Fundamentos de torres de enfriamiento - Conductividad

En cientos de surveys hemos encontrado que el control operacional de los programas de tratamiento de agua de torres de enfriamiento, han sido frecuentemente desatendidos, convirtiéndose en una de las causas principales de la falla de los programas de tratamiento. La mejor combinación de químicos de control de corrosión, deposición e incrustación, con biosidas efectivos, es completamente inútil si no son aplicados constantemente y consistentemente en la torre de enfriamiento. Es una fuente constante de asombro que las empresas gastan decenas de millones de dólares en sus instalaciones y luego utilizan en los equipos más baratos (cotización más baja) en sus sistemas de enfriamiento, teniendo en cuenta que con equipos de control, se obtiene lo que se paga.

Ciclos

El control de la química del agua de enfriamiento, comienza con los ciclos de concentración ©, o el número de veces que las sales disueltas en el agua de reposición (MU) se concentran por evaporación (E) del sistema de enfriamiento. Este parámetro es obtenido frecuentemente midiendo la conductividad del agua de enfriamiento (CW) y dividiéndolo por la conductividad del agua de reposición. Los ciclos pueden también pueden calcularse utilizando parámetros como cloruros y solidos disueltos, los cuales son comunes en el agua de reposición y de enfriamiento, y no se espera que sean afectados de forma significativa por la adición del tratamiento químico. Otra forma de determinar los ciclos de concentración, si los medidores adecuados están instalados, es dividiendo la cantidad de agua de reposición por la purga. El control de los ciclos de concentración es crítico en los sistemas que utilizan agua dura en la reposición, ya que ningún programa químico puede prevenir la formación de incrustaciones cuando los niveles de sales disueltas son excesivos. Los ciclos son controlados mediante la descarga, o purga, de agua concentrada del Sistema y reemplazada con agua fresca. Referenciada como purga (BD), este desperdicio mantiene la concentración de solidos disueltos en el Sistema de enfriamiento, a niveles donde no ocurrirá precipitación.

¿Porque ciclos?

Una pregunta común es, “¿Porque se utilizan tratamientos químicos para operar a ciclos adicionales cuando frecuentemente no hay precipitación cuando se opera a ciclos bajos?” La mejor respuesta es que a ciclos elevados, se reducen significativamente los requerimientos de reposición y purga, reduciendo los costos de agua fresca y de disposición del drenaje. En materia de corrosión, incrementar los ciclos de modo de que el agua sea menos corrosiva, es una forma barata de mejorar el control de la corrosión. Otro punto es que la operación a ciclos altos, permite la utilización de inhibidores de corrosión que son demasiado costosos para ser empleados a ciclos con elevada purga. Con frecuencia la calidad del agua es tan mala que un inhibidor de incrustaciones. En algunas oportunidades, los niveles de sales disueltas son tan elevados, que los inhibidores de incrustación deben ser utilizados simplemente para poder emplear el agua para enfriamiento. En esos casos incrementar los ciclos reduce el costo del inhibidor de incrustaciones al punto en el que se convierte económicamente viables. Encontramos que la operación de las torres de enfriamiento entre 3 y 6 ciclos, es el rango más económico. Otras fuerzas fuerzan la operación de torres a ciclos más altos son los requerimientos ambientales y la escasez de agua fresca para reposición. Por ejemplo, el costo de manejo del desague de una planta se redujo de $100,000 a $10,000 simplemente por incrementar los ciclos de concentración de la torre de 3 a 6 ciclos, reduciendo la cantidad de purga a la mitad.

La Economía de los Ciclos

'Ciclos de economía máxima' es el valor de los ciclos con los cuales el costo total de operación del programa es el más bajo. Este valor es determinado en base al costo del agua, cloaca, purga, y tratamiento químico para cada aplicación. Se puede encontrar una combinación única de parámetros operacionales que consisten en ciclos, química del inhibidor, dosificación del inhibidor, reposición y purga, que generan los costos de operación más bajos. Generalmente los ciclos de concentración de economía máxima, son controlados por el índice de saturación del carbonato de calcio del agua ciclada. Se genera un modelo del agua ciclada entre 2 y 10 ciclos, utilizando un análisis del agua de reposición, y se determinan los índices de saturación (SI) para cada ciclo. Los cilcos de concentración que corresponden con los SI de 1,0, 2,0 y 3,0, se utilizan como puntos de quiebre en la determinación del costo de la química requerida para prevenir las incrustaciones a los ciclos mencionados. Los costos del agua de reposición, disposición de la purga, y la química de inhibición requerida se calculan a estos valores de SI y se comparan para determinar los ciclos de economía máxima.

Índice de Saturación (SI) calculado a mano

1). P1 = log 10 (calcio * 2.5 * alcalinidad total)

2). P2 = (temperatura máxima del agua del sistema, F * 0.00912) + P1

3). P3 = ((log 10 (conductividad * 0.8) * 0.1) + 12.27

4). pH saturación = P3 – P2

5). SI = pH del agua ciclada - pH saturación

El pH del agua ciclada puede estimarse mediante la conversión del pH del agua de reposición utilizando la operación inversa del logaritmo, 10 pH, obteniendo el valor “ real”. Luego multiplique el valor “real” por los ciclos de concentración y obtenga el nuevo valor de pH utilizando la operación de logaritmo. La mayoría de los sistemas de enfriamiento operan con valores de SI entre 0,5 y 3,5. No siempre es posible el cálculo de los ciclos de economía máxima, debido a la falta de información. En la mayoría de los casos hemos encontrado que usando un programa químico que permita la operación de la torre entre 3 y 6 ciclos, se obtienen costos de operación cercanos al valor mínimo absoluto.

Método de Control de Ciclos

Hay dos métodos Buenos de control de los ciclos de concentración de un Sistema de enfriamiento: purga proporcional a la reposición y purga basada en conductividad.

El control de purga proporcional a la reposición es en realidad muy simple; se mide la cantidad de agua de reposición que entra a la torre y se usa el valor acumulado para activar un temporizador, que abrirá la válvula de purga por un tiempo determinado. Por ejemplo, si 1000 galones de agua de reposición entran a un sistema que opera a 5 ciclos, el temporizador operaría una válvula de flujo de purga regulado a 10 gpm durante 20 minutos, para descargar del sistema los 200 galones requeridos para mantener los 5 ciclos.

Control de purga basado en conductividad (la cual es proporcional al nivel de sales disueltas) del agua de enfriamiento. Cuando la conductividad alcanza un nivel de control predeterminado, una válvula automática se activa y agua con un contenido alto de sales disueltas es drenada del sistema de enfriamiento. Al reemplazar el agua purgada con agua fresca de reposición, se reduce la conductividad del agua del sistema, lo cual desactiva la válvula de purga. Comparando los dos métodos de control, hemos determinado que el método proporcional es más económico y fácil de mantener y operar, mientras que el método de la conductividad es más resistente a las fugas de agua y cambios en la calidad de agua de la reposición. Un problema con el control de los ciclos basado en conductividad es que, cuando el agua de reposición tiene dureza, cuando se producen incrustaciones el calcio y la alcalinidad se reducen. El controlador lee esta situación como una reducción de los ciclos y reduce la purga para incrementarlos. El incremento de ciclos genera más incrustaciones, agravando la situación. Este escenario revela la posibilidad de que el control por conductividad, efectivamente incremente los ciclos de concentración si se generan incrustaciones, agravando la situación. Esta situación es más común de lo que se pensaba y debe ser considerada al seleccionar el método de control de los. El agua concentrada de una torre puede contener; insectos muertos, hojas y semillas, las cuales pueden acumularse en la válvula de purga y taparla. Para prevenir este problema, se recomienda la utilización de una válvula motorizada como la Yamatho YS20S (#yamavalve), las cuales tienen un orificio grande que tolera el paso de materiales suspendidos en el agua.


Aldo Zaffalon
Aldo Zaffalon

Author

Water treatment automation expert, with over 25 years of experience in industrial water treatment automation, marketing, sales and engineering.



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