Cómo minimizar el riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor con aceite térmico

El riesgo de incendio siempre se encuentra latente en diferentes procesos industriales, como por ejemplo, en sistemas de transferencia de calor que utilizan aceite térmico, siendo importante conocer los principales factores de riesgo para plantear protocolos y sistemas de prevención de incendios en plantas de operación.

Sistema de transferencia de calor que utilizan aceite térmico como fluido térmico
Sistemas de transferencia de calor que utilizan aceite térmico. Imagen de lubrita

En este artículo describiremos las principales causas de incendio en plantas que utilicen sistemas de transferencia de calor con fluidos térmicos, y cómo prevenir incendios en este tipo de equipos.

Tabla de contenidos
  1. Fluidos térmicos (aceites térmicos) en sistemas de transferencia de calor
  2. Principales causas de riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor con aceite térmico
    1. Fugas de aceite térmico
    2. Fallas en los sensores del sistema de transferencia de calor
    3. Grietas en los tubos de transferencia de calor
  3. Cómo minimizar el riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor que utilizan aceite térmico
    1. Ventilación de la sala de calentamiento
    2. Aislamiento
    3. Tuberías
    4. Sellos de las bombas
    5. Sensores de presion
    6. Desbordamiento de tanques de captura
    7. Análisis del aceite térmico y mantenimiento del sistema de transferencia de calor

Fluidos térmicos (aceites térmicos) en sistemas de transferencia de calor

DIagrama de funcionamiento de sistemas de transferencia de calor de aceite térmico
Funcionamiento de sistemas de transferencia de calor con aceite térmico. Imagen de piroblog

Los fluidos térmicos o aceites térmicos, como también se les conoce, son fluidos de transferencia de calor que tienen como objetivo intercambiar energía térmica con su entorno. En otras palabras, se trata de fluidos que absorben energía térmica y la transfieren a otro medio. Los aceites térmicos (fluidos térmicos) son utilizados ampliamente en sistemas de transferencia de calor, ya sea para realizar enfriamiento o calentamiento.

Estos fluidos de transferencia de calor (aceites térmicos) cuentan con ciertas características que les permiten realizar eficientemente su función de transferencia de energía a costes realmente moderados. Estas características son las siguientes:

  • Poseen una gran capacidad de transferencia de calor.
  • Cuentan con una excelente estabilidad térmica que les permite mantenerse en servicio por tiempo prolongado sin perder funcionalidad.
  • Su viscosidad es baja.
  • Temperaturas de solidificación bajas.
  • Baja capacidad de corrosión.
  • Toxicidad baja.
  • Costes de mantenimiento y adquisición moderados.

No todos los fluidos térmicos cumplen a cabalidad con estas características, aunque los aceites térmicos cumplen con la gran mayoría, lo que los hace bastante populares como fluidos en equipos de transferencia de calor.

Los fluidos térmicos has demostrado con creces ser realmente seguros en gran cantidad de industrias. Sin embargo, el riesgo de incendio que podrían provocar siempre se encuentra latente, siendo difícil de evitar por completo. El riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor que utilizan fluidos térmicos se debe principalmente a que los componentes de una combustión siempre se encuentran presentes durante su uso, como por ejemplo: combustibles, fuente de calor y aire.

Este riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor con fluidos térmicos puede reducirse a la mínima expresión realizando y planificando un diseño óptimo del sistema de transferencia de calor, así como, la instalación correcta de dichos sistemas y la ejecución de un buen procedimiento de mantenimiento. De esta manera, podremos mantener controlado el riesgo de incendio en este tipo de sistemas de transferencia de energía térmica.

Principales causas de riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor con aceite térmico

Incendio  en sistemas de transferencia de calor con aceite térmico
El riesgo de incendio siempre se encuentra latente en sistemas de transferencia de calor con aceite térmico. Imagen de metropolitanconsulting

Existen muchas causas que pueden provocar incendios en sistemas de transferencia de calor que utilizan aceite térmico (fluido térmico) como fluido de transferencia de calor. Entre las principales causas de riesgo, tenemos:

Fugas de aceite térmico

Las pequeñas fugas que se presentan alrededor de las bridas, vástagos de válvulas, etc, son un problema de limpieza que si no se trata a tiempo puede convertirse en un problema de seguridad. Al inicio, estas fugas generarán un poco de humo y eventualmente manchas negras sobre los accesorios y equipos del sistema de transferencia de calor. Sin embargo, si el aceite térmico se infiltra dentro de los aislamientos porosos, como la fibra de vidrio y la lana mineral, puede causar incendios en el momento de retirar el revestimiento.

Las fugas mucho más grandes causadas, por ejemplo, por fallas de los sellos de las bombas, de justas rotatorias, mangueras flexibles, etc, tienen un mayor riesgo de incendio, debido a la gran cantidad de vapor que producen. Si el líquido cae sobre una superficie caliente, se pulveriza en un cuadro eléctrico abierto, o logra derretir el revestimiento de polímero de los cables de alta tensión, puede generar una ignición que se convertirá en un incendio de gravedad de no resolver a tiempo la situación.

Cuando una válvula de alivio de presión que se encuentre ubicada a la salida del intercambiador de calor derrama aceite térmico sobre un tanque de recuperación de aceite abierto con agua en el fondo, puede ocasionar descargas explosivas considerables, ya que el agua cambia súbita y violentamente a estado gaseoso debido al calor, y atomiza la capa de aceite térmico que se encuentra sobre ella, generando explosiones peligrosas que pueden ocasionar incendios de gravedad.




Fallas en los sensores del sistema de transferencia de calor

Las fallas en los acoplamientos de las bombas, el mal funcionamiento de las válvulas de derivación y la obstrucción de los filtros en Y del sistema, pueden reducir o interrumpir el flujo de aceite térmico dentro del sistema de transferencia de calor.

Los sensores de seguridad son incorporados en los sistemas de transferencia de calor para detectar principalmente cambios de presión, aumento de temperatura o la caída de presión diferencial del sistema de transferencia de calor. De salirse de los parámetros aceptados cualquiera de estas variables, el sistema de emergencia debe apagar automáticamente la fuente de energía. Sin embargo, si los sensores han sido desviados o presentan fallas (por uso o falta de mantenimiento) la fuente de energía puede continuar funcionando, calentando más de la cuenta al sistema de transferencia de calor, lo que puede generar una fuga de aceite térmico sobrecalentado, la cual, puede generar un gran riesgo de incendio.

Grietas en los tubos de transferencia de calor

Los calefactores que utilizan fuego se encuentran diseñados para que la fuente de calor no entre en contacto directo con los tubos de transferencia de calor. Los quemadores dañados pueden causar un impacto de la llama directamente sobre los tubos, lo que crea puntos de calor localizados que pueden generar coque.

Este coque, se aísla en esa sección del tubo generando una expansión térmica desigual que puede provocar grietas en los tubos. Por dichas grietas, se derramará aceite térmico que caerá a la cámara de combustión del calefactor. Esta acumulación de aceite térmico en la cámara de combustión, junto a su combinación con el combustible cuando el sistema de transferencia de calor se encuentra apagado, eleva considerablemente el riesgo de incendio durante el arranque del equipo.

Cómo minimizar el riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor que utilizan aceite térmico

Caldera que utiliza aceite térmico como fluido de transferencia de calor
Caldera que utiliza aceite térmico para transferencia de energía. Imagen de piroblog

Anteriormente, comentábamos que para minimizar el riesgo de incendio en sistemas de transferencia de calor que utilizan aceite térmico (fluido térmico) era necesario realizar un diseño eficiente y una instalación correcta de estos sistemas, así como, plantear un programa de mantenimiento regular que sea efectivo. A continuación, describiremos algunas pautas a implementar en este tipo de sistemas de transferencia de calor para poder reducir el riesgo de incendio a su mínima expresión:

Ventilación de la sala de calentamiento

Una de las actividades más efectivas para prevenir incendios en equipos de transferencia de calor, es propiciar una ventilación eficiente. De esta manera, se convertirá a los vapores en humo y se enfriará la parte líquida para evitar una mayor vaporización. Al inyectar aire fresco desde abajo y hacerlo salir por lo alto del sistema de transferencia de calor, se propicia un máximo contacto del aire con el aceite térmico que se pueda filtrar en la cámara de calentamiento, lo que permite minimizar el riesgo de incendio.

Es por ello, que se debe mantener bien ventilada la sala de calentamiento, propiciando un movimiento de aire continuo. Como regla general, se debe mantener el área de calentamiento a una temperatura no mayor a 25 Fahrenheit por encima de la temperatura exterior. De tener una temperatura mayor a esta en la zona de calentamiento, es un indicativo que se requiere mejorar la ventilación de toda el área para minimizar el riesgo de incendio.

Aislamiento

El aislamiento es vital para mantener controlada la transferencia de calor. Sin embargo, algunas capas de aislante son más propicias a incendiarse que otras. El vidrio espumado es el material estándar recomendado, ya que no absorbe aceite térmico. Las fugas de aceite suelen acumularse en los puntos más bajos del sistema de transferencia de calor, como los puntos de drenaje ubicados alrededor del aislamiento para evitar acumulación excesiva, es por esta razón, que un aislamiento que no absorba aceite es fundamental para minimizar el riesgo de incendio.

Las lanas minerales y la fibra de vidrio, suelen utilizarse con seguridad en tramos de tuberías horizontales en los que el potencial de fuga de aceite térmico es muy poco probable. Cabe destacar, que todo aislamiento debe estar recubierto con un revestimiento de aluminio para evitar fugas externas. También, hay que destacar que las bridas nunca deben estar aisladas. De requerirse sistemas de protección personal, se recomienda el uso de cubiertas de goteo metálicas.

Tuberías

Las juntas de dilatación deben estar apoyadas en ambos extremos y se instalarán de forma que se mueva axialmente. Las bridas deben utilizarse sólo alrededor de las válvulas, bombas y equipos.




Sellos de las bombas

Cualquier vibración o ruido que se presente en las bombas debe ser investigado rápidamente. Los sellos deben ser inmediatamente reemplazados cuando se presente cualquier tipo de fuga. No instalar tapones en la línea de ventilación de la cámara de sellado de la bomba y evitar en lo posible bandejas de recogida en la parte inferior de la bomba, ya que si no se mantiene vacía, el aceite térmico acumulado puede degradarse por el calor y puede auto inflamarse, generando mayor riesgo de incendio en la planta.

Sensores de presión

Los tubos de diámetro pequeño que suelen conectar a los sensores de presión son muy susceptibles a taponarse, si dentro de estos se encuentran partículas de carbono en el aceite. Es por ello, que debe cambiarse con regularidad el fluido térmico y mantenerlo limpio.

Desbordamiento de tanques de captura

El tanque de captura debe ser cerrado y con un fondo abombado, además de poseer una válvula de drenaje ubicada en el centro del fondo para facilitar un vaciado completo. También, debe poseer una mirilla de alta presión.

La ventilación debe dirigirse fuera de la sala del calentador a una zona segura, de no ser posible, se debe dirigir a un rincón lejano de la sala del calentador, alejado lo más posible de los paneles de control y las puertas de salida y entrada de aire de combustión.

Análisis del aceite térmico y mantenimiento del sistema de transferencia de calor

El riesgo de incendio también puede reducirse mediante un mantenimiento del aceite térmico. Un aceite térmico en mal estado tiene menos margen de error para alteraciones y problemas del sistema. La degradación del aceite térmico es inevitable, sin embargo, puede minimizarse para disminuir el riesgo de incendio.

Los “Low Boilers” son unos fluidos con un punto de ebullición más bajo, que se producen cuando las moléculas de fluido se agrietan debido a temperaturas del fluido excesivamente altas. Este agrietamiento puede ser inducido por un bajo flujo a través del calentador que reduce la energía transferida al fluido, lo que hace que la temperatura del tubo aumente.

Otra causa importante de la degradación del aceite térmico es el impacto de la llama sobre el serpentín del calentador. Esto fomenta la formación de lodo de carbón, que es un indicativo de la oxidación del fluido. El fluido oxidado produce carbón al pasar por el calentador, incluso a una temperatura de calentamiento normal. El carbono puede causar placas en el interior del serpentín y provocar puntos calientes, e incluso puede obstruir tubos de diámetro inferior.

Estas dos condiciones pueden detectarse mediante un análisis, realizando pruebas de degradación del fluido. Sin embargo, si el sistema de transferencia de calor ya tiene problemas, probablemente ya sea demasiado tarde para las pruebas. Es por ello, que el mejor momento para comprobar al aceite térmico es justo antes de que aparezcan los problemas. Se recomienda analizar el aceite térmico por lo menos una vez al año a partir del primer año de uso.

El análisis de tendencia de los resultados de las pruebas, puede proporcionar una valiosa herramienta de resolución de problemas para detectar y corregir situaciones específicas del sistema que estén causando una degradación acelerada del aceite térmico. Cuando los síntomas ya se encuentran presentes en los análisis, son indicativos de que el fluido térmico ya se encuentra degradado y es momento de reemplazarlo.

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