· Equipo Técnico Eytra · Mantenimiento · 8 min read
Tratamiento de Agua para Calderas: Parametros y Control
Guia tecnica de parametros clave para el tratamiento de agua de calderas. Rangos recomendados de dureza, alcalinidad, sulfito, fosfato y TDS segun presion de operacion.
Las calderas son equipos de alta inversion que operan bajo condiciones extremas de temperatura y presion. La calidad del agua que alimenta y circula en una caldera determina directamente su eficiencia, vida util y seguridad operativa. Un programa de tratamiento de agua deficiente resulta en incrustacion, corrosion, arrastre de solidos al vapor y, en casos extremos, fallas catastroficas.
En la Peninsula de Yucatan, donde el agua de pozo presenta dureza elevada (300-600 mg/L CaCO₃) y altos solidos disueltos, el tratamiento de agua para calderas requiere especial atencion. Esta guia detalla los parametros clave, los rangos recomendados segun la presion de operacion y las pruebas que debe realizar su equipo de mantenimiento.
¿Por que es critico el tratamiento de agua en calderas?
El agua en una caldera se evapora continuamente para producir vapor, pero las sales disueltas y los solidos no se evaporan: se concentran progresivamente en el agua de la caldera. Sin control, esta concentracion genera tres problemas principales:
1. Incrustacion
Los minerales de dureza (calcio y magnesio) se depositan sobre las superficies de transferencia de calor, formando una capa aislante. Los depositos mas comunes son:
- Carbonato de calcio (CaCO₃): predominante a baja presion
- Sulfato de calcio (CaSO₄): mas duro y dificil de remover
- Silicato de calcio y magnesio: extremadamente duro, aparece en calderas de media-alta presion
- Silice (SiO₂): se volatiliza con el vapor a presion alta y se deposita en turbinas
Impacto de la incrustacion en la eficiencia:
| Espesor del deposito | Perdida de eficiencia | Aumento en consumo de combustible |
|---|---|---|
| 0.8 mm (1/32”) | 2-3% | Significativo |
| 1.6 mm (1/16”) | 5-7% | Alto |
| 3.2 mm (1/8”) | 12-15% | Muy alto |
| 6.4 mm (1/4”) | 25%+ | Critico, riesgo de sobrecalentamiento |
2. Corrosion
La corrosion en calderas es causada principalmente por:
- Oxigeno disuelto: El enemigo numero uno. Incluso pequenas cantidades (> 0.007 mg/L) causan picaduras (pitting) en tubos de acero.
- pH bajo: Un pH < 8.5 en el agua de caldera acelera la corrosion generalizada.
- Dioxido de carbono: Se forma por descomposicion termica de bicarbonatos. Se arrastra con el vapor y causa corrosion en lineas de condensado.
3. Arrastre (Carryover)
Cuando el agua de caldera tiene alta concentracion de solidos disueltos o espumantes, gotas de agua pueden ser arrastradas con el vapor. Esto causa:
- Depositos en lineas de vapor y equipos
- Golpe de ariete
- Contaminacion del producto (en procesos directos de vapor)
- Danos en turbinas
Parametros clave y rangos recomendados
Los rangos optimos varian segun la presion de operacion de la caldera. A mayor presion, se requiere agua de mayor pureza:
Agua de alimentacion (antes de entrar a la caldera)
| Parametro | Calderas baja presion (0-10 kg/cm²) | Calderas media presion (10-40 kg/cm²) | Calderas alta presion (> 40 kg/cm²) |
|---|---|---|---|
| Dureza total (como CaCO₃) | < 2 mg/L | 0 mg/L | 0 mg/L |
| Oxigeno disuelto | < 0.04 mg/L | < 0.007 mg/L | < 0.005 mg/L |
| Hierro total | < 0.1 mg/L | < 0.05 mg/L | < 0.01 mg/L |
| Cobre total | < 0.05 mg/L | < 0.02 mg/L | < 0.01 mg/L |
| pH | 8.3 - 10.0 | 8.5 - 9.5 | 9.0 - 9.5 |
| TDS | < 700 mg/L | < 300 mg/L | < 50 mg/L |
| Silice (SiO₂) | < 30 mg/L | < 10 mg/L | < 0.5 mg/L |
Agua dentro de la caldera
| Parametro | Calderas baja presion | Calderas media presion | Calderas alta presion |
|---|---|---|---|
| pH | 10.5 - 11.5 | 10.0 - 11.0 | 9.5 - 10.0 |
| Alcalinidad total (como CaCO₃) | 350 - 700 mg/L | 200 - 400 mg/L | < 100 mg/L |
| Alcalinidad caustia (OH⁻) | < 400 mg/L | < 200 mg/L | Controlada |
| Fosfato residual (como PO₄) | 30 - 60 mg/L | 20 - 40 mg/L | 5 - 15 mg/L |
| Sulfito de sodio (Na₂SO₃) | 30 - 60 mg/L | 20 - 40 mg/L | No usar* |
| TDS | < 3,500 mg/L | < 2,500 mg/L | < 500 mg/L |
| Silice (SiO₂) | < 150 mg/L | < 50 mg/L | < 5 mg/L |
| Hierro total | < 3 mg/L | < 1 mg/L | < 0.5 mg/L |
| Conductividad especifica | < 5,500 µS/cm | < 4,000 µS/cm | < 800 µS/cm |
*En calderas de alta presion (> 40 kg/cm²) se utilizan eliminadores de oxigeno no volatiles como la hidrazina o alternativas organicas (DEHA, carboxihidrazida).
Detalle de cada parametro critico
Dureza: el parametro mas importante
La dureza del agua de alimentacion debe ser practicamente cero para evitar depositos de calcio y magnesio en los tubos de la caldera. En la Peninsula de Yucatan, con agua de pozo que tipicamente tiene 300-600 mg/L de dureza, esto requiere:
- Suavizacion por intercambio ionico: Resinas cationicas que intercambian Ca²⁺ y Mg²⁺ por Na⁺. Es el metodo mas comun para calderas de baja y media presion.
- Osmosis inversa + suavizacion: Para calderas de media-alta presion donde se requiere tambien reducir TDS y silice.
- Desionizacion: Para calderas de alta presion que requieren agua ultrapura.
Punto critico: Un suavizador que “pasa” dureza (por agotamiento de resina o by-pass) puede causar incrustacion severa en cuestion de horas. El monitoreo diario de dureza en el efluente del suavizador es obligatorio.
Consulte nuestra guia detallada sobre dureza del agua y sus problemas para mas informacion.
Sulfito de sodio: eliminador de oxigeno
El sulfito de sodio (Na₂SO₃) es el secuestrante de oxigeno mas utilizado en calderas de baja y media presion:
Reaccion: 2Na₂SO₃ + O₂ → 2Na₂SO₄
Se dosifica para mantener un residual de 20-60 mg/L en el agua de la caldera. El residual indica que todo el oxigeno ha sido consumido y hay exceso de sulfito disponible para reaccionar con cualquier oxigeno que ingrese.
| Presion de caldera | Residual de sulfito recomendado | Observaciones |
|---|---|---|
| 0-10 kg/cm² | 30-60 mg/L | Dosificacion en tanque de alimentacion o deareador |
| 10-20 kg/cm² | 20-40 mg/L | Preferible con deareador mecanico |
| 20-40 kg/cm² | 20-30 mg/L | Junto con deareador eficiente |
| > 40 kg/cm² | No usar sulfito | Usar hidrazina o DEHA (sulfito contribuye a TDS) |
Regla practica: Se requieren aproximadamente 8 ppm de sulfito por cada 1 ppm de oxigeno disuelto. El sulfito catalizado (con cobalto) reacciona mas rapido y se recomienda para calderas que operan en continuo.
Fosfato: control de dureza residual
Aun con suavizacion, pueden ingresar trazas de dureza. El fosfato residual en el agua de caldera actua como “segunda barrera”: reacciona con cualquier calcio residual formando fosfato de calcio, un precipitado blando y no adherente que se purga facilmente.
Tipos de fosfato utilizados:
| Producto | Formula | Efecto sobre pH | Aplicacion |
|---|---|---|---|
| Fosfato trisodico | Na₃PO₄ | Eleva pH | Calderas de baja presion |
| Fosfato disodico | Na₂HPO₄ | Neutro-ligeramente alcalino | Calderas de media presion |
| Fosfato monosodico | NaH₂PO₄ | Reduce pH | Control de alcalinidad caustia |
En calderas de baja presion, el programa mas comun es fosfato trisodico a 30-60 mg/L como PO₄, que simultaneamente controla la dureza y mantiene el pH alcalino.
Alcalinidad y pH
El pH alcalino (10.5-11.5 en baja presion) es necesario para:
- Pasivacion de superficies de acero (formacion de magnetita Fe₃O₄ protectora)
- Mantener el sulfito activo como secuestrante de oxigeno
- Evitar corrosion acida
Sin embargo, la alcalinidad caustia excesiva (OH⁻ > 400 mg/L) puede causar:
- Fragilizacion caustia del acero (corrosion bajo esfuerzo)
- Espumado del agua de caldera (contribuye al arrastre)
El balance se logra controlando la relacion entre fosfato y alcalinidad.
TDS y conductividad: control de purga
La concentracion de solidos disueltos se controla mediante purga: extraccion controlada de agua concentrada de la caldera.
Tipos de purga:
| Tipo | Ubicacion | Proposito | Frecuencia |
|---|---|---|---|
| Purga de fondo (blowdown) | Punto mas bajo del tambor | Remover lodos y precipitados | 1-2 veces por turno |
| Purga de superficie (continua) | Nivel de agua del tambor | Controlar TDS en solucion | Continua, ajustable |
La purga de superficie se ajusta para mantener los TDS por debajo del limite. El porcentaje de purga tipico es 5-10% del agua de alimentacion en calderas de baja presion.
Silice: el parametro silencioso
La silice (SiO₂) es particularmente problematica porque:
- A alta presion, se volatiliza con el vapor y se deposita en turbinas
- Los depositos de silice son extremadamente duros y dificiles de remover
- No se elimina por suavizacion (requiere osmosis inversa o desionizacion)
En calderas de baja presion, la silice es menos critica pero se debe monitorear para evitar formacion de silicatos de calcio y magnesio (incrustacion dura).
Programa de pruebas recomendado
| Prueba | Frecuencia | Punto de muestreo | Metodo |
|---|---|---|---|
| Dureza (agua de alimentacion) | Diaria | Salida del suavizador | Titulacion EDTA |
| pH (agua de caldera) | Diaria | Purga de la caldera | Medidor digital |
| Sulfito de sodio | Diaria | Purga de la caldera | Titulacion con yodo |
| Fosfato | 2-3 veces/semana | Purga de la caldera | Colorimetria |
| Alcalinidad (P y M) | 2-3 veces/semana | Purga de la caldera | Titulacion |
| TDS / Conductividad | Diaria | Purga de la caldera | Conductimetro |
| Silice | Semanal | Alimentacion y caldera | Colorimetria |
| Hierro | Semanal | Alimentacion y caldera | Colorimetria |
| Oxigeno disuelto | Semanal | Salida del deareador | Kit colorimetrico |
Tratamiento de lineas de condensado
El condensado (vapor que regresa al estado liquido) es agua de alta pureza que debe recuperarse para ahorrar agua, energia y quimicos. Sin embargo, puede contaminarse con:
- CO₂ disuelto: Forma acido carbonico (H₂CO₃) que reduce el pH a 5-6 y causa corrosion
- Oxigeno: Por infiltracion en bombas de vacio y venteos
- Contaminacion del proceso: En intercambiadores con fuga
Tratamiento del condensado:
- Aminas neutralizantes (morfolina, ciclohexilamina, DEAE): Elevan el pH del condensado a 8.5-9.0, neutralizando el CO₂.
- Aminas filmantes (octadecilamina): Forman una pelicula protectora sobre las superficies metalicas.
- Monitoreo de pH y hierro en puntos de retorno de condensado.
Relacion con el mantenimiento preventivo
El tratamiento quimico es complementario al mantenimiento preventivo de calderas. Ambos programas deben estar coordinados:
- Las inspecciones internas de la caldera validan la efectividad del programa quimico
- Los cupones de corrosion confirman las velocidades de corrosion
- La limpieza quimica (desincrustacion) se programa basada en hallazgos de inspeccion
Errores comunes en tratamiento de calderas
- No monitorear dureza diariamente: El suavizador puede agotarse sin aviso y pasar dureza durante horas.
- Sobredosificar sulfito: Contribuye a TDS excesivos y puede causar fragilizacion.
- No purgar adecuadamente: La purga es tan importante como la dosificacion de quimicos.
- Ignorar el condensado: El condensado contaminado puede reintroducir oxigeno y CO₂.
- No analizar la silice: Especialmente critico en calderas de media y alta presion.
Optimice el tratamiento de agua de sus calderas
En Grupo Eytra disenamos programas de tratamiento quimico para calderas adaptados a la calidad del agua de la Peninsula de Yucatan. Incluimos suministro de productos quimicos, monitoreo periodico, analisis de laboratorio y reportes de desempeno.
