Fouling factor en Intercambiadores de calor: Impacto y prevención

Los intercambiadores de calor son componentes esenciales en numerosos procesos industriales, pero su rendimiento puede verse comprometido por la acumulación de depósitos no deseados en las superficies de transferencia térmica. Este fenómeno, conocido como «foulant», introduce una resistencia térmica adicional que reduce la eficiencia del equipo y puede incrementar la necesidad de mantenimiento y limpieza.

A continuación, exploraremos los diferentes tipos de foulant, sus mecanismos y las estrategias para minimizar su impacto.

¿Qué es el fouling factor?

El factor de foulant es una medida de la resistencia térmica añadida debido a la acumulación de materiales no deseados en las superficies de un intercambiador de calor. Este factor se expresa en unidades de resistencia térmica (m²·K/W) y representa la disminución de la eficiencia en la transferencia de calor provocada por la presencia de estos depósitos. Un factor de foulant elevado indica una pérdida significativa de rendimiento y una mayor necesidad de intervenciones correctivas.

Tipo fouling factor

El fenómeno del foulant se puede clasificar en cuatro tipos principales, según su causa y naturaleza:

1. Foulant químico: Este tipo se produce cuando se forman depósitos debido a reacciones químicas en el fluido. Un ejemplo común es el entarquinamiento por sales de «dureza» en agua caliente, como se ve en hervidores o calderas. La formación de estos depósitos puede minimizarse mediante un cuidadoso control de la temperatura de las paredes de los tubos en contacto con el fluido. Cuando se produce este tipo de foulante, se requiere limpieza química o procesos mecánicos como cepillos o chorros de agua a alta presión.
2. Foulant biológico: Se origina por la proliferación de organismos en el fluido que se depositan sobre las superficies del intercambiador de calor. Aunque no es directamente controlable por el diseñador del intercambiador, la elección de materiales puede influir en su formación. Algunos materiales, como ciertos tipos de latón no ferrosos, tienen propiedades tóxicas para determinados organismos, reduciendo el riesgo de ese problema. Su eliminación se realiza mediante tratamientos químicos o limpieza mecánica.
3. Foulant por deposición: Se produce cuando partículas suspendidas en el fluido se depositan sobre las superficies del intercambiador cuando la velocidad del fluido cae por debajo de un nivel crítico. Este fenómeno puede ser previsto por el diseñador, quien puede calcular la velocidad crítica para evitar que se produzca la deposición. Una solución es diseñar el intercambiador de forma que mantenga una velocidad del fluido superior a ese umbral o instalarlo en posición vertical para facilitar la expulsión de partículas por gravedad. Su limpieza se realiza habitualmente mediante cepillos mecánicos.
4. Foulant por corrosión: Aparece cuando los productos de la corrosión se acumulan sobre las superficies de los tubos, formando una capa con una resistencia térmica elevada. Este problema se puede mitigar mediante la elección de materiales adecuados, como los aceros inoxidables o aleaciones de base de níquel, que presentan una mayor resistencia a la corrosión.

Estrategias para minimizar el fouling factor

Para reducir el impacto del foulant en los intercambiadores de calor, una estrategia clave es el uso de tubos con superficies lisas.

Para obtener estas superficies libres de imperfecciones, se emplean tratamientos como el decapado o el electropulido, los cuales reducen la rugosidad del material y previenen la adherencia de suciedad reduciendo la formación de depósitos, evitando así la necesidad de aseos frecuentes.

Además, una adecuada selección de materiales con propiedades resistentes a la corrosión y a la proliferación biológica puede contribuir a mejorar la durabilidad y el rendimiento de los intercambiadores de calor.
Otras estrategias incluyen el adecuado diseño de los flujos de fluido y la implementación de programas de mantenimiento periódicos que incluyan la limpieza e inspección regulares.

El control del foulant es esencial para mantener la eficiencia energética y reducir los costes operativos asociados con la limpieza y el mantenimiento, alargando la vida útil de los equipos y optimizando el rendimiento térmico en procesos industriales.

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