Contexto

 

Si en su organización utilizan equipos tipo chiller para suministro de agua helada en sus procesos, probablemente haya sufrido paradas totales de producción, corte del suministro de agua helada y/o aumento de la temperatura del agua de sus procesos productivos debido a la ruptura del evaporador del chiller. Intercambiadores carcaza – tubo, tubo – tubo o de placas, todos ellos son susceptibles a este tipo de eventos.

 

En el evaporador del chiller se da el intercambio de calor entre el fluido a refrigerar (normalmente agua o mezcla agua – propilenglicol dependiendo de la temperatura requerida en el proceso) y la sustancia refrigerante a través de contacto indirecto. El agua que retorna desde el proceso productivo hacia el chiller ingresa al intercambiador y entrega el calor al refrigerante para posteriormente ser bombeada de nuevo (ahora con la temperatura requerida) hacia el proceso.

 

La ruptura de un intercambiador de calor es una de las fallas más graves que puede sufrir un chiller. Las consecuencias pueden ser tan nefastas que en los peores casos son irreparables y se vuelve necesario hacer la compra e instalación de un equipo nuevo.

 

Dentro de este blog revisaremos las principales causas, plan de acción en el corto y mediano plazo una vez ocurre, posibles soluciones y opciones que le ayudarán a prevenir esta falla.

 

Descripción del evento

Fotografía 1. Compresor inundado por agua a causa de la ruptura del intercambiado del chiller.

Tomada por. Personal Somosfrio.

 

Se rompe el intercambiador de calor (evaporador) ocasionando fugas de refrigerante e ingreso de agua a los circuitos de refrigeración, inundando los compresores y sistema generalizado y, por consiguiente, ocasionando la parada completa del equipo.

 

En muchas ocasiones el agua genera fallas eléctricas o mecánicas en los compresores y se hace necesario reemplazarlos, además de todo el proceso de limpieza del sistema y eliminación de humedad (tema tratado más adelante).

 

Principales causas

 

Desfase en sensores de temperatura del agua: Los sensores de temperatura del agua se descalibran y registran temperaturas superiores a las reales, el chiller sigue operando mientras al interior del intercambiador el agua se congela, aumenta su volumen haciendo presión sobre las paredes del evaporador provocando finalmente la ruptura de este. Se presenta fuga de refrigerante e ingreso de agua en el o los circuitos de refrigeración.

 

Fotografía 2. Alarma por alta temperatura de aspiración (falla en sensor de temperatura).

Fotografía 3. Sensor de temperatura reemplazado.

Tomada por. Personal Somosfrio.

 

Falla en sensores de flujo: Los sensores de flujo pueden ser susceptibles de fallas, especialmente aquellos que son accionados mecánicamente por el fluido como los suiches de flujo de paletas. Estos pueden quedarse accionados por contaminantes sólidos cuando hay ausencia de caudal, provocar congelamiento del agua remanente y ruptura del intercambiador.

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Imagen 1. Sensor de flujo de paletas.

Tomado de: Amazon (19-02-2024). HFS-25 1″/dn25 Interruptor de flujo,Interruptor de control de paleta de flujo de agua líquida SPDT Contactos 6-380V.

 

Debilitamiento de los materiales del intercambiador: Usualmente el agua utilizada para los procesos productivos trae consigo trazas de contaminantes sólidos generando incrustaciones en los materiales y consigo aumento en la presión de entrada del agua que se refleja en los manómetros dispuestos en la línea de agua helada.

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Fotografía 4. Presión de entrada del agua al intercambiador con incrustación: 35PI

Fotografía 5. Presión de entrada del agua al intercambiador sin incrustación: 9PSI .

Tomada por. Personal Somosfrio.

 

Como respuesta a este comportamiento, se suelen aplicar agentes químicos desincrustantes para reducir la presión de entrada y limpiar el intercambiador. Tanto la incrustación de material sobre las paredes del intercambiador, como la aplicación de agentes desincrustantes generan debilitamiento en los materiales que, sumado a otros factores pueden desencadenar en la ruptura del elemento.

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Fotografía 6. Lavado intercambiador con desincrustante industrial.

Fotografía 7. Aplicación de neutralizante tras el lavado.

Tomada por. Personal Somosfrio

 

Falta de tratamiento del agua: De la mano a la causa anterior, el uso de agua cruda con alto contenido de sílice y otros minerales disueltos genera incrustaciones que sumado a otros factores pueden desencadenar en la ruptura del intercambiador.

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Fotografía 8. Contaminantes sólidos encontrados en filtro de agua a la entrada del intercambiador.

Tomada por. Personal Somosfrio

 

Enfoque incorrecto del mantenimiento preventivo: Hay una serie de omisiones dentro del mantenimiento preventivo que se dan con frecuencia, pasan desapercibidas señales claras que indican una posible futura falla generando finalmente la ruptura del intercambiador. Dentro del enfoque de mantenimiento preventivo de máquinas enfriadoras de agua, es indispensable incluir:

– Contraste entre las temperaturas arrojadas por los sensores y termómetros calibrados.

– Contraste entre presiones (de refrigerante y de agua), corrientes y voltajes de referencia y medidos.

– Corroboración del adecuado funcionamiento de sensores de flujo de agua.

– Corroboración del adecuado funcionamiento de las bombas de recirculación y proceso.

– Revisión del histórico de fallas.

– Revisión, purga y limpieza de los filtros de agua.

 

Defectos de fabricación: Existen modelos de marcas específicas que no cuentan con las protecciones de fábrica necesarias para evitar que se rompan los intercambiadores y la ruptura de estos es más frecuente en estos modelos que en otros equipos cuyas protecciones son superiores.

 

Comúnmente la ruptura de los intercambiadores en los chillers se da por una combinación de algunas de las causas mencionadas anteriormente que actúan en sinergia.

 

Consecuencias

 

La ruptura de un intercambiador tiene dos principales consecuencias:

 

• Productividad: La repercusión de esta falla en la productividad está relacionada al nivel de dependencia de agua helada en los procesos productivos y del nivel de dependencia del proceso al equipo que ha quedado fuera de servicio, por eso es recomendable contar con una capacidad instalada de al menos un 150% de la demanda frigorífica del proceso repartida en al menos dos equipos, de manera tal que cuando uno de los equipos falle, la planta de producción continúe operando con al menos con un 75% de capacidad.

 

• Ambientales: Las consecuencias ambientales de estos eventos suelen ser nefastas. Un chiller de 56 toneladas de refrigeración con dos circuitos condensado por aire opera en promedio con 40 Kg de refrigerante, el nivel de implicación ambiental que representa la liberación de esta cantidad de refrigerante a la atmósfera depende del tipo de sustancia que utilice el equipo. Poniendo un ejemplo práctico, un equipo que use R410A cuyo intercambiador se haya roto y por consiguiente haya liberado la totalidad de refrigerante a la atmósfera, representará una huella de carbono asociada a esa fuga de 84 toneladas de CO2 equivalentes. Y planteando un escenario semejante con R22, además de la huella de carbono, habría que contemplar el impacto ambiental asociado al Potencial de Agotamiento de Ozono de este refrigerante.

 

• Económicas: En un escenario optimista, cuando el chiller puede repararse y no implica cambio de compresores, la reparación puede tener un costo de entre el 20% y 30% de un equipo de la misma capacidad nuevo. En el peor de los escenarios, el equipo no puede ser reparado o las reparaciones no surten el efecto esperado y se debe hacer la reposición del equipo.

 

Posibles soluciones

 

Reparación: La reparación de esta falla es compleja por el ingreso de humedad al sistema de refrigeración. Inicialmente deben descartarse fallas en los compresores, reparar o reemplazar aquellos que hayan entrado en corto circuito por la presencia de humedad, se debe eliminar el agua y hacer una limpieza a profundidad de todos los circuitos con nitrógeno y agente de barrido sin limitación y reemplazar el evaporador roto. Posteriormente iniciar un proceso de vació que permita eliminar cualquier rastro de humedad hasta alcanzar al menos 500 micrones de vacío, identificar la causa o causas del problema y corregirla(s) (Reemplazo de sensores, análisis fisicoquímico del agua para su tratamiento, instalación de medidas adicionales de protección, etc.).

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Fotografía 9. Evidencia de humedad en el sistema de refrigeración.

Tomada por. Personal Somosfrio.

 

Una vez se han reemplazado todos los componentes averiados y se ha eliminado cualquier rastro de humedad, se procede a realizar la carga y puesta a punto del equipo y programar al menos 2 test de acidez al aceite del compresor para garantizar ausencia de humedad.

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Fotografías 10 y 12. Test de acidez: Alta acidez (izquierda), Sin acidez (derecha).

Tomada por. Personal Somosfrio.

 

Ahora bien, conociendo la magnitud de esta falla y las consecuencias que tiene, vale la pena conocer y aplicar algunas estrategias que nos ayuden a prevenirla. A continuación, se mencionan las principales.

 

Cómo evitar que suceda

 

Existen acciones preventivas que reducen la probabilidad de ocurrencia de esta falla. A continuación, se presentan algunas de ellas:

 

• Tratamiento del agua: Como se mencionó anteriormente, el agua utilizada directamente del acueducto puede contener contaminantes sólidos y minerales disueltos que a la larga se incrustan en el intercambiador aumentando la presión y elevando la probabilidad de ocurrencia de la falla. Antes de poner en operación su máquina de enfriadora de agua, es recomendable realizar un análisis físico químico y definir el tratamiento necesario para disminuir incrustaciones, se recomienda que el tratamiento sea liderado por personal experto en tratamiento de agua que garantice niveles bajos de dureza y concentraciones bajas de sílice y otros minerales.

 

• Monitoreo físico químico periódico: El monitoreo de los parámetros fisicoquímicos debe ser periódico para garantizar que fluctuaciones de la calidad del agua proveniente del suministro público no afecte a los equipos.

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Imagen 2. Extcacto de análisis fisicoquímico de una muestra de un sistema cerrado de agua helada.

Fuente. Análisis elaborado por Guía Industrial de Colombia para Somosfrio el 04-07-2023.

 

• Garantizar medidas de protección de los intercambiadores: Existen algunas referencias de marcas en específico que son fabricados con medidas de protección básicas, en estos equipos se vuelve necesario instalar un segundo nivel de protección para cuando fallen las medidas de fábrica que garanticen sacar el equipo de operación antes de que se rompa el intercambiador. Las medidas mínimas con las que debe contar un chiller son:
  • • Protección por temperatura: Debe sacar de operación el chiller por baja temperatura de entrada o salida de agua en el intercambiador. Del mismo modo, debe protegerse cuando detecte que la temperatura de entrada es inferior a la temperatura de salida.
    • Protección por presión de agua: La medida de presión de entrada de agua otorga una idea del nivel de incrustación del intercambiador. El equipo debe salir de operación cuando la presión supere un nivel previamente establecido.
    • Protección por presión de refrigerante: Bajos niveles de refrigerante en el intercambiador ocasionan caídas de temperatura riesgosas para el intercambiador. Esto puede conllevar a congelamiento del agua y ruptura del elemento. Es necesario que el chiller salga de operación por baja presión de refrigerante.

 

• Corroboración de sensores con instrumentos calibrados: Dentro del programa de mantenimiento preventivo debe establecerse un contraste con un segundo sensor calibrado para evitar lecturas erróneas de los sensores: de temperatura, presión y flujo y garantizar su adecuado funcionamiento.

 

• Limpieza, purga y cambio de filtros de la línea de agua helada: Cada intervención de mantenimiento preventivo debe incluir revisión y limpieza de los filtros de la línea de agua helada, realizar los cambios necesarios para evitar elevaciones de presión e incrustaciones.

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Fotografías 12 y 13. Filtro contaminado (izquierda). Filtro limpio (derecha).

Tomada por. Personal Somosfrio.

 

• Verificación del adecuado funcionamiento de las bombas: No basta con medir los parámetros de funcionamiento de las bombas, las mediciones de corriente, voltaje y caudal deben ser contrastados con valores de referencia y tomar medidas correctivas a tiempo en caso de que los valores medidos se salgan de los valores de diseño.

 

Contáctenos si requiere asesoramiento con temas similares. Será un gusto ayudarle.

 

 

Elaborado por: Sebastián Serna Peláez, coordinador de mantenimiento de Somosfrio.

 

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