Tratamiento de las aguas de enfriamiento

1.0 Introducción

2.0 Transferencia de calor

3.0 Corrosión

4.0 Incrustaciones

5.0 Ensuciamiento

6.0 Contaminación microbiológica

7.0 Pretratamiento

8.0 Monitoreo y control

1.0 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.

2.0 TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor es el movimiento del calor de un cuerpo a otro: se denomina fuente al cuerpo más caliente y receptor al cuerpo más frío. En los sistemas de agua de enfriamiento el producto o proceso que se enfría es la fuente y el agua de enfriamiento es el receptor. Todos los sistemas de enfriamiento cuentan en esta acción de dar y recibir calor, con agua, la cual tiene el más amplio rango de uso como refrigerante.

En general, el agua de enfriamiento no está en contacto directo con la fuente; los dos están separados por un material que es un buen conductor del calor, por lo común un metal. A todo el conjunto se le denomina intercambiador de calor.

2.1 Factores que controlan la transferencia de calor

Los factores que controlan la transferencia de calor son:

a.-Las características térmicas del intercambiador de calor

b.-El espesor del intercambiador de calor

c.-El área superficial de intercambio

d.-La diferencia de temperatura entre la fuente y el agua de enfriamiento

e.-Los depósitos aislantes en cualquiera de los lados del intercambiador .

Los tres primeros factores, dependen del diseño del intercambiador y los factores 4 y 5 dependen de las condiciones de operación del agua de enfriamiento.

2.2 Uso del agua para enfriamiento

Muchos factores hacen del agua un excelente refrigerante, tales como:

- Es normalmente abundante

- Es fácilmente utilizable: es de fácil manejo

- Es poco costosa.

- Puede transportar (acarrear) grandes cantidades de calor por unidad de volumen.

- No se expande ni se comprime significativamente, dentro de los rangos de temperatura normalmente usados.

- No se descompone.

2.3 Fuentes de agua de enfriamiento

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.

2.4 Principales propiedades del agua de enfriamiento

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.

2.5 Importancia de las principales propiedades del agua, en los sistemas de agua de enfriamiento

Cada una de las propiedades claves del agua tienen un impacto directo en los cuatro principales problemas de los sistemas de agua de enfriamiento: corrosión, incrustaciones, ensuciamiento y contaminación microbiológica. Estas propiedades también afectan los programas de tratamiento diseñados para controlar los problemas.

Conductividad: Los programas de tratamiento del agua de enfriamiento funcionarán dentro de rangos específicos de conductividad; el rango dependerá del diseño del agua de enfriamiento particular, de las características y del tipo del programa químico.

PH: El control de pH es crítico para la mayoría de los programas de tratamiento de agua de enfriamiento. En general, cuando el pH esta debajo de los rangos recomendados la probabilidad de corrosión se incrementa y cuando el pH esta por encima de los rangos recomendados, la probabilidad de formación de incrustaciones se incrementa.

La efectividad de muchos biocidas también depende del pH; en consecuencia pHs altos o bajos pueden permitir el crecimiento y desarrollo de problemas microbiológicos.

Alcalinidad: La alcalinidad y el pH están relacionados, ya que un incremento en el pH indica un incremento de la alcalinidad y viceversa. Así como el pH, alcalinidad debajo del rango recomendado incrementa la probabilidad de corrosión; rangos por encima de lo recomendado incrementa la probabilidad de formación de incrustaciones. Cuando existen problemas de corrosión e incrustaciones, el ensuciamiento también será un problema.

Dureza: Los niveles de dureza están usualmente asociados con la tendencia del agua de enfriamiento a formar o no incrustaciones. Los programas químicos para prevenir incrustaciones pueden funcionar solamente cuando los niveles de dureza están dentro del rango especificado. Algunos programas de control de corrosión requieren de un cierto nivel de dureza para funcionar correctamente como inhibidor de corrosión, por lo cual es importante asegurar que el nivel de dureza no este debajo en aquellos programas.

2.6 Tipos de sistemas de agua de enfriamiento más comunes

Existen los siguientes diseños básicos de sistemas de agua de enfriamiento:

- Sistemas de un solo paso.

- Sistemas de recirculación abiertos.

- Sistemas de recirculación cerrados.

Sistemas de un sólo paso: El agua de enfriamiento pasa a través de un equipo de intercambio de calor solamente una vez. Debido a los grandes volúmenes de agua de enfriamiento que son usados, la temperatura del agua se incrementa sólo ligeramente. El contenido mineral del agua de enfriamiento permanece prácticamente sin cambio al pasar a través del sistema.

Se usan cuando existe disponibilidad de gran cantidad de agua y el tratamiento puede ser mínimo y generalmente no se usa tratamiento.

Sistemas de recirculación abiertos: Se denominan también sistemas evaporativos y son los más ampliamente usados en el diseño de enfriamiento industrial; usan tratamiento químico.

Este sistema consiste de bombas, intercambiadores de calor y torres de enfriamiento. Las bombas mantienen el agua circulando a través de los intercambiadores de calor, donde retiran calor, y de la torre de enfriamiento donde el calor es liberado del agua a través de la evaporación. Debido a la evaporación (disminución del volumen inicial de agua), el agua en los sistemas de agua de enfriamiento abiertos, sufre un incremento en su contenido químico.

Sistemas de recirculación cerrados: Usa la misma agua de enfriamiento repetidamente en un ciclo continúo. Primero, el agua absorbe calor del fluido del proceso y luego lo libera en otro intercambiador de calor. En estos sistemas no se incluye una torre de enfriamiento evaporativa, pero si usan un tratamiento químico. Un caso específico es el sistema de enfriamiento de agua de los vehículos automotores

2.7 Problemas en los sistemas de agua de enfriamiento

Si no se tratan los sistemas de agua de enfriamiento, proporcionan un ambiente donde existirán los problemas principales del agua de enfriamiento, tales como:

Corrosión: El agua tiende a convertir los metales (tales como el acero dulce) a su estado oxidado.

Incrustación: Las impurezas del agua, tales como dureza de calcio y magnesio pueden precipitar y depositarse, dependiendo de sus concentraciones y de la temperatura del agua, pH, alcalinidad y otras características del agua.

Contaminación Microbiológica: Los sistemas de agua de enfriamiento ofrecen un ambiente favorable para el crecimiento de microorganismos, los cuales causan problemas.

Ensuciamiento: Los sólidos suspendidos, tanto de las fuentes externas como internas, pueden causar depósitos.

2.8 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:

- Incremento de los costos de mantenimiento.

- Reducción de la eficiencia de transferencia de calor y grandes pérdidas de energía

- Posible producción de paradas de planta.

3.0 CORROSIÓN

3.1 Definición

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.

3.2 Mecanismo de la corrosión

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.

3.3 Tipos de ataque por corrosión

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 esta 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.

3.4 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

• Sólidos suspendidos y sólidos disueltos

• Basicidad o acidez (pH)

• Velocidad

• Temperatura

• Actividad microbiológica.

3.4.1 Oxígeno

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.

3.4.2 Sólidos suspendidos y sólidos disueltos

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.

3.4.3 Acidez o basicidad del agua de enfriamiento

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.

3.4.4 Velocidad 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.

3.4.5 Temperatura

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

3.4.6 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.

3.5 Métodos usados para el control de la corrosión

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.

3.6 Acción de los inhibidores químicos de corrosión

Los inhibidores químicos de corrosión reducen o detienen la corrosión por interferencia con los mecanismos de corrosión, formando una película protectora sobre la superficie metálica. Los inhibidores usualmente actúan sobre el cátodo o el ánodo.

Inhibidores anódicos de corrosión: Establecen una película protectora en el ánodo. Aun cuándo estos inhibidores pueden ser efectivos también pueden ser peligrosos. Si hay insuficiente cantidad de inhibidor anódico, ocurre potencial de corrosión en todos los sitios anódicos no protegidos o insuficientemente protegidos. Esto causa ataques localizados severos (o picaduras).

Inhibidores principalmente anódicos:

Cromatos, nitritos, ortofosfatos y slicatos

Inhibidores catódicos de corrosión: Forman una película protectora en el cátodo. Estos inhibidores reducen la velocidad de corrosión en proporción directa a la protección del área catódica.

Inhibidores principalmente catódicos:

Bicarbonatos, polifosfatos y cationes metálicos

Inhibidores generales de corrosión: Protegen con una película toda la superficie metálica, ya sea anódica o catódica.

Inhibidores Generales:

Aceites solubles y otros productos orgánicos.

3.7 Tipos de sistemas de enfriamiento

El escoger el tipo de tratamiento es básicamente una materia económica.

En los sistemas de un sólo paso un gran volumen de agua pasa a través del sistema una sola vez. La protección puede ser obtenida con relativamente pocas partes por millón de tratamiento, debido a que el agua no cambia significativamente en su composición mientras pasa a través de los equipos.

En un sistema de recirculación abierta, deben estar presentes mayor cantidad de productos químicos, debido a que la composición del agua cambia significativamente debido al proceso de evaporación. Los constituyentes que pueden causar corrosión o incrustación son concentrados. Sin embargo, el tratamiento químico también es concentrado por evaporaci6n; por eso, después del dosaje inicial de inhibidores de corrosión, con dosajes moderados se mantendrá el nivel de tratamiento necesario para estos sistemas.

En un sistema de recirculación cerrado, la composición del agua permanece regularmente constante. Hay pérdidas muy pequeñas de agua y de tratamiento químico.

El factor más importante en un programa inhibidor de corrosión efectivo es el control de los inhibidores de corrosión química en el sistema de enfriamiento y el control de las características claves del agua.

4.0 INCRUSTACIONES

4.1 Definición

Las incrustaciones son un recubrimiento denso de material predominante inorgánico, formado por la precipitación química inducida de constituyentes soluble en el agua, que se vuelven insolubles por aumento de la temperatura, lo cual causa un exceso en el producto de solubilidad de algún constituyente del sistema. Las incrustaciones interfieren con la transferencia de calor y disminuyen el flujo de agua de enfriamiento.

Las incrustaciones más comunes están formadas por:

• Carbonato de calcio
• Fosfato de calcio
• Sales de magnesio
• Sílice

4.2 Factores que determinan la formación de incrustaciones

Los factores que determinan si un agua es formadora de incrustaciones son:

• Temperatura
• Basicidad o acidez (pH)
• Cantidad presente de materiales formadores de incrustaciones.
• Influencia de otros materiales disueltos, los cuáles pueden o no ser formadores de incrustaciones.

Cuando alguno de esos factores cambia, la tendencia incrustante también cambia. La mayoría de sales llegan a ser más solubles cuando se incrementa la temperatura. Sin embargo, algunas sales como el carbonato de calcio se hacen menos solubles cuando se incrementa la temperatura. Por eso, el carbonato de calcio causa depósitos a altas temperaturas.

Un cambio en el pH afecta grandemente la formación de incrustaciones. Por ejemplo, cuando el pH se incrementa el carbonato de calcio (el más común de los constituyentes de incrustaciones en los sistemas de enfriamiento) decrece en solubilidad y se deposita. Algunos materiales tales como la sílice (Si02) son menos solubles a pHs bajos.

Cuando la cantidad de material disuelto en agua y formadores de incrustaciones excede el punto de saturación, puede resultar en incrustaciones. Además otros sólidos disueltos pueden influenciar la tendencia formadora de incrustaciones.

En general, altos niveles de sólidos disueltos formadores de incrustaciones presentan las más altas probabilidades de formación de incrustaciones.

4.3 Control de la formación de incrustaciones

Las formas básicas de controlar las incrustaciones, son:

-Limitar la concentración de minerales formadores de incrustaciones, por control de los ciclos de concentración o por remoción de los minerales antes que estos entren al sistema. Los ciclos de concentración es la relación entre el contenido de un ión en el agua de purga y su contenido en el agua de reposición.

-Interferir a los iones potencialmente incrustadores. Se adiciona un ácido para mantener disueltos los minerales formadores de incrustaciones, tales como el carbonato de calcio y prevenir el crecimiento de cristales. La adición de ácido sulfúrico transforma los bicarbonatos en sulfatos, previniendo la precipitación como carbonato de calcio.

-Hacer cambios mecánicos en el sistema para reducir la probabilidad de formación de incrustaciones. El incremento del flujo de agua en intercambiadores con grandes áreas superficiales es un ejemplo de esto.

-Tratamiento con productos químicos diseñados para prevenir las incrustaciones.

4.4 Tratamientos con inhibidores químicos de incrustaciones

Los tratamientos con inhibidores químicos de incrustaciones más usados, son:

Los acondicionadores de incrustaciones: modifican la estructura del cristal de las incrustaciones, creando un lodo pesado y transportable en vez de un cristal duro, que puede continuar creciendo. Entre los acondicionadores de incrustaciones tenemos: Ligninas, taninos, compuestos poliméricos.

Los inhibidores químicos de tratamiento umbral: previenen la formación de incrustaciones, manteniendo en solución los minerales formadores de incrustaciones y no permitiendo que se formen depósitos. Entre los inhibidores químicos de tratamiento umbral tenemos: Fosfatos orgánicos, polifosfatos, compuestos poliméricos.

Al igual que en la corrosión, el control del programa químico y del sistema de agua de enfriamiento permite asegurar que la formación de incrustaciones no llegue a ser un problema.

5.0 ENSUCIAMIENTO

5.1 Definición

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:

• Polvo y cieno
• Arena
• Productos de corrosión
• Productos orgánicos naturales
• Masas microbiológicas
• Fosfatos de aluminio
• Fosfatos de hierro

5.2 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.

5.2.1 Características del agua

El agua destilada no ensucia. Sin embargo la mayoría de aguas contienen materiales suspendidos y disueltos que pueden causar un problema significativo de ensuciamiento bajo ciertas condiciones.

Los materiales afectan en mayor grado cuando es mayor el tamaño de las partículas y la cantidad de partículas.

5.2.2 Temperatura

El incremento de temperatura incrementa la tendencia al ensuciamiento, debido a que las superficies que transfieren calor están más calientes que el agua de enfriamiento y aceleran el ensuciamiento.

5.2.3 Velocidad del flujo de agua

A bajas velocidades del flujo de agua (un pie por segundo o menos) ocurre ensuciamiento debido al asentamiento natural del material en suspensión. A velocidades del flujo de agua más altas (dos pies por segundo) puede ocurrir ensuciamiento, pero usualmente es menos severo. A tres pies por segundo o más se puede evitar que se depositen los sólidos suspendidos.

5.2.4 Crecimiento microbiológico

Los microorganismos pueden formar depósitos en cualquier superficie. Además las bacterias corrosivas o depositadoras de hierro causan o utilizan productos de corrosión los cuales subsecuentemente se depositan como ensuciantes voluminosos. Todas las colonias microbiológicas actúan como un lugar colector de polvo y cieno, causando un depósito de ensuciantes diversos.

5.2.5 Contaminación del proceso

Los materiales que escapan del lado del proceso del equipo de intercambio de calor pueden causar serios problemas de ensuciamiento en varios aspectos:

- Depositándose como productos insolubles.

- Suministrando nutrientes para microorganismos y causando severos crecimientos microbiológicos.

- Reaccionando con los inhibidores de corrosión o incrustaciones para formar ensuciamientos insolubles.

5.3 Control del ensuciamiento

El ensuciamiento puede ser controlado mecánicamente o por el uso de tratamientos químicos. El mejor método depende del tipo de ensuciamiento. El control del ensuciamiento en un sistema de enfriamiento involucra tres tácticas principales:

Prevención: Es todo lo que se pueda hacer para prevenir que los materiales que producen ensuciamiento entren al sistema de enfriamiento; esto puede requerir cambios mecánicos o adición de productos químicos para clarificar el agua de reposición.

Reducción: Se tiende a remover o reducir el volumen de los materiales que producen ensuciamiento, que inevitablemente entran al sistema de enfriamiento. Esto puede involucrar filtraci6n del flujo o limpieza periódica del estanque de la torre de enfriamiento.

Control de la operación: Es una acción regular para minimizar los depósitos de los materiales que producen ensuciamiento en el sistema. Esto puede incluir la adición de dispersantes químicos y agitación por aire o retro lavado de los intercambiadores.

5.4 Inhibidores químicos de ensuciamiento

Los inhibidores químicos de ensuciamiento trabajan mediante los dispersantes y los agentes humectantes para mantener los materiales que producen ensuciamiento en suspensión, previniendo que ellos se asienten en las superficies metálicas o ayudando a remover los depósitos de ensuciamiento que ya se han formado.

Los dispersantes, por refuerzo de cargas, causan que los materiales que producen ensuciamiento se repelan unos a otros por incremento de las cargas eléctricas iguales que acarrean.

Los agentes humectantes hacen al agua más penetrante (reducen la tensión superficial), inhiben la formación de nuevos depósitos y posibilitan la remoción de los depósitos existentes. Esta acción mantiene las partículas, en la masa del flujo de agua y donde pueden ser más fácilmente removidas del sistema ya sea a través de las purgas o de filtración.

5.5 Productos químicos usados

Refuerzo de cargas: Polímeros aniónicos.

Agentes humectantes: Surfactantes

Un control continuo, tanto del programa químico y mecánico, es el único camino para reducir el ensuciamiento.

5.6 Efecto de la corrosión en el ensuciamiento

La corrosión puede formar productos de corrosión insolubles que migran y se mezclan con desechos contaminantes del proceso o masas microbiológicas para agravar el ensuciamiento.

6.0 CONTAMINACION MICROBIOLOGICA

6.1 Definición

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.

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

6.2 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.

6.3 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.

6.4 Control microbiológico

Los factores de control más importantes son:

- 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.

6.5 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.

6.5.1 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 esta disponible en forma líquida, gaseosa o sólida. Su efectividad se incrementa cuando se usa en combinación con biocidas no oxidantes y biodispersantes.

6.5.2 Biocidas no oxidantes

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

6.5.3 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.

7.0 PRETRATAMIENTO

7.1 Definición

Un pre-tratamiento es la preparación del sistema de agua de enfriamiento para asegurar que el programa de tratamiento puede trabajar efectivamente desde la puesta en marcha.

Los sistemas nuevos o los ya existentes que retornan al servicio pueden contener cantidades significativas de material contaminante. Películas de aceite o grasa, recubrimientos en general o herrumbre, polvo y arena siempre permanecen en los sistemas. Estos materiales no son fallas de construcción, ellos resultan de condiciones existentes durante la construcción.

En los sistemas fuera de servicio, los depósitos pueden estar presentes como resultado de incrustaciones, corrosión, ensuciamiento o contaminación microbiológica. Si aquellos materiales no son removidos a través de un pretratamiento efectivo, el programa químico subsecuente no será efectivo.

7.2 Etapas en la preparación del sistema y la puesta en marcha

Se deben seguir las siguientes etapas:

- Limpieza del sistema

- Aplicación de productos químicos especiales para el pretratamiento.

- Aplicación de un dosaje inicial alto de inhibidores de corrosión

- Aplicación de inhibidores de corrosión a niveles de mantenimiento durante la operación

7.2.1 Limpieza del sistema

Los chorros de agua pueden reducir los contaminantes pero no en gran extensión. Además el agua no tratada y la superficie metálica no protegida reaccionan para formar productos de corrosión adicionales.

Los ácidos remueven los productos de la corrosión y algunos minerales contaminantes, pero tienen un efecto pequeño en los materiales orgánicos. Por una aplicación inapropiada estos pueden atacar el metal del sistema y causar severos ataques al metal. Flujos inapropiados de reactivos de limpieza química, dejarán a la superficie metálica en un estado altamente reactivo, lo cual hace que sean especialmente vulnerables a los ataques de corrosión.

7.2.2 Aplicación de productos químicos especiales, para el pretratamiento

Los pretratamientos químicos se deben aplicar tan pronto como sea posible, después de la construcción. Los pretratamientos químicos pueden ser aplicados durante o inmediatamente después de la prueba hidrostática. Mientras más pronto sea pretratado el sistema después de la construcción, tendrá una protección mas completa.

Lo mismo es aplicable a los equipos que han estado fuera de operación por largo tiempo. El pretratamiento debe tener lugar tan pronto como sea posible, después que el mantenimiento necesario ha sido realizado y la unidad este lista para volver a la operación.

8.0 MONITOREO Y CONTROL

8.1 Definición

El monitoreo y control, son pruebas que se realizan para detectar problemas antes que causen daños severos.

Para cada programa de tratamiento hay rangos específicos de concentración química, donde estos funcionan mejor y proveen la protección deseada. Si no se controla apropiadamente, cualquier programa químico puede fallar, conduciendo a: posibles pérdidas de producción, incremento de los costos de mantenimiento e incremento del uso de energía.

La selección de los métodos de monitoreo deben ajustarse a las características del sistema.

8.2 Pruebas de monitoreo y control

Para controles diarios del sistema, se utilizan pruebas simples, tales como: conductividad, pH, alcalinidad, dureza, cloro y niveles de tratamiento químico. Las pruebas de control deben ser llevadas a cabo consistentemente y se debe tomar la acción correctiva sí se encuentran parámetros fuera de rango. Los controles diarios son el fundamento de un programa de tratamiento exitoso.

8.3 Sistemas de control

8.3.1 Sistema automático de control de pH: es una excelente ayuda para cualquier programa de tratamiento, donde el control de pH es importante Sin embargo, para una operación apropiada, estos sistemas necesitan atención y mantenimiento periódico.

8.3.2 Cupones de corrosión.- Para establecer las velocidades de corrosión relativas de diferentes metales en los sistemas de enfriamiento, se pueden usar pequeñas placas metálicas denominadas cupones de corrosión. Aquellos cupones preparados y pesados son colocados en el sistema por 30 días por lo menos, luego son sacados, limpiados y pesados otra vez La diferencia entre los pesos antes y después de la exposición son usados para el cálculo de la velocidad de corrosión.

8.3.3 Corrater: (Marca registrada de ROHRBACH CORPORATION) Es un instrumento electrónico que mide la corrosión y la tendencia a picaduras en el sistema de enfriamiento. Proporciona una lectura instantánea y directa de la velocidad de corrosión del sistema en milésimas de pulgada por año (mpy), cuando la probeta es insertada dentro del agua de enfriamiento.

8.3.4 Bastidor de pruebas de corrosión: Se usan para evaluar la efectividad de los programas de inhibición de corrosión en superficies de transferencia no calentadas. Están diseñados para ser usados con cupones de corrosión o probetas de corrater.

8.3.5 Monitor de corrosión: Es una gran ayuda en el examen del desempeño de un programa de agua de enfriamiento. Una muestra de tubería de metalurgia apropiada es circundada por una chaqueta de vidrio para formar un pequeño intercambiador de calor. El agua del sistema de enfriamiento fluye entre la tubería y la chaqueta de vidrio. La superficie metálica de la muestra puede ser observada en cualquier momento durante el periodo de prueba. El rate de transferencia de calor puede ser simulado usando un cartucho calentador y regulando el flujo de agua de enfriamiento con una válvula de control.

8.3.6 Análisis microbiológico: Proporciona respuestas de la clase y cantidad de bacterias presentes en el sistema de enfriamiento. Los resultados de aquellos análisis indican la efectividad del programa de control microbiológico.

8.4 Rol del personal de planta en el control y monitoreo del sistema de agua de enfriamiento.

El personal de supervisión y operadores de planta deben conocer la importancia del tratamiento correcto del sistema de agua de enfriamiento y tener la habilidad para monitorear y controlar día a día las variables críticas del agua de enfriamiento. Un primer método para conseguir un programa de tratamiento exitoso es el entrenamiento de todo el personal a cargo del sistema de agua de enfriamiento.

Recopilado por:

Ing. José Puga Bullón