¡¡Hola!! Bienvenido al Curso “Los Ciclos Agua- Vapor en Centrales Térmicas” Soy un Jefe de Turno experto en este tema y seré tu mentor a lo largo de todo.

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1 ¡¡Hola!! Bienvenido al Curso “Los Ciclos Agua- Vapor en Centrales Térmicas” Soy un Jefe de Turno experto en este tema y seré tu mentor a lo largo de todo este curso. Curso “Los Ciclos Agua-Vapor en Centrales Térmicas: Una Visión Química” Central Costanera Endesa Argentina

2 Unidad 0: Presentación del Curso

3 A los largo de este curso revisaremos los siguientes contenidos: 1. Mapa del Curso

4 En este curso adquiriremos los siguientes conocimientos y habilidades: 2.Objetivos del Curso: a. Objetivo General: Prevenir y solucionar la aparición de corrosión en las paredes interiores de las tuberías de la caldera de una central térmica. b. Objetivos Específicos: Conocer la definición de solución e identificar sus distintos tipos. Conocer el sistema condensado de alimentación de la caldera. Conocer el comportamiento del vapor de agua al interior de una tubería de la caldera. Conocer e identificar los distintos tipos de corrosión. Dominar el método de valoración directa. Dominar los procedimientos de prevención de ingreso de impurezas a la caldera. Dominar los procedimientos eliminación de impurezas desde el interior de la caldera.

5 Para desarrollar apropiadamente el curso dispones de una serie de HERRAMIENTAS, que puedes encontrar a la izquierda de la consola haciendo click sobre el botón del mismo nombre. Glosario: Listado de definiciones de términos complejos incluidos en los contenidos del curso. Mapa: Permite que te hagas una idea del curso y te indica en qué punto de éste te encuentras. Foro: Te permite discutir con otros participantes temas relativos a los contenidos del curso. Mensajes al Tutor: Te permite enviar mensajes al tutor del curso CONSOLA Ahora haz click en cada uno de los botones sucesivamente. GLOSARIO: Absorbancia: A = I0 I Donde: I0: Intensidad de la radiación incidente. I: Intensidad de la misma radiación luego de atravesar un medio absorbante. Cuantificar: Determinar cantidad y/o concentración de un analito en una muestra. Concentración: Parámetro que indica la cantidad de sustancia disuelta por unidad de volumen de solución. Efecto de Matriz: Perturbaciones debidas a la presencia de uno o más constituyentes que acompañan al elemento a cuantificar (analito). Ref.: AFNOR T01-040 Medición Colorimétrica: Consiste en: 1.Ajustar un espectrofotómetro de absorción en el visible a una longitud de onda donde el producto absorba. 2.Medir la absorción debida al producto. El instrumento da una respuesta en absorbancia que es proporcional a la concentración. Solución de Ensayo en Blanco: Solución preparada de la misma manera que la solución de valoración pero tal que no contenga la sustancia a cuantificar. Solución de Valoración: Solución originada a partir de una porción de la muestra sometida al análisis y acondicionada de manera tal que la presencia de la sustancia a cuantificar se traduzca en una adecuada respuesta del instrumento. Ref.: AFNOR T01-040 Valorar: Verificar con uno o más productos de referencia (estándares).

6 Unidad 1: El Ciclo Agua-Vapor y la Corrosión

7 En esta unidad revisaremos los siguientes contenidos: 1. Mapa de la Unidad

8 También adquiriremos los siguientes conocimientos y habilidades: 2. Objetivos: Conocer la definición de solución e identificar sus distintos tipos. Conocer el sistema condensado de alimentación de la caldera. Conocer el comportamiento del vapor de agua al interior de una tubería de la caldera. Conocer e identificar los distintos tipos de corrosión.

9 a.Tipos de Soluciones: Diluida Moderada Concentrada Saturada Diluída Moderada Concentrada Sólido Saturada Haz click en cada uno de los tipos. 3.Definición de Solución: Son mezclas homogéneas que tienen una sola fase.

10 4. Sistema Condensado –Alimentación – Caldera: Agua de reposición Agua de alimentación condensado Agua de caldera Vapor saturado - sobrecalentado - recalentado Sistema de transporte de calor

11 a. Cinco Instantes de una Burbuja de Vapor: Ebullición Nucleada ConcentraciónEvaporación Disolución parcial de los depósitos Disolución total de los depósitos Agua de caldera Burbuja de vaporSustrato Solución saturada cerca de la superficie Depósitos Perfil original de los depósitos

12 b. Transición de Calentamiento a Ebullición: Ebullición Ebullición incipienteEbullición nucleada Ebullición en película Agua de caldera Superficie de calentamiento Líquido sobrecalentado Vapor sobrecalentado Vapor saturado Calentamiento

13 5. Tipos de Corrosión: Producida por la aparición de sedimentos en las paredes de los tubos de la caldera. b. Corrosión por hidrógenoa. Corrosión cáustica d. Picado de Tubosc. Descincificación de Latón Haz Click en cada uno de los tipos. Fotografía cortesía de NACE.

14 Envía un Mensaje al Tutor del curso, haciendo click en ENVIAR MENSAJE, donde expliques la relación entre las soluciones, el ciclo agua-vapor y la corrosión. ¡Éxito! ENVIAR MENSAJE 6. Hito Unidad 1

15 Unidad 2: Previniendo el Ingreso de Impurezas

16 En esta unidad revisaremos los siguientes contenidos: 1. Mapa de la Unidad

17 También adquiriremos los siguientes conocimientos y habilidades: 2. Objetivos: Dominar el método de valoración directa. Dominar los procedimientos de prevención de ingreso de impurezas a la caldera.

18 Los conceptos en negrita puedes encontrarlos en el GLOSARIO. a.Ejemplo: Supongamos que debemos analizar una solución coloreada de azul de sulfato de Cu(II), CuSO4, de concentración desconocida. Esta valoración la efectuaremos, como ya se dijo, realizando una medición colorimétrica con un espectrofotómetro de absorción en el visible, para medir su absorbancia. Sin embargo, este método requiere seguir una serie de pasos: Para calibrar nuestro instrumento vamos a preparar una serie de soluciones de calibración. Para ello debemos disponer de: Una solución de Cu(II) de referencia inicial de 100 mg/lˉ Material de laboratorio necesario para preparar las soluciones secundarias. ¿Qué volumen (en ml.) de solución de referencia (de 100 mg/lˉ) deberá colocarse en un matraz aforado de 100 ml para obtener una concentración final de 5, 10, 15 y 20 mg/lˉ? Para obtener el volumen (en ml.) de solución que se requiere, utilizamos la siguiente ecuación: Vi * Ci = Vf * Cf Donde: Vi : Volumen de la alícuota de referencia inicial. Ci : Concentración de la solución de referencia inicial. Vf : Volumen del matraz donde se efectuará la dilución. Cf : Concentración de la solución final. 3. Método de Valoración Directa: Permite cuantificar la concentración de una solución. La manera más simple de efectuar esta valoración es por medio de una medición colorimétrica, que se lleva a cabo con un espectrofotómetro de absorción en el visible, y da una respuesta (en absorbancia) proporcional a la concentración. Haz click en el ejemplo.

19 Calcula los respectivos volúmenes e ingresa los resultados en el cuadro de respuesta. ¿Qué volumen (en ml.) de solución de referencia (de 100 mg/lˉ) deberá colocarse en un matraz aforado de 100 ml para obtener una concentración final de 5, 10, 15 y 20 mg/lˉ? Para obtener el volumen (en ml.) de solución que se requiere, utilizamos la siguiente ecuación: Vi * Ci = Vf * Cf Donde: Vi : Volumen de la alícuota de referencia inicial. Ci : Concentración de la solución de referencia inicial. Vf : Volumen del matraz donde se efectuará la dilución. Cf : Concentración de la solución final. Cuadro de Respuesta 1. 2. 3. 4. (Respuestas)

20 Admitiendo que ya hemos preparado la serie de soluciones de calibración, que se encuentran cada una en una cubeta, mediremos su absorbancia con el espectrofotómetro. Desplaza cada una de las cubetas, presionando el botón izquierdo del ratón sobre cada una de ellas y manteniéndolo apretado hasta que estén en el compartimiento de muestra del espectrofotómetro. Una vez allí presiona medición y el valor de la absorbancia se fijará en el instrumento. Cuando la cubeta vuelva a su posición inicial continua con las demás. Agua destilada (medición del cero del instrumento) Solución de 5 mg/lˉ Solución de 10 mg/lˉ Solución de 15 mg/lˉ Solución de 20 mg/lˉ Absorbancia (Aquí debe estar el espectrofotómetro y tener un compartimiento de muestra, donde se introducirán las cubetas, una pantalla donde aparezca la absorbancia medida y un botón medición.) Medición Pantalla Comp art im ie nt o RESPUESTAS ABSORBANCIA CubetasRespuestas Agua destilada (medición del cero del instrumento) 0.000 Solución de 5 mg/lˉ0.186 Solución de 10 mg/lˉ0.374 Solución de 15 mg/lˉ0.560 Solución de 20 mg/lˉ0.744

21 Una vez hechas estas mediciones trazaremos la curva analítica. Ingresa en los cuadros los valores mínimo y máximo, que deben colocarse en los ejes X e Y respectivamente. (Debe haber una matriz en que el eje X sea la Concentración (mg/lˉ) y el eje Y sea la absorbancia. No deben estar graduados los ejes.) Valor Máximo Valor Mínimo (Respuestas)

22 ConcentraciónAbsorbancia Agua destilada (medición del cero del instrumento) 0.000 Solución de 5 mg/lˉ0.186 Solución de 10 mg/lˉ0.374 Solución de 15 mg/lˉ0.560 Solución de 20 mg/lˉ0.744 Puntos + + + + + Ubica los puntos experimentales presionándolos y arrastrándolos a su posición en el gráfico. (si no son ubicados correctamente vuelven al punto de partida)

23 Determinaremos ahora la absorbancia de Cu(II), la solución cuya concentración se desconoce, con el espectrofotómetro. Desplaza cada una de las cubetas, presionando el botón izquierdo del ratón sobre cada una de ellas y manteniéndolo apretado hasta que estén en el compartimiento de muestra del espectrofotómetro. Una vez allí presiona medición y el valor de la absorbancia se fijará en el instrumento. Cuando la cubeta vuelva a su posición inicial continua con las demás. Agua destilada (medición del cero del instrumento) Absorbancia (Aquí debe estar el espectrofotómetro y tener un compartimiento de muestra, donde se introducirán las cubetas, una pantalla donde aparezca la absorbancia medida y un botón medición.) Medición Pantalla Comp art im ie nt o CubetasRespuestas Agua destilada (medición del cero del instrumento) 0.000 Solución de concentración desconocida 0.525

24 Después de haber medido la absorbancia de la solución de concentración desconocida, vamos a posicionar el valor medido sobre la curva analítica. La absorbancia de la solución desconocida es 0.525 Al posicionarla sobre la curva, a partir del eje Y, obtenemos en correspondencia, sobre el eje X, la concentración en mg/lˉ de la solución analizada. Ingrese ese valor en el cuadro de concentración. Puntos + + + + + Concentración Solución Desconocida Absorbancia 0,525 (Respuestas)

25 Envía un mensaje al Tutor del curso, haciendo click en ENVIAR MENSAJE, donde expliques cuál es la utilidad del Método de Valoración Directa. ¡Éxito! ENVIAR MENSAJE 4. Actividad:

26 5. Evitando el Ingreso de Impurezas: a. Tratamiento de agua para alimentación de calderas. b. Estanqueidad del condensador. c. Control de los productos químicos de tratamiento Evitar ingreso de impurezas Haz click sobre el botón. Haz click sobre cada una de las maneras de evitar el ingreso de impurezas. a. Tratamiento de Agua para Alimentación de Calderas: Se realiza una desmineralización con resinas de intercambio catiónico. (Haz click para ver la resina) En este proceso se eliminan las impurezas que contiene el agua, hasta dejarla con las siguientes características: Conductividad < 0,1µS/cm Sílice (SiO2) < gammas/L (0,010 ppm) Este proceso tiene como finalidad (objetivos químicos): Minimizar la corrosión para mantener la integridad del sistema y asegurar una larga vida útil del mismo. Minimizar la aparición de corrosión local en los materiales de la caldera, que puede aparecer en zonas de baja circulación de agua, especialmente bajo los depósitos y dentro de huecos. Minimizar el transporte de productos corrosivos, provenientes del sistema de condensado o del agua de alimentación. Minimizar la corrosión del circuito vapor, turbina, condensado, agua de alimentación. b. Estanqueidad del Condensador: Al interior del condensador se ha creado un estado de vacío, y la presión del agua de refrigeración es mayor que la del vapor al interior del condensador, por lo tanto, sise produce alguna picadura o fisura, ésta se filtrará fácilmente al condensador y contaminará todo el circuito. (Haz click para ver animación.) c. Control de los Productos Químicos de Tratamiento: La evidencia más rápida para determinar la contaminación al interior del circuito es, normalmente, la conductividad que se encuentra en el agua luego de pasar por una columna con resina catiónica. Cuando no ingresan contaminantes al circuito, el agua, luego de pasar por la resina catiónica, tiene una conductividad de 0,30 µS/cm. (Haz click para ver animación) Cuando ingresan contaminantes al circuito, el agua, luego de pasar por la resina catiónica, tiene una conductividad de 0,4 µS/cm. (Haz click para ver animación.) Haz click para ver la resina. Haz click para ver animación.

27 Entra al Foro, que se encuentra en las Herramientas, y participa en discutiendo, con los demás participantes, la importancia de evitar el ingreso de impurezas a una caldera. ¡Éxito! 6. Hito Unidad 2

28 Unidad 3: Eliminación de Impurezas

29 En esta unidad revisaremos los siguientes contenidos: 1. Mapa de la Unidad

30 También adquiriremos los siguientes conocimientos y habilidades: 2. Objetivos: Dominar los procedimientos eliminación de impurezas desde el interior de la caldera.

31 3. Eliminación de Impurezas Eliminación de impurezas a. Pulido de condensado. b. Purga agua de caldera c. Desaireación Haz click sobre el botón. Haz click sobre cada una de las maneras de eliminar impurezas. a.Pulido de Condensado: Es una planta de tratamiento (o planta de pulido de condensado) que asegura la pureza del agua de alimentación. Este sistema es OBLIGATORIO en todas las calderas de paso único, que no poseen el domo y, por lo tanto, carecen de una pava purificadora, por lo que todas las impurezas que entren con el agua de alimentación pasarán al vapor. Otro origen de contaminación es el condensador, que es un intercambiador de calor al interior del cual el vapor es condensado al entrar en contacto con tubos por los que circula agua de refrigeración. Esta agua puede provenir de un río o del mar. b. Purga del Agua de Caldera: El domo de las calderas lo podemos comparar a una pava, donde las impurezas presentes en el agua se concentran ya que, aunque ésta – agua- sea de las más puras, contiene pequeñas cantidades de impurezas. En el domo se produce la separación entre el vapor y el agua, y este vapor puede estar contaminado por dos mecanismos: 1.Arrastre mecánico: el vapor arrastra pequeñas gotas de agua, que si no son separadas por los ciclones, alcanzan etapas más avanzadas del ciclo. 2.Arrastre por el vapor: el vapor es mucho más puro que el agua de la cual proviene, pero cuanto más contaminada sea el agua más lo será el vapor que produzca. Una impureza (como SiO2) se reparte entre el vapor y el agua, lo que se denomina partición. El grado de este reparto, es decir, cuanto (SiO2) se va con el vapor y cuanto permanece en el agua, está determinado por el coeficiente de partición, que tiene un valor constante para cada temperatura y presión. El problema de esto, es que el coeficiente aumenta al aumentar la temperatura y presión, es decir, si tenemos una agua de una composición determinada -cualquier tipo de sustancia diluida en el agua-, cuanto más aumentemos la presión, más de la sustancia se irá con el vapor. Por esta razón se reducen y limitan las presiones en las calderas con domo, para mantener la pureza del vapor. Lo normal, durante los ciclos de las calderas con domo, es que las pequeñas impurezas se vayan concentrando, mientras la calidad -del ciclo- se mantiene mediante la purga continua del mismo. En los circuitos agua vapor de las centrales térmicas modernas, debido a las altas presiones existentes en las calderas, la que gobierna es la turbina. Ella es la que pone los límites. c. Desaireación: La eliminación del oxígeno en ambos tratamientos se efectúa en el condensador y en el desgasificador. Las trazas que se fugan de ellos son eliminadas mediante una reacción con hidracina, que se debe agregar en una proporción que asegure su reacción con el oxígeno, sin excederse en gran medida ya que a altas temperaturas se descompone en amoníaco, cuya presencia en valores elevados provoca corrosión en las aleaciones de cobre.

32 Envía un mensaje al Tutor del curso, haciendo click en ENVIAR MENSAJE, donde expliques la importancia de eliminar la impurezas presentes en el circuito de la caldera. ¡Éxito! ENVIAR MENSAJE 4. Actividad:

33 5. Inyección Química: Permite acondicionar el agua procedente de la planta para que no sea agresiva –corrosiva- hacia los diversos componentes de los ciclos agua vapor por los que pasa. Haz click sobre el botón. Haz click sobre cada una de las maneras de inyectar químicos. a.Control de pH: Es un tratamiento con bajo contenido de fosfatos, donde el amoníaco acondiciona el agua y el vapor del ciclo. Se inyecta en la caldera una mezcla de fosfatos que presenta mayor poder amortiguador sobre la acción de las impurezas, pero pueden presentarse problemas por deposición de fosfatos y arrastre de éstos en el vapor si se usan en cantidad elevada, lo que se acentúa al elevar las presiones de operación. Se agregan fosfatos disódico ( Na2HPO4) y trisódico (Na3PO4) en una relación ideal en la que quedaría Na/PO4 = 2,6, con extremos de Na/PO4 = 2, 1 y Na/PO4 = 2, 8, para que no se produzca acidez o alcalinidad libres, que son potencialmente corrosivas. b. Inyección de Hidracina: Es el denominado Tratamiento Todo Volátil (AVT), que utiliza hidracina y amoníaco. El amoníaco puede provenir de la descomposición de la hidracina como puede ser agregado. Acondiciona el pH del vapor y del agua a valores para ciclos con metalurgia mixta, es decir, aleaciones ferrosas y cuprosas. Inyección Química a. Control de pH b. Inyección de hidracina (TERCER POP UP) ES IMPORTANTE DESTACAR QUE UNA CALDERA, SOMETIDA A TRATAMIENTO VOLATIL, QUE SUFRE UNA CONTAMINACION QUE NO SEA DE TIPO CATASTROFICA, PUEDE SEGUIR OPERANDO DURANTE UN TIEMPO INYECTANDO FOSFATOS Y VOLVIENDO LUEGO AL TRATAMIENTO VOLATIL, ES DECIR, PASANDO DE UN TRATAMIENTO A OTRO.

34 Entra al Foro, que se encuentra en las Herramientas, y participa en discutiendo, con los demás participantes, la utilidad y los riesgos de inyectar químicos al circuito de la caldera. ¡Éxito! 6. Hito Unidad 2

35 ¡¡¡FELICITACIONES!!! Haz superado con éxito el curso “Los Ciclos Agua- Vapor en Centrales Térmicas: Una Visión Química”, ahora estás en condiciones de enfrentar los desafíos que implica mantener funcionando apropiadamente el circuito de una caldera. ¡¡¡HASTA PRONTO!!! FIN