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Sistemas de generacion de energia
Tipo: Resúmenes
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Campus Culiacán.
Departamento de adscripción : Metal – Mecánica. Carrera: Ingeniería Mecánica. Profesor: Ing. Ángel Velazo Alumno: Pardo Coronel Marco Jesús Número de control: #
Domingo 25 de mayo de 2025
Abstract Water treatment in boilers is a critical process to ensure the efficiency, safety, and durability of thermal systems used in power generation. This essay examines the main issues caused by untreated water, such as scale formation, internal corrosion, and foaming, which negatively impact boiler performance. It outlines and compares external treatment methods — including softening, deaeration, and reverse osmosis — with internal chemical treatments designed to maintain chemical balance and protect metallic components. Additionally, the importance of continuous monitoring of parameters such as pH, alkalinity, and electrical conductivity is emphasized. The role of the mechanical engineer in the selection, implementation, and supervision of water treatment strategies is also discussed, highlighting its significance in achieving a reliable and efficient thermal operation.
Keywords: water treatment, boilers, scaling, corrosion, thermal efficiency, mechanical engineering.
Introducción En los sistemas de generación de energía térmica, las calderas desempeñan un papel esencial al transformar agua en vapor para accionar turbinas o procesos industriales. Sin embargo, la calidad del agua utilizada en estos sistemas es un factor crítico que influye directamente en su eficiencia, seguridad y vida útil. El agua natural contiene impurezas como sales minerales, gases disueltos y sólidos suspendidos que, si no son adecuadamente tratadas, pueden provocar problemas graves como incrustaciones, corrosión y arrastres de agua dentro del equipo. Estas condiciones no solo afectan la transferencia de calor y el consumo energético, sino que también pueden provocar fallas estructurales y riesgos operativos.
El tratamiento del agua para calderas es, por tanto, una necesidad técnica y operativa. Este ensayo tiene como objetivo analizar la importancia del tratamiento de agua en sistemas de calderas, describir los métodos más utilizados —tanto externos como internos—, y destacar el papel del ingeniero mecánico en la gestión eficiente de estos procesos. La comprensión de estos aspectos es fundamental para garantizar un funcionamiento seguro, económico y sostenible en instalaciones térmicas modernas.
microorganismos y materia orgánica. Este método es especialmente útil en aplicaciones donde se requiere agua ultrapura, como en calderas de alta presión (IWTECH, 2022).
En conjunto, estos tratamientos no solo protegen los equipos, sino que también optimizan el consumo de energía y reducen los costos operativos al minimizar la frecuencia de mantenimiento. El tratamiento externo debe seleccionarse en función de la calidad del agua de alimentación disponible, el tipo de caldera y las condiciones específicas de operación.
Ablandamiento por Intercambio Iónico El ablandamiento por intercambio iónico es uno de los métodos más utilizados en el tratamiento externo del agua para calderas, especialmente cuando el suministro contiene altos niveles de dureza. La dureza del agua está principalmente asociada a la presencia de iones de calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺), los cuales, al concentrarse y calentarse en la caldera, tienden a formar incrustaciones sólidas que reducen la transferencia de calor y aumentan el riesgo de sobrecalentamiento localizado.
Este proceso se basa en el principio del intercambio iónico, donde el agua cruda pasa a través de una columna de resina catiónica en forma de sodio. A medida que el agua fluye, los iones de calcio y magnesio son retenidos por la resina, y en su lugar se liberan iones de sodio (Na⁺) al agua tratada. Este intercambio es reversible, lo que permite regenerar la resina mediante una solución de salmuera (cloruro de sodio), restaurando su capacidad de intercambio (Cruz, 2020).
El principal beneficio del ablandamiento por intercambio iónico es la prevención de incrustaciones calcáreas dentro de la caldera, lo cual no solo mejora la eficiencia térmica del equipo, sino que también reduce la necesidad de mantenimiento correctivo. Además, al disminuir la dureza, se evita el consumo innecesario de productos químicos en el tratamiento interno, lo que contribuye a una operación más limpia y económica.
Sin embargo, es importante mencionar que este proceso no elimina gases disueltos ni sólidos suspendidos, por lo que suele combinarse con otros métodos como la filtración y la desaireación térmica para lograr un tratamiento completo. Asimismo, se requiere un monitoreo periódico de la calidad del agua ablandada, especialmente en sistemas de alta presión, donde incluso trazas de dureza pueden ser perjudiciales.
Desaireación Térmica La desaireación térmica es un proceso esencial dentro del tratamiento externo del agua para calderas, cuyo objetivo principal es eliminar los gases disueltos en el agua, particularmente el oxígeno (O₂) y el dióxido de carbono (CO₂). Estos gases, cuando están presentes en el agua de alimentación, pueden inducir corrosión severa en las superficies metálicas internas de la caldera, tuberías y otros componentes del sistema. La corrosión por oxígeno es especialmente agresiva,
El uso de desaireadores térmicos es especialmente crítico en calderas de alta presión, donde las condiciones operativas hacen que los efectos del oxígeno y otros gases sean más destructivos. Además, la implementación de este proceso permite reducir el consumo de inhibidores de corrosión, optimizando el tratamiento interno y reduciendo costos operativos.
Desaireación química La desaireación química es un proceso complementario a la desaireación térmica y tiene como objetivo eliminar los restos de oxígeno disuelto que no pudieron ser extraídos completamente por métodos térmicos. Este paso es crucial, ya que incluso pequeñas cantidades de oxígeno pueden generar corrosión localizada en calderas, afectando la integridad de los tubos, recipientes y válvulas del sistema.
Para llevar a cabo esta tarea, se añaden agentes reductores al agua de alimentación. Entre los productos más comunes se encuentran el sulfito de sodio (Na₂SO₃) y la hidrazina (N₂H₄). El sulfito reacciona con el oxígeno en el agua formando sulfato, un compuesto inofensivo para los componentes metálicos. Por otro lado, la hidrazina no solo elimina el oxígeno, sino que también forma una capa protectora de magnetita sobre las superficies metálicas internas, proporcionando una defensa adicional contra la corrosión (Cruz, 2020).
Este tipo de desaireación se aplica sobre todo en sistemas donde no es posible alcanzar temperaturas elevadas suficientes para una desaireación térmica completa, o en combinación con ella para asegurar la eliminación total del oxígeno disuelto. Es importante ajustar cuidadosamente la dosificación de los productos químicos, ya que un exceso puede generar subproductos no deseados o alterar el equilibrio químico del agua.
Ósmosis Inversa (RO) La ósmosis inversa (RO, por sus siglas en inglés) es una tecnología de filtración de alta eficiencia utilizada en el tratamiento externo del agua para calderas, especialmente en aplicaciones que requieren agua ultrapura, como las calderas de alta presión o los sistemas de cogeneración. Su función principal es eliminar sales disueltas, sólidos suspendidos, materia orgánica, sílice y microorganismos, que no pueden ser removidos eficazmente con métodos tradicionales.
El proceso consiste en hacer pasar el agua a través de una membrana semipermeable a alta presión. Esta membrana permite el paso de moléculas de agua, pero retiene las impurezas disueltas, logrando una purificación de hasta el 99 % en muchos casos. La calidad del agua obtenida mediante RO reduce significativamente la carga de tratamiento interno y el riesgo de incrustaciones, corrosión y formación de espuma (Nalco, 2016).
Entre los compuestos más utilizados se encuentran los inhibidores de corrosión, que actúan formando una película protectora sobre las superficies metálicas internas. Estos productos suelen contener fosfatos, taninos, polifosfatos o silicatos, que inhiben el ataque de ácidos o gases disueltos, reduciendo el riesgo de picaduras y fisuras en el equipo (Nalco, 2016).
Otro grupo importante son los agentes alcalinizantes, como el hidróxido de sodio (NaOH) o el carbonato de sodio (Na₂CO₃), que se utilizan para mantener el pH en un rango alcalino (normalmente entre 9 y 11). Este ambiente alcalino favorece la precipitación de ciertas sales en forma no adherente y neutraliza los ácidos que pudieran generarse por descomposición térmica de compuestos orgánicos o por la presencia de CO₂ residual (Cruz, 2020).
Los secuestrantes o quelantes también forman parte del tratamiento interno. Estos compuestos (por ejemplo, EDTA o ácido cítrico) se combinan con iones metálicos como calcio, magnesio o hierro para formar complejos solubles, impidiendo su precipitación y facilitando su eliminación en los purgados del sistema.
Asimismo, se emplean dispersantes, que ayudan a mantener en suspensión los sólidos finos y productos de corrosión para evitar que se depositen en las superficies calientes. También se añaden antiespumantes, que evitan la formación de burbujas estables en el agua de la caldera, ya que estas pueden provocar arrastres de agua con el vapor, afectando la calidad del mismo y el funcionamiento de los equipos aguas abajo.
Es importante resaltar que el tratamiento interno debe estar estrechamente ligado a un programa de monitoreo que incluya la medición de parámetros como pH, alcalinidad, dureza residual, conductividad eléctrica y concentración de productos químicos. La dosificación incorrecta de aditivos puede ser tan perjudicial como la ausencia de tratamiento, por lo que se requiere una supervisión técnica constante.
Bibliografías Cruz, M. (2020). Tratamiento de agua para calderas industriales. McGraw-Hill.
IWTECH. (2022). Soluciones de tratamiento de agua para la industria. Recuperado de https://www.iwtech.com.mx
Nalco Water. (2016). Nalco Water Handbook (4ª ed.). McGraw-Hill Education. ASME. (2018). Boiler and Pressure Vessel Code: Section VI – Recommended Rules for the Care and Operation of Heating Boilers. American Society of Mechanical Engineers.
Aquapurifil. (2022). Soluciones en tratamiento de agua. Recuperado de https://www.aquapurifil.com.mx
