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Sistemas de refrigeración por agua

Proteja su inversión en hornos de vacío con el equipo adecuado

El agua es uno de los conductores de calor térmico menos caros y más fácilmente disponibles en la Tierra, y es fundamental para la protección y el funcionamiento de su equipo de tratamiento térmico. Seleccionar el sistema de refrigeración por agua adecuado, conocer las impurezas del agua y mantener el sistema de refrigeración por agua correctamente puede evitar daños costosos en el horno de vacío.

Ipsen Vacuum Furnace with water system

Características del agua y del sistema

Existen varias configuraciones disponibles para los sistemas de refrigeración externa. Siempre que el agua y el sistema cumplan las especificaciones de transferencia de energía térmica que se indican a continuación, deberían funcionar según lo previsto, al tiempo que se evitan problemas de funcionalidad con el horno y el sistema de agua.

Características estándar del agua

  1. Dureza total como CaCO3 <100 ppm
  2. Sólidos disueltos totales <200ppm
  3. Conductividad - 300 micromhos por centímetro
  4. pH - 7,0 a 8,0
  5. Sólidos en suspensión <10 ppm

*Las características del agua deben comprobarse antes de instalar el equipo

Características del sistema

  1. Temperatura máxima de entrada - 29 °C (85 °F)
  2. Temperatura mínima de entrada: por encima del punto de rocío para evitar la condensación.
  3. Flujo según se especifica en las instrucciones de instalación del equipo
  4. Presión entre 40 y 90 psi*.
  5. Tuberías de suministro y drenaje para que, con el caudal nominal, haya una caída de 30 psi a través del equipo.*

*Depende del sistema

¿Qué sistema de refrigeración externa le conviene?

A la hora de elegir el sistema de refrigeración por agua adecuado, hay que tener en cuenta algunos aspectos:

  • ¿Cuál es el presupuesto?
  • ¿Qué tamaño de depósito y de intercambiador de calor se necesita? ¿O cuánta agua se necesitará por ciclo de enfriamiento?
  • ¿Deberá diseñarse el sistema para gestionar diferentes aplicaciones de ciclos de enfriamiento en función de los materiales procesados?
  • ¿Necesitará el sistema alojar varios hornos?
  • ¿Ha evaluado las necesidades actuales y futuras de su sistema de abastecimiento de agua?
  • ¿Cuál es la legislación medioambiental local?
  • ¿Cuáles son las opciones locales para el suministro de agua?
  • ¿Dispone ya su centro de un sistema de refrigeración por agua?

Configuraciones del sistema de refrigeración por agua

Los sistemas de refrigeración por agua pueden ser de circuito abierto o cerrado. En un sistema abierto, el agua refrigerante está expuesta al aire en desagües a la vista o en una torre de refrigeración, mientras que un sistema cerrado no tiene exposición ambiental. El sistema combinado abierto/cerrado es el tipo más común utilizado en las instalaciones de tratamiento térmico debido a su diseño eficiente que minimiza los residuos y reduce los costes de tratamiento del agua. A continuación se describen los cuatro tipos principales de sistemas de refrigeración por agua, cada uno con sus pros y sus contras. La elección de uno u otro dependerá de las necesidades de su empresa y de la ubicación de sus instalaciones.

Sistema Once Through

En un sistema de un solo paso, el agua pasa una vez por el equipo del horno de vacío y luego se desecha o se reutiliza en otros procesos. Este sistema es el menos costoso de instalar, pero requiere el acceso a una gran cantidad de agua limpia de ciudad o de pozo. Esto puede tener un coste prohibitivo, provocar más residuos y causar problemas medioambientales. El agua de este sistema no suele someterse a un tratamiento de dureza, lo que puede provocar su acumulación con el tiempo y una mayor necesidad de limpieza y descalcificación con productos químicos.

Sistema de recirculación de circuito abierto

El sistema de recirculación de bucle abierto bombea agua de forma continua a través de una torre de refrigeración abierta o un depósito sumidero. Se elimina una gran cantidad de calor a través de la vaporización del calor latente. El único agua que se pierde durante este proceso es el agua que se evapora. Esto hace que este sistema sea menos costoso que un sistema de un solo paso. Sin embargo, a medida que el agua se evapora, las impurezas tienden a concentrarse en la solución de agua, y los residuos pueden ser recogidos del aire. La concentración de impurezas puede controlarse regulando adecuadamente la cantidad de agua que se purga del sistema y encontrando un equilibrio que funcione dentro de las especificaciones de funcionamiento. Este sistema debe controlarse con frecuencia, ya que las condiciones ambientales pueden cambiar la cantidad de impurezas en el agua con el tiempo.

Sistema de recirculación de circuito cerrado

Los sistemas de recirculación en circuito cerrado con intercambiadores de calor agua-aire o agua-agua utilizan muy poca agua y tienen unos costes de tratamiento mínimos. Estos sistemas están limitados a climas más fríos, ya que la temperatura ambiente del aire debe ser lo suficientemente baja para enfriar el agua del sistema. Este tipo de sistema tiene muy poca descarga de agua, pero pueden existir problemas de incrustaciones y corrosión dependiendo de la calidad del agua utilizada. Puede ser beneficioso utilizar agua destilada o de ósmosis inversa (OI) para reducir las incrustaciones y la corrosión. Si es necesario añadir anticongelantes o inhibidores de corrosión al agua de recirculación, se recomiendan el etilenglicol y los inhibidores de baja conductividad (dependiendo de la ubicación).

Closed Loop Recirculating Water System Diagram

Sistema de bucle abierto/cerrado

El sistema de circuito abierto/cerrado es el tipo más común de sistema de refrigeración por agua en instalaciones con hornos de vacío. Este sistema combina un sistema abierto con una torre de refrigeración, un estanque de pulverización, un condensador evaporativo o un sumidero y un sistema cerrado para el horno. El sistema cerrado utiliza un intercambiador de calor para transferir el calor generado por el horno al sistema abierto. El eficiente diseño permite añadir y tratar agua sin afectar a la mezcla de agua y etilenglicol en el circuito cerrado. Como se necesita menos agua, los costes de tratamiento son menores y el mantenimiento es más sencillo. Sin embargo, las incrustaciones y la corrosión pueden seguir siendo un problema si el agua utilizada en el sistema cerrado tiene impurezas.

Open Loop Recirculating Water System Diagram

Antes de seleccionar un sistema, Ipsen recomienda consultar al ingeniero de su planta o a un experto en tratamiento de aguas para obtener información sobre posibles fuentes de agua y análisis; de este modo se garantiza la selección del equipo adecuado y la puesta en marcha de un programa eficaz de tratamiento de aguas.

Impurezas del agua y sistemas de refrigeración por agua

Como disolvente universal, el agua contiene muchas impurezas, como gases y sólidos orgánicos o inorgánicos. Estas impurezas pueden dañar su sistema de agua si no se toman las precauciones adecuadas.

  1. Dureza: El agua disuelve las sales de magnesio y calcio del suelo para crear agua dura. A medida que el agua dura se desplaza por el sistema de agua, puede depositar estas sales y crear acumulaciones. Una concentración elevada de estas sales también puede aumentar la conductividad del agua.
  2. Sólidos en suspensión: Los sólidos (por ejemplo, la arena) no se disuelven en el agua. Debido al movimiento turbulento del agua, los sólidos pueden quedar suspendidos y luego depositarse en el sistema de agua. Esto puede causar obstrucciones y reducir la transferencia de calor. Los sólidos en suspensión pueden eliminarse mediante filtración.
  3. Acidez: El agua puede contener una gran cantidad de ácido mineral libre. Con el tiempo, este ácido corroerá las piezas del sistema de agua. Puede ser necesario un tratamiento con un agente alcalino.
  4. Alcalinidad: La alcalinidad es la capacidad del agua para resistir los cambios de pH neutralizando el ácido. Si el agua tiene una alcalinidad elevada, puede provocar la formación de incrustaciones. Puede ser necesario un tratamiento con un ácido.
  5. Limo y algas: El limo y las algas pueden formarse en sistemas abiertos. El limo y las algas son pequeños materiales biológicos (algas, hongos y bacterias) que se forman en superficies que entran frecuentemente en contacto con el agua. El crecimiento de organismos en las tuberías crea celdas de concentración diferencial de oxígeno que pueden provocar graves picaduras en las superficies metálicas. Normalmente se recomienda un tratamiento químico con cloro.
  6. Oxígeno disuelto: El oxígeno suele ser el principal responsable de la corrosión grave. Toda el agua que ha estado en contacto con la atmósfera contiene oxígeno disuelto. Los sistemas cerrados limitan la exposición del agua al aire, pero los abiertos pueden tener problemas por exceso de oxígeno. La desaireación directa puede realizarse mecánicamente o añadiendo productos químicos como sulfato sódico. Generalmente, la solución más económica es la adición de inhibidores de la corrosión.
  7. Corrosión: La corrosión se produce por la transferencia de electrones del agua de refrigeración a las piezas metálicas, lo que provoca picaduras y oxidación. Los gases disueltos, como el oxígeno o el dióxido de carbono, pueden acelerar este proceso. Suelen recomendarse inhibidores de la corrosión, siendo los más comunes las sales de cromato.

Consejos de mantenimiento para su sistema de refrigeración por agua

  1. Busque manchas en el exterior de la cámara. Esto podría indicar un tratamiento anterior de acumulación de agua dura que podría ser necesario de nuevo.
  2. Controle semanalmente la temperatura del agua de entrada y de salida para asegurarse de que el sistema de refrigeración por agua se encuentra dentro de las temperaturas especificadas.
  3. Compruebe cada ruta de refrigerante semanalmente.
  4. Realice un lavado completo del sistema dos veces al año.
  5. Compruebe si hay otras manchas de óxido, ya que esto puede indicar una fuga lenta en la camisa de agua.
  6. Compruebe si el recipiente del horno de vacío está demasiado caliente. La mayoría de los hornos de vacío están diseñados para funcionar con una temperatura igual o inferior a 140 grados en la pared exterior. Cualquier temperatura superior a 140 grados indica un problema con el flujo de agua.
  7. Si observa que el agua de refrigeración ha disminuido al salir del sistema, puede deberse a una acumulación de óxido e incrustaciones. Puede utilizar un lavado químico para limpiar la acumulación.
  8. Si su intercambiador de calor está instalado en el exterior, es importante prepare su sistema de agua para el invierno. Puede añadir una concentración de etilenglicol/propilenglicol para proteger contra las temperaturas de congelación.
Vacuum furnace water pipe with buildup
La acumulación en su sistema de agua puede causar daños costosos a su horno de vacío.

    Para obtener más consejos útiles sobre el mantenimiento preventivo de los hornos de vacío, descargue aquí nuestras listas de comprobación.

    Si tiene problemas con su sistema de refrigeración por agua o necesita asesoramiento sobre un nuevo horno, póngase en contacto con nosotros. póngase en contacto con nuestro equipo de Ipsen. Podemos ayudarle con todas sus necesidades de hornos de vacío.

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