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Abordaje

Intercambiador de calor en una planta de energía a vapor , contaminado por macroincrustaciones
Tubo condensador con residuos de bioincrustaciones (corte abierto)

La incrustación es la acumulación de material no deseado en superficies sólidas. Los materiales que producen incrustaciones pueden ser organismos vivos ( incrustaciones biológicas , orgánicas) o sustancias no vivas (inorgánicas). La incrustación se suele distinguir de otros fenómenos de crecimiento superficial en que se produce en la superficie de un componente, sistema o planta que realiza una función definida y útil y que el proceso de incrustación impide o interfiere con esta función.

Otros términos utilizados en la literatura para describir el ensuciamiento incluyen formación de depósitos, incrustación, ensuciamiento, deposición, incrustación, formación de incrustaciones, escoria y formación de lodos. Los últimos seis términos tienen un significado más limitado que el de ensuciamiento dentro del ámbito de la ciencia y la tecnología del ensuciamiento, y también tienen significados fuera de este ámbito; por lo tanto, deben usarse con precaución.

Los fenómenos de incrustaciones son comunes y diversos, y van desde la incrustación en cascos de barcos, superficies naturales en el ambiente marino ( marine fouling ), la incrustación en componentes de transferencia de calor a través de ingredientes contenidos en agua o gases de refrigeración, e incluso el desarrollo de placa o sarro en los dientes o depósitos en paneles solares en Marte, entre otros ejemplos.

Este artículo está dedicado principalmente a la incrustación en los intercambiadores de calor industriales, aunque la misma teoría es generalmente aplicable a otras variedades de incrustaciones. En la tecnología de refrigeración y otros campos técnicos, se hace una distinción entre incrustaciones macro y micro. De las dos, las microincrustaciones son las que suelen ser más difíciles de prevenir y, por lo tanto, las más importantes.

Componentes sujetos a incrustaciones

Sección transversal de un tubo de condensador con incrustaciones de carbonato de calcio.
Sección transversal de un tubo de latón con rastros de corrosión .

Ejemplos de componentes que pueden estar sujetos a incrustaciones y los efectos correspondientes de las incrustaciones:

Macroincrustaciones

Las macroincrustaciones son causadas por materia gruesa de origen biológico o inorgánico, por ejemplo, desechos producidos industrialmente . Dicha materia ingresa al circuito de agua de refrigeración a través de las bombas de agua de refrigeración desde fuentes como el mar abierto , ríos o lagos . En circuitos cerrados, como las torres de refrigeración , la entrada de macroincrustaciones en el depósito de la torre de refrigeración es posible a través de canales abiertos o por el viento. A veces, partes de los componentes internos de la torre de refrigeración se desprenden y son transportadas al circuito de agua de refrigeración. Estas sustancias pueden ensuciar las superficies de los intercambiadores de calor y pueden causar el deterioro del coeficiente de transferencia de calor relevante . También pueden crear bloqueos de flujo, redistribuir el flujo dentro de los componentes o causar daños por frotamiento .

Ejemplos

Microincrustaciones

En cuanto a la microincrustación, se hacen distinciones entre: [7]

Contaminación por precipitación

La acumulación de cal en el interior de una tubería reduce el flujo de líquido a través de ella y reduce la conducción térmica desde el líquido hasta la carcasa exterior de la tubería. Ambos efectos reducirán la eficiencia térmica general de la tubería cuando se utilice como intercambiador de calor .
Acumulación extrema de sarro en las tuberías de la caldera
Dependencia de la temperatura de la solubilidad del sulfato de calcio (3 fases) en agua pura. El agua se presuriza para que pueda mantenerse en estado líquido a temperaturas elevadas.

La incrustación o ensuciamiento por precipitación implica la cristalización de sales sólidas , óxidos e hidróxidos de soluciones . Estas suelen ser soluciones acuosas, pero también se conoce el ensuciamiento por precipitación no acuosa. El ensuciamiento por precipitación es un problema muy común en calderas e intercambiadores de calor que funcionan con agua dura y a menudo da lugar a incrustaciones de cal .

Por cambios de temperatura, o por evaporación o desgasificación de disolventes , la concentración de sales puede superar la saturación , dando lugar a una precipitación de sólidos (normalmente cristales).

A modo de ejemplo, el equilibrio entre el bicarbonato de calcio , fácilmente soluble -siempre presente en el agua natural- y el carbonato de calcio, poco soluble , se puede escribir la siguiente ecuación química:

El carbonato de calcio que se forma mediante esta reacción precipita. Debido a la dependencia de la temperatura de la reacción y a la creciente volatilidad del CO2 con el aumento de la temperatura, la formación de incrustaciones es mayor en la salida más caliente del intercambiador de calor que en la entrada más fría.

En general, la dependencia de la solubilidad de la sal con respecto a la temperatura o la presencia de evaporación será a menudo la fuerza impulsora de la incrustación por precipitación. La distinción importante es entre sales con una dependencia "normal" o "retrógrada" de la solubilidad con respecto a la temperatura. Las sales con una solubilidad "normal" aumentan su solubilidad con el aumento de la temperatura y, por lo tanto, ensuciarán las superficies de enfriamiento. Las sales con una solubilidad "inversa" o "retrógrada" ensuciarán las superficies de calentamiento. En la figura se muestra un ejemplo de la dependencia de la solubilidad con respecto a la temperatura. El sulfato de calcio es un ensuciador de precipitación común en las superficies de calentamiento debido a su solubilidad retrógrada.

El ensuciamiento por precipitación también puede ocurrir en ausencia de calentamiento o vaporización. Por ejemplo, el sulfato de calcio disminuye su solubilidad al disminuir la presión. Esto puede conducir al ensuciamiento por precipitación de yacimientos y pozos en campos petrolíferos, disminuyendo su productividad con el tiempo. [8] El ensuciamiento de las membranas en sistemas de ósmosis inversa puede ocurrir debido a la solubilidad diferencial del sulfato de bario en soluciones de diferente fuerza iónica . [3] De manera similar, el ensuciamiento por precipitación puede ocurrir debido a cambios de solubilidad inducidos por otros factores, por ejemplo, evaporación instantánea de líquidos , desgasificación de líquidos, cambios en el potencial redox o mezcla de corrientes de fluidos incompatibles.

A continuación se enumeran algunas de las fases industriales más comunes de los depósitos de suciedad por precipitación que se observan en la práctica y que se forman a partir de soluciones acuosas:

La tasa de deposición por precipitación se describe a menudo mediante las siguientes ecuaciones:

Transporte:
Cristalización superficial:
En general:

dónde:

- masa del material (por unidad de superficie), kg/ m2
- tiempo, s
- concentración de la sustancia en la masa del fluido, kg/ m3
- concentración de la sustancia en la interfase, kg/ m3
- concentración de equilibrio de la sustancia en las condiciones de la interfase, kg/m 3
- orden de reacción para la reacción de cristalización y el proceso de deposición general, respectivamente, adimensional
- constantes de velocidad cinética para el transporte, la reacción superficial y la reacción de deposición general, respectivamente; con la dimensión de m/s (cuando )

Ensuciamiento por partículas

La formación de incrustaciones por partículas suspendidas en el agua (" crud ") o en el gas se produce por un mecanismo diferente al de la formación de incrustaciones por precipitación. Este proceso suele ser más importante para las partículas coloidales , es decir, partículas más pequeñas que aproximadamente 1 μm en al menos una dimensión (pero que son mucho más grandes que las dimensiones atómicas). Las partículas son transportadas a la superficie por una serie de mecanismos y allí pueden adherirse, por ejemplo, por floculación o coagulación . Nótese que la adhesión de partículas coloidales normalmente implica fuerzas eléctricas y, por lo tanto, el comportamiento de las partículas desafía la experiencia del mundo macroscópico. La probabilidad de adhesión a veces se denomina " probabilidad de adherencia " : [7]

donde y son las constantes de velocidad cinética para la deposición y el transporte, respectivamente. El valor de para las partículas coloidales es una función tanto de la química de la superficie, la geometría y las condiciones termohidráulicas locales.

Una alternativa al uso de la probabilidad de adherencia es utilizar una constante de velocidad de adherencia cinética, asumiendo la reacción de primer orden: [10] [11]

y luego los coeficientes cinéticos de transporte y unión se combinan como dos procesos que ocurren en serie:

dónde:

Al ser esencialmente un fenómeno de química de superficie , este mecanismo de ensuciamiento puede ser muy sensible a factores que afectan la estabilidad coloidal, por ejemplo, el potencial zeta . Generalmente, se observa una tasa máxima de ensuciamiento cuando las partículas contaminantes y el sustrato presentan una carga eléctrica opuesta o cerca del punto de carga cero de cualquiera de ellas.

Las partículas más grandes que las de dimensiones coloidales también pueden ensuciarse, por ejemplo, por sedimentación ("ensuciamiento por sedimentación") o por filtración en aberturas de tamaño pequeño.

Con el tiempo, el depósito superficial resultante puede endurecerse a través de procesos conocidos colectivamente como "consolidación de depósitos" o, coloquialmente, "envejecimiento".

Los depósitos de suciedad particulada más comunes formados a partir de suspensiones acuosas incluyen:

La contaminación por partículas de aerosoles gaseosos también tiene importancia industrial. Las partículas pueden ser sólidas o líquidas. Los ejemplos más comunes pueden ser la contaminación por gases de combustión o la contaminación de componentes refrigerados por aire por polvo presente en el aire. Los mecanismos se analizan en el artículo sobre la deposición de aerosoles .

Incrustaciones por corrosión

Los depósitos de corrosión se crean in situ por la corrosión del sustrato . Se distinguen de los depósitos de incrustaciones, que se forman a partir de material que se origina ex situ. Los depósitos de corrosión no deben confundirse con los depósitos de incrustaciones formados por productos de corrosión generados ex situ. Los depósitos de corrosión normalmente tendrán una composición relacionada con la composición del sustrato. Además, la geometría de las interfaces metal-óxido y óxido-fluido puede permitir una distinción práctica entre los depósitos de corrosión y de incrustaciones. Un ejemplo de incrustaciones por corrosión puede ser la formación de un depósito de óxido de hierro u oxihidróxido a partir de la corrosión del acero al carbono subyacente. Las incrustaciones por corrosión no deben confundirse con la corrosión por incrustaciones, es decir, cualquiera de los tipos de corrosión que pueden ser inducidos por incrustaciones.

Ensuciamiento por reacción química

Las reacciones químicas pueden ocurrir al entrar en contacto las especies químicas del fluido de proceso con las superficies de transferencia de calor. En tales casos, la superficie metálica a veces actúa como catalizador . Por ejemplo, la corrosión y la polimerización ocurren en el agua de refrigeración para la industria química que tiene un contenido menor de hidrocarburos. Los sistemas en el procesamiento de petróleo son propensos a la polimerización de olefinas o la deposición de fracciones pesadas ( asfaltenos , ceras, etc.). Las altas temperaturas de la pared del tubo pueden provocar la carbonización de la materia orgánica. La industria alimentaria, [12] por ejemplo el procesamiento de la leche, [13] [14] también experimenta problemas de ensuciamiento por reacciones químicas.

Las incrustaciones producidas por una reacción iónica con desprendimiento de un sólido inorgánico se clasifican comúnmente como incrustaciones por precipitación (no incrustaciones por reacción química).

Ensuciamiento por solidificación

La solidificación de la suciedad se produce cuando un componente del fluido que fluye se "congela" sobre una superficie y forma un depósito de suciedad sólida. Algunos ejemplos pueden ser la solidificación de cera (con un punto de fusión alto) a partir de una solución de hidrocarburos, o de ceniza fundida (transportada en los gases de escape de un horno) sobre la superficie de un intercambiador de calor. La superficie debe tener una temperatura por debajo de un cierto umbral; por lo tanto, se dice que está subenfriada con respecto al punto de solidificación de la suciedad.

Bioincrustación

Un fragmento de una esclusa de un canal en el norte de Francia, cubierto de mejillones cebra

La bioincrustación o ensuciamiento biológico es la acumulación indeseable de microorganismos, algas y diatomeas , plantas y animales en superficies como cascos de barcos y submarinos, o tuberías y depósitos con agua no tratada. Esto puede ir acompañado de corrosión de influencia microbiológica (MIC).

Las bacterias pueden formar biopelículas o lodos. De esta forma, los organismos pueden agregarse sobre superficies utilizando hidrogeles coloidales de agua y sustancias poliméricas extracelulares (SPE) ( polisacáridos , lípidos, ácidos nucleicos, etc.). La estructura de la biopelícula suele ser compleja.

La contaminación bacteriana puede ocurrir en condiciones aeróbicas (con oxígeno disuelto en el agua) o anaeróbicas (sin oxígeno). En la práctica, las bacterias aeróbicas prefieren los sistemas abiertos, donde tanto el oxígeno como los nutrientes se suministran constantemente, a menudo en entornos cálidos e iluminados por el sol. La contaminación anaeróbica ocurre con mayor frecuencia en sistemas cerrados cuando hay suficientes nutrientes presentes. Los ejemplos pueden incluir bacterias reductoras de sulfato (o bacterias reductoras de azufre ), que producen sulfuro y a menudo causan corrosión de metales ferrosos (y otras aleaciones). Las bacterias oxidantes de sulfuro (por ejemplo, Acidithiobacillus ), por otro lado, pueden producir ácido sulfúrico y pueden estar involucradas en la corrosión del hormigón.

Los mejillones cebra son un ejemplo de animales de mayor tamaño que han causado incrustaciones generalizadas en América del Norte.

Ensuciamiento compuesto

La formación de incrustaciones compuestas es común. Este tipo de incrustaciones implica que más de un agente o más de un mecanismo de incrustación [15] actúen simultáneamente. Los múltiples agentes o mecanismos de incrustación pueden interactuar entre sí, lo que da como resultado una incrustación sinérgica que no es una simple suma aritmética de los componentes individuales. [16]

Suciedad en Marte

Los vehículos exploradores de la NASA en Marte ( Spirit y Opportunity ) experimentaron (presumiblemente) una contaminación abiótica de los paneles solares causada por partículas de polvo de la atmósfera marciana. [17] Algunos de los depósitos se limpiaron posteriormente de forma espontánea . Esto ilustra la naturaleza universal de los fenómenos de contaminación.

Cuantificación de las incrustaciones

La forma más sencilla de cuantificar el ensuciamiento bastante uniforme es indicando la carga superficial media del depósito, es decir, kg de depósito por m2 de superficie. La tasa de ensuciamiento se expresará entonces en kg/m2 s , y se obtiene dividiendo la carga superficial del depósito por el tiempo de funcionamiento efectivo. La tasa de ensuciamiento normalizada (también en kg/m2 s ) tendrá en cuenta además la concentración del ensuciador en el fluido de proceso (kg/kg) durante las operaciones anteriores, y es útil para la comparación de las tasas de ensuciamiento entre diferentes sistemas. Se obtiene dividiendo la tasa de ensuciamiento por la concentración del ensuciador. La constante de la tasa de ensuciamiento (m/s) se puede obtener dividiendo la tasa de ensuciamiento normalizada por la densidad de masa del fluido de proceso (kg/m3 ) .

El espesor del depósito (μm) y la porosidad (%) también se utilizan a menudo para describir la cantidad de suciedad. La reducción relativa del diámetro de la tubería o el aumento de la rugosidad de la superficie pueden ser de particular interés cuando se analiza el impacto de la suciedad en la caída de presión.

En los equipos de transferencia de calor, donde la principal preocupación es a menudo el efecto de las incrustaciones en la transferencia de calor, las incrustaciones se pueden cuantificar por el aumento de la resistencia al flujo de calor (m2K / W) debido a las incrustaciones (denominado " resistencia a las incrustaciones "), o por el desarrollo del coeficiente de transferencia de calor (W/m2K ) con el tiempo.

Si la corrosión debajo del depósito o por grietas es la preocupación principal, es importante observar la falta de uniformidad del espesor del depósito (por ejemplo, ondulación del depósito ), ensuciamiento localizado, empaquetamiento de regiones confinadas con depósitos, creación de oclusiones, "grietas", "tubérculos de depósito", [18] o pilas de lodo. Tales estructuras de depósito pueden crear un entorno para la corrosión debajo del depósito del material del sustrato, por ejemplo, ataque intergranular , picaduras , agrietamiento por corrosión bajo tensión o desgaste localizado. La porosidad y la permeabilidad de los depósitos probablemente influirán en la probabilidad de corrosión debajo del depósito. La composición del depósito también puede ser importante: incluso los componentes menores de los depósitos a veces pueden causar corrosión grave del metal subyacente (por ejemplo, vanadio en depósitos de calderas encendidas que causa corrosión en caliente ).

No existe una regla general sobre la cantidad de depósitos que se pueden tolerar, depende del sistema. En muchos casos, un depósito de incluso unos pocos micrómetros de espesor puede ser problemático. Un depósito de un espesor de un milímetro será un problema en casi cualquier aplicación.

Progreso del ensuciamiento con el tiempo

La formación de depósitos sobre una superficie no siempre se produce de forma constante a lo largo del tiempo. En función de la naturaleza del sistema y de las condiciones termohidráulicas locales en la superficie, se pueden distinguir los siguientes escenarios de ensuciamiento:

Modelado de incrustaciones

Esquema del proceso de ensuciamiento que consiste en la deposición simultánea de suciedad y eliminación de depósitos.

El ensuciamiento de un sistema se puede modelar como un proceso que consta de varios pasos:

La deposición consiste en el transporte a la superficie y su posterior fijación. La eliminación de los depósitos se produce mediante la disolución de los mismos, el rearrastre de partículas o el desprendimiento de los mismos, el desgaste erosivo o la exfoliación. La formación de incrustaciones es el resultado de la generación de incrustaciones, la deposición de incrustaciones, la eliminación de los depósitos y la consolidación de los mismos.

Para el modelo moderno de ensuciamiento que implica deposición con re-arrastre y consolidación simultáneos del depósito, [23] el proceso de ensuciamiento se puede representar mediante el siguiente esquema:

      [ tasa de acumulación de depósitos ] = [ tasa de deposición ] - [ tasa de reincorporación de depósitos no consolidados ]

      [ tasa de acumulación de depósitos no consolidados ] = [ tasa de deposición ] - [ tasa de reincorporación de depósitos no consolidados ] - [ tasa de consolidación de depósitos no consolidados ]

Siguiendo el esquema anterior, las ecuaciones básicas de ensuciamiento se pueden escribir de la siguiente manera (para condiciones de estado estable con flujo, cuando la concentración permanece constante con el tiempo):

dónde:

Este sistema de ecuaciones se puede integrar (tomando m = 0 y m r = 0 en t = 0) en la forma:

donde λ = λ r + λ c .

Este modelo reproduce el ensuciamiento lineal, descendente o asintótico, dependiendo de los valores relativos de k, λ r y λ c . La imagen física subyacente para este modelo es la de un depósito de dos capas que consiste en una capa interna consolidada y una capa externa suelta no consolidada. Este tipo de depósito de dos capas se observa a menudo en la práctica. El modelo anterior se simplifica fácilmente al modelo anterior de deposición y re-arrastre simultáneos [24] (que descuida la consolidación) cuando λ c = 0. En ausencia de consolidación, el ensuciamiento asintótico siempre es anticipado por este modelo anterior y el progreso del ensuciamiento puede describirse como:

donde m * es la carga de masa máxima (asintótica) del depósito en la superficie (kg/m2 ) .

Importancia económica y ambiental del ensuciamiento

Relaciones de costos entre los distintos tipos de ensuciamiento

Las incrustaciones son omnipresentes y generan enormes pérdidas operativas, no muy diferentes de la corrosión. Por ejemplo, una estimación sitúa las pérdidas debidas a las incrustaciones en los intercambiadores de calor de los países industrializados en alrededor del 0,25% de su PIB . [25] Otro análisis [26] estimó (para 2006) la pérdida económica debida a las incrustaciones en las calderas y turbinas de las empresas de servicios públicos de China en 4.680 millones de dólares, lo que supone aproximadamente el 0,169% del PIB del país.

Las pérdidas resultan inicialmente de una transferencia de calor deficiente, daños por corrosión (en particular, corrosión por debajo de los depósitos y por grietas ), mayor caída de presión, bloqueos del flujo, redistribución del flujo dentro de los componentes, inestabilidades del flujo, vibraciones inducidas (que posiblemente conduzcan a otros problemas, por ejemplo, fatiga [27] ), desgaste por frotamiento , falla prematura de los elementos de calentamiento eléctrico y una gran cantidad de otros problemas a menudo imprevistos. Además, se deben considerar los costos ecológicos (pero generalmente no se consideran). Los costos ecológicos surgen del uso de biocidas para evitar la bioincrustación, del mayor aporte de combustible para compensar la menor producción causada por la incrustación y de un mayor uso de agua de refrigeración en sistemas de refrigeración de paso único.

Por ejemplo, la incrustación "normal" en una unidad de una central eléctrica de 500 MW (potencia eléctrica neta) alimentada con combustible convencional representa pérdidas de potencia de la turbina de vapor de 5 MW y más. En una central nuclear de 1.300 MW , las pérdidas típicas podrían ser de 20 MW y más (hasta el 100% si la central se apaga debido a la degradación de componentes inducida por la incrustación). En las plantas de desalinización de agua de mar , la incrustación puede reducir la relación de potencia ganada en porcentajes de dos dígitos (la relación de potencia ganada es un equivalente que pone la masa del destilado generado en relación con el vapor utilizado en el proceso). El consumo eléctrico adicional en los enfriadores operados por compresor también está fácilmente en el área de los dos dígitos. Además de los costos operativos, también aumenta el costo de capital porque los intercambiadores de calor tienen que diseñarse en tamaños más grandes para compensar la pérdida de transferencia de calor debido a la incrustación. A las pérdidas de producción mencionadas anteriormente, hay que sumar el costo del tiempo de inactividad necesario para inspeccionar, limpiar y reparar los componentes (millones de dólares por día de inactividad en pérdidas de ingresos en una planta de energía típica) y el costo de realizar realmente este mantenimiento. Por último, la suciedad suele ser una causa fundamental de graves problemas de degradación que pueden limitar la vida útil de los componentes o de plantas enteras.

Control de incrustaciones

El método más fundamental y generalmente preferido para controlar las incrustaciones es evitar la entrada de especies contaminantes en el circuito de agua de refrigeración. En las centrales eléctricas de vapor y otras instalaciones industriales importantes de tecnología del agua , las incrustaciones macroscópicas se evitan mediante prefiltración y filtros de residuos de agua de refrigeración . Algunas plantas emplean un programa de exclusión de objetos extraños (para eliminar la posibilidad de introducción saliente de materiales no deseados, por ejemplo, olvidar herramientas durante el mantenimiento). A veces se emplea la monitorización acústica para controlar el desgaste por piezas desprendidas. En el caso de las incrustaciones microscópicas, la purificación del agua se logra con métodos extensivos de tratamiento del agua, microfiltración , tecnología de membranas ( ósmosis inversa , electrodesionización ) o resinas de intercambio iónico . La generación de productos de corrosión en los sistemas de tuberías de agua a menudo se minimiza controlando el pH del fluido de proceso (normalmente alcalinización con amoníaco , morfolina , etanolamina o fosfato de sodio ), controlando el oxígeno disuelto en el agua (por ejemplo, mediante la adición de hidracina ) o añadiendo inhibidores de corrosión .

Para sistemas de agua a temperaturas relativamente bajas, los biocidas aplicados pueden clasificarse de la siguiente manera: compuestos inorgánicos de cloro y bromuro , desoxidantes de cloro y bromuro , desoxidantes de ozono y oxígeno , biocidas no oxidables . Uno de los biocidas no oxidables más importantes es una mezcla de clorometil-isotiazolinona y metil -isotiazolinona. También se aplican dibrom nitrilopropionamida y compuestos de amonio cuaternario . Para los cascos de los barcos submarinos se aplican pinturas para el fondo .

Los inhibidores químicos de incrustaciones [28] pueden reducir las incrustaciones en muchos sistemas, principalmente al interferir con los pasos de cristalización, adhesión o consolidación del proceso de incrustaciones. Algunos ejemplos para sistemas de agua son: agentes quelantes (por ejemplo, EDTA ), aminas alifáticas de cadena larga o poliaminas (por ejemplo, octadecilamina, helamina y otras aminas "formadoras de película"), ácidos fosfónicos orgánicos (por ejemplo, ácido etidrónico ) o polielectrolitos (por ejemplo, ácido poliacrílico , [29] ácido polimetacrílico, generalmente con un peso molecular inferior a 10000). Para calderas de combustión, los aditivos de aluminio o magnesio pueden reducir el punto de fusión de las cenizas y promover la creación de depósitos que son más fáciles de eliminar. Véase también productos químicos de proceso .

El tratamiento magnético del agua ha sido objeto de controversia en cuanto a su eficacia para el control de las incrustaciones desde la década de 1950. La opinión predominante es que simplemente "no funciona". [30] Sin embargo, algunos estudios sugieren que puede ser eficaz en determinadas condiciones para reducir la acumulación de depósitos de carbonato de calcio. [31]

En el nivel de diseño de componentes, el ensuciamiento puede a menudo (pero no siempre) minimizarse manteniendo una velocidad de fluido relativamente alta (por ejemplo, 2 m/s) y uniforme en todo el componente. Es necesario eliminar las regiones estancadas. Los componentes normalmente se sobrediseñan para acomodar el ensuciamiento previsto entre limpiezas. Sin embargo, un sobrediseño significativo puede ser un error de diseño porque puede conducir a un mayor ensuciamiento debido a velocidades reducidas. Los pulsos de presión periódicos en línea o el reflujo pueden ser efectivos si la capacidad se incorpora cuidadosamente en el momento del diseño. La capacidad de purga siempre se incorpora en los generadores de vapor o evaporadores para controlar la acumulación de impurezas no volátiles que causan o agravan el ensuciamiento. Las superficies de bajo ensuciamiento (por ejemplo, muy lisas, implantadas con iones o de baja energía superficial como el teflón ) son una opción para algunas aplicaciones. Por lo general, se requiere que los componentes modernos se diseñen para facilitar la inspección de los componentes internos y la limpieza periódica. Los sistemas de monitoreo de suciedad en línea están diseñados para algunas aplicaciones de modo que se pueda aplicar soplado o limpieza antes de que sea necesario un apagado impredecible o se produzcan daños.

Se recomiendan procesos de limpieza química o mecánica para la eliminación de depósitos y incrustaciones cuando la suciedad llega al punto de afectar el rendimiento del sistema o el inicio de una degradación significativa inducida por la suciedad (por ejemplo, por corrosión). Estos procesos incluyen el decapado con ácidos y agentes complejantes , la limpieza con chorros de agua a alta velocidad ("lanza de agua"), la recirculación ("chorreo") con bolas de metal, esponja u otras bolas, o el uso de limpiadores de tubos mecánicos "tipo bala" fuera de línea. Mientras que la limpieza química causa problemas ambientales a través del manejo, la aplicación, el almacenamiento y la eliminación de productos químicos, la limpieza mecánica mediante bolas de limpieza circulantes o la limpieza "tipo bala" fuera de línea puede ser una alternativa más respetuosa con el medio ambiente . En algunas aplicaciones de transferencia de calor, la mitigación mecánica con intercambiadores de calor de superficie raspada dinámica es una opción. También hay métodos de limpieza ultrasónicos o abrasivos disponibles para muchas aplicaciones específicas.

Véase también

Referencias

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