OZONIZACION DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

(en circuitos abiertos de reenfriamiento)

1. Introducción:

Si se usa agua natural como agua adicional para circuitos de reenfriamiento, el agua experimentará una alteración desventajosa para la operación. Esto causará problemas que serán resueltos por adición de agentes acondicionadores de agua.

• Problemas en cuanto al uso de agua de enfriamiento

Debido a la absorción de calor, el agua natural adicional sin tratar cambia de manera desfavorable en los circuitos de agua de enfriamiento. El aumento de temperatura favorece el crecimiento biológico de bacterias, hongos mucilaginosos, algas y conchas. La evaporación conduce a la condensación de agua y así a un aumento de la concentración de sal, a una aceleración de los procesos electro-químicos, a precipitación de carbonato calcico, y  a  la  formación  de  costras.  Los  sedimentos  orgánicos  e inorgánicos no sólo obstruyen los sistemas de las tuberías de enfriamiento, sino que también causan corrosión del metal.

• Uso de productos químicos como solución tradicional de problemas:

A menudo, el valor PH se reduce a 7. Los sedimentos de conchas se evitarán por adición de polifosfatos, ácidos fosfóricos, ácidos policarboxylicos o poliacrilatos. Los compuestos de zinc se usan como retardadores de corrosión. Los sedimentos que pueden formar  elementos  de  aireación  para  corrosión  puntual,  se mantienen en una solución de agente de dispersión. El crecimiento microbiológico se controla por compuestos de cloro u otros esterilizantes.

• Crítica de la solución tradicional de problemas:

A pesar de la cuidadosa dosificación de sustancias químicas, los problemas anteriormente mencionados no pueden resolverse fácilmente. La 31 Regulación Administrativa para Agua de Desecho, párrafo 7a del WHG limita la cantidad de aditivos químicos a usar. Para proteger la ecología de los ríos en las que se descarga el aguade torre de enfriamiento, han sido determinados los valores límite para la concentración de fosfatos, para el consumo de oxígeno químico y zinc en el efluente de las torres de enfriamiento. Sise usa cloro como biocida, pueden formarse halógenos no deseados.

• Nueva solución de problemas con ozono

Como las calidades del agua y las tensiones térmicas de los sistemas de enfriamiento son diferentes,  la dosis de ozono necesaria debe adaptarse a la situación respectiva. Recomendamos tests en los sistemas de reenfriamiento.

6.1  Ozono como biocida

El ozono destruye microorganismos orgánicos.  Se evita la formación de algas, hongos mucilaginoso y costras. Las partes estructurales y de equipo de la torre de enfriamiento son preservadas del crecimiento microbiológico. El número total de gérmenes puede reducirse en un factor 1000 en el sistema de agua de enfriamiento.

6.2  Ozono como inhibidor de corrosión

De los tests llevados a cabo hasta ahora no podemos aún afirmar con certeza que cuando el ozono se usa en pequeña concentración, se esté produciendo una capa de óxido de metal como protección contra la corrosión y estabilice el mismo. Sin embargo, es absolutamente seguro que el ozono evita el crecimiento de materias biológicas y su posible sedimentación bajo la cual pueden formarse células de aireación. Este tipo de corrosión se previene con certeza mediante ozono en alto grado.

Hemos observado que en sistemas de tuberías con capa protectora existente, puede mantenerse una tasa de corrosión de metal menor de 0/01 mm/a.

6.3  Ozono como retardador de incrustaciones

Averiguamos durante nuestras pruebas que el ozono puede evitar la formación de incrustaciones sin poder indicar teorías bien fundadas en el mecanismo de acción.

6.4  Ozono como economizador de energía Gracias al ozono se obtiene:

-una liberación de crecimiento biológico.

-claridad del agua.

-disolución o prevención de depósitos duros. Esto permite una humectación intensiva de las superficies del intercambiador de calor y así mejorar la transferencia de calor y la capacidad de enfriamiento, y ahorrar energía.

Las cifras de la mejorada transferencia de calor de los refrigeradores individuales sirven para calcular la ventaja económica para cada compañía.

7.1  Depósitos

Para una aplicación del ozono segura y económica, se han desarrollado nuevos depósitos y procesos para la generación, contacto y reacción de ozono. Estos se usan ya para tratamiento de agua potable y para procesos de oxidación en la industria química.

7 . 2  Introducción del ozono

El ozono puede alimentarse a varios puntos del circuito de agua de enfriamiento, por ejemplo en el agua de reemplazo o en la primera tubería del recorrido del agua de enfriamiento.

Apendice

1.   NUEVA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS CON OZONO, RESULTADOS DE LAS PRUEBAS.

1.1  Reenfriador de Hoechst AG en Frankfurt/Main

En 1979 compañías alemanas empezaron con éxito a aplicar ozono (en vez de cloro como biocida) discontinuamente junto con la aplicación de materias químicas tales como el polifosfato sódico de cinc. La tasa de corrosión también se pudo reducir en un 50% (de 0,1-0,05 a 0,05-0,025 mm/a).

1.2  Reenfriador OH 3 de la planta de separación de aire Messer Griesheim en Oberhausen

En diciembre  de  1983,  el  acondicionamiento  de  agua  de enfriamiento del reenfriador en la planta de separación de aire de  la  firma  de  Messer  Griesheim  en  Oberhausen  cambió paulatinamente de dosificación de agentes químicos a adición de ozono. El reenfriador OH 3 tiene un volumen medio de circulación de agua de 3.200 m³/h y un volumen medio de alimentación de agua de pozo descarbonizada de 32 m³/h. En general / se opera con una concentración de cloruros séxtuple (de 42,6 mg/1 en el agua de alimentación a 248,6 mg/1 en el agua del circuito) y un valor PH de 8,3.

Valores medios adicionales son:

– en el agua de alimentación      dureza Ca+Ma  0,7 mmol/1

– capacidad acida de pH 4.3       KS 4.3=            0,7 mmol/1

– en el agua del circuito              dureza Ca+Mg  4,7 mmol/1

– capacidad acida de pH 4.3       KS 4.3=            3,0 mmol/1

Así en diciembre de 1983, 0,07 mg de ozono por litro de agua eran continuamente alimentados en el  agua del circuito de enfriamiento, manteniendo las cantidades usuales de polifosfatos/ ácidos fosfóricos y sales de cinc.

Los  resultados  de  la  alimentación  de  ozono  fueron  los siguientes:

– agua clarificada con gran profundidad de transparencia.

– operación libre de algas.

– agua libre de mucílagos.

– reducción de la tasa de corrosión de 0/1 mm/a a 0,004 mm/a.

– reducción del número de colonias de 7×10⁵ gérmenes/mi a 10³ gérmenes/ml.

A principios de mayo de 1984, la alimentación de agentes guímicos en el agua del circuito de enfriamiento fue sustituida por una dosis muy pequeña de agentes químicos (referido a P₂O₅: 1, 5 mg/1) y la alimentación de ozono en el agua fresca se mantuvo. El agua permanecía nítida y libre de algas y mucílago. La tasa de corrosión permanecía menor que 0/01 mm/a. seis meses más tarde, la de refrigeración y la planta de separación de aire se pararon por un  par de días.  El  agua de  la torre de enfriamiento fue drenada y tuberías y refrigeradores fueron desmantelados. Durante la inspección de las partes abiertas no se pudo detectar ninguna formación de costras. En los tubos del intercambiador de calor del refrigerador de argón, en los cuales el gas tiene una temperatura de aprox. 180 °C (dichos tubos están refrigerados externamente con agua de muy baja velocidad de flujo) hallaron una capa pastosa gris que estaba compuesta de 14,7 % P₂O₅, 15,5% Zn y 12,8% Ca y pudo ser lavada fácilmente con un chorro de agua, apareciendo el metal brillante.

Desde septiembre de 1985 también renunciaron a alimentar esa pequeña dosis de sustancias químicas al agua de reemplazo. A mediados de abril de 1986 este refrigerador de argón se abrió de nuevo. La capa, que podía ser eliminada con agua, se encontró de nuevo en las superficies externas de los tubos del intercambiador de calor. Esta podría haberse originado todavía a consecuencia del fosfato alimentada antes de septiembre de 1985.

1.3  Ensayo con calentadores continuos de paso

Los sorprendentes resultados obtenidos mediante la aplicación del ozono en la torre de recuperación OH 3 y las citas en la literatura americana (según la cual en presencia de ozono a bajas concentraciones  y  en  ausencia  de  las  clásicas  sustancias inhibidoras de costras no hay precipitación de CaCO₃ en forma de costras duras)/ nos indujo a investigar este fenómeno. Para tal fin hicimos pasar a través de de dos calentadores de paso paralelos y sin adición de sustancias químicas de ninguna clase agua del rio Moena, cuya temperatura fue elevada hasta 80 °C. En uno de los ramales se alimentó de manera continua 1 mg de ozono por litro de agua.

Una vez pasados 400 m³ de agua a través de cada uno de los calentadores, ambos fueron abiertos. El calentador sin ozono estaba totalmente revestido interiormente con depósitos sólidos de cal. El calentador tratado con ozono no estaba cubierto con costra y tan sólo en algunas zonas se podían observar trazas de precipitaciones.

1.4  Ozonización en el refrigerador E-183 en Hoechst AG en Frankfurt sin agentes acondicionantes adicionales El refrigerador está en funcionamiento desde hace 14 años y no  ha  sido  nunca  tratado  con  preventivos  usuales  de incrustaciones. El agua procedente del río Mena filtrada a través de grava se usa como agua de reemplazo. El volumen del agua de circuito es aproximadamente 1,900 m³/h. Con ácido sulfúrico el agua se mantiene en un valor pH de aproximadamente 7,0. Esta agua se usa para enfriar una planta de separación de aire. El agua de circuito se compone de:

Cl                                           30    –  80    mg/l

Ptotal                                    1,0   –  1,5   mg/l

PH                                         7,0   –  7,8

Dureza Ca+Mg                    3,0   –  5,0  mmol/l

Ks 4,3                                    1,1   –  1,7  mmol/1 (capacidad de  ácido de hasta pH 4/5)

Para controlar el crecimiento microbiológico, el ozono es continuamente alimentado desde septiembre de 1985 en dosis menores a 0.1 mg de ozono por litro de agua sin agentes condicionantes adicionales con la excepción del ácido sulfúrico. El potencial Redox en los primeros pasos y reflujo del agua del circuito es registrado. No se han observado sedimentos en el sistema. La profundidad de visión en el depósito de agua de la torre de enfriamiento es mayor de 1 m. La vida en servicio de los filtros de flujo parcial se ha triplicado. La tasa de corrosión del metal es actualmente de alrededor de 0,1 mm/a.

1.5  Ozonización  en  un  nuevo  reenfriador  (KL2)  en  Messer Griesheim GmbH en Oberhausen El reenfriador para una planta de separación de aire se puso en servicio en mayo de 1985 y no ha sido nunca tratada con los agentes acondicionadores de agua usuales. Se usa la misma agua de alimentación que para la planta OH 3. Desde septiembre del 85 se ha tratado con ozono. La eficiencia del ozono como biocida e inhibidor de incrustaciones es también muy buena, pero la tasa de corrosión de metal todavía no ha alcanzado el valor ideal de   0, 01 mm/a. Sin embargo, se continúan las mediciones por ser habitual estos valores más elevados debido a mayor índice de corrosión en un enfriador nuevo. Sobre todo queda aún por determinar cómo y con qué concentraciones actúa el ozono como inhibidor de incrustaciones y de corrosión.