UNIVERSIDAD AUTONOMA TOMAS FRIASFACULTAD DE INGENIERIA TECNOLOGICAINGENIERIA MECANICA-TRATAMIENTOS DE AGUAS-TORRE DE ENFRIAMINETO EN EL DISEO DE UNA PLANTA TERMICA

Univ. Mamani Delgado Samuel

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 una central trmica y para asegurar el abastecimiento de agua de refrigeracin a la central, se precisa de un rio de abastecimiento o de una recirculacin de aguaDos tercios del total de agua captada por la central se consumen, fundamentalmente por cambio de fase y transferencia a la atmsfera que resulta de los procesos de refrigeracin evaporaticos. El resto se devuelve al ro con la misma carga mineral de origen.

PLANTA DE AGUA DE APORTACINEl sistema de tratamiento de agua de aportacin tiene como objetivo 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 orgnica y slice coloidal.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.

BALSA DE NEUTRALIZACINLas aguas procedentes de las regeneraciones de las resinas catinicas y aninicas de la planta de tratamiento de agua de aportacin, contienen excesos de acido y sosa, que modifican su pH. Otras corrientes similares con posibilidad de tener su pH alterado, son las procedentes de los drenajes del laboratorio qumico, las de los sistemas de muestreo, almacenamiento de productos qumicos y otras procedentes de la planta de tratamiento.El agua de todas estas procedencias es recogida en la balsa de neutralizacin (350 m3 para nuestra planta ), donde se hace el ajuste de pH, mediante la dosificacin controlada de reactivos. Dispone del equipo auxiliar necesario: Instrumentos de medida de nivel, pH-metros y bombas verticales para la recirculacin, homogeneizacin y descarga a la red interna de drenajes. El sistema puede operarse en modo manual y automtico.

OTRAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO PREVIOEn caso de derrame accidental de productos orgnicos, como combustibles lquidos (fuel, gasoil), aceites o grasas, existen varios sistemas de retencin de flotantes (A.P.I., cubetos y separadores) en las zonas de descarga, almacenamiento y calentamiento. Fundamentalmente estn basados en la menor densidad y flotacin de estos lquidos.La balsa de decantacin del parque de carbn se utiliza para sedimentar el carbn en suspensin arrastrado por las escorrentas del parque.

SISTEMA DE TRATAMIENTO DE VERTIDOS LQUIDOSEn el punto final de la red general de drenajes, las aguas son depuradas en el sistema de tratamiento de efluentes, diseado para reducir la concentracin de slidos en suspensin, homogeneizar y verter al ro las aguas residuales de la central por un nico punto sometido a control analtico continuo.En la cabecera del sistema se recogen por gravedad, los efluentes lquidos de la central, para su tratamiento. Por otro lado, las aguas de refrigeracin procedentes de las purgas de las torres y el exceso del agua de servicios, se aportan en cola del proceso, para aprovechar el efecto amortiguador de sus sales.El proceso bsico se hace en tres etapas: la aportacin de agua que llega al pozo de cabecera (irregular en calidad y cantidad) se bombea a las balsas de decantacin, donde se somete a la sedimentacin natural para retirar los slidos ms densos. A la salida de la balsa de regulacin, ya sobre una corriente de caudal constante, se eliminan los slidos en suspensin ligeros, por coagulacinfloculacin con ayuda de aditivos qumicos. La salida del decantador, antes del vertido final al ro, se une a las corrientes procedentes de las purgas de los circuitos de refrigeracin, para aprovechar su capacidad amortiguadora y de dilucin, y asegurar una mayor homogeneidad de su calidad.

TORRE DE REFRIGERACIN

Una torre de refrigeracin es bsicamente un intercambiador de calor en el que, aprovechando el principio de evaporacin por contacto directo agua-aire, se consigue reducir unos grados la temperatura de la fase lquida.El desprendimiento de calor tiene lugar en la superficie de contacto entre ambos sistemas, lquido y gaseoso, principalmente mediante dos procesos fsicos distintos: el primero y ms importante, mediante el calor latente de vaporizacin del agua, y el segundo, mediante el calor sensible que se produce por diferencia de temperatura entre los dos medios. El agua evaporada en el primero de estos mecanismos, absorbe el calor que necesita para ello del volumen de agua restante, el cual se enfra en la misma proporcin, disminuyendo por tanto su temperatura.

FLUIDO REFRIGERADO: EL AGUALa necesidad de emplear grandes volmenes de agua de refrigeracin en las centrales trmicas (alrededor de 3.000 m3/h aprox. en el caso de nuestra planta), para eliminar las elevadas cantidades de calor de los fluidos de proceso, requiere el estudio cuidadoso de la disponibilidad de suministro. La fuente de suministro de agua ms habitual para este tipo de instalaciones es un ro o un lago. Sin embargo el suministro de agua no siempre est disponible debido a aumentos de demanda de agua y a la disminucin del caudal que por lo general coinciden en poca de verano. Este problema se trata de solucionar mediante la instalacin de presas. Otra fuente de suministro es el agua de mar, 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.

Las caractersticas que posee el agua y que hacen de ella un excelente fluido refrigerante son las siguientes:Su elevada capacidad de transporte de calor.Es abundante, barata, no txica, qumicamente estable y relativamente no corrosiva.Por otra parte, se deben tener en cuenta las siguientes caractersticas negativas del agua:Es un disolvente. Es por esto que todas las aguas naturales contienen en mayor o menor proporcin slidos y gases disueltos o en suspensin y cuya presencia causa graves problemas para la industria, tales como incrustaciones o corrosin.Es un medio ptimo para la proliferacin de materia orgnica de tipo biolgico, que contamina los circuitos de refrigeracin.Por tanto, el uso de agua como refrigerante exige el tratamiento qumico de la misma que controle todas las variables que intervienen en los procesos mencionados

La necesidad de emplear grandes volmenes de agua de refrigeracin en las centrales trmicas (alrededor de 3.000 m3/h aprox. en el caso de nuestra planta), para eliminar las elevadas cantidades de calor de los fluidos de proceso, requiere el estudio cuidadoso de la disponibilidad de suministro. La fuente de suministro de agua ms habitual para este tipo de instalaciones es un ro o un lago. Sin embargo el suministro de agua no siempre est disponible debido a aumentos de demanda de agua y a la disminucin del caudal que por lo general coinciden en poca de verano. Este problema se trata de solucionar mediante la instalacin de presas. Otra fuente de suministro es el agua de mar, 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.

FLUIDO REFRIGERANTE: EL AIREEl aire atmosfrico es una mezcla de gases en proporciones prcticamente constantes y de vapor de agua en proporcin variable.La composicin del aire seco permanece constante desde el nivel del mar hasta una altura entre los 2 km y los 4 km por encima de este nivel. Su composicin aproximada es:

COMPOSICIN DEL AIRE ATMOSFRICOComposicin del aire atmosfrico

COMPONENTE% (en volumen)% (en peso)Nitrgeno (N2)78,2070,30Oxgeno (O2)20,8023,00Dixido de Carbono (CO2)0,030,04Argn (Ar)0,931,23Hidrgeno (H2)0,010,006Gases Nobles (He, Kr, Ne)0.035.42

SISTEMA DE REFRIGERACIN: RECIRCULACIN ABIERTA

La eleccin del tipo de sistema de refrigeracin depende de:La cantidad de agua disponible.La calidad del agua.La temperatura de proceso.Los costes de inversin y operacin.Las condiciones atmosfricas.Consideraciones sobre contaminacin y evacuacin de aguas residualesSu aplicacin es tpica de los sistemas de enfriamiento que requieren grandes cantidades de agua y la disponibilidad de aportacin es limitada.

TORRE DE REFRIGERACINBsicamente una torre de refrigeracin es un intercambiador de calor evaporatico, que transfiere el calor extrado 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 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 REFRIGERACINLa clasificacin de los distintos tipos de torres se realiza atendiendo a los siguientes criterios:Evolucin tecnolgica e industrialSistema de fabricacin y ejecucinSistema de impulsin de aireEstablecimiento del flujo relativo agua-aireLa evolucin tecnolgica permanente ha hecho que algunos tipos de torres de refrigeracin queden en desuso, como son los siguientes:

Balsas o piscinas de enfriamiento: sistema sencillo y econmico para el enfriamiento de agua que consiste en depsitos de gran superficie y poca profundidad, en los que la evaporacin superficial y la transmisin de calor por los laterales y el fondo consiguen el enfriamiento del volumen contenido en su interior.Balsas de rociada o de pulverizacin: el fundamento es el mismo que en el caso anterior, pero el rendimiento se aumenta al pulverizar el agua a travs del paso del aire, permitiendo un contacto ms ntimo entre ambos fluidos

Torres atmosfricas: sistema ms perfeccionado que los anteriores, antecedente de las torres de refrigeracin actuales. Bsicamente se pueden dividir en dos grupos:

Las torres de refrigeracin actuales atendiendo al sistema de fabricacin y ejecucin se clasifican en los siguientes tipos:

Torres prefabricadas o de serie: este tipo incluye todas las torres que se fabrican en taller o fbrica en series de distintas capacidades, instalndose directamente en el lugar de utilizacin, en el cual se completa el montaje uniendo las tuberas del circuito a las propias conexiones de entrada y salida de la torre

Torres industriales o construidas en emplazamiento: para capacidades de enfriamiento superiores a las de las torres prefabricadas, se emplean torres diseadas expresamente para las condiciones de refrigeracin que se requieren y que se construyen en el propio lugar donde operan

Atendiendo al sistema de impulsin de aire a travs del relleno, las torres de refrigeracin se clasifican en los siguientes tipos:

Torres de tiro natural: este tipo de torres se divide en dos grupos:Torres atmosfricas: actualmente en desuso y cuya descripcin se ha hecho anteriormente. -Torres de chimenea hiperblicas: este tipo de torres se emplean con preferencia en zonas cuyas condiciones climatolgicas tienen temperaturas de bulbo hmedo bajas

Torre hiperblica de tiro natural

Torres de tiro mecnico: este tipo de torres controlan, con sistemas de impulsin mecnica mediante ventiladores, el volumen de aire requerido por las condiciones de operacin cambiantes, reduciendo considerablemente el tamao necesario para lograr la refrigeracin requerida. Las torres de tiro mecnico tienen en general las siguientes ventajas:

Control total del caudal de aire.Funcionamiento independiente de la humedad relativa ambiente.Requieren menor superficie de intercambio a igualdad de condiciones de operacin.Control sobre la temperatura fra, parando celdas, modificando la velocidad de los ventiladores, etc.No existen limitaciones en las prdidas de carga del flujo de aire.Funcionan independientemente de las caractersticas del viento, excepto en el fenmeno de la recirculacin.Permiten la utilizacin de menores aproximaciones y mayores saltos de temperatura.Es relativamente fcil ampliar la capacidad de refrigeracin.Requieren menores alturas de bombeo que en torres de tiro natural.Disponen de la opcin de operacin en tiro natural durante los das fros.Posibilidad de evitar la formacin de hielo con mayor facilidad, con tan solo invertir el giro de los ventiladores.

Por otra parte las torres detiro mecnico presentan los siguientes inconvenientes:Riesgo de vibraciones por desequilibrio de los ventiladores o equipos de transmisin. Niveles de ruido considerables.Alto costo de mantenimiento debido a los equipos mecnicos y elctricos.Alto riesgo de recirculacin, con la consiguiente disminucin del rendimiento trmico.Riesgo de paradas por fallos de tipo mecnico.Alto consumo de energa en ventilacin.Red de tuberas extensa.

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

Las torres de refrigeracin se pueden clasificar a su vez segn los siguientes flujos relativos agua-aire para la transferencia de masa y energaFlujo en contracorriente: en este tipo de torres ambas corrientes fluidas, agua y aire, entran a la misma por extremos opuestos, producindose el intercambio entre ambas corrientes de sentidos opuestos.Flujo transversal o cruzado: al contrario que en las torres de flujo en contracorriente, ambas corrientes se desplazan en direcciones perpendiculares. Tanto en este tipo de torres como en las de flujo en contracorriente, el aire sale por la parte superior, mientras que el agua refrigerada descarga por la parte inferior del equipo.

Sistema de flujo relativo agua-aire. Sistema de flujo en contracorriente (a) y Sistema de flujo transversal o cruzado (b)