Productos químicos inhibidores de incrustación para sistemas de agua de enfriamiento

Las restricciones medioambientales sobre la descarga, el aumento de los costos del agua y la escasez de agua están haciendo que muchas empresas conserven más agua en torres de enfriamiento recirculantes.

Las instalaciones industriales están reforzando sus sistemas para ejecutar ciclos altos de concentración con una purga mínima o nula. Muchos sitios utilizan aguas grises que contienen niveles más altos de impurezas.

A medida que el agua se evapora a través de la torre de enfriamiento, se pierde vapor de agua pura y los minerales disueltos y otras impurezas se concentran en el agua restante. Si los ciclos de concentración aumentan demasiado, las solubilidades de diferentes minerales superan su saturación y forman depósitos, a menudo en el relleno de la torre de enfriamiento y en áreas más calientes como los intercambiadores de calor.

Los peligros de la deposición no deseada

Una de las principales causas de las fallas en sistemas de agua industrial es la deposición de materiales no deseados en las superficies de los equipos. Los depósitos pueden provocar una reducción del rendimiento del sistema e interrupciones inesperadas, operaciones de limpieza que pueden suponer un peligro para el medioambiente y costos asociados.

Generalmente, existen seis tipos de depósitos:

  • Incrustaciones minerales cristalinas o amorfas (por ejemplo, carbonato de calcio, sulfato de calcio, fosfato de calcio, sílice amorfa y silicatos metálicos)
  • Ensuciamiento causado por sólidos en suspensión (p.  ej., lodo y limo en el agua de aporte y polvo en el aire)
  • Productos de corrosión transitoria como óxidos e hidróxidos de hierro
  • Depósitos microbiológicos
  • Contaminación del proceso, como fugas de hidrocarburos
  • Ensuciamiento relacionado con inhibidores de corrosión, como fosfato de calcio, fosfato de zinc e hidróxido de zinc
Ensuciamiento causado por incrustaciones

Incrustaciones comunes en sistemas de enfriamiento

  • Carbonato de calcio (CaCO3)
  • Sulfato de calcio (CaSO4)
  • Fosfato de calcio (Ca3(PO4)2)
  • Silicato de magnesio (MgSiO3)
  • Silicato de aluminio (Al2O3·SiO3)
  • Fosfato de zinc (Zn3(PO4)2)
  • Fosfato de hierro (FePO4)
  • Silicato de calcio y magnesio (CaO·MgO·2SiO2)
  • Sílice (SiO2)
Ejemplo de deposición de incrustaciones

Uso de inhibidores de incrustaciones para prevenir deposiciones

Los programas inhibidores de incrustaciones con dispersante o que previenen el ensuciamiento pueden ayudar a evitar la aglomeración de sólidos y su acumulación en superficies críticas. Los materiales que tratan estos depósitos potenciales se conocen en la industria como dispersantes, agentes de control de depósitos o inhibidores de incrustaciones. El control de depósitos se divide en una de tres categorías: inhibición, distorsión y dispersión. ChemTreat tiene una línea completa de productos para controlar los depósitos y el ensuciamiento, como polifosfatos, fosfatos orgánicos, polímeros, polielectrolitos y surfactantes.

Polifosfatos

Los polifosfatos contienen múltiples átomos de fósforo conectados entre sí a través de un puente de oxígeno. El polímero de fosfato inorgánico contiene generalmente de 3 a 15 unidades. Los polifosfatos contienen átomos de oxígeno cargados negativamente que atraen cationes cargados positivamente como calcio, hierro, etc. Esta atracción es capaz de secuestrar (combinar) con eficacia los cationes, formando un complejo que interfiere con la formación de depósitos. Se debe alcanzar una concentración umbral antes de que los polifosfatos puedan prevenir la formación de incrustaciones de carbonato de calcio en concentraciones con niveles bajos de sobresaturación. De la misma forma, el polifosfato se combina con hierro y manganeso para prevenir manchas rojas y negras, respectivamente. La eficacia del polifosfato está limitada por la reversión al ortofosfato en determinadas condiciones de funcionamiento.

Organofosfato

Los fosfonatos inhiben la formación de incrustaciones al ser adsorbidos en sitios de crecimiento de partículas activas, donde retardan la nucleación y la tasa de crecimiento de cristales. Los fosfonatos son secuestrantes que forman un complejo con varios cationes y mantienen estables las soluciones de agua incluso en puntos de sobresaturación relativamente alta. Algunos ejemplos de organofosfatos comúnmente utilizados en sistemas de enfriamiento incluyen:

  • Ácido 1-hidroxietiliden 1,1-difosfónico (HEDP)
  • Ácido 2-fosfonobutano-1,2,4-tricarboxílico (PBTC)

Los amino fosfonatos incluyen:

  • Dietilentriamina penta (ácido metilenfosfónico) (DETPMP)
  • Ácido amino trimetilen fosfónico (ATMP)

Polímeros

La investigación de polímeros muestra que ciertos grupos funcionales como el carboxilato y el sulfonato son capaces de inhibir la formación de incrustaciones. Estos tipos de polímeros pueden ser eficaces para controlar diferentes clases de incrustaciones, según los tipos de monómeros presentes en el polímero. Los polímeros interfieren con el crecimiento de la estructura cristalina en las formaciones de incrustación mineral y evitan o revierten el crecimiento de densos depósitos minerales adherentes. Entre los ejemplos se encuentran los siguientes:

  • Polímeros de ácido poliacrílico
  • Polímeros de ácido polimaleico
  • Copolímeros y multipolímeros que contienen varios grupos funcionales como ácido acrílico, acrilato de hidroxipropilo (HPA), ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico (AMPS), acrilato de ter-butilo (TBA), estireno sulfonado (SS), etc.
  • Polímeros avanzados como Quadrasperse® y FlexSperse® de ChemTreat
  • Polímeros etiquetados como QuadDetect

Los polímeros también funcionan como modificadores o distorsionadores de los cristales de las incrustaciones recién formadas. Estos cristales distorsionados se vuelven a disolver en el agua y no forman incrustaciones en equipos críticos. Como se muestra a continuación, los cristales distorsionados no exhiben ninguno de los cristales en forma de aguja o planos que se muestran sin el inhibidor de incrustaciones polimérico. Además, la estructura es mucho más frágil, friable y no forma granos de cristal grandes.

Crecimiento ordenado de cristales en ausencia de un inhibidor de incrustaciones frente a cristales distorsionados en presencia de un inhibidor de incrustaciones polimérico

Uso de surfactantes (agentes tensioactivos) para controlar la deposición y el ensuciamiento

Una ventaja de eliminar o controlar la deposición o el ensuciamiento puede ser la incapacidad de los polímeros para penetrar en el depósito. Esto es especialmente cierto para los elementos orgánicos, aceites y grasas que ingresan al sistema. Estos materiales pueden unir los depósitos y evitar que estos se dispersen. La biopelícula es un aglutinante fuerte especialmente problemático.

Para eliminar estos materiales, el agua puede necesitar la ayuda de agentes tensioactivos o surfactantes. Los surfactantes se clasifican en aniónicos, catiónicos y no iónicos. Los surfactantes no iónicos se utilizan normalmente para eliminar los depósitos de aceite y grasa. También se prefieren los surfactantes no iónicos debido a la baja interacción con los dispersantes cargados y coagulantes, así como su tendencia generalmente baja a la formación de espuma y a efectos acuáticos.

El personal técnico experto de ChemTreat trabaja con nuestros experimentados especialistas en tratamiento de agua para resolver los desafíos de tratamiento de agua de nuestros clientes. Comuníquese con nosotros hoy mismo para programar una consulta.

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