Gases como O₂ y CO₂ no se eliminan en el pretratamiento. Son ellos los que destruyen las calderas.
El oxígeno es el principal agente de corrosión en los sistemas de generación de vapor, y aun en concentraciones del orden de ppb ya resulta dañino. La velocidad de corrosión aumenta con el contenido de oxígeno y aumenta significativamente con la temperatura. La pérdida de metal y las fallas ocurrirán rápidamente si no se controlan.
El CO₂, en la caldera, sale con el vapor, se combina con el condensado y forma H₂CO₃. Como el agua es ultrapura, el pH sufre una fuerte disminución, causando corrosión en las líneas de vapor y condensado. En plantas con largos sistemas de retorno de condensado, este mecanismo representa una parte significativa de los costos de mantenimiento.
La presencia simultánea de O₂ y CO₂ tiene un efecto sinérgico: la corrosión total será mayor que la suma de cada uno individualmente. Si la remoción de estos gases no se hace adecuadamente, el resultado aparece en fallas de soldadura, pitting en tuberías y paradas no planificadas.
Desaireación Mecánica
La desaireación mecánica se basa en la ley de Henry:
que establece que la concentración C de un gas en el líquido es proporcional a su presión parcial P. La constante kH depende del gas, del líquido y de la temperatura.
Para la mayoría de los gases disueltos en agua (O₂, CO₂ y N₂), el aumento de temperatura reduce kH, haciendo que el gas sea menos soluble. En la práctica: una temperatura más alta acelera la corrosión, pero el efecto de la reducción de la concentración es más fuerte, resultando en una menor tasa de corrosión en conjunto.
Para facilitar la remoción de los gases, el desaireador aumenta el área superficial dividiendo el cuerpo de agua en gotículas o películas, que se calientan más rápidamente y permiten que el gas escape con facilidad. También se inyecta vapor seco, que además de aumentar la temperatura, favorece el desplazamiento del equilibrio químico hacia la remoción de los gases.
Solo los gases disueltos pueden ser removidos por desaireación mecánica. Los gases ionizados como NH₄⁺, HCO₃⁻ y CO₃²⁻ no serán removidos. Los gases removidos del cuerpo de agua deben ser físicamente retirados del sistema mediante un flujo constante de vapor hacia la atmósfera (venteo).
En la práctica industrial, los desaireadores operan típicamente entre 102°C y 110°C (presión levemente por encima de la atmosférica), reduciendo el contenido de O₂ disuelto a valores inferiores a 7 µg/L (7 ppb), conforme a la recomendación de ASME para calderas de media y alta presión.
Desaireación Química
Como el oxígeno es bastante activo, la desaireación mecánica suele ir seguida de desaireación química, realizada mediante agentes reductores (los secuestrantes de oxígeno, generalmente aminas) que remueven el oxígeno residual tras la remoción mecánica. Además de esta función, estos secuestrantes pueden actuar como agentes pasivadores, formando una película protectora sobre la superficie metálica.
La elección del secuestrante debe considerar: presión de la caldera, adición o no de sólidos disueltos, atemperación, desempeño del desaireador y necesidades de aprobaciones regulatorias (NSF, Kosher).
Un punto crítico: la presencia de secuestrante en el agua no significa necesariamente ausencia de oxígeno. La medición es importante y, debido a los bajos niveles esperados, debe realizarse meticulosamente; cualquier contaminación tendrá un gran impacto en el resultado.
En sistemas modernos de alta pureza, a veces se utiliza oxígeno controlado deliberadamente para estabilizar la capa pasiva y reducir el FAC (Flow Assisted Corrosion), pero ese tema se tratará en otro artículo.
Costo de la Inacción
La presencia de oxígeno disuelto en el agua de alimentación, incluso en concentraciones muy bajas, es una de las principales causas de corrosión localizada (pitting) en sistemas de generación de vapor. El hierro generado se deposita en las paredes de intercambio térmico, reduciendo su eficiencia y acelerando el desgaste.
Un estudio de TÜV SÜD evaluó 99 instalaciones industriales con grietas y fallas relacionadas con desaireación y corrosión. El impacto promedio fue de USD 1,3 millones por planta, mientras que el costo preventivo es de apenas cerca de €4 mil por planta. [TÜV SÜD, 2024]
Por la experiencia de Kakama Wera, los problemas más comunes son: venteo inadecuado, puntos de dosificación en lugares incorrectos, sistemas de muestreo y mediciones deficientes, y delta T fuera de lo recomendado. La evaluación criteriosa de estos y otros puntos en la planta puede traer un gran ahorro.
Próximos Pasos
En la Parte II se detallarán los tipos de desaireadores, los criterios de selección y los principales puntos de control operacional.
Referencias
- TÜV SÜD. Deaerators — Risk Management for Boiler and Machinery Engineering. 2024. Disponible en: tuvsud.com.
- ASME. Consensus on Operating Practices for the Control of Feedwater and Boiler Water Chemistry in Industrial and Institutional Boilers.