Tratamiento del agua de enfriamiento




descargar 177.24 Kb.
títuloTratamiento del agua de enfriamiento
página1/4
fecha de publicación17.01.2016
tamaño177.24 Kb.
tipoDocumentos
med.se-todo.com > Química > Documentos
  1   2   3   4

VAPENSA

TELF: (506) 442-4900 FAX: (506) 443-5475

Email. Vapensa@sol.racsa.co.cr San Josè, Costa Rica.


TRATAMIENTO DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO


La mayor parte del agua empleada con fines industriales se usa para enfriar un producto o un proceso. La disponibilidad del agua en la mayoría de las áreas industrializadas y su gran capacidad calorífica han hecho del agua el medio de transferencia de calor favorito en las aplicaciones industriales y de servicios. El enfriamiento directo con aire está hallando un uso creciente, sobre todo en áreas donde el agua escasea, pero todavía está muy atrás del agua en número total de aplicaciones y en la carga total de transferencia de calor.
Durante los años recientes, el uso del agua para enfriamiento se ha puesto bajo una vigilancia creciente tanto desde el punto de vista ambiental como desde el conservacionista y como resultado, los patrones de uso del agua de enfriamiento están cambiando y continuarán haciéndolo. Por ejemplo , en muchos sistemas pasa el agua de enfriamiento a través del sistema de planta, sólo una vez, y se regresa a la cuenca. Esto crea una tasa elevada de retiro de agua y añade calor a la corriente receptora. Por otra parte, las torres de enfriamiento permiten la reutilización dela agua hasta tal punto que en la mayor parte de los sistemas de enfriamiento evaporativo modernos en que se emplean torres de enfriamiento se reducen las tasas de toma de la corriente en más de un 90%. Esto reduce en forma importante la entrada de calor a la corriente, pero no al ambiente, puesto que el calor se transfiere al aire.
Estos cambios en el diseño y en la operación de sistemas de agua de enfriamiento tienen un impacto profundo en la química dela agua puesto que esta influye en el potencial de corrosión, depositación y ensuciamiento en el sistema. En este capítulo se revisan las operaciones industriales que usan agua con fines de enfriamiento, los problemas de corrosión incrustación y ensuciamiento en estos sistemas y en como estos afectan a la producción de la planta, tanto por la pérdida de transferencia de calor, como por fallas en el equipo, o por ambas causas. Además se examinan varios conceptos sobre el tratamiento del agua de enfriamiento y se analizan los procedimientos de control requeridos para el éxito del tratamiento.


TRANSFERENCIA DE CALOR:
La transferencia de calor es tan solo el movimiento del calor de un cuerpo a otro, la fuente es el cuerpo más caliente y el más frío, el receptor. En los sistemas de agua de enfriamiento el producto o proceso que se enfría es la fuente y el agua de enfriamiento el receptor.
En general, el agua de enfriamiento no entra en contacto directo con la fuente, los dos materiales se suelen separar por una barrera que permite el paso del calor de la fuente al receptor se llama superficie de transferencia de calor, y el conjunto de barreras en una recipiente de contención es un cambiador de calor.
En muchos cambiadores industriales de calor tanto la fuente como el receptor son líquidos . Sin la fuente es vapor de agua o algún otro que esté licuado, el cambiador de calor se conoce como condensador, si el receptor es un líquido que esté vaporizado, el cambiador recibe el nombre de evaporador.
El tipo más sencillo de cambiador de calor consiste en un tubo o tubería colocado concéntricamente dentro de otro, llamado coraza. Este se denomina cambiador de doble tubo. En este cambiador simple el líquido de proceso fluye a través del tubo interior y el agua de enfriamiento a través del anillo entre los tubos. El calor fluye cruzando al pared metálica que separa los fluidos. Puesto que ambos fluidos pasas a través del cambiador una sola vez, este arreglo se conoce como cambiador de calor de un solo paso. Si ambos líquidos fluyen en la misma dirección, el cambiador es paralelo o de flujo corriente si se mueven en direcciones opuestas, el cambiador es del tipo de contracorriente.
Progresando a a partar de este cambiador, se diseñan unidades mas elaboradas para mejorar la eficiencia del proceso de intercambio de calor. El protector y la fuente podrían colocarse en cualquier lado de la barrera.

Otro dispositivo simple de intercambio de calor es el reactor con chaqueta, en donde el agua de enfriamiento pasa por el espacio que está entre las dobles paredes de un reactor para reacción química retirando calor del proceso. Este diseño es como el de una botella termo, pero en este caso, la doble pared se usa para quitar calor y no para aislamiento.
Eliminación del calor indeseable.
Una vez que el receptor cumple con su cometido y enfría la fuente, contiene calor que debe ser disipado. Esto se logra transfiriendo calor al ambiente. En los sistemas de un solo paso el agua fría se saca, se calienta y se regresa a una corriente receptora, la cual a su vez se pone más caliente. En este tipo de sistema, cada libra (0.454 kg) de agua de enfriamiento se calienta 1o F (0.56oC)por cada Btu (0.252 cal) quitado a la fuente.
En los sistemas abiertos de recirculación, el agua se evapora este cambio de fase líquido a gas descarga calor a la atmósfera en vez de hacerlo a una corriente. El agua que se evapora disipa alrededor de 1000 Btus por libra (555 cal/kg) de agua convertida en vapor. Cuando se usa la evaporación en el proceso de enfriamiento, esta puede disipar de 50 a 100 veces mas calor al ambiente por unidad de agua que un sistema no evaporativo.
Transferencia de calor sensible:
Las dos maneras mas comunes para transferir calor de una fuente a un receptor en el proceso de intercambio de calor son la conducción y la conversión. El calor fluye de una fuente a través de una superficie de intercambio de calor hacia el otro lado, por conducción. Entonces se quita el calor de esta superficie caliente por contacto directo con el agua de enfriamiento, también por conducción. Después esta agua calentada se mezcla con otra agua más fría en un proceso de transferencia de calor llamado convección.


Los cinco factores que controlar la transferencia de calor conductiva son:
1. Las característica de transferencia de calor (conductividad térmica) de la barrera.

2. El espesor de la barrera de transferencia de calor.

3. El área superficial de la barrera.

4. La diferencia de temperatura entre la fuente y el agua de enfriamiento (la fuerza accionadora).

5. Los depósitos aislantes en cualquier lado de la barrera.
De estos cinco factores, los tres primeros dependen del diseño del cambiador. Los puntos cuatro y cinco con característica de operación que cambian según condiciones de servicio. Los depósitos en cualquier lado de la barrera metálica tienen una conductividad térmica menor que la del metal mismo, por lo que la tasa de conducción del calor se reduce por cualquier depósito. Por ejemplo, un depósito de 0.1 pulg (0.25 ms) de incrustación de carbonato de calcio sobre la pared del tubo de un cambiador de calor puede reducir la tasa de transferencia de calor hasta en un 40%.
Esta reducción significa que el agua de enfriamiento no puede quitar suficiente calor de la fuente según lo requiera el proceso . Por lo tanto, la producción debe hacerse más lenta o el flujo de agua de enfriamiento debe aumentarse para mantener la misma tasa de enfriamiento que prevalecía antes de que se desarrollara el ensuciamiento. Con frecuencia, esto último no es posible.
Diseño del cambiador de calor:
En el cambiador de calor sencillo de un solo paso mencionado antes, ambos fluidos pasan a través del cambiador una sola vez, así que este es conocido como cambiador de un solo paso. El arreglo a contracorriente en el cual los líquidos, fuente y receptor, fluyen en direcciones opuestas es superior al diseño a corriente porque proporciona una mayor fuerza accionadora (medida como la diferencia media de temperatura) para las mismas temperaturas terminales, una menor área de superficie puede transferir la misma cantidad de calor. Por lo tanto, los cambiadores de coraza y tubo a contraflujo, se encuentran con mayor frecuencia debido a que puede transferirse mas calor para un conjunto de condiciones dado.


La principal desventaja del cambiador de doble tubo es la pequeña superficie de transferencia de calor proporcionada por un solo tubo respecto al espacio total requerido para la instalación. Para compensar esta limitación, en los cambiadores modernos se aumenta el área efectiva de la superficie de transferencia de calor usando tubos múltiples en la coraza. Esto permite un contacto mas íntimo entre al fuente y el receptor. También, en la mayor parte de los cambiadores industriales de calor se emplean diseños de paso múltiple. Ambas técnicas combinan la transferencia eficiente del calor con el tamaño práctico del equipo. En casi todas las unidades de este tipo, el agua fluye por el interior de los tubos, con los fluidos de proceso en el lado de la coraza, fuera de los tubos. Sin embargo hay notables excepciones y cualquier investigación sobre el funcionamiento de un cambiador de calor debe comenzar con la identificación de los fluidos del lado de la coraza y del de los tubos. Por conveniencia este texto se concentra en el flujo convencional, con el agua de enfriamiento en los tubos y el fluido de proceso en la coraza.
En el diseño de cambiadores de calor, el ingeniero obtiene de los manuales las tasas de transferencia de calor en Btu por hora, por pie cuadrado de superficie, por pulgada de espesor de barrera , por grado de diferencia de temperatura o U1 = Btu / h pie2 / pulg /oF

(cal/h/m2/cm/oC). Para un tamaño dado de tubo de intercambio de calor, que puede estar uniformado en diseños específicos como condensadores, puesto que el espesor de la pared del tubo es conocida, la tasa de transferencia puede acortarse a:

U2 = Btu / h / pie2/ oF

= (cal/h/m2/oC)
La expresión puede reducirse todavía más, para condiciones de temperatura de proceso fijas a:
U3 = Btu / h / pie2

= (cal/h/m2)

Y finalmente, un cambiador dado en una aplicación fija en la que aparecen pocos cambios en las condiciones de temperatura podría tasarse simplemente en transferencia total de calor en Btu/ h (cal/h). Si el flujo de calor en Btu / h se necesita una investigación para determinar si esto se debe a un cambio en las condiciones de temperatura, a depósitos aislantes, a tubos tapados o a algún otro factor.
En la mayor parte de los cambiadores de calor de proceso los flujos de calor promedian 5000-6000 Btu /h/pie2 (120-150 cal/h/m2). Sin embargo el flujo de calor en algunos cambiadores pasa de 30000 Btu/h/pie2 (750 cal/h/m2) cuando el vapor se condensa en el lado del proceso. Las tasas de transferencia varían también considerablemente con las velocidades del flujo de agua.
La temperatura del agua de enfriamiento varia a través de la sección transversal del tubo, y el agua más caliente es la que está en contacto con la pared del tubo. La temperatura de la pared del tubo, llamada temperatura de la piel, es importante para el diseño de los programas de tratamiento químico. Por ejemplo, en los lugares en donde se presentan altas temperaturas de piel superiores a 2000F (93oC), se pueden encontrar las localizaciones más probables para la formación de incrustaciones y para la corrosión. Muchos compuestos que se encuentran en los depósitos formados en el agua son menos solubles a temperaturas elevadas, y las reacciones de corrosión se realizan mas rápidamente a altas temperaturas.
La velocidad del agua de enfriamiento del lado del tubo se mantiene por lo general arriba de 2-3 pie /seg (0.6-0.9 m/seg) y hasta 7-8 pie / seg (2.1-2.4 m/seg) para ayudar a mantener las paredes de los tubos libres de depósitos en los tubos por la sedimentación de sólidos suspendidos. En un haz de tubos, es probable que sólo uno tenga una baja velocidad a causa de taponamiento o mala distribución.
En ocasiones, las altas presiones en el lado del proceso hacen que sea más económico diseñar el cambiador con el agua de enfriamiento en el lado de la coraza. Un gran problema en tales cambiadores son las bajas velocidades de flujo que se encuentran frecuentemente alrededor de las mamparas, de los soportes de los tubos y del cabezal de tubos, aun cuando la velocidad promedio de flujo a través de la coraza parezca aceptable. Estas áreas de baja velocidad aumentan mucho el potencial para los depósitos ;y el deterioro rápido del metal. Por ejemplo, se ha sabido de cambiadores de acero suave con

agua en el lado de la coraza que fallan debido a perforaciones en un tiempo tan corto como tres meses, aun en presencia de un fuerte inhibidor de corrosión, como el cromato.
Existen tres tipos básicos de sistemas de agua de enfriamiento : de un solo paso de recirculación, cerrados (no evaporativos) y de recirculación, abiertos (evaporativos).
Enfriamiento de un solo paso:
El agua de un solo paso se toma del abastecimiento de la planta, se pasa a través del sistema de enfriamiento y se regresa al cuerpo receptor de agua. Se ha tomado calor de la fuente. La característica principal de los sistemas de un solo paso es la cantidad relativamente grande de agua que se usa por lo general para enfriamiento. Un diagrama de flujo simple para un sistema de agua de enfriamiento de un solo paso.
Los principales problemas que se encuentran del lado del agua y de los metales en el sistema. La corrosión causa fallas prematuras en el metal, los depósitos de los productos de la corrosión reducen tanto la transferencia de calor como las tasas de flujo.
Incrustación es causada por la precipitación de compuestos que se vuelven insolubles a temperaturas mas altas, como el carbonato de calcio. La incrustación interfiere con la transferencia de calor y reduce el flujo.
Ensuciamiento resulta de la sedimentación de sólidos suspendidos, productos de corrosión y masas microbianas. El ensuciamiento tiene el mismo efecto que la incrustación sobre el sistema, pero también causa severa corrosión bajo los depósitos.
El tratamiento del agua de enfriamiento de un solo paso sigue los principios básicos usados en la resolución de todos los problemas del agua de enfriamiento. El primer paso consiste en identificar en forma adecuada el problema como incrustación, corrosión, ensuciamiento o combinaciones de estos factores.


El siguiente paso consiste en hacer una inspección completa para entender tanto el lado del proceso como el del agua del sistema. Esto establece el diseño del sistema, las características de operación y la química del agua, consideraciones importantes para la selección y aplicación de un programa de tratamiento económico y confiable. Se consideran en forma especial los sistemas restringidos a tratamientos específicos, el potencial para que el agua se contamine con el proceso o con el producto puede impedir el empleo del tratamiento mas efectivo. En algunos sistemas de un solo paso se usa el agua de la planta tanto para beber como para enfriar, por lo que se necesitan productos químicos que sean seguros para uso potable.
Una programa típico de tratamiento químico para control de corrosión puede emplear varios tipos de fosfatos inorgánicos solos o sinergizados con zinc, con otros iones inorgánicos, o con silicatos. Cuando se aplican a los bajos niveles requeridos para el tratamiento económico de los sistemas de un solo paso, estos materiales no forman una película visible sobre la superficie metálica, sin embargo pueden reducir la velocidad de corrosión hasta en un 90% en comparación con los sistemas no tratados. Se da protección contra la corrosión porque los productos químicos actúan en el punto de pérdida potencial de metal, obstaculizando la reacción de corrosión y reduciendo por lo tanto la cantidad de metal removido de la superficie.
Cuando la incrustación representa un problema, con mucha frecuencia es carbonato de calcio que resulta de un cambio en el índice de estabilidad del agua. Otras incrustaciones que se encuentran con frecuencia incluyen hierro y maganeso.
Hay dos enfoques básicos para la prevención de incrustaciones de carbonato de calcio sobre las superficies de transferencia de calor y en las líneas de distribución.
1. Interferir con los iones potencialmente incrustadores y prevenir el crecimiento de cristales. Los polifosfatos inorgánicos y los compuestos organo-fosforados se usan normalmente solos o juntos para este propósito (tratamiento umbral). En ocasiones se usa ácido para ajustar el índice de estabilidad del agua impidiendo, por lo tanto, la incrustación CaCO3. El ácido no controlará las incrustaciones de hierro y de manganeso.

Por lo general este no es el método más económico para tratar sistemas de un solo paso de grandes volúmenes en cuanto a la prevención de incrustaciones de CaCO3.
2. Acondicionar los núcleos de los cristales para impedir su crecimiento sobre las superficies de transferencia de calor y las línea de transmisión. En este proceso de modificación del cristal se usan varios compuestos de tipo acrilato, compuestos fosfatados - tanto orgánicos como inorgánicos - y compuestos orgánicos naturales.
El ensuciamiento, depositación de partículas o masas microbianas, es un complejo mecanismo gobernado por variables como el tamaño y la carga de partículas, la velocidad, composición y temperatura del agua, y las poblaciones bacterianas. Un enfoque para el manejo de este problema es el acondicionamiento de los ensuciadores según se desarrollen aplicándoles varios compuestos de acrilatos, agentes secuestrantes, productos orgánicos naturales, materiales organo-fosforados, y agentes específicos de control bacteriano , y después arrastrando agua el material acondicinado fuera del sistema. El éxito de este enfoque depende de que las velocidades dela agua sean las adecuadas en todo el sistema. El área de baja velocidad, como las de los cambiadores en el lado de la coraza, las de las chaquetas de los reactores, y las de las chaquetas de las compresoras, son susceptibles de acumular algo de lodo y pueden no prestarse a la protección.
Un segundo enfoque incluye la dispersión de los sólidos suspendidos en partículas diminutas, impidiendo así su aglomeración en partículas suficientemente grandes que se sedimentarían de inmediato separándose del agua. Estas pequeñas partículas se pueden transportar mas fácilmente a través del sistema. La selección del mejor dispersante para este propósito depende del problema por resolver. Cada material potencialmente depositable (arena, sedimento, arcilla, productos de corrosión) requiere de un producto químico específico aplicado en una dosis suficiente para dispersar el ensuciador específico. Entre los productos químicos que se usan con frecuencia están agentes tensoactivos, acrilatos, polímeros de alto y bajo peso molecular tanto aniónicos como catiónicos y no iónicos, agentes secuestrantes, y compuestos organofosforados.


La mayor parte de los problemas de ensuciamiento en todos los tipos de sistemas de enfriamiento se complican por la actividad microbiana. Los depósitos de lama sobre los tubos , no solo interfieren con la transferencia eficiente del calor, sino que actúan como una trampa enredando sólidos suspendidos impidiendo todavía más la transferencia de calor. Además los subproductos del metabolismo bacteriano influyen sobre la química del agua, incluyendo la tendencia para que se formen incrustaciones o para que se corroan los metales. El uso apropiado de biocidas y biodispersantes puede representar un paso importante hacia la solución del problema de ensuciamiento del paso único.
Rara vez se presentan la corrosión, la incrustación y el ensuciamiento en forma independiente uno de otro. Por lo general se desarrollan dos o todos juntos causando una pérdida en la transferencia de calor y una pérdida prematura de metal. Por ejemplo, el ensuciamiento microbiano puede hacer que ocurran incrustación y corrosión, la corrosión puede contribuir al ensuciamiento por hierro y propiciar que ocurra más corrosión. Para romper este ciclo, es importante identificar adecuadamente el problema para seleccionar una solución práctica y económica para cualquier problema de depósitos.
  1   2   3   4

similar:

Tratamiento del agua de enfriamiento iconSistemas de enfriamiento de agua

Tratamiento del agua de enfriamiento iconPRÁctica n. 4: Torres de enfriamiento de agua

Tratamiento del agua de enfriamiento iconAgua a través de nuestras plantas de tratamiento de aguas residuales;...

Tratamiento del agua de enfriamiento iconProductos químicos para el tratamiento del agua

Tratamiento del agua de enfriamiento iconIii congreso internacional sobre gestion y tratamiento integral del agua

Tratamiento del agua de enfriamiento iconResumen el Tratamiento Térmico involucra varios procesos de calentamiento...

Tratamiento del agua de enfriamiento iconProductos químicos utilizados en el tratamiento del agua destinada...

Tratamiento del agua de enfriamiento iconEl tratamiento del agua en las torres de refrigeración y condensadores...

Tratamiento del agua de enfriamiento icon* 04. 06 El distinto tratamiento del déficit hídrico en los diversos...

Tratamiento del agua de enfriamiento iconManual de tratamiento de agua


Medicina



Todos los derechos reservados. Copyright © 2015
contactos
med.se-todo.com