La calidad del agua y las precauciones que se deben tomar al calentarla
 

Antecedentes

Cuando el agua se calienta, se somete a una reacción química que hace que los minerales disueltos se "precipiten" en forma sólida. La cantidad de precipitación (escama o sarro) es directamente proporcional al volumen de agua utilizada y la temperatura del agua.

A medida que la temperatura del agua aumenta, también lo hace la tasa de precipitación y el potencial de corrosión.  El agua caliente libera gases disueltos, como el oxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2), que aumentan la conductividad eléctrica del agua y pueden combinarse con otros elementos y convertirse corrosivos a través del proceso de calentamiento.   La generación de escamas y / o corrosión causará pérdida de eficiencia, problemas de mantenimiento y posiblemente una falla total del equipo.

Es lógico pensar que una superficie de transferencia de calor sobre la que que se ha producido una acumulación de escamas (sarro), tendrá una transferencia de calor menos eficiente. Esto significa que la superficie metálica será más caliente que el diseño original porque ahora hay un aislante entre ella y el agua que se está tratando de calentar. Si existe una gran cantidad de sarro acumulado, el metal se calienta en exceso provocando distorsión, fatiga, y la eventual falla del calentador de agua.

Hechos Básicos

Para entender las fuentes y el potencial de los asuntos relacionadas con el sarro y la corrosión, debemos revisar algunos términos sobre la calidad del agua:

Dureza Del Agua

Una cualidad común de agua que contiene calcio y magnesio disueltos y, a veces, otros elementos  metálicos divalentes y trivalentes.   El término dureza se aplicó originalmente a las aguas en las que era difícil lavar,  refiriéndose al desperdicio de jabón en agua dura.   La dureza del agua evita que el jabón haga espuma, provocando el desarrollo de un precipitado insoluble en el agua;  la dureza del agua normalmente provoca la acumulación de escamas (tal como se ve en ollas y sartenes de cocina, y en calderas).   Las sales de calcio y magnesio disueltas en el agua son los principales responsables de la mayoría del sarro generado. La dureza se expresa generalmente en granos (grains) por galón (o ppm) como carbonato de calcio equivalente.

Dureza Total

En términos industriales actuales, Dureza Total se define como la suma de la las concentraciones de calcio y de magnesio, ambos expresados como carbonato de calcio, en miligramos por litro.

El Calcio (Ca)

Uno de los elementos principales que componen la corteza terrestre. Cuando se disuelven los compuestos de calcio, hacen al agua dura. La presencia de calcio en el agua es un factor que contribuye a la formación de sarro y una solución jabonosa insoluble, que ayudan a identificar claramente un agua dura.

Carbonato de calcio (CaCO3)

Un compuesto químico que se encuentra en la naturaleza como calcita (en piedra caliza, mármol y yeso) y aragonita (en perlas) y en cenizas de plantas, huesos y muchas conchas. Se utiliza para elevar el nivel de pH (reducir la acidez) de agua con pH bajo (ácido) y para filtrar los sedimentos.

TSS (Total de Sólidos Solubles)

Es la porción de sólidos en agua que puede pasar a través de un filtro de 2 micras. Cuanto más minerales estén disueltos en el agua, más alto será el Total de Sólidos Solubles. Los compuestos más comunes que integran el Total de Sólidos Solubles (TSS) son el calcio, fosfato, nitrato, sodio, potasio y cloro, y hay muchos otros no identificados.

Aguas con sólidos disueltos altos tienen generalmente un sabor extraño. En agua potable, es preferible un límite de 500 mg / L.

Entre los TSS se ocultan otros productos químicos o compuestos que también pueden causar problemas en el calentamiento de agua.

Tabla de tasa de acumulación de la dureza del agua
 
Que significa todo esto?

Tradicionalmente, la mayoría de los fabricantes de calentadores de agua mencionan la dureza del agua como un elemento que se debe tomar en cuenta y tomar las debidas precauciones antes de diseñar un sistema de agua caliente.   Los muchos años de experiencia que ha acumulado Hamilton en el calentamiento directo de agua ha demostrado que “tomar en cuenta la dureza” es un nivel de precaución que francamente se queda muy corto.
Vemos en el agua dos factores que consideramos esenciales y si esos parámetros de calidad del agua superan los valores de nuestros umbrales establecidos, para nosotros es como agitar una bandera roja de advertencia:
  • La dureza del agua no debe ser mayor de 12 granos (205 ppm o mg / l)
  • TSS (Total de Sólidos Solubles) no debe ser mayor de 450 ppm (mg / l)
 Los valores combinados de ambas lecturas no debe ser mayor de 450 ppm. El término que utilizamos para éste valor combinado es DCT (Dureza Combinada Total).

Cuando vemos niveles de DCT por encima de 450 ppm, no necesariamente evitamos calentar directamente el agua, sino que dirigimos nuestro análisis hacia el resto de la composición química del agua, observando factores tales como el pH, cloro, alcalinidad y hierro y en raras ocasiones calentaremos directamente el agua.  Un ejemplo de esto pueden ser resultados de dureza de 16 granos y niveles de TSS en 225, pero un pH neutro (7.0).   Si en éste caso, el pH fuera inferior a 6.5 o superior a 7.5 también buscamos más información sobre el agua.

¿Por qué Hamilton para calcular el DCT solamente considera la combinación de la dureza y el TSS? Porque esta es una forma muy sencilla de saber si una muestra de agua y otros análisis adicionales nos permiten realizar efectivamente un Cálculo de ILS (Índice Langelier de Saturación). El ILS es un cálculo que se realiza utilizando cuatro características conocidas del agua y la temperatura a la que vamos a calentar el agua. Con estos cinco factores, calcularemos el ILS.   Al presentar los resultados del ILS, generalmente se entienden así:
  • Si ILS es negativo: No se produce sarro, el agua disuelve el CaCO3
  • Si ILS es positivo: Se puede formar sarro y puede producirse la precipitación de CaCO3
  • Si ILS es cercano a cero: Existe un potencial marginal de generación de sarro. Cambios en la calidad del agua, cambios en la temperatura, o evaporación podrían cambiar el ILS.
Una vez que el ILS – que para nosotros determina la calidad de agua que se va a calentar – se calcula, haremos las recomendaciones a nuestros Clientes en cuanto a cómo debemos calentar (o tratar) la calidad de agua presente en el proyecto para minimizar el riesgo de problemas durante el proceso de calentamiento.

Después de todos estos chequeos y cálculos, ¿cuáles son las opciones de Hamilton ofrece?
  1. Incrementar el caudal de agua para permitir que el mayor flujo de agua ejerza una acción abrasiva, reduciendo la acumulación de sarro. Diseño y dimensionamiento de bombas y tuberías para las condiciones específicas. 
  1. Tratamiento de Agua - Generalmente sólo el ablandamiento es un proceso económicamente factible, ya que el costo de otras opciones puede volverse prohibitivo en la mayoría de aplicaciones que requieren grandes cantidades de agua caliente.  Hamilton ofrece "SoftPeak", nuestros sistemas para ablandamiento comercial de agua, calculados de una manera precisa para los flujos del sistema, utilizando cantidades  muy reducidas de sal, reduciendo efectivamente los costos de operación.






  1. El uso del sistema de calentamiento de agua indirecto de Hamilton llamado "Odd Water". 


Esquema de Odd-Water
 

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