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TORRES DE REFRIGERACIÓN

Equipos basados en el enfriamiento evaporativo.

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CONTENIDO

  1. Ficha técnica

  2. Principio de funcionamiento

  3. Tipo de torres

  4. Dimensionamiento

  5. Instalación

1 - FICHA TÉCNICA

ficha tecnica

2 - PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Una torre de enfriamiento enfría el agua por una combinación de transferencia de calor y masa. El agua a enfriar se distribuye en la torre mediante boquillas rociadoras, barras de salpicadura o relleno tipo película, lo que expone una gran cantidad superficie de agua al aire atmosférico. El aire exterior circula por (1) ventiladores, (2) corrientes convectivas, (3) corrientes de viento natural o (4) efecto de inducción de los rociadores.

Una parte del agua absorbe calor para el cambio de fase de líquido a vapor a presión constante. Este calor de la vaporización a presión atmosférica se transfiere del agua que permanece en estado líquido en la corriente de aire

¿QUÉ PASA EN DIAGRAMA PSICROMÉTRICO?

El aire entra a las condiciones ambiente, Punto A, absorbe calor y masa (humedad) de el agua, y sale en el Punto B en una condición saturada (a muy bajas cargas, es posible que el aire de descarga no esté completamente saturado). La cantidad de calor transferido del agua al aire es proporcional a la diferencia de entalpía del aire entre la entrada y la salida condiciones (hB − hA).

Debido a que las líneas de entalpía constante corresponden casi exactamente a las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante, el cambio en la entalpía del aire puede determinarse por el cambio en el bulbo húmedo temperatura del aire. El calentamiento del aire (Vector AB en la Figura 2) se puede separar la componente AC, que representa la porción sensible del calor absorbido por el aire a medida que el agua se enfría, y la componente CB, que representa la porción latente.

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Si la condición del aire de entrada cambia al punto D (a la misma temperatura de bulbo húmedo pero a una temperatura más alta temperatura de bulbo seco), la transferencia de calor total (Vector DB) permanece igual, pero los componentes sensibles y latentes cambian dramáticamente.

DE representa un enfriamiento sensible del aire, mientras que EB representa calentamiento latente cuando el agua cede calor y masa al aire. Así, por la misma carga de refrigeración por agua, la relación de calor latente a sensible la transferencia puede variar significativamente.

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La relación entre el calor latente y el sensible es importante en el análisis del agua en uso de una torre de enfriamiento.

La transferencia de masa (evaporación) ocurre sólo en la parte latente de la transferencia de calor y es proporcional al cambio en humedad específica. Debido a que la temperatura de bulbo seco del aire entrante o la humedad relativa afecta la relación de transferencia de calor latente a sensible, también afecta la tasa de evaporación.

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En la Figura 2, la tasa de evaporación en el Caso AB (WB − WA) es menor que en el Caso DB (WB − WD) porque la transferencia de calor latente (transferencia de masa) representa una menor porción del total.

Fig 2 Psychrometric Analysis of Air Pass

Fuente: Chapter 39 Cooling Towers 2008 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment (SI)

3 - TIPOS DE TORRES

Las torres de refrigeración  se clasifican según varios parámetros:

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  1. Contacto con el agua

    1. Abiertas, el agua se expone directamente con el aire y de este modo se transfiere la carga de calor directamente al aire ​

    2. Cerradas, implica un contacto indirecto entre el agua y el aire a través de un intercambiador

  2. Movimiento del aire

    1. Tiro natural, no se utilizan ventiladores para el movimiento del aire ​

      1. Atmosféricas, el aire pasa por diferencia de densidad y el efecto de succión (depresión) generada por los sprays. La velocidad de paso es baja y por tanto condicionada a la velocidad del aire exterior. Se usan en aplicaciones con muy bajo presupuesto y prestaciones.​

      2. Hiperbólicas, se utilizan en aplicaciones de gran potencia.  La diferencia entre la densidad del aire en la torre y en el exterior originan un flujo natural de aire frío en la parte inferior y una expulsión del aire caliente menos denso en la parte superior.

    2. Tiro mecánico

      1. Forzado, ventilador colocado al principio, impulsa el aire contra la corriente de agua (ventilador axial o centrífugo)​

      2. Inducido, ventilador colocado al final, aspirando el aire (ventilador axial)

  3. Por tipo de ventilador, en función de la presión requerida, nivel de ruido y consumo eléctrico

    1. Axial, más eficientes pero menor presión disponible si hay que colocar silenciadores​

    2. Centrífugo

  4. Flujo de aire:

    1. Contracorriente, el aire se mueve verticalmente hacia arriba atravesando la torre, opuesto al flujo descendente de agua.​

    2. Cruzado, aire fluye de forma horizontal, atravesando el flujo descendente de agua

  5. Tipo de material de construcción habituales

    1. Hormigón

    2. Acero inoxidable​

    3. Chapa de acero galvanizado

    4. PRFV

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​

Cuáles son las más utilizadas en HVAC y sistemas de refrigeración con enfriadoras?

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  1. Contacto con el agua

    1. Abiertas, ​

    2. Cerradas, 

  2. Movimiento del aire​, tiro mecánico

    1. Inducido, ventilador colocado al final, aspirando el aire (ventilador axial)

    2. Forzado, ventilador colocado al principio, impulsa el aire contra la corriente de agua (ventilador axial o centrífugo)​

  3. Por tipo de ventilador, 

    1. Axial, más eficientes pero menor presión disponible si hay que colocar silenciadores​

    2. Centrífugo

  4. Flujo de aire:

    1. Contracorriente, el aire se mueve verticalmente hacia arriba atravesando la torre, opuesto al flujo descendente de agua.​

  5. Tipo de material:​

    1. Chapa de acero galvanizado

    2. PRFV

Fig 10 Conventional Mechanical-Draft Co

Fuente: Chapter 39 Cooling Towers 2008 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment (SI)

4 - DIMENSIONAMIENTO

Los valores a tener en cuenta para dimensionar una torre:

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  • Temperatura de bulbo húmedo del aire de entrada

  • Rango: Temperatura de entrada y salida de agua

  • Caudal de agua

  • Acercamiento (approach): Diferencial de temperatura

Condiciones climáticas_edited.jpg

1- Temperatura húmeda:

Para los proyectos que requieren enfriamiento evaporativo se debe seleccionar la temperatura de bulbo húmedo al percentil más exigente (Punto A).

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Para proyectos RITE, a este valor se le debe sumar 1ºC. (IT 1.2.4.1.3.4)

2 - Rango:

Según requiera la enfriadora, valores típicos son 35-30ºC (Condiciones Eurovent) pero pueden cambiar según necesidades del proyecto.

Mayor salto, menor coste de bombeo pero menor eficiencia de enfriadora y viceversa. Ver más

3- Caudal de agua

Debe ser coherente con la potencia a disipar y el rango de trabajo. 

Se debe encontrar dentro de los límites de trabajo del condensador de la enfriadora

En caso de torres abiertas, hay un caudal mínimo de funcionamiento de la torre para que los sprays funcionen correctamente.

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El caudal puede ser constante, y como estrategia de eficiencia energética, variable. Pero se debe tener en cuenta el equilibrio entre el ahorro de consumo de bombeo y exceso de consumo en enfriadora. Ver más

4 - Acercamiento

Es el valor para el dimensionamiento de la torre y de éste valor depende los valores de coste de inversión, tamaño y eficiencia:

⬇️ Valores bajos, implica un tamaño de torre mayor y por tanto mayor coste de inversión, pero mejora la eficiencia de la enfriadora en las condiciones exteriores más exigentes.

⬆️Valores altos, reduce el tamaño, los costes de inversión pero reduce la eficiencia de la enfriadora.

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Valor típico que se suele utilizar, 5ºC pero la selección depende de los factores anteriores.

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5 - INSTALACIÓN

Puntos importantes a tener en cuenta en la instalación de torres:

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  1. Aporte de agua, por pérdidas por evaporación y ciclos de concentración

  2. Purga automática, para el control de la concentración de sales

  3. Sistema de drenaje, visible o monitorizado, para tener un vaciado controlado

  4. Sistema de prevención de legionela, obligatorio por ley y que debe ser instalada y mantenido por una empresa habilitada

  5. Distancia a ventanas y tomas de de aire (norma UNE 100030, apartado 6.1.3.2 o lo indicado en la norma UNE-EN 13779). Ver más

  6. Espacio suficiente para evitar la recirculación de aire saturado, que elevaría la temperatura de bulbo húmedo del aire de aspiración.

  7. Cota de instalación, en torres abiertas la cota de la balsa debe estar por encima de la cota de enfriadoras para prevenir vaciado en una parada y arranque adecuado. Ojo a los valores de NPSH de las bombas. Ver más

  8. Material de tuberías, compatible con sistemas abiertos (oxigenación) y los tratamientos de biocidas

  9. Tubo de ecualización de balsas cuando se tienen dos o más torres abiertas en paralelo

  10. Nivel de balsa mínimo para evitar problemas de cavitación

  11. Válvulas de equilibrado en cada torre cuando se tienen dos o más torres en paralelo

  12. Protección anti-hielo:

    1. Vaciado de balsas durante el no funcionamiento​

    2. Calefacción de balsas, mediante resistencia eléctrica

    3. Serpentines en torres cerradas, incorporar glicol a la instalación

  13. Eficiencia del separador de gotas, parámetro muy importante para reducir el riesgo de arrastre de gotas contaminadas por legionela, se expresa mediante la relación entre el caudal de agua arrastrado por el aire y el caudal de agua en circulación en la torre; esta relación deberá ser menor que el 0,05%, según la norma UNE 100030.

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