2.2.3 Sistemas de enfriamiento de agua

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FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
INGENIERÍA QUÍMICA
2.2.4
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
AGUA DE ENFRIAMIENTO
Introducción
El agua tal como se encuentra en la naturaleza, ya sea en ríos, arroyos,
manantiales, lagos, pozos, etc. no puede ser usada para todos los fines, tales
como agua potable, usos domésticos, a los yacimientos petrolíferos, etc
Una serie de factores han hecho que los sistemas de agua de enfriamiento
sean cada vez más difíciles de mantener. Uno de los factores más significativos es
la disminución de la calidad del agua de reposición utilizada. Esto debido al
aumento de laboratorios que dependen de la misma agua de reposición en los
sistemas de enfriamiento, causando una gran contaminación química del agua así
como cambios de la misma, aumentando la concentración de los sólidos en
suspensión y la sedimentación.
REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA
Los sistemas de enfriamiento se pueden clasificar en tres grupos
1. Sistemas de enfriamiento de un paso.
2. Sistema de enfriamiento de recirculación abierta.
3. Sistema de enfriamiento de recirculación cerrada.
Existen varios factores que hacen del agua un excelente refrigerante:
1.- Es abundante, disponible y barata
2.- De fácil manejo
3.- Puede transportar grandes cantidades de calor por unidad de volumen
4.- No se dilata ni se comprime notablemente dentro de las escalas de
temperatura normalmente utilizadas.
5.- No se descompone
Existen 2 tipos básicos de sistemas de enfriamiento:
“ recirculantes” y de un “paso”. Los sistemas recirculantes pueden ser abiertos o
cerrados. En sistemas abiertos, el agua esta expuesta al aire y a la evaporación.
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Sistemas recirculantes y los de paso.
En sistemas de un paso, el agua de enfriamiento pasa a través del equipo de
intercambio de calor una sola vez. Al emplear grandes volúmenes de agua, el
aumento de temperatura en el efluente es pequeño.
El contenido mineral queda prácticamente sin cambio. En sistemas
recirculantes el agua se vuelve a utilizar en forma continua. Como el enfriamiento
en sistemas abiertos de recirculación es debido a la evaporación, el contenido
mineral del agua aumenta. También tiene lugar una aeración continua. Los
sistemas recirculantes cerrados tienen poca perdida de agua.
El contenido mineral es por lo general constante. No hay ninguna erosión. El
enfriamiento del agua tiene lugar en cambiadores de calor, equipos de
refrigeración o radiadores.
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1. Los sistemas de enfriamiento de un paso, se emplean en lugares en donde el
agua está disponible en grandes cantidades y que requiere de poco o nulo
tratamiento, pues una vez empleada se envía al drenaje.
En algunos sistemas de éste tipo cuya agua ha sido tratada, se emplea
primero en el equipo que requiere más baja temperatura y el agua de salida de
este equipo alimenta al que requiere de más alta temperatura, empleándose
finalmente el agua como alimentación a calderas o agua de proceso, teniendo con
ello un buen ahorro de energía.
2. Los sistemas de recirculación abierta son e3mplean en localidades donde el
agua no está disponible en grandes cantidades y consiste fundamentalmente
en circular el agua a través de una torre y de aquí al equipo que va a ser
enfriado y reciclada nuevamente a la torre.
Como se mencionó anteriormente en localidades donde el suministro de agua
es limitado, es necesario el máximo aprovechamiento de la misma, de aquí, que
en este sistema se empleen torres de enfriamiento con ventiladores ya sea de tiro
forzado o natural
Podemos considerar que los principales componentes de un sistema de
enfriamiento de recirculación abierta son
a)
b)
c)
d)
e)
Ventiladores
Estructura (armazón)
Cubierta exterior
Vaso de contención
Equipo de intercambio de calor.
3. Sistemas de recirculación Cerrada, se emplean para el tratamiento de
máquinas de diesel o de combustión interna, donde el agua se enfría este equipo
que circula a través de un cambiador de calor por aire o por agua, considerando
un circuito cerrado.
Selección del tratamiento para una agua de enfriamiento
Para seleccionar el tratamiento más adecuado para un sistema de agua de
enfriamiento se deberán tener en cuenta, los siguientes factores.






Tipo de sistema de enfriamiento
Características del agua de repuesto
Cantidad disponible de agua de repuesto
Volumen del sistema
Velocidad del agua de recirculación
Metales presentes en el sistema
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 Temperatura del agua en el sistema
 Época del año
Existen varios factores que hacen del agua un excelente refrigerante:
1.- Es abundante, disponible y barata
2.- De fácil manejo
3.- Puede transportar grandes cantidades de calor por unidad de volumen
4.- N o se dilata ni se comprime notablemente dentro de las escalas de
temperatura normalmente utilizadas.
5.- No se descompone
GENERALIDADES
Las especificaciones que debe reunir una agua de enfriamiento varia mucho ya
que dependerán de la fuente de uso industrial al que sean destinados así como
de material del equipo de enfriamiento. En términos generales se pueden
considerar que el agua de enfriamiento
debe reunir las siguientes
especificaciones generales:
1.- No debe ser corrosiva
2.- No debe formar incrustaciones
3.- No debe causar taponamiento ni depósitos orgánicos o inorgánicos en el
equipo.
Corrosión .- Es un proceso electro-químico en el que un metal, como el acero
dulce, regresa a su estado natural, como oxido de hierro.
Destrucción de un metal ya sea por la acción química directa o por la acción
electrolítica del metal y el medio que lo rodea.
Incrustación .- Podemos definir a la incrustación como un recubrimiento denso de
materiales predominantes inorgánicos (CO3, Ca, Mg, SiO2,etc.) sobre una
superficie metálica, causada por una sobresaturación de sales inorgánicas
solubles en el agua de enfriamiento.
Depósitos.- Un descenso gradual en la transferencia de calor del Sistema de
Enfriamiento, puede ser una buena indicación de que se tiene un problema de
depósitos. A pesar de que exista un programa para el control de corrosión,
incrustación y contaminantes microbiológicos, la obstrucción puede aún causar
serios problemas.
En los sistemas de agua de enfriamiento los depósitos pueden clasificarse
en dos grupos principales: Obstrucciones o Incrustaciones.
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Como ejemplos de obstrucciones comunes, tenemos:
a).-Suciedad y limo
b).-Arena
c).-Productos de corrosión
d).-Orgánicos naturales
e).-Masas microbianas
f).-Desechos en general
g).-Alúmina
h).-Fosfato de Aluminio
i).-Fosfato de Hierro
La obstrucción, ensuciamiento o taponamiento es la acumulación de
materiales sólidos diferentes a los incrustante, de tal manera que estorban la
operación del equipo o contribuyen a su deterioro.
CONCLUSIONES
Abierto
Recirculantes
Sistemas
Cerrado
de
Enfriamientos
Ventiladores
Estructuras(armazón)
Cubierta exterior
Vaso de contención
Equipo de intercambio de
calor
De un Paso
Características de los sistemas:
1. En los sistemas de enfriamiento de recirculación abierta
 El agua esta expuesta al aire y a la evaporación.
 Se emplea en lugares donde el agua no esta disponible en grandes
cantidades y consiste fundamentalmente en circular el agua a través de una
torre y de aquí al equipo que va a ser enfriado y reciclada nuevamente a la
torre.
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2. En los sistemas de enfriamiento de recirculación cerrada.
 Estos sistemas tienen poca perdida de agua, el contenido mineral es por lo
general constante no hay ninguna aeración y se emplean para el
tratamiento de máquinas diesel o de combustión interna, donde el agua se
enfría, este equipo que circula a través de un cambiador de calor por aire o
por agua, es considerado un circuito cerrado.
Agua de Torres de Enfriamiento
3. El sistema de Enfriamiento de un solo paso.
 Se emplea en lugares en donde el agua esta disponible en grandes
cantidades y que requiere de poco o nulo tratamiento, pues una vez
empleada se envía al drenaje.
SELECCIÓN DEL TRATAMIENTO PARA UN AGUA DE ENFRIAMIENTO.
Para seleccionar el tratamiento mas adecuado para un sistema de agua de
enfriamiento se debe tomar en cuenta lo siguiente.
 Época del año
 Volumen del sistema
 Metales presentes en el sistema
 Tipo de sistema de enfriamiento
 Temperatura
sistema
 Características del agua de repuesto
 Cantidad
repuesto
disponible
del
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agua
de
del
agua
en
el
 Velocidad dl agua de recirculación
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CUESTIONARIO
1.-MENCIONA LAS ESPECIFICACIONES GENERALES QUE DEBE REUNIR EL
AGUA DE ENFRIAMIENTO.
1.- No debe ser corrosiva
2.- No debe formar incrustaciones
3.- No debe causar taponamiento ni depósitos orgánicos o inorgánicos en el
equipo.
2.¿QUÉ ELEMENTOS SE DEBEN TOMAR EN CUENTA PARA
SELECCIONAR EL TRATAMIENTO MAS ADECUADO PARA UN SISTEMA DE
AGUA DE ENFRIAMIENTO?
 Volumen del sistema
 Época del año
 Tipo de sistema de enfriamiento
 Metales presentes en el sistema
 Características del agua de repuesto
 Temperatura del agua en el sistema
 Cantidad disponible del agua de repuesto
 Velocidad del agua de recirculación
3.- MENCIONA LOS TIPOS DE CORROSIÓN QUE EXISTEN Y EXPLICA CADA
UNO DE ELLOS
Existen muchos tipos diversos de corrosión, pero frecuentemente pueden
identificarse como genera, localizada o de picado y galvánica.
Existe un ataque general, cuando la corrosión esta distribuida
uniformemente en toda la superficie metálica. La gran cantidad de óxido de hierro
producido por un ataque corrosivo generalizado, contribuye a graves problemas de
obstrucción.
El ataque localizado o de picada existe cuando se corroen áreas aisladas.
El picado es el más grave de todos los tipos de corrosión, ya que toda la fuerza
corrosiva esta concentrada en un área muy pequeña. El ataque por picada puede
atraer como resultado la perforación del metal en muy poco tiempo.
El ataque galvánico ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto físico.
En tal caso, el metal más activo se corroe rápidamente. Ejemplos comunes en los
sistemas de agua son:
- acero y bronce
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-
aluminio y acero
zinc y acero
zinc y bronce
En cada caso, el primer metal se corroerá.
4.- ¿QUÉ ES LA INCRUSTACIÓN?
Podemos definir a la incrustación como un recubrimiento denso de materiales
predominantes inorgánicos sobre una superficie metálica, causada por una
sobresaturación de sales inorgánicas solubles en el agua de enfriamiento. Así una
incrustación "pura" estará constituida por mezclas de productos químicos
únicamente.
5.- MENCIONA LOS FACTORES QUE AFECTAN LA INCRUSTACIÓN.
a).-Temperatura
d).-Influencia
de
otras
b).-Alcalinidad o acidez (pH)
disueltas
que
pueden
c).-La
cantidad
de
elementos incrustaciones o no
incrustantes presentes
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materias
formar
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