torre de enfriamiento 2
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1 9 6 61 9 6 6
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
Escuela Profesional de Ingenieriacutea Quiacutemica
Facultad de Ingenieriacutea Quiacutemica
TEMA
TORRES DE ENFRIAMIENTO
CURSO
BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA
PROFESOR ZAVALETA ORTIZ Jack
ALUMNA
MENDOZA CARRANZA Javier QUISPE LEON Sandra melania VILCAPOMA SARMIENTOMaria
BELLAVISTA ndash CALLAO
2007
TORRES DE ENFRIEMIENTO
iquestQue es una torre de enfriamiento Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua y otros medios a temperaturas proacuteximas a las ambientales en grandes voluacutemenes (extraen calor del agua mediante evaporacioacuten o conduccioacuten) Su uso se da en plantas de energiacutea refineriacuteas de petroacuteleo plantas petroquiacutemicas plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales
Las torres de enfriamiento usan la evaporacioacuten del agua para rechazar el calor de un proceso tal como la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica Las torres de enfriamiento variacutean en tamantildeo desde pequentildeas a estructuras muy grandes que pueden sobrepasar los 120 metros de altura y 100 metros de longitud Torres maacutes pequentildeas son normalmente construidas en fabricas mientras que las maacutes grandes son construidas en el sitio donde se requieren
Los sistemas de enfriamiento industrial de centrales teacutermicas refineriacuteas de petroacuteleo y plantas petroquiacutemicas y de acondicionamiento de aire en hospitales y centros comerciales necesitan evacuar calor residual de sus procesos utilizando para ello a menudo un flujo de agua a baja temperatura a traveacutes de intercambiadores de calor
Ese flujo de agua una vez calentado puede desecharse al ambiente con lo cual seraacute necesario contar con una masa elevada de agua disponible para el proceso y en condiciones oacuteptimas de utilizacioacuten (desmineralizada sin soacutelidos en suspensioacuten etc) oacute bien podraacute recircularse nuevamente al proceso una vez refrigerada con lo cual los costes de operacioacuten disminuiraacuten en gran medida
iquestComo Funciona las torres de enfriamiento
En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de enfriamiento mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre A fin de mejorar el contacto aire-agua se utiliza un entramado denominado ldquorellenordquo El agua entra en la torre por la parte superior y se distribuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores De esta forma se consigue un contacto oacuteptimo entre el agua y el aire atmosfeacuterico
El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre el agua y el aire Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire tiene lugar una cesioacuten de calor del agua hacia el aire Eacutesta se produce debido a dos mecanismos la transmisioacuten de calor por conveccioacuten y la transferencia de vapor desde el agua al aire con el consiguiente enfriamiento del agua debido a la evaporacioacuten
En la transmisioacuten de calor por conveccioacuten se produce un flujo de calor en direccioacuten al aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos
La tasa de enfriamiento por evaporacioacuten es de gran magnitud en las torres de enfriamiento alrededor del 90 es debida al fenoacutemeno difusivo Al entrar en contacto el aire con el agua se forma una fina peliacutecula de aire huacutemedo saturado sobre la laacutemina de agua que desciende por el relleno Esto es debido a que la presioacuten parcial de vapor de agua en la peliacutecula de aire es superior a la del aire huacutemedo que circula por la torre producieacutendose una cesioacuten de vapor de agua (evaporacioacuten) Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporizacioacuten del propio liacutequido Este calor latente es cedido al aire obtenieacutendose un enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire La diferencia de temperaturas del agua a la salida y la temperatura huacutemeda del aire se llama laquoacercamientoraquo o ldquoaproximacioacutenrdquo ya que representa el liacutemite termodinaacutemico de enfriamiento al que puede llegar el agua
Para crear flujo hacia arriba algunas torres de enfriamiento contienen aspas en la parte superior las cuales son similares a las de un ventilador Estas aspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre de enfriamiento El agua cae en un recipiente y se retraeraacute desde ahiacute para al proceso de produccioacuten
Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados Cuando un sistema es cerrado el agua no entra en contacto con el aire de fuera Como consecuencia la contaminacioacuten del agua de las torres de enfriamiento por los contaminantes del aire y microorganismos es insignificante Ademaacutes los microorganismos presentes en las torres de enfriamiento no son eliminados a la atmoacutesfera
El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenoacutemeno de evaporacioacuten
La evaporacioacuten es el paso de un liacutequido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un liacutequido un ejemplo es la evaporacioacuten del agua de los mares
Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de siacute misma el calor que necesita esto origina que el agua se enfriacutee y por lo tanto que su temperatura disminuya
Clasificacioacuten de las torres de enfriamiento
La forma maacutes simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es seguacuten la forma en que se mueve el aire a traveacutes de eacutestas Seguacuten este criterio existen torres de circulacioacuten natural y torres de tiro mecaacutenico En las torres de circulacioacuten natural el movimiento del aire soacutelo depende de las condiciones climaacuteticas y ambientales Las torres de tiro mecaacutenico utilizan ventiladores para mover el aire a traveacutes del relleno
1 Torres de circulacioacuten natural
Se clasifican a su vez en torres atmosfeacutericas y en torres de tiro natural
Las torres atmosfeacutericas utilizan las corrientes de aire de la atmoacutesfera El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado) Son torres de gran altura y pequentildea seccioacuten transversal Deben instalarse en lugares muy despejados de forma que ninguacuten obstaacuteculo pueda impedir la libre circulacioacuten de aire a traveacutes de la torre Tienen un costo inicial alto debido a su gran tamantildeo pero el costo de mantenimiento es reducido al no existir partes mecaacutenicas moacuteviles Una torre de este tipo puede ser una solucioacuten muy econoacutemica para determinadas necesidades de refrigeracioacuten si se puede garantizar que funcionaraacute habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales o superiores a los 8 kmh Si la velocidad promedio del viento es baja los costos fijos y de bombeo aumentan mucho en relacioacuten a una torre de tiro mecaacutenico y no compensan el ahorro del costo de ventilacioacuten Actualmente las torres atmosfeacutericas estaacuten en desuso
Una torre de tiro natural es aquella en la que el aire es inducido por una gran chimenea situada sobre el relleno (Fig 12) La diferencia de densidades entre el aire huacutemedo caliente y el aire atmosfeacuterico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire a traveacutes de la torre La diferencia de velocidades entre el viento circulante a nivel del suelo y el viento que circula por la parte superior de la chimenea tambieacuten ayuda a establecer el flujo de aire Por ambos motivos las torres de tiro natural han de ser altas y ademaacutes deben tener una seccioacuten transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua Al igual que las torres atmosfeacutericas no tienen partes mecaacutenicas La velocidad media del aire a traveacutes de la torre suele estar comprendida entre 1 y 2 ms Las torres de tiro natural no son adecuadas cuando la temperatura seca del aire es elevada ya que eacutesta debe ser siempre inferior a la del agua caliente No es posible conseguir un valor de acercamiento pequentildeo y es muy difiacutecil controlar exactamente la temperatura del agua En las torres de tiro -natural no se pueden utilizar rellenos de gran compacidad debido a que la resistencia al flujo de aire debe ser lo maacutes pequentildea posible Estas torres son muy utilizadas en centrales teacutermicas muy pocas veces son aplicables a plantas industriales debido a la fuerte inversioacuten inicial necesaria
SALIDA DE AIRE
Figura 12 Esquema de una torre de tiro natural
2 Torres de tiro mecaacutenico
Las torres de tiro mecaacutenico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado Se trata de torres compactas con una seccioacuten transversal y una altura de bombeo pequentildeas en comparacioacuten con las torres de tiro natural En estas torres se puede controlar de forma precisa la temperatura del agua de salida y se pueden lograr valores de acercamiento muy pequentildeos (hasta de 1 o 2 ordmC aunque en la praacutectica acostumbra a ser de 3 o 4 ordmC) Si el ventilador se encuentra situado en la entrada de aire el tiro es forzado Cuando el ventilador se ubica en la zona de descarga del aire se habla de tiro inducido
En las torres de tiro forzado el aire se descarga a baja velocidad por la parte superior de la torre (Fig 13) Estas torres son casi siempre de flujo a contracorriente Son maacutes eficientes que las torres de tiro inducido puesto que la presioacuten dinaacutemica convertida a estaacutetica realiza un trabajo uacutetil El aire que se mueve es aire friacuteo de mayor densidad que
Fig 13 en el caso de tiro inducido Esto tambieacuten significa que el equipo mecaacutenico tendraacute una duracioacuten mayor que en el caso de tiro inducido ya que el ventilador trabaja con aire friacuteo y no saturado menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida Como inconveniente debe mencionarse la posibilidad de que exista recirculacioacuten del aire de salida hacia la zona de baja presioacuten creada por el ventilador en la entrada de aire
Figura 14 Torre de flujo a contracorriente y tiro inducido
Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado El flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a traveacutes del relleno de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccioacuten pero sentido opuesto (Fig 14) La ventaja que tienen este tipo de torres es que el agua maacutes friacutea se pone en contacto con el aire maacutes seco lograacutendose un maacuteximo rendimiento En eacutestas el aire puede entrar a traveacutes de una o maacutes paredes de la torre con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire Ademaacutes la elevada velocidad con la que entra el aire hace que
Figura 15 Torre de flujo cruzado (tiro inducido)
exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extrantildeos dentro de la torre La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran peacuterdida de presioacuten estaacutetica y en un aumento de la potencia de ventilacioacuten en comparacioacuten con las torres de flujo cruzado
En las torres de flujo cruzado el aire circula en direccioacuten perpendicular respecto al agua que desciende (Fig 15) Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente ya que la altura total de la torre es praacutecticamente igual a la del relleno El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorriente debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre La principal desventaja de estas torres es que no son recomendables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto teacutermico y un valor de acercamiento pequentildeo puesto que ello significaraacute maacutes superficie transversal y maacutes potencia de ventilacioacuten que en el caso de una torre de flujo a contracorriente
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Funcioacuten Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmoacutesfera el costo de operacioacuten de una torre de enfriamiento estaraacute en funcioacuten del costo de transformacioacuten del agua y el aire Maximiza la cantidad de calor liberado a la atmoacutesfera por unidad de costo de operacioacuten invertido Basado en el control de las temperaturas de suministros y retorno de agua Procesos Las variables a manipular para lograr el control oacuteptimo de temperaturas son el flujo de aire y agua la manipulacioacuten de esos flujos pueden llevarse a cabo mediante el uso de variadores tanto en las bombas de carga como en los ventiladores de enfriamiento Funcionamiento En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la temperatura miacutenima econoacutemica la cual estaacute en funcioacuten de la temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire la torre de enfriamiento no puede generar agua a una temperatura menor a esta pero puede aproximarse La aproximacioacuten es la diferencia de temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire y la temperatura del agua a la salida de la torre Cuando el diferencial de temperatura se incrementa los costos de operacioacuten de la torre de enfriamiento ventilacioacuten y bombas se ven igualmente incrementados Solucioacuten
bull DELTA V regula las PRM de los ventiladores de enfriamiento a fin de mantener la operacioacuten de la torre de enfriamiento en el punto oacuteptimo
bull DELTA V ajusta la operacioacuten de los ventiladores evitando que estos trabajen al 100 de su capacidad cuando no se considere necesario
Beneficios Con el ajuste de las RPM de los ventiladores ya sea por modificacioacuten en la carga de agua a la torre o un cambio en la temperatura de bulbos huacutemedos SE GENERAacuteN CONSIDERABLES AHORROS EN CONSUMO ENERGEacuteTICO
ESTRUCTURA INTERNA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
Sistema de torre de refrigeracioacuten
Cuantitativamente el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeracioacuten huacutemeda estaacute controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo evaporacioacuten y peacuterdidas por viento tasa de trasegado y ciclos de concentracioacuten
M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
- EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
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TORRES DE ENFRIEMIENTO
iquestQue es una torre de enfriamiento Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua y otros medios a temperaturas proacuteximas a las ambientales en grandes voluacutemenes (extraen calor del agua mediante evaporacioacuten o conduccioacuten) Su uso se da en plantas de energiacutea refineriacuteas de petroacuteleo plantas petroquiacutemicas plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales
Las torres de enfriamiento usan la evaporacioacuten del agua para rechazar el calor de un proceso tal como la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica Las torres de enfriamiento variacutean en tamantildeo desde pequentildeas a estructuras muy grandes que pueden sobrepasar los 120 metros de altura y 100 metros de longitud Torres maacutes pequentildeas son normalmente construidas en fabricas mientras que las maacutes grandes son construidas en el sitio donde se requieren
Los sistemas de enfriamiento industrial de centrales teacutermicas refineriacuteas de petroacuteleo y plantas petroquiacutemicas y de acondicionamiento de aire en hospitales y centros comerciales necesitan evacuar calor residual de sus procesos utilizando para ello a menudo un flujo de agua a baja temperatura a traveacutes de intercambiadores de calor
Ese flujo de agua una vez calentado puede desecharse al ambiente con lo cual seraacute necesario contar con una masa elevada de agua disponible para el proceso y en condiciones oacuteptimas de utilizacioacuten (desmineralizada sin soacutelidos en suspensioacuten etc) oacute bien podraacute recircularse nuevamente al proceso una vez refrigerada con lo cual los costes de operacioacuten disminuiraacuten en gran medida
iquestComo Funciona las torres de enfriamiento
En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de enfriamiento mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre A fin de mejorar el contacto aire-agua se utiliza un entramado denominado ldquorellenordquo El agua entra en la torre por la parte superior y se distribuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores De esta forma se consigue un contacto oacuteptimo entre el agua y el aire atmosfeacuterico
El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre el agua y el aire Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire tiene lugar una cesioacuten de calor del agua hacia el aire Eacutesta se produce debido a dos mecanismos la transmisioacuten de calor por conveccioacuten y la transferencia de vapor desde el agua al aire con el consiguiente enfriamiento del agua debido a la evaporacioacuten
En la transmisioacuten de calor por conveccioacuten se produce un flujo de calor en direccioacuten al aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos
La tasa de enfriamiento por evaporacioacuten es de gran magnitud en las torres de enfriamiento alrededor del 90 es debida al fenoacutemeno difusivo Al entrar en contacto el aire con el agua se forma una fina peliacutecula de aire huacutemedo saturado sobre la laacutemina de agua que desciende por el relleno Esto es debido a que la presioacuten parcial de vapor de agua en la peliacutecula de aire es superior a la del aire huacutemedo que circula por la torre producieacutendose una cesioacuten de vapor de agua (evaporacioacuten) Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporizacioacuten del propio liacutequido Este calor latente es cedido al aire obtenieacutendose un enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire La diferencia de temperaturas del agua a la salida y la temperatura huacutemeda del aire se llama laquoacercamientoraquo o ldquoaproximacioacutenrdquo ya que representa el liacutemite termodinaacutemico de enfriamiento al que puede llegar el agua
Para crear flujo hacia arriba algunas torres de enfriamiento contienen aspas en la parte superior las cuales son similares a las de un ventilador Estas aspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre de enfriamiento El agua cae en un recipiente y se retraeraacute desde ahiacute para al proceso de produccioacuten
Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados Cuando un sistema es cerrado el agua no entra en contacto con el aire de fuera Como consecuencia la contaminacioacuten del agua de las torres de enfriamiento por los contaminantes del aire y microorganismos es insignificante Ademaacutes los microorganismos presentes en las torres de enfriamiento no son eliminados a la atmoacutesfera
El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenoacutemeno de evaporacioacuten
La evaporacioacuten es el paso de un liacutequido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un liacutequido un ejemplo es la evaporacioacuten del agua de los mares
Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de siacute misma el calor que necesita esto origina que el agua se enfriacutee y por lo tanto que su temperatura disminuya
Clasificacioacuten de las torres de enfriamiento
La forma maacutes simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es seguacuten la forma en que se mueve el aire a traveacutes de eacutestas Seguacuten este criterio existen torres de circulacioacuten natural y torres de tiro mecaacutenico En las torres de circulacioacuten natural el movimiento del aire soacutelo depende de las condiciones climaacuteticas y ambientales Las torres de tiro mecaacutenico utilizan ventiladores para mover el aire a traveacutes del relleno
1 Torres de circulacioacuten natural
Se clasifican a su vez en torres atmosfeacutericas y en torres de tiro natural
Las torres atmosfeacutericas utilizan las corrientes de aire de la atmoacutesfera El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado) Son torres de gran altura y pequentildea seccioacuten transversal Deben instalarse en lugares muy despejados de forma que ninguacuten obstaacuteculo pueda impedir la libre circulacioacuten de aire a traveacutes de la torre Tienen un costo inicial alto debido a su gran tamantildeo pero el costo de mantenimiento es reducido al no existir partes mecaacutenicas moacuteviles Una torre de este tipo puede ser una solucioacuten muy econoacutemica para determinadas necesidades de refrigeracioacuten si se puede garantizar que funcionaraacute habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales o superiores a los 8 kmh Si la velocidad promedio del viento es baja los costos fijos y de bombeo aumentan mucho en relacioacuten a una torre de tiro mecaacutenico y no compensan el ahorro del costo de ventilacioacuten Actualmente las torres atmosfeacutericas estaacuten en desuso
Una torre de tiro natural es aquella en la que el aire es inducido por una gran chimenea situada sobre el relleno (Fig 12) La diferencia de densidades entre el aire huacutemedo caliente y el aire atmosfeacuterico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire a traveacutes de la torre La diferencia de velocidades entre el viento circulante a nivel del suelo y el viento que circula por la parte superior de la chimenea tambieacuten ayuda a establecer el flujo de aire Por ambos motivos las torres de tiro natural han de ser altas y ademaacutes deben tener una seccioacuten transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua Al igual que las torres atmosfeacutericas no tienen partes mecaacutenicas La velocidad media del aire a traveacutes de la torre suele estar comprendida entre 1 y 2 ms Las torres de tiro natural no son adecuadas cuando la temperatura seca del aire es elevada ya que eacutesta debe ser siempre inferior a la del agua caliente No es posible conseguir un valor de acercamiento pequentildeo y es muy difiacutecil controlar exactamente la temperatura del agua En las torres de tiro -natural no se pueden utilizar rellenos de gran compacidad debido a que la resistencia al flujo de aire debe ser lo maacutes pequentildea posible Estas torres son muy utilizadas en centrales teacutermicas muy pocas veces son aplicables a plantas industriales debido a la fuerte inversioacuten inicial necesaria
SALIDA DE AIRE
Figura 12 Esquema de una torre de tiro natural
2 Torres de tiro mecaacutenico
Las torres de tiro mecaacutenico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado Se trata de torres compactas con una seccioacuten transversal y una altura de bombeo pequentildeas en comparacioacuten con las torres de tiro natural En estas torres se puede controlar de forma precisa la temperatura del agua de salida y se pueden lograr valores de acercamiento muy pequentildeos (hasta de 1 o 2 ordmC aunque en la praacutectica acostumbra a ser de 3 o 4 ordmC) Si el ventilador se encuentra situado en la entrada de aire el tiro es forzado Cuando el ventilador se ubica en la zona de descarga del aire se habla de tiro inducido
En las torres de tiro forzado el aire se descarga a baja velocidad por la parte superior de la torre (Fig 13) Estas torres son casi siempre de flujo a contracorriente Son maacutes eficientes que las torres de tiro inducido puesto que la presioacuten dinaacutemica convertida a estaacutetica realiza un trabajo uacutetil El aire que se mueve es aire friacuteo de mayor densidad que
Fig 13 en el caso de tiro inducido Esto tambieacuten significa que el equipo mecaacutenico tendraacute una duracioacuten mayor que en el caso de tiro inducido ya que el ventilador trabaja con aire friacuteo y no saturado menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida Como inconveniente debe mencionarse la posibilidad de que exista recirculacioacuten del aire de salida hacia la zona de baja presioacuten creada por el ventilador en la entrada de aire
Figura 14 Torre de flujo a contracorriente y tiro inducido
Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado El flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a traveacutes del relleno de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccioacuten pero sentido opuesto (Fig 14) La ventaja que tienen este tipo de torres es que el agua maacutes friacutea se pone en contacto con el aire maacutes seco lograacutendose un maacuteximo rendimiento En eacutestas el aire puede entrar a traveacutes de una o maacutes paredes de la torre con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire Ademaacutes la elevada velocidad con la que entra el aire hace que
Figura 15 Torre de flujo cruzado (tiro inducido)
exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extrantildeos dentro de la torre La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran peacuterdida de presioacuten estaacutetica y en un aumento de la potencia de ventilacioacuten en comparacioacuten con las torres de flujo cruzado
En las torres de flujo cruzado el aire circula en direccioacuten perpendicular respecto al agua que desciende (Fig 15) Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente ya que la altura total de la torre es praacutecticamente igual a la del relleno El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorriente debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre La principal desventaja de estas torres es que no son recomendables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto teacutermico y un valor de acercamiento pequentildeo puesto que ello significaraacute maacutes superficie transversal y maacutes potencia de ventilacioacuten que en el caso de una torre de flujo a contracorriente
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Funcioacuten Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmoacutesfera el costo de operacioacuten de una torre de enfriamiento estaraacute en funcioacuten del costo de transformacioacuten del agua y el aire Maximiza la cantidad de calor liberado a la atmoacutesfera por unidad de costo de operacioacuten invertido Basado en el control de las temperaturas de suministros y retorno de agua Procesos Las variables a manipular para lograr el control oacuteptimo de temperaturas son el flujo de aire y agua la manipulacioacuten de esos flujos pueden llevarse a cabo mediante el uso de variadores tanto en las bombas de carga como en los ventiladores de enfriamiento Funcionamiento En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la temperatura miacutenima econoacutemica la cual estaacute en funcioacuten de la temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire la torre de enfriamiento no puede generar agua a una temperatura menor a esta pero puede aproximarse La aproximacioacuten es la diferencia de temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire y la temperatura del agua a la salida de la torre Cuando el diferencial de temperatura se incrementa los costos de operacioacuten de la torre de enfriamiento ventilacioacuten y bombas se ven igualmente incrementados Solucioacuten
bull DELTA V regula las PRM de los ventiladores de enfriamiento a fin de mantener la operacioacuten de la torre de enfriamiento en el punto oacuteptimo
bull DELTA V ajusta la operacioacuten de los ventiladores evitando que estos trabajen al 100 de su capacidad cuando no se considere necesario
Beneficios Con el ajuste de las RPM de los ventiladores ya sea por modificacioacuten en la carga de agua a la torre o un cambio en la temperatura de bulbos huacutemedos SE GENERAacuteN CONSIDERABLES AHORROS EN CONSUMO ENERGEacuteTICO
ESTRUCTURA INTERNA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
Sistema de torre de refrigeracioacuten
Cuantitativamente el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeracioacuten huacutemeda estaacute controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo evaporacioacuten y peacuterdidas por viento tasa de trasegado y ciclos de concentracioacuten
M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
- EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
-
Para crear flujo hacia arriba algunas torres de enfriamiento contienen aspas en la parte superior las cuales son similares a las de un ventilador Estas aspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre de enfriamiento El agua cae en un recipiente y se retraeraacute desde ahiacute para al proceso de produccioacuten
Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados Cuando un sistema es cerrado el agua no entra en contacto con el aire de fuera Como consecuencia la contaminacioacuten del agua de las torres de enfriamiento por los contaminantes del aire y microorganismos es insignificante Ademaacutes los microorganismos presentes en las torres de enfriamiento no son eliminados a la atmoacutesfera
El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenoacutemeno de evaporacioacuten
La evaporacioacuten es el paso de un liacutequido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un liacutequido un ejemplo es la evaporacioacuten del agua de los mares
Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de siacute misma el calor que necesita esto origina que el agua se enfriacutee y por lo tanto que su temperatura disminuya
Clasificacioacuten de las torres de enfriamiento
La forma maacutes simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es seguacuten la forma en que se mueve el aire a traveacutes de eacutestas Seguacuten este criterio existen torres de circulacioacuten natural y torres de tiro mecaacutenico En las torres de circulacioacuten natural el movimiento del aire soacutelo depende de las condiciones climaacuteticas y ambientales Las torres de tiro mecaacutenico utilizan ventiladores para mover el aire a traveacutes del relleno
1 Torres de circulacioacuten natural
Se clasifican a su vez en torres atmosfeacutericas y en torres de tiro natural
Las torres atmosfeacutericas utilizan las corrientes de aire de la atmoacutesfera El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado) Son torres de gran altura y pequentildea seccioacuten transversal Deben instalarse en lugares muy despejados de forma que ninguacuten obstaacuteculo pueda impedir la libre circulacioacuten de aire a traveacutes de la torre Tienen un costo inicial alto debido a su gran tamantildeo pero el costo de mantenimiento es reducido al no existir partes mecaacutenicas moacuteviles Una torre de este tipo puede ser una solucioacuten muy econoacutemica para determinadas necesidades de refrigeracioacuten si se puede garantizar que funcionaraacute habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales o superiores a los 8 kmh Si la velocidad promedio del viento es baja los costos fijos y de bombeo aumentan mucho en relacioacuten a una torre de tiro mecaacutenico y no compensan el ahorro del costo de ventilacioacuten Actualmente las torres atmosfeacutericas estaacuten en desuso
Una torre de tiro natural es aquella en la que el aire es inducido por una gran chimenea situada sobre el relleno (Fig 12) La diferencia de densidades entre el aire huacutemedo caliente y el aire atmosfeacuterico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire a traveacutes de la torre La diferencia de velocidades entre el viento circulante a nivel del suelo y el viento que circula por la parte superior de la chimenea tambieacuten ayuda a establecer el flujo de aire Por ambos motivos las torres de tiro natural han de ser altas y ademaacutes deben tener una seccioacuten transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua Al igual que las torres atmosfeacutericas no tienen partes mecaacutenicas La velocidad media del aire a traveacutes de la torre suele estar comprendida entre 1 y 2 ms Las torres de tiro natural no son adecuadas cuando la temperatura seca del aire es elevada ya que eacutesta debe ser siempre inferior a la del agua caliente No es posible conseguir un valor de acercamiento pequentildeo y es muy difiacutecil controlar exactamente la temperatura del agua En las torres de tiro -natural no se pueden utilizar rellenos de gran compacidad debido a que la resistencia al flujo de aire debe ser lo maacutes pequentildea posible Estas torres son muy utilizadas en centrales teacutermicas muy pocas veces son aplicables a plantas industriales debido a la fuerte inversioacuten inicial necesaria
SALIDA DE AIRE
Figura 12 Esquema de una torre de tiro natural
2 Torres de tiro mecaacutenico
Las torres de tiro mecaacutenico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado Se trata de torres compactas con una seccioacuten transversal y una altura de bombeo pequentildeas en comparacioacuten con las torres de tiro natural En estas torres se puede controlar de forma precisa la temperatura del agua de salida y se pueden lograr valores de acercamiento muy pequentildeos (hasta de 1 o 2 ordmC aunque en la praacutectica acostumbra a ser de 3 o 4 ordmC) Si el ventilador se encuentra situado en la entrada de aire el tiro es forzado Cuando el ventilador se ubica en la zona de descarga del aire se habla de tiro inducido
En las torres de tiro forzado el aire se descarga a baja velocidad por la parte superior de la torre (Fig 13) Estas torres son casi siempre de flujo a contracorriente Son maacutes eficientes que las torres de tiro inducido puesto que la presioacuten dinaacutemica convertida a estaacutetica realiza un trabajo uacutetil El aire que se mueve es aire friacuteo de mayor densidad que
Fig 13 en el caso de tiro inducido Esto tambieacuten significa que el equipo mecaacutenico tendraacute una duracioacuten mayor que en el caso de tiro inducido ya que el ventilador trabaja con aire friacuteo y no saturado menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida Como inconveniente debe mencionarse la posibilidad de que exista recirculacioacuten del aire de salida hacia la zona de baja presioacuten creada por el ventilador en la entrada de aire
Figura 14 Torre de flujo a contracorriente y tiro inducido
Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado El flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a traveacutes del relleno de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccioacuten pero sentido opuesto (Fig 14) La ventaja que tienen este tipo de torres es que el agua maacutes friacutea se pone en contacto con el aire maacutes seco lograacutendose un maacuteximo rendimiento En eacutestas el aire puede entrar a traveacutes de una o maacutes paredes de la torre con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire Ademaacutes la elevada velocidad con la que entra el aire hace que
Figura 15 Torre de flujo cruzado (tiro inducido)
exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extrantildeos dentro de la torre La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran peacuterdida de presioacuten estaacutetica y en un aumento de la potencia de ventilacioacuten en comparacioacuten con las torres de flujo cruzado
En las torres de flujo cruzado el aire circula en direccioacuten perpendicular respecto al agua que desciende (Fig 15) Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente ya que la altura total de la torre es praacutecticamente igual a la del relleno El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorriente debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre La principal desventaja de estas torres es que no son recomendables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto teacutermico y un valor de acercamiento pequentildeo puesto que ello significaraacute maacutes superficie transversal y maacutes potencia de ventilacioacuten que en el caso de una torre de flujo a contracorriente
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Funcioacuten Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmoacutesfera el costo de operacioacuten de una torre de enfriamiento estaraacute en funcioacuten del costo de transformacioacuten del agua y el aire Maximiza la cantidad de calor liberado a la atmoacutesfera por unidad de costo de operacioacuten invertido Basado en el control de las temperaturas de suministros y retorno de agua Procesos Las variables a manipular para lograr el control oacuteptimo de temperaturas son el flujo de aire y agua la manipulacioacuten de esos flujos pueden llevarse a cabo mediante el uso de variadores tanto en las bombas de carga como en los ventiladores de enfriamiento Funcionamiento En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la temperatura miacutenima econoacutemica la cual estaacute en funcioacuten de la temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire la torre de enfriamiento no puede generar agua a una temperatura menor a esta pero puede aproximarse La aproximacioacuten es la diferencia de temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire y la temperatura del agua a la salida de la torre Cuando el diferencial de temperatura se incrementa los costos de operacioacuten de la torre de enfriamiento ventilacioacuten y bombas se ven igualmente incrementados Solucioacuten
bull DELTA V regula las PRM de los ventiladores de enfriamiento a fin de mantener la operacioacuten de la torre de enfriamiento en el punto oacuteptimo
bull DELTA V ajusta la operacioacuten de los ventiladores evitando que estos trabajen al 100 de su capacidad cuando no se considere necesario
Beneficios Con el ajuste de las RPM de los ventiladores ya sea por modificacioacuten en la carga de agua a la torre o un cambio en la temperatura de bulbos huacutemedos SE GENERAacuteN CONSIDERABLES AHORROS EN CONSUMO ENERGEacuteTICO
ESTRUCTURA INTERNA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
Sistema de torre de refrigeracioacuten
Cuantitativamente el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeracioacuten huacutemeda estaacute controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo evaporacioacuten y peacuterdidas por viento tasa de trasegado y ciclos de concentracioacuten
M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
- EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
-
SALIDA DE AIRE
Figura 12 Esquema de una torre de tiro natural
2 Torres de tiro mecaacutenico
Las torres de tiro mecaacutenico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado Se trata de torres compactas con una seccioacuten transversal y una altura de bombeo pequentildeas en comparacioacuten con las torres de tiro natural En estas torres se puede controlar de forma precisa la temperatura del agua de salida y se pueden lograr valores de acercamiento muy pequentildeos (hasta de 1 o 2 ordmC aunque en la praacutectica acostumbra a ser de 3 o 4 ordmC) Si el ventilador se encuentra situado en la entrada de aire el tiro es forzado Cuando el ventilador se ubica en la zona de descarga del aire se habla de tiro inducido
En las torres de tiro forzado el aire se descarga a baja velocidad por la parte superior de la torre (Fig 13) Estas torres son casi siempre de flujo a contracorriente Son maacutes eficientes que las torres de tiro inducido puesto que la presioacuten dinaacutemica convertida a estaacutetica realiza un trabajo uacutetil El aire que se mueve es aire friacuteo de mayor densidad que
Fig 13 en el caso de tiro inducido Esto tambieacuten significa que el equipo mecaacutenico tendraacute una duracioacuten mayor que en el caso de tiro inducido ya que el ventilador trabaja con aire friacuteo y no saturado menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida Como inconveniente debe mencionarse la posibilidad de que exista recirculacioacuten del aire de salida hacia la zona de baja presioacuten creada por el ventilador en la entrada de aire
Figura 14 Torre de flujo a contracorriente y tiro inducido
Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado El flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a traveacutes del relleno de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccioacuten pero sentido opuesto (Fig 14) La ventaja que tienen este tipo de torres es que el agua maacutes friacutea se pone en contacto con el aire maacutes seco lograacutendose un maacuteximo rendimiento En eacutestas el aire puede entrar a traveacutes de una o maacutes paredes de la torre con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire Ademaacutes la elevada velocidad con la que entra el aire hace que
Figura 15 Torre de flujo cruzado (tiro inducido)
exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extrantildeos dentro de la torre La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran peacuterdida de presioacuten estaacutetica y en un aumento de la potencia de ventilacioacuten en comparacioacuten con las torres de flujo cruzado
En las torres de flujo cruzado el aire circula en direccioacuten perpendicular respecto al agua que desciende (Fig 15) Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente ya que la altura total de la torre es praacutecticamente igual a la del relleno El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorriente debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre La principal desventaja de estas torres es que no son recomendables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto teacutermico y un valor de acercamiento pequentildeo puesto que ello significaraacute maacutes superficie transversal y maacutes potencia de ventilacioacuten que en el caso de una torre de flujo a contracorriente
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Funcioacuten Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmoacutesfera el costo de operacioacuten de una torre de enfriamiento estaraacute en funcioacuten del costo de transformacioacuten del agua y el aire Maximiza la cantidad de calor liberado a la atmoacutesfera por unidad de costo de operacioacuten invertido Basado en el control de las temperaturas de suministros y retorno de agua Procesos Las variables a manipular para lograr el control oacuteptimo de temperaturas son el flujo de aire y agua la manipulacioacuten de esos flujos pueden llevarse a cabo mediante el uso de variadores tanto en las bombas de carga como en los ventiladores de enfriamiento Funcionamiento En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la temperatura miacutenima econoacutemica la cual estaacute en funcioacuten de la temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire la torre de enfriamiento no puede generar agua a una temperatura menor a esta pero puede aproximarse La aproximacioacuten es la diferencia de temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire y la temperatura del agua a la salida de la torre Cuando el diferencial de temperatura se incrementa los costos de operacioacuten de la torre de enfriamiento ventilacioacuten y bombas se ven igualmente incrementados Solucioacuten
bull DELTA V regula las PRM de los ventiladores de enfriamiento a fin de mantener la operacioacuten de la torre de enfriamiento en el punto oacuteptimo
bull DELTA V ajusta la operacioacuten de los ventiladores evitando que estos trabajen al 100 de su capacidad cuando no se considere necesario
Beneficios Con el ajuste de las RPM de los ventiladores ya sea por modificacioacuten en la carga de agua a la torre o un cambio en la temperatura de bulbos huacutemedos SE GENERAacuteN CONSIDERABLES AHORROS EN CONSUMO ENERGEacuteTICO
ESTRUCTURA INTERNA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
Sistema de torre de refrigeracioacuten
Cuantitativamente el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeracioacuten huacutemeda estaacute controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo evaporacioacuten y peacuterdidas por viento tasa de trasegado y ciclos de concentracioacuten
M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
- EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
-
Figura 14 Torre de flujo a contracorriente y tiro inducido
Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado El flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a traveacutes del relleno de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccioacuten pero sentido opuesto (Fig 14) La ventaja que tienen este tipo de torres es que el agua maacutes friacutea se pone en contacto con el aire maacutes seco lograacutendose un maacuteximo rendimiento En eacutestas el aire puede entrar a traveacutes de una o maacutes paredes de la torre con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire Ademaacutes la elevada velocidad con la que entra el aire hace que
Figura 15 Torre de flujo cruzado (tiro inducido)
exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extrantildeos dentro de la torre La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran peacuterdida de presioacuten estaacutetica y en un aumento de la potencia de ventilacioacuten en comparacioacuten con las torres de flujo cruzado
En las torres de flujo cruzado el aire circula en direccioacuten perpendicular respecto al agua que desciende (Fig 15) Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente ya que la altura total de la torre es praacutecticamente igual a la del relleno El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorriente debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre La principal desventaja de estas torres es que no son recomendables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto teacutermico y un valor de acercamiento pequentildeo puesto que ello significaraacute maacutes superficie transversal y maacutes potencia de ventilacioacuten que en el caso de una torre de flujo a contracorriente
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Funcioacuten Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmoacutesfera el costo de operacioacuten de una torre de enfriamiento estaraacute en funcioacuten del costo de transformacioacuten del agua y el aire Maximiza la cantidad de calor liberado a la atmoacutesfera por unidad de costo de operacioacuten invertido Basado en el control de las temperaturas de suministros y retorno de agua Procesos Las variables a manipular para lograr el control oacuteptimo de temperaturas son el flujo de aire y agua la manipulacioacuten de esos flujos pueden llevarse a cabo mediante el uso de variadores tanto en las bombas de carga como en los ventiladores de enfriamiento Funcionamiento En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la temperatura miacutenima econoacutemica la cual estaacute en funcioacuten de la temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire la torre de enfriamiento no puede generar agua a una temperatura menor a esta pero puede aproximarse La aproximacioacuten es la diferencia de temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire y la temperatura del agua a la salida de la torre Cuando el diferencial de temperatura se incrementa los costos de operacioacuten de la torre de enfriamiento ventilacioacuten y bombas se ven igualmente incrementados Solucioacuten
bull DELTA V regula las PRM de los ventiladores de enfriamiento a fin de mantener la operacioacuten de la torre de enfriamiento en el punto oacuteptimo
bull DELTA V ajusta la operacioacuten de los ventiladores evitando que estos trabajen al 100 de su capacidad cuando no se considere necesario
Beneficios Con el ajuste de las RPM de los ventiladores ya sea por modificacioacuten en la carga de agua a la torre o un cambio en la temperatura de bulbos huacutemedos SE GENERAacuteN CONSIDERABLES AHORROS EN CONSUMO ENERGEacuteTICO
ESTRUCTURA INTERNA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
Sistema de torre de refrigeracioacuten
Cuantitativamente el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeracioacuten huacutemeda estaacute controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo evaporacioacuten y peacuterdidas por viento tasa de trasegado y ciclos de concentracioacuten
M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
- EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
-
En las torres de flujo cruzado el aire circula en direccioacuten perpendicular respecto al agua que desciende (Fig 15) Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente ya que la altura total de la torre es praacutecticamente igual a la del relleno El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorriente debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre La principal desventaja de estas torres es que no son recomendables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto teacutermico y un valor de acercamiento pequentildeo puesto que ello significaraacute maacutes superficie transversal y maacutes potencia de ventilacioacuten que en el caso de una torre de flujo a contracorriente
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Funcioacuten Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmoacutesfera el costo de operacioacuten de una torre de enfriamiento estaraacute en funcioacuten del costo de transformacioacuten del agua y el aire Maximiza la cantidad de calor liberado a la atmoacutesfera por unidad de costo de operacioacuten invertido Basado en el control de las temperaturas de suministros y retorno de agua Procesos Las variables a manipular para lograr el control oacuteptimo de temperaturas son el flujo de aire y agua la manipulacioacuten de esos flujos pueden llevarse a cabo mediante el uso de variadores tanto en las bombas de carga como en los ventiladores de enfriamiento Funcionamiento En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la temperatura miacutenima econoacutemica la cual estaacute en funcioacuten de la temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire la torre de enfriamiento no puede generar agua a una temperatura menor a esta pero puede aproximarse La aproximacioacuten es la diferencia de temperatura de bulbos huacutemedo (twb) del aire y la temperatura del agua a la salida de la torre Cuando el diferencial de temperatura se incrementa los costos de operacioacuten de la torre de enfriamiento ventilacioacuten y bombas se ven igualmente incrementados Solucioacuten
bull DELTA V regula las PRM de los ventiladores de enfriamiento a fin de mantener la operacioacuten de la torre de enfriamiento en el punto oacuteptimo
bull DELTA V ajusta la operacioacuten de los ventiladores evitando que estos trabajen al 100 de su capacidad cuando no se considere necesario
Beneficios Con el ajuste de las RPM de los ventiladores ya sea por modificacioacuten en la carga de agua a la torre o un cambio en la temperatura de bulbos huacutemedos SE GENERAacuteN CONSIDERABLES AHORROS EN CONSUMO ENERGEacuteTICO
ESTRUCTURA INTERNA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
Sistema de torre de refrigeracioacuten
Cuantitativamente el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeracioacuten huacutemeda estaacute controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo evaporacioacuten y peacuterdidas por viento tasa de trasegado y ciclos de concentracioacuten
M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
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ESTRUCTURA INTERNA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
Sistema de torre de refrigeracioacuten
Cuantitativamente el equilibrio de material alrededor de un sistema de torre de refrigeracioacuten huacutemeda estaacute controlado por las variables de funcionamiento estructurales tasa de flujo evaporacioacuten y peacuterdidas por viento tasa de trasegado y ciclos de concentracioacuten
M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
- EQUILIBRIO DE MATERIAL DE UNA TORRE DE REFRIGERACIOacuteN HUacuteMEDA
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M = Agua de la estructura en msup3h C = Agua circulante en msup3h D = Trasegado de agua en msup3h E = Agua evaporada en msup3h
W = Peacuterdida por viento de agua en msup3h X = Concentracioacuten en ppmw (de sales completamente solubles normalmente cloruros)
XM = Concentracioacuten de cloruros en el agua de la estructura (M) en ppmw XC = Concentracioacuten de cloruros en el agua circulante (C) en ppmw
Ciclos = Ciclos de concentracioacuten = XC XM (sin dimensioacuten) ppmw = partes por milloacuten en peso
En el boceto anterior el agua bombeada desde el depoacutesito de la torre es el agua refrigerante encaminada a traveacutes de enfriadores del proceso y los condensadores en una instalacioacuten industrial El agua friacutea absorbe calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua circulante (C) El agua calentada vuelve a la cima de la torre de refrigeracioacuten y cae en chorros finos ndash presentando gran superficie para su enfriamiento con el aire ndash sobre el material de relleno dentro de la torre A medida que gotea el contacto con el aire que sube por la torre por tiro natural o forzado por grandes ventiladores Este contacto provoca que una pequentildea cantidad de agua sea peacuterdida por arrastre del viento (W) y otra parte del agua (E) por evaporacioacuten El calor necesario para evaporar el agua se deriva de la propia agua que enfriacutea el agua a su regreso al depoacutesito original y en donde queda a disposicioacuten para volver a circular El agua evaporada deja las sales que lleva disueltas entre el grueso del agua que no ha sufrido la evaporacioacuten lo que hace que la concentracioacuten de sales se incremente en el agua de refrigeracioacuten circulante Para evitar que la concentracioacuten de sales en el agua llegue a ser demasiado alta una parte del agua es retirada (D) para su vertido Se suministra al depoacutesito de la torre nuevo contingente de agua fresca (M) para compensar las peacuterdidas por el agua evaporada el viento y el agua retirada
El equilibrio del agua en todo el sistema es
M = E + D + W
Dado que el agua evaporada (E) no tiene sales el equilibrio de cloruros del sistema es
M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
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M (XM) = D (XC) + W (XC) = XC (D + W)
y en consecuencia
XC XM = Ciclos de concentracioacuten = M divide (D + W) = M divide (M ndash E) = 1 + [E divide (D + W)]
De un equilibrio de calor simplificado de la torre
E = C middot ΔT middot cp divide HV where
HV = calor latente de vaporizacioacuten del agua = alrededor de 2260 kJ kg ΔT = diferencia de temperaturas del agua de la cima de la torre a su base en degC cp = calor especiacutefico del agua = alrededor de 4184 kJ kg degC
Las peacuterdidas por viento (W) en ausencia de datos del fabricante pueden estimarse que son
W = 03 a 10 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro natural W = 01 a 03 de C para torres de refrigeracioacuten de tiro inducido W = alrededor de 001 de C si la torre de refrigeracioacuten tiene eliminadores del efecto del viento
Los ciclos de concentracioacuten en las torres de refrigeracioacuten en una refineriacutea de petroacuteleo normalmente se encuentran entre el 3 al 7 En algunas grandes plantas de energiacutea Los ciclos de concentracioacuten de las torres de refrigeracioacuten pueden ser mucho maacutes altos
REFERENCIAS httpwwwemersonprocesscom httpwwwscehuesnmwmigajLaboratorio20Virtualhtm httpdepapquimunammx~luimarygeneralidadeshtmlhttpwwwlenntechcomespanolDesinfeccion-del-aguatorres-enfriamientohtm - 11khttpeswikipediaorgwikiTorre_de_refrigeraciC3B3nhttpwwwtorres-refrigeracioncom
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