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Agua de enfriamiento para generar energía: retos y cómo elegir el mejor sistema de tubería

By: Jorge Solorio on September 23rd, 2021

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Agua de enfriamiento para generar energía: retos y cómo elegir el mejor sistema de tubería

GENERACION DE ENERGIA

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

 

Una parte importante del “engranaje” que hace funcionar a una planta de energía es el sistema de tratamiento de agua de enfriamiento, que elimina el calor no deseado.

 

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

 

Pensando en esta situación, quisimos enumerar los principales retos que enfrentan los gerentes de planta, y cómo un sistema de tuberías de CPVC Cédula 80 puede ayudar a prevenirlos.

 

Problemas del circuito de enfriamiento que influyen en la eficiencia y 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.

 

circuito-enfriamiento-turbina

 

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

 

A menudo, las plantas de energía grandes 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:

 

1.    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 hendiduras o corrosión por picadura.

 

Tanto la corrosión general como la localizada pueden tener efectos negativos en la eficiencia y los costos, incluso antes de llegar a la necesidad de reemplazar el sistema. 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 cual significa que posiblemente algunas 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 cuando se manejan temperaturas más altas (y muchas plantas de energía utilizan agua cruda en los procesos de enfriamiento), un sistema de metal experimentará corrosión con frecuencia.

 

Sin embargo, el CPVC Cédula 80 es resistente a ácidos y 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).

 

2.    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 que se acumule sarro aumenta significativamente porque los agentes de formación de sarro comunes suelen estar presentes en el agua no tratada, incluyendo:

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

 

Cuando se forma 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. Y estas impurezas se endurecen y se acumulan 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.

 

Igualmente, 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, pueden recomendarte materiales de tuberías no metálicas. Por ejemplo, la tubería industrial de CPVC Cédula 80 es mucho menos susceptible a la formación de sarro que los metales.

 

3.    Ensuciamiento biológico o contaminación microbiana

Aunque la calidad o la pureza del agua no es motivo de preocupación para los sistemas de agua de enfriamiento (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 contaminación se acumula a través de lodos microbianos, que son masas de organismos microscópicos y sus productos de desecho. Los cuerpos naturales traen 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.

 

Debes tener en cuenta el crecimiento de organismos microbianos cuando hay agua estancada. Cuando los sistemas se apagan, ya sea por el horario regular de trabajo o por reparaciones no planeadas, los microorganismos pueden aparecer y multiplicarse. Evita que el agua se estanque eligiendo materiales confiables y controlando los procesos de cerca.

 

Si vas a seleccionar o actualizar materiales para tu sistema, considera que los que tienen superficies más suaves y consistentes resisten la adherencia y la acumulación de biopelículas y otros organismos microbianos.

 

Para mostrártelo de forma visual, mira los siguientes gráficos que muestran la suavidad del CPVC Cédula 80 en comparación con el acero inoxidable.

 

CPVC Corzan®

CPVC-Smoothness

 

Acero Inoxidable

Stainless-Steel-Smoothness

 

4.    Corrosión externa

Si instalas circuitos de enfriamiento bajo tierra o en el exterior, también debes considerar la corrosión externa. Las consideraciones para seleccionar tubería para instalaciones subterráneas incluyen:

  • Resistencia a la corrosión, específicamente 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 colocarás sobre el material, incluyendo cualquier maquinaria pesada que pueda estar involucrada.
  • Los métodos de unión o instalación, y cómo disminuyen la presión nominal e influyen en las tres propiedades mencionadas anteriormente cuando se unen.

 

Para instalaciones en exteriores que no requieren enterrar la tubería, también considera la resistencia a la intemperie y a los rayos UV, así como la conductividad térmica del material.

 

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

 

Sabemos que las plantas que generan energía desean optimizar su tiempo de actividad, minimizar las reparaciones y ofrecer una mayor fiabilidad. Queremos compartirte más información acerca del CPVC y cómo funciona en entornos externos:

 

Ya sea que estés comparando materiales para una nueva instalación, o estés considerando una actualización para tu sistema actual, nuestro eBook de Sistemas de tuberías metálicas versus sistemas de CPVC podría interesarte. ¡Descárgalo de forma gratuita!

 

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