Este documento describe los componentes clave de las torres de enfriamiento y cómo mejorar su eficiencia de agua. Explica que las torres de enfriamiento usan evaporación para reducir la temperatura del agua y disipar calor a la atmósfera. Detalla los componentes estructurales como rociadores, empaque y eliminadores de arrastre. También cubre términos como extracción de agua, ciclos de concentración y opciones de tratamiento como químicos, filtración y automatización para mejorar el rendimiento y reducir problemas
1. Torres de Enfriamiento:
Entendiendo los componentes claves de las torres
de enfriamiento y cómo mejorar la eficiencia del agua
Operaciones Unitarias II
UNIVERSIDAD DE SONORA
Presenta: Valeria Lauterio Martínez
18 de febrero de 2016
2. Entendiendo los
componentes clave de las
torres de enfriamiento y
cómo mejorar la eficiencia
del agua
Torres de Enfriamiento:
Publicado en Febrero de 2011
Fuente: Paul Johnston - Knight
DEPARTAMENTO DE
ENERGÍA DE LOS EE.UU.
PROGRAMA FEDERAL DE ADMINISTRACIÓN DE ENERGÍA
Por: Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
3. ÍNDICE
I. Introducción
II. Descripción general
III. Estructura
IV. Términos básicos de torres de enfriamiento
V. Tipos de torres de enfriamiento
VI. Propiedades importantes del agua
VII. Cálculos del Sistema
VIII. Problemas del Sistema
IX. Opciones de tratamiento
X. Conclusiones
4.
5. INTRODUCCIÓN
• La orden ejecutiva 13514: El liderazgo Federal de en
Ambientalismo, Energía y Rendimiento Económico requiere una
reducción del uso del agua del 2% anualmente para el consumo
de agua potable así como en el uso industrial, de jardinería y
agricultura.
• Las torres de enfriamiento pueden ser un significante fuente de
consumo de agua y para realizar ahorros potenciales es esencial
que entiendan los componentes de las torres de enfriamiento y
como mejorar la eficiencia del agua.
7. TORRE DE ENFRIAMIENTO
• Es un equipo empleado para reducir la temperatura del agua a
través del proceso de evaporación en donde el calor es disipado
hacia la atmosfera.
• Son utilizadas en refinerías de petróleo, procesos químicos,
plantas de energía, fundidoras, hoteles, aeropuertos etc.
• La cantidad de calor que puede ser expulsada del agua hacia el
aire está directamente atada a la humedad relativa del aire.
9. ESTRUCTURA
Rociadores: se encuentran en la parte superior de la torre y permiten
que el agua caliente ingrese a la torre en forma de gotas para aumentar
su superficie de contacto.
Empaque: se encuentran en la parte interna de la torre y puede ser
metálica, plástica y de madera. Su función es que el agua que cae en
forma de gotas permanezca más tiempo dentro del cuerpo de la torre.
Eliminadores de arrastre: se encuentra en la parte superior
tiene la finalidad de evitar las gotas sean arrastradas por la
corriente de aire.
10. Figura 2. Rendimiento térmico de los tipo de relleno.
Empaque
depelículallena
Empaque
desalpicadura
Empaque
deasbesto-cemento
El empaque o relleno es un elemento importante en una torre de enfriamiento ya que incrementa
el contacto entre el agua – aire y con ello maximiza la transferencia de masa y calor.
Figura 3. Empaque de película.
12. • Extracción de agua o Purga: Agua que se separa para remover agua del
sistema con alto contenido de minerales, impurezas y sedimentación.
• Ciclos de concentración: Término técnico utilizado para describir la
relación de flujo másico entre la cantidad de agua alimentada al sistema y
la cantidad de agua purgada que se va por drenaje.
• Sólidos disueltos: La cantidad de minerales disueltos presentes en el
agua.
• Goteo o Arrastre: Gotas de agua arrastradas hacia el aire dejando la
superficie de la torre.
• Agua de Reposición: Suministro de agua necesaria para remplazar todas
las pérdidas debido a evaporación, fugas o vertimientos.
13. Figura 4. Flujo de agua a través de una torre de enfriamiento.
Agua fría
Purga
Bomba
Intercambiador
de calor
Agua caliente
Evaporación
Ventilador
Agua de reposición
Goteo o arrastre
Rociadores
de agua
Aire Aire
Flujo de Aire hacía arriba
Agua con concentrado
Sólidos disueltos
15. TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO
Circulación natural: Diseñadas para mover el aire a través de la estructura de
forma natural sin el uso de ventiladores. Utilizan la ley natural de diferentes
densidades entre el aire del ambiente y aire caliente en la torre.
a) Tiro natural
a) Torres atmosféricas
Figura 5. Torres de enfriamiento hiperbólicas.
16. TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO
Circulación mecánica: Disponen de aire forzado a través de la estructura por un ventilador.
• Tiro inducido (ventilador situado en la parte superior de la torre)
a) Flujo a contracorriente
b) Flujo cruzado
Figura 6. Torre de enfriamiento de flujo cruzado.
Airedeentrada
Airedeentrada
Aire de salida
Entrada de agua
caliente
Entrada de agua
caliente
Salida de agua
enfriada
Ventilador
18. PROPIEDADES IMPORTANTES DEL AGUA
• pH: es una medida de que tan ácida o alcalina es una sustancia en una escala
de 0 a 14.
• Dureza:se refiere a la presencia de calcio y magnesio disuelto en el agua.
Salen de la solución a temperaturas elevadas y permanecen solubles a
temperaturas más frías.
• Alcalinidad: presencia de ácido neutralizante, o minerales antiácidos, en el
agua. Los principales contribuyentes a la alcalinidad son el carbonato (CO3
-2),
bicarbonato (HCO3
-), e hidróxido (OH-).
• Conductividad: medida de la capacidad del agua para conducir la electricidad.
20. CÁLCULOS DEL SISTEMA
La primera relación ilustra la consideración del balance de masa general alrededor de una dada
torre de enfriamiento:
1) Agua de reposición = Purga + Evaporación
La segunda relación define ciclos de concentración en términos de flujo de agua de reposición y
el flujo de purga:
2) Ciclos de concentración = Agua de reposición / Purga
Reordenando:
3) Purga = Agua de reposición / ciclos de concentración
4) Agua de reposición = ciclos de concentración x purga
22. PROBLEMAS DEL SISTEMA
• Corrosión
• Sarro
• Ensuciamiento
• Actividad microbiológica
Figura 7. Corrosión influenciada
microbiológicamente.
Figura 8. Intercambiador de calor
Biofouled.
24. OPCIONES DE TRATAMIENTO
• Modelado de agua: plataformas de software modelan las tendencias de
formación de sarro.
• Químicas verdes: reemplaza tratamientos perjudiciales.
• Automatización: controla los parámetros de la torre de enfriamiento pH,
conductividad, control de purga.
Estos programas consisten en aditivos químicos: inhibidores de
corrosión, dispersantes, inhibidores de incrustaciones y biocidas que
funcionan para proteger el sistema de refrigeración, mantener las
superficies limpias y libres de depósitos.
25. OPCIONES DE TRATAMIENTO
• Filtración: eliminan los solidos en suspensión y materia orgánica.
• Suavizamiento: funcionan para eliminar la dureza (calcio y magnesio) del
agua de reposición.
• Dos ejemplos de reutilización de agua son recoger la condensación de
manipuladores de aire y luego bombearlo de vuelta al sistema de torre de
relleno, o implementar un sistema de ósmosis inversa en la purga de las
torres de refrigeración
26. Figura 9. Tendencia de conductividad para control
de purga manual-
Figura 10. Tendencia de conductividad para un
sistema que utiliza un controlador de purga.
Conductividad
Conductividad
Bajo BajoAlto AltoPunto fijo Punto fijoConductividad
Se puede observar el impacto de la implementación de controles de purga, mostrando tasas de
conductividad que quedan más cerca del punto ideal establecido en comparación con el control
manual.
27. Figura 11. residuos químicos tendencia para el
temporizador.
Figura 12. Residuos químicos con dosificación en
tiempo real.
ResiduosQuímicos
ResiduosQuímicos
Punto fijo Alto BajoPolímero control de dosis
Polímero- alimentación
temporizada Punto fijo Alto Bajo
Se puede observar la mejora en el rendimiento en tiempo real de dosificación alcanzados en residuos químicos
29. CONCLUSIONES
Las torres de enfriamiento se clasifican por la dirección de flujo de aire:
contracorriente o flujo cruzado y en circulación natural o circulación mecánica.
Es importante elegir bien el tipo de relleno a utilizar, se recomienda
inspeccionarlos cada seis meses, realizar limpiezas parar retirar las
incrustaciones, evaluar el rendimiento de las bombas, de los ventiladores y
realizar evaluaciones de calidad de agua (aplicarles un producto químico). Así
se podrá obtener una mejor eficiencia en la torre.
