Tratamiento del agua de enfriamiento: incrustaciones, corrosión y biofouling es la gestión química y mecánica del agua de enfriamiento de recirculación abierta para controlar los tres mecanismos que ensucian y deterioran los intercambiadores de calor y las torres de enfriamiento: incrustaciones minerales, corrosión de metales y crecimiento biológico.
A medida que el agua se evapora, los sólidos disueltos se concentran, entra oxígeno y nutrientes, y las superficies húmedas y calientes se convierten en un hábitat ideal para microbios.
Un programa de tratamiento mantiene los tres en equilibrio para que la transferencia de calor siga siendo eficiente y la pérdida de metal se mantenga predecible.
Un sistema de recirculación abierto rechaza calor evaporando una fracción del agua circulante. El agua pura sale en forma de vapor, por lo que cada mineral disuelto, cloruro y sulfato que queda se concentra en cada ciclo.
Esto se expresa como ciclos de concentración, la relación de una especie conservada (a menudo cloruro o conductividad) en el agua circulante respecto a la misma especie en el agua de reposición.
Ciclos más altos ahorran agua pero empujan hacia la incrustación, por lo que el programa fija un objetivo y lo mantiene con purgas controladas.
La incrustación es la deposición de sales poco solubles, más comúnmente carbonato de calcio, sobre superficies calientes. Aísla los tubos, reduce el caudal y protege la corrosión.
El predictor clásico de incrustación es el Índice de Saturación de Langelier (LSI), definido como LSI = pH - pHs, donde pHs es el pH al que el agua está exactamente saturada con carbonato de calcio con la dureza de calcio, alcalinidad total, sólidos totales disueltos y temperatura dadas.
El Índice de Estabilidad de Ryznar, RSI = 2 x pHs - pH, es un índice empírico relacionado donde valores por debajo de aproximadamente 6 señalan una tendencia a incrustarse y valores por encima de aproximadamente 7 señalan una tendencia corrosiva. Ambos índices describen únicamente la fuerza impulsora del carbonato de calcio, no la corrosividad general, por lo que apoyan pero no reemplazan la monitorización directa de la corrosión.
Un programa moderno dosifica varias familias de productos que atacan cada mecanismo por separado y luego los ajusta según la química medida del agua:
| Problema | Causa primaria | Control principal |
|---|---|---|
| Incrustación de carbonato de calcio | LSI positivo, alta dureza y alcalinidad, alta temperatura superficial | Inhibidor de incrustación, ácido o control de pH, ciclos más bajos |
| Corrosión general y por picaduras | Oxígeno disuelto, pH bajo, cloruros y sulfatos altos, LSI negativo | Película inhibidora de corrosión, control de pH, monitoreo con cupones |
| Biofouling (biofilm y baba) | Agua cálida, luz solar, nutrientes, biocida bajo o intermitente | Biocida oxidante más no oxidante, dispersante, control de ORP |
| Corrosión influenciada microbiológicamente | Bacterias anaerobias bajo depósitos como reductores de sulfato | Control del biofilm, dispersantes, prevenir depósitos |
| Limo y sólidos en suspensión | Polvo atmosférico arrastrado hacia la torre | Filtración en derivación, dispersante, purga adecuada |
El agua de enfriamiento cálida, aireada y rica en nutrientes favorece el crecimiento de bacterias, algas y hongos que forman biofilm en las paredes de los tubos y en el relleno de la torre.
El biofilm es un fuerte aislante térmico, reduciendo la transferencia de calor desproporcionadamente respecto a su espesor, y protege el metal subyacente del inhibidor en el agua de masa.
Bajo esa película, zonas empobrecidas en oxígeno permiten que bacterias reductoras de sulfato y otras impulsen la corrosión influenciada microbiológicamente , produciendo picaduras localizadas profundas que pueden perforar un tubo mientras la mayor parte de la superficie permanece limpia.
El control significa mantener un residual medible de biocida, alternar químicos oxidantes y no oxidantes, y usar dispersantes para que nunca se establezca una película.
La purga es el sangrado deliberado de agua concentrada al desagüe, reemplazada por agua de reposición, y es el control maestro de los ciclos.
Como primera aproximación, la reposición equivale a la evaporación más la purga más la deriva, y los ciclos de concentración equivalen a la reposición dividida entre la suma de purga y deriva.
Operar entre tres y seis ciclos es común; cada ciclo adicional ahorra agua pero estrecha la ventana de incrustación y corrosión, por lo que la cifra alcanzable la fija la química del agua de reposición.
Los depósitos no controlados luego impulsan el ensuciamiento de intercambiadores de calor , lo que aumenta la temperatura de aproximación y la carga de bombeo hasta que el intercambiador debe limpiarse.
Un programa de rutina controla la conductividad como proxy de los ciclos, el pH, la dureza de calcio y la alcalinidad para el LSI, el residual de inhibidor y el biocida oxidante mediante residual libre o potencial de oxidación-reducción. La pérdida de metal se confirma con cupones de corrosión, usualmente expresada en mils por año, y la carga microbiana con placas de inmersión o pruebas de ATP. La tabla siguiente enumera objetivos representativos que un sitio ajusta a su propia agua y metalurgia.
| Parámetro | Rango típico monitorizado | Propósito |
|---|---|---|
| Ciclos de concentración | 3 a 6 | Economía de agua y químicos frente al límite de incrustación |
| pH | 7.5 a 9.0 | Balancear corrosión frente a incrustación |
| Tasa de corrosión del acero dulce | Por debajo de aproximadamente 5 mpy | Confirmar el rendimiento de la película inhibidora |
| Residual libre de biocida oxidante | 0.2 a 1.0 mg/L | Suprimir la formación de biofilm |
Debido a que estas comprobaciones se repiten en intervalos fijos a través de muchos intercambiadores y torres, se adaptan a un calendario gestionado por un CMMS. Fabrico puede mantener las rutas de muestreo, registrar lecturas respecto a límites y generar órdenes de trabajo cuando un cupón o una placa de inmersión se desvía del rango.
Vincule la misma disciplina al mantenimiento de torres de enfriamiento para que la limpieza mecánica y el control químico vayan a la par. Los equipos pueden reservar una demo de Fabrico para ver el enrutamiento en la práctica.
Un LSI positivo significa que el agua está sobresaturada con carbonato de calcio y tiende a depositar incrustaciones en superficies calientes. Un LSI negativo significa que el agua está sub-saturada y tiende a ser corrosiva, y un LSI cercano a cero está aproximadamente en equilibrio.
Ciclos más altos concentran la dureza, la alcalinidad, el cloruro y el sulfato. Eso empuja el agua hacia la incrustación y eleva los niveles de iones corrosivos, por lo que la cifra máxima segura de ciclos la fija la química del agua de reposición y el tratamiento, no solo el coste del agua.
El biofouling es el crecimiento de biofilm por bacterias, algas y hongos. Aísla las superficies de transferencia de calor y protege el metal subyacente del inhibidor, creando zonas pobres en oxígeno donde la corrosión influenciada microbiológicamente provoca picaduras locales profundas aun cuando la mayor parte de la superficie permanece limpia.
Como mínimo: conductividad para los ciclos, pH, dureza de calcio y alcalinidad para el LSI, residual de inhibidor y un residual de biocida oxidante o ORP. Confirme la pérdida de metal con cupones de corrosión y la carga microbiana con placas de inmersión o pruebas de ATP.
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