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​Reaprovechamiento y ahorro de agua en circuito de refrigeración industrial

Por Jordi Ruiz | Doctor en Ingeniería Química | Departamento I+D+i | Adiquímica
Adiquimica PQ
Una vez optimizado el consumo de agua, pueden empezar a valorarse distintas estrategias para su ahorro y reaprovechamiento, en este caso del corriente de purga.
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En este caso de éxito se estudia la optimización del consumo de agua de aporte en una instalación de la Comunidad Valenciana con ocho condensadores evaporativos. En él, Adiquímica, en función de su experiencia en el sector y a su software propietario para la simulación de equilibrios químicos e iónicos Adic-Ionic ®, permite un reaprovechamiento de agua de purga de la instalación y genera un ahorro de agua de aporte superior al 27%.


Objetivos de un circuito de refrigeración para el ahorro de agua


El tratamiento del agua en un circuito de refrigeración industrial presenta los siguientes objetivos:


Mantener el circuito en condiciones nominales de intercambio de calor. La utilización de antiincrustantes y compuestos dispersantes evita la deposición, en forma de incrustaciones, de sales de baja solubilidad u óxidos metálicos que podrían ofrecer una resistencia al flujo de calor en las superficies de intercambio disminuyendo el rendimiento del sistema.


Evitar el desarrollo de procesos de corrosión metálica. La presencia de ciertas especies químicas disueltas en el agua puede llevar al deterioro de las superficies metálicas tanto de las líneas de circulación de agua como de los propios intercambiadores. 


El uso de inhibidores de corrosión específicos evita este tipo de procesos, alargando el tiempo de vida útil de la instalación y reduciendo los costes de mantenimiento del circuito.


Controlar el crecimiento microbiológico. Circuitos cerrados con elevados tiempos de residencia o circuitos semiabiertos en contacto con la atmosfera pueden sufrir procesos de contaminación microbiológica de distinta naturaleza. 


Algunos de estos procesos están relacionados con fenómenos de corrosión debidos a la generación de subproductos del metabolismo bacteriano o a la propia desaparición de algunos inhibidores de corrosión. 


El uso de productos de efecto biocida evita el crecimiento microbiológico, como por ejemplo la Legionella y sus efectos adversos en el circuito y, en algunos casos, en la salud de las personas.


En un circuito de refrigeración basado en un dispositivo de enfriamiento evaporativo como herramienta de disipación de calor, estos objetivos definidos anteriormente deben compatibilizarse con el del máximo ahorro posible en el consumo de agua. Sistemas basados en torres de refrigeración o en condensadores evaporativos presentan un cierto consumo de agua debido a la evaporación parcial del agua de recirculación y a las purgas de desconcentración salina que se aplican en el mismo.


El tratamiento químico aplicado y la estrategia de operación implementada deben permitir el máximo ahorro de agua posible en la instalación sin llegar a comprometer el rendimiento de intercambio de calor y la metalurgia del sistema. 


Una vez optimizado el consumo de agua desde la fase de diseño del propio tratamiento pueden empezar a valorarse distintas estrategias de ahorro y reaprovechamiento de agua, en este caso del corriente de purga.


Caso de estudio para el ahorro de agua

El caso presentado en este documento se basa en un circuito de climatización. Está ubicado en un centro logístico de almacenamiento y distribución de alimentos de la Comunidad Valenciana.


Cuenta con ocho condensadores evaporativos como elementos de disipación de calor. La composición del agua de aporte al circuito de refrigeración se detalla en la tabla 1. Las características de operación previas al estudio se detallan en la tabla 2.


Parámetro Valor Unidades
pH 7,7
Alcalinidad M 2,2 meq/L
[Ca] 71,3 mg/L
[Mg] 18,1 mg/L
[Cl] 46,3 mg/L
[NO3] 57 mg/L
[SO4] 63 mg/L
[PO4] 0 mg PO4/L


Tabla 1.- Composición analítica del agua de reposición del circuito de refrigeración motivo de estudio.


Parámetro Valor Unidades
Caudal recirculación 1480 m3/h
Salto térmico 5 ºC
Evaporación 9,68 m3/h
Aporte 20,1 m3/h
Purga 9,68 m3/h
Otros 0,74 m3/h
Factor de concentración 2
Consumo anual de agua 131300 m3/año


Tabla 2.- Operación del circuito de refrigeración previa al estudio de optimización de consumos de agua. Ahorro de agua por optimización del factor de concentración


El software propietario Adic-Ionic® permite, a diferentes regímenes simulados de operación, calcular la distribución de especies químicas en el agua de recirculación de un circuito de enfriamiento evaporativo. 


Esto es posible a partir de la composición analítica del agua de reposición al mismo. El uso de esta herramienta es imprescindible para simular el comportamiento del agua en el circuito y la predicción de los potenciales de incrustación de determinadas sales, entre ellas el carbonato de calcio (CaCO3) y el fosfato de calcio (Ca3(PO4)2). De esta forma, es posible la evaluación y validación de posibles estrategias operativas antes de su implementación en campo.


A partir de Adic-Ionic y la composición analítica del agua de reposición al circuito detallada en la tabla 1, se determina que, con un tratamiento químico adecuado, es posible operar a un factor de concentración superior al actual antes de empezar a detectar problemáticas de distinta naturaleza en el circuito.


Las figuras 1, 2 y 3 muestran los porcentajes alcanzados de los índices de sobresaturación máximos admisibles para las especies salinas de mayor susceptibilidad de precipitación en este tipo de circuitos. En concreto:


La figura 1 muestra los valores alcanzados en ausencia de tratamiento para un factor de concentración de 2 unidades.


La figura 2 muestra estos mismos valores con un tratamiento químico en base a Adiclene 1221 a 2 ciclos de concentración.


La figura 3 muestra los porcentajes alcanzados de los índices de sobresaturación a 3.15 ciclos de concentración con un tratamiento químico en base a Adiclene 1221.

Fig 1


Figura 1.- Porcentajes alcanzados de los índices de sobresaturación máximos admisibles para CaCO3, Mg(OH)2, Zn(OH)2, Ca3(PO4)2, CaSO4 y MgCO3 a las condiciones simuladas del agua de recirculación, factor de concentración 2 y temperatura de 45 ºC. Sin tratamiento químico.

Fig 2


Figura 2.- Porcentajes alcanzados de los índices de sobresaturación máximos admisibles para CaCO3, Mg(OH)2, Zn(OH)2, Ca3(PO4)2, CaSO4 y MgCO3 a las condiciones simuladas del agua de recirculación, factor de concentración 2 y temperatura de 45 ºC. Con tratamiento en base a Adiclene 1221.

Fig 3


Figura 3.- Porcentajes alcanzados de los índices de sobresaturación máximos admisibles para CaCO3, Mg(OH)2, Zn(OH)2, Ca3(PO4)2, CaSO4 y MgCO3 a las condiciones simuladas del agua de recirculación, factor de concentración 3.15 y temperatura de 45ºC. Con tratamiento en base a Adiclene 1221.


Tal como se observa en las figuras anteriores, mediante un tratamiento con Adiclene 1221 es posible aumentar el factor de concentración actual fijado en 2 hasta 3.15, con una repercusión importante en el consumo anual de agua en la instalación. 


Los valores de operación se muestran en la tabla 3. La implementación de estas nuevas condiciones supone un ahorro de aproximadamente un 27% en el consumo de agua en la instalación.


Parámetro Valor Unidades
Caudal recirculación 1480 m3/h
Salto térmico 5 ºC
Evaporación 9,68 m3/h
Aporte 14,63 m3/h
Purga 4,5 m3/h
Otros 0,74 m3/h
Factor de concentración 3.15
Consumo anual de agua 95592 m3/año
Ahorro de agua respecto actual 27,2 %


Tabla 2.- Operación del circuito de refrigeración a las nuevas condiciones en base a las proyecciones hechas con Adic-Ionic.


Medidas de para el reaprovechamiento de agua

Como medida de aprovechamiento de agua en el centro, se plantea el uso del agua de las purgas del sistema de refrigeración en los fluxores de los aseos. 


Dado el tratamiento biocida implementado en el sistema de refrigeración, no obstante, es necesario neutralizar el principio activo utilizado previo a reutilizar el agua. Esto supone la instalación de una estación específica de tratamiento. 


El esquema de la estación se detalla en la figura 4.



Fig 4


Figura 4.- Estación de tratamiento de purgas de refrigeración para su uso en fluxores.


Tal como se detalla en la figura 4, las purgas de los distintos dispositivos de enfriamiento evaporativo se conducen a un depósito pulmón contabilizándose a través de un contador con emisor de impulsos. La neutralización del principio activo biocida se realiza a dos niveles:


Primera etapa de neutralización en base al volumen de agua aportado al depósito de purgas.


Etapa de neutralización de afino. El agua del depósito se recircula y se efectúa una medición en continuo del principio activo biocida. Los valores detectados alimentan un lazo de control en el que una bomba dosificadora de neutralizante específico se pone en marcha a la frecuencia necesaria para el proceso de neutralización.


Conclusiones

Todo estudio de reaprovechamiento del agua en un circuito de refrigeración debe responder en primer lugar a la siguiente pregunta. ¿Está el circuito operando a los ciclos de concentración óptimos en función de las características del sistema y a la composición del agua de reposición?


La operación óptima de un circuito de refrigeración es aquella que permite un consumo mínimo de agua de reposición sin llegar a comprometer las características nominales de intercambio de calor ni la metalurgia de las zonas de mayor criticidad.


En este sentido, la implementación de las proyecciones realizadas a partir del software Adic-Ionic en función de las características del circuito ha permitido una reducción del 27% en el consumo de agua de reposición del sistema. 


Esta reducción es posible gracias a la operación a un mayor factor de concentración y a un tratamiento químico en base al producto Adiclene 1221.


La neutralización, en la corriente de purga, del principio activo biocida dosificado en el circuito de refrigeración permite la utilización del agua de purga en los fluxores


Esto significa un ahorro en el consumo global del centro a partir de la reutilización de un agua que en prinbcipio quedaba descartada. En este caso es necesaria la implementación de un sistema de neutralización adaptado al tipo de biocida utilizado.


Por Jordi Ruiz | Doctor en Ingeniería Química | Departamento I+D+i | Adiquímica


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