Ensuciamiento en intercambiadores de calor: Problemática y soluciones

La aparición de suciedad o incrustaciones en las superficies de intercambio con vapor es muy habitual. No obstante, no siempre es sencillo identificar este fenómeno de forma rápida, y en ocasiones pueden llevar a largas indagaciones. En este artículo le ayudaremos a reconocerlo, comentaremos sus principales causas y le mostraremos cómo reducir su aparición.

El ensuciamiento en intercambiadores de calor es un fenómeno bastante habitual. Al margen de que existan fluidos más o menos sucios, hay una serie de condicionantes que facilitan la aparición de suciedad. 

En primer lugar, cuando el agua alcanza una cierta temperatura, algunos compuestos que se hallaban disueltos en la misma empiezan a precipitar. Por lo tanto, en función de la dureza del agua, es sencillo que, al calentarla, aparezcan incrustaciones.

A parte de la temperatura, influye también cuando el equipo está parado, ya que en estos momentos la precipitación y adherencia a las paredes es más sencilla, además de que al estar el agua parada pueden producirse temperaturas ligeramente o muy superiores con el vapor remanente.

Para esta primera causa nos ayudará usar intercambiadores donde el nivel de turbulencia sea  elevado, dado que esto dificultará que las incrustaciones puedan aparecer. Por ejemplo, aquellos intercambiadores de carcasa y tubos con tubo corrugado donde la velocidad en los tubos sea suficientemente elevada, generarán un efecto de “autolimpieza” que dificulta considerablemente la aparición de incrustaciones.

También deberemos considerar  si el agua puede quedar parada en el intercambiador y qué  puede suceder. Existen soluciones a esta situación que pueden favorecer que no se produzca. Es una de las situaciones donde más incrustaciones se pueden generar.

En segundo lugar, otra causa del ensuciamiento en intercambiadores de calor relacionada con ésta primera es la ebullición del agua dentro del mismo. Esto aumenta muchísimo la posibilidad de generar quemado de producto o incrustaciones -dependiendo de los fluidos que estemos calentando. Además, es algo que debemos impedir ya que la integridad de los intercambiadores podría estar en peligro dado el aumento de volumen tan importante que supone la ebullición del agua.

En tercer lugar, el ensuciamiento en intercambiadores de calor puede proceder de quemaduras de producto. Esto es muy habitual cuando se calienta un producto alimentario. Debemos considerar que la temperatura de la pared del intercambiador no es la misma que la del producto, por lo que el producto que entra en contacto con esta pared puede llegar a subir por encima de la temperatura a la cual empieza a perder propiedades, caramelizarse o incluso quemarse. Entra en juego, en el caso de los productos alimentarios, la conocida reacción de Maillard.

Para estos casos, es de mucha ayuda que los equipos puedan trabajar con una presión de vapor reducida, lo cual es, además, beneficioso desde un punto de vista de consumo energético. No obstante, para que esto pueda suceder el intercambiador debe tener área suficiente y una eliminación de condensados adecuada. En función de cómo esté trabajando el proceso, existen tecnologías que pueden ayudarle a aumentar la eficiencia de su proceso para poder reducir la presión de trabajo sin perder productividad en el mismo.

Además de conocer las causas, es muy importante detectar cuándo se está produciendo el ensuciamiento en intercambiadores de calor. Cuando un intercambiador de calor empieza a ensuciarse, esa capa de suciedad ejerce de aislante en la superficie de intercambio. Esto reduce el coeficiente de transferencia de ese intercambiador. En otras palabras, el intercambiador pierde potencia. Si el problema llega a ser muy grave, podría ser que un intercambiador que en un momento calentó adecuadamente, ahora no consiga calentar suficiente.

Un indicador que suele ayudarnos a saber qué sucede es poder observar la presión del vapor dentro del intercambiador. Cuando un intercambiador no puede entregar la potencia requerida, la válvula de control abrirá para aumentar la presión de vapor, y por lo tanto la temperatura. Si la temperatura del lado caliente aumenta, también lo hace la potencia de intercambio en el equipo. Así, un intercambiador que trabajaba a una determinada presión y se empieza a ensuciar, si le es posible, empezará a trabajar a presiones y temperaturas superiores.

Al aumentar la temperatura del lado caliente, también aumentará la temperatura de pared lo cual, como hemos visto, provocará una aceleración de la aparición de incrustaciones/quemaduras. Es por ello que es muy importante, en aquellas aplicaciones en las que por algún motivo pueda aparecer suciedad, que la limpieza se realice de forma adecuada y en los tiempos correctos para evitar la acumulación de suciedad, ya que ello aceleraría exponencialmente el proceso de ensuciamiento del equipo. Cuanto más suciedad se adhiere a las superficies, más complicado es limpiarlas por completo.

En resumen, el ensuciamiento en intercambiadores de calor sucede en fluidos con tendencia a generar incrustaciones o sufrir quemaduras, y se ve aumentado por fluidos estancados y altas temperaturas. Una vez aparece la suciedad, la presión de vapor aumentará para compensar la potencia perdida, lo cual nos permitirá saber que el equipo se está ensuciando pero también acelerará el proceso de ensuciamiento. Para evitarlo, es importante prevenir o atrasar en la medida de lo posible la aparición de suciedad en el equipo, y limpiar correctamente y con la periodicidad adecuada las superficies de intercambio de calor.

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