Análisis de resina de descalcificadores

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Origen del problema

A menudo, las calderas de vapor cuentan con sistemas previos de reducción de dureza en el agua de aporte, con el objetivo de evitar incrustaciones en el interior que derivan en una disminución de la eficiencia en el intercambio térmico, y consecuentemente, en un aumento del consumo de energía.

La dureza es una unidad de medida que indica la cantidad de iones Ca 2+ y Mg 2+ presentes en el agua y se expresa como número equivalente de carbonato de Calcio (CaCO3) en ppm.

Con el objetivo de reducir este valor en la entrada de los sistemas, y más específicamente en el caso de calderas, dónde se produce una evaporación constante y una continua concentración en el interior, se dispone de unos equipos llamados “descalcificadores”.

Estos sistemas, tal y como su nombre indica, eliminan la cal del agua mediante unas resinas de intercambio iónico; proceso que consiste básicamente en un intercambio de iones de Calcio ( Ca 2+) y Magnesio ( Mg 2+ ) por iones de sodio ( Na + ). Mientras que la resina se carga de iones de calcio, el agua capta los iones de sodio. Es por este motivo que esta resina se va saturando y es necesaria su regeneración mediante una solución saturada en sodio.
La capacidad de intercambio iónico de la resina puede verse influenciada por muchos factores, como puede ser el ensuciamiento i/o rotura de su superficie, la saturación, la exposición a determinados contaminantes o ambientes agresivos, contaminación orgánica y lodos, contaminación por sulfato cálcico, por hierro, compactación, etc.

A medida que la resina se va deteriorando va perdiendo eficacia, hecho que repercute directamente en el consumo de sal y agua del equipo, ya que la duración de los ciclos de producción disminuye y se ha de aumentar el nº de regeneraciones para evitar la fuga de dureza a la salida.

Problema

Una empresa se puso en contacto con ODYL, S.A. porque su sistema de calderas presentaba incrustaciones a pesar de contar con un sistema previo de descalcificación. Todo parecía indicar que la dureza a la salida del descalcificador era elevada. Esta empresa está equipada con un descalcificador dúplex de 200 L de resina en cada botella, que se alimenta directamente de agua de red con una dureza aproximada de 30ºHf, una producción de 8 m3/h y un régimen de trabajo de 8 horas.

Después de revisar el estado de todos los elementos que forman el sistema, así como la programación del equipo y los ciclos de regeneración, y no encontrar ninguna anomalía en el funcionamiento, ODYL, S.A. propuso la recogida de una muestra de resina para determinar analíticamente el estado.
Una vez realizado en análisis químico y físico de la resina, se detectó que, entre otros, aunque la superficie de las bolas era correcta, la medida de estas era irregular, observándose rotura en el 10% del total y una baja capacidad de intercambio, del 52%.
Seguidamente se muestra la fotografía de la resina analizada en comparación con el estado de una resina nueva:

Solución

Con los datos obtenidos, se realizó un estudio técnico y de viabilidad económica para establecer, no solo las posibles soluciones de mejora, sino también la inversión inicial de la solución técnica basada en la sustitución del total de la resina del equipo.

Tabla 1. Inversión inicial y retorno de la inversión
En la siguiente tabla se muestran las características del equipo, consumos, resultados analíticos de la resina e inversión inicial:

Además, en la figura anterior se puede observar el consumo de sal anual en función de la eficacia de la resina. Con una eficacia del 52%, el coste anual de sal consumida es de 18.000 € aproximadamente, frente a los 8.000 € que supondría el coste anual utilizando una resina con capacidad de intercambio del 100%.
A continuación se muestra gráficamente la eficacia de la resina, en este caso práctico, vs el tiempo de amortización de la inversión inicial.
Se concluyó, una vez analizados los datos, que el tiempo de amortización o retorno de la inversión inicial era de 130 días aproximadamente.

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