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4 Incrustacin

La incrustacin es el proceso en el cual material no deseado se deposita sobre

una superficie, dicho proceso puede ocurrir en presencia o ausencia de un

gradiente de temperatura. Existen diversos tipos de incrustacin los cuales se

clasifican en 6 grupos principales (http://www.bcsga.ca/bcsgirs/fouling.htm):

1) Incrustacin por precipitacin (Cristalizacin de sales disueltas en la

superficie de transferencia)

2) Incrustacin particulada

3) Incrustacin por reaccin qumica

4) Incrustacin corrosiva

5) Incrustacin biolgica

6) Incrustacin por solidificacin

En cada uno de los casos, el proceso se lleva a cabo en el siguiente orden:

proceso de nucleacin o tiempo de induccin, transporte, fijacin, y remocin.

Se deben conocer y tomar en cuenta los factores de los que depende la

incrustacin, para el correcto diseo de un equipo, siendo los ms

importantes:

Las propiedades fsicas, qumicas, composicin y el pH del fluido.

El estado fsico del fluido (lquido, vapor dos fases)

Tipos y cantidades de impurezas disueltas y suspendidas

Velocidad del fluido

Rgimen del fluido: laminar o turbulento

37

Forma de transferencia de calor

Tipo de superficie

4.1. Incrustacin en intercambiadores de calor

La formacin de depsitos de incrustacin en intercambiadores de calor es la

mayor causa de reduccin de eficiencia y capacidad del sistema de

calentamiento. Al incrementarse la energa necesaria para una operacin,

tambin se incrementan los costos al paso de los aos por lo que se ha dado

especial atencin a este problema.

En la siguiente tabla se muestra el incremento en consumo de energa como

funcin del grosor de la capa de incrustacin

(http://www.scaleaway.com/Hardwater.html).

Tabla 4.1 Incremento en consumo de energa en funcin de grosor de

incrustacin.

Grosor de la capa de

incrustacin in

Incremento consumo

de energa %

1/32 8.5

1/16 12.4

1/8 25

1/4 40

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Una tcnica comn de prevencin es estimando un factor de incrustacin en la

etapa del diseo; es decir, permitiendo que la superficie adicional del traspaso

trmico compense la prdida superficial causada por la incrustacin. Estos

sistemas son de mayor capacidad del requerido funcionan a menudo en el

80% o an debajo del 50% de su flujo diseado. Este exceso de rea puede

dar lugar a problemas durante el inicio de la operacin adems de promover

las condiciones que pueden provocar incrustacin ms all de lo que se

especifica en el diseo, por otra parte, si un factor de incrustacin no se

considera en la etapa del diseo, la prdida de calor puede exceder del 50%,

dando por resultado un desequilibrio de la energa dentro de la operacin. Hoy

un factor de incrustacin se considera necesario pero no suficiente en la

prevencin de incrustacin. En muchos casos, incluso el diseo correcto de un

cambiador de calor no evitar el problema de incrustacin. Este factor de

incrustacin es considerado como una resistencia a la transferencia de calor

Rf, incrementando esta resistencia a la resistencia de la superficie limpia se

obtiene el rea requerida de transferencia (Tien L., 1992), el factor de

incrustacin influye directamente en el coeficiente de transferencia de calor.

limpio

11UU

Rsucio

f = Ecuacin 29

Para intercambiadores de calor de agua de mar se espera una resistencia

debido a la incrustacin (http://www.processassociates.com/.htm):

Tabla 4.2 Resistencia debido a incrustacin.

39

Temperatura C Bajo 115C Arriba 115C hasta

204.4C

Velocidad ft/s Bajo 3 ft /s Arriba 3ft/s Bajo 3 ft/s Arriba 3ft/S

Resistencia

hft2F/Btu

.0005 .0005 .001 .001

Esta propuesta tiene algunas desventajas debido a que para determinar la

resistencia por incrustacin no se toman en cuenta las condiciones de

operacin como lo son: velocidad de fluido, temperatura de superficie y

composicin. El mayor inconveniente de la resistencia de incrustacin, es sin

duda, que no se considera el factor tiempo (Tien, L. 1992) la principal

consecuencia de estos aspectos es la formacin de incrustacin excedente a la

esperada.

4.2 Incrustacin en equipos desalinizadores.

La principal incrustacin en los equipos desalinizadores que tienen

intercambiadores de calor es debido a la presencia de CaCO3 en el agua de

mar (sal de solubilidad inversa) as como tambin la presencia de

microorganismos y algas que crecen en superficies mejor conocida como

incrustacin biolgica algunos de los organismos que forman incrustacin

biolgica y se encuetran en agua de mar son Corella inflata, Chelyosoma

productum, Styela gibbsii, Distaplia occidentalis, Botrylloides violaceus,

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EudistyliaHermissenda,crassicornis(http://depts.washington.edu/fhlk12/Stude

ntProjects/Settlingorganisms.html). La incrustacin de sales de CaCO3 puede

ser disminuida reduciendo la temperatura en los intercambiadores as como

con la velocidad del flujo buscando mantener la eficiencia de los

intercambiadores.

Debido a que la mayora de plantas desalinizadores son por procesos

trmicos, la incrustacin producida en los intercambiadores de calor es un

problema latente, el xito de estas plantas radica en que adems de tomar en

cuenta el factor de incrustacin en la etapa de diseo, se agregan productos

qumicos que previenen la formacin de incrustacin de sales y la temperatura

a la que operan dichas plantas es baja.

Los aditivos son polmeros basados en la qumica del cido malico y el cido

fosfino-carboxlico (http://lpq.com.mx/dtraa.htm) los cuales previenen la

formacin de incrustacin, no obstante, adems de estos aditivos en los en los

equipos de transferencia de calor para desalinizacin tambin se utiliza algn

medio mecnico como raspadores para eliminar los depsitos de incrustacin

que ya se han formado, la incrustacin biolgica es reducida clorando el agua

previamente al proceso (http://www.commonwealthknowledge.net.htm).

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Figura 4.1 Raspadores para control de incrustacin (Artculo referencia 21)

En el caso de la smosis inversa, la incrustacin en las membranas utilizadas

reduce su eficiencia y deteriora las mismas haciendo necesario el

mantenimiento y cambio de membranas frecuentemente, para evitar esto

anteponen membranas de ultra filtracin y nanofiltracin son sistemas

integrados de membrana en configuracin capilar. La incrustacin en estos

sistemas de membranas es disminuido por medio de modificaciones en su

superficie, hacindola ms hidroflica y reduciendo su afinidad con los slidos

disueltos (www.membranes.com).