Funcionamiento seguro y eficaz de los sistemas de agua de caldera

Las calderas y los generadores de vapor funcionan a altas temperaturas y presiones. Incluso pequeñas desviaciones en la calidad del agua pueden tener graves consecuencias. Sin un acondicionamiento adecuado, se producen problemas de corrosión por oxígeno, formación de incrustaciones o formación de espuma, que perjudican la calidad del vapor. Las tuberías de condensado también corren el riesgo de sufrir corrosión por ácido carbónico.

Las consecuencias no son sólo de carácter técnico, sino que afectan directamente a la rentabilidad:

• Pérdidas de eficiencia debidas a los revestimientos de las superficies calefactoras → Mayor consumo de combustible

• Tiempos de inactividad imprevistos por daños materiales y fugas

• Aumento de los costes de explotación debido a la limpieza, las piezas de repuesto o los productos químicos de emergencia

También hay requisitos normativos claros:

• Las normas EN 12952-12 (calderas acuotubulares) y EN 12953-10 (calderas pirotubulares ) definen las calidades del agua, los valores límite y los intervalos de ensayo.

• Los fabricantes especifican valores objetivo específicos de conductividad, pH/alcalinidad, fosfato, ácido silícico y oxígeno.

• Los operadores están obligados a documentar el muestreo y la verificación

Esto deja claro que sólo un concepto global coordinado que incluya el tratamiento del agua bruta, la desgasificación, el tratamiento químico y la supervisión garantiza la calidad del vapor, la eficiencia energética y la protección de los materiales.

La elección de los aditivos depende de la calidad del agua bruta, el tipo de caldera y las condiciones de funcionamiento. En la práctica, se utilizan cinco grupos principales:

• Ligantes de oxígeno (secuestrantes de O₂): Fijan el oxígeno residual tras la desgasificación y evitan la corrosión en las tuberías de agua de alimentación y calderas. Son típicos los productos a base de sulfito o carbohidrazidas modernas con efecto pasivante.

• Estabilizadores de la dureza y acondicionadores de fosfatos/polímeros: aglutinan los formadores de dureza y dispersan las partículas para que no se formen incrustaciones duras. Los polímeros mantienen los lodos en suspensión, que se eliminan específicamente mediante purga.

• Agentes alcalinizantes y tampones del pH: Fijan la alcalinidad correcta, estabilizan el programa de fosfatos y minimizan el riesgo de corrosión.

• Antiespumante: Evita la formación de espuma y garantiza así una calidad constante del vapor sin arrastre.

• Agentes de tratamiento de condensados: las aminas neutralizantes elevan el pH del condensado, mientras que las sustancias filmógenas crean capas protectoras hidrófobas en las tuberías.

La estrategia de dosificación es crucial: los aditivos deben añadirse en los puntos adecuados, normalmente en la tubería de alimentación o directamente en la zona del tambor de la caldera. Además, las mediciones en línea (conductividad, pH, oxígeno) y los análisis de laboratorio garantizan el ajuste correcto. Sólo mediante esta combinación puede el sistema permanecer libre de depósitos y corrosión y cumplir los requisitos de las normas.

El funcionamiento conforme de un sistema de agua de caldera no sólo depende de la química adecuada, sino también de una supervisión constante. ALMA AQUA ayuda a los operadores a cumplir de forma fiable los requisitos de las normas EN 12952/12953.

Los elementos centrales son:

• Supervisión en línea: la conductividad, el pH, la temperatura, la presión y las cantidades de purga se registran continuamente.

• Análisis de laboratorio: Las determinaciones periódicas de los parámetros de fosfato, alcalinidad, ácido silícico, hierro, cobre, oxígeno y dureza complementan los datos en línea.

• Muestreo: Se realiza a través de puntos de muestreo refrigerados en las tuberías de alimentación, caldera y condensado para evitar la falsificación de los valores.

• Estrategia de purga: Combinación de control continuo de la conductividad y purga periódica del suelo para eliminar las sales y los lodos del sistema.

Los resultados se documentan, se evalúan en análisis de tendencias y se comparan con las normas. Las desviaciones dan lugar a medidas claramente definidas (por ejemplo, ajuste de la dosificación o del funcionamiento de la purga).

ALMA AQUA crea un plan de control específico con valores objetivo, valores límite, frecuencias de medición y responsabilidades para cada cliente. Esto garantiza que el funcionamiento de la caldera cumpla la legislación, sea eficiente desde el punto de vista energético y esté a prueba de auditorías.

Elegir el programa de acondicionamiento adecuado es crucial para evitar depósitos en la caldera y, al mismo tiempo, garantizar una química estable del agua.

Los programas de fosfatado son habituales desde hace décadas y se caracterizan por su solidez:

• Reaccionan con el calcio y el magnesio para formar lodos blandos y fáciles de eliminar.

• La precipitación puede controlarse mediante el ajuste selectivo de la alcalinidad.

• Especialmente adecuado para niveles de presión más altos y condiciones de funcionamiento constantes, ya que aquí se puede conseguir fácilmente un flujo de fosfato residual estable.

Los programas de polímeros se basan en modernos dispersantes que mantienen los agentes endurecedores y las partículas en suspensión:

• Evitan por completo las precipitaciones y permiten mantener limpia la superficie interior de la caldera.

• Son más flexibles ante las fluctuaciones de la calidad del agua bruta y los cambios de carga.

• Especialmente adecuado para modos de funcionamiento variables o sistemas en los que resulta difícil una gestión precisa de los fosfatos.

En la práctica, se suele utilizar una combinación de fosfato y polímeros para aprovechar las ventajas de ambos sistemas. La estrategia óptima depende del tipo de caldera, el nivel de presión, la calidad del agua bruta y las prácticas de funcionamiento. ALMA AQUA elabora programas individuales adaptados con precisión a cada sistema.

El condensado representa una parte importante del balance hídrico y es muy valioso desde el punto de vista energético. Al mismo tiempo, es susceptible de sufrir corrosión debido a la absorción de CO₂. Aquí es donde entran en juego los aditivos especiales, que tienen efectos diferentes según el tipo de sistema y de red de condensado.

Aminas neutralizantes (por ejemplo, morfolina, etanolamina, ciclohexilamina):

• Fijan el ácido carbónico y elevan el valor del pH en el condensado.

• Protege contra la corrosión inducida por el CO₂.

• Especialmente adecuado para redes con una elevada proporción de caudal de retorno y condiciones de funcionamiento uniformes.

Sustancias formadoras de película (FFS):

• Formar una película protectora hidrófoba en las superficies interiores de los tubos.

• Evitar el contacto directo entre el agua condensada y el metal.

• Ofrecen ventajas en redes ramificadas o poco controlables, ya que la protección se mantiene aunque fluctúe la química.

En muchos casos, se opta por un enfoque híbrido en el que las aminas neutralizantes garantizan la estabilidad del pH y las sustancias formadoras de película proporcionan una protección adicional del material.

La elección del programa de condensado adecuado está estrechamente relacionada con la topología de la red, la tasa de retorno y los requisitos del proceso. ALMA AQUA ayuda a los operadores con análisis detallados, estrategias de dosificación y conceptos de supervisión para mantener la red de condensado libre de corrosión y energéticamente eficiente a largo plazo.

El tipo de caldera determina en gran medida los requisitos de la química del agua y el tratamiento con aditivos de proceso. Aunque los principios básicos -protección contra la corrosión, control de depósitos, calidad del vapor y el condensado- se aplican a todos los sistemas, los detalles difieren significativamente.

Calderas pirotubulares (EN 12953):

• Ampliamente utilizado en la industria, robusto y tolerante a las fluctuaciones de las condiciones de funcionamiento.

• Los espacios de agua y vapor son grandes, lo que permite amortiguar las cargas de corta duración.

• Tratamiento: Clásico con programas de fosfatos/polímeros, alcalinizantes y antiespumantes. Control mediante conductividad, fosfato y pH.

Caldera acuotubular (EN 12952):

• Se utilizan a presiones y potencias más elevadas, por ejemplo, en centrales eléctricas o industrias de alto consumo energético.

• Muy sensibles a los depósitos, ya que los tubos de pared delgada funcionan con elevados flujos de calor. Incluso los depósitos más finos provocan sobrecalentamiento y daños.

• Tratamiento: Requisitos más estrictos para el agua de alimentación y de caldera (totalmente desmineralizada, posiblemente con pulido mediante filtros de lecho mixto). A menudo se utilizan estrategias de tratamiento de todos los volátiles (AVT) con ligantes de oxígeno y agentes de ajuste del pH. La introducción de fosfatos sólo se permite de forma limitada y se vigila estrechamente.

Caldera de baja presión:

• Suelen funcionar en aplicaciones comerciales más pequeñas o como calderas auxiliares.

• Presiones y temperaturas más bajas, pero a menudo con cargas muy fluctuantes.

• Tratamiento: Menos complejo, suele abarcar el ablandamiento, la dosificación de sulfito y una gestión sencilla de los fosfatos. No obstante, el muestreo periódico es crucial para evitar la corrosión y la formación de depósitos.

Caldera de agua caliente:

• Se utiliza para procesos y calefacción urbana.

• No hay evaporación, por lo que el control de la corrosión es el objetivo principal.

• Tratamiento: Centrado en la fijación del oxígeno, el control del pH y los inhibidores de la corrosión, menos en la antiespumación o la calidad del vapor.

Resumen:

• Calderas pirotubulares: robustas, programas clásicos, mayor tolerancia.

• Caldera acuotubular: alta sensibilidad, la más estricta calidad del agua, programas AVT.

• Calderas de baja presión: sistemas sencillos, pero con mayor riesgo en caso de funcionamiento fluctuante.

• Caldera de agua caliente: centrada en la protección contra la corrosión, sin tratamiento de vapor.

ALMA AQUA tiene en cuenta estas diferencias y desarrolla conceptos de dosificación y control personalizados que se adaptan con precisión al tipo de caldera, al nivel de presión y a las especificaciones del fabricante.

El funcionamiento de un sistema de calderas no termina con la puesta en marcha inicial. El apoyo continuo es crucial para garantizar que el agua de alimentación, el agua de caldera y el condensado se mantengan en todo momento dentro de los límites permitidos. ALMA AQUA apoya a los operadores con un paquete de servicios completo a lo largo de todo el ciclo de vida:

• Muestreo y análisis periódicos: Análisis de los parámetros de conductividad, pH, oxígeno, dureza, fosfato, ácido silícico, hierro/cobre y condensado.

• Conceptos de monitorización: Combinación de mediciones en línea (conductividad, pH, oxígeno, temperatura) y análisis de laboratorio con una frecuencia de medición definida.

• Optimización de la dosificación y el funcionamiento: ajuste de las cantidades de productos químicos, estrategias de purga y control del pH a las condiciones de funcionamiento actuales.

• Informes y documentación: suministro de protocolos de medición, análisis de tendencias y verificaciones conformes a las normas (EN 12952/12953).

• Educación y formación del personal de explotación: impartir conocimientos para la correcta toma de muestras, manipulación de productos químicos y rutinas en caso de incidentes.

• Asistencia en caso de incidencias y optimización: ajuste rápido de los programas de tratamiento en caso de cambios en el agua bruta, picos de carga o desviaciones.

De este modo, garantizamos que los sistemas de calderas no sólo cumplan la normativa, sino que también funcionen de forma energéticamente eficiente, segura y económica.

Un ajuste correcto es la base de un funcionamiento estable y seguro. Procedemos en varios pasos coordinados:

1. Estudio del sistema: Análisis del sistema de calderas (tipo de caldera, etapa de presión, estación de agua de alimentación, desgasificación, purgas) y registro de las condiciones de funcionamiento y la calidad del agua bruta.

2. Definición de objetivos: Definición de prioridades - por ejemplo, máxima calidad del vapor, minimización de la corrosión, reducción de los costes de combustible o aumento de la recuperación de condensado.

3. Recomendación del producto: Selección de los aditivos adecuados (ligantes de oxígeno, acondicionadores de fosfato/polímero, álcalis, antiespumantes, programas de condensado) en función del análisis.

4. Concepto de dosificación y control: Desarrollo de una estrategia con puntos de dosificación, cantidades, valores objetivo de conductividad, pH, fosfato y ciclos de purga.

5. Validación mediante muestreo: las mediciones periódicas en laboratorio y en línea confirman que los valores fijados se mantienen de forma estable.

6. Optimización y documentación: adaptación de la estrategia en funcionamiento, creación de informes de tendencias y pruebas para operadores y autoridades.

Esto garantiza que el sistema de calderas cumpla la normativa desde el primer día de funcionamiento y pueda funcionar de forma fiable y eficiente incluso en condiciones cambiantes.