Notas técnicas INTERACUMULADORES

Transcripción

1 Notas técnicas

2 La producción centralizada de ACS La producción centralizada de ACS se obtiene en términos generales, mediante el intercambio térmico entre un fl uido caliente primario (aceite o más frecuentemente agua caliente) y un circuito secundario recorrido por agua, que tras calentarse a la temperatura requerida, constituirá lo que denominamos agua caliente sanitaria. El sistema de producción centralizado conlleva un conjunto de instalaciones necesarias para la producción del ACS, su almacenamiento y distribución hasta los diferentes puntos de consumo (lavabos, duchas, grifos, etc.), lo que da lugar a una instalación compuesta por una serie de elementos variados, unido a una red de tuberías ampliamente ramifi cadas por todo el edifi cio, y con unas temperaturas del agua caliente tales, que el conjunto puede constituir una instalación propicia para la proliferación de Legionella. INSTALACIÓN DE PRODUCCIÓN CENTRALIZADA DE ACS Esquema de instalación de un sistema centralizado de producción de ACS con un acumulador DPV/A. En los circuitos de ACS, los criterios de actuación se deben basar en el control de la temperatura del agua por encima de los 60 ºC, de forma que alcance 60 ºC en los depósitos o acumuladores fi nales. Esto signifi ca que, teniendo en cuenta las pérdidas de calor en las redes de distribución de impulsión y retorno y en los mismos depósitos acumuladores, la temperatura del agua almacenada debe ser igual a 50 C más la caída de temperatura provocada por dichas pérdidas. La caída de temperatura depende de la extensión de las redes de acometida y retorno y del nivel de aislamiento térmico y suele estar comprendida entre 4 y 7 C. Por esta razón, conviene almacenar el agua a una temperatura prudencialmente mayor, por ejemplo 60 C, quizás algo excesiva, aún cuando se emplee grifería monomando. A esta temperatura la legionela tarda en morir muy poco tiempo. El agua caliente sanitaria (ACS) se produce en el intercambiador y se almacena en uno o más depósitos puestos en serie, de acero inoxidable o de acero doble vitrifi cado (en adelante, sistema de acumulación). La conexión de los acumuladores permitirá la desconexión individual de los mismos sin interrumpir el funcionamiento de la instalación. INSTALACIÓN DE PRODUCCIÓN DE ACS CON VARIOS ACUMULADORES Esquema de instalación de un sistema de varios acumuladores DPV/A conectados en serie inversa para la producción de ACS desde una única fuente de calor. Cuando los acumuladores se empleen en el aprovechamiento de energía solar térmica el sistema de acumulación solar estará constituido por un solo depósito, será de confi guración vertical y estará ubicado en zonas interiores. El volumen de acumulación podrá fraccionarse en dos o más depósitos, que se conectarán, preferentemente, en serie invertida en el circuito de consumo. 240.interacumuladores

3 Materiales El problema más grave que origina la adopción de temperaturas elevadas es el de la precipitación de algunas sales disueltas en el agua y el de la corrosión. Cuando hablamos de incrustaciones, depósitos o Iodos formados en el agua solemos referirnos a un depósito mineral que cubre las superfi cies de intercambio de calor cuando se calienta el agua. La incrustación que se adhiere con mayor frecuencia, dependiendo de la composición del agua de aporte, es el carbonato cálcico, que se precipita de la solución bajo ciertas condiciones fi sicoquímicas del agua (dureza, alcalinidad y ph) cuando ésta se calienta. La capa de carbonatos que se forma sobre las superfi cies de intercambio térmico, dura y homogénea, no solamente perturba la circulación del agua porque aumenta la pérdida de carga, con reducción de diámetros de tuberías, sino que también reduce el coefi ciente de transmisión de calor por ser un excelente aislante térmico. La precipitación de las sales disueltas en el agua se puede ver favorecida con el aumento de la temperatura del agua, particularmente aumenta bruscamente por encima de los 50 C. Debido a la necesidad de producir agua caliente a 60 C o más, es conveniente que, si el agua fría tiene carácter incrustante puede ser sometida a un tratamiento adecuado para la prevención de incrustaciones calcáreas (por ejemplo, tratamiento de descalcifi cación, dosifi cación de inhibidores o tratamientos físicos). DUREZA TEMPORAL CARÁCTER INCRUSTANTE CONTENIDO CO3CA TEMPERATURA MÁXIMA ºC DEL AGUA [mg/l] CIRC. PRIMARIO ACS 0-10 ºF NULO O MUY RECUIDO ºF LIGERAMENTE INCRUSTANTE ºF BASTANTE INCRUSTANTE ºF MUY INCRUSTANTE >40 ºF EXTREMADAMENTE INCRUSTANTE > Un aumento de la temperatura de 10 ºC duplica la velocidad de formación de incrustaciones en el agua. INSTALACIÓN DE PRODUCCIÓN DE ACS CON CALENTAMIENTO POR ENERGÍA SOLAR Esquema de instalación con un interacumulador con serpentín espiral DPI/I/ES y un depósito interacumulador calentado con caldera auxiliar. 1. Colectores de energía solar 2. Interacumulador DPI/I/ES 3. Bomba circuladora primario 4. Bomba recirculadora ACS 5. Válvula de seguridad 6. Vaso de expansión primario 7. Vaso de expansión ACS 8. Serpentín espiral 9. Manómetro 10. Termómetro 11. Puntos de consumo ACS 12. Tubería recirculación 13. Acometida agua fría 14. Vaciado 15. Ida placas solares 16. Retorno placas solares 17. Salida ACS 18. Ida primario circuito solar 19. Retorno primario circuito solar 20. Ida caldera 21. Retorno caldera 22. Ida primario caldera 23. Retorno primario caldera 24. Caldera de apoyo 25. Interacumulador DPI/I Los materiales empleados en los sistemas de preparación, acumulación y distribución de agua caliente sanitaria deberán ser capaces de resistir los esfuerzos provocados por los choques térmicos a 70 C, en particular en lo que se refi ere a problemas relacionados con las dilataciones, así como la acción agresiva de los productos empleados para los choques químicos eventualmente exigidos por la autoridad sanitaria. En las instalaciones grandes son preferibles los acumuladores sin intercambiador de calor incorporado, calentándose el agua con un intercambiador exterior de placas, a los interacumuladores, debido a la mayor facilidad para la limpieza y desinfección de todos los elementos. interacumuladores.241

4 Materiales Los depósitos mayores de 750 L. dispondrán de una boca de hombre con un diámetro mínimo de 400 mm, fácilmente accesible, situada en uno de los laterales del acumulador y cerca del suelo, que permita la entrada de una persona en el interior del depósito de modo sencillo, sin necesidad de desmontar tubos ni accesorios. INSTALACIÓN DE PRODUCCIÓN DE ACS CON CALENTAMIENTO POR CALDERA Y UN DEPÓSITO ACUMULADOR Esquema de instalación de un acumulador DPI/A con calentamiento por caldera a través de un intercambiador de calor de placas con circuito de recirculación. 1. Caldera 2. Acumulador DPI/A 3. Bomba circuladora primario 4. Bomba recirculadora ACS 5. Válvula de seguridad 6. Vaso de expansión primario 7. Vaso de expansión ACS 8. Intercambiador de placas 9. Manómetro 10. Termómetro 11. Puntos de consumo ACS 12. Tubería recirculación 13. Acometida agua fría 14. Vaciado 15. Ida caldera 16. Retorno caldera 17. Salida ACS 18. Ida primario 19. Retorno primario 20. Ida secundario 21. Retorno secundario Los acumuladores de agua caliente sanitaria son normalmente de acero al carbono con un revestimiento, aunque también se construyen en acero inoxidable. Los acumuladores de acero al carbono revestido, tienen un comportamiento frente a la corrosión que depende del tipo de agua y las condiciones de trabajo y la mayoría incorpora un sistema de protección catódica complementario. Los acumuladores de acero inoxidable pueden sufrir corrosión localizada en función del tipo de acero inoxidable utilizado, de las técnicas de construcción del depósito, del tipo de agua y de las condiciones de trabajo (principalmente la temperatura). DENOMINACIÓN COMPOSICIÓN QUÍMICA NOMINAL EN % AISI AFNOR DIN/W.Nr Cmax Cr NI Mo Otros 304 Z 7 CN ,07 17/19,5 8/10,5 N<0, L Z 3 CN ,03 18/20 10/12 N<0, Z 7 CND ,07 16,5/18,5 10/13 2/2,5 N<0, L Z 3 CND ,03 16,5/18,5 10/13 2/2,5 N<0, L Z 3 CND ,03 17/19 12,5/15 2,5/3 N<0, TI Z 6 CNDT ,08 16,5/18,5 10,5/13,5 2/2,5 Ti= 5X%C max: 0, interacumuladores

5 Materiales En los aceros inoxidables, especialmente en las soldaduras, es característica la formación de carburo de cromo, que favorece el desarrollo de procesos de corrosión. Por este motivo, cada vez con mayor frecuencia, se utilizan aceros inoxidables con bajo contenido en carbono como el AISI 316 L. AISI (W.Nr) TEMPERATURA AMBIENTE A ELEVADA TEMPERATURA LÍMITES DE UTILIZACIÓN FABRICACIÓN 304 (1.4301) Grado básico de inoxidable. Buena resistencia a la corrosión atmosférica, ambientes húmedos neutros, corrosión alcalina, ambientes ácidos no clorados. Dúctil a todas las temperaturas de alta temperatura hasta 900ºC (1.652 ºF). Buena resistencia mecánica a la tensión y a la deformación permanente. Susceptible a la corrosión intergranular por cloruros a temperaturas entre ºC ( ºF) especialmente en ambientes oxidantes, y a la rotura por corrosión bajo tensiones en ambientes húmedos y calientes. Soldable (TIG o MMA) pero con posibilidad de ataque intergranular. Se puede doblar y expandir. 304 L (1.4306) Versión del 304 con bajo contenido en carbono lo cual evita la corrosión intergranular En particular posee una buena resistencia al ácido nítrico. de alta temperatura hasta 900ºC (1.652º F). La resistencia a la deformación no se garantiza por encima de 500º C (932º F). Susceptible a la corrosión por cloruros particularmente en ambientes oxidantes y a la rotura por corrosión bajo tensiones. Soldable sin tratamiento térmico. Puede doblarse y expandirse. 316 (1.4401) La presencia de Mo produce un mejor comportamiento en ambientes clorados húmedos que el 304. Dúctil a todas las temperaturas. hasta una temperatura de 900 ºC (1.652 ºF). Muy buena resistencia mecánica y a la deformación a temperatura alta. Susceptible a la rotura por corrosión bajo tensiones y a la corrosión intergranular. Soldable (TIG o MMA) pero con posibilidad de corrosión intergranular. Se puede doblar y expandir. 316 L (1.4404) Similar al AISI 316 pero con bajo contenido de carbono lo que evita la corrosión intergranular. Dúctil a todas las temperaturas. hasta una temperatura de 900 ºC (1.652 ºF) pero no se garantizan las propiedades a la deformación por encima de 500 ºC (932º F). Susceptible a la rotura por corrosión bajo tensiones. Propiedades mecánicas más bajas que el 316. Soldable (TIG o MMA) sin tratamiento térmico. Se puede doblar y expandir. 316 L (1.4435) 316 Ti (1.4571) Bajo contenido de carbono. No produce corrosión intergranular. Dúctil a todas las temperaturas. Mejor resistencia a los cloruros que el 316. Alto contenido en Ni y Mo. 316 estabilizado con titanio. Propiedades generales de resistencia a la corrosión similares a la del 316 pero no es susceptible a la corrosión intergranular. Dúctil a todas las temperaturas. hasta una temperatura de 900 ºC (1.652 ºF) pero no se garantizan las propiedades a la deformación por encima de 500 ºC (932º F). hasta una temperatura de 900 ºC (1.652 ºF). Buenas características de resistencia a la deformación. Susceptible a la rotura por corrosión bajo tensiones pero menos que el 316. Propiedades mecánicas más bajas que el 316. Comportamiento similar al 316 respecto a la rotura por corrosión bajo tensiones. Soldable (TIG o MMA) sin tratamiento térmico. Se puede doblar y expandir. Soldable (TIG o MMA) sin tratamiento térmico. Se puede doblar y expandir. interacumuladores.243

6 Selección del equipo Para una correcta selección del equipo a utilizar se han de tener en cuenta las características que se presentan a continuación: Todos los sistemas, equipos y componentes se diseñarán para poder efectuar y soportar tratamientos de choque térmico a una temperatura de 70 ºC. El sistema de calentamiento debe ser capaz de elevar la temperatura del agua hasta 70 ºC o más para su desinfección. Se debe calcular la instalación de forma que la temperatura del agua permanezca en todo punto de la instalación por encima de 50 ºC. Para ello es necesario aislar térmicamente equipos, aparatos y tuberías. Cuando se prevean equipos y aparatos en reserva, deben aislarse mediante válvulas de corte de cierre hermético y deben estar equipados de una válvula de drenaje situada en el punto más bajo. Con el fi n de impedir la estratifi cación del agua y evitar que se mantenga un volumen de agua templada, los depósitos deben de tener una elevada relación altura/diámetro y deben ser instalados verticalmente. Si se prevén varios depósitos, la conexión deberá hacerse en serie. INSTALACIÓN DE PRODUCCIÓN DE ACS CON CALENTAMIENTO POR ENERGÍA SOLAR Esquema de instalación de producción centralizada de ACS mediante energía solar térmica con distribución a instalaciones autónomas. En los sistemas de aportación de energía solar térmica podrán utilizarse acumuladores de las características y tratamientos descritos a continuación: a) Acumuladores de acero vitrifi cado con protección catódica. b) Acumuladores de acero con un tratamiento que asegure la resistencia a temperatura y corrosión con un sistema de protección catódica. c) Acumuladores de acero inoxidable adecuados al tipo de agua y temperatura de trabajo. d) Acumuladores de cobre. e) Acumuladores no metálicos que soporten la temperatura máxima del circuito y esté autorizada su utilización por las compañías de suministro de agua potable. f) Acumuladores de acero negro (sólo en circuitos cerrados, cuando el agua de consumo pertenezca a un circuito terciario). 244.interacumuladores

7 La corrosión Cuando dos metales están en contacto directo, el más débil se corroe y el más fuerte queda protegido. Este concepto puede utilizarse para proteger un metal simplemente conectándolo eléctricamente a otro metal que se corroa mucho antes que él. La corrosión es casi siempre de naturaleza electroquímica, esto es, una corriente electrica que circula entre determinadas zonas de la superfi cie del metal, conocidas con el nombre de ánodos y cátodos, a través de una solución llamada electrolito capaz de conducir dicha corriente. Este conjunto constituye micro o macro pilas en las que la zona anódica es la que sufre los efectos de la corrosión. Esta corrosión de tipo electroquímico, característica en los acumuladores, es sumamente peligrosa, no por la pérdida del metal en sí, que suele ser pequeña, sino por tratarse de una corrosión localizada que puede ser origen de picaduras profundas. Las micropilas de corrosión debidas al agua contenida en los acumuladores (electrolito) pueden resultar de la diferencia de temperatura, ph, concentración y en particular, de diferencias en el contenido de oxígeno, formando las pilas de aireación diferencial que son fuente importantísima de fenómenos de corrosión. El reparto no uniforme del oxigeno es un importante factor de corrosión, independientemente de la naturaleza del metal; las partes más aireadas funcionan como cátodo y las menos aireadas (rayas, entrantes agudos, uniones con radio de curvatura insufi ciente, etc.) como ánodos, siendo por consiguiente, atacados. En la tabla siguiente se muestra el comportamiento de algunos materiales frente a los factores más importantes de corrosión en los sistemas de acumulación de agua. PH DEL AGUA TEMPERATURA SUSTANCIAS DISUELTAS ACERO GALVANIZADO ph<7,0 tiende a disolverse la película de protección de Zinc con formación de sales de Zinc solubles. ph>8,5 el zinc forma zincatos que eliminan la capa protectora. ph óptimo 7,5 7,8 No son convenientes temperaturas superiores a ºC. La capa protectora de hidróxido o carbonato pierde parte de su capacidad de adherencia a la superficie del metal. Corrosión rápida en presencia del ión cloruro. La concentración debe ser inferior a mg/l. COBRE ACERO INOXIDABLE ph<7,0 corrosión generalizada por ataque a la capa protectora y formación de sales de cobre. ph>9 formación de hidróxidos de cobre que pasan al agua. ph óptimo 7,5 8,5 AISI 304 Y AISI 316 resisten las pequeñas variaciones. Aunque ph ácido más cloruros favorecen la corrosión. ph óptimo 7,5 8,5 Frecuentemente el aumento de temperatura disminuye la corrosión del cobre. Picaduras en agua fría (T<20 ºC) con cierta dureza (>30 ºf) y elevado contenido de sales (>650 µs/cm) para cobre con restos metalúrgicos. No se corroe en agua caliente. Pero si existen otros procesos el agua caliente aumenta la velocidad de corrosión. Se corroe especialmente en presencia de sulfatos (recomendables concentraciones < 200 mgl) y en presencia de nitratos (recomendables concentraciones < 50 mg/l). La presencia de cloruros puede originar corrosiones. En AISI 304 debe ser < 200 mg/l En AISI 316 debe ser < 1000 mg/l Buen comportamiento en aguas de baja salinidad En aguas puras es preferible emplear AISI 316. interacumuladores.245

8 La protección catódica La protección catódica consiste en convertir en cátodo toda la superfi cie metálica a proteger, consiguiendo que por toda ella penetre corriente continua. Por medio de una corriente eléctrica aplicada exteriormente, la corrosión se reduce virtualmente a cero y se puede mantener una superfi cie metálica en un medio corrosivo sin sufrir deterioro durante un tiempo indefi nido. Uno de los campos clásicos de aplicación es en la protección interna de depósitos que contengan agua. Para conseguir la protección catódica necesitamos conectar el acumulador a proteger a algún elemento que tenga una diferencia de potencial con la misma, sufi ciente para hacer circular la corriente en sentido deseado. Si la resistencia a la circulación de la corriente es elevada, o se necesita una intensidad alta de corriente, podemos llegar a tener difi cultades con los ánodos de sacrifi cio. Entonces podemos usar como ánodo cualquier metal que nos convenga y lograr la diferencia de potencial necesario con una fuente de corriente continua cuyo negativo conectaremos a la estructura a proteger. Este método se denomina protección catódica por corriente impresa o corriente forzada. La intensidad necesaria dependerá evidentemente de la superfi cie a proteger, pero además infl uyen multitud de factores suplementarios relacionados con el electrolito (naturaleza, temperatura, agitación, aireación, etc.) y con el metal a proteger (naturaleza tipo de recubrimiento, estado superfi cial, dimensiones, etc.). Cuando seleccionamos un sistema de protección catódica por ánodos de sacrifi cio tenemos un dato que nos viene impuesto, que es el potencial del ánodo escogido. Los ánodos de sacrifi cio más comúnmente empleados son los formados por las aleaciones de zinc, magnesio o aluminio. El magnesio es un elemento muy reactivo lo que implica una capacidad de proporcionar una densidad de corriente elevada, a costa de consumirse con gran rapidez. Un campo importante de aplicación son los acumuladores de agua caliente sanitaria, aunque suele limitarse a depósitos pequeños y bien revestidos. La protección catódica por corriente impresa es un sistema en el que la fuente de energía para proteger la estructura es externa. Generalmente se trata de rectifi cadores de corriente continua. La instalación consiste en conectar el negativo del rectifi cador a la estructura a proteger y el positivo al ánodo. 246.interacumuladores

9 Mantenimiento del ánodo de sacrificio En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como el acero, cobre, plomo, latón y aluminio, en todos los suelos y en casi todos los medios acuosos. Como condición fundamental las estructuras que componen el objeto a proteger y el ánodo de sacrifi cio deben mantenerse en contacto eléctrico e inmersos en un electrolito. Con el fi n de proteger el interior de los depósitos de agua caliente sanitaria frente a la corrosión algunos modelos están equipados con un sistema de ánodos de sacrifi cio. Estos ánodos de sacrifi cio suelen ser ánodos de magnesio que tienen un alto potencial con respecto al hierro y están libres de pasivación. Están diseñados para obtener el máximo rendimiento posible, en su función de protección catódica. La velocidad con que se disuelve el magnesio depende de algunas sustancias del agua y también de la temperatura de la misma. Por ejemplo, el alto contenido de cloruros (el alto contenido de sales incrementa la conductividad del agua), es un factor que contribuye a la rápida disolución de ánodo de magnesio. Cuando el ánodo de magnesio se ha extinguido existe un alto riesgo de corrosión en el depósito. Es indispensable controlar periódicamente el estado del ánodo de magnesio y sustituirlo cuando proceda. Es preciso asegurarse que el ánodo de magnesio se encuentra activo para lo cual la conductividad del agua ha de ser superior a 60 µs/cm. Cuando la conductividad sea extremadamente pequeña (aguas puras u osmotizadas) deben emplearse sistemas de corriente impresa con ánodos permanentes. En aguas con notables contenidos de sulfuros se producen, en algunos casos, malos olores en el agua debido al ánodo de magnesio. El problema se soluciona sustituyendo el ánodo de magnesio por un ánodo de cinc. El equipo de protección catódica está constituido fundamentalmente por un ánodo de magnesio y en algunos modelos de depósitos, puede incluir un elemento electromagnético para el control del funcionamiento y consumo de los ánodos de magnesio. El ánodo debe tener un potencial de disolución lo sufi cientemente negativo para polarizar el acero del depósito inferior a -0,8 V. Sin embargo el potencial no debe ser excesivamente negativo, ya que produciría un desgaste mayor del ánodo, con un innecesario paso de corriente. El potencial práctico de disolución puede estar comprendido entre -0,95 y 1,7 V. En la fi gura se muestra la conexión eléctrica del elemento comprobador de los ánodos de magnesio. Periódicamente, presionando el pulsador se comprueba el estado del o de los ánodos de magnesio. Si el indicador está en la zona roja el/los ánodos deben de ser reemplazados. No se deben instalar nunca ánodos permanentes de protección catódica en combinación con ánodos de magnesio. interacumuladores.247