tratamiento de aguas y torre de enfriamiento

7/24/2019 Tratamiento de Aguas y Torre de Enfriamiento

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UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRIAS

FACULTAD DE INGENIERIA TECNOLOGICA

INGENIERIA MECANICA

PLANTA DE TRAMAMINETO DE AGUAS

TORRE DE ENFRIAMIENTO DE UNA

PLANTA TERMICA

DOCENTE: ING: MERARDO PACO AGUILAR

MATERIA: MAQUINAS TERMICAS I (MEC-331)

REALIZADO POR: UNIV. MAMANI DELGADO SAMUEL


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EL USO DEL AGUA

En una central trmica el agua no es una materia prima que interviene para formar parte del

producto, sino que se utiliza como medio que soporta el proceso, con una gran capacidad de

reciclado. El diseo del ciclo del agua permite la utilizacin en cascada en los distintos

servicios y favorecer el menor consumo por unidad de produccin.

Con la construccin de un represa o almacenamientos o tomar abastecimiento de un ro para

abastecer el fluido que necesita nuestra central trmica.

Respecto a los efluentes, en la central eisten distintos equipos y sistemas que utilizan agua y

generan corrientes residuales!

En general, el uso del agua no modifica los par"metros de calidad fsico#qumicos y las aguas

residuales se entregan, sin ning$n tratamiento, a la red general de drena%es, interna de la

central.

PLANTA DE AGUA DE APORTACIN

El sistema de tratamiento de agua de aportacin tiene como ob%etivo purificar el agua bruta

procedente del ro, con el fin de producir agua desmineralizada &sin sales' para la reposicin de

prdidas en los ciclos agua#vapor y los circuitos cerrados de refrigeracin

que la utilizan.

El sistema lo constituyen los subsistemas de pre tratamiento, desmineralizacin y equipo de

regeneracin!

# El pre tratamiento tiene por misin el acondicionamiento previo del agua y eliminar su

dureza, carbonatos, slidos en suspensin, materia org"nica y slice coloidal.


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# El agua filtrada se bombea a las cadenas de desmineralizacin &(', donde se somete a

un tratamiento de eliminacin de todas las sales disueltas, por medio de intercambio

inico. Cada cadena dispone de un lec)o de resina catinica, o aninica y un tercero de

afino mito.

# El fin de un ciclo de servicio puede ser programado o por superacin de los limites

prefi%ados de carga inica. *as resinas catinicas se regeneran con acido sulf$rico

diluido, en dos etapas, y las aninicas con sosa diluida, en una sola etapa. En la

regeneracin la direccin de agua es ascendente. Esto permite obtener una me%or

calidad y reducir el consumo de agua y reactivos. *a $ltima etapa de regeneracin se

)ace mediante recirculacin, tambin para lograr un mayor a)orro de agua.

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS NEGRAS

*as aguas residuales procedentes de la red de uso sanitario de la central se tratan en una planta

de oidacin total con turbina de aire, decantacin y filtracin terciaria.

# + - para la eliminacin de materia org"nica &/+ mg0l de 1234 a la entrada y 5/

mg0l en la salida'.

# + - para los slidos en suspensin &6( mg0l a la entrada y / mg0l a la salida'.

BALSA DE NEUTRALIZACIN

*as aguas procedentes de las regeneraciones de las resinas catinicas y aninicas de la planta

de tratamiento de agua de aportacin, contienen ecesos de acido y sosa, que modifican su p7.

3tras corrientes similares con posibilidad de tener su p7 alterado, son las procedentes de los

drena%es del laboratorio qumico, las de los sistemas de muestreo, almacenamiento de

productos qumicos y otras procedentes de la planta de tratamiento.


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El agua de todas estas procedencias es recogida en la balsa de neutralizacin &//

maproimadamente para nuestro diseo de planta ', donde se )ace el a%uste de p7, mediante

la dosificacin controlada de reactivos. 1ispone del equipo auiliar necesario! 8nstrumentos

de medida de nivel, p7#metros y bombas verticales para la recirculacin, )omogeneizacin y

descarga a la red interna de drena%es. El sistema puede operarse en modo manual y autom"tico.

OTRAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO PREVIO

En caso de derrame accidental de productos org"nicos, como combustibles lquidos &fuel,

gasoil', aceites o grasas, eisten varios sistemas de retencin de flotantes &9.:.8., cubetos y

separadores' en las zonas de descarga, almacenamiento y calentamiento. ;undamentalmente

est"n basados en la menor densidad y flotacin de estos lquidos.

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE VERTIDOS LQUIDOS

En el punto final de la red general de drena%es, las aguas son depuradas en el sistema de

tratamiento de efluentes, diseado para reducir la concentracin de slidos en


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cuya utilizacin est" restringida, debido a su gran poder corrosivo y alto contenido en sales, por

lo que se emplea tan solo en circuitos abiertos de refrigeracin.

#*as caractersticas que posee el agua y que )acen de ella un ecelente fluido refrigerante son

las siguientes!

#


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:or tanto, el uso de agua como refrigerante eige el tratamiento qumico de la misma que

controle todas las variables que intervienen en los procesos mencionados.

FLUIDO REFRIGERANTE: EL AIRE

El aire atmosfrico es una mezcla de gases en proporciones pr"cticamente constantes y de

vapor de agua en proporcin variable.

*a composicin del aire seco permanece constante desde el nivel del mar )asta una altura entre

los ( Am y los 6 Am por encima de este nivel.


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SISTEMA DE REFRIGERACIN: RECIRCULACINABIERTA

*a eleccin del tipo de sistema de refrigeracin depende de!

# *a cantidad de agua disponible.

# *a calidad del agua.

# *a temperatura de proceso.

# *os costes de inversin y operacin.

# *as condiciones atmosfricas.

# Consideraciones sobre contaminacin y evacuacin de aguas residuales.

.

TORRE DE ENFRIAMIENTO O REFRIGERACION

2"sicamente una torre de enfriamiento refrigeracin es un intercambiador de calor evaporativo,

que transfiere el calor etrado del agua circulante a la atmsfera. Este intercambio de calor

requiere un contacto ntimo entre el agua y el aire donde se produce el enfriamiento

evaporativo del agua &transferencia de masa y energa'. El proceso de enfriamiento consta

principalmente de un intercambio de calor latente, como consecuencia de la evaporacin de

una pequea cantidad de agua y una transferencia de calor sensible &responsable del cambio de

temperatura', la cual eleva las temperaturas de bulbo )$medo y bulbo seco del aire.

En una torre de refrigeracin el agua caliente puede ser enfriada a una temperatura inferior a la

del ambiente, si el aire es relativamente seco.

CLASIFICACIN DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO


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REFRIGERACIN

*a clasificacin de los distintos tipos de torres se realiza atendiendo a los siguientes criterios!

# Evolucin tecnolgica e industrial#


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torres de refrigeracin actuales. 2"sicamente se pueden dividir en dos grupos!

Atmosfricas de rociada! en este primer sistema, una red de pulverizadores

dispersa el agua en forma de lluvia fina a travs del aire.


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clasifican en los siguientes tipos!

# Torres prefabricadas o de serie! este tipo incluye todas las torres que se fabrican en

taller o f"brica en series de distintas capacidades, instal"ndose directamente en el lugar

de utilizacin, en el cual se completa el monta%e uniendo las tuberas del circuito a las

propias coneiones de entrada y salida de la torre.


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diseadas epresamente para las condiciones de refrigeracin que se requieren

y que se construyen en el propio lugar donde operan. En emplazamientos con

temperaturas )$medas altas, donde se requieran saltos trmicos grandes son

necesarias este tipo de torres, puesto que se adaptan adecuadamente a

condiciones de temperatura y caudal que oscilen alrededor de las que se )an

tomado como base de diseo. El diseo de este tipo de torres debe ser muy

detallado, ya que al mane%ar caudales grandes de agua en condiciones muy

rigurosas de operacin, cualquier desviacin puede ser causa de que no se

cumplan las especificaciones y consecuentemente no se obtenga la temperatura

del agua refrigerada requerida. *a seleccin y diseo de estas torres se realiza

mediante an"lisis numrico asistido por ordenador. *a solucin de la

unidad adecuada no suele ser $nica, por lo que eiste una gama de solucionesque resuelve termodin"micamente el problema.

Torres industriales hiperblicas de tiro natural

9tendiendo al sistema de impulsin de aire a travs del relleno, las torres de

refrigeracin se clasifican en los siguientes tipos!


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# Torres de tiro natural:este tipo de torres se divide en dos grupos!

o Torres atmosfricas! actualmente en desuso y cuya descripcin se )a )ec)o

anteriormente.

o Torres de chimenea hiperblicas! este tipo de torres se emplean con

preferencia en zonas cuyas condiciones climatolgicas tienen temperaturas

de bulbo )$medo ba%as, 3tro requisito importante es que los caudales de

agua a refrigerar sean grandes, como es el caso de las Centrales rmicas.

*as dimensiones de estas torres varan de los 4/m a los +/m para el

di"metro de la base, superando en la mayor parte de los casos los 5//m de

altura. *a aspiracin de aire es el resultado de una combinacin de varios

efectos relacionados entre s! diferencia de presiones atmosfricas en la base

y la coronacin de la c)imenea, diferencia de velocidades del viento que

favorecen la aspiracin y finalmente, como causa principal, la formacin de

una corriente de conveccin generada por las diferencias trmicas que a su

vez dan lugar a diferencias de densidad del aire a la entrada y a la salida de

la torre. En la actualidad el perfil de estas torres es eclusivamente

)iperblico, puesto que esta geometra es la que confiere mayor resistencia

mec"nica estructural frente a cargas y acciones eteriores, sobre todo frente

al empu%e del viento. :ese a que su diseo y e%ecucin son m"s complicados

que para otras geometras, el perfil )iperblico tiene un me%or

comportamiento aerodin"mico por las siguientes razones!

5. El cambio en la direccin del flu%o de aire se realiza de manera suave y

progresiva desde el plano vertical de entrada )asta el )orizontal en la

descarga.

(. *a velocidad del aire vara desde un valor cero, tericamente en la base,

)asta su valor m"imo en la descarga, disminuyendo as el riesgo de

recirculacin.

. :or ser mayor la superficie en planta que en otros niveles, se requiere

menor altura de entrada de aire y la resistencia al flu%o en el relleno es


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menor.

6. Estructuralmente la l"mina del )iperboloide tiene una mayor resistencia

mec"nica.

4. El volumen de relleno que puede utilizarse es mayor, por ser mayor la

circunferencia de la base, con lo cual se aumenta la superficie de

intercambio aire#agua.

#*as torres de tiro natural presentan en general las siguientes venta%as!

o 2uen rendimiento en meses de invierno.

o 2a%o costo de mantenimiento.

o 2a%o riesgo de recirculacin debido a la gran altura de descarga del aire

saturado.

o El $nico ruido generado es el de la cada de agua.

o Bo eiste gasto de energa para ventilacin.

o ?nimo riesgo de averas, al carecer de equipos mec"nicos.

#:or otra parte las torres de tiro natural presentan los siguientes inconvenientes!

o ?al rendimiento con temperaturas ambiente altas.

o 1ifcil regulacin y control de la temperatura del agua fra.

o Dran influencia de la direccin e intensidad del viento en el rendimiento.

o 8nfluencia de los obst"culos en las proimidades de la torre, sobre el tiro de la

torre y en consecuencia sobre la temperatura del agua fra.

o *a )umedad relativa del ambiente influye en el rendimiento, ya que con

ambientes muy )$medos disminuye el tiro, al disminuir la diferencia de

densidades entre el aire interior y el eterior.

o Requieren gran superficie libre para su instalacin.

o Con temperaturas secas altas, el tiro se reduce considerablemente, por lo que la

relacin *0D &gasto m"sico de agua en relacin al caudal de aire' aumenta,

elev"ndose paralelamente las temperaturas del agua refrigerada.


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o 1ifcil ampliacin de la capacidad de enfriamiento.

o Requiere grandes alturas de bombeo.

Torre hiperblica de tiro natural

-Torres de tiro mecnico: este tipo de torres controlan, con sistemas de impulsin mec"nica

mediante ventiladores, el volumen de aire requerido por las condiciones de operacin cambiantes,

reduciendo considerablemente el tamao necesario para lograr la refrigeracin requerida. El $nico

factor que condiciona el rendimiento de la torre es la temperatura de bulbo )$medo, sin ser

afectado por la velocidad ni la direccin del viento. El control de la temperatura del agua fra es

bastante preciso regulando convenientemente la velocidad del ventilador y, por tanto, el caudal de

aire. *a velocidad de paso del aire por el relleno es mayor que la alcanzada por conveccin

natural, por lo que se pueden emplear rellenos de configuracin m"s compacta y por tanto m"s

efectivos &mayor superficie de intercambio por unidad de volumen'. :ara compensar el aumento


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de la velocidad del aire, se )ace necesario el uso de recuperadores &eliminadores' de alto

rendimiento para evitar el arrastre del agua pulverizada.


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#:or otra parte las torres de tiro mec"nico presentan los siguientes

inconvenientes!

o Riesgo de vibraciones por desequilibrio de los ventiladores o equipos de

transmisin.

o Biveles de ruido considerables.

o 9lto costo de mantenimiento debido a los equipos mec"nicos y elctricos.

o 9lto riesgo de recirculacin, con la consiguiente disminucin del rendimiento

trmico.

o Riesgo de paradas por fallos de tipo mec"nico.

o 9lto consumo de energa en ventilacin.

o Red de tuberas etensa.

#enta%as e inconvenientes del tiro inducido sobre el tiro forzado!

o El tiro inducido ofrece la venta%a de poder utilizar mayores di"metros de

ventiladores, con menor velocidad y nivel de ruido.

o El tiro inducido permite mayores velocidades del aire a la salida, reducindose

de forma notable el riesgo de recirculacin que, en el caso del tiro forzado es

uno de los mayores inconvenientes de operacin.

o El tiro inducido tiene el inconveniente de que el equipo mec"nico es menos

accesible y est" su%eto a mayores vibraciones, en ambiente m"s )$medo.

Torres mecnicas. Tiro inducido (a) y tiro forado (b)


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*as torres de refrigeracin se pueden clasificar a su vez seg$n los siguientes flu%os relativos

agua#aire para la transferencia de masa y energa!

# Flujo en contracorriente! en este tipo de torres ambas corrientes fluidas, agua y aire,

entran a la misma por etremos opuestos, producindose el intercambio entre ambas

corrientes de sentidos opuestos.

# Flujo transversal o cruzado:al contrario que en las torres de flu%o en contracorriente,

ambas corrientes se desplazan en direcciones perpendiculares. anto en este tipo de

torres como en las de flu%o en contracorriente, el aire sale por la parte superior, mientras

que el agua refrigerada descarga por la parte inferior del equipo.

enta%as del flu%o cruzado sobre el flu%o en contracorriente!

# ?ayor superficie de entrada de aire con menos velocidad y menos prdida de carga.

# ?ayor superficie de enfriamiento por unidad de volumen del relleno.

#


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!istema de flu"o relativo a#ua$aire. !istema de flu"o en contracorriente (a) y !istema de flu"o

transversal o cruado (b)

REPRESENTACIN GRFICA DEL PROCESO.

*as ecuaciones que definen fsicamente el proceso se representan gr"ficamente en el siguiente

diagrama ent"lpico tpico!


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%ia#rama entlpico (tpico). Curva de saturacin y lnea de operacin del aire

SELECCIN TERICA DE UNA TORRE DEREFRIGERACIN.

:ara realizar el diseo de una torre de refrigeracin y su dimensionado ptimo, es preciso

conocer como datos de partida las siguientes variables fundamentales!

# Caudal de agua a enfriar.

# emperaturas del agua a la entrada y a la salida.

# emperatura de bulbo )$medo ambiente.

# 9ltitud del emplazamiento.

# Condiciones meteorolgicas del lugar.

# Condiciones de operacin de la torre.

C9*C>*3 1E 3RRE 1E EB;R89?8EB3


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