TORRES DE REFRIGERACIÓN: MANTENIMIENTO Y FUNCIONAMIENTO
- ¿Qué son las torres de refrigeración, para qué sirven y cómo funcionan?
- ¿Qué significa ‘evaporativo’?
- ¿Qué componentes y materiales son utilizados en torres de refrigeración?
- ¿Qué tipos de torres de refrigeración hay?
- ¿Dónde y por qué se usan? Aplicaciones industriales y civiles.
- ¿Qué son las purgas y aporte en torres de enfriamiento?
- ¿Cómo mantener y tratar el agua de refrigeración?
¿QUÉ SON LAS TORRES DE REFRIGERACIÓN, PARA QUÉ SIRVEN Y CÓMO FUNCIONAN?
- Calor sensible. La cantidad de energía calórica que se añade o se sustrae de un elemento físico (como una batería con aletas) para modificar su temperatura.
- Calor latente. Se basa básicamente en el cambio de estado que puede sufrir una sustancia como resultado de la incorporación o la pérdida de calor. En particular, en los sistemas de refrigeración por evaporación se define el calor latente de la evaporación.
La temperatura de bulbo húmedo se define como la temperatura que mediríamos si el aire estuviese con una humedad relativa del 100%. Si el bulbo de un termómetro lo humedecemos con agua, la evaporación de esta agua hace que la temperatura del termómetro baje.
Cuanto menor sea la humedad relativa más baja será la temperatura de bulbo húmedo respecto a la temperatura ambiente. La temperatura de bulbo húmedo proporciona una referencia precisa de la temperatura de salida teóricamente alcanzable por la torre de refrigeración.
Aprovechando este concepto, las torres de refrigeración pueden enfriar líquidos muy por debajo de la temperatura ambiente.
Dada su simplicidad constructiva, combinada con la gran eficiencia en términos de relación coste por kW disipado, las torres de refrigeración siguen siendo hoy en día el dispositivo de refrigeración más utilizado tanto en el ámbito civil como sobre todo en el industrial.
Esto se debe a que no existe ninguna pieza móvil en particular, excepto un ventilador que puede instalarse tanto en aspiración como en impulsión. Por otra parte, el consumo de electricidad es realmente reducido en comparación con otros sistemas de enfriamiento.
Especialmente en presencia de grandes cantidades de calor a disipar (por ejemplo, acerías, plantas químicas, centrales eléctricas), las torres de refrigeración no tienen rival en cuanto a la energía eléctrica utilizada y el limitado espacio requerido para su instalación. Al mismo tiempo las temperaturas alcanzables, en términos de agua refrigerada, se sitúan muy por debajo de la temperatura ambiente. Por lo contrario, los sistemas no evaporativos están muy sujetos a este límite de temperatura debido a que los sistemas evaporativos funcionan utilizando el intercambio de evaporación latente.
Cuando se necesita seleccionar un sistema de refrigeración industrial o civil, la elección debe hacerse teniendo en cuenta algunos puntos fundamentales que garanticen el sistema más adecuado. En particular, deben tenerse en cuenta tanto las temperaturas de funcionamiento requeridas como las relacionadas con las condiciones ambientales del lugar de instalación.
Sabemos lo qué son las torres de refrigeración y el principio físico que emplean para mantener un rendimiento óptimo. A continuación, examinaremos su proceso de construcción y, más importante aún, los criterios según los cuales se dimensionan.
Cómo dimensionar una torre: la importancia de la temperatura del bulbo húmedo
El dimensionamiento de las torres de evaporación se hace teniendo en cuenta algunos parámetros fundamentales.
- Energía térmica para disipar,
- Temperatura del agua que entra en la torre,
- Temperatura que se quiere alcanzar en la salida
- Condiciones termo-higrométricas (es decir, temperatura y humedad) características del área de instalación.
Esta última información en particular representa un dato decisivo para un correcto dimensionamiento. De hecho, permite identificar con precisión el parámetro de la temperatura de bulbo húmedo. Esta define las «peores» condiciones ambientales de la zona de instalación y el límite al que tiende a llegar el agua enfriada por la torre de refrigeración.
Componentes de la torre de refrigeración y materiales utilizados
Principales componentes de una torre de refrigeración:
- Estructura principal de contención y soporte de la torre de refrigeración.
- Relleno o paquete de intercambio de calor (en torres de circuito abierto) o serpentín de intercambio de calor.
- Ventilador axial o centrífugo: es el único dispositivo mecánico en movimiento. Este, «fuerza» la evaporación del agua necesaria para realizar el enfriamiento.
- Sistema de distribución de agua normalmente fabricado con una serie de tubos y boquillas.
- Separador de gotas, situado inmediatamente aguas arriba del ventilador. Tiene la función de retener las gotas de agua, que de otra manera son arrastradas hacia afuera por el flujo de aire del ventilador.
La elección de los diferentes tipos y variantes de construcción de las torres de refrigeración se realiza durante la fase de diseño. La selección se hace en función de la aplicación a la que se destinan, o por el tamaño del sistema.
Las variables más frecuentes que pueden guiar la elección son, a grandes rasgos, las siguientes:
- la energía térmica a disipar
- mecanismo de transferencia de calor
- la naturaleza del agua a enfriar
- tipo de proceso
- tipo tiro de aire
- contexto en el que tiene lugar la instalación (civil o industrial),
- requisitos especiales de instalación, por ejemplo, si se trata de una instalación nueva o de un reemplazo.
Las torres de refrigeración de tipo modular pueden fabricarse tanto en metal como en otros materiales menos «sensibles» a la presencia de agua y su posible efecto de corrosión como es la fibra de vidrio. Las torres de refrigeración montadas en campo se construyen a partir de una estructura metálica o con perfiles pultruidos de fibra de vidrio o incluso de hormigón (clásicas torres hiperbólicas de las centrales nucleares).
TORRES DE REFRIGERACIÓN: PRINCIPALES APLICACIONES INDUSTRIALES Y CIVILES
Como se indicó al principio, las torres de refrigeración se utilizan ampliamente en los sistemas de evaporación:
Esta última área representa ciertamente una de las aplicaciones más importantes de las torres de refrigeración.
Torres de refrigeración: la solución óptima para las grandes potencias
En el sector industrial se utilizan tanto torres de refrigeración de circuito abierto como de circuito cerrado. En estas últimas, el fluido a enfriar, que siempre puede ser agua o una mezcla de agua y glicol, circula dentro de un serpentín de tubos lisos que se humedece externamente con agua que evaporarse sustrae calor al fluido interno.
Ejemplos de áreas de aplicación
A modo de ejemplo, mostramos una relación de ámbitos de aplicación industrial o civil en los que las torres de refrigeración cumplen su función de eliminación del calor de los procesos.
- Centrales nucleares, térmicas, geotérmicas y de carbón
- Plantas de petróleo y gas
- Produccion de neumáticos
- Produccion de papel y biomasa
- Cogeneración y trigeneración
- Sistemas de aire acondicionado en edificios civiles e industriales (área HVAC)
- Supermercados en combinación con enfriadores.
- Pequeñas plantas de producción como las heladerías
Para cada instalación su solución: la recopilación de información
Por último, también es necesario conocer los límites dimensionales u otras situaciones preestablecidas que pueden definir una elección.
Por ejemplo, en el caso de una sustitución, puede haber un tanque existente o un espacio definido por la instalación anterior al que es necesario adaptarse.
Los distintos aspectos deben ser tratados durante la fase de recopilación de datos entre el cliente y el proveedor. Es tarea de este último asumir una función «asesora» hacia el cliente para que la propuesta sea la mejor desde el punto de vista técnico y económico.
Como todos los dispositivos incluidos en un sistema tecnológico, las torres de refrigeración requieren un programa de mantenimiento rutinario y, en caso de fallo, extraordinario.
Debido a su extrema sencillez de construcción, las torres de enfriamiento no requieren por lo general una atención especial, sino la observación de algunas directrices muy simples pero eficaces para mantenerlas siempre al máximo rendimiento. La seguridad y la eficiencia van de la mano.
Los aspectos más delicados pueden ciertamente remontarse a la naturaleza del agua en circulación. Es decir, no sólo la atención al tipo de agua a enfriar, sino cómo este agua es controlada y acondicionada para que no se deteriore desde el punto de vista físico-químico.
La calidad del agua de refrigeración
Además, la naturaleza del agua que se va a enfriar influye en gran medida. Definirá la elección de los materiales de construcción que se van a utilizar. Como se ha mencionado anteriormente también será un factor que defina el relleno más adecuado. En presencia de agua particularmente agresiva o ácida, se deben preferir los materiales inoxidables o la fibra de vidrio. Esta última es intrínsecamente insensible a la mayoría de los agentes químicos.
Si, por el contrario, el agua puede ser contaminada por el proceso, arrastrando con ella suciedad u otros contaminantes de diversa índole, incluidos los orgánicos, será necesario evaluar el tipo de relleno. Entres los distintos tipos disponibles, encontramos los antiincrustantes, canales verticales no cruzados y los clásicos packs «splash» basados en el principio de arrastre de gotas entre otros.
Como hemos mencionado, las torres de refrigeración logran su propósito de enfriar el agua por la evaporación forzada de una cierta cantidad de agua. La cantidad de agua evaporada es directamente proporcional a la cantidad de calor que debe disiparse. En particular, se pierde alrededor de 1 litro de agua cada 600 Kcal de carga térmica eliminada.
El agua evaporada para obtener el enfriamiento debe reincorporarse al circuito.
El agua evaporada es una consecuencia del calor disipado, y por lo tanto no puede ser modificada en términos cuantitativos. El agua que se define como «purgada» puede modificarse y que tiene la función de mantener la cantidad de sales disueltas dentro de ciertos límites.
Buenas prácticas del fabricante de torres de refrigeración
Los componentes que conforman las torres de enfriamiento también se benefician de una gestión correcta. Los intercambiadores de calor tienen una mayor vida útil, los motores y los ventiladores funcionan en mejores condiciones debido a que un agua corrosiva podría deteriorar las partes más sensibles.
En lo que respecta a las prácticas que deben seguirse para obtener esta condición, en general basta con seguir las instrucciones específicas proporcionadas por el fabricante. Deben respetarse, en relación con los controles y el mantenimiento periódicos, así como los parámetros químico-físicos para el agua en circulación. Sin embargo, hay directrices más generales, a menudo también mencionadas en los manuales de los fabricantes, que proporcionan «buenas prácticas» válidas para todos los sistemas en los que se utilizan torres de refrigeración. Organismos prestigiosos en este sentido son Eurovent, Cooling Technology Institute o AEFYT .