Sistema de Enfriamientos

EL AGUA PARA SISTEMAS DE ENFRIAMIENTOS PROBLEMAS E IMPUREZAS IMPACTO AMBIENTAL

UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN

ASIGNATURA:

TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIASLES

DOCENTE:

Ing. Nunja García, José

INTEGRANTES:

Blas Chimbe, Marco.

Alarcón león Ibsen.

Castillo Aquiño Flor de María.

Cueva Ramos Abrahan.

CICLO: VII

[Escriba el nombre de la compañía]

2012

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL


TABLA DE CONTENIDO

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INTRODUCCIÓN

La mayor parte de las aguas empleadas con fines industriales, se usan para enfriar un material o un equipo. La gran capacidad calorífica del agua y la gran disponibilidad del agua en la mayoría de las áreas industriales, han hecho del agua el medio de transferencia de calor favorito en las aplicaciones industriales y de servicios.

Los sistemas de agua de enfriamiento son necesarios debido a que los procesos industriales y servicios no trabajan eficientemente o efectivamente a menos que las temperaturas y presiones específicas del proceso sean mantenidas dentro de ciertos parámetros. Los sistemas de agua de enfriamiento mantienen las temperaturas y presiones correctas por transferencia de calor o enfriamiento.

En este escrito se trata de revisar las operaciones industriales que usan agua con fines de enfriamiento, y los problemas asociados a este uso, como son: problemas de corrosión, problemas de incrustaciones y problemas de ensuciamiento y contaminación microbiológica.

Al presentarse uno o más de los problemas mencionados, se producen paralizaciones no planeadas que afectan a la producción y que pueden ser mucho más costosos que el precio de contar con un tratamiento de agua adecuado, incluido el precio de los productos químicos y del personal a cargo.

Es conveniente mantener una comunicación interactiva entre la planta y el proveedor del tratamiento del agua de enfriamiento, para fijar la acción a seguir si el comportamiento del sistema de enfriamiento se desvía de su curso, debiéndose programar visitas frecuentes de análisis de resultados y de servicio.

I) Descripción de la realidad problemática del tema

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Unas de las realidades problemáticas del tema es las redes de agua y las torres de enfriamiento se ven afectadas de la acumulación de depósitos causada por sales, bicarbonatos, corrosión, polvo y actividad bacterial tal como la temida legionella. Los sedimentos se adhieren a todas las secciones del sistema de agua, bloqueándolo y reduciendo drásticamente su eficiencia energética. El tratamiento químico del agua produce tan sólo una solución parcial que requiere de costosa disposición de los químicos empleados para evitar contaminación del medio ambiente.

En el Distrito Social San Tomé (Venezuela) se encuentra la Gerencia de Plantas Sur, la cual cuenta entre sus Departamentos de Operación: Área I y Área II, Centro de Operaciones Morichal, Inyección de Vapor, Mantenimiento Operacional y para el seguimiento administrativo Control y Gestión. Esta Gerencia se encarga del manejo de fluidos (gas natural), para ser inyectado en los yacimientos de petróleo que han perdido presión, a fin de proveer la energía suficiente para ayudar al levantamiento y a la recuperación de grandes volúmenes de petróleo (crudo); además se encarga de actividades como: inyección de vapor, conservación, combustible interno, ventas a terceros, así como el mantenimiento de los equipos motocompresores que opera.

El gas manejado por esta Gerencia proveniente de los separadores de gas-crudo es comprimido, elevando la presión del mismo desde una presión baja hasta una presión superior, para luego ser reinyectado a los yacimientos de petróleo.

El proceso de compresión se realiza con unidades integradas de motor y compresor, las cuales para su funcionamiento utilizan como combustible el gas natural (GNC), que es el mismo gas a comprimir. Durante la combustión se produce calor, el cual es combinado con el generado por la fricción de las piezas en movimiento dentro del motor. De todo este calor generado sólo,

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aproximadamente un 30% es aprovechado para la potencia del motor, mientras que 7% normalmente es disipado al ambiente, 33% pasa directo al escape, y el 30% restante tiene que ser eliminado por el aceite y el sistema de enfriamiento. El aceite circula por el motor, absorbiendo parte del calor generado por la combustión y la fricción; mientras que el líquido refrigerante absorbe calor de las camisas del motor, de la cámara y del aceite. El aceite tiene que ser capaz de absorber y disipar calor fácilmente. Para que el aceite pueda mantener sus propiedades por un tiempo prolongado, la temperatura de éste no debe exceder los 88°C. Actualmente se está utilizando agua como líquido refrigerante, pero el agua presenta varios problemas a saber: hierve a 100°C a nivel del mar, causa corrosión y herrumbre, lo cual ocasiona, en muchos casos, taponamiento de tuberías. Por otra parte, el agua utilizada proviene de pozos ubicados en las plantas; dicha agua no posee ningún tipo de tratamiento químico o inhibidores para evitar los problemas de corrosión u oxidación; tampoco es filtrada para disminuir el contenido de partículas sólidas que ocasionan la formación de incrustaciones en el interior de los tubos de los intercambiadores de calor agua-aceite, obstruyéndolos y disminuyendo la transferencia de calor como consecuencia de una menor superficie de contacto. Con frecuencia, estos sedimentos se depositan también en las camisas del motor que, cuando se acumulan, forman lodos que impiden la circulación del agua por las mismas, ocasionando elevadas temperaturas en las camisas debido a que el líquido no logra retirar parte del calor generado por la fricción del pistón. A fin de mejorar las operaciones y reducir costos de operación en sus equipos, la Superintendencia de Plantas ha decidido sustituir el agua por otro líquido refrigerante, pero debido a la diversidad de refrigerantes presentes en el mercado se evaluarán cuatro (4) productos, suministrados cada uno de ellos, por empresas con las cuales el Departamento de Compra de Materiales (BARIVEN) sostiene convenios operativos. Para la evaluación de los refrigerantes se aplicarán los procedimientos establecidos por las normas ASTM (American Society for Testing Materials) para refrigerantes utilizados en motores de combustión interna. Entre las pruebas más relevantes se encuentran: análisis de propiedades fisicoquímicas y corrosión a los metales (hierro, acero, aluminio, cobre, bronce y estaño) presentes en el líquido de enfriamiento de los motores.

Es imprescindible realizar esta evaluación a los refrigerantes, para que de esta manera se pueda seleccionar aquel que ofrezca una mayor protección a las altas temperaturas, y que a su vez proteja las partes metálicas contra la corrosión.

II) OBJETIVOS

II)-1 Objetivo general

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1. Realizar el análisis de impacto que causan al ambiente los tratamientos químicos para el acondicionamiento de aguas de enfriamiento en distintos sistemas industriales.

II)-2 Objetivos específicos

1. Determinar los problemas que ocasionan el agua en los sistemas de enfriamiento si no es tratada.

2. Realizar un análisis entre los métodos de control y tratamiento para el control de la corrosión, incrustación, ensuciamiento y control microbiano en sistemas de enfriamiento.

III) MARCO TEORICO

III)-1 Antecedentes

El temor creciente de que en muchas partes del mundo se sufra escasez de agua, ha hecho que su reutilización se convierta en un frecuente tema

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de controversia. No obstante, en realidad se trata de una práctica ya antigua.

Puesto que en la tierra existe una cantidad fija de agua, es evidente, que de acuerdo con la ley de la materia, que para satisfacer las numerosas necesidades, parte de ella debe reutilizarse repetidamente. Por supuesto, el reciclaje perpetuo del agua de la atmósfera a la tierra y luego al océano, para pasar una vez más a la atmósfera, no es uniforme en todo el mundo. (American Society for testing and materials, 2000)

Como es de esperarse, las necesidades de las industrias individuales varían en forma notable. Los principales consumidores, tales como las industrias químicas y metalúrgicas extraen de 5 a 30 veces más agua que las industrias menores, por ejemplo, la tenerías. Dentro de una misma industria, una fábrica cualquiera puede emplear de 10 a 25 veces el volumen por unidad de producto que otra planta similar ubicada en otro sitio diferente, o con diferente calidad de agua. (American Society for testing and materials, 2000)

El manejo Racional del agua en las industrias es un factor de suma importancia para el cumplimiento con la normatividad ambiental y para el desarrollo de las empresas, los aspectos económicos son en cada momento más evidentes al visualizar un retorno de inversión en la modernización de los procesos para el cumplimiento ambiental; cuando no existe una buena administración del agua en las industrias, los costos tienden a elevarse y el desperdicio y la contaminación del agua son excesivos, por ejemplo: en una empresa cada litro de extracción se refleja directamente en los litros de agua residual descargado, en algunos casos esto también implica gastos de pre tratamiento para aguas de calderas, acondicionamiento para aguas de procesos o según sea el caso; además de un aspecto muy importante el impacto ambiental es doble: el impacto de extracción al bajar los niveles en los mantos freáticos y si el agua residual va a un cuerpo de agua, el impacto que generara en este cuerpo por la carga contaminante que lleve.

Otro aspecto muy importante en el manejo del agua es como se ocupa y como no tenemos una buena cultura de manejo de ésta; en un buen porcentaje de las empresas el agua se mezcla y se enviá a plantas de tratamiento de aguas

residuales, estos tratamiento son muy altos en costo y complejidad podemos analizar un poco pensando en que enviándola sin caracterizar las descargas por proceso formamos un agua más difícil de tratar y aumentamos el volumen de tratamiento esto lleva consigo el aumento en los pagos por las descargas, la energía en la operación de la planta, motores, sopladores, agitadores, gastos de reactivos, generación de lodos, pagos por el

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confinamiento o disposición de los lodos; es una lista interminable de costos. Las preguntas que podríamos hacernos en este caso es ¿si podemos bajar los costos?, ¿cuál es el impacto de bajar estos costos? O ¿Cuál es el impacto al ambiente de no bajarlos? En esta introducción haremos un pequeño análisis de los usos del agua en la industria los factores que intervienen para el manejo de ésta y algunas estrategias importantes para el manejo del agua en un industria centrándonos en los sistemas de enfriamiento y el papel tan importante que juegan en una empresa y en el ambiente.

Los usos del agua en la industria se clasifican generalmente en tres áreas:

1. Aguas que se usan directamente en el proceso y aguas de servicios. 2. Agua que se usa como medio de transporte de energía y

control de los procesos. 3. Aguas residuales provenientes de los dos puntos anteriores.

En este caso nos enfocaremos en el agua de control de procesos, en los procesos es necesario mantener temperaturas para control de reacciones y en el enfriamiento de sistemas como compresores nos enfocamos en este proyecto a los sistemas de aguas de enfriamiento y a su tratamiento las ventajas y las desventajas de estos tratamientos en relación con el ambiente.

La mayor parte de los procesos industriales necesitan agua de enfriamiento para aumentar su eficiencia y reducir sus riesgos. Refinerías, acerias, plantas petroquímicas, plantas termoeléctricas y otras plantas que funcionan con equipos o procesos que requieren temperaturas adecuadas para una producción eficiente y correcta. Los sistemas de agua de enfriamiento controlan las temperaturas transfiriendo calor desde los fluidos calientes originados por los procesos al agua de enfriamiento. Naturalmente, en el transcurso de esta transferencia, el agua se calienta o bien hay que enfriarla antes de usarla de nuevo, o bien hay que remplazarla gradualmente con un suministro de agua fría.

Normalmente esta agua fresca de reposición contiene minerales, tierra, desechos bacterias y otras impurezas. Más aun, a medida que el agua circula a través del sistema, se van acumulando contaminantes. Pronto las temperaturas comienzan a subir, la eficiencia del equipo de enfriamiento disminuye y puede incluso ser necesario parar la planta. (Kemmer, 1989)

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Los sistemas de enfriamiento independientemente de la configuración de los equipos, de los materiales de construcción o de las fuentes de agua, son todos ellos propensos a cuatro problemas básicos: corrosión, incrustación, ensuciamiento y contaminación microbiana.

Cada uno de estos problemas está relacionado con las leyes básicas naturales por las que los metales tienden a volver a su estado de oxidación natural, los minerales a precipitarse, los sólidos en suspensión a sedimentarse, y los microorganismos a multiplicarse. En conjunto, todos estos problemas pueden detener el funcionamiento óptimo de un sistema de agua de enfriamiento de forma muy rápida.

Afortunadamente, la tecnología moderna proporciona métodos de protección contra cada uno de estos problemas, es en estos métodos de protección donde nos centraremos a analizar el impacto que causan al ambiente estos principalmente cuando se abusa de los métodos químicos antes de un buen análisis del problema.

La torre en si es una medida de impacto positiva ya que estos sistemas ayudan a que el agua que se usa en una empresa para sistema de enfriamiento se pueda reusar haciéndola recircular por varios ciclos de concentración, el número de ciclos está determinado por la calidad del agua.

III)-2 Bases teóricas

Sistemas de enfriamiento.

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El grado en que el agua puede utilizarse está determinado en gran parte por la efectividad de los tratamientos de control de calidad que integran el sistema de reutilización. Puesto que aproximadamente el 80 % de toda el agua usada en la industria se emplea para enfriamiento, la eliminación de la contaminación calorífica es un problema vital. En sistemas de reciclaje, el agua se enfría por medio de estanques de aspersión, rociamiento, tanques y torres de enfriamiento, condensadores de evaporación e intercambiadores de calor enfriados con aire. (American Society for testing and materials, 2000)

Todos, excepto el ultimo dependen del efecto de enfriamiento por aireación, por cada reducción de 5.5 °C en la temperatura se evapora alrededor del 1% del agua circulante y la pérdida es independiente del tipo de sistema en que se efectúa la evaporación, si no se toman en cuenta las pérdidas por viento que son relativamente pequeñas, Incluso, cuando existe un factor considerable de pérdida por viento el consumo de agua de la torre de enfriamiento rara vez duplica. El de un sistema de un solo paso en el que fluye el agua directamente a la corriente de abastecimiento. La efectividad de un sistema de abastecimiento de agua, está determinada por la temperatura de bulbo húmedo del ambiente, que es el límite inferior absoluto al que el agua puede enfriarse por evaporación. La temperatura final que se obtenga puede variar desde 1 o 2 grados por debajo de la temperatura atmosférica, cuando la humedad del aire es alta y hasta 1 ° C o más por debajo de la temperatura atmosférica si el aire es muy seco. En consecuencia, los enfriadores por evaporación son más eficaces en regiones áridas.

Las torres de enfriamiento de tiro forzado con ventiladores en la base y flujo de aire a contra corriente, están sustituyendo a los tipos de corriente inducida (hélice en la parte superior) y de corriente natural. Para aplicaciones industriales las torres de enfriamiento son más eficientes que los estanques de aspersión debido al mejor contacto que se establece entre el agua y el aire circundante.

Los condensadores por evaporación combinan las funciones de las torres de enfriamiento y de los enfriadores de proceso en una sola operación. En una instalación típica, el agua de enfriamiento se rocía sobre los tubos enfriadores de un sistema refrigerante, para condensar el refrigerante y liberar el calor a una corriente de aire circulante, disipándolo. Este método es más apropiado para las operaciones de enfriamiento en procesos unitarios.

Fuentes de agua de enfriamientoPágina

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1. Se pueden usar como fuentes de agua de enfriamiento:

Agua fresca:

Es la fuente principal de agua de reposición para los sistemas de agua de enfriamiento. El agua fresca puede ser: agua superficial (ríos, arroyos, reservorios) o agua subterránea (agua de pozos poco profundos o profundos). En general, los suministros de agua subterránea son más consistentes en composición y contienen menos materia suspendida que los suministros de agua superficiales, los cuales son directamente afectados por las lluvias, erosi6n y otras condiciones ambientales.

Agua de mar y aguas residuales:

Debido a las consideraciones ambientales, al costo del agua y al agua utilizable, algunas plantas usan agua de mar y aguas residuales, tratadas en plantas de efluentes, como fuentes de agua de enfriamiento. Se debe prestar mucha atención al diseño y tratamiento de los sistemas de tratamiento de agua de enfriamiento, que usan estas fuentes de agua para obtener desempeños confiables y larga vida.

Principales propiedades del agua de enfriamiento

2. En general las propiedades químicas más importantes del agua de enfriamiento son:

Conductividad: Es una medida de la facultad (habilidad) para conducir la electricidad. En agua de enfriamiento, la conductividad indica la cantidad de minerales y gases disueltos en el agua. La conductividad es medida en micromhos y puede variar de muy pocas unidades para agua destilada, a más de 10,000 para el agua salada.

PH: Da una indicación de acidez o basicidad del agua. La escala del pH va del O al 14, donde el cero representa la máxima acidez y el 14 la máxima basicidad.

Alcalinidad: En el agua de enfriamiento dos formas de alcalinidad juegan un rol clave, ellas son la alcalinidad de carbonatos (C03=) y la alcalinidad de bicarbonatos (HC03-)

Dureza: Se refiere a la cantidad de minerales de calcio y magnesio presentes en el agua. La dureza en agua natural puede variar de unas pocas partes por millón (ppm) a por encima de 800 ppm.

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Se pueden distinguir tres tipos de sistemas de enfriamiento:

1. Sin recirculación (o de un paso): agua tomada de una fuente térmica enorme (de Temperatura. estable, ríos, lagos, Río de la Plata), la que es descargada – luego de ser usada – hacia la fuente de origen. En general, no se le realiza tratamiento (gran costo y problemas de contaminación). Lo único que se hace es bajar la temperatura (no más de 10 ºF) lo que se logra usando grandes caudales.

2. Con recirculación en circuito cerrado: el calor absorbido se extrae en un intercambiador de calor, donde no hay contacto directo con el refrigerante. El agua de torre va por tubos, pues es la que más incrusta y los tubos son de más fácil acceso. Se realiza un tratamiento similar al de un generador de vapor de baja presión. Se trata de evitar corrosión (desairear el agua) que se da esencialmente en zonas de mayor temperatura. Sólo se reponen pérdidas físicas del circuito con agua tratada. Siendo exigente, agua desmineralizada

3. Con recirculación en circuito abierto: se recircula el agua de enfriamiento, extrayéndose el calor absorbido por contacto directo con el aire atmosférico (transferencia de calor) y por evaporación (transferencia de masa), generalmente en Torres de Enfriamiento.

Sistemas de enfriamiento cerrados.

En los sistemas de recirculación cerrados, el calor se transfiere del proceso al agua de enfriamiento por conducción o por medio de otro equipo de transferencia de calor. En estos sistemas no se evapora ni se concentra el agua. Se dice que un sistema es “cerrado” cuando está diseñado para llenarse de agua una sola vez, cerrarse y funcionar después durante largos periodos sin que se agreguen cantidades significativas de agua de reposición. En los sistema

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de enfriamiento cerrados, el calor normalmente es disipado por un circuito de enfriamiento abierto o aire forzado que pasa por encima de los tubos que contienen el agua del sistema cerrado como el caso del radiador de un automóvil.

Características de un sistema cerrado.

En la Figura se describe un sistema típico de recirculación cerrado.

Los métodos empleados en un sistema de recirculación cerrado para transferir calor a la atmósfera no son tan eficaces como una torre de enfriamiento. En algunas aplicaciones, se prefiere un sistema de recirculación cerrado. Algunas de las razones por las que se puede usar un sistema cerrado se mencionan delante:

1. Procesos críticos.- El sistema requiere superficies de transferencia de calor muy limpias y se cree que no puede tolerarse la variabilidad de las condiciones de operación dadas en un sistema de recirculación abierto. Se pueden citar como ejemplos los circuitos primarios de enfriamiento en las plantas nucleares, enfriamiento de compresores, sistemas de colada continua en acerias y hornos de inducción.

2. Restricciones de descarga.- Se puede cerrar un sistema para reducir o eliminar las descargas a fin de cumplir con regulaciones gubernamentales contra la contaminación química o térmica, debido a la carencia de instalaciones adecuadas de tratamiento de aguas residuales o a una serie de otras razones. En estos casos, se pueden usar intercambiadores de calor enfriados por aire.

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3. Fuentes de agua limitadas.- Las fuentes de agua son limitadas o es más conveniente usar enfriamiento de aire forzado, como en los vehículos de transporte.

4. Extensión de la vida útil de los equipos.- No se requieren grandes cantidades de enfriamiento y la forma más sencilla de prolongar la duración de los equipos es cerrar el sistema, reduciendo así la corrosión. Los sistemas refrigeradores normales se incluyen en esta categoría.

5. Uso limitado de productos químicos.- Debido a la naturaleza del proceso, se puede limitar el uso de algunos compuestos químicos. Por ejemplo, el agua de hornos de inducción debe tener una conductividad muy baja debido a la corriente eléctrica del calentador de inducción. Así pues, no se pueden usar muchos productos químicos de sistemas de enfriamiento.

También se consideran circuitos cerrados otros tipos de sistemas que no requieren enfriamiento. Por lo general, un sistema puede considerase como cerrado si no existe una concentración significativa de los sólidos en el agua y no está directamente abierto a la atmósfera. A continuación se citan ejemplos de sistema cerrados que no son de enfriamiento:

I. Calderas de agua caliente cerradas a fin de conservar calor pero que a menudo pueden tratarse económicamente con producto de sistemas cerrados.

II. Tanques de almacenamiento u otros equipos llenos de agua y cerrados a la atmósfera. En esta categoría se incluyen los tanques de emergencia y los tanques de almacenamiento térmico.

III. Equipos sometidos a pruebas hidráulicas y cerrados a la atmósfera durante las mismas. Las plataformas de pruebas de motores constituyen un ejemplo de este tipo de proceso.

Todos los sistemas cerrados consisten al menos en un aparato para calentar o enfriar un fluido de recirculación, una bomba de recirculación y un intercambiador de calor diseñado para calentar o enfriar. Este segundo medio puede ser aire, agua o una corriente de proceso industrial, las velocidades de recirculación generalmente oscilan entre 0,9 y 1,5 m/s pero pueden alcanzar de

9 a 12 m/s en aplicaciones de fundentes extremadamente caliente como por ejemplo los procesos de colada continua de tochos de acero.

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La variación promedio de temperatura en el fluido de un sistema típico generalmente está comprendida entre 5 y 8 °C. Ocasionalmente se producen variaciones de temperatura mucho más grandes. Las temperaturas máximas pueden alcanzar valores de 80 °C (por ejemplo de agua caliente), y las temperaturas mínimas de –2 °C (por ejemplo en sistemas de agua refrigerada). En teoría estos sistemas usan muy poca agua de reposición. El promedio es de 0,1 a 0,5 % de la capacidad diaria del sistema. Generalmente no se planean purgas de agua en sistemas cerrados, pero normalmente se producen pérdidas de agua en el sistema normal debido a fugas en los tanques de expansión, sellos y válvulas. (Nalco, 1999).

Las condiciones durante la operación son generalmente constantes, sin embargo en algunos sistemas se producen frecuentemente condiciones de continuidad y discontinuidad.

Sistema de enfriamiento abierto.

El sistema de enfriamiento más común usado en la industria es tal vez el sistema de recirculación abierto. Estas unidades están básicamente abiertas a la atmósfera, a la que se cede calor durante el proceso de evaporación. La evaporación y el afecto de enfriamiento producido disminuye la temperatura de la masa de agua, que circula por una variedad de equipos de intercambio de calor, absorbe el calor y vuelve a la torre abierta para repetir el ciclo.

Los sistemas de recirculación abiertos pueden formar parte de otros sistemas, tales como un sistema cerrado, donde el calor es eliminado de una fuente que no está abierta a la atmósfera. El proceso es muy simple y eficiente, siempre y cuando los distintos equipos se mantengan en las condiciones de trabajo apropiadas.

Torres de enfriamiento.

Cuando el agua de enfriamiento de recirculación pasa por los equipos de proceso, absorbe calor del proceso y lo transporta a la torre de enfriamiento. Cuando llega a la torre, el agua desprende el calor a la atmósfera. Después el agua vuelve a los equipos de proceso y repite el ciclo.

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Las torres de enfriamiento más comunes son del tipo húmedo (Evaporativo), en las que se evapora parte del agua de recirculación. Cuando parte del agua de enfriamiento caliente se transforma en vapor, se desprenda calor a ala atmósfera, enfriando así el resto del agua. McCabe, W.L.; Harriott, J. C. (2002)

Algunas torres no hacen uso de la evaporación como proceso de enfriamiento: estas torres se llaman torres de enfriamiento secas. En estos sistemas, el agua pasa por tubos cuyo exterior es ventilado por aire. El agua se enfría por convección simple al transferirse calor del agua a la atmósfera. Las torres de enfriamiento también pueden ser combinaciones de estos dos tipos de torres.

Las torres evaporativas húmedas pueden ser torres de tiro mecánico o de tiro natural.

En las torres de tiro mecánico el aire se mueve por medio de ventiladores y en las torres de tiro natural el aire se mueve debido a las diferencias de densidad del mismo dentro y fuera de la torre.

Torres de tiro mecánico.

En una torre de tiro mecánico, la posición del ventilador indica si la torre es de tiro inducido o forzado. Las torres de tiro inducido aspiran el aire por la torre Figura 2, mientras que las torres de tiro forzado lo impulsan a través de la misma Figura 3.

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En una torre de tiro forzado, el ventilador impulsa principalmente aire seco, y la corrosión de las aspas del ventilador es mínima. La desventaja fundamental de este tipo de torres es que los vapores calientes y húmedos procedentes de la parte de arriba de la torre recirculan a la región de admisión del ventilador de baja presión. Durante las estaciones frías, esta condición a menudo produce la formación de hielo en la caja del ventilador.

Torres de tiro natural

Las torres de tiro natural se dividen en dos: hiperbólicas y atmosféricas, como se muestran en las figuras 4 y 5:

En estas torres, el aire de dentro es calentado por el agua de recirculación caliente que cae por el aire. Las torres hiperbólicas se limitan a las zonas geográficas donde las condiciones atmosféricas son las adecuadas.

Tanto las torres de tiro natural hiperbólicas como las atmosféricas están diseñadas para rendir de forma óptima a una temperatura de bulbo húmedo dada y cuando la humedad es alta. Además, funcionan mejor cuando la diferencia entre el agua fría y la temperatura de bulbo húmedo es igual o mayor que la diferencia entre las temperaturas del agua caliente y del agua fría.

Las ventajas principales de las torres de tiro natural son:

No tienen ventiladores, por lo que no hay gastos relacionados a la operación o mantenimiento.

Tienen una mayor capacidad de disipación de la columna de vapor y reducir así la recirculación de la misma.

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Torres de contraflujo y Torres de Contracorriente.

Las torres evaporativas húmedas pueden ser de corriente transversal o a contracorriente.

En las torres húmedas, el agua se pone en contacto con el aire de enfriamiento. El aire puede circular transversalmente o en contracorriente con respecto al agua que cae como se muestra en las figuras 6 y 7

Las tasas de transferencia de calor a la atmósfera dependen de los siguientes factores:

I. Área superficial del agua en contacto con el aire. II. Diferencia entre la temperatura del bulbo húmedo y la temperatura del

agua de enfriamiento de retorno.

Simulación de Índices de Langelier, Riznar y Puckorius.

En la tabla 19 se presenta un ejemplo de la simulación del sistema J1 en un simulador que se encuentra en internet, se analizan los datos para el sistema y se observan los Resultados comentados al final de la tabla.

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Según los resultados de simulación de la tabla en el cálculo de los índices, los tres índices Langelier, Riznar, Puckorius se trata de un agua con una fuerte tendencia a la corrosión.

Problemática en los sistemas de enfriamiento.

Los sistemas de agua de enfriamiento, independientemente de la configuración de los equipos, de los materiales de construcción o de las fuentes de agua, son todos propensos a cuatro problemas básicos: corrosión, incrustaciones, ensuciamiento y contaminación microbiana. Cuando no se controlan, estos problemas provocan una pérdida de transferencia de calor y la falla de los equipos, causando a su vez pérdida de producción y de beneficios, costos de mantenimiento más elevados y en casos más serios, la parada de la planta.

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Cada uno de estos problemas está relacionado con las leyes básicas naturales por las que los metales tienden a volver a su estado natural oxidado, los minerales a precipitar, los sólidos en suspensión a sedimentarse y los microorganismos a multiplicarse. En conjunto, todos estos problemas pueden detener el funcionamiento de un sistema de agua de enfriamiento de forma muy rápida.

I: _INCRUSTACIÓN

Reduce la eficiencia en la transferencia de calor. Paros innecesarios por mantenimiento correctivo, lo que conlleva: gastos en mano de obra y en desincrustantes químicos o mecánicos. Un sistema de enfriamiento libre de incrustación y corrosión proporciona un rendimiento eficiente, lo cual redunda en ahorros en tiempo y dinero en la operación y el mantenimiento del mismo, y por si fuera poco brinda SEGURIDAD.

Los responsables de la incrustación son las sales de calcio y magnesio presentes en mayor o menor grado en todas las fuentes del agua.

TE-200 CT Y TE-2000 CT, es una formulación contienen agentes secuestrantes de dureza, dispersantes de lodos y modificadores del habito cristalino que mediante reacción química convierten dichas sales no adherentes entre si, ni entre los metales

LAS PRINCIPALES SALES DE CALCIO Y MAGNESIO SON:

Carbonato de Calcio

CaCO3

Cloruro de Magnesio

MGC1

Cloruro de Calcio

CaC1

Bicarbonato de Calcio

Ca(HCO3)2

Bicarbonato de Sodio

Na (HC03)2

Bicarbonato de Magnesio

Mg(HCO3)2

Carbonato de Magnesio

MgCO

Sulfato de Calcio

CaS0

Carbonato de Sodio

Na C0

Control de depósitos e incrustaciones:

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La prevención de la formación de depósitos e incrustaciones se inicia con los tratamientos previos externos. Tanto la decantación como la filtración convienen que floculen y decanten bien, usando adecuadamente los polielectrolitos.

Los iones que pueden dar lugar a precipitados, se eliminan por ablandamiento y desmineralización del agua. Sin embargo, estos procesos tienen un coste elevado y solamente se aplican en aguas de circuitos cerrados, pero raramente en los circuitos de recirculación abierta.Otra alternativa clásica es un tratamiento en paralelo de una fracción del agua circulante, hasta un 5 %, mediante filtración, o incluso un ablandamiento con cal previo a la filtración con arena o antracita.También es posible utilizar sistemas de tratamiento que modifiquen algunas de las sustancias presentes o sus características, para poder trabajar en condiciones más seguras. Estos sistemas pueden agruparse en las siguientes dos categorías:

a) Tratamiento ácido

La adición de ácido es uno de los más antiguos tratamientos aplicados para evitar la formación de incrustaciones. El ácido neutraliza la alcalinidad del agua y evita la precipitación de carbonato. El ácido sulfúrico es el más usado por su disponibilidad y precio. La solubilidad del sulfato cálcico es muy superior a la del carbonato y normalmente no precipita; sin embargo, una adición excesiva de ácido o la operación a relaciones de concentración excesivas, pueden provocar la formación de una incrustación de sulfato cálcico. Para evitarlo se recomienda no superar el valor de 500.000 ppm para el producto de las concentraciones de iones calcio y sulfato, o el valor de 1.500 ppm para su suma.

Aunque se pueden usar otros ácidos, hay que emplearlos con precauciones. El ácido clorhídrico añade iones cloruro que son muy corrosivos, y el ácido nítrico es un oxidante fuerte que puede ser causa de corrosiones.

En general, este tratamiento disminuye la probabilidad de formación de CaCO3, pero es un tratamiento peligroso por agregar ácido al sistema (requiere un buen control). Los modernos programas de tratamiento han eliminado la adición de ácido.

b) Tratamiento alcalino

Otra opción es mantener el pH del circuito en valores alcalinos y agregar productos que:

- mantengan el calcio en solución; secuestrantes o dispersantes (fosfonatos, poliacrilatos).

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- modifiquen la estructura cristalina de los precipitados de calcio, para que formen lodos que puedan ser removidos por purga (polifosfatos, polímeros de bajo PM – menor a 100.000 – por ej. Polimaleatos, copolímeros de polimaleatos con poliestireno sulfonado).

Los productos utilizados como inhibidores de incrustación son variados y numerosos, pero casi todos ellos, con excepción de los de tipo quelante o secuestrante, funcionan por algún tipo de mecanismo de superficie, si bien para muchos de ellos se desconocen el mecanismo preciso de actuación.

Hay suficientes indicios de que ciertos materiales pueden funcionar por varios mecanismos dependiendo de la concentración del aditivo y de su particular entorno.

II: _CORROSIÓN UNIFORME

La corrosión es debida a bajos valores de pH (inferiores a 7.5) y a la presencia de acidez mineral libre (H2SO4) y HC1), bióxido de carbono y ácido carbónico (H2CO3).

Provoca adelgazamiento de las partes metálicas, paros innecesarios por mantenimiento correctivo, forma depósitos aislantes en tuberías, da mal aspecto al agua de sistema. Es debida a bajos valores de pH y a la presencia de acidez mineral libre, bióxido de carbono y ácido carbónico. TE-200 CT Y TE-2000 CT, es su formulación contienen inhibidores de corrosión mismos que neutralizan los ácidos minerales y el bióxido de carbono, así como estabilizadores de pH.

FACTORES DE CORROSIÓN EN UN SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

TE-1 TORRE DE ENFRIAMIENTO B-1 BOMBA C-1 CONDENSADOR (DE ACERO) C-2 CONDENSADOR (DE ALUMINIO) C-3 CONDENSADOR (COBRE O BRONCE) T-1 TEMPERATURA ALTA T-2 TEMPERATURA BAJA

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La corrosión es un proceso electroquímico por el cual los metales procesados, cómo el acero, cobre y zinc retornan a su estado natural, cómo compuestos químicos o minerales. Por ejemplo: el acero dulce que es el metal más comúnmente usado en sistemas de agua de enfriamiento, por ser un metal muy susceptible a la corrosión, en presencia de agua y oxígeno retornará a su estado natural de óxido de hierro.

La corrosión causa fallas prematuras en los metales y los productos de la corrosión se depositan en el sistema y disminuyen tanto la transferencia de calor cómo el flujo de agua de enfriamiento.

Los niveles de corrosión se expresan cómo pérdida de metal en mils/año (mpa): un mils es igual a 0.001 pulgadas (0.0025 cm).En un sistema de agua de enfriamiento una pérdida aceptable, por corrosión, puede ser de 10-15 mpa.

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Para que ocurra corrosión debe existir una celda de corrosión, consistente en un cátodo, un ánodo y un electrolito. Los iones metálicos disueltos en el electrolito (agua) son el ánodo. Las partículas disueltas, cargadas eléctricamente (electrones), fluyen a través del metal a otros puntos (cátodos) donde ocurren reacciones de consumo de electrones. Los resultados de esta actividad es la pérdida de metal y a menudo la formación de un depósito.

Están sujetas a corrosión las aleaciones de aluminio, cobre y el acero inoxidable, al igual que el acero dulce (acero con menos de 0.25% de carbono).En general, aquellos metales se corroen más lentamente que el acero dulce. Sin embargo en algunos tipos de agua pueden estar sujetos a severos ataques localizados (picaduras). También, algunos gases disueltos como el H2S o NH3 son frecuentemente más destructivos para esos metales que para el acero dulce. La corrosión está en función de las características del agua, de los metales y del sistema.

MECANISMO DE LA CORROSIÓN

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Existen muchos tipos diferentes de corrosión, pero estos pueden ser caracterizados a menudo como: ataque general, ataque localizada o picadura: ataque galvánico y tuberculación.

ATAQUE GENERAL: Existe cuando la pérdida de material está distribuida uniformemente a lo largo de la superficie del metal. Las considerables cantidades de óxido de hierro producido por el ataque generalizado contribuyen, además, a problemas de ensuciamiento.

ATAQUE LOCALIZADO O PICADURA: Existe cuando solamente pequeñas áreas del metal se corroen. La picadura es la forma más seria de corrosión debido a que la acción está concentrada en un área pequeña y puede perforar el metal en corto tiempo.

ATAQUE GALVÁNICO: Puede ocurrir cuando dos metales diferentes están en contacto. El metal más activo se corroe rápidamente. Ejemplos comunes en los sistemas de agua son: acero inoxidable y latón, aluminio y acero, zinc y acero, y zinc y latón. Si ocurre ataque galvánico, el metal nombrado en primer término (en cada par de materiales) es el que se corroerá.

TUBERCULACIÓN: Es el resultado de varias circunstancias que originan procesos de corrosión y producen nódulos sobre la superficie metálica. Los nódulos son montículos compuestos por varias formas de óxidos y productos de corrosión laminar. Los nódulos se presentan en sistemas con tratamiento inapropiado y pueden desprenderse alojándose en lugares críticos.

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA QUE INFLUYEN EN LA CORROSIÓN

Las características del agua, más importantes, que influyen en la corrosión, son:

Oxígeno y otros gases disueltos Temperatura Sólidos suspendidos y sólidos disueltos Basicidad o acidez (pH) Velocidad

TIPOS DE CORROCION

CORROSIÓN PUNTUAL (oxidación)

Es debida al oxigeno presente en el agua

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CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA (CORROSIÓN GALVÁNICA)

Como se mencionó anteriormente la corrosión galvánica se da entre dos metales de grupos reactivos diferentes. Ocurre cuando dos metales del grupo reactivo o familia diferente se encuentran en contacto con una solución capaz de transportar una corriente eléctrica (ACERO Y COBRE).

CORROSIÓN POR EROSIÓN.

Es la causa por el choque de partículas sólidas o burbujas, debido a la velocidad a que se mueven los fluidos dentro del sistema. También Causada por alto contenido de sólidos totales disueltos.

Control de la corrosión:

Una posible solución, sería modificar las características agresivas del agua. El control de la concentración de oxígeno disuelto, por ejemplo por agregado de sulfito, sería excesivamente caro a la vez que ineficiente.

Es frecuente el uso de inhibidores de corrosión, los que actúan protegiendo la superficie del material metálico, cuya acción es la de despolarizar (disminuir o detener el flujo eléctrico) las reacciones de corrosión.

Los inhibidores de corrosión se clasifican como catódicos, anódicos o mixtos dependiendo de la reacción de corrosión que cada uno controla. La inhibición normalmente es el resultado de uno o varios de los mecanismos generales. En el primero la molécula del inhibidor es adsorbida sobre la superficie del metal por un proceso de quimisorción, formando una delgada película protectora, por sí sólo o en conjunción con iones metálicos. En el segundo mecanismo, los inhibidores simplemente obligan al metal a formar su propia protección de óxidos metálicos, y de este modo aumentan su resistencia. En el tercer mecanismo el inhibidor reacciona con las sustancias potencialmente corrosivas del agua.

Los inhibidores de corrosión más comunes son:

· Anódicos: molibdatos, ortofosfatos, nitritos, silicatos;

· Catódicos: zinc, polifosfatos, fosfonatos.

La elección del inhibidor adecuado viene condicionada por los parámetros de diseño del sistema de refrigeración y por la composición del agua.Raramente se utiliza un inhibidor de la corrosión único; en general, se mezclan dos o más inhibidores completando sus ventajas individuales y superando las limitaciones respectivas. A menudo la mejor protección del sistema se consigue combinando un inhibidor catódico con uno anódico. Algunas veces se combinan dos inhibidores catódicos, pero muy raramente dos anódicos.

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Tanto los inhibidores de corrosión como los de incrustación acostumbran a ser compuestos formulados con múltiples materias activas de forma que se minimice el consumo de productos a la vez que se potencie el rendimiento. Las empresas especializadas disponen de formulaciones propias en que los inhibidores básicos están mezclados con los otros componentes minoritarios.

III: _ACTIVIDAD MICROBIOLÓGICA.

El oxígeno disuelto en el agua es esencial para que la reacción catódica tenga lugar y se produzcan los óxidos de los metales. En presencia de agua y oxígeno, la naturaleza ataca incansablemente a los metales convirtiendo los metales en óxidos.

OXÍGENO

Los sólidos suspendidos pueden influenciar la corrosión por acción erosiva o abrasiva, y pueden asentarse en la superficie del metal y producir celdas de corrosión localizada.

Los sólidos disueltos pueden afectar la reacción de corrosión por incremento de la conductividad eléctrica del agua. A más altas concentraciones de sólidos disueltos la conductividad es más alta y la probabilidad de corrosión es mayor. Los cloruros y sulfatos disueltos son particularmente corrosivos.

SÓLIDOS SUSPENDIDOS Y SÓLIDOS DISUELTOS

El agua con acidez o ligera basicidad puede disolver los metales y la película de óxido que protege la superficie del metal. Mayor basicidad en el agua favorece la formación de una capa protectora de óxido.

ACIDEZ O BASICIDAD DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO

Altas velocidades del agua pueden incrementar la corrosión por transporte de oxígeno al metal y por sacar los productos de corrosión a un rate más rápido. Las altas velocidades también pueden causar erosión de la superficie metálica de las películas protectoras y óxidos. Cuando la velocidad del agua es baja los depósitos de los sólidos suspendidos pueden establecer celdas de corrosión localizada, con lo cual se incrementa el rate de corrosión.

VELOCIDAD DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO

Debajo de 71 °C, cada 5 – 10 °C de incremento en la temperatura causa el doble rate de corrosión; sobre los 71°C los incrementos de temperaturas adicionales

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tienen efectos relativamente pequeños en los rates de corrosión en los sistemas de agua de enfriamiento.

CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO

El crecimiento microbiológico promueve la formación de celdas de corrosión. Además, los subproductos de algunos organismos, tales como el ácido sulfhídrico de las bacterias anaerobias, son corrosivos.

La corrosión puede ser controlada, dentro de niveles tolerables, mediante un tratamiento efectivo del sistema:

A.-Cuando se diseña un nuevo sistema se deben escoger materiales resistentes a la corrosión, para minimizar el efecto de un medio agresivo.

B.-Ajustar el pH

C.-Aplicar recubrimientos protectores tales como pinturas, revestimientos metálicos, brea o plásticos.

D.- Protección catódica usando metales de sacrificio.

E.-Añadir inhibidores químicos, formadores de películas protectoras, que el agua puede distribuir a través de todas las partes humedecidas del sistema.

CONTAMINACION MICROBIOLOGICA

Contaminación microbiológica es el crecimiento incontrolado de microorganismos, que puede conducir a la formación de depósitos, los cuales contribuyen al ensuciamiento, a la corrosión y a la formación de incrustaciones.

El limo microbiológico es una masa de organismos microscópicos y productos residuales que se forman sobre las tuberías y que interfieren con la transferencia eficiente de calor. Aquellos limos son usualmente caracterizados por su contextura viscosa y pueden ser animales o vegetales.

Algunos organismos no crean depósitos de limo y no promueven la corrosión del metal. La presencia de gran número de aquellos organismos no perjudiciales sin embargo indica que hay condiciones ideales para el crecimiento de organismos perjudiciales.

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Tanto las fuentes de agua de reposición, viento e insectos pueden acarrear microorganismos dentro del sistema de agua de enfriamiento.

FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL CRECIMIENTO MICROBIOLÓGICO

Los factores más importantes que contribuyen al crecimiento microbiológico, son los siguientes:

NUTRIENTES: por ejemplo, los hidrocarburos u otra fuente de carbón pueden servir como nutrientes para los organismos formadores de limo.

ATMÓSFERA: el crecimiento de los microorganismos depende de la disponibilidad de oxígeno y/o dióxido de carbono (CO2).

LOCALIZACIÓN: factores tales como la cantidad de luz y humedad afectan significativamente el rate de crecimiento microbiológico.

TEMPERATURA: los organismos que producen limo tienden a prosperar entre 4 y 66°C.

El limo puede causar o acelerar el rate de formación de incrustaciones. El limo puede causar que el tratamiento químico para incrustaciones sea inefectivo. Cuando se forman depósitos se reduce la transferencia de calor. Esto causa posibles paradas y altos costos de energía.

Además, las masas de limo por sí mismas son materiales que causan ensuciamiento Ellas proveen excelentes sitios para que se depositen otros materiales que causan ensuciamiento. Otros microorganismos y sólidos suspendidos pueden llegar a ser parte de los depósitos materiales que causan ensuciamiento. Aunque muchos organismos tienden a morir a altas temperaturas, los desechos remanentes aún ensucian las superficies metálicas.

ÁREAS AFECTADAS POR LOS MICROORGANISMOS

Generalmente los organismos microbiológicos forman colonias en puntos de baja velocidad del agua, por eso los intercambiadores de calor están sujetos a contaminación microbiológica. Similarmente las torres de enfriamiento están sujetas a ensuciamiento, tanto en la superficie como en la parte interna.

CONTROL MICROBIOLÓGICO

Los factores de control más importantes son:

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Tipos y cantidades de organismos microbiológicos: su concentración será una indicación de la efectividad del programa de tratamiento microbiológico.

Signos de problemas microbiológicos tales como madera podrida, depósitos de limo y corrosión.

Características de operación del sistema, tales como: temperatura, velocidad del flujo de agua y composición del agua. Tipos de equipos empleados, tales como: torres de enfriamiento, tanques de rociado, condensadores de caja abierta.

Fuentes de contaminación, tales como: organismos y nutrientes introducidos al sistema. Aquellos factores pueden influenciar el crecimiento de organismos que causan problemas y afectan el tratamiento de control microbiológico.

Cada sistema debe ser evaluado, tratado y manejado individualmente.

TRATAMIENTOS MICROBIOLÓGICOS

Los tratamientos microbiológicos son seleccionados por análisis de muestras representativas de agua y limo, para determinar los tipos de organismos presentes. Se escogen los biocidas específicos más tóxicos a los organismos predominantes y los tratamientos pueden ser variados si cambia algún factor importante.

Se usan tres clases generales de tratamientos microbiológicos:

• Biocidas oxidantes.• Biocidas no oxidantes.• Biodispersantes.

BIOCIDAS OXIDANTES

Los productos químicos denominados biocidas oxidantes literalmente "queman" cualquier microbio que entre en contacto directo con ellos. Los biocidas oxidantes más comunes son: cloro, dióxido de cloro, bromo, ozono y compuestos órgano clorados de liberación lenta.

El cloro es un biocida de bajo costo, ampliamente usado y está disponible en forma líquida, gaseosa o sólida. Su efectividad se incrementa cuando se usa en combinación con biocidas no oxidantes y biodispersantes.

BIOCIDAS NO OXIDANTES

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Son compuestos orgánicos utilizados para matar microorganismos. Ellos son efectivos en sistemas de enfriamiento donde el cloro puede no ser adecuado.

BIODISPERSANTES

Son productos químicos que no matan organismos: ellos remueven los depósitos microbiológicos, los cuales luego son sacados del sistema. Ellos también exponen nuevas capas de limo microbiológico o algas al ataque de los biocidas oxidantes. Los biodispersantes son una medida preventiva efectiva debido a que ellos hacen difícil que los microorganismos ataquen la superficie del metal para formar depósitos.

IV: _ FORMACIÓN DE LODOS

Si se rompe el equilibrio entre residual de tratamiento y los sólidos totales disueltos, y el contenido de estos últimos es muy elevado y/o la presencia de microorganismos es excesiva, los sólidos comienzan a precipitarse formando lo que se conoce como lodos.

Los lodos pueden formar taponamientos en las tuberías y obstruirlas.

MALA TRANSFERENCIA DE CALOR

Ocasionadas por incrustación de sales de calcio y magnesio y por adherencias de microorganismos (limo y algas).

Efectos de los problemas en los sistemas de agua de enfriamiento:

Si no se controlan estos problemas en el agua de enfriamiento, juntos o por separado, pueden causar:

1. Incremento de los costos de mantenimiento.2. Reducción de la eficiencia de transferencia de calor y grandes pérdidas de

energía3. Posible producción de paradas de planta.

V: ENSUCIAMIENTO

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Ensuciamiento es la acumulación de materiales sólidos, diferentes de las incrustaciones, que se producen debido al depósito de partículas que se fijan en algún punto del sistema, donde la velocidad del agua de enfriamiento disminuye a un nivel tan bajo, que no es capaz de arrastrar el material en el flujo. Estos depósitos impiden la operación del equipo de planta o contribuyen a su deterioro.

Ejemplos de los materiales más comunes, que producen ensuciamiento son:

1. Polvo y cieno2. Arena3. Productos de corrosión4. Productos orgánicos naturales5. Masas microbiológicas6. Fosfatos de aluminio7. Fosfatos de hierro

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL ENSUCIAMIENTO EN UN SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO.

Los factores más importantes que influyen en el ensuciamiento en un sistema de agua de enfriamiento son:

Características del agua Temperatura Velocidad del flujo de agua Crecimiento microbiológico Corrosión Contaminación.

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IMPUREZAS EN EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.

Los sistemas de enfriamiento de agua pueden ser de varios tipos dependiendo de su estructura y mecanismo. Se les conoce como abiertos o cerrados, con recirculación o de un solo paso. Los sistemas cerrados se utilizan generalmente en sistemas de aire acondicionado y el sistema de un solo paso es poco usado industrialmente, debido al desperdicio de agua que implica.

La industria y los servicios requieren de un sistema de enfriamiento. El calor generado en una refinería de petróleo, en la generación de energía eléctrica, en la industria química, etc. debe disiparse a la atmósfera exterior por medio de torres de enfriamiento o torres evaporativas como también son llamadas estas.

También estos sistemas de enfriamiento se emplean con fines de acondicionamiento de ambiente para disminuir la temperatura en verano enfriando el aire que se renueva constantemente en el medio ambiente. En el caso de torres evaporativas el agua de enfriamiento sufre cambios en sus características y propiedades ya que los componentes del agua se concentran y la cantidad de sólidos disueltos y suspendidos que contiene el agua aumentan en su concentración.

Este incremento en sales y sólidos puede conducir a la precipitación, especialmente las más insolubles como son los carbonatos de calcio y los óxidos de magnesio, por lo que en las torres evaporativas uno de los principales problemas en su operación y mantenimiento es la formación de depósitos de sarro en tuberías y accesorios del equipo. También, los precipitados de sales cristalinas se depositan en el medio de empaque de la torre y su eficiencia en enfriamiento disminuye, ya que el área de contacto en la interface aire-agua se afecta negativamente por los cristales Formados. Si el agua no está completamente limpia y contiene sólidos suspendido, estos también coprecipitan con los carbonatos, óxidos y sulfatos insolubles, por lo que para evitar el taponamiento del medio de empaque la calidad del agua debe ser tal que esté exenta de materia coloidal suspendida.

La oxidación del material de la torre o sistema de enfriamiento es otro de los problemas que se presentan en esta operación unitaria. Aunque no son tan severas las condiciones de operación como en una caldera, los gases disueltos en el agua como bióxido de carbono y oxigeno causan corrosión, por lo que es necesario agregar agentes químicos para neutralizar la acción de estos.Otro problema severo en sistemas de enfriamiento es el crecimiento de especies microbiológicas como hongos, algas y bacterias que se desarrollan sobreviven y subsisten de los materiales que se forman en el sistema de enfriamiento y que aprovechan como sustrato. Estos microorganismos atacan el fierro y forman coágulos y depósitos de biomasa que cambian el patrón de flujo del agua y disminuyen la eficiencia de intercambio entre la masa de aire que circula por la torre o sistema de

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enfriamiento y el agua que transfiere masa y energía térmica a los alrededores.

IMPUREZAS POR LODOS:

Se incluyen en esta categoria todos los depositos solidos que pueden encontrarse en un circuito de refrigeracion, exeptuando las incrustacion los exodos procedentes de la corrosion.

Este deposito, no solo da lugar, por si mismo, a dificultades en la explotacion, sino que puede ser causa como la incrustacion, de fenomenos de corrosion bacteriana perforadora.

Estos lodos pueden tener cuatro origenes principales.

1. El agua de aportacion2. El aire atmosferico3. Las fabricaciones: fluidos y aparatos refrigerados:4. Los desarrollos biologicos dentro del circuito.

Lodos devidos alagua de aportacion: el agua de aportacion puede contener materiales solidas en suspensión, qu epueden retenerse mediante un tratamiento adecuado, para evitar que se depositen en los puntos del circuito e los que la circulacion es mas lenta.

Entre los materiales de suspension y los elementos en solucion se encuantran las materias denominadas coloidales. Son inestables, una pequeña elevacion de la temperatura o un efecto de concentracion hacen que estas materias pasen al estado de gel edherente y adsorvente. Esto explica con mucha frecuencia el ensuciamiento de condensadores o intercambiadores, por una materia de aspecto viscoso cuyo color varia en funcion de las sustancias solidas adsorvidas, pueden eliminarse la mayor parte de estas materias coloidales, al menos las mas inestables, y por tanto las mas peligrosas por procedimientos fisico-quimico.

Contaminacion por el aire atmosferico: un refrigerante atmosferico es un lavador de aire; todos los elementos que transporta el aire de refrigeracion quedan retenidos en el agua de circulacion.

Se encuentran materias solidas en suspensión y materias coloidales cuando el grado de concentración es pequeño, el caudal de purgas de desconcentración es generalmente suficiente para arrastrar estas materias. El aire puede aportar al agua materiales solubles alcalinas (cal, sales amónicas) o acidas (CO2, SO2, SO3). Estas materias modifican constantemente el análisis químico del agua en circulación, de forma diferente.

El crecimiento microbiano es uno de los problemas más frecuentes: agua a temperaturas próximas a 35ºC, altas concentraciones de O2, luz UV, constituyen un microclima adecuado para crecimiento de microorganismos, los cuales a su

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vez favorecen la corrosión al absorber o desprender oxígeno, formando depósitos o la generación de hidrogeno gaseoso por reacciones catódicas.

El agua en estado puro no existe y dependiendo de la fuente de donde provenga contiene un sin número de impurezas, a continuación una lista de las impurezas que afectan solamente en el tratamiento interno de los sistemas de enfriamiento.

IMPACTOS AMBIENTALES

Típicamente, el agua de enfriamiento limpia constituye el efluente más importante que proviene de las plantas termoeléctricas. Puede ser reciclada o descargada a la extensión de agua superficial, sin causar efectos mayores en cuanto a su calidad química. Sin embargo, debe ser considerado el efecto del calor residual sobre la temperatura del agua ambiental, durante la evaluación de las plantas que contemplen utilizar, sin reciclaje, el agua de enfriamiento. Un aumento pequeño en la temperatura del agua ambiental puede alterar, radicalmente, las comunidades de las plantas y la fauna. Los otros efluentes que producen los proyectos termoeléctricos son menos abundantes, pero pueden alterar, grandemente, la calidad del agua. Por ejemplo, los efluentes de las plantas termoeléctricas a carbón contienen el agua de lavado del sistema de enfriamiento, de la caldera, del desmineralizador, del regenerador de resinas, del eliminador de ceniza y el escurrimiento de los montones de carbón, ceniza y del patio, así como otras descargas de bajo volumen causadas por los accidentes o derrames. Se encuentran diferentes combinaciones de metales y otros químicos en estos efluentes. En las plantas a petróleo los derrames de combustible tienen un impacto negativo sobre la calidad del agua.

Como algunos de los impactos pueden ser evitados completamente, o mitigados más exitosamente, a menor costo, si el sitio se escoge, prudentemente.

Agua de enfriamiento y calor residual

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Muchas plantas de generación que emplean vapor tienen sistemas de enfriamiento sin reciclado. Si el alto volumen de agua que requieren las grandes plantas de este tipo, se toma de las extensiones de agua naturales, como ríos y bahías, existe el riesgo de mortandad para los organismos acuáticos, porque se arrastran y se chocan con el sistema de enfriamiento. Esto puede reducir grandemente la población de peces y moluscos, de los cuales algunos pueden tener importancia comercial.

Las descargas de agua caliente pueden elevar la temperatura del agua ambiental, alterando radicalmente, las comunidades de plantas y animales acuáticos, favoreciendo a los organismos que se adapten a temperaturas más altas. Entonces, las nuevas comunidades son vulnerables al efecto opuesto, a saber, una reducción brusca de la temperatura ambiental, después de la paralización de la planta, debido a las fallas o el mantenimiento programado.

Al utilizar torres de enfriamiento por evaporación, se reduce la cantidad de agua que debería ser empleada para enfriamiento, y se requiere, sólo una cantidad suficiente para compensar la evaporación. Las torres eliminan la descarga térmica, pero producen agua de purgación, que deberá ser eliminada. En los climas más fríos hay otra alternativa: se puede reducir la temperatura mediante el uso beneficioso del calor residual en la forma de agua caliente o vapor, p.ej., para calentar los edificios o piscinas de acuacultura.

Cualquiera de los métodos de enfriamiento implica algún consumo de agua. En las áreas donde es escasa, esto reduce el volumen de agua que está disponible para consumo humano, riego, navegación y otro uso.

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Nuevo Sistema de Enfriamiento de Gran Impacto Ambiental

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Revolucionaria tecnología de enfriamiento sustentable elimina la polución marina, creando un circuito cerrado de enfriamiento que permite una mayor eficiencia energética y trae importantes beneficios económicos

(Crystal Lagoons)Una nueva aplicación industrial desarrollada por el reconocido innovador chileno, Fernando Fischmann, CEO y fundador de Crystal Lagoons Corp, que está acaparando la atención mundial, fue exhibida en el World Future Energy Summit (WFES), el principal encuentro internacional para debatir sobre futuro, eficiencia energética y energías limpias, que se llevó a cabo recientemente en Abu Dhabi.

Esta revolucionaria tecnología para el enfriamiento sustentable de plantas industriales y termoeléctricas, elimina la polución marina de industrias que requieren enfriamiento, algo crítico para el Golfo Arábigo que hoy se encuentra presionado por la industrialización, la cual ha puesto en riesgo sus extensos arrecifes de corales y ecosistemas marinos. La tecnología de Crystal Lagoons permite un sustancial ahorro energético y una drástica reducción de emisiones de CO2, generando enormes beneficios medioambientales para compañías mineras, de energía e industriales.

Al poco tiempo de ser presentada esta tecnología única en APEC, la escuela de negocios de Babson College, PowerGen y la mayor feria minera de Latinoamérica Exponor, empresas líderes en el rubro energético a nivel nacional e internacional se han interesado en incorporarla. A la fecha, Crystal Lagoons cuenta con 19 proyectos en carpeta en Perú, Estados Unidos, Finlandia, India y Arabia Saudita, además de nuestro país.

“Este enorme interés se explica por la gran necesidad que existe de implementar sistemas de enfriamiento que sean económicamente rentables y de gran impacto medioambiental. Actualmente, tenemos proyectos no sólo con termoeléctricas, ya que el problema del enfriamiento trasciende a otras industrias como plantas termo solares, fundiciones, district cooling y data centers”, explica el gerente de desarrollo de Crystal Lagoons, Joaquín Konow.

Generación Eléctrica

Cabe destacar que en Chile y el mundo, la mayoría de los procesos de generación termoeléctrica utiliza enfriamiento mediante grandes volúmenes de

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agua desde el mar, los que se captan desde el océano y luego se devuelven al mar a una temperatura considerablemente más alta.

Por esta razón, se ha generado un grave problema ambiental debido a la muerte de fauna marina en el proceso de succión del agua y la fuerte alteración del ecosistema al retornar enormes volúmenes de agua caliente al mar. Este sistema ya está prohibido en los Estados Unidos, debido al enorme daño ambiental que causa y muchos otros países están siguiendo este ejemplo.

Asimismo, en este proceso, energía valiosa se disipa en el medioambiente, contribuyendo así al calentamiento global, al cambio climático, y dañando severamente la biósfera. Hoy, la energía desperdiciada en el mundo equivale a un 80% de la energía eléctrica que efectivamente se consume en todo el planeta.

La tecnología de enfriamiento sustentable desarrollada por Crystal Lagoons, soluciona este problema, ya que permite crear grandes lagunas cristalinas que actúan como disipador de calor, creando un circuito cerrado de enfriamiento para las plantas de generación eléctrica. Este nuevo sistema toma agua cristalina de la más alta calidad desde la laguna para enfriar el proceso industrial.

Más tarde el agua regresa a la laguna, lo que da forma a una laguna cristalina que actúa como reserva de agua y de energía térmica. De esta forma, energía que antes se desperdiciaba se puede utilizar para diversos propósitos haciendo que esta tecnología sea viable también en términos económicos a través del mercado de bonos de carbono.

Esta innovación permite a las plantas termoeléctricas y termo solares entre otras, una desconexión completa del mar u otras fuentes naturales, a través de un sistema más eficiente que las tradicionales torres de enfriamiento, logrando un menor costo de instalación, bajo consumo de agua de reposición y de energía. Gracias a esta aplicación es posible también construir o relocalizar centrales térmicas en lugares alejados del mar y cerca de los centros de demanda. De esta manera, se incrementa la eficiencia, bajan los costos de transmisión y se evita el enorme daño ambiental que se produce al utilizar otros sistemas.

Del total de la energía que una planta térmica utiliza para producir electricidad, aproximadamente el 65% se pierde al ser disipada al ambiente en forma de calor. La tecnología Crystal Lagoons optimiza el aprovechamiento energético, porque permite capturar gran parte de ese calor y darle un uso alternativo.

“Como se trata de un sistema cerrado con agua de alta calidad, la laguna aumenta su temperatura hasta un estado estacionario, creando una reserva de energía térmica que puede ser utilizada posteriormente en diversos procesos,

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tales como calefacción, agua caliente residencial e industrial, desalación térmica, calefacción de invernaderos, secado de madera y precalentamiento industrial, contribuyendo así al desarrollo económico de las regiones donde se establezcan las centrales con este sistema de enfriamiento sustentable”, destaca Joaquín Konow

Esta tecnología tiene un gran impacto en Emiratos Árabes Unidos (EAU), en donde cerca de 1.000 centrales de energía operan bajo este sistema, utilizando más de 168 billones de litros de agua al día; más de cinco veces el volumen de agua de riego utilizada en Australia. Asimismo, se podría reducir el impacto ambiental de variadas industrias y poder utilizar energía que hoy se está perdiendo al medio ambiente en forma de calor.

Además del uso industrial del agua caliente, las lagunas cristalinas temperadas pueden emplearse con fines recreacionales. Al contrario de otros sistemas utilizados actualmente, esta tecnología permite crear una atracción turística y dar una mejoría al paisaje, mediante lagunas cristalinas temperadas durante todo el año en casi todo el mundo, dando un gran valor recreacional e inmobiliario, lo que conlleva un beneficio a la comunidad sin precedentes para las zonas donde se instalan las centrales e industrias.

CONCLUSIONES

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Al término del presente estudio podemos concluir:

Que Cuando el personal encargado de la administración de los sistemas de enfriamiento carece de un buen conocimiento del sistema, procesos críticos, condiciones mecánicas, operaciones y las químicas. se corre el riesgo de un mal manejo del sistema y tener problemas de corrosión, incrustación, ensuciamiento o crecimiento microbiano.

También De acuerdo a los simuladores, análisis del agua de recirculación, la experiencia de los operadores y asesores ambientales relacionados con estos procesos, se observa que; Un buen control en un sistema de enfriamiento en los parámetros de pH y conductividad; conlleva el 80% del éxito del tratamiento y si es que son bien establecidos los valores de control, el producto químico viene a reforzar el éxito del tratamiento.

La aplicación de un programa de tratamiento en Torres de enfriamiento debe considerar si es de manera manual los índices de Langelier, Riznar, Larson Skolt, y índice de Puckorius; antes de iniciar un tratamiento y si se utiliza un simulador, habrá que asegurarse que este considere al menos estos índices.

Los problemas de un mal tratamiento o falta de tratamiento como, Corrosión, Incrustación, Ensuciamiento y microbiología; acarrean una pérdida de eficiencia en los sistemas que traen de la mano pérdidas de energía y por consiguiente un impacto al ambiente más significativo.

Los impactos ambientales relevantes en el mal manejo de un sistema se reflejan en descargas con altos contenidos de productos químicos, tóxicos, se trata de impactos moderados. El deterioro a corto plazo de los equipos y fallas en el proceso pérdidas de producción producen mermas de producción y desperdicios que llevan impactos ambientales negativos.

RECOMENDACIONES

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1. El personal involucrado en el manejo u operación de los sistemas de enfriamiento, se debe mantener en capacitación constante en cuanto a la operación y funcionamiento de los equipos y el manejo seguro de los productos químicos.

2. Mantener Informado al Personal Operador de los sistemas de enfriamiento de las consecuencias al ambiente en el manejo indiscriminado de los productos químicos.

3. Mantener actualizado un Inventario de productos químicos así como el registro controlado de consumos.

4. Evaluar el diseño y operación adecuado del sistema de enfriamiento y no tratar de resolver problemas mecánicos operacionales con tratamiento químico.

5. Asegurar la operación correcta de los sistemas de enfriamiento y minimizar el consumo de productos químicos.

6. Llevar un registro de la eficiencia Eléctrica de los sistemas de enfriamiento.

7. Evaluar que no haya aumento en los consumos de energía por efectos de incrustación, corrosión y ensuciamiento microbiano en los sistemas de enfriamiento.

8. Evaluar adecuadamente la instalación de la purga, ésta puede ser un factor importante en el ahorro de energía y en el impacto contaminante hacia la descarga.

BIBLIOGRAFÍA

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ANEXOS

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Sistema de Enfriamientos

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