1. Funcionamiento de las torres de refrigeracin

En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de refrigeracin 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 relleno. 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 ptimo entre el agua y el aire atmosfrico. 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 cesin de calor del agua hacia el aire. sta se produce debido a dos mecanismos: la transmisin de calor por conveccin y la transferencia de vapor desde el agua al aire, con el consiguiente enfriamiento del agua debido a la evaporacin. En la transmisin de calor por conveccin, se produce un flujo de calor en direccin al aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos. La tasa de enfriamiento por evaporacin es de gran magnitud en las torres de enfriamiento; alrededor del 90 % es debida al fenmeno difusivo. Al entrar en contacto el aire con el agua se forma una fina pelcula de aire hmedo saturado sobre la lmina de agua que desciende por el relleno. Esto es debido a que la presin parcial de vapor de agua en la pelcula de aire es superior a la del aire hmedo que circula por la torre, producindose una cesin de vapor de agua (evaporacin). Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporizacin del propio lquido. Este calor latente es cedido al aire, obtenindose un enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire. La diferencia de temperaturas del agua a la salida y la temperatura hmeda del aire se llama acercamiento o aproximacin, ya que representa el lmite termodinmico de enfriamiento al que puede llegar el agua

2. TEORA DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO La teora del proceso de transferencia de calor en una torre de enfriamiento, es la que desarroll Merkel. Este anlisis se basa en la diferencia del potencial de entalpa como fuerza impulsora.

Se supone que cada partcula de agua esta rodeada por una pelcula de aire y que la diferencia de entalpa entre la misma y el aire circundante proporciona la fuerza impulsora para el proceso de enfriamiento. En la figura siguiente se ilustran las relaciones del agua y el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de contraflujo, en donde el aire fluye en sentido paralelo, pero siguiendo una direccin opuesta al flujo del agua. La lnea de operacin del agua est representada por la lnea AB y se especifica por medio de las temperaturas del agua de la torre en la entrada y salida. La lnea de operacin del aire principia en C, verticalmente por debajo de B, y en un punto que tiene una entalpa correspondiente a la temperatura de entrada de bulbo hmedo. La lnea BC, representa la fuerza impulsora inicial (h- h). El aire que sale de la torre se representa por medio del punto D y la gama de enfriamiento es la longitud proyectada de la lnea CD sobre la escala de temperaturas.

2. Clasificacin de las torres de enfriamiento La forma ms simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es segn la forma en que se mueve el aire a travs de stas. Segn este criterio, existen torres de circulacin natural y torres de tiro mecnico. En las torres de circulacin natural, el movimiento del aire slo depende de las condiciones climticas y ambientales. Las torres de tiro mecnico utilizan ventiladores para mover el aire a travs del relleno. 2.1. Torres de circulacin naturalSe clasifican, a su vez, en torres atmosfricas y en torres de tiro natural. Las torres atmosfricas utilizan las corrientes de aire de la atmsfera. El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado). Son torres de gran altura y pequea seccin transversal. Deben instalarse en lugares muy despejados, de forma que ningn obstculo pueda impedir la libre circulacin de aire a travs de la torre. Tienen un costo inicial alto debido a su gran tamao, pero el costo de mantenimiento es reducido, al no existir partes mecnicas mviles. Una torre de este tipo puede ser una solucin muy econmica para determinadas necesidades de refrigeracin si se puede garantizar que funcionar habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales o superiores a los 8 Km. /h. Si la velocidad promedio del viento es baja, los costos fijos y de bombeo aumentan mucho en relacin a una torre de tiro mecnico y no compensan el ahorro del costo de ventilacin. Actualmente, las torres atmosfricas estn 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. 1.2). La diferencia de densidades entre el aire hmedo caliente y el aire atmosfrico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire a travs 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 tambin ayuda a establecer el flujo de aire. Por ambos motivos, las torres de tiro natural han de ser altas y, adems, deben tener una seccin 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 atmosfricas, no tienen partes mecnicas. La velocidad media del aire a travs de la torre suele estar comprendida entre 1 y 2 m/s. Las torres de tiro natural no son adecuadas cuando la temperatura seca del aire es elevada, ya que sta debe ser siempre inferior a la del agua caliente. No es posible conseguir un valor de acercamiento pequeo y es muy difcil 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 ms pequea posible. Estas torres son muy utilizadas en centrales trmicas; muy pocas veces son aplicables a plantas industriales debido a la fuerte inversin inicial necesaria. SALIDA DE AIRE

Figura 1.2. Esquema de una torre de tiro natural. 2.2. Torres de tiro mecnico Las torres de tiro mecnico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado. Se trata de torres compactas, con una seccin transversal y una altura de bombeo pequeas en comparacin 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 pequeos (hasta de 1 o 2 C, aunque en la prctica acostumbra a ser de 3 o 4 C). 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. 1.3). Estas torres son, casi siempre, de flujo a contracorriente. Son ms eficientes que las torres de tiro inducido, puesto que la presin dinmica convertida a esttica realiza un trabajo til. El aire que se mueve es aire fro de mayor densidad que en el caso de tiro inducido. Esto tambin significa que el equipo mecnico tendr una duracin mayor que en el caso de tiro inducido, ya que el ventilador trabaja con aire fro y no saturado, menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida, Como inconveniente debe mencionarse la posibilidad de que exista recirculacin del aire de salida hacia la zona de baja presin, creada por el ventilador en la entrada de aire.

Figura 1.4. 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 travs del relleno, de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccin pero sentido opuesto (Fig. 1.4). La ventaja que tiene este tipo de torres es que el agua ms fra se pone en contacto con el aire ms seco, logrndose un mximo rendimiento. En stas, el aire puede entrar a travs de una o ms paredes de la torre, con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire. Adems, la elevada velocidad con la que entra el aire hace que exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extraos dentro de la torre. La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran prdida de presin esttica y en un aumento de la potencia de ventilacin en comparacin con las torres de flujo cruzado.

Figura 1.5. Torre de flujo cruzado (tiro inducido) En las torres de flujo cruzado, el aire circula en direccin perpendicular respecto al agua que desciende (Fig. 1.5). Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente, ya que la altura total de la torre es prcticamente 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 trmico y un valor de acercamiento pequeo, puesto que ello significar ms superficie transversal y ms potencia de ventilacin, que en el caso de una torre de flujo a contracorriente.

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REFRIGERANTE EN EL MOTOR

Una banda acoplada a la polea del cigeal mueve la polea de la bomba de agua, sta provoca el movimiento del lquido refrigerante del motor hacia el radiador, en l se hace pasar una corriente de aire movida por el ventilador hacia el lquido refrigerante, lo que le permite bajar su temperatura y, a travs de unas mangueras, este lquido retorna hacia el motor para volver a iniciar el ciclo.El lquido que entra al motor transfiere parte del calor generado en la cmara de combustin removindolo de la parte superior del cilindro, de las vlvulas de admisin y de escape, y del mismo cilindro a travs de las camisas que lo envuelven y que forman parte del monoblock. Este lquido caliente es impulsado por la bomba de agua y enviado hacia el radiador pasando por el termostato concluyendo as el ciclo. Cuando el motor est por debajo de la temperatura de operacin, el termostato bloquea el flujo de agua hacia el radiador, circulando ste solamente por las camisas de agua para elevar la temperatura de manera homognea hasta un nivel ptimo. EnDas fros el termostato permite apenas la circulacin de refrigerante suficiente a travs del radiador para eliminar el exceso de calor y mantener una temperatura adecuada en el motor. En das calurosos es probable que el termostato est abierto por completo.

Motor Enfriado por AguaLa incidencia del sistema de refrigeracin en el desempeo de un motor es alta. La estabilidad en la temperatura es sinnimo de carburacin y lubricacin estable. La temperatura excesiva impide que los fenmenos naturales que se aprovechan en el funcionamiento de un motor le sigan siendo favorables.

Temperatura de Motor La disipacin de calor se controla mediante el agua, el aire y el lubricante. La temperatura tambin depende del color del bloque de cilindros. Si es muy claro, los rayos de luz que salen del metal son reflejados y parte del calor no es disipado con la facilidad que se requiere. Por ello se recomienda pintarlos de color oscuro.

Cavitacin de Motor Aun con su sistema de refrigeracin lleno de agua, el motor deja de ser enfriado si el lquido comienza a ebullir. Mientras el agua hierve las burbujas impiden la refrigeracin del metal en los puntos donde se generan. Esta prdida de eficiencia en el proceso de disipacin de calor tambin produce corrosin prematura en el metal de las cmaras de agua del block.Por su parte, las aspas de la bomba de agua ya no logran impulsar el refrigerante a la velocidad que se requiere. Este fenmeno se conoce en mecnica automotriz como cavitacin y su nombre obedece a las cavidades que se generan en la masa de un lquido mientras ebulle. Para disminuir o impedir la corrosin por esta razn se utilizan refrigerantes especiales.

Sistema de Refrigeracin Presurizado El refrigerante se mantiene confinado dentro del sistema de enfriamiento y se asla de la atmsfera. La presin es controlada en forma automtica por la tapa de radiador.El agua se calienta, hasta que la presin que genera es capaz de comprimir el resorte principal de la tapa, lo cual separa el sello de su asiento, Esto permite la salida de lquido y vapor. Como regla general, cada libra (1) por pulgada de presin que se agregue, el punto de ebullicin sube en 1,5 C.Mientras el refrigerante no hierve la condicin es normal. Enfriar un motor con agua a 120 C o ms no es un problema. Al contrario. Subir la temperatura del agua mejora el rendimiento del motor y el sistema de refrigeracin se torna ms eficiente. El calor se disipa a mayor velocidad debido a que la diferencia de temperatura entre el ambiente y el motor es mayor.Refrigeracin de Alto Rendimiento Los motores de competicin utilizan sistemas de refrigeracin de alta presin. Esto significa que utilizan tapas de radiador especiales de 22 a 26 libras por pulgada. Esta presin inhibe la ebullicin y aumenta la temperatura de funcionamiento lo cual trae consigo un mejor aprovechamiento del calor para generar potencia.

Revisin del Sistema de Enfriamiento Lo importante a la hora de revisar el sistema de refrigeracin es comprobar su estanqueidad. El sello de la tapa debe apoyarse en forma perfecta con el asiento que provee la boca de entrada del radiador. Por otra parte la vlvula de vaco, que se encuentra al centro de la tapa, debe sellar totalmente la salida de lquido. Las caeras, tubos y sellos de motor deben ser estancos.El sello del sistema de enfriamiento se comprueba con una herramienta especial que permite presurizar el circuito de refrigeracin y comprobar la existencia de fugas. Al mismo tiempo sirve para probar el resorte y la estanqueidad del sello de la tapa de radiador. Para conocer este instrumento pulse sobre las imgenes que aparecen a continuacin.

PARTES DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO POR LQUIDOAl sistema de enfriamiento por lquidoLo forman:1. Radiador2. Tapn de radiador3. Mangueras4. Termostato5. Ventilador6. Tolva7. Bomba de agua8. Poleas y bandas9. Depsito recuperador (pulmn)10. Camisas de agua11. Intercambiador de calor (de aceitePara motores a diesel)12. Bulbo de temperatura