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Cómo optimizar la Eficiencia y la Confiabilidad en los Sistemas de Agua de enfriamiento para Generación de Energía

Por: Jorge Solorio Fecha: 3 de Julio de 2019

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Cómo optimizar la Eficiencia y la Confiabilidad en los Sistemas de Agua de enfriamiento para Generación de Energía

Sistemas de tuberias  |  Generacion de Energia

Las plantas de generación de energía dependen de sistemas que son eficientes y confiables. La eficiencia proviene del uso óptimo de la energía, mientras que la confiabilidad es el resultado de descansos y tiempo de inactividad correspondiente mínimos.

Un engranaje importante en una planta de generación de energía es el sistema de tratamiento de agua de enfriamiento, que elimina el calor no deseado dentro de una planta.

En los Estados Unidos, por ejemplo, las plantas de energía termoeléctrica - incluyendo carbón, energía nuclear, gas natural y petróleo - constituyen aproximadamente el 90% de todas las plantas de generación de energía. Aunque los procesos dentro de cada tipo de planta termoeléctrica difieren, cada uno requiere enfriamiento.

Cuando el sistema de enfriamiento de la planta de generación de energía no puede eliminar el calor de manera eficiente, especialmente en climas más cálidos, toda la planta sufre los costos del exceso de agua, aguas residuales y energía.

Para los sistemas de enfriamiento - que incluyen bucles de agua, torres y cabezales - nuestro equipo de productos e ingeniería enumera los problemas principales que enfrentan los gerentes de planta, y cómo el sistema de tuberías de CPVC 80 puede ayudar a prevenir estos problemas.

 

Problemas del Circuito de Enfriamiento que Influyen en la Eficiencia y en la Confiabilidad

En las plantas de energía termoeléctricas, el agua se hierve para crear vapor, que después se utiliza para hacer girar las turbinas para fabricar electricidad.

Se requieren sistemas de enfriamiento de agua para enfriar el vapor de la turbina antes de que salga de la planta de energía. Cuanto más fría es la temperatura exterior comparada con la temperatura de la turbina, más eficiente funciona la planta de generación de energía.

El vapor transfiere parte de su energía calorífica al agua del sistema de enfriamiento, que luego es arrastrada.

Las plantas de energía grandes a menudo utilizan sistemas de enfriamiento de un solo paso, que toman agua de un cuerpo de agua cercano, la hacen circular por el sistema una vez y luego vuelven a descargarla en el cuerpo de agua ligeramente más caliente.

Alternativamente, un sistema de recirculación en húmedo (o circuito cerrado) recicla la misma agua, enfriando el agua en torres de agua o enfriadores antes de reintroducirla en el sistema.

Durante cualquier proceso de enfriamiento, pueden surgir varios problemas por materiales que son incompatibles con el agua no tratada o los químicos utilizados para tratar el agua cruda.

 

Corrosión Interna

Cuando se produce corrosión interna, puede ser general o localizada. La corrosión general se produce de manera uniforme en toda la tubería, mientras que la corrosión localizada se concentra en ciertas áreas, generalmente como hendeduras o corrosión por picadura.

Tanto la corrosión general como la localizada pueden tener efectos negativos en la eficiencia y los costos incluso antes de que se llegue a la necesidad de reemplazo. Específicamente, la corrosión puede:

  • Disminuir la clasificación de presión a medida que las paredes de la tubería se adelgazan.
  • Disminuir la velocidad de flujo, creando más demanda de las bombas que ciclan el agua en los sistemas de enfriamiento, que a menudo se calibran según los requisitos de temperatura precisos.
  • Aumentar el tiempo de inactividad y el costo de oportunidad perdida debido a reparaciones. Otros sistemas en la planta requieren que los sistemas de agua de enfriamiento funcionen de manera eficiente, lo que significa que es posible que secciones completas de la planta deban apagarse durante una reparación del sistema de enfriamiento.
  • Aumentar el costo de instalación, que incluye el material nuevo, los trabajadores calificados y el tiempo requerido para las nuevas instalaciones.
  • Contaminar el fluido ya que las piezas corroídas se depositan en el flujo.

Las tuberías de metal pueden ser incompatibles con el agua cruda, ya que a menudo entra fuera de un pH neutro. Debido a que la corrosión se acelera a temperaturas más altas y muchas plantas de energía utilizan agua cruda en los procesos de enfriamiento, un sistema de metal a menudo experimentará corrosión.

Sin embargo, el CPVC Cédula 80 es resistente tanto a ácidos como a alcalinos, y es resistente a la corrosión desde un amplio rango de aguas hasta su temperatura de trabajo más alta de 200°F (93.3°C).

 

Formación de Sarro

A medida que el agua pasa a través de las líneas de enfriamiento, el proceso y el fluido pueden causar formaciones de sarro. Dos factores principales de formación de sarro son los niveles de pH (alcalinidad/acidez) y la temperatura.

Cuando se usa agua cruda para enfriar el agua, la probabilidad de formación de sarro aumenta significativamente porque los agentes de formación de sarro comunes a menudo están presentes en el agua no tratada, incluyendo:

  • Carbonato de calcio
  • Fosfato de calcio
  • Sílice de magnesio
  • Sílice

Cuando se produce la formación de sarro, los minerales metálicos entran fuera de su rango de solubilidad, ya sea debido al pH y/o la temperatura del agua. Los iones minerales que caen de la solución se adhieren a las paredes de la tubería. Estas impurezas se endurecerán y se acumularán con el tiempo.

Los tramos largos de tubería de procesamiento continuo son menos propensos a la formación de sarro, ya que esto ocurre con mayor frecuencia cuando el flujo de agua disminuye o se arremolina.

Cuanto mayor sea la formación de sarro, más estrecho se vuelve el diámetro del tubo. Esto impone un exceso de demanda sobre el sistema, lo que requiere más energía de las bombas para continuar el procesamiento a una velocidad constante, aumentando los costos.

También, el volumen de agua que fluye por minuto solo puede absorber una cierta cantidad de calor. Si la formación de sarro reduce ese flujo, limita la transferencia de calor y, por lo tanto, la eficiencia del sistema.

Para contrarrestar los efectos negativos de la formación de sarro, se pueden especificar materiales de tuberías no metálicas, ya que la tubería industrial de CPVC Cédula 80 es mucho menos susceptible a la formación de sarro que los metales.

 

Ensuciamiento Biológico o Contaminación Microbiana

Aunque para los sistemas de agua de enfriamiento la calidad o la pureza del agua no es motivo de preocupación como lo es para la industria de alimentos y bebidas, las plantas de generación de energía quieren evitar la contaminación microbiana en sus líneas de enfriamiento, torres y cabezales.

La forma en que ésta se acumula es a través de lodos microbianos, que son masas de organismos microscópicos y sus productos de desecho. Los cuerpos naturales traerán estos microbios al sistema de enfriamiento, y los microorganismos pueden volar hacia los sistemas de agua tratada no cubierta.

Un problema específico que crea la contaminación microbiana para el enfriamiento es que el lodo microbiano reduce la eficiencia de la transferencia de calor porque sirve como capa de aislamiento. El lodo microbiano también puede ser corrosivo para los materiales metálicos.

Se debe tener en cuenta el crecimiento de organismos microbianos cuando hay agua estancada. Cuando los sistemas se apagan, ya sea debido a horas normales o reparaciones no planificadas, los microorganismos pueden aparecer y multiplicarse. Evite el agua estancada especificando materiales confiables y controlando de cerca los procesos.

En términos de selección de materiales, aquellos con superficies consistentemente más suaves y consistentes resistirán la adherencia y la acumulación de biopelículas y otros organismos microbianos. Los siguientes gráficos a continuación muestran la suavidad del CPVC Cédula 80 en comparación con el acero inoxidable.

 

CPVC Corzan®

CPVC-Smoothness

 

Acero Inoxidable

Stainless-Steel-Smoothness

 

Corrosión externa

Cuando los circuitos de enfriamiento se instalan bajo tierra o en el exterior, también se debe considerar la corrosión externa. Las consideraciones para la selección de materiales con instalaciones subterráneas incluyen:

  • Resistencia a la corrosión, específicamente con qué tan compatible es el material de las tuberías con las propiedades del suelo.
  • Resistencia a la abrasión, y cómo el material resistirá el desgaste de las rocas cambiantes y otros abrasivos.
  • Resistencia al impacto, considerando el peso que se colocará sobre el material, incluyendo cualquier maquinaria pesada que pueda estar involucrada.
  • Los métodos de instalación o unión, y cómo disminuyen la presión nominal e influyen en las tres propiedades mencionadas anteriormente cuando se unen.

Para instalaciones en exteriores que no requieren que la tubería se entierre, también considere la resistencia a la intemperie de UV y la conductividad térmica del material.

La reputación de las tuberías metálicas para la exposición a la luz solar es alta, pero el CPVC contiene aditivos que lo convierten en una opción viable para instalaciones en exterior. En términos de conductividad térmica, el CPVC industrial cédula 80 es de aproximadamente 1/300 del acero, lo que significa que mantendrá mejor la temperatura interna a medida que aumenta la temperatura externa, y viceversa.

En general, las plantas de generación de energía desean optimizar el tiempo de actividad, minimizar las reparaciones y ofrecer una mayor fiabilidad. Obtenga más información sobre cómo el CPVC funciona en entornos externos en términos de:

 

Aprenda Más Sobre Cómo se Comparan los Sistemas de Tuberías de Metal y el CPVC

Ya sea que esté comparando materiales para una nueva instalación de construcción, o esté considerando una actualización para su sistema actual, el Libro Electrónico de Sistemas de Tuberías de Metal en Comparación con CPVC tratará los problemas más importantes.

 

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