El agua industrial barata es una cuenta que la mayoría de las plantas todavía no ha resuelto bien. En sistemas de enfriamiento y calderas, la calidad del agua impacta directamente el costo operativo y la disponibilidad de los equipos.
Cuando no está adecuadamente tratada, el costo real aparece en el costo de mantenimiento, en las paradas no planificadas y en la pérdida de eficiencia de los procesos y sistemas de generación de vapor.
Calor Específico: Por Qué Es Importante
El punto muy importante es el papel del agua en el manejo del calor industrial. El calor específico es una propiedad física que indica la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en una unidad de temperatura:
- Q = cantidad de calor (en Joules o calorías)
- m = masa de la sustancia (en kg o g)
- c = calor específico (en J/(kg·°C) o cal/(g·°C))
- ΔT = variación de temperatura (en °C o K)
Cuanto mayor sea el calor específico, más calor se transportará por unidad de masa. Pensando en el sentido inverso, cuanto mayor sea el calor específico, menor masa será necesaria para transportarlo, de ahí la ventaja del agua.
Comparación de Calores Específicos (Fuente: NIST Chemistry WebBook)
| Sustancia | Calor Específico |
|---|---|
| Hidrógeno (H₂, gas) | 14,3 J/g·°C |
| Helio (He, gas) | 5,19 J/g·°C |
| Agua (líquida) | 4,18 J/g·°C |
| Metanol | 2,5 J/g·°C |
| Etanol | 2,4 J/g·°C |
| Glicerina | 2,4 J/g·°C |
| Ácido acético | 2,0 J/g·°C |
Observe que, de las sustancias con calor específico mayor que el del agua, dos son gases: uno muy raro (helio) y el otro muy explosivo (hidrógeno). Los aceites térmicos, más costosos y usados en situaciones particulares, tienen un calor específico cercano a 2,2 J/g·°C, menor que el del agua.
Agua Para Remover Calor
En sistemas de enfriamiento, se puede retirar una gran cantidad de calor de los procesos industriales con una cantidad de agua que puede manejarse sin grandes problemas. Un ejemplo crítico es el proceso de colada continua, donde el molde de cobre recibe acero líquido a cerca de 1600°C y debe mantenerse entre 200 y 400°C. El agua entra a altísima velocidad para la remoción del calor. Cualquier resistencia al intercambio térmico tiene el potencial de causar fallas en el proceso y riesgos de accidentes.
Agua Como Fuente de Calor
Dentro de los procesos industriales, el agua también transporta calor hacia el proceso por medio de calderas. El agua brilla aquí también, pues tiene el mayor calor de vaporización de las sustancias normalmente conocidas (Fuente: NIST Chemistry WebBook):
| Sustancia | Calor de Vaporización |
|---|---|
| Agua (H₂O) | 2,26 kJ/g (a 100°C) |
| Alcohol isopropílico | 1,02 kJ/g (a 82,5°C) |
| Acetona | 1,16 kJ/g (a 56°C) |
| Etanol | 0,84 kJ/g (a 78°C) |
| Benceno | 0,394 kJ/g (a 80,1°C) |
Necesidad de Tratamiento Adecuado
El agua también puede convertirse en un agente causante de problemas, si no es debidamente tratada. Problemas como incrustación, deposición, corrosión y microbiología afectan negativamente los procesos.
Por ejemplo, el impacto de una incrustación de apenas 0,1 mm de CaCO₃ en los tubos de una caldera con 64 bar de presión reduce el intercambio térmico en cerca de un 8%, considerando una conductividad del CaCO₃ de 2,5 W/(m·K) y un coeficiente global de intercambio limpio de 2000 W/(m²·K).
Agua desperdiciada es energía desperdiciada. El tratamiento correcto es la base de la eficiencia de cualquier sistema hídrico industrial.