Conceptos fundamentales de torres de enfriamiento

Aproximación

Diferencia entre la temperatura del agua fría y la del ambiente o la temperatura de bulbo húmedo de admisión. [°C].

Arrastre

Pérdida de agua de la torre en forma de pequeñas gotas líquidas que entran al aire de escape. Esta pérdida es independiente de las pérdidas de agua por evaporación. [kg/h]. Los eliminadores de arrastre controlan ésta pérdida.

Carga de agua

Flujo de agua del área horizontal efectiva mojada de la torre. [m³/hm²]

Carga de bombeo

Presión mínima necesaria para levantar el agua desde el borde del estanque hasta la parte superior del sistema. La carga de bombeo es igual a la carga estática más las pérdidas por fricción a través del sistema de distribución. [m]

Celda

La subdivisión más pequeña de la torre que puede funcionar como una unidad independiente con respecto al flujo de aire y de agua; está limitada por paredes exteriores o particiones. Cada celda puede tener uno o más ventiladores o bocas de salida y uno o más sistemas de distribución.

Condiciones de diseño

Se define como la temperatura del agua caliente (HWT, hot water temperature), la temperatura del agua fría (CWT, cold water temperature), caudal en (GPM galon per minute, [l/min]) y la temperatura de bulbo húmedo (WBT, wet bulbe temperature) en las torres de tiro mecánico. En torres de tiro natural, las condiciones de diseño son HWT, CWT, GPM, y WBT más la temperatura de bulbo seco (DBT, dry bulb temperature) o la humedad relativa (RH, relative humidity), cualquiera de los dos.

Eliminadores de arrastre

Ensamble de madera, plástico, panel de asbesto-cemento acero u otro material que sirve para minimizar las gotas arrastradas por el aire de descarga.

Pleno

Espacio encerrado entre los eliminadores y la boca de salid del ventilador en las torres de tiro inducido, el espacio encerrado entre el ventilador y el relleno en las torres de tiro forzado.

Purga

Agua que se descarga del sistema para controlar la concentración de sales u otras impurezas en el agua circulante.

Rango

Diferencia entre la temperatura del agua caliente y la del agua fría. [°C].

Recirculación

Condición en la cual una porción del aire de descarga entra a la torre junto con el aire fresco. La cantidad de recirculación se determina por el diseño de la torre, la ubicación de la misma y las condiciones atmosféricas. Por lo general, el efecto se evalúa con base en un incremento en la temperatura del bulbo húmedo de entrada comparada con la temperatura del ambiente.

Repuesto Agua

Que se agrega al sistema de recirculación de agua para reemplazar la pérdida debida a la evaporación, arrastre, purga y fugas.

Sistema de distribución

Aquellas partes de una torre, a partir de la conexión de admisión, que distribuyen el agua caliente circulante dentro de la torre a los puntos donde se pone en contacto con el aire. En una torre de contraflujo, el sistema incluye el cabezal, los laterales y las boquillas de distribución. En una torre de flujo cruzado, el sistema incluye el cabezal o múltiple de admisión, válvulas, caja de distribución, estanque y boquillas.

Temperatura bulbo húmedo

Temperatura indicada por un psicrómetro. También conocida como temperatura termodinámica de bulbo húmedo o temperatura de saturación adiabática.

Temperatura del agua caliente

Temperatura del agua circulante al entrar al sistema de distribución.

Temperatura de agua fría

Temperatura del agua que entra al estanque de agua fría antes de agregar el agua de repuesto o sustraer el agua de purga.

Torre de contraflujo

Torre en la que el aire, que se succiona a través de la boca de admisión (tiro inducido) o se fuerza a entrar por la base mediante el ventilador (tiro forzado), fluye hacia arriba a través del material de relleno e interacciona por contracorriente con el flujo descendente de agua caliente.

Torre de flujo cruzado

Torre en la que el aire, inducido o forzado a través de las bocas de admisión mediante el ventilador, fluye de manera horizontal a través de la sección de relleno e interacciona perpendicularmente con el flujo descendente de agua caliente.

El análisis combina la transferencia de calor latente y sensible hacia un proceso global que se basa en el potencial de la entalpía como fuerza de impulsión.

El calor se transfiere desde la interface de la partícula de agua a la masa principal de aire mediante una transferencia de calor sensible y una transferencia de calor de masa (latente) que resulta de la evaporación de una porción del volumen de agua.

Lo anterior queda explicitado:

K_aV/L = T₁/T₂ = dT/(h_w-h_a) ecuación de Merkel.

K_aV/L = característica de la torre T₁= temperatura agua caliente

T₂ = temperatura agua fría T= temperatura del volumen de agua circulante

h_w = entalpía de la mezcla de aire y vapor de agua a temperatura del volumen de agua [kJ/kg aire seco]

h_a = entalpía de la mezcla de aire y vapor de agua a temperatura de bulbo húmedo [kJ/kg aire seco]

L(T₁-T₂) = G(h₂-h₁)

L/G = (h₂-h1)/(T₁-T₂)

Donde: L= masa del flujo de agua [kg/hm²] de área plana T₁= T agua caliente [°C]

T₂= T agua fría [°C] G= flujo de la masa de aire [kg/hm²]

h₂= entalpía de la mezcla de aire con vapor de agua a la T de bulbo húmedo en el escape [J/kg aire seco].

h₁= entalpía de la mezcla de aire con vapor de agua a la T de bulbo húmedo en la admisión [J/kg aire seco].

L/G= razón de líquido a gas, [kg de agua/kg de aire seco]

Si se conoce la temperatura de bulbo húmedo, el rango, la aproximación, y la razón G/L, es posible determinar KaV/L si se consultan las gráficas en Blue Book del Cooling Tower Institute (Cooling Tower Perfomance Curves, Blue Book, Cooling Tower Institute, Houston).

L/G es la característica más importante.

Cuando se soliciten propuestas o licitaciones para este tipo de equipos, las especificaciones deben indicar la curva característica para la torre propuesta y debe incluirse en el Set de Ingeniería (Memoria de Cálculo).