Control de la corrosión en torres de refrigeración

Las torres de enfriamiento brindan un método efectivo de rechazo de calor y se usan ampliamente para aplicaciones de acondicionamiento de espacios, refrigeración y enfriamiento industrial. El control de la corrosión en los sistemas de agua de refrigeración es un desafío importante para muchas industrias en todo el mundo.

En los circuitos de agua de refrigeración, los problemas de corrosión e incrustaciones no son nuevos, pero las tendencias continuas en la legislación medioambiental están conduciendo a grados cada vez mayores de evaporación y, en consecuencia, a concentraciones residuales muy altas de diversas especies. Por lo tanto, incluso si las aguas utilizadas inicialmente son limpias y no corrosivas, debido a este efecto de concentración, se vuelven corrosivas y aumenta su tendencia a inducir incrustaciones y bioincrustaciones.

En este artículo, analizaremos las torres de refrigeración, los problemas de corrosión a los que se enfrentan con más frecuencia y cómo prevenirlos.

Tipos de Circuitos de Torre de Enfriamiento

En un circuito cerrado, toda el agua de refrigeración está confinada en un circuito cerrado. No hay contacto con la atmósfera y por tanto no hay riesgo de contaminación por ésta. El calor se elimina por conducción y convección a través de un circuito secundario y no directamente por evaporación del agua del circuito primario. Los circuitos cerrados solo se pueden utilizar en plantas de pequeño tamaño, en sistemas de alto caudal o en sistemas con una unidad de refrigeración (tanque de agua helada).

Figura 1:Sistema de enfriamiento de recirculación cerrado
Fuente:Control of Corrosion in Cooling Waters, editado por J.D. Harston y F. Ropital

Los sistemas de enfriamiento de recirculación abiertos, como se muestra en la Figura 2, son los más utilizados. El circuito semicerrado es alimentado por un suministro de agua de alimentación. El caudal de agua circulante se mantiene constante mediante bombas. El agua es calentada por el fluido de proceso caliente en los intercambiadores de calor. El agua caliente está en contacto directo con el aire de las torres de refrigeración, y se enfría tanto por este contacto como por pérdida de calor latente de evaporación.

Figura 2:Sistema de enfriamiento de recirculación abierto
Fuente:Control of Corrosion in Cooling Waters, editado por J.D. Harston y F. Ropital

Problemas derivados del uso de agua no tratada

Los tres tipos principales de problemas en los circuitos de agua de refrigeración son la incrustación, la corrosión y el ensuciamiento. Estos problemas están fuertemente interrelacionados y las acciones correctivas que se toman para tratar uno de ellos frecuentemente tienen repercusiones en los demás.

Escalado

Se considera que se produce descamación cuando una superficie metálica o de otro tipo queda cubierta por un depósito mineral adherente. La característica distintiva en comparación con un depósito producido por la sedimentación de partículas sólidas del líquido es el hecho de que la escala se adhiere a la superficie. Los depósitos de incrustaciones pueden mejorar la captura de sólidos en suspensión.

En un circuito de refrigeración alimentado por agua, las incrustaciones se deben fundamentalmente a la formación de carbonato cálcico. La cascarilla puede contener posteriormente otras sustancias, como arcillas, residuos de algas o sulfato de calcio, pero siempre es el carbonato de calcio el que precipita primero, ya que su solubilidad es menor.

Corrosión

La corrosión acuosa de los metales es de naturaleza electroquímica e implica dos reacciones independientes. La primera reacción corresponde a la oxidación del metal. La segunda reacción es una reducción de algunas especies en el medio corrosivo. La reacción de oxidación del metal es anódica y libera iones metálicos cargados positivamente en la solución y electrones en el metal como se muestra en la siguiente fórmula:

(M)_metal --> (M ⁿ⁺ )_solución + no ^-

Posteriormente, los electrones liberados en el metal reducen un oxidante en el medio corrosivo en la reacción catódica que se describe a continuación:

(Buey ^+q )_solución + (ne ^- )_metal --> (Rojo ^q-n ) _solución

Puede ocurrir una amplia variedad de modos de corrosión según el medio y los materiales en cuestión. Para las aleaciones de acero, los modos de corrosión más comunes son la corrosión uniforme, la corrosión por picaduras, la corrosión por grietas y la corrosión intergranular. Para las aleaciones de cobre, los modos de corrosión pueden incluir la pérdida de zinc y el agotamiento de Al o Ni.

Ensuciamiento por corrosión inducido por microorganismos

Los microorganismos están presentes de forma natural en todas las aguas. Si proliferan demasiado rápido pueden crear dos tipos de problemas en los circuitos de agua:

• Incrustaciones biológicas , que se relaciona con la acumulación de colonias de microorganismos en las superficies de los equipos, lo que lleva a la formación de biopelículas.
• biocorrosión, que se relaciona con el ataque químico de los microorganismos. En el caso de los metales, la corrosión generalmente se debe a bacterias.

En ambos casos, las consecuencias de la proliferación de microorganismos pueden ser importantes, con pérdida de eficiencia de los intercambiadores de calor, obstrucción de tuberías, aumento de las contrapresiones e incluso fugas por corrosión irruptiva.

Tratamiento de Circuitos de Agua

El objetivo de los tratamientos aguas arriba del agua de alimentación es modificar las propiedades del agua cruda para cumplir con los requisitos del circuito en cuestión. Independientemente del tratamiento del agua de alimentación, sigue siendo necesario añadir productos químicos al agua del circuito de refrigeración. Esto se debe a que se requiere un acondicionamiento específico del sitio para garantizar el éxito de la filosofía de tratamiento adoptada. Los productos químicos comunes son inhibidores de incrustaciones y dispersantes, inhibidores de corrosión y biocidas.

Tratamientos de inhibición de incrustaciones y/o dispersantes:estabilización

En este proceso se inyectan aditivos en el circuito para evitar la precipitación de carbonato cálcico, especialmente en los puntos calientes. Estos productos aumentan el límite de solubilidad o mantienen el agua en un estado de sobresaturación. Por lo tanto, permiten que el circuito funcione con una relación de concentración más alta.

Los principales mecanismos implicados son:

• Secuestro/complejamiento para formar moléculas estables con iones de calcio y magnesio
• Envenenamiento de núcleos de cristal
• Inhibición del crecimiento de cristales
• Un efecto de dispersión para mantener las partículas nucleantes en un estado de dispersión cercano a su límite de solubilidad.

Los tratamientos de estabilización son muy populares, ya que permiten operar a "pH libre".

Entonces, el pH es controlado por el CO y el equilibrio de solubilidad entre el agua y la atmósfera, y se convierte en una función simple del nivel de alcalinidad M (MA).

control de pH

El límite de solubilidad de CaCO3 es sensible al pH, lo que afecta directamente la concentración de iones de carbonato. Para evitar la precipitación de CaCO3, se inyecta ácido en el circuito para bajar el pH. El ácido sulfúrico generalmente se elige para este propósito.

De hecho, la adición de ácido tiene dos efectos:disminuye el nivel de MA al neutralizar los iones HCO3-, formando CO2. También baja el pH si el CO2 se genera más rápidamente de lo que se elimina del circuito por desgasificación.

Tratamientos de inhibición de corrosión

Cuando se agrega inhibidor de corrosión al circuito, el producto formará películas adsorbidas delgadas que no dificultan la transferencia de calor. Contienen dos agentes activos para impedir las reacciones de corrosión tanto anódica como catódica.

Inhibidores anódicos

Los inhibidores anódicos aumentan la polarización anódica y mueven el potencial de corrosión hacia la dirección catódica. Estas sustancias se combinan con los productos de corrosión del metal para formar una sal completamente insoluble. Si la inhibición es puramente anódica, se necesitan grandes cantidades de inhibidor. Esto solo puede ser práctico en circuitos de volumen muy pequeño, ya que cualquier deficiencia de inhibidor puede conducir a un ataque localizado acelerado.

Inhibidores catódicos

Los inhibidores catódicos reducen la corrosión al disminuir la velocidad de reacción de reducción de la celda de corrosión electroquímica. Estas sustancias se combinan con los productos de la reacción de corrosión catódica para volver a formar compuestos insolubles. Los inhibidores catódicos implican menores riesgos que sus equivalentes anódicos, ya que la corrosión localizada no es inducida por una caída en su concentración.

Inhibidores orgánicos

El efecto de los inhibidores orgánicos está relacionado con la formación de una película adsorbida continua, que dificulta las reacciones electroquímicas en las superficies expuestas. La película se forma por la adsorción física o química de moléculas orgánicas polares sobre la superficie del metal, por lo que la elección de las moléculas depende del metal en cuestión.

Implementación de Tratamiento

Una vez que se ha definido el tratamiento de acondicionamiento, se implementa de acuerdo con las características específicas del sitio. Para circuitos cerrados, los productos de acondicionamiento se inyectan en el arranque. No se necesitan más adiciones, excepto en caso de drenaje accidental.

En los sistemas abiertos de recirculación de agua, los reactivos, excepto los biocidas no oxidantes, se inyectan periódicamente a través de bombas en el depósito de alimentación. En casos raros, se emplea la inyección por gravedad. A veces pueden ser necesarios tratamientos puntuales adicionales en ciertos intercambiadores de calor críticos.

En años más recientes, los sistemas de monitoreo de corrosión en tiempo real se emplean para evaluar la tasa de corrosión general, así como también evaluar el potencial de corrosión localizada o por picaduras. Estos sistemas utilizan una combinación de tecnologías, incluido el ruido electroquímico (ECN), la impedancia de baja frecuencia (LFI) y el análisis de distorsión armónica (HDA).