La Figura 17, muestra un sistema donde el agua de mar (SW enfria el agua de enfriamiento del condensador en un PHE, un sistema SECOOL. El agua de red (FW) enfriada se envía luego a varias unidades A/C). En la Figura 18, el agua de mar enfría directamente el condensador del PHE en una planta A/C central, que transporta el agua enfriada directamente o vía reductores de presión a los fancoil interiores. Esta sección expone las ventajas y las desventajas de los sistema indirectos SW frente a los directos. Se presenta también una breve descripción de los equipos y del uso de agua de mar, salobre o de río como medio de enfriamiento. El término SW se usa para denominar todos los tipos de agua, si nada especificamente indica el tipo.
¿Qué es un Sistema SECOOL?
El nombre proviene de Secondary Cooling (enfriamiento secundario), un término acuñado por Alfalaval para describir el enfriamiento de un circuito primario de agua tratada con uno secundario, normalmente de agua de mar o de río. El agua primaria se utiliza luego para enfriamiento en industrias, tales como procesos químicos, centrales eléctricas, acerías, refinerias, barcos,etc.
De especial interés para el ingeniero de refrigeración, es enfriar el agua en sistemas con condensadores de refrigerantes enfriados por agua. En muchos lugares, especialmente en Hong Kong, Singapur, Shangai, Japón y otras zonas del lejano Oriente, el verano es caluroso y húmedo y el agua tratada es escasa, y, por tanto, las condiciones no son adecuadas para las torres de enfriamiento. El agua de mar está disponible con frecuencia y puede ser un sumidero de calor apropiado. Las figuras 17 y 18 presentan instalaciones típicas en un rascacielos.
Los dos GPHEs con placas de titanio enfrían el agua tratada circulante que es luego usada para enfriar los condensadores de refrigerante en las unidades A/C. Son muchas las ventajas del sistema. No se consume agua tratada como en el caso de una torre de enfriamiento. El agua tratada, o más comúnmente desmineralizada, se mantiene en un circuito cerrado, libre de oxígeno y otros productos corrosivos. Los equipos de la planta sólo entran en contacto con el agua tratada, que no es ni corrosiva ni tiene tendencia al ensuciamiento. El agua de mar sucia y corrosiva está contenida en el GPHE SECOOL.
La única ventaja del sistema es la disponibilidad de agua de mar o río. Si está disponible, el sistema es viable; si hay un kilometro de distancia de la fuente de agua, probablemente no lo será.
Sistema Directo e Indirecto.
En un rascacielos, la presión de columna de agua potable desde la base hasta el tejado puede ser grande, más que suficiente para operar los fancoil con seguridad. Una subestación en cada planta de servicio suministra agua enfriada circulante a los fancoil de un grupo de pisos. Las plantas de servicio se sitúan a intervalos regulares típicamente empezando con la del piso 13 (que no aparece en los ascensores de algún hotel). Existen muchos modos de disponer este tipo de sistemas.
•La utilización más simple y efectiva de la diferencia de temperaturas disponible entre el aire de la habitación y el agua de mar sería tener un condensador SW en plantas A/C situadas en la mitad del edificio. Un circuito FW alimentaría a la parte superior del edificio y la otra inferior. El problema es que el SW corrosiva y sucia entra en el espacio de la máquina y existe un límite en la altura del edificio.
•En el sistema mostrado en la Figura 17, el agua tratada FW circulante es enfriada por el SW. El FW enfría los condensadores en las pequeñas plantas locales A/C, situadas en los pisos de servicio.
El circuito de FW debe soportar toda la presión desde la cima del edificio hasta los cimientos. También hay una pérdida de diferencia de temperaturas dado que los condensadores se alimentan con un agua entre 3 y 7°C por encima del SW. Una unidad A/C para todo el edificio se instala en la planta baja. Un circuito de FW- desde el suelo hasta la azotea- envía agua enfriada a los fancoil vía PHE (rompedores de presión / Pressure Breaker). Este PHE es una instalación pequeña y podría montarse en un cuarto de servicio en cada piso o todas juntas para un grupo de pisos.
La ventaja de este sistema es obvia, todos los equipos se sitúan en un único sitio en la planta baja y sólo el agua enfriada suministra al edificio
•La desventaja es que la unidad A/C tiene que enviar agua enfriada entre 3 a 7°C más fría que del primer caso con el fin de que los fancoil operen con las mismas temperaturas. Pero, por otro lado, el condensador tiene una temperatura del agua superior.
Componentes
Toma de agua: En la figura 17, el agua se dirige a través de un corto canal a la planta baja donde están situadas las bombas de agua de mar. La ventaja de dicho sistema es el bajo costo de la obra civil.
La desventaja es la frecuente excesiva cantidad de desechos cerca de la orilla. En tal caso, el agua se puede tomar de una torre a cierta distancia de la orilla y a algunos metros del fondo, para canalizarla hasta la estación de bombeo. El agua en ese punto suele estar más limpia que la de la superficie, el fondo o la orilla. Además, la estación de bombeo puede estar a cierta distancia de la orilla y así el sistema no ocupa una posible zona de playa.
Colador o rejilla: una rejilla o un colador autolavable evita que los desechos entren en la estación de bombeo.
Bombas de agua de mar: En la figura 17, las bombas se sitúan por debajo de la superficie del agua. Al haber una presión de entrada positiva, no es necesario un sistema de cebado. Es también posible montarlas algo por encima de la superficie, pero entonces, se requiere un sistema de cebado.
Las bombas SW usualmente se hacen con un impulsor de bronce, un eje de acero inoxidable y envolturas de bronce o acero al carbono. Las bombas grandes deberían tener una entrada de succión doble, o sea, el SW entra en el impulsor por amos lados (la fig 18 muestra una simple).
Filtros autolimpiantes: (Ver figura 17). Existen varios tipos. Alfalaval desarrolló un filtro especifico para usarse con PHEs, para agua de mar o de río. La envoltura es de acero dulce revestido de caucho y la malla de acero inoxidable.
El tamaño más pequeño tiene una conexión de 100 mm. Se trata de un filtro estacionario, donde la acción limpiadora viene en parte de flujo inverso, y en parte por las fuerzas viscosas cuando el agua se hace pasar a través de la superficie filtrante. El Limpiado tiene lugar automáticamente a intervalos predeterminados o controlados por la perdida de carga. La ausencia de partes móviles (excepto en el flujo inverso ) lo hace muy seguro.
En el flujo inverso, la suciedad se expulsa a través de un pequeño tubo de agua residual, que preferiblemente se conecta con la línea principal de SW después del PHE SECOOL. Existen también filtros rotativos que limpian en continuo, pero algunos tienen tendencia a obturarse por los desechos.
Flujo inverso. Los desechos pequeños, algas , peces, etc, que han pasado la toma de agua pueden, en ausencia de filtro, tender a quedarse atrapados en la entrada del PHE. Una forma simple de librarse de ellos es invertir el flujo en el PHE y sacarlos, ver figura 18. Esto se hace automáticamente de 4 a 6 veces al día, entre 15 y 30 minutos cada vez.
Nota 1: En el flujo inverso, el flujo cambia normalmente de contracorriente a corriente, lo que podría llevar a una disminución temporal de la capacidad.
Nota 2: Excepto en casos muy especiales, no es necesario instalar ambos, filtro y sistema de flujo inverso.
Nota 3: Un sistema de flujo inverso no dispone de ninguna tubería de agua residual, lo que simplifica la instalación, al menos desde un punto de vista legislativo.
Nota 4: Un Condensador de enfriamiento directo debería disponer de un mejor sistema antiensuciamiento que uno indirecto, ya que el abrirlo involucra también el lado del refrigerante, lo cual es costoso y consume mucho tiempo.
Cloración: El agua salobre y de mar contiene multitud de vida marina, algas, hongos, bacterias, etc., el agua tratada algo menos. Los organismos grandes son atrapados en el filtro pero los pequeños pasan. Las larvas pueden pasar por casi cualquier tipo de colador, asentarse en la paredes, crecer y finalmente obturar el condensador. Los HE, de acero al Carbono enfriado por agua tratada puede albergar bacterias comedoras de hierro. Especialmente en invierno, el condensador es un lugar cálido y confortable donde hibernar.
Una forma efectiva de controlar el indeseado crecimiento marino donde lo permita la legislación- es la cloración sobre todo la cloración shock a intervalos no regulares, dado que por ej. hay ciertas larvas que tienden a memorizar los intervalos regulares y entonces se cierran.
El grado de cloración es dificil de predecir (la actividad marina, varía de un sitio a otro, estación, hora del dia,etc.) Un Valor adecuado de inicio son 15 minutos, de 4 a 6 veces al dia y un contenido de cloro 1- 2 ppm DESPUÉS del PHE. El punto de inyección debería estar inmediatamente antes del PHE. Si está alejado, todos los microorganismos en la línea entre el punto de inyección y el PHE se deplegarán y bloquearán el PHE.
Existen 3 sistemas de cloración principales de uso.
Inyección directa de cloro líquido: Sistema preferido en las industrias químicas, donde se dispone del conocimiento de cómo manejar el cloro líquido (pero probablemente en ningún sitio más).
Inyección de solución acuosa de hipoclorito de calcio o de sodio: Es un método de cloración más fácil y seguro, pero un poco zafio, ya que la solución es muy corrosiva.
El método más elegante es la electrólisis de agua de mar: Un alectrólisis de NaCl produce cloro e hidrogeno, justo lo que se necesita en el agua. Es caro, pero la ventaja es que no hay almacenamiento de un líquido corrosivo y/o peligroso.
Limpieza química: El SW no sólo contiene microorganismos sino también contaminantes, como aceite, humo y materia orgánica muerta. Todos ellos pueden quedar bloqueados en la superficie y deben ser retirados. La limpieza también debe hacerse si la cloración por una razón u otra no puede usarse.
En un sistema que se limpia en sitio (CIP- Cleaning in Place), el flujo de SW se cierra y las soluciones limpiadoras se circulan a través del PHE. Se suministran dos tipos de soluciones limpiadoras, especialemente desarrolladas para PHE. (ver documentación especial). Una es un tipo de detergente industrial, que es efectivo contra varios tipos de ensuciamiento orgánico. La otra es una solución ácida que disuleve las incrsutaciones de carbonato de calcio y de magnesio, el tipo más común en agua de enfriamiento.
Limpieza manual: Usualmente es recomendable abrir el GPHE una vez al año para inspección manual y limpieza. De cualquier modo, los intervalos se pueden modificar desde varias veces al año a una vez cada 10 años. Si es una limpieza anual, se debería realizar justo antes de la estación más cálida, es decir, cuando la carga del condensador es la máxima.
PHEs: Solo los GPHE y WPHW se emplean con SW. El material del PHE de SW, ya sea un condensador (WPHE) o un PHE SECOOL (GPHE), debería ser Titanio ya que es totalmente resistente al agua de mar y a la mayoría de productos químicos. Las excepciones son los compuestos de flúor, en solución o como compuestos en las juntas, por ej. la goma fluorada- Vitón- que nunca debería usarse con PHEs de Titanio.
Hay algunos aceros inoxidables de alta calidad, por ej. Avesta 254 ( y 654) SMO, que son resistentes al salobre PERO NO EN COMBINACIÓN CON LA CLORACIÓN.
Nota 1: Un SWPHE para R22 no pueden operar a temperaturas de vapor continuo superiores a unos 90°C . Para amoníaco la temperatura continua está por encima de los 120°C.
El CuNi no es resistente al agua de mar contaminada que se halla en los puertos y áreas industriales. Puede utilizarse en barcos que están la mayor parte del tiempo en mares abiertos.
Nomenclatura del Artículo
PHE = Plate Heat Exchanger- Intercambiador de Calor de Placas.
FW = Fresh Water-Agua de Red.
A/C = Air Conditioning- Aire Acondicionado.
SW = Sea Water-Agua de Mar.
GPHEs = Gasket Plate Heat exchanger- Intercambiador de calor de placas con Empaquetaduras.
SWPHE = Semi welded Plate Heat Exchanger- Intercambiador de Calor Placas Semi- soldado.
