¿Qué es una torre de enfriamiento y qué calidad del agua se debe medir?

WHAT IS A COOLING TOWER?

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

Agua de refrigeración

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

Alto calor específico

Alto calor de vaporización

Alto punto de ebullición

Bajo costo

TYPES OF COOLING TOWER:

Hay muchas variables que pueden afectar los sistemas de torres de enfriamiento, incluida la calidad del agua, el cronograma de operación y los factores estresantes. Si bien sólo existen tres tipos básicos de torres de enfriamiento, las diferencias operativas y de diseño hacen que sea difícil generalizar. Para los propósitos de esta discusión, agrupamos los sistemas de enfriamiento según lo que sucede con el agua de enfriamiento. Los tres tipos de sistemas de refrigeración en los que nos centramos aquí son:

Sistema de enfriamiento de un solo paso

Torre de Enfriamiento Seco (Sistema de recirculación cerrado)

Torre de enfriamiento húmedo (sistema de recirculación abierto)

Sistema de enfriamiento de un solo paso:

En el enfriamiento de un solo paso, 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 nuevamente en la fuente original.  Esta fuente puede ser un río, lago, océano o pozo.

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

Torre de enfriamiento seco:

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

La evaporación no se utiliza en torres de enfriamiento de recirculación cerradas. En cambio, el aire frío corre a través de una serie de pequeños tubos que contienen refrigerante en circulación. El calor se transfiere del líquido caliente dentro de los tubos al aire frío, lo que produce enfriamiento. Luego, el refrigerante regresa al motor. Las aplicaciones industriales para refrigeración con recirculación cerrada incluyen:

Circuitos de agua helada

Refrigeración de sala de ordenadores

Controladores de temperatura de alimentos

Otros procesos en los que un pequeño cambio de temperatura es importante para el producto o el medio ambiente.

Torre de enfriamiento húmedo / Torre de enfriamiento evaporativo:

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

Cómo funcionan las torres de enfriamiento húmedo:

Los sistemas de enfriamiento de recirculación abierta cuentan con "torres húmedas", donde el agua de enfriamiento entra en contacto directo con el flujo de aire ascendente. El agua del intercambiador de calor se bombea uniformemente sobre la plataforma superior de la torre de enfriamiento.  Cae en cascada y se rompe en pequeñas gotas a medida que pasa a través de una serie de placas de salpicadura, llamadas relleno de torre de enfriamiento.  Este relleno puede ser láminas de plástico corrugado, listones de madera u otros dispositivos que aumentan la superficie, mejorando así la evaporación.  A medida que las gotas de agua rebotan en el relleno de la torre de enfriamiento, las moléculas más calientes se desprenden del agua y son transportadas hacia arriba y fuera de la torre como "deriva".  El agua enfriada restante se acumula en un tanque en la parte inferior de la torre, llamado cuenca.  Esta agua enfriada ahora se puede bombear de regreso al intercambiador de calor.

COOLING TOWER WATER TREATMENT

El agua se puede tratar con inhibidores químicos para extender el punto de saturación de materiales insolubles y evitar incrustaciones y corrosión. Se prefiere el tratamiento del agua con productos químicos de torres de enfriamiento al suministro de agua dulce debido a preocupaciones ambientales y de costos.

Purga de torre de enfriamiento

Los productos químicos de las torres de enfriamiento son útiles para aumentar el punto de saturación del agua de enfriamiento. Sin embargo, existe un límite para la concentración de sólidos o el ciclo de concentración que puede controlar un inhibidor químico.  Por esta razón, los sólidos disueltos en el agua de refrigeración se reducen eliminando o “purgando” un porcentaje de agua del sistema y reemplazándola con agua dulce.

Control de purga de torres de enfriamiento

La medición y el control de la conductividad permiten un cálculo preciso de las cantidades y tiempos de purga. Medir y mantener la conductividad es fundamental, porque un control deficiente de la purga puede provocar:

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

Recursos desperdiciados, incluyendo agua y productos químicos de torres de enfriamiento (cuando el sistema podría tolerar agua de alimentación de mayor conductividad)

ADDITIONAL CONSIDERATIONS

Riesgos del enfriamiento por recirculación cerrada

A diferencia de las torres de enfriamiento húmedas, las torres de enfriamiento secas tienen un perfil de temperatura relativamente bajo y no dependen de la evaporación. Esto reduce el riesgo de escalamiento en estos sistemas. Sin embargo, el riesgo de corrosión sigue siendo importante en las torres de refrigeración secas, debido a la alta solubilidad del oxígeno disuelto a bajas temperaturas. Además, las bajas temperaturas pueden promover la contaminación microbiana debido a la capacidad de las poblaciones de bacterias para sobrevivir en el entorno de la torre de enfriamiento.

Depósitos microbiológicos

El agua de reposición y el viento pueden transportar microorganismos a 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 de un sistema de refrigeración. De hecho, el estrés microbiológico suele ser el estrés más importante en los sistemas de refrigeración, ya que puede promover otros tipos de estrés. Por ejemplo:

La corrosión se produce debajo de la capa de limo bacteriano.

Las moléculas inorgánicas quedan atrapadas en la capa de limo, lo que provoca incrustaciones.

Prevención de depósitos microbiológicos en torres de enfriamiento

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

Otros tipos de incrustaciones en las torres de enfriamiento

Los materiales sólidos distintos de las incrustaciones, como desechos en el aire, productos de corrosión, fugas de proceso y sólidos suspendidos, se acumulan en el sistema y contribuyen a la pérdida de eficiencia y al deterioro del equipo. Una variedad de factores influyen en el nivel de incrustaciones. Es posible que deba comprender el tipo de contaminación y su origen para poder determinar la mejor manera de controlarla. Esto puede implicar recomendaciones para mejoras mecánicas, clarificación del agua de reposición o la adición de dispersantes específicos para el problema de incrustación. La filtración de corriente lateral también puede ser una solución para sistemas con estrés severo por contaminación.

SENSORS & INSTRUMENTATION FOR COOLING TOWER WATER TREATMENT:

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