Fundamentos del control de TDS en el agua de caldera

Según se genera vapor en una caldera, las impurezas que se encuentran en el agua de alimentación de caldera y que no hierven con el vapor, se concentrarán en el agua de la caldera. A medida que los sólidos disueltos se concentran cada vez más, las burbujas de vapor tienden a ser más estables, dejando de reventar al llegar a la superficie del agua de la caldera.

Llega un momento (dependiendo de la presión de la caldera, el tamaño y carga de vapor), en la que se llena una parte sustancial del espacio de vapor en la caldera con las burbujas y la espuma se arrastra a la tubería de salida de vapor.

Obviamente esto no es deseable, no solo debido a que el vapor estará excesivamente húmedo al salir de la caldera, sino que contiene agua de caldera con un alto nivel de sólidos disueltos y suspendidos. Estos sólidos contaminarán las válvulas de control, intercambiadores de calor y purgadores de vapor.

Si bien la formación de espuma puede ser causada por altos niveles de sólidos en suspensión, alta alcalinidad o por contaminación por aceites y grasas, la causa más común de arrastres (siempre y cuando que los otros factores se controlen adecuadamente) es un alto nivel de total sólidos disueltos (TDS). Un control de TDS en el agua de caldera cuidadoso, junto con una atención a estos factores, debe asegurar que los riesgos de formación de espuma y los arrastres se reducen al mínimo.

Los TDS pueden ser expresados en un varias diferentes unidades y en la siguiente tabla nos muestra algunas conversiones aproximadas de TDS en ppm a otras unidades. Grados Baumé y grados Twaddle son escalas alternativas de hidrómetro.

 

Comparación de unidades usadas para medir TDS

Muestreo del agua de caldera 

Se puede medir el nivel de TDS en el agua de la caldera por:

• Tomando una muestra y determinando el TDS externo a la caldera, o por
• Un sensor en el interior de la caldera que proporciona una señal a un monitor externo. 

Toma de muestras para análisis externo 

Cuando se toma una muestra de agua de la caldera es importante asegurar que es representativa. No se recomienda que la muestra se tome de los visores de nivel a nivel o cámaras de control externas, el agua en estas es casi condensado puro formado por la condensación continua del vapor en el cristal/cámara externa.

Del mismo modo, las muestras tomadas cerca de la conexión de entrada de agua de alimentación de caldera pueden dar lecturas falsas. Hoy en día, la mayoría de los fabricantes de calderas instalan una conexión de purga de TDS, y generalmente se puede obtener una muestra representativa en esta ubicación.

Si el agua se extrae sencillamente de la caldera, una parte se revaporizará violentamente al reducirse su presión. Esto no sólo es potencialmente muy peligroso para el operario, también el análisis posterior no será bueno debido a la pérdida de revaporizado en la concentración de la muestra.

Como se requiere una muestra fría para el análisis, un enfriador de muestra también ahorrará mucho tiempo y facilitará que se tomen muestras más frecuentemente. Un enfriador de muestras es un pequeño intercambiador de calor que utiliza agua corriente fría para enfriar la muestra de agua de purga. 

Método densidad relativa 

La densidad relativa del agua está relacionada con su contenido de sólidos disueltos. Para agua natural, agua de alimentación y condensado la densidad relativa es tan cercana a la del agua pura que no se puede medir satisfactoriamente utilizando un hidrómetro. Para el agua de caldera, sin embargo, un hidrómetro se puede utilizar para obtener una medida aproximada de los sólidos disueltos, ya que para el agua de caldera, cada incremento de 0,0001 en la densidad relativa a 15,5°C es aproximadamente igual a 110 ppm.

Se requiere un hidrómetro muy sensible que necesite una manipulación y uso cuidadoso, si se quiere obtener una medida satisfactoria de TDS. El procedimiento es generalmente el siguiente:

• Filtrar la muestra de agua de caldera enfriada para eliminar los sólidos suspendidos, que, de lo contrario, podrían dar una lectura falsa.
• Enfriar a 15,5°C.
• Añadir unas gotas de un agente humectante para evitar que burbujas se adhieran al hidrómetro.
• Colocar el hidrómetro en la muestra y girar suavemente para eliminar las burbujas.
• Leer la densidad relativa.
• De la tabla suministrada con el hidrómetro leer los TDS o calcular los TDS en ppm mediante el uso de la ecuación que está a continuación:

El hidrómetro es un instrumento delicado, que pueden dañarse fácilmente. Para evitar la obtención de lecturas falsas que debe ser revisada regularmente contra agua destilada. 

Método por conductividad 

La conductividad eléctrica del agua depende también del tipo y la cantidad de sólidos disueltos contenidos. Dado que la acidez y la alcalinidad tienen un gran efecto sobre la conductividad eléctrica, es necesario para neutralizar la muestra de agua de la caldera antes de medir su conductividad. El procedimiento es como sigue:

• Añadir unas gotas de solución indicadora de fenolftaleína a la muestra enfriada (<25°C).
• Si la muestra es alcalina, un color púrpura fuerte se obtiene.
• Añadir ácido acético (típicamente 5%) gota a gota para neutralizar la muestra, mezclando hasta que el color desaparezca. 

El TDS en ppm es entonces aproximadamente como se muestra en siguiente ecuación:

Alternativamente, se puede usar medidor de conductividad con compensación de temperatura, alimentado por batería, como el de la siguiente figura, que es adecuado para su uso hasta una temperatura de 45°C:

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