Torres de enfriamiento en minería: incrustación y biofilm

El tratamiento de torres de enfriamiento en minería tiene una restricción que no existe en otras industrias: el agua es escasa y cara, de modo que bajar la purga no es una mejora de eficiencia sino una necesidad operativa. Subir ciclos de concentración exige, a la vez, controlar incrustación, corrosión y biofilm en un agua que ya viene dura y con sílice. Este artículo ordena ese programa. Este artículo parte de los criterios generales de biofilm y Legionella.

Qué son la incrustación y el biofouling y por qué aparecen en torres de planta concentradora

Definición y química del problema

Una torre de enfriamiento concentra: evapora agua pura y deja atrás todas las sales. El número de veces que se concentra el agua respecto del aporte son los ciclos de concentración, y son el parámetro que gobierna todo el resto.

Al subir ciclos aparecen tres problemas simultáneos. La incrustación, cuando carbonato de calcio, sulfato de calcio o sílice superan su solubilidad. La corrosión, que ataca aceros y aleaciones de cobre y se agrava bajo depósitos. Y el biofouling, porque una torre es un reactor tibio, aireado y con polvo y materia orgánica: condiciones ideales para el biofilm.

Los tres se retroalimentan: el depósito protege a las bacterias, el biofilm favorece la corrosión localizada y los productos de corrosión aportan superficie para nuevos depósitos.

Valores típicos en torres de planta concentradora (mg/L)

En faenas de altura el agua de aporte suele ser dura y con sílice elevada, y la evaporación es alta por la baja humedad relativa. El límite práctico de ciclos lo suele fijar la sílice: el programa químico debe declarar hasta qué concentración protege.

Cómo se detecta en planta: análisis e indicadores de campo

• Ciclos de concentración calculados por relación de cloruros o de conductividad entre agua circulante y aporte.
• Dureza, alcalinidad, sílice, cloruros, sulfato y pH en aporte y en circulante.
• Cupones de corrosión de acero al carbono y de cobre, con velocidad de corrosión en mm/año.
• Recuento microbiológico y observación de biofilm en superficies y en la bandeja.
• Indicadores de campo: aproximación térmica creciente, depósitos en relleno y distribuidores, olor, agua turbia en bandeja.

Causas: de dónde viene el problema

Agua de aporte dura y con sílice

Si el aporte ya viene cerca del límite, cualquier ciclo adicional lo cruza. En muchas faenas el agua disponible es de pozo, con dureza y sílice altas, y no hay alternativa de fuente.

Alta evaporación y pocos ciclos de purga

La combinación de baja humedad y alta radiación en altura aumenta la evaporación y, con ella, la velocidad de concentración. Operar con purga alta resuelve la química pero consume el agua que no sobra.

Polvo y materia orgánica que alimentan el biofilm

Una torre a cielo abierto en zona de movimiento de material lava el aire: incorpora polvo mineral y materia orgánica que sedimentan en la bandeja y alimentan el crecimiento biológico.

Consecuencias operativas y costos

Impacto sobre equipos, proceso y producto

Una capa delgada de incrustación en un intercambiador degrada la transferencia térmica y obliga a subir el caudal o a aceptar mayor temperatura de proceso. El biofilm hace lo mismo con menos espesor. La corrosión bajo depósito perfora tubos y genera paradas no programadas.

Riesgo normativo y de descarga

La purga es un efluente sujeto al permiso que otorgue la autoridad provincial en el marco de la Ley 24.585. Dos parámetros merecen atención: el fósforo, cuando el programa químico usa fosfatos o fosfonatos, y los metales —cobre, sobre todo— liberados por corrosión y por biocidas cúpricos. Corresponde consultar el límite aplicable para cada parámetro.

Existe además un riesgo sanitario: las torres son un ambiente propicio para bacterias asociadas a aerosoles, lo que hace del control microbiológico una cuestión de seguridad además de un tema de eficiencia.

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

Agua de reposición, energía adicional por menor eficiencia térmica, químicos, limpiezas químicas con parada de circuito y reposición de intercambiadores. En zona de estrés hídrico, el agua suele ser la partida que más pesa.

Tratamiento de torres de enfriamiento en minería: soluciones convencionales y sus límites

Programas con fosfonatos: aporte de fósforo a la purga

Son efectivos y muy usados, pero aportan fósforo al efluente —parámetro regulado en varias jurisdicciones— y ese mismo fósforo es nutriente del crecimiento biológico dentro del propio circuito.

Cloración continua: corrosión y subproductos

Controla bien la población libre, pero penetra mal el biofilm, ataca aceros y aleaciones y genera subproductos de desinfección. Su potencial de oxidación es de 1,36, menor que el de otros oxidantes disponibles. La alternativa Watch Water® correspondiente es el tratamiento I-SOFT NB.

Purga alta: consumo de agua en zona de estrés hídrico

Funciona químicamente y es insostenible operativamente: es cambiar agua por simplicidad, justo donde el agua es el recurso crítico.

Solución Watch Water: I-SOFT® NB, BIOXIDE®, I-SOFT DESCALER®

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

La gama INSTANT I-SOFT®, químicos instantáneos en polvo sin fosfatos ni fosfonatos, incluye la variante NB para torres de enfriamiento, aire acondicionado e intercambiadores. Combina cuatro funciones en un solo polvo: antiincrustante de tecnología avanzada, dispersante de sólidos y depósitos, inhibidor de corrosión con toliltriazol —específico para cobre y aleaciones— y biocida no oxidante de rápida activación, biodegradable y no persistente, que no ataca los metales del circuito.

El fabricante declara protección frente a incrustaciones de sílice y sulfato hasta 300 mg/L de SiO₂ en el agua de repuesto. Las condiciones de dosificación publicadas para circuito abierto son de 60 mL/m³ o 40 mL/m³ de solución al 5% —equivalentes a 120 y 80 mg/L— con pH de trabajo de 8 a 8,5 y 5 mg/L de toliltriazol. La aplicación general indicada es de 50 mL/m³ de carga de agua en solución al 5%.

Un dato que conviene leer con atención: la ficha técnica señala que el agua de suministro al sistema de enfriamiento debería haber sido suavizada previamente. Es decir, el programa químico no reemplaza al acondicionamiento del aporte cuando la dureza es muy alta.

La ventaja logística es concreta para una faena remota: el producto viene en polvo instantáneo y 5 kg rinden 100 litros de solución al 5%. Dos cajas de 20 kg equivalen a 800 litros de un químico convencional.

BIOXIDE®: mecanismo de acción y qué resuelve

BIOXIDE®, el biocida verde no corrosivo con surfactante, es bactericida, fungicida y alguicida. Su diferencial es la combinación de acción biocida con acción surfactante: el surfactante penetra y desprende la biopelícula que protege a los microorganismos, permitiendo que el biocida alcance las células. Es no corrosivo, a diferencia de los biocidas oxidantes clorados que atacan aceros e intercambiadores.

La documentación disponible describe el mecanismo y el espectro cualitativo, pero no publica dosis ni tiempos de contacto: esos valores deben consultarse al servicio técnico antes de definir el programa.

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

INSTANT I-SOFT DESCALER®, el desincrustante ácido en polvo con indicador visual de fuerza, se usa cuando la incrustación ya se formó. Combina ácido, agente quelante, inhibidor de corrosión que protege el metal base durante el ataque y un indicador visual que muestra cuándo la solución está agotada, evitando sobredosificar o cortar la limpieza antes de tiempo. Limpia, desoxida y desinfecta en una sola operación, sobre torres, intercambiadores, condensadores, calderas y tuberías.

Es un producto ácido: requiere elementos de protección personal, procedimiento de trabajo y neutralización y disposición controladas del efluente de limpieza.

Tren de tratamiento recomendado y orden de las etapas

1. Diagnóstico: análisis de aporte y circulante, ciclos reales, cupones de corrosión y estado microbiológico.
2. Limpieza inicial con el desincrustante ácido si hay depósito acumulado: no tiene sentido arrancar un programa sobre superficies incrustadas.
3. Acondicionamiento del aporte cuando la dureza o la sílice están por encima de lo que el programa puede sostener.
4. Programa continuo con el producto multifuncional en polvo, dosificado en solución al 5%.
5. Control microbiológico complementario con el biocida verde cuando el biofilm lo exige, con dosis definida por servicio técnico.

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

• No protege por encima de 300 mg/L de sílice en el agua de repuesto: ese es el techo declarado para esta variante.
• No reemplaza el acondicionamiento del aporte. La ficha indica que el agua de suministro debería haber sido suavizada previamente.
• No hay dosis publicada para el biocida verde en la documentación disponible: se define con servicio técnico.
• El desincrustante no es inocuo: es un producto ácido, con exigencias de manipulación, neutralización y disposición.

Parámetros de diseño y dosificación

Análisis de agua requerido antes de dimensionar

Del aporte y del circulante: dureza cálcica y total, alcalinidad, sílice, cloruros, sulfato, conductividad, pH, hierro, cobre, sólidos suspendidos y temperatura. Además: caudal de circulación, volumen del circuito, evaporación estimada, purga actual y ciclos reales.

Dosificación del programa

Puesta en marcha, control analítico y mantenimiento

El programa se pone en marcha después de la limpieza y se controla con una rutina fija: ciclos por cloruros o conductividad, pH, dureza y sílice del circulante, residual de inhibidor, velocidad de corrosión por cupones y seguimiento microbiológico. La limpieza química se repite por resultado —aproximación térmica y presión diferencial— y no por calendario.

Ejemplo típico de aplicación

Programa combinado en circuito abierto de planta concentradora

Como ejemplo típico: la torre de una planta concentradora del NOA que opera con agua de pozo dura y con sílice cercana al techo del programa, con ciclos bajos por temor a la incrustación y consumo de agua de reposición que la faena no puede sostener. El planteo combina limpieza inicial, acondicionamiento del aporte, programa multifuncional sin fosfatos y control microbiológico complementario.

Qué se mide antes y después

Ciclos de concentración reales, consumo mensual de agua de reposición y de purga, sílice y dureza del circulante, velocidad de corrosión en cupones de acero y de cobre, recuento microbiológico y aproximación térmica de los intercambiadores.

Qué se puede y qué no se puede extrapolar

Se pueden extrapolar las dosis publicadas y el rango de pH de trabajo. No se puede extrapolar el número de ciclos alcanzable: depende de la química del aporte, y la sílice del agua de repuesto es el techo declarado del programa.

Próximo paso: análisis de agua y cotización

Qué datos enviar a GWC

• Caudal de circulación, volumen del circuito y evaporación estimada.
• Análisis de aporte y de circulante, con dureza, alcalinidad, sílice, cloruros y conductividad.
• Ciclos de concentración actuales y consumo de agua de reposición.
• Materiales del circuito, en especial presencia de aleaciones de cobre.
• Programa químico actual y límites de vertido aplicables a la purga.

Ensayo de laboratorio y prueba piloto en sitio

Con el análisis de aporte y circulante se define la dosis inicial y el techo de ciclos. El ajuste fino se hace con seguimiento de campo durante las primeras semanas: cupones, residual y control microbiológico. Un caso comparable, útil para contrastar, es torres de enfriamiento en refinería, programa integral.

Si el mismo circuito alimenta generación de vapor, conviene ver el artículo sobre sílice en calderas de planta minera; y para la estrategia sin sal, el de prevención de incrustaciones sin sal en minería. En el blog hay notas sobre sistemas de agua de refrigeración y sobre optimización del agua de proceso.

Envíenos los análisis y los datos del circuito: le proponemos el programa, la dosificación y el plan de control. Para el cuadro general del contaminante puede consultarse biofilm y Legionella en torres, control y verificación.

Solicite asesoramiento técnico a GWC