¿Qué es una torre de enfriamiento?

El enfriamiento es el proceso de transferencia de energía térmica a través de la radiación térmica, la conducción de calor o la convección. En los procesos industriales, se logra enfriar a través de varios mecanismos que requieren diferentes equipos. El mecanismo de enfriamiento industrial más comúnmente aceptado es el uso de una torre de enfriamiento.

Agua de enfriamiento

El agua se utiliza como medio de transferencia de calor en torres de enfriamiento. El agua tiene varias propiedades clave que lo convierten en una buena opción como medio de transferencia de calor:

Alto calor específico

Alto calor de vaporización.

Punto de ebullición alta

Bajo costo

Tipos de torre de enfriamiento:

Hay muchas variables que pueden afectar los sistemas de la torre de enfriamiento, incluida la calidad del maquillaje de agua, el calendario de operaciones y los factores estresantes. Si bien solo hay tres tipos básicos de torres de enfriamiento, el diseño y las diferencias operativas hacen que sea difícil generalizar. A los efectos de esta discusión, agrupamos los sistemas de enfriamiento según lo que sucede con el agua de refrigeración. Los tres tipos de sistemas de enfriamiento en la que nos centramos aquí son:

Sistema de enfriamiento una vez a través

Torre de enfriamiento seco (sistema de recirculación cerrado)

Torre de enfriamiento húmedo (sistema de recirculación abierto)

Sistema de enfriamiento una vez a través de:

En enfriamiento de una vez a través, el agua se bombea desde una fuente cercana, y pasa solo una vez a través del sistema para absorber el calor del proceso. Luego se descarga de nuevo en la fuente original.  Esta fuente puede ser un río, el lago, el océano o el pozo.

Este diseño es común donde están disponibles grandes volúmenes de agua de bajo costo.  Además, estos sistemas son típicos cuando la demanda de enfriamiento es de baja a moderada, los procesos no son críticos, y hay espacio para acomodar equipos grandes y altos volúmenes de agua. Un inconveniente de enfriamiento de una vez a través de la susceptibilidad a la perturbación por los eventos de agua estocásticos, como las inundaciones. Además, estos sistemas se están eliminando por completo debido a las preocupaciones sobre la calidad del agua y la conservación.

Torre de enfriamiento seco:

En los sistemas de recirculación cerrados o las torres de enfriamiento en seco, el calor absorbido por el agua de refrigeración se transfiere a un segundo refrigerante, o se libera en la atmósfera. La palabra seca se usa porque el agua nunca se expone al aire, y como resultado, se pierde muy poca agua. Un motor de automóvil es un buen ejemplo de un sistema de enfriamiento cerrado.

La evaporación no se utiliza en torres de enfriamiento de recirculación cerrada. En su lugar, el aire frío se precipita sobre una serie de pequeños tubos que contienen refrigerante circulante. El calor se transfiere desde el líquido caliente dentro de los tubos hasta el aire fresco, lo que resulta en enfriamiento. Luego se devuelve el refrigerante en el motor. Las aplicaciones industriales para enfriamiento recirculado cerrado incluyen:

Bucles de agua fría

Sala de informática enfriamiento

Controladores de temperatura alimentaria

Otros procesos donde un pequeño cambio en la temperatura es importante para el producto o entorno

Torre de enfriamiento húmedo / torre de enfriamiento evaporativo:

Los sistemas de refrigeración de recirculación abiertos o las torres de refrigeración húmeda son los diseños más utilizados en la industria. Al igual que en los sistemas de recirculación cerrados, el sistema abierto usa la misma agua una y otra vez. Su característica más visible es la gran torre de enfriamiento al aire libre que utiliza la evaporación para liberar el calor del agua de refrigeración. Debido al mecanismo, este tipo de torre de enfriamiento también se llama torre de enfriamiento evaporativo. Este sistema consta de tres equipos principales: la (s) bomba (s) de recirculación de agua, el) intercambiador (es) de calor y la torre de enfriamiento

Cómo funcionan las torres de enfriamiento en húmedo:

Los sistemas de enfriamiento de recirculación abiertos cuentan con "torres húmedas", donde el agua de refrigeración viene en contacto directo con el flujo de aire hacia arriba. El agua del intercambiador de calor se bombea uniformemente sobre la cubierta superior de la torre de enfriamiento.  Casca hacia abajo y se rompe en pequeñas gotas, ya que pasa a través de una serie de placas de salpicaduras, llamada llenada de la torre de enfriamiento.  Este relleno puede ser hojas de plástico corrugado, listones de madera u otros dispositivos que aumentan el área de la superficie, mejorando así la evaporación.  A medida que las gotas de agua se rebotan en el relleno de la torre de enfriamiento, las moléculas más calientes se separan del agua y se llevan a cabo y salen de la torre como "deriva".  El agua enfriada restante se recoge en un tanque en la parte inferior de la torre, llamada cuenca.  Este agua enfriada ahora se puede bombear de nuevo en el intercambiador de calor.

Torre de enfriamiento Tratamiento de agua

El agua se puede tratar con inhibidores químicos para extender el punto de saturación de los materiales insolubles y prevenir la escala y la corrosión. El tratamiento del agua con los productos químicos de la torre de enfriamiento se prefiere suministrar agua dulce debido a las preocupaciones ambientales y de costos.

Purga de la torre de enfriamiento

Las sustancias químicas de la torre de refrigeración son útiles para aumentar el punto de saturación en el agua de enfriamiento. Sin embargo, hay un límite a la concentración de sólidos o el ciclo de concentración que puede gestionar con un inhibidor químico.  Por esta razón, los sólidos disueltos en agua de enfriamiento se reducen eliminando o "soplando" un porcentaje de agua del sistema y reemplazándolo con agua dulce.

Control de purga de la torre de enfriamiento

La medición y control de la conductividad permite un cálculo preciso de las cantidades de purga y el tiempo. La medición y el mantenimiento de la conductividad es crítica, porque el control de la purga pobre puede llevar a:

Escalado y corrosión (cuando la conductividad es demasiado alta) o

Los recursos desperdiciados, incluidos los productos químicos de la torre de agua y refrigeración (cuando el sistema podría tolerar el agua de alimentación de conductividad más alta)

CONSIDERACIONES ADICIONALES

Riesgos de enfriamiento de recirculación cerrada.

A diferencia de las torres de enfriamiento húmedo, las torres de enfriamiento en seco tienen un perfil de temperatura relativamente bajo y no se basan en la evaporación. Esto reduce el riesgo de escala en estos sistemas. Sin embargo, el riesgo de corrosión sigue siendo importante en torres de enfriamiento en seco, debido a la alta solubilidad de oxígeno disuelto a bajas temperaturas. Además, las bajas temperaturas pueden promover la incrustación microbiana debido a la capacidad de las poblaciones bacterianas para sobrevivir en el entorno de la torre de enfriamiento.

Depósitos microbiológicos

El agua de maquillaje y el viento pueden llevar microorganismos en un sistema de agua de refrigeración. Bajo ciertas condiciones, las comunidades microbianas se multiplican en el sistema, causando problemas. El estrés microbiológico puede afectar cualquier componente en un sistema de enfriamiento. De hecho, el estrés microbiológico es a menudo el estrés más importante en los sistemas de enfriamiento, ya que puede promover otros tipos de tensiones. Por ejemplo:

La corrosión se produce bajo la capa de limo bacteriano.

Las moléculas inorgánicas se quedan atrapadas en la capa de limo, lo que lleva a la escala.

Prevención de depósitos microbiológicos en torres de enfriamiento.

Un programa de control microbiano efectivo se centra en las comunidades microbianas específicas que dañan un sistema de enfriamiento dado. Se pueden seleccionar los biocidas apropiados, quizás junto con los dispersantes para penetrar y eliminar los depósitos. El biocida oxidante de cloro se usa comúnmente en biocontrol junto con algunos biocidas no oxidantes. El dióxido de bromo o cloro se usa en lugar de cloro para sistemas de estrés pesado. Los tratamientos microbiológicos pueden requerir el control del pH y otros parámetros de calidad del agua para garantizar la máxima eficacia.

Otros tipos de ensuciamiento de la torre de enfriamiento

El material sólido que no sea la escala, como los escombros aerotransportados, los productos de corrosión, los procesos en fugas y los sólidos suspendidos, se acumulan en el sistema y contribuyen a la pérdida en la eficiencia y el deterioro del equipo. Una variedad de factores influyen en el nivel de ensuciamiento. Es posible que tenga que entender el tipo de ensuciamiento y la fuente para determinar la mejor manera de controlarlo. Esto puede implicar recomendaciones para mejoras mecánicas, aclaraciones del agua de maquillaje o la adición de dispersantes específicos para el problema de ensuciamiento. La filtración del arroyo lateral también puede ser una solución para los sistemas de estrés de incrustaciones severas.

Sensores& Instrumentación para el tratamiento del agua de la torre de enfriamiento:

Los parámetros de control de instrumentación más importantes en el tratamiento de agua de la torre de refrigeración son la conductividad y el pH. Los parámetros adicionales de calidad del agua que deben medirse en línea o muestreados con frecuencia incluyen turbidez, sólidos suspendidos totales (TSS), cloro libre y potencial de reducción de oxidación (ORP).