Torre de Enfriamiento

5/24/2018 Torre de Enfriamiento

1/25

Laboratorio de Operaciones Unitarias II PI 136 / A

ndice

Pg.

Objetivos 2

Fundamento Terico 2

Forma de los rellenos 2

Material de relleno: 3

Clasificacin de las Torres de Enfriamiento 3

Torres de Tiro Inducido 4

Clculos 5

Discusin de Resultados 14

Observaciones 14

Conclusiones 15

Recomendaciones 16

Referencias 17

Anexo I 18

1


2/25


Objetivos

Estudio del comportamiento de una torre de refrigeracin.

Fundamento Terico

En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que

proviene a un circuito de refrigeracin mediante la transferencia de calor y materia al aire que

circula por el interior de la torre. A fin de mejorar el contacto aire-agua, se utiliza un entramado

denominado relleno. El agua entra en la torre por la parte superior y se distribuye

uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un

contacto ptimo entre el agua y el aire.

El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre el agua y el aire.

Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire, tiene lugar una cesin de calor del agua

hacia el aire. Esta se produce debido a dos mecanismos: la transmisin de calor por

conveccin y la transferencia de vapor desde el agua al aire, con el consiguiente enfriamiento

del agua debido a la evaporacin.

En la transmisin de calor por conveccin, se produce un flujo de calor en direccin al aire que

rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos.

La tasa de enfriamiento por evaporacin es de gran magnitud en las torres de enfriamiento;

alrededor del 90%, debido a la transferencia de calor latente (o sea por evaporacin) y en 10%

por transferencia de calor sensible.

Croquis de un sistema de enfriamiento de agua de proceso con una torre de enfriamiento

Forma de los Rellenos

La operacin eficaz de la torre depende de que exista un ntimo contacto entre el agua y el aire.

El relleno desempea aqu un papel importante al distribuir el agua en forma pareja y uniforme,

hacer que se desplace siguiendo un camino sinuoso, y conseguir que se forme una pelcula de

2


3/25


gran superficie o disminuir el tamao de las gotas. Las torres antiguas suelen tener un relleno

formado por listones pianos de madera o fibrocemento. Posteriormente se introdujo el listn

con forma de V invertida para finalmente aparecer el relleno conformado, que es el que se usa

actualmente.Los rellenos de tipo celular funcionan mejor que los de listones porque distribuyen el agua en

forma de pelcula con una superficie mucho mayor que la de las gotas formadas con los

rellenos de listones. Como el intercambio de calor y de masa que tiene lugar durante la

evaporacin es un fenmeno controlado por la superficie, al aumentar la superficie de contacto

con el use de rellenos celulares se consigue un enfriamiento mas rpido y eficiente. Como

prueba de ello, si tenemos dos torres de igual capacidad, es decir que manejan caudales

iguales con el mismo enfriamiento, la perdida de carga que presenta la torre con relleno de lis-

tones es mas de un 50% mayor que en la torre con relleno celular.

Se debe tener en cuenta que hay muchas formas de relleno celular. No todos los tipos son tan

eficientes como dicen sus fabricantes, ya que la experiencia demuestra que algunos tienen

peor comportamiento que los rellenos de listones en V con aberturas romboidales. AI parecer

los listones en V con aberturas romboidales forman pelcula y gotitas, lo que producira una

combinacin que funciona mejor. No se debe suponer que un relleno nuevo tiene que ser por

fuerza mejor nada ms que por ser nuevo. Si el fabricante no es capaz de sustentar sus

afirmaciones con referencias reales y comprobables en la practica industrial, tenga en cuenta

que el comportamiento en laboratorio o planta piloto no siempre es el mismo que a escala

completa.

Material de Relleno

El material usado para el relleno celular depende de la temperatura operativa de la torre. En las

torres en las que la temperatura operativa no excede los 55 C se usa el PVC, pero por encima

de esta temperatura y hasta los 71 C se recomienda el CPVC o PVC clorado; por encima de

71 C se debe usar el polipropileno. Como la mayora de los solventes orgnicos son

sumamente destructivos para los rellenos plsticos, se deben extremar las precauciones para

evitar el ingreso de corrientes de agua contaminadas con solventes a las torres equipadas conrellenos plsticos. Aunque hay una variedad de polipropileno resistente a la mayora de los

solventes, el costo se eleva tanto que resulta prohibitivo.

Clasificacin de las Torres de Enfriamiento

La forma ms simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es segn la forma en que

se mueve el aire a travs de stas. Segn este criterio, existen torres de circulacin natural y

torres de tiro mecnico. En las torres de circulacin natural, el movimiento del aire slo

depende de las condiciones climticas y ambientales. Las torres de tiro mecnico utilizan

ventiladores para mover el aire a travs del relleno.

3


4/25


Existen siete tipos de torres de enfriamiento, las cuales son:

1. Torres a Eyeccin

2. Torres de tiro forzado

Torres de tiro forzado a contracorriente

Torres de tiro forzado a flujo cruzado

3. Torres de tiro inducido

4. Torres a termocirculacin o a tiro natural

5. Torres a dispersin o atmosfricas

6. Lagunas y piletas de enfriamiento

7. Torres a circuito cerrado

En el anexo I, se detallan cada uno de los siete tipos de torres de enfriamiento.

Torres de Tiro Inducido

Este tipo de torre es similar a la anterior pero su eficacia es un poco mayor porque produce una

distribucin mas uniforme del aire en el interior del relleno cuyo diseo es el mismo que se usa

en el tipo de tiro forzado. Adems tiene menor perdida por arrastre de gotitas de agua por el

ventilador.

En una variante de este tipo de flujo de aire y

agua es cruzado en sentido horizontal en vez

de serlo en sentido vertical, vale decir, tiene

entrada y salida de aire por el costado como

vemos en el croquis abajo. Esta disposicin no

es tan eficaz como la de flujo cruzado vertical

porque el tiempo de contacto es menor, pero

tiene en cambio la ventaja de poder operar con

ayuda del viento si se orienta adecuadamente en direccin normal a los vientos dominantes.

4


5/25


I.- DATOS EXPERIMENTALES

1 2 3 Promedio

Flujo volumtrico de entrada de agua (gal/min) 22 22 22 22

Temperatura de entrada de agua (C) 40 40 40 40

Temperatura de salida de agua (C) 31 31 29 30.3

Velocidad de salida del aire (m/s) 6.7 5.9 6.4 6.3

Temperatura de bulbo seco de entrada de aire (C) 23.6 22.1 21.4 22.4

Temperatura de bulbo hmedo de entrada de aire (C) 20.3 17.8 17.6 18.6

Temperatura de salida del aire (C) Term. Metlico 33 32 34 33

Temperatura de salida del aire (C) Anemmetro 34.2 33.8 34.4 34.1

Presin en el caldero (psi) 83 72 74 76.3Caida de presin en el empaque (mm) 4

Cada de presin en el empaque y atrapagotas (mm) 5

Condiciones de Operacin

G2 L2 = 22 gpm = 1.38798 L/s

TG2 TL2= 40 C = 104 F

G1 L1

TG1 TL1= 30.3 C = 86.6 F

De los flujos de operacin:

L2 = 22 gpm = 1.38798 L/s 0.9923 Kg/L

L2 = 1.377 Kg/s = 3.04 Lb agua / s

II.- CALCULO DEL FLUJO DE GAS DE SALIDA

A = 0.1182 m 2 v = 6.3 m/s

Considerando que la temperatura de salida TG2como un promedio de TL1y TL2

TG2= 35.167 C = 95.3 F 0.0026 Lb/L

G2 = 1.946 Lb/s

Calculos y Resultados

FLUJO = 22 GPM

1.18 Kg/m3 =

4

5

CAUDAL BAJO

2H O =

2 aireG v A =

95,2 F

aire =

5


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III.- CALCULO DE LA ENTALPIA DEL GAS DE SALIDA

Humedad Absoluta YG2= 0.0368 Lb de agua / Lb de aire seco

II.- CALCULO DEL FLUJO DE GAS INERTE

Considerando que el aire se comporta como gas ideal a presiones bajas (1 atm)

Ademas:

Reemplazando, se obtiene:

Gs = 1.786 Lb a.s. / s

IV.- CALCULO DE LA ENTALPIA DEL GAS DE ENTRADA

Si tenemos que:

Tbh = 18.6 C = 65.4 F

Tbs = 22.4 C = 72.3 F

De la Carta Psicomtrica tenemos:

HG1= 22.79 BTU / Lb Aire seco.


V.- BALANCE DE ENERGIA

Donde:

Cp = 1.00 J/gC

TR= 0 C = 32 F

Reemplazando la relacin del punto 4 en la anterior, tenemos:

Con la asuncin anterior tenemos TG2 = 95,3F; ahora consideraremos que la salida del aire

es aire saturado, entonces calculamos sus propiedades con ayuda de la carta psicomtrica

2

2 2

2 H O STotal AireSeco VaporAgua

G H O Aire

G GP Gn n n

R T PM PM

= + = = +

2

2 2 2

H OH O s G G

s

GG G Y Y

G= =

2

2

2

2

1s

G

G

H O aire

P GG

YR T

PM PM

=

+

( )1 2 2 1sL L G Y Y=

( )2 1

2 1

2 1 2 1

2 1

2 1

L L s G G

L L

G G

s

L H L H G H H

L H L HH H

G

=

= +

( )

( )

2 1

2 2 1 1 1

2 L L

G G G L Gs

L H HH Y Y H H

G

= + +

6


7/25


HL1= 54.6 Btu/Lb HL2= 72 Btu/Lb

HG2=

Con este valor ya podemos calculra el valor de L1:

L1= 2.97 Lb agua/s

L2- L1= 0.0638 Lb H20 / s

% Lquido evaporado = 2.10%

VI.- CURVA DE OPERACIN

HG2= 1.700 x TL2 + -121.301 Curva de Operacin

Los valores de la curva de saturacin se obtuvieron de la carta psicomtrica

T (F) Hsat BTU/lb Hoper. 1/(H*-H)

86.60 51.11 25.88 0.0396

88.06 52.98 28.37 0.0406

89.52 54.93 30.85 0.0415

90.99 56.96 33.34 0.0423

92.45 59.06 35.82 0.0430

93.91 61.24 38.31 0.0436

95.37 63.50 40.79 0.0440

96.83 65.85 43.28 0.0443

98.30 68.30 45.76 0.0444

99.76 70.84 48.25 0.0443

101.22 73.47 50.73 0.0440102.68 76.21 53.22 0.0435

104.1 79.08 55.70 0.0428

VII.- CALCULO DEL NUMERO DE UNIDADES DE DIFUSION

Por el mtodo de integracin SIMPSOM 1/3

Donde: X = 1.35

d = 0.698

54.31 BTU/Lb

Con las relaciones anteriores podemos obtener la curva d eoperacin, en la cual nuestra variable

independiente ser TL2y la dependiente HG2

Valores de Entalpias (BTU/Lb); H; H*, en el rango de temperaturas

(F) de trabajo del agua

*

entrada

salida

T

DT

kaV dT Cp

L H H = =

( )2 2 1

1

2

1L s G G

L

L H G H HL

H

=

1

2 2

2 1

1

L

G L G

s s

L Cp L Cp TH T H

G G

= +

7


8/25


EntalpadelAire(BTU/Lb)vs

TemperaturadelLquido(F)

010

20

30

40

50

60

70

80

90

86.6

0

88.0

6

89

.52

90.9

9

92.4

5

93.9

1

95.3

7

96.8

3

98.3

0

99.76

101.2

2

102.6

8

104.1

T_

F

BTU/lb

HSaturacin

HOpe

racin

8


9/25


I.- DATOS EXPERIMENTALES

1 2 3 Promedio

Flujo volumtrico de entrada de agua (gal/min) 30 30 30 30

Temperatura de entrada de agua (C) 40 40 40 40

Temperatura de salida de agua (C) 32 32 32 32.0

Velocidad de salida del aire (m/s) 6.9 7 6.9 6.9

Temperatura de bulbo seco de entrada de aire (C) 21.6 22.2 21.7 21.8

Temperatura de bulbo hmedo de entrada de aire (C) 17.8 21.3 19.1 19.4

Temperatura de salida del aire (C) Term. Metlico 37 37 37 37

Temperatura de salida del aire (C) Anemmetro

Presin en el caldero (psi) 82 70 75 75.7

Caida de presin en el empaque (mm) 4

Cada de presin en el empaque y atrapagotas (mm) 5

Condiciones de Operacin

G2 L2 = 30 gpm = 1.89271 L/s

TG2 TL2= 40 C = 104 F

G1 L1

TG1 TL1= 32.0 C = 89.6 F

De los flujos de operacin:

L2 = 30 gpm = 1.89271 L/s 0.9923 Kg/L

L2 = 1.878 Kg/s = 4.14 Lb agua / s

II.- CALCULO DEL FLUJO DE GAS DE SALIDA

A = 0.1182 m 2 v = 6.9 m/s

Considerando que la temperatura de salida TG2como un promedio de TL1y TL2

TG2= 36.000 C = 96.8 F 0.0026 Lb/L

G2 = 2.130 Lb/s

FLUJO = 30 GPM

CAUDAL ALTO

4

5

1.18 Kg/m3 =

2H O =

2 aireG v A =

95,2 F

aire

=

9


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III.- CALCULO DE LA ENTALPIA DEL GAS DE SALIDA


II.- CALCULO DEL FLUJO DE GAS INERTE

Considerando que el aire se comporta como gas ideal a presiones bajas (1 atm)

Ademas:

Reemplazando, se obtiene:

Gs = 1.950 Lb a.s. / s

IV.- CALCULO DE LA ENTALPIA DEL GAS DE ENTRADA

Si tenemos que:

Tbh = 19.4 C = 66.9 F

Tbs = 21.8 C = 71.3 F

De la Carta Psicomtrica tenemos:

HG1= 22.79 BTU / Lb Aire seco.


V.- BALANCE DE ENERGIA

Donde:

Cp = 1.00 J/gC

TR= 0 C = 32 F

Reemplazando la relacin del punto 4 en la anterior, tenemos:

Con la asuncin anterior tenemos TG2 = 95,3F; ahora consideraremos que la salida del aire

es aire saturado, entonces calculamos sus propiedades con ayuda de la carta psicomtrica

2

2 2

2 H O STotal AireSeco VaporAgua

G H O Aire

G GP Gn n n

R T PM PM

= + = = +

2

2 2 2

H OH O s G G

s

GG G Y Y

G= =

2

2

2

2

1s

G

G

H O aire

P GG

YR T

PM PM

=

+

( )1 2 2 1sL L G Y Y=

( )2 1

2 1

2 1 2 1

2 1

2 1

L L s G G

L L

G G

s

L H L H G H H

L H L HH H

G

=

= +

( )( )2 1

2 2 1 1 1

2 L L

G G G L G

s

L H HH Y Y H H

G

= + +

10


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HL1= 57.6 Btu/Lb HL2= 72 Btu/Lb

HG2=

Con este valor ya podemos calculra el valor de L1:

L1= 4.07 Lb agua/s

L2- L1= 0.0697 Lb H20 / s

% Lquido evaporado = 1.68%

VI.- CURVA DE OPERACIN

HG2= 2.123 x TL2 + -164.211 Curva de Operacin

Los valores de la curva de saturacin se obtuvieron de la carta psicomtrica

T (F) Hsat BTU/lb Hoper. 1/(H*-H)

89.60 51.11 25.99 0.0398

91.06 52.98 29.09 0.0419

92.52 54.93 32.20 0.0440

93.99 56.96 35.30 0.0462

95.45 59.06 38.40 0.0484

96.91 61.24 41.51 0.0507

98.37 63.50 44.61 0.0529

99.83 65.85 47.72 0.0551

101.30 68.30 50.82 0.0572

102.76 70.84 53.92 0.0591

104.22 73.47 57.03 0.0608105.68 76.21 60.13 0.0622

107.1 79.08 63.23 0.0631

VII.- CALCULO DEL NUMERO DE UNIDADES DE DIFUSION

Por el mtodo de integracin SIMPSOM 1/3

Donde: X = 1.35

d = 0.850

Valores de Entalpias (BTU/Lb); H; H*, en el rango de temperaturas

(F) de trabajo del agua

55.42 BTU/Lb

Con las relaciones anteriores podemos obtener la curva d eoperacin, en la cual nuestra variable

independiente ser TL2y la dependiente HG2

*

entrada

salida

T

DT

kaV dT Cp

L H H = =

( )2 2 1

1

2

1L s G G

L

L H G H HL

H

=

1

2 2

2 1

1

L

G L G

s s

L Cp L Cp TH T H

G G

= +

11


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EntalpadelA

ire(BTU/Lb)vs

Temperatura

delLquido(F)

010

20

30

40

50

60

70

80

90

89.6

0

91.0

6

92.52

93.9

9

95.4

5

96.9

1

98.3

7

99.8

3

101.3

0

102.76

104.2

2

105.6

8

107.1

T_

F

BTU/lb

HSaturacin

HOpe

racin

12


13/25


Empaque Emp+Atrap Empaque Emp+Atrap Atrapagotas

22 GPM 4 5 39.19 48.98 9.80

30 GPM 4 5 39.19 48.98 9.80

Exp. L/G d

22 GPM 1.70 0.698

30 GPM 2.12 0.850

CADA DE PRESIN

Exp.P ( mm de H20) Cada de Presin (Pa )

Grfico del Fabricante

0.45

0.49

0.53

0.57

0.61

0.65

0.69

0.73

0.77

0.81

0.85

0.89

1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20

L/ G

d

13


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Discusin de Resultados

Para el clculo de TG2se asume que el aire de salida de la torre es saturado, por lo tanto

la temperatura de salida tambin se encuentra saturada. Por lo que el calor transferido seda por dos mecanismos, de calor sensible y calor latente.

El aumento del flujo de ingreso de liquido a la torre, a un flujo de aire constante, permite

obtener una temperatura de gas de salida mayor; por consiguiente una mayor entalpa del

gas de salida y el incremento del numero de unidades de transferencia y de difusin.

Observaciones

Se observa la presencia de gotas arrastradas por el aire en la salida del aire haba la.

Debido a que el flujo de aire es tan grande que el atrapa-gotas no cumple su funcin

eficientemente.

Se cumple que la temperatura de salida del agua es mayor que la temperatura del bulbo

hmedo del aire a la entrada, que es la temperatura mnima a la cual puede llegar.

Debido a la humedad presente en la salida de aire de la torre, ocasiono fallas de lectura de

la temperatura en el anemmetro, no pudiendo realizarse las tres ultimas mediciones,

aunque estas mediciones eran referenciales.

La velocidad del aire medida con el anemmetro debe ser tomada a una misma distancia,

pues existe un gradiente de velocidad dentro del ducto.

14


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Conclusiones

A las mismas condiciones de operacin, solo con un incremento del flujo de lquido, se

incrementa el nmero de unidades de transferencia de masa, a consecuencia delincremento de temperatura que eleva la entalpa de salida del gas.

A las mismas condiciones de operacin, solo con un incremento del flujo de liquido,

disminuye el porcentaje de liquido evaporado, debido al incremento del flujo de inerte en el

equipo.

En los clculos para el diseo de una torre de enfriamiento se utiliza el valor del nmero de

unidades de difusin en lugar del nmero de unidades de transferencia, pues el inters

principal radica en las unidades requeridas para reducir la temperatura del agua a un valor

deseado. El Dobtenido se requerir en cualquier tipo de torre, ya sea empacada o vaca.La altura de la torre que es capaz de proveer un nmero predeterminado de unidades de

difusin variar para cada tipo de empaque y con las cargas de lquido y aire.

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Recomendaciones

Para la presente prctica de Laboratorio, es recomendable que el alumno asista con el

conocimiento previo en lo que se va a trabajar, se encuentre familiarizado con los temas ydefiniciones relacionados con la psicometra como:

Humedad absoluta, porcentaje de humedad, porcentaje de humedad relativa, punto de

roco, volumen hmedo, temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo hmedo,

calor latente, etc. Teora de Merkely sus seis asunciones

Reconocer las partes de un torre de enfriamiento, estructura, empaque, distribuidor de

agua, chimeneas, ventiladores, estanque.

Se recomienda llenar de vapor de agua el calentador para evitar que la lnea de vapor se

llene de agua, por que se sabe que el diseo del calentador es calentamiento por contacto

directo, se inyecta vapor por medio de una tubera de 2 pulgadas.

Sellar el orificio ubicado en la parte superior de la torre, para evitar fugas de aire.

Se recomienda controlar la temperatura de ingreso de agua a la torre (40 C), debido a que

el tiempo de residencia es corto, caso contrario se produce un error en la medicin de los

datos de salida, adems de una operacin deficiente.

Considerar para el calculo que rea o superficie interfacial son iguales en la interfase aire

agua donde se trasmite el flujo de calor sensible y el flujo de evaporacin de agua

( )G HGCs dt h a dZ ti t=

( )L L MLC dT h a dZ T ti=

Identificar que en la industria se usa la relacin, para la hallar las unidades de transferencia

inducida en un equipo

( )

HG2

OG

HG1 G G

dHN

H H=

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Referencias

ROBERT TREYBAL OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MASA

Editorial: Mc Graw-Hill Segunda Edicin

PERRY MANUAL DEL INGENIERO QUIMICO

Sptima Edicin Cp. 2 Pg. 125

INTRODUCCIN A LA TERMODINMICA

Modelado en Ingeniera (Arg) Archivo: T21.pdf, pg: 521-527

17


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Anexo I

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Tipos de Torres de Enfriamiento

Torres a Eyeccin

Se basan para funcionar en elprincipio del tubo Venturi. Esto evitael costo del impulsor de aire queproduce su movimiento. Este equipono tiene relleno distribuidor de flujode aire y agua y por ello ofrecemenor resistencia al flujo de aire,pero el agua se debe bombear apresin, mientras en otros tipos no.No son muy comunes en nuestromedio. Tienen la ventaja de norequerir limpieza tan a menudo comolos otros tipos. Debido al hecho deque no tienen partes mviles,carecen de problemas de ruido y

vibracin. Adems, al no contener relleno, no es necesario limpiarlo, lo que reduceconsiderablemente los gastos de mantenimiento.

Torres de tiro forzado

Este tipo de torre, muy comn en argentina,tiene en su interior un relleno de listones demadera (o en los modelos ms nuevos, deplstico) cruzados de modo de formar unzig-zag en sentido vertical. Tambin sepueden encontrar rellenos de tipo celularconformados en plstico con formas ms

complejas. Como ya hemos explicado, lafuncin del relleno es aumentar el tiempo yel rea de contacto entre el aire y el agua.En este tipo de torre son usualesvelocidades de aire de 60 a 120 m/min yrequieren alrededor de 10 m/min de aire portonelada de agua de capacidad. Pueden serverticales y horizontales; en general el tipo

vertical se ve ms en torres grandes (ms de 300 toneladas de capacidad). Soncomparativamente pequeas y ms baratas en costo inicial pero el costo de funcionamiento esmayor que en las torres atmosfricas, debido a que estas no usan ventiladores.

Normalmente una torre esta integrada por varias unidades como las que vemos en el croquis,llamadas clulas. Estas clulas o celdas se pueden aadir o quitar de servicio segn seanecesario. Operan en paralelo

Torres de tiro forzado a contracorriente

La denominacin proviene del hecho de que el aire se mueve de abajo hacia arriba, mientrasque el agua desciende a lo largo de la torre.

Las torres a contracorriente usan un sistema de distribucin del agua caliente que consiste enuna serie de toberas o picos que producen un fino spray para distribuir el agua en todo elrelleno. Estos picos de agua se deben inspeccionar y a veces hay que limpiarlos lo que no estarea fcil debido a la ubicacin de los mismos. Debido a que la presin que impulsa el agua atrabes de las toberas o picos depende del caudal, la calidad de la distribucin se ve afectadapor los cambios de caudal de agua caliente. La principal ventaja de esta disposicin de flujoses el hecho de que el agua que entra a su mxima temperatura se pone en contacto con el aire

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ms hmedo, y a medida que se enfra encuentra a su paso aire mas seco, lo que produce unaalta tasa promedio de transferencia de masa y de calor en la evaporacin.

Las torres a contracorriente son por logeneral mas altas y delgadas que las

torres a flujo cruzado por lo queocupan una superficie algo menor.Como contrapartida, la bomba tieneque elevar el agua a una altura mayorcon mayor presin que en las torres aflujo cruzado, que son mas bajas. Unerror bastante comn en el diseo yoperacin de este tipo de torresconsiste en usar bombas decondensado demasiado chicas. Estoproduce un flujo de agua desigual,con la consecuencia de que la torreno funciona bien.

Adems como cada clula tiene unatubera propia para elevar el agua,aumenta el costo inicial. Tambin sedebe considerar como una desventajael hecho de que el aire debeatravesar un espesor de rellenomayor lo que produce una mayorresistencia, y como consecuencia elventilador debe ser mas potente ycostoso que en el tipo de flujocruzado. Esto significa un mayorcosto inicial y operativo de la torre.

Por otra parte, el hecho de que el espesor de relleno atravesado sea mayor puede producirmala distribucin de flujos. Por lo comn las torres de contracorriente que usan relleno de tipocelular tienen menor altura para el mismo volumen de torre que las que usan rellenos delistones. Esto permite disminuir algo los costos de bombeo. Las ventajas que presentan lastorres a contracorriente son las siguientes:

a) Gracias a su altura pueden acomodar mejor diferencias de temperatura mayores (rango ointervalo), lo que redunda en menor aproximacin. Esta ventaja proviene que en definitiva sontermodinmicamente ms eficientes.

b) Debido a que las gotitas son ms pequeas, el intercambio de calor con el aire es mseficaz

Torres de tiro forzado a flujo cruzado

Por supuesto, las torres a flujo cruzado tienen un sistema de distribucin de aire y de aguatotalmente distinto al de las torres a contracorriente. El agua caliente se distribuye bajando porgravedad, alimentada a travs de orificios que tiene la bandeja B situada en la parte superiorde la torre, como vemos en el croquis. El flujo de aire tambin es distinto, porque en este tipode torre el aire se mueve en direccin horizontal hacia el sector central, atravesando el relleno.La bomba que impulsa el agua en este tipo de torre tiene menor consumo de energa, porqueen las de contracorriente se pierden 5 o 6 psig en vencer la resistencia que le ofrecen los picospulverizadores, que no existen en la torre a flujo cruzado. En consecuencia la bomba querequiere una torre de flujo cruzado es ms chica y ms econmica. Los costos operativos sontambin menores.

Las ventajas que presentan las torres a flujo cruzado si se las compara con las de contra-corriente son las siguientes. a) La menor demanda de energa de bombeo; b) Menor perdida deagua por arrastre; c) Menor recirculacin, es decir, que el aire sigue un camino mas directo; d)Como el espesor de relleno que atraviesa el aire es menor, la circulacin en volumen por HP de

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ventilador instalado es mayor; e)Debido a su mayor dimetro esposible usar ventiladores masgrandes, por lo que se necesitamenor cantidad de celdas para el

mismo tamao de torre; f) Tienenmenor costo operativo debido a lamenor demanda de energa. g)Tienen menor costo demantenimiento, porque no hay picospulverizadores de difcil acceso quese obstruyan o que haya quecambiar.

La principal desventaja que traeaparejado el flujo de aire horizontalse presenta en climas muy frosporque al tener mayor cantidad de

aberturas de entrada de aire y conmayor superficie se hace ms difcilcontrolarlas e impedir que seobstruyan con hielo. Adems, sonalgo mas susceptibles a lacontaminacin con algas y bacteriasdebido a que la base es mucho masancha y como el reservorio receptorde agua esta en la base tiene mayorsuperficie de contacto con el aire,que es donde se produce lacontaminacin adicional, ya que el

tiempo de residencia en el relleno es mas o menos el mismo en los dos tipos, de

contracorriente y de flujo cruzado.Comparacin entre las torres de tiro forzado a contracorriente y a flujo

cruzado

Las torres de tiro forzado a contracorriente y a flujo cruzado presentan ventajas y desventajasinherentes a sus respectivas disposiciones de distribucin de aire y de agua. En cadaaplicacin encontramos que una u otra configuracin presenta ventajas que la hacen msefectiva y menos costosa.

Las torres de tiro forzado a flujo cruzado se deben preferir cuando son importantes lassiguientes limitaciones y criterios especficos.

Para minimizar el costo de bombeo de agua.

Para minimizar el costo inicial de impulsor y tuberas. Para minimizar el costo total operativo.

Cuando esperamos una gran variacin de caudal de agua.

Cuando deseamos tener menos problemas de mantenimiento.

Las torres de tiro forzado a contracorriente se deben preferir cuando son importantes lassiguientes limitaciones y criterios especficos.

Cuando existe poco o ningn espacio disponible al pie de la torre, o la altura esta limitada.

Cuando es probable que por bajas temperaturas se puedan congelar los ingresos de aire.

Cuando el sistema de impulsin se debe disear con alta presin de descarga por alguna

razn. Nunca se debe reemplazar una torre ya existente de flujo cruzado por otra acontracorriente sin una evaluacin de la capacidad disponible de bombeo instalada.

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Adems de las razones ya expuestas en este apartado, tambin se deben tener en cuenta loscomentarios que hemos hecho antes sobre la mayor eficiencia termodinmica de las torres decontracorriente compara-das con las de flujo cruzado.

Torres de tiro inducido

Este tipo de torre es similar a la anterior perosu eficacia es un poco mayor porque produceuna distribucin mas uniforme del aire en elinterior del relleno cuyo diseo es el mismo quese usa en el tipo de tiro forzado. Adems tienemenor perdida por arrastre de gotitas de aguapor el ventilador.

En una variante de este tipo de flujo de aire

y agua es cruzado en sentido horizontal envez de serlo en sentido vertical, vale decir,tiene entrada y salida de aire por el costadocomo vemos en el croquis a la derecha. Estadisposicin no es tan eficaz como la de flujocruzado vertical porque el tiempo de contacto es menor, pero tiene en cambio la ventaja depoder operar con ayuda del viento si se orienta adecuadamente en direccin normal a losvientos dominantes.

Torres a termocirculacin o a tiro natural

Es fcil ver en la ecuacin siguiente:

+=

av PMPMH

PRTv 1

Que el volumen especifico del airehmedo aumenta con la humedad, esdecir, que un aire seco tendr mayordensidad que un aire hmedo, y cuantomas hmedo esta el aire, menor densidadtiene; esto tambin se puede verificar en eldiagrama psicromtrico. Por lo tanto el airecalido y hmedo tiende a ascendermientras el aire fro y seco tiende adescender, por lo que el aire fro y seco

que entra por la parte inferior desplaza alaire calido y hmedo hacia arriba, establecindose un tiraje natural como el de una chimenea.El perfil de la parte superior, o chime-nea, es hiperblico.

Este tipo de torre tiene costos iniciales elevados por lo que solo se usan para caudales grandesde agua, pero su costo de operacin es mas bajo que todos los otros tipos de torre. Sonbastante sensibles a los vientos variables o en rachas, que afectan algo su capacidad, peromenos que las de tipo atmosfrico. Las torres de tiro natural suelen ser muy grandes: alrededorde 150 m de altura, con unos 120 m de dimetro en la base. Por ese motivo solo resultaneconmicamente tiles cuando el caudal de agua a enfriar es realmente grande, del orden de45000 m3/hora o superior. Por lo general solo se usan en grandes plantas de generacin deelectricidad, de otro modo no justifican la inversin inicial.

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Torres a dispersion o atmsfericas

Este tipo es muy econmico de operar,aunque su costo inicial es mayor que lade tipo tiro inducido o forzado.

Son largas, los vientos dominantestoman a la torre de costado y laatraviesan. Son necesarios vientosmayores de 5 KPH con funciona-miento optimo a velocidades del ordende 8 a 9 KPH o mayores.

Requieren grandes espaciosdespejados de obstculos para suinstalacin y funcionamiento adecuado,ya que cualquier cosa que obstaculice

el viento afecta seriamente su operacin.

Lagunas y piletas de enfriamiento

En ciertos casos en los que las exigencias del servicio demandan el enfriamiento de cantidadesmuy grandes de agua, puede ser necesario instalar piletas de enfriamiento, debido a queresulta ms econmico que instalar una gran cantidad de torres. Cuando la cantidad de aguaes realmente muy grande o cuando existe una laguna natural aprovechable, es preferible usaruna laguna de enfriamiento, que en definitiva no es ms que una pileta de grandesdimensiones. De no existir se puede inundar una zona adecuada, excavando de ser necesario.Para ello basta construir un dique de tierra de 1.8 a 3 m de altura, en una zona donde el suelosea fcil de impermeabilizar para evitar la filtracin de las sales de cromo que contiene el aguacomo consecuencia del tratamiento anticorrosin. Por lo general basta revestirla con membranaplstica enterrada, sellada hermticamente para formar una superficie continua que contiene elagua. El film de PVC de 5 micras funciona muy bien. Para lograr una buena circulacin delagua conviene que el piso sea lo ms regular que sea posible, de lo contrario se formancortocircuitos en vez de haber una corriente pareja. La superficie requerida de laguna es casiindependiente de su profundidad. Por lo comn basta tener una profundidad superior a 0.9 m.Como dijimos se debe evitar la canalizacin para que el flujo sea uniforme. Las lagunas oestanques de enfriamiento funcionan por la combinacin de transferencia de calor hacia laatmsfera por tres mecanismos: evaporacin, conduccin y convencin. Adems el agua recibecalor del sol por radiacin. En condiciones normales el equilibrio que se alcanza iguala el calorentregado y recibido. Para lograr que el agua se enfre hasta la temperatura de bulbo hmedodel aire, que seria la temperatura mnima terica de equilibrio, se necesitara una laguna desuperficie infinita (es decir muy grande) con un espesor mnimo (por ejemplo del orden de unospocos milmetros) o un caudal de agua infinitamente pequeo. Como esto es impracticable, ladiferencia entre las temperaturas de salida del agua y la temperatura de bulbo hmedo del aireatmosfrico (aproximacin) suele ser del orden de 3 a 4 F (1.7 a 2.2 C) para lagunas con untiempo de residencia de unas ocho horas. El tiempo de residencia se define como el cocienteentre el volumen de agua que contiene la laguna y el caudal, o sea el tiempo que tarda enllenarse. Para un tiempo de residencia de 24 horas la temperatura del agua a la salida variaalrededor de 1 C con respecto al promedio lo que es prcticamente una temperaturaconstante. Esto se debe a que la mayor evaporacin durante el da (debido al calentamientosolar) se compensa con la menor temperatura nocturna. Asumiendo un tiempo de residencia de24 horas la variacin de temperatura del agua a la salida es de 1 C con respecto al promediopara una profundidad media de 1.5 m y de 1.7 C para una profundidad media de 0.9 m. Elprincipal inconveniente que plantean los estanques de enfriamiento es la contaminacin delagua ya que al ser estructuras abiertas estn ms expuestos a la suciedad arrastrada por elviento. Otro inconveniente puede ser el congelamiento de la superficie, pero solo en climas muyfros o con temperaturas bajo cero. Por otra parte pueden causar nieblas en das hmedosporque, a diferencia de las torres que emiten un penacho de vapor hacia arriba, los estanquesde enfriamiento producen masas de aire hmedo saturado que se desplazan a ras del suelo.Esto puede ser un inconveniente porque puede plantear problemas de seguridad para la

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circulacin de vehculos en las cercanas. Por supuesto, el espacio que demanda un estanquede enfriamiento es mucho mayor que el requerido para la instalacin de un grupo de torres decapacidad equivalente, pero su costo es muchsimo menor.

El rendimiento de una laguna de enfriamiento se puede mejorar mucho si se pulveriza el agua

mediante un sistema de rociado como el que se usa en las torres de enfriamiento. Este tipo seconoce como laguna de rociado, y se suele usar cuando la superficie til para la instalacin dela laguna o pileta es escasa. Por supuesto, su instalacin y operacin resulta ms costosa, yaque se debe implementar un sistema de rociado y suministrarle energa.

El estanque de enfriamiento de rociado funciona pulverizando el agua mediante chorrosdirigidos verticalmente hacia arriba, impulsados por varias bombas centrifugas. Los chorros sonemitidos por boquillas de aspersin que producen un chorro abierto en abanico o de formacnica, para que las gotitas sean pequeas y tengan un tiempo de cada mayor, a fin deproveer una superficie mayor y un tiempo de contacto con el aire mas prolongado. Cuando lapileta funciona en condiciones optimas, el agua alcanza una temperatura ligeramente superiora la de saturacin adiabtica del aire ambiente. La gran ventaja de esta disposicin es el costomenor de capital inicial, ya que la pileta es una estructura ms econmica que la torre. Parafuncionar bien necesita estar situada en una posicin tal que no haya obstculos que paren el

viento y en un lugar donde el viento sea constante y de regular intensidad.

Torres a circuito cerrado

La principal diferencia entre las torres a circuito cerrado y las torres comunes y piletas esta enel hecho de que en una torre a circuito cerrado no hay contacto alguno entre el aire ambiente yel agua a enfriar. En las torres a circuito cerrado el agua que se enfra circula por el interior deun banco de tubos lisos de modo que no existe ninguna posibilidad de que se evapore el aguaque circula por el interior de los tubos, por eso se las llama de circuito cerrado. Esto elimina por

completo las mermas porevaporacin y arrastre.Adems, debido a que notiene contacto con el aire

atmosfrico, no existeninguna posibilidad decontaminacin del agua porefecto del polvillo y estoimpide la formacin dealgas o bacterias. Estepuede ser un factor muyimportante en el costo si elagua puede tener contactoaunque sea accidental conmateriales sensibles a lacontaminacin biolgica.

Por otra parte, las torres

convencionales estnespecficamente diseadaspara enfriar agua. Encambio las torres deenfriamiento a circuitocerrado se pueden usarpara enfriar cualquierliquido, incluyendosustancias voltiles,inflamables, toxicas opeligrosas.

La estructura de las torres a

circuito cerrado se ilustra enla figura. El agua usada

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para enfriar en este tipo de torres puede ser agua cruda sin tratar porque al no tener contactocon otros equipos que no sean la propia torre no tiene que estar tratada con anticorrosivos nibicidas. Si se esta dispuesto a pagar el precio de paradas frecuentes para limpiar la torre,puede ser agua sucia, barrosa o salada. En este ltimo caso se deben tomar precauciones alelegir los materiales para evitar la corrosin de los elementos claves de la torre. Las torres a

circuito cerrado (tambin llamadas de superficie hmeda) operan por transferencia de calorsensible y/o de calor latente. En el primer caso el agua del rociador no se evapora, sino quefunciona como un medio de intercambio de calor. Toma calor de los tubos y lo transfiere al aire,de modo que al pasar por los tubos se calienta, va al tanque en donde es tornado por la bombaque la impulsa por el rociador, en el rociador se divide en finas gotitas y se enfra, transfiriendosu calor al aire. Este sale con la misma humedad que la ambiente. En el segundo caso el aguase evapora, como consecuencia se enfra y el aire sale con mayor humedad que la ambiente.Una interesante caracterstica de estas torres es que en lugares donde hay acceso fcil ybarato al agua de enfriamiento a baja temperatura se pueden obtener temperaturas unos pocosgrados por encima de la del agua. Si el agua esta sucia o tiene alto contenido de sales, no seaconseja enfriar fluidos cuya temperatura exceda los 55 C porque la evaporacin de lapelcula de agua que recubre los tubos puede producir sarro y depsitos salinos. Estosigualmente se producirn a la larga, a menos que el agua usada tenga una calidad

excepcional. Los depsitos y suciedad externa en los tubos son perjudiciales porquedisminuyen el flujo de calor. Para resolver este problema se puede usar limpieza mecnica,qumica o una combinacin de las dos.

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Torre de Enfriamiento