PRESENTACIÓN TORRES DE ENFRIAMIENTO.

8/14/2019 PRESENTACIN TORRES DE ENFRIAMIENTO.

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KURITA DE MXICO S.A. DE C.V.

KURITA MANUAL DE

ENTRENAMIENTO

(TCNICO)

Julio 04 de 2003.


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El agua de enfriamiento es usada directa oindirectamente para enfriar productos qumicos,productos de acero, etc.Generalmente, el agua de enfriamiento es usada

indirectamente para enfriar procesos fluidos (lquidosy gases) a travs de intercambiadores de calor. Estesistema es llamado sistema de enfriamiento indirecto.

Los productos slidos frecuentemente son enfriadosdirectamente utilizando agua de enfriamientoespreada por medio de inyectores. Este sistema esllamado sistema de enfriamiento directo. Los sistemas

de enfriamiento directo son empleados en variasplantas que manejan productos slidos, tales comoacereras, plantas de alimentos, etc.


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Tabla 1 Clasificacin de los sistemas de

enfriamientoSistemas de enfriamiento Indirectos

Abiertos (Torres de enfriamiento)

CerradosUn solo paso

Sistemas de enfriamiento DirectosAbiertosUn solo paso


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Estos desarrollos recientes en las tecnologas delos tratamientos qumicos han hecho posible prevenir

la cada de eficiencia trmica de losintercambiadores de calor an en condiciones debaja velocidad de flujo del agua y a altastemperaturas. Eso es, una avanzada tecnologa detratamiento de aguas que contribuye a ahorrar agua

y energa en los sistemas de agua de enfriamiento.El tratamiento qumico para el agua de

enfriamiento tiene la posibilidad de causarcontaminacin al medio ambiente debido a las

descargas de los sistemas al medio ambiente. Por lotanto, los qumicos satisfacen varias regulacionesque se han desarrollado.


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Tipos de sistemas de enfriamiento


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Tipos de sistemas de enfriamiento


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Tipos De Sistemas De Enfriamiento


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Torres de enfriamiento

Las torres de enfriamiento son usadas para traeragua caliente en contacto con aire fro (Precisamente,aire de temperatura de bulbo hmedo menor que eldel agua a ser enfriada) para evaporar una porcin del

agua y liberar el calor latente de evaporacin, parabajar la temperatura del agua.

Las torres de enfriamiento se clasifican en dostipos. Uno es el tipo tiro natural donde el aire es

repuesto por conveccin natural y el otro es el tipotiro mecnico en donde el aire es repuesto por mediode ventiladores.


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Sistema de enfriamiento abiertoLa figura ilustra un diagrama de flujo esquemticode un sistema de enfriamiento abierto.


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Cantidad de agua recirculada(R),(m3/h) Cantidad total de agua de enfriamientorecirculada por las bombas por horaVolumen total de agua (H), (m3) Volumen total de agua en el sistema de enfto

incluyendo tuberas y el bacn de la torrePerdidas por evaporacin (E),(m3/h) Agua perdida por evaporacin por horaPerdidas por venteo (W), (m3/h) Agua perdida por venteo y goteo por horaCantidad de agua purgada (B),(m3/h) Cantidad de agua descargada por hora paracontrolar la concentracinCantidad de agua de repuesto(M),(m3/h) Volumen de agua repuesto a el sistema deenfriamiento por horaDiferencia de temp. a travs de latorre de enfriamiento (DT), (C) Diferencia de temp. en el agua de enfto a laentrada y la salida en la torre.Numero de ciclos (N) (ciclos deconcentracin)

Concentracin de SD en el agua derecirculacin en relacin al agua de repuesto

Tiempo de retencin (TR), (h) Tiempo requerido para intercambiar el vol.de agua del sistema con agua de repuestoque se requiere por B y W

Vida media (TH), (h) Tiempo que toma la conc. del qco. dosificadopara reducir su valor al 50% sin dosisadicionales


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La figura muestra una relacin tpica entre los ciclos de concentracin,cantidad de agua de repuesto y cantidad de agua de purga calculadasusando las ecuaciones


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Sistemas de enfriamiento cerrados

En un sistema cerrado el agua raramente se pierde porevaporacin y venteo. Las prdidas de agua en elsistema generalmente son debidas a fugas de las

bombas de recirculacin. El agua que se fugageneralmente corresponde al 0.02% o menos de lacantidad de agua de recirculacin. El agua de repuestoes proveda al sistema para compensar ests fugas.


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Los problemas causados por el agua de enfriamientose clasifican dentro de las siguientes tres categoras.1) Corrosin2) Incrustacin3) Lama y lodo (bioensuciamiento)

Estos problemas causan varias complicaciones en laoperacin de los sistemas de enfriamiento y se

muestran en la tabla

T bl P bl d l l i d f


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Tabla Problemas causados por el agua en los sistemas de enfto.

Problemas Causas

(1) Reduccin en la vida deoperacin de losintercambiadores de calor

1) Corrosin

2) Corrosin bajo lama y lodo3) Corrosin bajo incrustacin porosa

(2) Perdida de eficienciatrmica de losintercambiadoresde calor

1) Adhesin de productos de corrosin2) Acumulacin de lodo

(3) Aumento en la presinde circulacin de lasbombas (alto consumo deenerga elctrica)

1) Adhesin de productos de corrosin,incrustacin y lama2) Acumulacin de lodo

(4) Fuga de productos ycontaminacin del agua denfriamiento

1) Perforacin de los tubos debido al pitting2) Corrosin por estrs de los tubos de aceroinoxidable

(5) Adsorcin y desperdiciode los qumicos paratratamiento de agua

1) Por productos de corrosin, incrustacin,lama y lodo2) Por slidos suspendidos

(1) R i d l i


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(1) Reacciones de la corrosinLa corrosin al acero al carbn se describe aqu, debido a que el acero al carbn es

el material ms usado en los intercambiadores de calor y tuberas en los sistemas deenfriamiento abiertos.

Cuando el acero al carbn esta en contacto con el agua, muchas manchas con bajo

potencial (nodo local) y muchas con alto potencial (ctodo local) son formadas en lasuperficie del acero debido a la no uniformidad* de la superficie del acero. Unareaccin electroqumica se lleva a cabo y la reaccin (19) se lleva en el nodo de lasceldas locales mientras que la reaccin (20) y (21) se llevan en los ctodos.

Sobre el nodo: Fe ==== Fe2++ 2e-------------------------------------- (19)Sobre los ctodos: 1/2 O2 + H2O + 2e-==== 2OH- ------------------(20)

2H+ + 2e- ==== H2-------------------------------(21)En caso de sistemas de enfriamiento, la principal reaccin en el ctodo es la

reduccin del oxgeno expresada en la reaccin (20), como el agua de enfriamientousualmente es neutra o ligeramente alcalina y tiene baja concentracin de iones H+.

Se fomenta las siguientes reacciones (22) y (23).Fe2+ + 2OH-==== Fe(OH)2 ------------------------------------------------(22)2 Fe(OH)2 + 1/2 O2 + H2O ==== 2 Fe(OH)3 Fe2O3.3H2O -----------(23)Cuando la superficie del acero al carbn esta en contacto con el oxgeno disuelto

del agua, las reacciones de la corrosin descritas arriba se llevaran a cabo.


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L fi il st s mti m t l p s d si pitti


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La figura ilustra esquemticamente el proceso de corrosin pittingdesarrollada bajo el ensuciamiento. La corrosin pitting bajo losdepsitos algunas veces se encontrara an en el caso de materialesresistentes a la corrosin, tales como el cobre, aleaciones de cobre yacero inoxidable.


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Tipos de metales y formas de corrosin

(a) Acero al carbnComo se expres en las ecuaciones anteriores el acero al carbn es

atacado por el oxgeno disuelto en agua neutra. La cantidad de corrosines alta de 50 a 150 mdd (0.24.0.72 mm/y) en ausencia de inhibidores decorrosin.

Cuando es usado un inhibidor de corrosin, la superficie del acero alcarbn se cubre con los productos de corrosin (xidos).En el caso de la resistencia elctrica de tubos soldados con soldaduraautgena, el potencial de corrosin es ms bajo en la parte de lasoldadura elctrica que en el metal debido a que la estructura metlicaesta cambiando debido al calentamiento en el proceso de la soldadura y alrpido enfriamiento despus del proceso de soldadura. Ya que, las partessoldadas actan como un nodo arreglado, el tubo se corroe a velocidadesmuy rpidas. La mxima penetracin en las partes soldadas que se reportofue de 8.4 mm/ao, lo cual es un valor mucho muy alto, ms que en lasotras partes de la tubera. Este tipo de corrosin en las partes soldadases llamada corrosin acanalada grooving. La siguiente fotografamuestra corrosin tpica grooving.


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En los sistemas de enfriamiento, la aplicacin apropiada deinhibidores de corrosin reduce la cantidad de corrosin promedio enacero al carbn a 10 mmd (< 0.048 mm/ao).

Sin embargo, la prevencin perfecta de la corrosin local es mucho

ms difcil an bajo tratamiento de inhibidor de corrosin debido aque la superficie del acero al carbn ms o menos se ensucia con lama,productos de corrosin, slidos suspendidos, etc. los cuales causancorrosin bajo deposito. El uso de inhibidores de incrustacin,dispersantes, biocidas, junto a los inhibidores de corrosin mantiene a

la superficie libre de ensuciamiento y reduce efectivamente lacantidad de corrosin bajo deposito.

La figura muestra la relacin entre la mxima profundidad de picadoen los tubos de un intercambiador de calor de acero al carbn y su

periodo de servicio en los casos de tratamiento con inhibidor decorrosin y sin inhibidor de corrosin. El crecimiento de laprofundidad de picado se reduce aparentemente por la aplicacin deun inhibidor de corrosin adecuado.


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Clasificacin de los inhibidores de corrosinTipo de inhibidor Ejemplo Caractersticas de la pelcula

Pelcula de oxido

(pelcula pasiva dora) CromatosNitritosMolibdatos

Pelcula fina y delgada (30-200A)Muy adherida al metal, excelenteproteccin a la corrosin

Tipo pel

culaprecipitada

Qumicoformador de sales

insolubles con iones decalcio, etc. en el agua

Poli fosfatosOrtofosfatosFosfonatosSales de zinc

Relativamente porosaRelativamente gruesa

Ligeramentepobre adhesin al metalClara proteccin a la corrosin

Qumico de salesinsolubles en agua conlos iones protectores del

metal

MercaptobenzotriazolTriazolBenzotriazolToliltriazol

Relativamente adheridaRelativamente delgadaClara proteccin a la corrosin

Tipo pelcula adsorcinAminasSurfactantes Formacin de un perfecto lechoadsorbido sobre la superficie limpia

del metal en solucin cida o noacuosa.Formacin de un lecho no uniformepor adsorcin sobre la superficiesucia del metal


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Efectos de los inhibidores de corrosin

(a) Iones protectores en agua fresca

El agua fresca contiene varios cationes y aniones, estosiones son clasificados dentro de iones protectores(formadores de incrustacin) y iones corrosivos(agresivos), los iones tpicos protectores son elcalcio, bicarbonatos, carbonatos y silicatos. Cuandola concentracin de estos iones excede sussolubilidades en un agua de enfriamiento, sedepositan sobre la superficie del metal como un tipo

de incrustacin reduciendo la cantidad de corrosinmetlica. Entre esas sales solubles duras, elcarbonato de calcio se deposita ms fcilmentereduciendo la cantidad de corrosin.


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Cloruros y SulfatosLos cloruros y los sulfatos incrementan la corrosividad,particularmente destruyen la pelcula protectoraformada por los fosfatos y deteriora el efecto deinhibicin.


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Temperatura del aguaLa relacin entre el efecto del inhibidor base polifosfato - zinc y la temperatura del agua sobre elacero al carbn. En ausencia del inhibidor, la cantidadde corrosin de el acero al carbn aumento enproporcin a el aumento de la temperatura del agua enun rango de 25 a 50 C y llega a ser casi constante

arriba de 50 C.Por lo contrario, los inhibidores base poli fosfatotienen buena inhibicin a la corrosin en rangos detemperatura de 25 - 80 C. Sin embargo, a

temperaturas arriba de 60 C, un tratamiento paraevitar incrustacin debe de ser aplicado debido a quela pelcula protectora llega a hacerse gruesa yfrecuentemente cambia a incrustacin.


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Los componentes tpicos de la incrustacinencontrados en los sistemas de enfriamiento son lossiguientes,1) Carbonato de calcio2) Fosfato de calcio y zinc3) Sulfato de calcio4) Silicato de magnesio y slice

La figura 23 muestra la relacin entre la formacin de la incrustacin y los mtodos


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de inhibirla.

Concentracin de ionesque forman

la incrustacin

Aumento de

pH

Aumento de la

Temperatura del agua

Reduccin de los

ciclos de concentracin

Reduccin del pH

Formacin de una solucin supersaturada de

componentes de incrustacin

Uso de agentes quelantes

Uso de inhibidores

de incrustacin

Uso de inhibidores

de incrustacin

Crecimiento del

cristalAgregacin de

los cristales

Crecimiento del

Macrocristal

Figura 23 Relacin entre el proceso de formacin de incrustacin y los

mtodos de inhibicin

Depositacin de los

Microcristales


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La palabra "Lama" es usada para todo el tipo deensuciamiento a excepcin de los productos decorrosin e incrustacin. Sin embargo, en muchos casos

la lama aparece junto con la corrosin e incrustacin.Es importante averiguar el componente principal de lacomplicada materia ensuciante para aplicar eltratamiento apropiado.La lama es producida por la adhesin y acumulacin de

un lodo suave el cual es formado por la mezcla demicroorganismos con materia inorgnica como el cieno,arena, etc.La lama no solo causa una cada en la eficienciatrmica de los intercambiadores de calor y deterioro

en el flujo del agua, sino que tambin causa corrosinlocal en el equipo y tuberas.


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Sulfatos Aguas con alta concentracin de sulfatosmuestran fuerte corrosividad.

slice La slice es un componente de la incrustacin.Amonio Altas concentraciones de amonio en el agua

acelera la formacin de lama. El amonioacelera la corrosin en cobre produciendosales complejas de cobre - amonio.

Demanda

qumica deoxgenoAltas concentraciones de DQO aceleran la

formacin de lama.

Nmero debacterias Este es uno de los ndices para predecir laocurrencia de lama. Usualmente es medido

para probar la eficiencia de los biocidas.Fierro total Es uno de los materiales que ensucian en el

agua. La adhesin de compuestos de fierro alos tubos de los intercambiadores de calorcausa corrosin local al acero al carbn bajolos depsitos.


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Concentracinde inhibidoresde corrosin e

incrustacin

La concentracin de los inhibidores de corrosin eincrustacin se deben de mantener siempre en los nivelesespecificados.En caso de grandes fluctuaciones en la concentracin delos qumicos, puede no obtenerse el efecto suficiente deproteccin.

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