Cómo subir los ciclos de concentración de una torre

Para aumentar ciclos de concentración en torres de enfriamiento hay que responder primero una pregunta que muchas plantas no tienen contestada: qué parámetro está limitando el ciclado. Se suele asumir que es la dureza o la conductividad, y en buena parte de las torres argentinas el limitante real resulta ser la sílice, que no se maneja con inhibidores de la misma forma. La discusión de fondo está en el análisis de prevención de incrustaciones sin sal.

Este artículo muestra cómo identificar el parámetro limitante, cómo cuantificar el ahorro de agua que produce cada ciclo adicional y qué alternativas existen cuando el problema es la sílice del agua de reposición.

Qué son los ciclos de concentración y por qué importan en torres de enfriamiento

Definición y química del problema

Una torre enfría evaporando agua. El agua que se va como vapor es pura: todas las sales quedan en el circuito y se concentran. El número de ciclos de concentración es la relación entre la concentración de un ion conservativo en el agua de torre y la del agua de reposición, y se mide en la práctica con la conductividad de ambas.

La purga existe para poner un techo a esa concentración. El balance de masa da una identidad simple: purga = evaporación / (N – 1), donde N es el número de ciclos. De ahí se deduce todo lo demás: cuanto más alto es N, menos purga se necesita y menos agua de reposición hay que comprar y tratar.

Valores típicos en torres de enfriamiento (mg/L)

El método para encontrar el limitante es directo: se toma el análisis del agua de reposición y se multiplica cada parámetro por el número de ciclos objetivo. El primero que supere su límite de operación es el que restringe el sistema. La documentación de INSTANT I-SOFT® NB indica que el producto sostiene operación sin formación de incrustaciones con sílice de hasta 300 mg/L en el agua de reposición, con un pH de trabajo de 8 a 8,5.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Controlador que purga por conductividad mientras la sílice del agua de torre ya está fuera de rango.
• Depósito blanco en el relleno o vítreo en los tubos del condensador.
• Consumo de agua de reposición desproporcionado respecto de la carga térmica.
• Aproximación térmica del intercambiador que se deteriora con el tiempo.
• Consumo de inhibidor creciente sin mejora en los indicadores.

Causas: de dónde viene el problema

Sílice que limita el ciclado antes que la dureza

La sílice tiene un límite de solubilidad que los inhibidores desplazan solo parcialmente, y su precipitado es el depósito más difícil de remover. En aguas de pozo del noroeste argentino y de zonas volcánicas, la sílice del aporte ya es alta y el margen de ciclado se agota rápido.

Dureza y alcalinidad del agua de reposición

Calcio y alcalinidad combinados generan carbonato de calcio, el depósito clásico de torre. Se manejan bien con inhibidor de umbral y control de pH, pero imponen un techo cuando el agua de aporte es muy dura y el circuito trabaja con temperaturas de piel elevadas.

Cloruros y corrosión al concentrar

Ciclar alto también concentra cloruros, que atacan los aceros inoxidables por picadura y corrosión bajo tensión. En circuitos con inoxidables, el cloruro puede terminar siendo el verdadero limitante, aun con la incrustación bajo control.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

Operar con ciclos bajos no daña el equipo, pero cuesta: más agua comprada, más agua purgada, más químico dosificado sobre un volumen mayor. Operar con ciclos altos sin controlar el parámetro limitante sí daña: incrustación en relleno y condensadores, pérdida de aproximación térmica y caída de capacidad del proceso que la torre refrigera.

Riesgo normativo y de descarga

La purga es un efluente y se evalúa contra el límite de vertido aplicable de la jurisdicción: ADA en provincia de Buenos Aires, ACUMAR en la cuenca Matanza-Riachuelo, o la resolución provincial correspondiente. Dos parámetros suelen ser críticos: el fósforo, cuando el programa usa fosfonatos, y el cobre, liberado por corrosión del propio circuito. Conviene verificar el límite vigente antes de definir el programa químico.

Costo total: OPEX, paradas no programadas y reposición de activos

La cuenta incluye el agua de reposición, el tratamiento de esa agua, el químico dosificado, la energía perdida por transferencia degradada y, en regiones con estrés hídrico o con permisos de captación acotados, el valor estratégico de cada metro cúbico que no se consume.

Soluciones convencionales y sus límites

Solo antiincrustante: tope en la solubilidad de la sílice

Un buen inhibidor de umbral extiende el rango de operación sobre carbonatos y sulfatos, pero frente a la sílice el margen es mucho menor. Subir la dosis más allá de cierto punto no corre el límite: solo aumenta el costo del programa.

Ablandamiento con resina: sodio y cloruros en la purga

Ablandar el agua de reposición saca calcio y magnesio, pero deja sodio, no toca la sílice y agrega una descarga salina de regeneración al efluente. Donde hay límites a la descarga de cloruros, la solución crea un problema nuevo.

Purga alta: consumo de agua y de químico

Es la estrategia por defecto de muchas instalaciones: purgar de más para no tener problemas. Funciona, pero es exactamente lo contrario de lo que se busca, y multiplica el consumo de agua y de inhibidor.

Solución Watch Water: Trappsorb®, SilicaTrapp® e I-SOFT® NB

Trappsorb®: mecanismo de acción y qué resuelve

Trappsorb®, las perlas activadas de MgO y CaO para sílice, boro y fosfatos, ataca el problema donde conviene: en el agua de reposición. Trabaja por fisisorción sobre una estructura de macroporos única, activada térmicamente a 400 °C, y su aplicación estrella es la remoción de sílice. En torres, la documentación del fabricante le atribuye aumento del número de ciclos de concentración, menor ensuciamiento y menor consumo de agua y de inhibidores. En paralelo neutraliza el pH y aporta calcio y magnesio.

SilicaTrapp®: mecanismo de acción y qué resuelve

SilicaTrapp®, el proceso de dos etapas que remueve hasta el 70% de la sílice, es la forma completa de aplicar ese principio: un lecho de Trappsorb® con tiempo de contacto de 6 minutos seguido de una filtración con Crystolite®, el medio granular de 0,5 micras que retiene los productos de la reacción. Según la química del agua, el proceso remueve hasta un 70% del contenido total de sílice, reactiva y coloidal.

I-SOFT® NB: mecanismo de acción y qué resuelve

INSTANT I-SOFT® NB, el tratamiento de torres con biocida no oxidante, cubre el circuito. Es un polvo instantáneo con cuatro funciones: antiincrustante sin fosfatos ni fosfonatos, dispersante de sólidos y depósitos, inhibidor de corrosión con toliltriazol específico para cobre y aleaciones, y un biocida no oxidante de rápida activación a base de PAA/DBNPA, biodegradable, no persistente y que no ataca los metales del circuito.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Identificar el limitante multiplicando cada parámetro del aporte por los ciclos objetivo.
2. Si es sílice: remoción externa con el tren Trappsorb® + Crystolite® sobre el agua de reposición.
3. Acondicionamiento del aporte según indica la ficha del producto de circuito.
4. Programa interno con I-SOFT® NB dosificado sobre el agua de reposición.
5. Control de purga por conductividad, con verificación periódica del parámetro limitante.

Qué NO hace el producto (límites declarados por el fabricante)

• SilicaTrapp® remueve hasta el 70% de la sílice: no la elimina y el porcentaje depende de la química del agua.
• La ficha de I-SOFT® NB indica que el agua de suministro al sistema de enfriamiento debería haber sido acondicionada previamente: el producto de circuito no reemplaza al tratamiento externo.
• Ningún inhibidor corre el límite de solubilidad de la sílice más allá del rango declarado: para eso hay que removerla.
• Trappsorb® eleva el pH y aporta calcio y magnesio; ese efecto debe contemplarse en el balance del circuito.
• Subir ciclos sin controlar cloruros puede trasladar el problema de la incrustación a la corrosión de los inoxidables.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Análisis completo del agua de reposición y del agua de torre: dureza, alcalinidad, sílice total y reactiva, sulfatos, cloruros, conductividad, pH, hierro, cobre, fósforo, materia orgánica y recuento bacteriano. Además, caudal de circulación, carga térmica, caudal de evaporación estimado y número de ciclos actual.

Dosificación: mL/m³ y parámetros de control

La aplicación general documentada es de 50 mL/m³ de solución al 5% sobre la carga de agua, y la solución se prepara disolviendo 5 kg de polvo en 100 litros. Para la etapa de remoción de sílice, los parámetros de diseño son los del proceso SilicaTrapp®: Trappsorb® con 6 minutos de contacto, velocidad de servicio de 4 a 6 gpm/pie² y retrolavado de 20 a 22 gpm/pie²; Crystolite® con lecho de 75 a 120 cm, servicio de 8 gpm/pie² y retrolavado de 8 a 10 gpm/pie².

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

El ciclado se sube por etapas, no de golpe: se incrementa la consigna de conductividad, se verifica el parámetro limitante y recién entonces se avanza al escalón siguiente. El control de rutina incluye conductividad de torre y de reposición, sílice, dureza, cloruros, pH, toliltriazol, cobre y recuento bacteriano, más la inspección visual del relleno.

Caso de aplicación

Cálculo del ahorro de agua al pasar de un ciclado bajo a uno alto

Como ejemplo típico, una planta química del conurbano bonaerense con una torre abierta y agua de pozo de sílice elevada operaba con un ciclado bajo porque la sílice del agua de torre llegaba a su límite antes que la conductividad de consigna. El controlador purgaba por conductividad y el operador purgaba de más, manualmente, cada vez que la inspección mostraba depósito.

El cálculo del ahorro no requiere ningún dato del proveedor: con la identidad purga = evaporación / (N – 1), pasar de 2 a 3 ciclos reduce la purga a la mitad, y de 3 a 4 la lleva a dos tercios de ese nuevo valor. El ahorro marginal decrece con cada ciclo adicional, de modo que el análisis económico define hasta dónde conviene llegar.

Qué se midió antes y después

Ciclos reales (conductividad de torre sobre conductividad de reposición), caudal de reposición y de purga, sílice del agua de torre, consumo mensual de inhibidor, aproximación térmica del intercambiador y estado visual del relleno.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

La identidad de balance de masa es universal. El número de ciclos alcanzable, en cambio, es específico de cada agua: depende del parámetro limitante, de la temperatura de piel del intercambiador y de los materiales del circuito. El porcentaje de remoción de sílice se verifica con ensayo sobre el agua propia.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

Análisis completo del agua de reposición y del agua de torre, caudal de circulación, carga térmica, número de ciclos actual, programa químico vigente, materiales del circuito y límite de vertido aplicable a la purga. La guía que ordena todas las alternativas es incrustación sin sal, alternativa al ablandador de resina.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

Con esos datos se calcula el limitante, el ciclado alcanzable y el ahorro asociado, y se define si conviene una etapa de remoción externa. Para el resto del circuito de enfriamiento conviene leer biofilm y Legionella en torres y corrosión por oxígeno en calderas, además de los artículos existentes sobre refrigeración y agua de proceso.

Solicite su análisis de agua y cotización