Factores de ensuciamiento en intercambiadores de calor

Estos factores son normalmente proporcionados por el cliente basándose en su experiencia con el funcionamiento de su planta en producción o proceso, pero si éstos no son definidos o acotados apropiadamente dentro de ciertos niveles pueden hacer totalmente inútil la labor del ingeniero por muy hábil que sea en el diseño del intercambiador. El factor de ensuciamiento representa la resistencia teórica al flujo de calor debido a la acumulación de una capa de suciedad u otra sustancia o cualquier otra sustancia en uno o los dos lados de las superficies del tubo, pero a menudo se ‘engordan’ por el usuario final en un intento de minimizar la frecuencia de las paradas para limpieza del intercambiador. En realidad, esta práctica puede, si no se seleccionan correctamente, conducir a una mayor frecuencia de las paradas para limpieza.

Los mecanismos por los cuales se produce el ensuciamiento varían con la aplicación pero pueden ser ampliamente clasificados en cuatro tipos claramente identificables.

Tipos de ensuciamiento

• Ensuciamiento químico: en el que cambios químicos en el fluido causan que se deposite una capa de ensuciamiento sobre la superficie (interna o externa) de los tubos. Un ejemplo común de este fenómeno es la expansión en una olla o caldera causada por el depósito de sales de calcio en los elementos de calentamiento conforme la solubilidad de las sales disminuye cuando aumentamos la temperatura. Esto está fuera del control del diseñador del intercambiador de calor, pero puede ser minimizado controlando cuidadosamente la temperatura del tubo en contacto con el fluido. Cuando se produce este tipo de ensuciamiento, debe eliminarse mediante tratamiento químico o procesos mecánicos (cepillos de acero, taladros o incluso pistolas de agua a alta presión en algunos casos). 
• Ensuciamiento biológico: causado por el crecimiento de organismos en el fluido que se depositan en la superficie. Este tipo de ensuciamiento también está fuera del control del diseñador del intercambiador pero puede verse influido por la elección de los materiales ya que algunos, notablemente los latones no ferrosos, son venenosos para algunos organismos. Cuando se produce este tipo de ensuciamiento, debe eliminarse mediante tratamiento químico o procesos mecánicos abrasivos. 
• Ensuciamiento por depósito: en el que las partículas en el fluido se acumulan en la superficie cuando la velocidad cae por debajo de cierto nivel crítico. Esto está en gran medida bajo el control del diseñador ya que la velocidad crítica de cualquier combinación fluido/partícula puede ser calculada para permitir un diseño en el que la velocidad mínima sea siempre mayor que la crítica. Montar el intercambiador de calor verticalmente también puede minimizar los efectos ya que la gravedad tiende a llevar las partículas fuera del intercambiador lejos de la superficie de intercambio térmico incluso a bajos niveles de velocidad. Cuando se produce este tipo de ensuciamiento, debe eliminarse mediante procesos de cepillado mecánico. 
• Ensuciamiento por corrosión: en el que una capa producto de la corrosión se  acumula en la superficie del tubo, formando una capa extra, normalmente de material con un alto nivel de resistencia térmica. Mediante la elección adecuada de los materiales de construcción los efectos pueden ser minimizados ya que existe a disposición del fabricante de  intercambiadores un amplio rango de materiales resistentes a la corrosión basados en acero inoxidable. 

Tubos corrugados

Se ha demostrado que el uso de tubos corrugados es beneficioso para minimizar los efectos de al menos dos de estos mecanismos de ensuciamiento; ensuciamiento por deposición, debido a un mayor nivel de turbulencias generadas a velocidades más bajas y ensuciamiento químico, que se reduce debido a que los coeficientes mejorados de transferencia de calor producidos por el tubo corrugado dan temperaturas de la pared del tubo más cercanas a la temperatura del grueso del fluido.

 

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