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Las torres de refrigeración son un componente esencial de la mayoría de las instalaciones industriales y comerciales. Enfrían el agua utilizada para una variedad de procesos y aplicaciones. En una futura publicación, analizaremos el papel que desempeñan las torres de refrigeración en los esfuerzos de sostenibilidad de sus instalaciones, pero hoy queremos responder a la pregunta: ¿cómo funcionan las torres de refrigeración? Comencemos con los aspectos básicos.
Las torres de refrigeración son intercambiadores de calor especializados diseñados para eliminar el calor residual mediante la creación de vapor. Su función es extraer el calor del agua y devolver el agua fría para enfriar el equipo industrial. En una torre de refrigeración, el calor se transfiere a través de calor sensible y calor latente.
Con las torres de refrigeración, la mayor parte del calor se transfiere a la atmósfera a través de la evaporación de agua de refrigeración recirculante. La refrigeración por evaporación se utiliza con frecuencia para eliminar grandes cantidades de calor de los procesos, equipos y espacios habitables. Esto se muestra en la siguiente ecuación de transferencia de calor:
P = LHe x m
Donde: Q = calor evaporativo (pérdida de calor)
LHe = calor latente de vaporización/evaporación de agua (Btu/lb)
m = masa de agua
El agua se utiliza como medio en las torres de refrigeración. Se libera una cantidad relativamente grande de calor (1000 Btu) por cada libra de agua evaporada. Cuando se trata de agua, la transferencia de calor es aproximadamente 1000 veces más eficiente a través de la evaporación que el calor sensible. El valor real es ligeramente inferior (970,4 Btu), pero en toda la industria, el valor de 1000 Btu por libra se acepta universalmente.
Las torres de refrigeración están diseñadas para crear una transferencia de calor eficaz conectando el aire y el agua de manera eficiente y rápida. Se elimina a través de la evaporación entre el 75 y el 95 por ciento del calor del proceso, el equipo o los edificios, y solo se elimina entre el 5 y el 25 por ciento por convección.
Se debe considerar el concepto de temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco. La temperatura del bulbo húmedo se define como la temperatura más baja del agua a la que se puede eliminar el calor por evaporación. Cuanto menor sea la temperatura de bulbo húmedo, menor será la humedad relativa y más eficiente será la torre de refrigeración en la eliminación del calor.
Hay tres diseños de torre diferentes. El tipo correcto se determina en función del tamaño del sistema/aplicación, la ubicación geográfica/clima, la calidad del agua y los costes de los servicios públicos locales.
Cuando el agua de recirculación en una torre de refrigeración se evapora, teóricamente sale como vapor puro. Un porcentaje extremadamente pequeño de este vapor transporta pequeñas gotas de agua que contienen sólidos disueltos. Esto se conoce como desviación de la torre de refrigeración. En este punto temprano de nuestro debate, la desviación de la torre de refrigeración se considerará fuera del alcance.
Los diagramas secuenciales de la Figura 1 ilustran lo que queremos decir con ciclos de concentración. A medida que se evapora más agua, la cantidad de sólidos disueltos permanece constante, por lo que su concentración aumenta.
La ecuación de la Figura 2 ayuda a determinar cuánta agua se evapora (E) en términos de galones por minuto.
Nota: El término ΔT es la caída de temperatura medida real a través de la torre y no la temperatura de diseño.
El agua de retorno caliente y el flujo de aire están en contraposición directa entre sí. Los eliminadores de deriva introducen un camino difícil para que las gotas de agua naveguen. La mayoría de las gotas de agua no pueden llegar a la atmósfera y caer de nuevo en la cuenca de la torre de refrigeración, lo que reduce el consumo anual de agua.
Aunque no se considera el más eficiente, el llenado por salpicadura se sigue utilizando en muchas aplicaciones, como agua de maquillaje de mala calidad o torres que sirven a aplicaciones con un alto potencial de contaminación del proceso de agua de refrigeración. En estas condiciones, el llenado de mayor eficiencia puede ensuciarse y requerir limpiezas químicas frecuentes.
El relleno de película se utiliza con más frecuencia y es ampliamente conocido. Es la construcción familiar de tipo PVC, con el patrón característico de gofres que distribuye el agua de refrigeración sobre una superficie más grande para entrar en contacto con el flujo de aire circulante. El relleno con película se puede utilizar en aplicaciones en las que la calidad del agua de reposición es buena y las temperaturas del agua de retorno caliente nunca superan los 140 °F.
Además de las ecuaciones siguientes, los ciclos de concentración (COC) también se pueden calcular utilizando la relación entre agua de maquillaje y purga.
Evaporación (gpm)
Velocidad de recirculación (gpm) x ΔT x Ef / 1.000
Maquillaje (gpm)
MU = Evap (gpm) x (C/(C-1))
C = ciclos de concentración, generalmente determinados por:
concentración de cloruro de agua de reposición/cloruro de la torre de refrigeración
o
Concentración de magnesio en la torre de refrigeración/agua de reposición
Utilice magnesio si se utiliza cloro, hipoclorito, bromo o dióxido de cloro como biocida oxidante.
Cf= Concentración final de aditivo
Si es posible, siga las siguientes recomendaciones al elegir una ubicación de torre de refrigeración:
Mediante la manipulación de las válvulas de aislamiento del condensador y del cabezal de agua enfriada, el sistema se puede configurar para que el flujo de agua de la torre de refrigeración omita la enfriadora (que está asegurada/no está en funcionamiento) y fluya directamente a través de la tubería/bobina de agua enfriada hasta el controlador de aire.
A continuación, el agua del controlador de aire se devuelve a la torre de refrigeración para repetir el ciclo. No poner en marcha el compresor de la enfriadora y las bombas de circulación del circuito de agua enfriada ayuda a conservar el uso de energía eléctrica. La temperatura del aire exterior necesaria para la refrigeración libre es de 40–45 °F.
Es importante mantenerse alerta y tener en cuenta lo siguiente:
Muchos factores contribuyen a la eficiencia de su sistema de refrigeración. Al igual que con todas las demás tecnologías, la diligencia debida es necesaria a la hora de determinar la viabilidad de utilizar nuevos métodos. Consulte siempre los manuales y guías de su equipo, y no olvide ponerse en contacto con el experimentado equipo de ChemTreat para obtener ayuda.
Consultor sénior de soporte técnico
Pete Elliott es un experto técnico de confianza con más de 30 años de experiencia en soluciones de tratamiento de agua para sistemas de servicios públicos y de procesamiento térmico. En su línea de trabajo, Elliott se centra en producir las mejores prácticas para operaciones eficientes de la planta, conservación de energía y agua, y protección y conservación de activos. Ha publicado artículos técnicos para el Cooling Technologies Institute (CTI) y la Association of Water Technologies (AWT). Elliott tiene una licenciatura en Ingeniería Civil de la Universidad de Villanova y se desempeñó como funcionario de ingeniería en la Marina de los Estados Unidos.
