Control y calidad del agua en condensadores evaporativos

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Conocer los fundamentos relacionados con el control de calidad del agua en condensadores evaporativos es crucial para garantizar su correcto desempeño. Es por ello que, en esta ocasión, te ofrecemos una guía para el tratamiento del agua en estos equipos, a la vez que repasamos los principales problemas asociados a su mal funcionamiento y los métodos para corregirlos

Eleazar Rivera / Fotografías cortesía del autor

El condensador evaporativo es un sistema de refrigeración en el que aire y agua sirven como medio de enfriamiento para condensar refrigerante caliente, transformándolo de vapor a líquido. Los gases calientes dentro de la sección del serpentín, que se encuentra situada en la parte superior del equipo, son enfriados al evaporarse el agua, la cual es distribuida por un método de aspersión que cubre los tubos. Como todos los gases calientes, el amoniaco se condensa y fluye hacia el sistema receptor. El agua recibe el calor y se enfría a través del proceso de evaporación. Aunque la mayoría del enfriamiento se lleva a cabo mediante este proceso, el aire también absorbe algo de esta temperatura sensible del agua.

El sistema de recirculación del recurso hídrico es una parte vital del condensador. Dado que el propósito de éste es servir como un intercambiador de calor, también es necesario mantener las superficies limpias para tener un sistema eficiente.

Evaporación
Este proceso ocurre a una tasa significativa. Por ejemplo, un condensador evaporativo de cien toneladas evaporará 35 mil libras o 4.320 galones de agua por día. A medida que se produce la evaporación sólo el agua pura se vaporiza, dejando los minerales y sólidos disueltos en el agua de recirculación, lo cual incrementa el nivel total de los últimos en el agua del condensador. Este aumento se conoce como “ciclos de concentración”, un término utilizado para determinar el número de veces que el agua de reposición está concentrada en minerales y sólidos disueltos. Por ejemplo, si el agua de reposición pura tiene cien ppm de dureza y la del condensador tiene 300, esto sería equivalente a tres ciclos de concentración. Si la conductividad del agua que entra es de 300 micromhos, pero la del condensador de 900, significaría también que son tres ciclos de concentración.

Purga
Es importante que entiendas cómo se controlan los ciclos de concentración. El sistema de cien toneladas mencionado anteriormente evaporará 4 mil 320 galones por día. Para controlarlos es necesario realizar una purga, es decir, una descarga del agua circulante de mayor concentración de sólidos disueltos. Este líquido es sustituido por agua cruda de menor concentración. Por consiguiente, la purga controla la concentración de sólidos disueltos en el agua del condensador, y por ende, los ciclos. Una fórmula comúnmente usada es:
Purga = evaporación / ciclos – 1

Haciendo referencia a este condensador evaporativo de cien toneladas, se determina que la evaporación al cien por ciento de la carga es 4 mil 320 galones por día. Entonces la purga sería:
A 2 ciclos de concentración – Purga = 4.320/2 – 1, o 4.320 galones de purga por día

Si los ciclos son incrementados, debido a una modificación en el programa de tratamiento de agua o por otros medios, entonces la purga podría disminuir. Suponiendo que el sistema opere a cinco ciclos de concentración la purga sería:
A 5 ciclos de concentración – Purga = 4.320/5 – 1, o 1.080 galones de purga por día

Para este sistema de cien toneladas, aumentar el número de ciclos de dos a cinco implicaría un ahorro de 1 millón 182 mil 600 galones de agua por año.

Tratamiento
La elección de un programa de tratamiento de agua permite que el sistema opere a un mayor número de ciclos de concentración, proporcionando un ahorro en el consumo de este recurso. Además, ofrece protección contra la corrosión del condensador evaporativo y del sistema de tuberías y debe ser diseñado para operar a ciclos máximos de concentración, para lograr así el máximo ahorro de agua y químicos. Es importante que tengas en cuenta que, al operar a más de cinco o seis ciclos, el ahorro es menos significativo.

1. Incrustaciones
Las incrustaciones son la precipitación de las sales solubles que contiene el agua de recirculación del condensador sobre las superficies del equipo. Usualmente se evidencian en la sección del serpentín del condensador, ya que la mayoría de sales disueltas abandonan el agua a medida que la temperatura de la misma aumenta. La formación de incrustaciones (figura 1) representa un serio problema e impide la transferencia de calor, lo que ocasiona altas presiones y un mayor consumo de energía.

Figura 1. Incrustaciones en un serpentín

La incrustación típica que encontramos en los sistemas de condensadores evaporativos es el carbonato de calcio. Otros depósitos posibles de incrustación pueden ser sulfato y fosfato de calcio, silicato de magnesio y óxido de hierro. Los principales factores que determinan si se formarán incrustaciones son:

  • Temperatura de la superficie de transferencia de calor
  • Nivel de dureza del agua de enfriamiento
  • Nivel total de alcalinidad y pH del agua de enfriamiento

Solución y control
Con el fin de determinar el programa de tratamiento de agua adecuado, primero debes revisar el análisis individual de este líquido y el sistema en cuestión. Con frecuencia, se siguen los siguientes pasos para un control de incrustaciones adecuado:

  1. Determina los ciclos máximos de concentración permitidos basándote en la calidad del agua de reposición, la temperatura de la superficie de contacto y las condiciones del proceso. Generalmente, se tienen en cuenta los niveles de dureza, alcalinidad, conductividad y sílice. También, el uso de ácido o “agua blanda” típicamente permite extender los ciclos. Dependiendo de las características del agua de reposición, podrás decidir si éstos serán aplicables al sistema de condensación o no.
  2. Escoge inhibidores de incrustación eficaces para mantener las superficies limpias. Los polímeros, fosfonatos, y polifosfatos se utilizan por separado o en conjunto. Estos tres productos actúan de diferentes maneras previniendo que las incrustaciones de calcio y magnesio se vuelvan insolubles y se depositen en las superficies de transferencia de calor.
  3. Asegúrate de tener un método eficaz de control de la dosificación de químicos y la purga. Elige un punto de alimentación que permita una adecuada dilución y provisión a los diversos condensadores, y que proporcione un buen control del nivel de sólidos disueltos, ya sea por purga manual o automática.

Las incrustaciones pueden resultar muy costosas si no se mantienen bajo control. Ten en cuenta que un recubrimiento de 1/32” [0,79 mm] de este tipo, a través de una sección de serpentín del condensador evaporativo, reduce la capacidad del equipo hasta en 30 por ciento. Para proveer mayor seguridad y control debes llevar a cabo cada mes inspecciones visuales completas, junto con estudios de los depósitos.

Si luego de estas revisiones encuentras un exceso de incrustaciones presentes, entonces debes considerar la implementación de los siguientes puntos, seguido de inspecciones semanales del condensador:

1) Reduce los ciclos de concentración e implementa o altera el programa de tratamiento de agua. Existen dispersantes de incrustaciones efectivos que proporcionarán cierto grado de limpieza sin el uso de ácidos.

2) La aplicación de un programa continuo para la remoción de incrustaciones usando agentes ácidos. Utiliza un inhibidor eficaz de la corrosión durante el programa de limpieza para proteger continuamente el metal del sistema.

3) Aplica agua de reposición blanda. Como ésta no contiene calcio o magnesio es ligeramente agresiva y proporciona una limpieza de las capas de calcio y magnesio. Cuando utilices esta estrategia también recurre a un inhibidor y dispersante eficaz de la corrosión.

2. Corrosión
Es otro problema que encontrarás en los sistemas de enfriamiento por agua. Técnicamente, consiste en una reacción electroquímica entre los metales del sistema y el agua a la cual están expuestos. En otras palabras, es el proceso mediante el cual el metal retorna a su estado natural:

  • Acero – óxido de hierro
  • Zinc – hidróxido de zinc
  • Cobre – óxido de cobre

Los sistemas de agua del condensador son típicamente de acero dulce y metalurgia galvanizada (figura 2). Por lo tanto, estos son los metales primarios que deben ser protegidos. Las tendencias corrosivas del agua dependen de:

  • Nivel de dureza. El agua blanda o de baja dureza aumenta en gran medida las tendencias a la corrosión
  • Nivel de alcalinidad total. La baja alcalinidad del agua de reposición o la adición de ácido para reducirla, aumenta en gran medida la tendencia a la corrosión
  • Introducción de cualquier agente corrosivo del proceso o del aire

Figura 2. Ejemplo de corrosión galvánica por exposición de dos diferentes materiales con un conductor acuoso

Solución y control
Un programa de tratamiento de agua apropiado también considera la protección contra la corrosión del equipo y las secciones del serpentín de condensación. Luego de que estén determinados los ciclos, elige un producto que contenga inhibidores de la corrosión eficaces.

Las inspecciones de los equipos te permiten cierto grado de análisis de este fenómeno; sin embargo, este desgaste es un proceso lento, por lo que debes utilizar otros medios.

Los cupones de corrosión son el método estándar de análisis en curso, pues proporcionan la mejor medida para el nivel de protección. Las pérdidas por este efecto se miden en milésimas de pulgada por año (mpy). A continuación, podrás ver las velocidades de corrosión del acero templado:

  • 0 a 2 mpy – excelente
  • 2 a 3 mpy – bueno, resultados aceptables
  • 3 a 5 mpy – resultados regulares
  • 5 o más mpy – corrosión en curso, pobres resutados

Todo condensador evaporativo necesita ser estudiado para determinar la necesidad de un programa de inhibición de corrosión adecuado, que proporcione una protección del sistema a largo plazo.

3. Contaminación biológica
Se refiere a la presencia de bacterias, algas o sus productos de desecho en las superficies de transferencia de calor. El crecimiento de algas es menos frecuente en condensadores evaporativos, si los comparamos con las torres de enfriamiento de circuito abierto, debido a la menor influencia de la luz solar, principalmente. Esta reducción de iluminación reduce en gran medida la presencia de algas, pero aumenta la tendencia de crecimiento de las bacterias como la legionela, de ahí la importancia de que adoptes normas como el estándar 188-2015 propuesto por ASHRAE.

Solución y control 
El crecimiento biológico se controla por medio de la alimentación de alguna de las siguientes sustancias al sistema:

  • Biocidas oxidantes (cloro, bromo)
  • Biocidas no oxidantes (amonio cuaternario, compuestos orgánicos de estaño, DBNPA)

Algunas partículas transportadas por el aire, como la tierra o la arena, también pueden ser consideradas como formas de contaminación biológica. Estos elementos, sin embargo, no son posibles de controlar mediante la aplicación de un biocida, por lo que el enfoque más adecuado es realizar limpiezas regulares.

Métodos de control y alimentación
Existen varios métodos para proveer agua común a un grupo de condensadores evaporativos. Si éstos no tienen un mismo sistema de tuberías, requerirás de un conductímetro, una bomba química y un análisis de agua para cada condensador por separado. Instalar un sistema de agua común en sistemas de múltiples condensadores reduce el equipo a un solo medidor de conductividad, una bomba y un análisis por sistema. Esta alternativa ofrece ventajas como:

  1. Reducción de los costos iniciales en equipos para el control y dosificación de químicos.
  2. Distribución de agua dentro de todo un grupo, lo que reduce la mano de obra, aplicación y realización de pruebas.
  3. Disminución del mantenimiento de los múltiples sistemas de alimentación de productos químicos y equipos de control.
  4. Ahorro en el consumo hídrico, ya que el agua de rebose que normalmente es desechada puede ser llevada nuevamente al tanque de reposición.
  5. Generalmente, un sistema múltiple provee un mejor control, por lo tanto se obtendrán mejores resultados.

Como podrás darte cuenta, realizar un buen procedimiento de trabajo para mantener en buen estado las condiciones del agua en el condensador evaporativo requiere de seguir una serie de pasos básicos que podrían llegar a ser un tanto complejos; sin embargo, si tú los realizas de manera adecuada garantizarás que la calidad del agua sea la más óptima y que tu labor ha cumplido con las expectativas, tanto del cliente como tuyas.

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Eleazar Rivera. Presidente 2017-2018 de ASHRAE Capítulo Monterrey. Químico Industrial egresado de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León y maestro en Finanzas por la Escuela de Graduados en Administración e Ingeniería Industrial de la misma facultad. Cuenta con orientación en Ciencias de los Materiales, además de experiencia en el área de Investigación y Desarrollo en Electroquímica, Aplicaciones en Química del Agua y comercialización de proyectos HVAC.