Una planta que genera energía con vapor necesita agua, y mucha más de la que parece. Sirve para producir el vapor, para refrigerar el ciclo, para limpiar y para otros servicios. Pero no vale cualquier agua: la que entra en la caldera tiene que ser muy pura, porque cualquier impureza se concentra, se incrusta o corroe.
En esta guía te explicamos de dónde sale el consumo de agua en una central de cogeneración, ciclo combinado o biomasa, qué calidad necesita cada circuito y cómo se trata y se reutiliza.
Dónde se usa el agua en una planta de energía
Aunque cada tecnología es distinta, estos son los usos más habituales:
- Reposición del ciclo de vapor. Es el agua que repone la que se pierde por purgas, fugas y venteos. Es la más exigente.
- Refrigeración. En torres de refrigeración, para condensar el vapor o enfriar equipos. Aquí el agua se pierde sobre todo por evaporación.
- Servicios generales. Limpieza, agua contra incendios, red de servicios.
- Usos específicos de la tecnología. Por ejemplo, el agua de refrigeración o saturación del aire de entrada de una turbina de gas, o el agua de lavado de gases en algunas plantas.
De estos usos salen varias corrientes de agua residual: la purga de la torre, la purga de la caldera, los rechazos de la ósmosis, las regeneraciones de resinas y los retrolavados de los filtros.
Por qué la caldera exige agua pura
En una caldera el agua se evapora y las sales que contenía se quedan. Si no se controlan, ocurre lo siguiente:
- Incrustaciones. La dureza (calcio y magnesio) forma depósitos en los tubos que dificultan la transferencia de calor, provocan sobrecalentamientos locales y aumentan el consumo de combustible.
- Corrosión. El oxígeno y el CO₂ disueltos, y sales como los cloruros, atacan el metal.
- Arrastres. Si el agua de caldera tiene demasiados sólidos o se forma espuma, el vapor arrastra impurezas que pueden dañar las turbinas y los equipos posteriores.
Cuanto mayor es la presión y la temperatura, más estrictos son los requisitos. Por eso una caldera de vapor de baja presión puede funcionar con agua ablandada y una de alta presión, o una caldera de recuperación (HRSG) de un ciclo combinado, necesita agua desmineralizada de muy alta pureza.
Una referencia de calidad en alta presión
Como orientación, un artículo técnico del sector eléctrico recoge, para calderas de recuperación y calderas convencionales de alta presión, objetivos del agua de reposición como sodio ≤ 2 ppb, sílice ≤ 10 ppb y conductividad específica ≤ 0,1 µS/cm. Son valores de referencia, no una especificación: el fabricante de la caldera y de la turbina fija los límites reales de cada instalación.
Cómo se produce el agua de reposición
El tratamiento exacto depende de la calidad del agua de partida, de la presión de trabajo y del caudal, pero el esquema más habitual combina varias etapas:
- Pretratamiento. Filtración (arena, ultrafiltración o similar) para retirar sólidos en suspensión, y eliminación del cloro libre si se usa antes de las membranas. Un pretratamiento deficiente es una causa frecuente de fallo prematuro de las membranas de ósmosis.
- Descalcificación, cuando el agua es dura y se necesita proteger las etapas siguientes.
- Ósmosis inversa. Es la etapa principal de desmineralización: reduce la mayor parte de las sales. Más información en ósmosis inversa.
- Pulido con intercambio iónico o electrodesionización (EDI). Afinan el agua hasta la calidad exigida por la caldera. Ver resinas de intercambio iónico y electrodesionización: qué es y para qué sirve.
- Desgasificación o desaireación, para eliminar el oxígeno y el CO₂ disueltos antes de que el agua entre en la caldera.
- Acondicionamiento químico, que complementa el tratamiento externo y protege el circuito ante pequeñas entradas de impurezas.
Poner la ósmosis antes del intercambio iónico reduce la frecuencia de regeneraciones y, con ello, el consumo de ácido y sosa y el volumen de vertido. Una membrana de ósmosis bien pretratada puede durar entre 3 y 7 años, según el artículo citado.
Para entender mejor cómo se combinan estas tecnologías, puedes consultar desmineralización en procesos industriales.
Las purgas de la caldera
Al evaporarse el agua, los sólidos disueltos se concentran en la caldera. Para mantenerlos bajo control hay que purgar una parte del agua de forma periódica o continua. Cuanto peor es el agua de aporte, más hay que purgar, y cada purga se lleva agua caliente y energía.
Por eso mejorar el agua de aporte (por ejemplo, con ósmosis) suele reducir las purgas, y con ellas el consumo de agua, de energía y de producto químico. La recuperación de condensados, cuando es posible, ayuda también: devuelve agua caliente y ya tratada al ciclo.
La torre de refrigeración
En muchas plantas, la mayor parte del agua consumida se evapora en la torre de refrigeración. Al evaporarse, las sales se concentran en el circuito y hay que purgar. El número de ciclos de concentración (cuántas veces se concentra el agua respecto a la de aporte) determina cuánta agua se purga: cuantos más ciclos, menos purga y menos aporte. Subir los ciclos es una de las vías más eficaces para ahorrar agua, aunque exige controlar la dureza, la sílice y la corrosión.
Sobre la química de los circuitos de refrigeración, tienes más detalle en tratamiento de agua en circuitos cerrados de calefacción y refrigeración.
Reutilizar el agua de la propia planta
Cada corriente residual puede tener un destino:
- Rechazo de ósmosis: según su calidad, puede aprovecharse como aporte a la torre de refrigeración o a servicios.
- Purga de la torre: tras un tratamiento adecuado (por ejemplo, ósmosis con un pretratamiento que controle la dureza y la sílice), el permeado puede volver al circuito de aporte. Un artículo del sector cita que, con un buen pretratamiento, la ósmosis puede recuperar en torno al 90 % del caudal tratado, frente al 75 % de una ósmosis estándar. Son cifras orientativas de un artículo divulgativo.
- Concentrados finales: pueden evaporarse o tratarse hasta reducir al mínimo el volumen de residuo. Ver evaporación al vacío.
- Regeneraciones y retrolavados: se pueden neutralizar y recircular parcialmente.
Si quieres profundizar, mira reutilización de agua en industria: cómo implementarla correctamente y nuestra solución de reutilización de aguas.
Particularidades por tipo de planta
- Cogeneración industrial. Suele tener calderas de recuperación o calderas de vapor de media presión, con retorno de condensados variable según el proceso del cliente. La calidad exigida depende de la presión del vapor y de si el vapor entra en contacto con el producto.
- Ciclo combinado. Trabaja con presiones y temperaturas altas, con calderas de recuperación con varios niveles de presión. Es el caso que exige agua de reposición de muy alta pureza.
- Biomasa. Combina caldera de vapor con turbina. Los requisitos dependen de la presión y del diseño. Además, el entorno de la planta (combustible, cenizas, lavado de gases según el caso) añade otras corrientes de agua a gestionar.
- Biogás y biometano. Suelen requerir agua de proceso y de refrigeración, con exigencias menores que en una caldera de alta presión.
Qué datos hacen falta para diseñar el tratamiento
- Calidad del agua de partida (red, pozo, superficial o reutilizada): dureza, sales, sílice, hierro, materia orgánica y variaciones estacionales.
- Presión y tipo de caldera y la especificación del fabricante para el agua de reposición.
- Caudal de reposición, incluidos picos y arranques.
- Porcentaje de retorno de condensados y su calidad.
- Datos de la torre de refrigeración: caudal, ciclos de concentración actuales y calidad del aporte.
- Condiciones de vertido y de la concesión de agua.
- Objetivos: reducir el consumo de agua, bajar las purgas, ahorrar productos químicos o asegurar la calidad del vapor.
Errores frecuentes
- Subestimar el pretratamiento, que arruina las membranas y obliga a cambios prematuros.
- Diseñar sin la especificación del fabricante de la caldera o la turbina.
- No tener en cuenta los arranques, cuando la calidad del agua es más crítica.
- Purgar de más por un aporte de mala calidad, perdiendo agua y energía.
- Ignorar el retorno de condensados, que es agua caliente ya tratada.
- No controlar en continuo la conductividad y otros parámetros del agua de caldera y de vapor.
Preguntas frecuentes
¿Qué agua necesita una caldera de ciclo combinado? Agua desmineralizada de muy alta pureza, con conductividad, sodio y sílice en niveles muy bajos. Los valores exactos los fija el fabricante.
¿Por qué se usa ósmosis antes del intercambio iónico? Porque reduce la carga de sales que llega a las resinas, lo que disminuye las regeneraciones y el consumo de ácido y sosa.
¿Se puede usar agua de la torre para otros usos? En parte, tras un tratamiento adecuado. Depende de la calidad y de la exigencia del uso.
¿Qué diferencia hay entre una caldera de baja presión y una de alta? A mayor presión, mayor pureza exigida. Una de baja presión puede funcionar con agua ablandada, una de alta necesita desmineralización.
¿Cómo se reducen las purgas? Mejorando el agua de aporte, recuperando condensados y controlando los ciclos de concentración.
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