AGUAS En forma natural el agua posee disueltas sales metálicas. Al atravesar las capas del subsuelo se va cargando de calcio, magnesio, hierro, como así también de otros metales pero en cantidades mucho menores. Inclusive la concentración alcanzada puede llegar a ser la de saturación (valor que depende de cada metal y de la temperatura). Si se incrementa la temperatura crece la constante de disolución; contrariamente, si la temperatura disminuye sucede lo mismo con dicha constante. Llegado el caso podrá haber precipitación de sales metálicas sobre las paredes de recipientes y tuberías con el enfriamiento del agua. El agua, al mismo tiempo que se carga de metales, adiciona iones como cloruro. Sulfato, carbonato, formando precipitados (sales insolubles) de carbonato de calcio, carbonato de magnesio, sulfatos, etc.. Estas sustancias se incrustan fácilmente sobre las paredes de los recipientes, conductos, válvulas, llevando a la reducción de las secciones de paso (modificaciones en los caudales) e inclusive hasta la obstrucción total. El fenómeno es crucial en la generación de vapor: las sales que conforman la dureza del agua no son vaporizables y se depositarán en cantidades crecientes sobre las paredes, formando una barrera al paso del calor, lo que lleva a un muy importante desperdicio de combustible y disminución en la producción de vapor. Asimismo este es un factor importante de riesgo ya que la aparición de una resistencia térmica en serie a la pared metálica hace que esta deba sobrecalentarse, lo que puede llevar en algunos puntos a la deformación y ruptura. Es necesario entonces combatir dichas incrustaciones. La solución a estos problemas puede intentarse por diferentes medios. Uno de ellos es el empleo de zeolitas para lograr un ablandamiento del agua a utilizar. Estas transforman las sales alcalino-térreas en sales alcalinas (de sodio generalmente) perfectamente solubles. La misma función cumplen las resinas de intercambio iónico. Las columnas de filtración se regeneran con un tratamiento de cloruro de sodio. Estos métodos requieren de instalaciones importantes y no eliminan totalmente, especialmente las zeolitas, la dureza del agua; así un efluente típico puede contener aun 2 a 10 ppm de carbonato de calcio y magnesio. Ello significa, por ejemplo, para una caldera de kg vapor/hora un deposito anual de 800 kg de sarro, que puede reducir hasta en un 20% el rendimiento de combustible (aun con un tratamiento con fosfato disódico para prevenir depósitos duros). Otra vía de solución es el empleo de agentes secuestrantes, tanto sobre aguas previamente ablandadas, como sobre aguas sin tratamiento. Los complejos de metales alcalino-térreos y otros metales pesados, perfectamente solubles, no permiten su precipitación en calderas. Página 1 de 11

3 Tanto el EDTA como el NTA son ampliamente utilizados; probaron ser estables en las condiciones de alta presión, temperatura y transferencia de calor. Los limites superiores de trabajo son de aproximadamente 900 psig. Para NTA y 1200 psig. Para EDTA. En experiencias con EDTA operando a 1375 psig no se detecto descomposición significativa del secuestrante. Es posible también utilizar conjuntamente un programa de fosfatos para mantenimiento de agua en caldera con EDTA Tetrasódico. Una formulación de inyección conveniente es disolver en 100 litros de agua: - 20 kg de hexametafosfato de sodio A 1.5 kg de EDTA tetrasódico Una función adicional del EDTA en este caso es retardar la hidrólisis de hexametafosfato de sodio. CANTIDAD DE SECUESTRANTE NECESARIA Existen numerosas formas de cuantificar la dureza de un agua, las mas comúnmente utilizadas son: los milimoles de calcio presente por litro, los grados de dureza alemanes, inglese y franceses, o como partes por millón de carbonato de calcio. Las relaciones entre las diversas formas de medición se expresan en la siguiente tabla: Tabla de conversión para dureza de agua mmol/l Grados Alemanes Grados Ingleses Grados Franceses ppm de CO 3 Ca Así por ejemplo. 1º Francés equivale s 10.0 ppm de CO 3 Ca, o a 0.70º Ingleses. El simple agregado de complejanes permite el total ablandamiento del agua, sin necesidad de utilizar equipos especiales. Los productos en polvo pueden agregarse por aspersión, ya que no forman flóculos o precipitados, o preparando con ellos soluciones stock concentradas. En todos los casos es necesario agitar o reticular el agua para asegurar una distribución homogénea. Página 2 de 11

4 La siguiente tabla muestra las cantidades de cada secuestrante necesarias para ablandar 1 litro de agua de determinada dureza: 1 mmol/l 1º Alemán 1º Inglés 1º Francés 1 ppm de CO 3 Ca NTA solución 34% EDTA Tetrasódico Cristal EDTA Tetrasódico Solución 39% EDTA Disódico Cristal DTPA Pentasódico Solución 40% Así por ejemplo si se quiere ablandar 1 litro de agua de 9º Franceses con EDTA Tetrasódico Cristal deberán utilizarse 9 x 45 : 405 miligramos (0.405 gramos) del producto. La introducción de la solución de complejante, en forma diluida o concentrada, puede efectuarse con una bomba dosificador a o en forma discontinua en diverso puntos del circuito: - en la succión de la bomba de circulación - en la descarga de la bomba de circulación - entre el calentador y economizador CORROSION Los complejantes poliaminocarboxílicos, correctamente dosificados, no producen problemas de corrosión. Únicamente elevadas concentraciones de EDTA o NTA (libre), en sistemas de alta temperatura, pueden reaccionar con aceros de bajo tenor de carbono. Esto se evita con el control analítico periódico del exceso de secuestrante, dato fundamental por otra parte para mantener los sistemas exentos de sarro. Página 3 de 11

5 El uso de estos complejantes elimina además la corrosión cáustica, común en los tratamientos de fosfato-hidróxido de sodio, al impedir la formación de depósitos bajo los cuales esta forma de corrosión progresa. VOLATILIZACION Y ARRASTRE Debido a la muy baja presión de vapor, los secuestrantes poliaminocarboxílicos no presentan problema de volatilización para su uso en calderas. Tampoco se detectaron problemas por arrastre con vapor, aunque resulta conveniente, al igual que en otros tratamientos con fosfato, la utilización de agentes antiespuma. LIMPIEZA DE INTERCAMBIADORES La limpieza de intercambiadores puede efectuarse con EDTA Tetrasódico, sin necesidad de utilizar ácidos, volviendo a obtenerse el rendimiento original del equipo. Se hace circular para ello una solución caliente con aproximadamente un 5% de EDTA. Una formulación base para conseguir una disolución rápida de las incrustaciones en caldera es: Solución Soda Cáustica (50%) volúmenes EDTA Tetrasódico (Solución 38%)... 1 volumen Agente mojado no espumante volúmenes Agua... 7 volúmenes De ser necesario se puede añadir a la solución cromatos alcalinos, polvo de zinc y eventualmente piofosfatos. La temperatura de utilización es de 50 a 80º C. La limpieza de intercambiadores también se puede realizar sin interrumpir el funcionamiento de la unidad. La remoción de depósitos en servicio se realiza generalmente con EDTA; dosificando el secuestrante, con análisis periódicos del agua, de forma que su concentración exceda levemente el valor de las sales presentes. Un gran exceso puede desprender partículas grandes de deposito con obstrucción de la circulación o generar cierta corrosión en equipos de alta presión. Se establecen usualmente programas de limpieza de 60 a 90 días de duración. La limpieza en servicio es muy efectiva cuando los depósitos están compuestos principalmente de sales Cálcicas y Magnésicas. NOTA: QUIMICOS ESSIOD SA queda a su disposición para cualquier información adicional o referencia bibliográfica sobre la utilización de los complejantes poliaminocarboxílicos en el tratamiento de aguas. Página 4 de 11

6 Se anexan dos trabajos ilustrativos sobre la utilización practica de secuestrantes en la operación de calderas: - Actualización sobre tratamiento de calderas con agentes quelantes (Industrial Water Engineering): incluye una revisión sobre la utilización de secuestrantes, casos prácticos de operación y una discusión de los resultados. - Prevención de incrustaciones en calderas con agentes quelantes (EDTA) (Vol. XXIII Proceeding of the American Power Conference): describe el caso practico de desincrustacion de una caldera y un método preventivo para la formación de incrustaciones. Página 5 de 11

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