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

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

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

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

Las torres de enfriamiento arrojan agua constantemente en cascada para eliminar los contaminantes transportados por el aire de la atmósfera y llevarlos al sistema de enfriamiento. Estos sistemas también pueden contaminarse por la entrada de agua o por los sólidos arrastrados como resultado de los procesos de corrosión. Muchas torres de agua de enfriamiento 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 limpios para permitir una eliminación eficaz del calor del proceso. El ensuciamiento 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 para 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 recolectan? Si el método de filtración en el lugar requiere solo 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 partículas de 50 micrones o más pequeñas). no tendrá un impacto adverso en el proceso o el equipo). Por el contrario, si el elemento filtrante se carga rápidamente o requiere una limpieza manual frecuente, un sistema automático debe tener prioridad.

■ ¿Qué grado de filtración se necesita? Un análisis de distribución de tamaño de partículas, o PSD, puede determinar el tamaño y el rango de partículas representativas de un sistema de agua de enfriamiento dado. Determinar el rango de tamaño de partícula 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/ft 2 ). Además, ¿la presión y el flujo serán constantes 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 colador duradero sin mantenimiento o ambos, vale la pena invertir tiempo para explorar la gama completa de opciones, ya que la solución de filtración industrial adecuada puede rendir dividendos durante años.

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

Las ventajas de la filtración automática incluyen la reducción de la pérdida de agua y el uso de energía, la lucha contra el ensuciamiento y la corrosión de 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 las medidas de cumplimiento de la industria/ambientales.

Los coladores y filtros industriales realizan esencialmente la misma función, pero los filtros pueden eliminar partículas de un tamaño mucho más pequeño. La regla general es: "Si no puedes verlo, no puedes filtrarlo". 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 el proceso debe cerrarse o el colador/filtro debe pasarse por alto durante el mantenimiento. Como ninguno de los escenarios es óptimo, esto a menudo inicia la búsqueda de un filtro autolimpiante. Hay dos diseños estándar de filtración automática: 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 que alcanza un valor predeterminado, momento en el cual 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 los sólidos grandes no deseados de la corriente de enfriamiento. A menudo, esta solución se pagará 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 corrigen a sí mismos durante y después de las alteraciones. Durante condiciones adversas, el filtro comenzará a retrolavar 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.

Por lo general, este tipo de filtro se usa 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 preprogramado 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 de anulación de presión diferencial confiable es fundamental para cualquier sistema de filtración que funcione bien). Luego, los desechos se depositan en la parte inferior 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 hacia afuera 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 mecánica (Figura 3) sean adecuados para eliminar partículas de más de 25 micras de diámetro. Algunos de estos filtros pueden manejar cargas de desechos más altas y ciclos de purga más frecuentes que los filtros automáticos convencionales. La mayoría también usa solo una pequeña cantidad de líquido filtrado para llevarse y desechar los desechos.

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 se acopla magnéticamente el disco de limpieza. A medida que el imán se mueve, el disco es arrastrado en estrecho contacto con el medio filtrante. Esta acción de raspado respalda un ciclo de limpieza completo a medida que se acumulan desechos en la parte inferior de la unidad. El bajo volumen descargado frente al 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 bombas de mayor tamaño para mantener el volumen y la presión de flujo adecuados.

Cuando se requiere una filtración aún más fina, se pueden considerar filtros de bolsa o 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, donde 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 que permite 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 simple. Hay muchos factores y enfoques a considerar, e incluso las 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 o proveedor de soluciones e involucrarlos desde el principio 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 depósitos potenciales, mejorando la eficiencia operativa del sistema de agua de refrigeración. La instalación de un filtro autolimpiante automático en un sistema de agua de enfriamiento, por ejemplo, puede proteger los intercambiadores de calor, las bombas, las válvulas y las boquillas de rociado, mientras elimina continuamente las partículas y proporciona un flujo continuo, incluso mientras el sistema se lava a contracorriente.

—Ulrico Latzes gerente global de productos, filtración industrial, para 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/filtration.

Comparte este artículo

Más noticias de O&M