Beneficios de la limpieza automatizada de tubos: ahorre energía y reduzca el tiempo de inactividad

Cómo la limpieza automatizada de tubos ahorra energía, reduce costos y prolonga la vida útil del intercambiador de calor

Todo tipo de instalaciones de carcasa y tubos se enfrentan periódicamente a un adversario insidioso: la contaminación. Las acumulaciones minerales, el desarrollo biológico y la incrustación se acumulan silenciosamente dentro de los intercambiadores de calor, restringiendo la transferencia de calor y aumentando los costos de energía mes tras mes. El Departamento de Energía de Estados Unidos se estiman las pérdidas relacionadas con la contaminación en la industria nacional en varios miles de millones de dólares cada año.

Los sistemas automatizados de limpieza de tubos atacan el problema en la fuente (evitando acumulaciones de depósitos antes de que puedan ocurrir, en lugar de esperar a un apagado programado para limpiar los tubos). Pero los tubos más limpios son sólo una parte de la ecuación. El menor consumo de energía, las menores paradas imprevistas y la mayor vida útil del equipo son los resultados finalmente mensurables de estos diseños. En los párrafos siguientes detallamos cómo se logran estas eficiencias, utilizando datos de la industria y experiencia directa del siglo y una década de experiencia en sistemas industriales del Grupo BOSHIYA.

¿qué causa la contaminación de los tubos en los intercambiadores de calor?

La contaminación de los tubos es la lenta acumulación de depósitos de material no deseado en las superficies de los tubos del intercambiador de calor, lo que crea una manta aislante que reduce el rendimiento de la transferencia de calor. Incluso el depósito más diminuto (tan solo 0,3 mm) producirá una reducción de 10% en la eficiencia del enfriador COP. A 0,6 mm la cifra se duplica a 20%.

Cuatro tipos de incrustaciones que atacan tus tubos

Las incrustaciones en intercambiadores de calor y condensadores se pueden clasificar en cuatro categorías, cada una con diferentes causas subyacentes y diferentes requisitos de limpieza:

• Escalado de minerales - Los compuestos de carbonato de calcio, sulfato de calcio y silicato cristalizan en el agua de refrigeración a medida que aumenta la temperatura. Estos depósitos cristalinos son muy resistentes a la eliminación y difíciles de desplazar con el tratamiento químico.
• La bioincrustación resulta de materiales biológicos (y algas, hongos y bacterias en particular) que se establecen en las superficies de los tubos. Estos cultivos producen biopelículas que actúan como aislantes. Las altas temperaturas y el agua de refrigeración rica en alimentos aceleran dicho crecimiento.
• La contaminación por partículas ocurre cuando partículas soportadas por agua de enfriamiento, como suciedad oxidada, limo y arena, se depositan en las superficies de los tubos. La perturbación de las áreas de la carcasa del tubo y las bajas velocidades de flujo son condiciones propicias para esto.
• La contaminación corrosiva tiene lugar cuando las reacciones químicas entre el material del tubo y la corriente del proceso crean depósitos de óxido y productos de corrosión, lo que disminuye en gran medida la transferencia de calor y la resistencia general del tubo.

Cómo funcionan los sistemas automatizados de limpieza de tubos

Un sistema de limpieza automática de tubos evita la suciedad durante el funcionamiento mediante ciclos de limpieza continuos, sin necesidad de apagados ni pérdida de potencia. Estos sistemas funcionan las 24 horas del día para que las superficies de los tubos se mantengan limpias sea cual sea la carga.

El Ciclo de Limpieza: Paso a Paso

1. Los cepillos de nailon o las bolas de goma esponjosa -gnes, cada uno de ellos de tamaño ligeramente mayor que el diámetro interior del tubo -, se cargan en una cesta de recogida alimentada por un circuito de flujo de agua.
2. Mediante inversión de dirección mediante una válvula o una bomba dedicada, cada bola o cepillo es impulsado a través de tubos individuales. Cada acción del elemento limpiador limpia la superficie interior a su paso.
3. En el extremo de salida, una cesta coladora para retener los medios de limpieza. La inversión del flujo de agua los envía a la cesta de entrada para su recirculación.
4. Un controlador lógico programable inicia ciclos de limpieza en intervalos predeterminados (normalmente entre 15 y 30 minutos en la mayoría de las instalaciones). Cada ciclo consume sólo segundos por tubo.

Los sistemas automáticos de limpieza de tubos de tipo cepillo emplean cepillos de nailon sostenidos en jaulas en los extremos del tubo. Cuando se vuelve a invertir el flujo de agua, cada cepillo se mueve de un extremo al otro del tubo, eliminando físicamente los depósitos de la superficie del tubo. En los sistemas tipo bola, las bolas de esponja ligeramente más grandes que el orificio del tubo se deforman en consecuencia durante cada pasada para limpiar la superficie de residuos.

“Nuestra división de Mantenimiento y Equipos ha mantenido haces de tubos en refinerías, plantas de energía e instalaciones de procesamiento químico durante más de un siglo. Pasar de la limpieza manual reactiva a la limpieza automatizada preventiva ha sido la mayor ganancia de eficiencia de mantenimiento del intercambiador de calor que hemos visto”

« Grupo BOSHIYA, División de Mantenimiento y Equipos

Para la limpieza provisional de haces de tubos -ñan cuando se tiran de los intercambiadores durante el mantenimiento de la rotación -ñan BOSH India fabrica equipo automatizado de limpieza de haces laterales de tubos con sistemas de 5 lanzas capaces de 1.500 barras. Estos recuperan más de 35% menos tiempo de inactividad que las operaciones de lanza manual y colocan a los operadores en una cabina remota para gestionar de forma segura las operaciones de limpieza.

Ahorro de energía y eficiencia en transferencia de calor

El ahorro de energía impulsa la propuesta comercial de limpieza automatizada de tubos. Los depósitos incrustantes tienen conductividades térmicas que oscilan entre 100 y 1.000 veces más bajas que los tubos metálicos sobre los que descansan Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU informes. Este aislamiento hace que los compresores y bombas funcionen por más tiempo, incurriendo en una penalización proporcional de energía eléctrica.

Como las superficies de los tubos permanecen libres de acumulación de suciedad, la eficiencia de transferencia de calor se mantiene cerca del valor de diseño. Su sistema de refrigeración no tendrá que agregar flujo de agua adicional ni aumentar la carga del compresor para reemplazar la caída en la conductividad térmica. Los datos de la industria muestran consistentemente que las instalaciones que utilizan sistemas automáticos de limpieza de tubos logran una reducción de 10 a 25% en las facturas de energía frente a las instalaciones que dependen de la limpieza manual periódica.

Un ejemplo documentado implica una importante instalación de refrigeración urbana que implementó un sistema automatizado de limpieza de tubos en los condensadores de refrigeración y logró una reducción de 7 millones de kWh en el consumo anual de energía (ahorros de costos superiores a $480.000 al año). Más de 3.500 horas de funcionamiento dieron como resultado una ventaja sostenida de eficiencia energética de 13%+ frente a la base de referencia contaminada -ñan Revista Mejores Prácticas de Refrigeración citar.

Reducción del tiempo de inactividad y menores costos de mantenimiento

La limpieza manual de tubos implica retirar y reemplazar equipos -, lo que generalmente requiere de 8 a 24 horas por operación. Un enfriador o condensador en funcionamiento en un proceso continuo significa que cada hora de apagado resulta en pérdida de producción, costos de energía de reinicio y gastos de mano de obra. Los sistemas de limpieza en línea eliminan esta necesidad de realizar ciclos limpiando los tubos durante la operación.

Los gastos de tiempo de inactividad por mantenimiento superan con creces la mano de obra de limpieza. Cuando se desactiva un enfriador en un hospital, centro de datos o planta de fabricación, el impacto se siente en toda la instalación: las cargas de enfriamiento se transfieren a sistemas secundarios (si existen), la calidad del producto se ve afectada e incluso se activan los sistemas de seguridad. Los sistemas de limpieza de tubos en línea eliminan estos costos al mantener el equipo en servicio mientras la limpieza se produce automáticamente dentro de los tubos.

Según nuestra experiencia en plantas industriales y equipos de refinerías de petróleo, el patrón líder de costos de cierre no planificado se presenta en instalaciones que carecen de un cronograma de limpieza continuo basado en el tiempo. Cuando un condensador se estropea más rápido de lo previsto, debido a cambios estacionales en la calidad del agua o procesos alterados, surge una brecha entre los períodos de mantenimiento que sólo puede abordarse con una automatización dedicada.

Vida útil extendida del equipo y menos reemplazos

La incrustación no sólo disminuye la eficiencia térmica sino que también acelera el deterioro físico de las superficies de los tubos. Los depósitos corrosivos se acumulan a lo largo de la pared del tubo. La incrustación biológica fomenta la corrosión por depósitos insuficientes.

La escala produce puntos calientes localizados responsables de la fatiga térmica y el deterioro de la integridad del tubo. Cada modo de falla acorta la vida útil de los intercambiadores de calor y condensadores, lo que genera mayores costos de reemplazo de capital.

La limpieza preventiva de los tubos evita que la suciedad llegue al punto de daño a la superficie; Mantener la limpieza del tubo de forma continua evita que los ciclos húmedo-seco y la concentración de depósitos agraven la corrosión. Los datos de campo de diversos procesos industriales que utilizan sistemas de limpieza automatizados lo demuestran continuamente cómo la limpieza automatizada protege los haces de tubos a largo plazo «extendiendo la vida útil del equipo en 15-25% en comparación con las unidades mantenidas manualmente.

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  La prevención continua de depósitos disminuye el desgaste de las superficies de los tubos
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  Los reemplazos de emergencia de tubos debido a fallas por corrosión caen drásticamente
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  El gasto de capital sigue siendo menor durante todo el ciclo de vida de los equipos de 10 a 20 años
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  El espesor de la pared del tubo se mantiene sin adelgazamiento localizado por ataques de depósito insuficiente

Los cálculos de recuperación se vuelven mucho más interesantes cuando se agregan costos de reemplazo. El reemplazo de un intercambiador de calor de carcasa y tubo único en una refinería por sí solo puede costar entre $200.000 y $500.000 dependiendo de la metalurgia y el tamaño. Simplemente extender el intervalo entre reemplazos en uno o dos años genera ahorros que amortizan con creces el costo de capital de un sistema de limpieza automático.

Métodos de limpieza de tubos automatizados versus químicos

Las instalaciones de limpieza de tubos de intercambiadores de calor deben seleccionar entre opciones mecánicas y de limpieza química. Hay ventajas y desventajas para cada uno en términos de eficacia, respeto al medio ambiente y factor molesto.

Las limpiezas químicas siguen siendo el medio más eficaz para eliminar las incrustaciones más difíciles y completamente establecidas, especialmente las extremas incrustaciones minerales resistentes que no se pueden eliminar mecánicamente. Las limpiezas químicas tienen problemas ambientales y de seguridad: los fluidos gastados requieren neutralización, contención y eliminación siguiendo los requisitos locales y de la EPA. Nuevamente, los productos químicos tienen el potencial de causar corrosión si la concentración de la mezcla química o la duración del contacto no se mantienen estrictamente Ingeniería Becht señaló.

Los programas de mantenimiento exitosos emplean los tres tipos de limpieza en varios pasos del ciclo de vida del equipo. La limpieza automatizada cubre la prevención diaria de incrustaciones; la limpieza química resuelve la acumulación de resina pesada en los cambios programados; y la limpieza mecánica vuelve a acercar los tubos a su estado original cuando se retiran los intercambiadores para su inspección.

Aplicaciones industriales: HVAC, centrales eléctricas y refinerías

La automatización de la limpieza de tubos opera en todos los sectores industriales más grandes que dependen de intercambiadores de calor, condensadores y enfriadores de carcasa y tubos. Los problemas de incrustaciones varían según la aplicación, pero el principio no cambia: el costo de hacerlo continuamente es menor que corregirlo periódicamente.

HVAC y refrigeración comercial

La limpieza de tubos de refrigeración constituye el uso más extendido de los sistemas automatizados. Durante la temporada de enfriamiento, los condensadores de enfriadores en edificios comerciales, hospitales y centros de datos funcionan sin cesar, provocando incrustaciones biológicas y incrustaciones minerales a través del agua de la torre de enfriamiento. Los sistemas HVAC con limpieza automatizada de tubos mantienen las temperaturas de aproximación del condensador dentro de 1 F de las especificaciones de diseño, lo que resulta en cargas mínimas del compresor y cargas de energía constantes.

Como la mayoría (~55%) de las sorpresas industriales se deben a bloqueos de tubos, el argumento comercial para la automatización de la limpieza de tubos de condensadores en sistemas HVAC es extremadamente ventajoso. Los datos de mercado corroboran la tendencia: el mercado global de sistemas de limpieza automática de tubos HVAC se valoró en $320 millones en 2012, creciendo a una tasa compuesta anual de 5,2% de 2007 a 2012 ñán, lo que indica una creciente penetración empresarial respaldada por las regulaciones del Mercado Energético Progresivo y el aumento vertiginoso de los precios de la electricidad.

Generación de energía

En las centrales eléctricas, la contaminación del condensador tiene un impacto negativo directo en el rendimiento de contrapresión de la turbina y en la producción eléctrica. Un aumento de 1F en la temperatura del condensador resulta en una pérdida de energía de 1-2%, un costo importante a escala de servicios públicos. Los sistemas de escobillas automatizados en los condensadores de las centrales eléctricas evitan la contaminación y el escalamiento en los circuitos de agua de refrigeración, mantienen constante la presión de vacío a niveles de diseño y la producción de MW.

Refinación de Petróleo y Procesamiento Petroquímico

Las refinerías experimentan algunos de los entornos de contaminación más crueles: los depósitos de crudo, la acumulación de asfaltenos y el escalado a alta temperatura hacen que los intercambiadores de calor que administran cientos de millones de BTU/h sean la norma. Durante la limpieza automatizada en línea se gestiona y controla el lado del agua de refrigeración. La división de Mantenimiento y Equipos de BOSHIYA proporciona alta presión sistemas automatizados de limpieza de haces de tubos para operaciones de respuesta, reducir el tiempo de limpieza y proteger a los operadores de los peligros del agua a alta presión.

En cada una de las industrias visitadas, la tendencia general es similar: aquellas instalaciones que utilizan la limpieza automatizada de tubos disfrutan de una reducción de costos de energía, menores gastos de mantenimiento y evitan paradas no planificadas durante su primer año de operación.

Preguntas frecuentes