Consideraciones para la filtración automática de sistemas de agua de torres de enfriamiento

La reducción de residuos y la eficiencia de los procesos son clave para las empresas que desean operaciones más fluidas. A medida que diversas industrias, incluida la generación de energía, buscan formas de mejorar la eficiencia operativa, las prácticas de tratamiento del agua de refrigeración también han evolucionado para enfrentar el desafío.

Las torres de enfriamiento eliminan el calor residual y enfrían el agua circulante de los sistemas de las centrales eléctricas (Figura 1), plantas químicas y refinerías de petróleo. Dado que a veces decenas de miles de galones de agua por minuto fluyen continuamente a través de las torres de enfriamiento, la filtración desempeña un papel fundamental para mantener los sistemas limpios, eficientes y operativos.

1. Las soluciones de filtración automática respaldan programas de mejora continua para empresas industriales de todo tipo, incluidas las centrales de generación de energía. Cortesía: Eaton/Getty Images

Las torres de enfriamiento constantemente arrojan agua en cascada para eliminar los contaminantes transportados por el aire de la atmósfera y transportarlos al sistema de enfriamiento. Estos sistemas también pueden contaminarse por la entrada de agua o por sólidos arrastrados resultantes de procesos de corrosión. Muchas torres de agua de refrigeración también incorporan un régimen de tratamiento químico para combatir el crecimiento microbiológico y la contaminación.

Los depósitos y otras partículas dañinas pueden reducir la eficiencia de los componentes del sistema de enfriamiento, como el intercambiador de calor y el equipo de tuberías. El agua de refrigeración (y otros fluidos de trabajo comúnmente utilizados en las corrientes de refrigerante) deben mantenerse limpias para permitir una eliminación eficaz del calor del proceso. La contaminación de la superficie del intercambiador de calor por incrustaciones o contaminación reduce la eficiencia energética y puede afectar negativamente el rendimiento y la confiabilidad de otros activos del sistema de enfriamiento.

La filtración industrial ayuda a garantizar un flujo continuo y un funcionamiento sin preocupaciones de los sistemas de agua de refrigeración. El mercado ofrece muchos tipos de soluciones manuales y automáticas con filtración automática, a menudo basadas en tecnologías de retrolavado y limpieza mecánica. La filtración automática tiene ventajas sobre los métodos de filtración manual, que pueden requerir mucha mano de obra en su aplicación. Un primer paso para determinar la necesidad de filtración es considerar las siguientes preguntas:

■ ¿Cuánta suciedad o partículas se están recolectando? Si el método de filtración utilizado requiere sólo un mantenimiento ocasional (si la limpieza y el cambio se realizan cada pocas semanas), es posible que no sea necesario un sistema automático (en general, un filtro aguas arriba es la mejor opción para aplicaciones no críticas donde las partículas de 50 micrones o menos) no afectará negativamente al proceso o al equipo). Por el contrario, si el elemento filtrante se carga rápidamente o requiere una limpieza manual frecuente, un sistema automático debería tener prioridad.

■ ¿Qué grado de filtración se necesita? Un análisis de distribución del tamaño de partículas, o PSD, puede determinar el tamaño y el rango de partículas representativas de un sistema de agua de refrigeración determinado. La determinación del rango de tamaño de partículas facilita la selección de una solución de filtración para un rendimiento y confiabilidad óptimos.

■ ¿Cuál es el caudal? La solución de filtración deberá manejar el caudal máximo para producir el efecto deseado. Las tasas de filtración se expresan comúnmente en galones por minuto por pie cuadrado de área de filtro (gpm/pie 2). Además, ¿la presión y el flujo serán estables o variables?

■ ¿Cuánta pérdida es tolerable? El retrolavado limpia los filtros para eliminar los contaminantes acumulados. Algunas soluciones de filtración requieren un flujo de retrolavado considerablemente mayor, lo que provoca un mayor consumo de agua y una posible pérdida de medios. Los filtros limpiados mecánicamente normalmente no necesitan retrolavado y generarán mucha menos agua para su eliminación.

■ ¿Cuánto espacio ocupará el sistema? Los sistemas de filtración industrial varían mucho en tamaño y perfil según los requisitos de filtración y el caudal. Es aconsejable consultar a un socio con experiencia en el diseño e instalación de soluciones de filtración personalizadas.

■ ¿Cuánto esfuerzo será necesario? Ya sea que la solución para su sistema sea un filtro de alto rendimiento, un filtro duradero sin mantenimiento o ambos, vale la pena invertir tiempo para explorar toda la gama de opciones, ya que la solución de filtración industrial adecuada puede generar dividendos durante años.

■ ¿Cuál es el retorno de la inversión? La solución de filtración adecuada puede reducir significativamente los gastos operativos y los costos laborales, al tiempo que ayuda a las empresas a cumplir con las regulaciones y alcanzar sus objetivos de consumo y eliminación responsable del agua.

A menudo, el enfoque es adoptar un sistema de filtros múltiples con suficiente capacidad adicional para manejar el flujo del proceso mientras uno o más filtros se desconectan para su limpieza o reemplazo. Un enfoque alternativo es un filtro automático autolimpiante que no requiere tiempo de inactividad para mantenimiento.

Las ventajas de la filtración automática incluyen la reducción de la pérdida de agua y el uso de energía, la lucha contra la contaminación y la corrosión por partículas y el aumento del tiempo de actividad del proceso. También reduce la demanda de mantenimiento y extiende la vida útil de los componentes del sistema de enfriamiento, y ayuda a lograr medidas de cumplimiento ambiental/industrial.

Los coladores y filtros industriales realizan esencialmente la misma función, pero los filtros pueden eliminar partículas de tamaño mucho más pequeño. La regla general es: "Si no puedes verlo, no puedes forzarlo". Esto significa que las partículas de hasta 0,004 pulgadas (0,1 milímetros), o en otros términos, 100 micrones o malla 150, se pueden eliminar de manera efectiva con un filtro aguas arriba. Para algo más pequeño, será necesario un filtro.

Independientemente de si se utiliza un colador o un filtro, las partículas acumuladas en el elemento filtrante deben eliminarse periódicamente. Detener el flujo y limpiar manualmente el elemento significa que se debe detener el proceso o omitir el colador/filtro durante el mantenimiento. Como ninguno de los escenarios es óptimo, a menudo comienza la búsqueda de un filtro autolimpiante. Hay dos diseños de filtración automática estándar: retrolavado automático y filtros limpiados mecánicamente.

Los sistemas de retrolavado automático logran la limpieza a través de una función de retrolavado integral que proporciona un flujo ininterrumpido. Estos comúnmente usan un brazo interno hueco giratorio para recolectar los desechos depositados en el medio filtrante. A medida que se acumulan las partículas atrapadas, la caída de presión a través del filtro aumenta hasta alcanzar un valor predeterminado, momento en el que se abre una válvula, lo que permite que el fluido y los desechos acumulados salgan a través del brazo giratorio.

Un filtro aguas arriba también puede ser una valiosa adición a cualquier sistema de filtración de torre de agua de refrigeración. La filtración gruesa aguas arriba brinda protección a las bombas y a los filtros aguas abajo más delicados al eliminar grandes sólidos no deseados de la corriente de enfriamiento. A menudo, esta solución se amortiza por sí sola en términos de mayor vida útil del elemento filtrante, menos tiempo de inactividad y menor necesidad de mantenimiento.

Los filtros de retrolavado automático también se autocorrigen durante y después de las perturbaciones. Durante condiciones adversas, el filtro comenzará a retrolavarse continuamente. Una vez que el proceso vuelva a la normalidad, los tiempos de intervalo de retrolavado también se normalizarán. La frecuencia de limpieza puede basarse en el tiempo, la presión diferencial, la selección manual u otros criterios específicos de la aplicación.

Normalmente, este tipo de filtro se utiliza para eliminar partículas de más de 50 micrones y puede manejar cargas de desechos de aproximadamente 200 partes por millón (ppm). Los filtros automáticos se utilizan mejor en situaciones de alto volumen donde son aceptables pérdidas de fluido de hasta el 5% del flujo total durante la limpieza.

La segunda opción de diseño de filtración automática utiliza un disco de limpieza mecánico para raspar los desechos acumulados del medio filtrante (Figura 2). Por lo general, un ciclo de limpieza programado previamente ayuda a garantizar un flujo estable. Además, si los desechos atrapados aumentan la caída de presión a través del filtro (creando así una condición alterada), el raspador se puede accionar a un valor predeterminado (tenga en cuenta que una función confiable de anulación de presión diferencial es fundamental para cualquier sistema de filtración que funcione bien). Luego, los desechos se depositan en el fondo de la carcasa del filtro, donde se pueden eliminar sin interrumpir el flujo a través del filtro.

2. En este ejemplo de filtración con retrolavado automático, el flujo entrante pasa a través del cilindro interior. Las partículas se acumulan en la superficie interior de la cámara de la pantalla mientras los líquidos filtrados fluyen hacia abajo y fuera de la cámara. La fase de retrolavado está configurada para activarse en un ciclo cronometrado con una anulación de presión diferencial. Cortesía: Eaton

Esta acción de limpieza hace que los filtros de limpieza mecánicos (Figura 3) sean adecuados para eliminar partículas de más de 25 micrones de diámetro. Algunos de estos filtros pueden soportar mayores cargas de desechos y ciclos de purga más frecuentes que los filtros automáticos convencionales. La mayoría también utiliza sólo una pequeña cantidad de líquido filtrado para transportar y eliminar los residuos.

3. En este ejemplo de filtración de limpieza mecánica, se utiliza un disco de limpieza para eliminar los contaminantes del elemento filtrante. Se utiliza aire comprimido en la parte superior e inferior de la columna central para impulsar un bloque magnético dentro del tubo al que está acoplado magnéticamente el disco de limpieza. A medida que el imán se mueve, el disco se arrastra en estrecho contacto con el medio filtrante. Esta acción de raspado respalda un ciclo de limpieza exhaustivo ya que los residuos se acumulan en la parte inferior de la unidad. El bajo volumen descargado en comparación con el volumen de fluido tratado también ayuda a reducir el desperdicio de producto. Cortesía: Eaton

Tenga en cuenta que un colador o un filtro crean una caída de presión y también una restricción de flujo. Ambos factores deben tenerse en cuenta al diseñar el sistema. Agregar cualquiera de los dos como una ocurrencia tardía puede requerir aumentar el tamaño de las bombas para mantener un volumen de flujo y presión adecuados.

Cuando se requiere una filtración aún más fina, se pueden considerar filtros de bolsa o de cartucho en el futuro. Los filtros de bolsa o cartucho utilizan medios desechables, lo que permite retenciones más finas y eliminación de partículas. Es necesario elegir entre un sistema simplex, en el que el proceso de filtración se interrumpe al cambiar el filtro, o evitarlo optando por un sistema dúplex o de funcionamiento y espera. Esta configuración de carcasa de filtro múltiple puede permitir una filtración continua permitiendo limpiar un lado mientras se mantiene el otro. Los sistemas de bolsa o cartucho requerirán un mantenimiento regular y los diseñadores del sistema también deben considerar el costo de compra y eliminación de los consumibles.

Elegir la solución de filtración industrial óptima rara vez es un proceso sencillo. Hay muchos factores y enfoques a considerar, e incluso instalaciones con funciones similares pueden tener requisitos de diseño significativamente diferentes, incluida la necesidad de tratamiento químico o biológico. El camino prudente es discutir los requisitos del proceso con un experto con conocimientos o un proveedor de soluciones e involucrarlos temprano en las etapas de diseño, lo que ayuda a detectar desafíos y oportunidades que pueden no ser obvios para el ojo inexperto.

La filtración automática puede reducir sustancialmente los sólidos arrastrados y los posibles depósitos, mejorando la eficiencia operativa del sistema de agua de refrigeración. La instalación de un filtro autolimpiante automático en un sistema de agua de refrigeración, por ejemplo, puede proteger los intercambiadores de calor, las bombas, las válvulas y las boquillas rociadoras, al mismo tiempo que elimina continuamente las partículas y proporciona un flujo continuo, incluso mientras se realiza el contralavado del sistema.

—Ulrich LatzEs gerente global de productos de filtración industrial de Eaton Technologies GmbH en Nettersheim, Alemania.Wim Callaert es gerente senior de productos de Eaton Technologies GmbH en Sint-Niklaas, Bélgica. Obtenga más información en eaton.com/filtración.

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