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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
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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.
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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).