Introducción
La generación de vapor y el calentamiento de fluidos son procesos fundamentales en la industria moderna.
En prácticamente todos los sectores productivos, las calderas, los calentadores y los circuitos de fluido térmico operan de forma continua, transfiriendo energía para procesos de secado, cocción, reacciones químicas, esterilización y cientos de otras aplicaciones.
Sin embargo, la eficiencia y la vida útil de estos sistemas dependen directamente de la calidad de los fluidos que circulan en su interior. Es en este punto donde la dosificación precisa de productos químicos se convierte en un factor crítico para el funcionamiento seguro y eficiente del sistema.
El Mercado de las Calderas, los Calentadores y los Fluidos Térmicos
El mercado de las calderas, los calentadores y los fluidos térmicos abarca prácticamente todos los sectores de la industria de procesos.
Las calderas (generadores de vapor) tienen una presencia transversal en la industria de procesos. Desde la pasteurización, cocción y esterilización en las industrias alimentaria y farmacéutica, hasta la cocción de pulpa y el secado en las plantas de celulosa y papel, pasando por el calentamiento de procesos en refinerías, plantas petroquímicas, siderúrgicas y los procesos de acabado en la industria textil, el vapor sigue siendo el medio de transferencia de calor más utilizado en la producción industrial.
Los calentadores de fluido térmico, por su parte, se utilizan en procesos que requieren temperaturas superiores a 200 °C sin necesidad de operar a altas presiones, como en las industrias del caucho y los plásticos, la madera, la química fina y el tratamiento de superficies, donde el fluido circula en un circuito cerrado y puede alcanzar temperaturas de hasta 400 °C.
En cualquiera de estos escenarios, el agua de alimentación o el fluido de trabajo debe ser controlado químicamente para garantizar que el equipo opere con seguridad, eficiencia y dentro de la vida útil prevista en su diseño.
¿Cuáles son los Procesos Involucrados?
El funcionamiento de una caldera de vapor comprende, básicamente, cuatro grandes sistemas interconectados: el sistema de alimentación de agua (agua de reposición make-up + condensado retornado), el sistema de generación de vapor (cuerpo de la caldera y tubos), el sistema de distribución (vapor sobrecalentado o saturado hacia la red de proceso) y el sistema de purga (control de los sólidos disueltos en el interior de la caldera).
La calidad del agua está presente en todas estas etapas: ingresa por el sistema de alimentación, pasa por el desaireador (donde el oxígeno disuelto se elimina mecánicamente), recibe la adición de productos químicos para su tratamiento, se transforma en vapor dentro de la caldera y, tras su utilización en el proceso, regresa en forma de condensado para reiniciar el ciclo.
En los sistemas de fluido térmico, el circuito es cerrado y no existe cambio de fase. Sin embargo, el control de la acidez, la oxidación y la degradación del fluido requiere un monitoreo continuo.
En los calentadores de fluido térmico, la dosificación de inhibidores de corrosión y antioxidantes protege tanto el fluido como las superficies de intercambio térmico, prolongando el intervalo entre los cambios de fluido y reduciendo los costos operativos del sistema.
Dosificación de Productos Químicos para el Tratamiento del Agua de Calderas
El Problema: Incrustaciones y Corrosión
El agua que alimenta una caldera industrial rara vez se encuentra en condiciones ideales para su uso directo. Incluso después de un tratamiento previo mediante ablandamiento, ósmosis inversa o desmineralización, aún contiene oxígeno disuelto, presenta variaciones de pH y puede contener trazas de dureza y sílice.
Sin un tratamiento químico continuo y adecuado, dos fenómenos comprometen inevitablemente la integridad de la caldera: las incrustaciones y la corrosión.
Las incrustaciones se producen cuando las sales de calcio y magnesio, los carbonatos y los sulfatos precipitan sobre las superficies calientes de los tubos, formando una capa sólida de baja conductividad térmica.
Desde el punto de vista energético, el impacto es directo: una incrustación de tan solo 1 mm de espesor puede aumentar el consumo de combustible hasta en un 7 %. Con 3 mm de espesor, el sobrecalentamiento localizado de los tubos puede provocar una falla mecánica por rotura, con graves consecuencias para la planta.
La corrosión, por su parte, es favorecida por la presencia de oxígeno disuelto (O₂) y por un pH fuera del rango alcalino ideal (entre 10,5 y 11,5 para calderas de media presión).
El ataque electroquímico corroe progresivamente las paredes internas de los tubos, los colectores y el tambor de la caldera, reduciendo el espesor de las paredes y generando un elevado riesgo de falla catastrófica bajo presión.
Los Productos Químicos y la Necesidad de una Dosificación Precisa
El control de estos problemas se realiza mediante la dosificación continua de productos químicos específicos, tales como:
- secuestrantes de oxígeno (como sulfito de sodio, DEHA o hidrazina), que eliminan químicamente el O₂ residual que escapa del desaireador, evitando la corrosión electroquímica en los tubos;
- inhibidores de incrustaciones y dispersantes (polifosfatos, fosfonatos y poliacrilatos), que mantienen las sales de calcio y magnesio en suspensión, evitando su precipitación sobre las superficies calientes; y
- controladores de pH y agentes alcalinizantes (hidróxido de sodio y aminas neutralizantes), que mantienen el pH del agua de la caldera dentro del rango alcalino de protección, inhibiendo la corrosión tanto en las superficies internas como en la red de retorno de condensado.
El punto crítico de esta operación radica en la precisión y la continuidad de la dosificación.
Una dosificación insuficiente de secuestrante de oxígeno deja oxígeno libre para atacar los tubos. Por el contrario, una dosificación excesiva incrementa la concentración de sólidos disueltos y provoca el arrastre de productos químicos hacia el vapor, contaminando el proceso.
En el caso de los inhibidores de incrustaciones, una dosificación insuficiente favorece la formación de incrustaciones, mientras que una dosificación excesiva puede generar acumulación de lodos en los tubos.
Por este motivo, las bombas convencionales no son adecuadas para esta aplicación. El proceso requiere bombas dosificadoras capaces de proporcionar una dosificación precisa, ajustable y estable a lo largo del tiempo.
La selección correcta del modelo depende, sin embargo, del punto de inyección dentro del circuito y, en consecuencia, de la presión de operación existente en ese punto.o entanto, depende do ponto de injeção no circuito, e, consequentemente, da pressão de operação envolvida.
Dos Escenarios de Dosificación: Dos Familias de Bombas Dosificadoras OMEL
El tratamiento del agua de las calderas se realiza en dos puntos distintos del circuito, con condiciones de presión significativamente diferentes. Cada escenario requiere una familia de bombas dosificadoras adecuada. OMEL ofrece soluciones para ambos.
Escenario 1: Pretratamiento del Agua (Presión Baja a Media) – Bomba Dosificadora DMP
El primer punto de dosificación se encuentra en el sistema de pretratamiento del agua o en las líneas presurizadas de calderas de baja presión, un escenario típico de las calderas pirotubulares, que en la mayoría de los casos operan con presiones entre 10 y 25 bar.
En este punto, que puede incluir el tanque de agua de reposición (make-up), el desaireador o la línea de alimentación de baja presión, se adicionan los productos químicos para corregir la calidad del agua en condiciones de presión baja a media.
Los inhibidores de incrustaciones, dispersantes y controladores de pH se dosifican normalmente en esta etapa, cuando el sistema todavía opera con presiones compatibles con las líneas de servicios auxiliares.
Para este escenario, la Bomba Dosificadora de Pistón DMP de OMEL es la solución recomendada. Desarrollada a partir de la reconocida línea NSP, la DMP es una bomba de pistón de construcción monobloque, con capacidad para incorporar hasta 6 cabezales dosificadores accionados por una única unidad motriz.
Cada cabezal dispone de su propio excéntrico, lo que permite una dosificación independiente y un ajuste de capacidad del 10 al 100 % con la bomba en funcionamiento, mediante tornillo micrométrico o, opcionalmente, mediante actuadores neumáticos o eléctricos.
Parámetros operativos de la DMP:
- Capacidad por cabezal: de 2,8 L/h hasta 1.042,5 L/h (según el diámetro del pistón)
- Presión máxima: hasta 328 kgf/cm²
- Temperatura del fluido: hasta 80 °C
- Configuración: hasta 6 cabezales por unidad de accionamiento
- Motores: 0,25; 0,50 y 0,75 HP, 220/380 V, trifásicos, 4 polos, 60 Hz
La amplia variedad de materiales disponibles para los cabezales (Acero Inoxidable 304, Acero Inoxidable 316, Alloy 20, Hastelloy B y Hastelloy C, además de versiones plásticas en PVC, PEAD, PP y PTFE) permite seleccionar la configuración más adecuada para el producto químico que se va a dosificar.
La configuración multicabezal resulta especialmente ventajosa cuando existen múltiples puntos de inyección o varios productos químicos que deben dosificarse, ya que centraliza el accionamiento en una única unidad.
Escenario 2: Inyección en la Línea de Alta Presión – Bombas Dosificadoras Serie NSP
El segundo punto de dosificación corresponde a la inyección directa en la línea de alimentación de alta presión de la caldera, después de la bomba de alimentación, cuando el sistema ya se encuentra presurizado.
Este escenario es característico de las calderas acuotubulares (water-tube), en las que el agua circula por el interior de los tubos mientras los gases calientes fluyen por el exterior.
Por su diseño, las calderas acuotubulares operan a presiones mucho más elevadas que las calderas pirotubulares (fire-tube), pudiendo superar los 100 bar en aplicaciones industriales de media presión y alcanzar cientos de bar en plantas de generación de energía. Las centrales termoeléctricas, por ejemplo, pueden operar con calderas a presiones del orden de 200 bar.
En este régimen de operación, la dosificación de secuestrantes de oxígeno e inhibidores de corrosión debe realizarse venciendo la presión del propio sistema, lo que exige bombas dosificadoras diseñadas específicamente para este nivel de servicio.
Para este escenario, OMEL ofrece las bombas dosificadoras de las series NSP/P (pistón) y NSP (diafragma), ambas diseñadas conforme a la norma API 675.
Estas series fueron desarrolladas para aplicaciones de alta precisión en procesos críticos, proporcionando un ajuste lineal de la capacidad del 10 al 100 % y un error máximo de dosificación del 1 %.
El diafragma hidráulicamente equilibrado de la Serie NSP aísla completamente el producto bombeado de la parte mecánica de la bomba, eliminando el riesgo de contaminación y garantizando una hermeticidad total, incluso al manejar fluidos corrosivos, tóxicos o de alta temperatura.
Parámetros Operativos de la NSP/M-P:
- Capacidad por cabezal: de 0,26 a 13 L/h
- Presión máxima: hasta 200 bar
- Temperatura del fluido: de -40 °C a +400 °C
- Precisión: error máximo del 1 % en la dosificación
Parámetros Operativos de la NSP/P:
- Capacidad por cabezal: hasta 33.600 L/h (por cabezal)
- Presión máxima: hasta 350 kgf/cm²
- Temperatura del fluido: de -40 °C a +400 °C
- Precisión: error máximo del 1 % en la dosificación
Parámetros Operativos de la NSP:
- Capacidad por cabezal: hasta 5.500 L/h
- Presión máxima: hasta 340 bar
- Temperatura del fluido: de -40 °C a +400 °C
- Precisión: error máximo del 1 % en la dosificación
- Opción: diafragma triple (patente de OMEL) para una mayor seguridad operativa.
Los materiales disponibles para los cabezales cubren la amplia variedad química de los productos utilizados en el tratamiento de agua de calderas, incluyendo AISI 304, AISI 316, AISI 316L, Hastelloy B, Hastelloy C, Alloy 20, además de PVC, PTFE y polipropileno.
La versión NSP con diafragma triple, patentada por OMEL, está indicada para aplicaciones que requieren el máximo nivel de protección. Los tres diafragmas, dispuestos en serie, crean una barrera de seguridad que permite detectar cualquier rotura mediante un vacuómetro (con posibilidad de alarma o integración con un PLC) antes de que el producto pueda contaminar el sistema mecánico de la bomba.
Conclusión
La calidad del agua en los sistemas de calderas, calentadores y fluidos térmicos no es un simple detalle operativo: es un factor determinante para la eficiencia energética, la integridad de los equipos y la continuidad del proceso.
El tratamiento químico adecuado requiere una dosificación precisa en dos puntos distintos del circuito, con condiciones de presión que varían significativamente. Para el pretratamiento del agua en aplicaciones de baja y media presión, la Bomba Dosificadora DMP de OMEL ofrece la capacidad, la robustez y la versatilidad de configuración necesarias.
Para la inyección directa en la línea presurizada de la caldera, las series NSP/P y NSP proporcionan la precisión y la resistencia a altas presiones que exige esta etapa crítica del proceso, cumpliendo plenamente con la norma API 675. Seleccionar la bomba adecuada para cada punto del proceso es el primer paso para garantizar la protección de la caldera y la continuidad de la operación.
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Nuestro equipo técnico está disponible para dimensionar la bomba dosificadora ideal para su sistema de caldera.
