ESTUDIO DE CASO SOBRE EL USO DE LOS CALENTADORES DE INMERSIÓN PARA LOS SUMIDEROS DE AGUAS RESIDUALES DE PARAFINA EN INTERIORES
Los sumideros de interiores son acumuladores comunes. Se construyen como parte de un edificio o de una estructura civil para almacenar aguas residuales contaminadas con aceite, grasa, parafina (cera) y otros contaminantes.
El objetivo de recoger el agua en el sumidero es doble. El primero consiste en separar el aceite del agua y el segundo en dejar que los contaminantes se acumulen en la cuenca del sumidero. Si el sumidero forma parte de un circuito abierto, el agua residual se libera en el sistema de alcantarillado municipal. Así, los contaminantes se mantienen en el sumidero y no se liberan al exterior.
Mantenimiento
El mantenimiento a intervalos definidos elimina estos contaminantes y la parafina de manera responsable. El otro escenario es que el sumidero sea autónomo o esté conectado con otros sumideros autónomos y no esté conectado con la red municipal de evacuación de aguas residuales. Este tipo de disposición se prefiere cuando el contenido de parafina del agua residual es elevado y la presencia de metales pesados como el arsénico (As), el cromo (Cr), el mercurio (Hg) y el plomo (Pb) es mayor.
El contenido de parafina se congela y forma depósitos en los sumideros. Estos se acumulan y reducen la capacidad del sumidero. También capta metales pesados y pueden producirse fugas en las paredes del sumidero, si no se realizan pruebas de integridad anualmente. Estas pruebas identifican y rectifican cualquier fuga. Esto produce la contaminación del suelo alrededor del sumidero, lo que a la larga conduce a la acumulación de suciedad de los acuíferos subterráneos. Este estudio de caso analiza la utilización de los calentadores de inmersión para calentar el sumidero, con el fin de reducir así la coagulación de las parafinas.
Configuración e instalación
El montaje general es un tanque subterráneo de 300 litros o un sumidero con dos compartimentos como se muestra en la figura 1. El agua efluente que contiene hidrocarburos (aceite, parafina y contaminantes) viene de una entrada de 2″.
Las paredes del sumidero son de hormigón con las grietas y juntas selladas con epoxi para evitar que el líquido del sumidero salga a un acuífero cercano. En el primer compartimento, la separación del aceite del agua se produce por gravedad y el aceite con parafina flota en la parte superior. A medida que el nivel de agua aumenta, el aceite se drena hacia el segundo compartimento, donde se produce una mayor separación, y el aceite se retira a través de hidrovacío si el sumidero o las conexiones de los sumideros funcionan en circuito cerrado.
El calentador del sumidero no solo evita la coagulación de las parafinas, sino que también sirve para calentar la línea de drenaje. Esto es especialmente importante en las regiones árticas o en las zonas con permacongelación, con el fin de despejar de hielo la línea de drenaje y los accesorios de drenaje.
La ubicación de la instalación también es importante porque la transferencia de calor por convección tiene que estar cerca o alrededor de la entrada del desagüe. Si la ubicación es más lejana, se reducirá la eficacia de la prevención del hielo. Sin embargo, vale la pena mencionar este no es un requisito particular para la prevención de la acumulación de parafina.
Para evitar la acumulación de parafina/cera, el elemento calefactor debe estar situado por encima del suelo del sumidero y siempre sumergido en agua. Las parafinas/cera, que son principalmente sólidos incoloros e inodoros, son subproductos de la extracción del petróleo e hidrocarburos que los hacen insolubles en agua y, por ser más livianos que el agua, estos flotan en la parte superior. Cuando se instala el calentador de inmersión para evitar la acumulación de parafina y la formación de hielo, el primer compartimento evita su acumulación y el calentador de inmersión en el segundo compartimento sirve para el segundo fin.
Top to bottom: Calentador de inmersión. Entrada. Parafina de aceite. Agua. Primer compartimento
Right side: calentador de inmersión. Parafina de aceite. Salida. Segundo compartimento
Figura 1: Configuración típica
Selección del calentador de inmersión adecuado
Vamos a dimensionar el elemento calefactor para esta aplicación. La temperatura objetivo está entre 38 ˚C -40 ˚C para mantener la parafina en forma líquida.
Punto de ebullición de la parafina= 370 ˚C
Temperatura inicial del tanque=10 ˚C
Temperatura de fusión de la parafina= 37 ˚C
Potencia necesaria = Volumen del tanque x 4 x (Temperatura diferencial)/3412
= (300) x 4 x (37-10)/3412
= 9.49 KW
Por lo tanto, seleccionaremos el calentador de 10 KW, el que se coloca a un lado, con un solo polo con material de vaina 316SS y carcasas eléctricas NEMA 4.
Para calcular el tiempo que tardará el elemento calefactor en calentar el agua cargada de parafina, hay que dividir la potencia necesaria, calculada anteriormente, por la potencia del elemento calefactor, es decir, 10 KW.
Tiempo para calentar el sumidero =T= 9,49/10
= 0.95 horas.
Se selecciona un calentador de inmersión para colocar a un lado porque se trata de un tanque subterráneo y es importante un fácil mantenimiento, y si no había un calentador de inmersión instalado en la configuración original, este ayudará a adaptar los sumideros más antiguos. El 316SS proporcionará una adecuada resistencia a la corrosión contra el H2S (sulfuro de hidrógeno) en el aceite.
La selección del material de la vaina desempeña un papel especialmente importante en la fiabilidad y longevidad del calentador de inmersión. Aunque el cobre también puede utilizarse para esta aplicación y el acero inoxidable 304 dará mejores resultados en comparación con la vaina de cobre, el acero inoxidable 316 es el mejor material de vaina. Aunque la selección del material de la vaina no es compleja, es necesario revisar la literatura para seleccionar el mejor material para esta dependiendo de la aplicación.
Conclusión
El estudio de caso investiga la posibilidad y las consideraciones necesarias para calentar un sumidero de aguas residuales que recoge agua cargada de parafina y aceite y dimensiona un calentador de inmersión para una situación real. Al calentar adecuadamente el sumidero subterráneo se ahorran los costosos gastos de reparación asociados a los desbordamientos del sumidero cuando se obstruye con los depósitos de las parafinas, lo que reduce su capacidad y se evita el bloqueo de la salida del desagüe por la formación de hielo en un sumidero no calentado.
Los calentadores de inmersión proporcionan una forma económica de calentar el sumidero en comparación con otras soluciones contemporáneas como los intercambiadores de calor del sumidero o los intercambiadores de calor que tienen sistemas separados de separación de aceite y agua. También es relativamente menos intensivo en mantenimiento si se eligen correctamente los materiales de las carcasas y las cubiertas, y se selecciona correctamente la potencia del elemento calefactor. Si el elemento necesita una sustitución, el calentador de inmersión lateral ofrece la flexibilidad de cambiar el calentador de inmersión desde la superficie con menos tiempo de inactividad.