Indice1. Principios 2. Teoría de la torre de enfriamiento 3. Torres De Tiro Mecánico 4. Operación De una torre de enfriamiento 5. Torres De Tiro Natural
Los procesos de enfriamiento del agua se cuentan entre los mas antiguos que se conocen. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque. El proceso de transferencia de calor comprende :
- La transferencia de calor latente debido a la evaporación de una porción pequeña de agua.
- La transferencia de calor sensible debido a la diferencia de temperatura entre el agua y el aire.
La posible eliminación teórica de calor por libra de aire circulado en una torre de enfriamiento depende de la temperatura y el contenido de humedad del aire. La temperatura de bulbo húmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, esta es la temperatura teórica mas baja a la que puede enfriarse el agua.
2. Teoría de la torre de enfriamiento
La teoría del proceso de transferencia de calor en una torre de enfriamiento, es la que desarrolló Merkel. Este análisis se basa en la diferencia del potencial de entalpía como fuerza impulsora. Se supone que cada partícula de agua esta rodeada por una película de aire y que la diferencia de entalpía entre la misma y el aire circundante proporciona la fuerza impulsora para el proceso de enfriamiento . En la figura siguiente se ilustran las relaciones del agua y el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de contraflujo, en donde el aire fluye en sentido paralelo, pero siguiendo una dirección opuesta al flujo del agua.
La línea de operación del agua esta representada por la línea AB y se especifica por medio de las temperaturas del agua de la torre en la entrada y salida. La línea de operación del aire principia en C, verticalmente por debajo de B, y en un punto que tiene una entalpía correspondiente a la temperatura de entrada de bulbo húmedo. La línea BC, representa la fuerza impulsora inicial (h’- h). El aire que sale de la torre se representa por medio del punto D y la gama de enfriamiento es la longitud proyectada de la línea CD sobre la escala de temperaturas.
En la actualidad se emplean dos tipos de torres de tipo mecánico; el de tiro forzado y el de tiro inducido. En la torre de tiro Forzado, un ventilador se monta en la base y se hace entrar el aire y se descarga a baja velocidad por la parte superior, la ventaja de ubicar el ventilador y el motor propulsor fuera de la torre, por lo que no se somete a corrosión , pero debido a la escasa velocidad del aire de salida, la torre se somete a una recirculación . La torre de tiro inducido es el tipo que se emplea con mayor frecuencia en Estados Unidos, la cual se divide en torres de contraflujo y de flujo transversales. Desde el punto de vista termodinámico, la configuración a contraflujo es mas eficaz , ya que el agua mas fría entra en contacto con el aire mas frío, obteniendo así el potencial máximo de entalpía. El fabricante de las torres de flujo transversal puede reducir con eficacia la característica de torre a acercamientos muy bajos incrementando la cantidad de aire para proporcionar una razón L/G mas baja. El aumento en el flujo de aire no se logra necesariamente incrementando la velocidad del mismo, sino sobre todo alargando la torre para aumentar el área de corte transversal para el flujo de aire. El tiempo de contacto entre el agua y el aire se dictamina en mayor grado por el tiempo necesario para que el agua se descargue por las boquillas y caiga a través de la torre hasta el depósito. Si el tiempo de contacto es insuficiente, ningún incremento en la relación aire agua generará el enfriamiento deseado. El funcionamiento de enfriamiento de cualquier torre que tiene una profundidad dada varia con la concentración del agua. El problema de calcular el tamaño de una torre de enfriamiento, consiste en determinar la concentración apropiada de agua que se necesita para alcanzar los resultados deseados. Después de determinar la concentración de agua necesaria, el área de la torre se calcula dividiendo los gal/min que circulan, entre la concentración del agua expresada en gal/(min)(ft2).
4. Operación De una torre de enfriamiento
Acondicionamiento del agua .- Los requisitos de acondicionamiento para una torre de enfriamiento consisten en la suma de las pérdidas de evaporación, pérdidas por arrastre y pérdidas a causa del viento. Potencia del ventilador.- Cuando se lleva a cabo un análisis del costo de una torre de enfriamiento y los costos de operación de la misma, uno de los factores mas significativos debe ser el establecimiento de la potencia del ventilador. La potencia del ventilador de la torre de enfriamiento puede sufrir una reducción sustancial a causa de un decrecimiento en la temperatura de bulbo húmedo del ambiente, cuando se emplean motores de doble velocidad en los ventiladores. Potencia de bombeo.- Otro factor importante en el análisis de la torre de enfriamiento, en especial para torres de tamaño mediano y grande, es la parte de la potencia de la bomba atribuida directamente a la torre de enfriamiento. Cuando se trata de torres de enfriamiento con boquillas de aspersión, la carga estática de bombeo será igual a la ascensión estática mas la pérdida de presión de las boquillas. Abatimiento de neblina y bruma.- Un fenómeno que ocurre con frecuencia en la operación de una torre de enfriamiento es la formación de neblina, que produce una bruma muy visible y con posibilidades muy altas de formación de hielo. La formación de neblina es ocasionada como resultado de la mezcla de aire caliente que abandona la torre, con aire ambiente de enfriamiento. En algunas ocasiones utilizan chimeneas en los ventiladores para reducir la neblina en la parte inferior de la torre. En los últimos tiempos el aspecto ambiental a recibido mayor atención, aunque aún existen personas que creen, en forma equivocada, que las descargas de las torres de enfriamiento son dañinas.
Las torres de tiro natural comenzaron a utilizarse en Europa en 1916. Estas son esencialmente apropiadas para cantidades muy grandes de enfriamiento y las estructuras de concreto reforzado que se acostumbra utilizar llegan a tener diámetros del orden de 80.7 m y alturas de 103.6.
Tanques De Rocio Los tanques de rocío constituyen un medio para reducir la temperatura del agua mediante el enfriamiento por evaporación y, al hacerlo, reducen enormemente la superficie de enfriamiento necesaria en comparación con un estanque de enfriamiento. El tanque de rocío emplea varias boquillas para rociar el agua y establecer contacto entre esta y el aire del ambiente. Una boquilla de rocío bien diseñada debe suministrar gotas finas de agua, pero sin producir un rocío que el viento arrastre con facilidad, ya que esto equivale a una pérdida excesiva de flujo.
Autor:
Ernesto Delgado Ch.