Introducción

 La mayor parte del agua empleada con fines industriales se usa para enfriar un producto o un proceso. La disponibilidad del agua en la mayoría de las áreas industrializadas y su gran capacidad calorífica han hecho del agua el medio de transferencia de calor favorito en las aplicaciones industriales y de servicios.

Durante los últimos años, el uso del agua para enfriamiento se ha puesto bajo vigilancia creciente desde el punto de vista del cuidado del medio ambiente. Y debido a esto se están registrando cambios en los patrones del uso de la misma. Por ejemplo, hoy en día las torres de enfriamiento permiten la reutilización del agua hasta tal punto que en la mayor parte de los sistemas de enfriamiento evaporativos modernos en los que se emplean torres de enfriamiento se reducen las tasas de toma de la corriente en más de un 90%.

  

Problemas causados por el agua de enfriamiento:

1. Incrustación

 Cuando se eleva la temperatura en el agua, parte de ésta se evapora causando un incremento de sus sales disueltas. Cuando esto sucede, es necesario agregar más agua de repuesto al sistema para reponer las pérdidas por evaporación; éste aumento de sales disueltas trae como consecuencia la precipitación de las sales de calcio cuando se sobrepasa su concentración, o también cuando el pH es mayor a 8.3, causando depósitos incrustantes en las superficies del sistema.

 Los tipos de incrustación en un sistema de enfriamiento son generalmente causados por:

• Carbonato de Calcio CaCO₃: esta sustancia se precipita y causa incrustaciones cuando el pH del agua es de 8.3 ó mayor.

    Bicarbonato de Calcio + Agua = Carbonato de Calcio + Bióxido de Carbono + Agua

               Ca(HCO₃)₂      +  H₂0 =        CaCO₃             +       CO₂                 +  H₂O

• Sulfato de Calcio CaSo₄: las incrustaciones de sulfato de calcio se presentan cuando su concentración en el agua es mayor de 1,600 ppm. (mg/l). Esto sucede cuando un sistema no tiene purga o no se tiene un control de la dosificación de ácido sulfúrico.

• Sílice   SiO₂: este compuesto generalmente causa problemas de incrustación cuando sobrepasa una concentración de 180 ppm. en el agua.

2. Corrosión

 Se puede definir como la destrucción de un metal por la acción química directa del oxígeno y el bióxido de carbono disueltos en el agua.

 Las condiciones de un pH ácido (menos del 7.0) en el agua, favorece también a la corrosión a menos de que sean tomadas medidas protectoras.

3. Materia orgánica

 En el agua se desarrollan toda clase de algas, limos, bacterias y micro-organismos, siendo mayor la reproducción de estos vegetales en los lugares que están más expuestos a los rayos solares: la abundancia puede ser tal, que causan taponamientos en las boquillas de aspersión colocadas en la parte superior de las torres, disminución de la capacidad de flujo, aumento de presión en los condensadores, paros continuos de las máquinas, además de que ocasionan corrosión en las superficies metálicas ya que las algas vivas desprenden oxígeno y atacan a los constituyentes de la madera de las torres.

Tratamiento del agua de enfriamiento

 Cada sistema de agua de enfriamiento presenta una combinación única de equipo, química del agua, consideraciones de purga y de control. La selección del tratamiento más adecuado para cada sistema en particular es un asunto de gran importancia y requiere de un estudio cuidadoso que incluye:

 a) Características fisicoquímicas del agua de enfriamiento: la información se divide en análisis del agua de reemplazo y en la de recirculación. Incluye una descripción de los procesos de pretratamiento y las fuentes y tipos de contaminación del agua.

 b) Estudio del diseño del sistema de enfriamiento y las condiciones de operación: aspectos físicos del sistema, como número y tipo de intercambiadores, material de construcción de los mismos, tipo de torre, las temperaturas máximas del agua y del proceso, etc.

 c) Evaluación de los problemas de corrosión, incrustación y depósitos que se presentan sin tratamiento.

 d) Estudio de los métodos para el control de calidad del agua de enfriamiento.

 e) Programación de pruebas de testigos de corrosión e inspección de los equipos.

 f) Estudio económico de cada prueba.

 Debe tenerse en cuenta que generalmente lo más conveniente es utilizar el tratamiento que ofrezca la mayor protección a los equipos para asegurar la continuidad de su servicio, pues al evitar los gastos indirectos que resultan por las fallas de tales equipos, se compensa con creces el costo del tratamiento. 

1. Control de la incrustación

Varios procedimientos pueden utilizarse para evitar la formación de incrustaciones:

 a) Dosificación de ácido sulfúrico: el ácido sulfúrico reduce la alcalinidad natural del agua producida principalmente por bicarbonatos y por lo tanto el pH; según la reacción:

 Ca(HCO₃)₂  +  H₂SO₄   =   CaSO₄    +   2CO₂    +  2H₂O

Bicarbonato + Ácido    =   Sulfato   +  Bióxido +  Agua

      de Calcio   Sulfúrico     de Calcio   de Carbono

 De esta manera se evita que los bicarbonatos de calcio se conviertan a carbonatos de calcio, causantes principales de las incrustaciones.

 Cuando se dosifica ácido sulfúrico es necesario mantener un pH entre 6.0 y 7.0 y la alcalinidad total entre 150 y 300 ppm. como es el caso de CaCO₃.

Hay que tener cuidado de no sobrepasar la solubilidad del sulfato de calcio de 1,600 como el caso de CaSO₄.

 b) Dosificador de polifosfatos: estos productos químicos aumentan la solubilidad del carbonato de calcio y lo conducen a un estado de sobresaturación sin que se precipite.

 Es posible mantener hasta 400 ppm de dureza total en el agua con una dosis de 5 a 20 ppm. de polifosfatos y un pH de 6.5 a 7.0.

 c) Purga continua: en los sistemas abiertos de recirculación de agua se utiliza normalmente el drenaje para limitar la concentración de sólidos.

 El número de ciclos de concentración expresa la relación entre los sólidos disueltos en el agua del depósito. Es importante por tanto eliminar las sales que puedan formar incrustaciones antes de que se depositen en el sistema.

 La concentración de sales se controla por purgas, teniendo en cuenta que también el arrastre de las gotas de agua por el flujo de aire, significa alguna eliminación de las sales disueltas.

 El cálculo de la purga en estos sistemas debe ser determinado por un ingeniero especializado en tratamiento de agua, ya que sale de este manual el realizar el estudio y cálculo de la purga.

2. Control de la corrosión

 El agua de recirculación en sistemas abiertos de enfriamiento, puede causar ataques corrosivos al metal producidos por el agua evaporada, picaduras originadas por la disolución de gases atmosféricos corrosivos y altas temperaturas en los condensadores.

 Existen varios métodos para disminuir la corrosión, entre los cuales se pueden citar los siguientes:

 a)      Protección mediante incrustación leve de carbonato de calcio.

b)      Inhibición con polifosfatos.

c)      Inhibición con cromatos-zinc.

d)      Método dianódico con los fosfatos (cromatos fosfatos).

e)      Método dianódico de zinc (cromato-fosfato-zinc).

f)        Método de fosfonatos.

 En la actualidad aún se utiliza el hexametafosfato de sodio en los sistemas de enfriamiento como inhibidor de corrosión; también se emplean el tripolifosfato y el decafosfato de sodio.

 Estos productos que en forma general se les denomina como polifosfatos, poseen una buena actividad superficial que impide la formación de incrustaciones y disminuyen la formación de tubérculos, así como la corrosión en general.

•  Método dicatódico cromato-zinc:

 Este método protege de corrosión al fierro, acero, cobre, bronce y aluminio; no produce lodos ni depósitos en el sistema ni provee de nutrientes que facilitan los crecimientos microbiológicos, evita el ataque corrosivo localizado y origina una inhibición rápida.

•  Método dianódico de Zinc (cromato-fosfato-zinc):

Para tener una protección efectiva en sistemas donde se tienen altos índices de corrosión, se requieren dosificaciones relativamente altas de mezclas dianódicas cromatos-fosfatos y en los sistemas de alto contenido de calcio la reversión de los metafosfatos es un problema que origina precipitación de fosfato de calcio.

 Este es un método efectivo sobre todo cuando se mantiene el pH en los límites de 6.0 a 7.0 y la relación de la mezcla dianódica es 30 ppm. de fosfatos por 15 ppm. de cromatos para tener una concentración de 45 ppm. como producto y que se puede emplear teniendo valores de pH y concentraciones de zinc, que produzcan la formación de un recubrimiento de todo el sistema. Por tanto, éste método se considera muy efectivo ya que puede reducir la corrosión a valores inferiores de una milésima de pulgada por año a un costo bastante reducido.

•  Métodos de los Fosfonatos:

 Últimamente se han desarrollado los fosfonatos, compuestos orgánicos que protegen contra la corrosión e incrustación simultáneamente. Tienen una gran ventaja sobre el método diactódico y dianódico debido a que no presentan problemas de contaminación del agua de desecho como los cromatos.

 Generalmente una dosis residual de 40-60 ppm. de fosfonatos es suficiente para proteger el sistema de corrosión e incrustación, manteniendo un pH de 8.2 a 8.8 y una alcalinidad total de 400 ppm. como CaCO₃.

3. Control de la materia orgánica

Existen muchos compuestos y sustancias químicas que destruyen o inhiben el crecimiento de algas, hongos, bacterias y demás microorganismos presentes en el agua de enfriamiento, los cuales se pueden separar en dos grupos:

 a)      Bactericidas

 b)      Agentes Bacteriostáticos

 Los bactericidas son aquellos productos que, como su nombre lo indica, matan a las bacterias a concentraciones relativamente bajas, tales como el cloro gas, el hipoclorito de calcio, bromo y el permanganato de potasio.

 Los agentes bacteriostáticos son aquellos que sólo a altas concentraciones matan a los microorganismos, pero inhiben su crecimiento a bajas concentraciones tales como el pentaclorofenato de sodio, hipoclorito de sodio, sales de cobre y compuestos cuaternarios de amonio.

 Las sustancias químicas más utilizadas para eliminar los microorganismos son el cloro, los hipocloritos de calcio y sodio, el pantaclorofenato de sodio y el sulfato de cobre.

 El cloro es la sustancia más barata y efectiva como bactericida, pero tiene la desventaja de requerir un equipo especial y costoso para su dosificación por lo que sólo se emplea en sistemas grandes.

 Un residual de cloro de 0.5 a 1.0 ppm. como cloro destruye rápidamente a la mayoría de los microorganismos.