IntroduccinEl enfriamiento del agua es un factor de mucha importancia dentro de cualquier industria ya que las maquinarias generan cantidad inmensas de calor que deben ser constantemente disipadas si se quiere un ptimo proceso en sus operaciones se debe utilizar grandes cantidades de agua. Debido a que uso del agua genera costos a gran escala dentro de cualquier industria por lo cual el ser humano ha buscado la manera de darle una reutilizacin al manejo del agua dentro de sus industrias, para ello ha buscado la forma de implementar mtodos de reutilizacin.Siendo uno de los dispositivos ms utilizados las torres de enfriamiento es una invencin que brinda en las industrias la reutilizacin del agua ya que tiene como fin enfriar corrientes de agua por evaporizacin de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y frio por el mismo. Las torres de enfriamiento controlan el proceso de enfriamiento mediante una controlada evaporacin, reduciendo la cantidad de agua consumida.

ObjetivosGeneral Comprender la necesidad de la implementacin de torres de enfriamiento dentro de la industria.Especficos Determinar el los tipos de torres de enfriamiento que existen. Determinar el tipo de contaminacin que genera el uso de las torres de enfriamiento.

Marco tericoTorres de EnfriamientoUna torre de refrigeracin es una instalacin que extrae calor del agua mediante evaporacin o conduccin. Las industrias utilizan agua de refrigeracin para determinar procesos. Como resultado existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres de enfriamiento para la produccin de agua de procesos que solo se pueden utilizar una vez, antes de su descarga. Tambin hay torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el proceso.Funcionamiento de este procedimiento de enfriamiento del aguaLas centrales elctricas de generacin trmica por carbn y nuclear, as como en diversos procesos industriales que emplean agua para refrigerar algunos de sus procesos, es necesario enfriar el agua una vez que ha cumplido su ciclo de enfriamiento para volver a reutilizar, lo que se logra en las torres de refrigeracin que tanto llaman la atencin por la columna de vapor que arrojan. El agua se conduce a la parte superior de la torre y se deja caer en forma de lluvia (goteo). El agua enfriada por este procedimiento se denomina agua refrigeradaEl agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible. El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a travs de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente o a flujo cruzado, con una temperatura menor a la temperatura del agua, en estas condiciones, el agua se enfra por transferencia de masa (evaporacin), originando que la temperatura delairey suhumedadaumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura lmite de enfriamiento del agua es latemperaturadel aire a la entrada de la torre. Parte del agua que se evapora, causa la emisin de ms calor, por eso se puede observar vapor de agua encima de las torres de enfriamiento.Para crear flujo hacia arriba, algunas torres de enfriamiento contienen aspas en la parte superior, las cuales son similares a las de un ventilador. Estas aspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre de enfriamiento. Adems, en el interior de las torres se monta un empaque con el propsito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfraComponentes de las Torres de Enfriamiento

Equipo Mecnico1. Ventiladores 2. MotoresSistema de distribucin de agua1. Las torres a contracorriente dispersan el flujo a travs de un sistema de distribucin de spray a baja presin, desde un sistema de tuberas distribuido a lo largo de toda la torre.2. Los diseos de flujo cruzado tienen un sistema de distribucin del agua caliente por gravedad a travs del empaque.La eficiencia global de una torre de enfriamiento est directamente relacionada con el diseo del sistema de distribucin de agua caliente. La consideracin principal en la seleccin de tipo de sistema de distribucin de agua para una aplicacin especfica es la cabeza a vencer por la bomba.La cabeza de bomba impuesta por una torre de enfriamiento consiste de la altura esttica. El cabezal de bombeo vara de acuerdo a la configuracin de la torre.Hace referencia a la manera como se vierte el agua sobre la torre. Existen dos tipos de sistemas, uno que opera por gravedad y otro por presin. El primero se compone de un recipiente y unos agujeros que distribuyen el agua; tiene bajos costos de operacin debido a la poca potencia de bombeo que requiere y es de fcil mantenimiento. Sin embargo no se usa en torres que operen a contraflujo debido a las dificultades que presentan en la distribucin uniforme del agua. El segundo se compone de sistemas de pulverizacin con toberas orientadas hacia abajo que pueden ser en forma de espina de pescado o rotativas (Ver figuras b y c). Brindan mayor rendimiento al sistema pero su mantenimiento es ms frecuente, y los consumos energticos son mayores.RellenoEs el material empaquetado que tiene la torre en su interior, su finalidad es brindar mayor tiempo y rea de contacto del aire con el agua. El relleno debe provocar poca resistencia al paso de aire y mantener una distribucin uniforme del agua durante todo su recorrido. Pueden diferenciarse dos tipos de relleno: de goteo y de pelcula o laminares. En los rellenos de goteo las gotas de agua caen sobre una serie de pisos superpuestos que van haciendo la gota cada vez ms pequea. Puede presentar arrastre de gotas, por lo que se recomienda el uso de eliminadores de gota. Los rellenos laminares proporcionan mayor capacidad de enfriamiento, son ms eficientes y no producen tanto goteo al exterior del equipo, sin embargo requiere un mantenimiento ms frecuente.Eliminadores de gotasLos eliminadores bsicamente retienen las gotas de agua arrastradas por el aire que salen de la torre. Son paneles ubicados en la parte superior que redireccionan el flujo y separan las gotas del aire, hacindolas caer de nuevo sobre el relleno, tienen dos efectos positivos; el primero es reducir la reposicin del agua y el segundo evitar la formacin de ambientes saturados que puedan afectar las torres adyacentes.Chimeneas. Se emplean en torres de tiro inducido para mejorar el comportamiento del ventilador y evitar efectos de recirculacin de aire.VentiladoresEn las torres de enfriamiento se utilizan dos tipos de ventiladores: Axiales para torres de tiro forzado e inducido y centrfugos para torres de tiro forzado (Ver figura f). Los ventiladores axiales son apropiados para mover grandes volmenes de aire y tienen mayores aplicaciones en equipos industriales grandes. Los ventiladores centrfugos son adecuados para impulsar caudales relativamente pequeos con mayores cadas de presin.Bombas. Las bombas reciben el agua del proceso y alimentan la torre. Consumen una fraccin importante de la potencia requerida en todo el sistema. Cuando se trata de instalaciones grandes debe haber una bomba en reposo que pueda entrar en operacin para efectos de mantenimiento o reparacin de las otras.ControlEn la mayora de los sistemas de torres de enfriamiento basta con un control de nivel en la piscina de agua que controla la entrada de la reposicin.Potencia trmica a disipar en una Torre de Refrigeracin

P= potencia a disipar en kW.Q= caudal de agua en l/s= temperatura de entrada del agua a la torre, en C= tempratura de salida del agua de la torre, en CClasificacin de las Torres de RefrigeracinExisten varios tipos de torres de refrigeracin, como las que se citan a continuacin: Torre de circulacin natural

Torres atmosfricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de los aspersores. Se utiliza en pequeas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.

Torres de tiro natural: El flujo del aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire ms fro del exterior y hmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para obtener el tiro deseado. Debido a las grandes dimensiones de estas torres se utilizan flujos de agua de ms de 200000gpm. Es muy utilizado en las centrales trmicas.

Torres de tiro mecnico: El agua caliente que llega a la torre es rociada mediante aspersores que dejan pasar hacia abajo el flujo del agua a travs de unos orificios.El aire utilizado en la refrigeracin del agua es extrado de la torre de cualquiera de las formas siguientes:

Torres de tiro forzado: el aire es forzado por un ventilador situado en la parte inferior de la torre y se descarga por la parte superior.

Torres de tiro inducido: el aire se succiona a travs de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las ms utilizadas.

Torres de flujo cruzado: El aire entra por los lados de la torre fluyendo horizontalmente a travs del agua que cae. Estas torres necesitan ms aire y tienen un coste de operacin ms bajo que las torres a contracorriente.

Si la planta trmica est ubicada en una regin seca, o lejos de un rio o lago, se tiene que enfriar el condensador de una forma u otra. Con frecuencia se utiliza evaporacin para producir efecto de enfriamiento. Para entender este principio, considere un lago que expone una gran superficie al aire circulante. Un lago se evapora constantemente, incluso a bajas temperaturas y se sabe que cada kilogramo de agua se evapora, el lago pierde 2.5 MJ de calor. Por consiguiente, la evaporacin hace que el lago se enfri. Una torre de refrigeracin es una instalacin que extrae calor del agua mediante evaporacin o conduccin.Las industrias utilizan agua de refrigeracin para varios procesos. Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres de enfriamiento para la produccin de agua de proceso que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga. Tambin hay torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el proceso.Cuando el agua es reutilizada, se bombea a travs de la instalacin en la torre de enfriamiento. Despus de que el agua se enfra, se reintroduce como agua de proceso. El agua que tiene que enfriarse generalmente tiene temperaturas entre 40 y 60 C. El agua se bombea a la parte superior de la torre de enfriamiento y de ah fluye hacia abajo a travs de tubos de plstico o madera. Esto genera la formacin de gotas.En la industria qumica hay muchos casos de operaciones unitarias en los que se descarga agua caliente (condensadores o de otros aparatos), donde el valor de esta agua es tal que es ms econmico enfriarla y volver a utilizarla antes que descargarla como intil. Este enfriamiento se efecta poniendo en contacto el agua con aire sin saturar en condiciones tales que el aire se humidifica y el agua se enfra aproximadamente a la temperatura del termmetro de bulbo hmedo. Este mtodo se utiliza nicamente en el caso en que la temperatura del termmetro hmedo para el aire es ms baja que la temperatura que se quiere que alcance el agua que sale. Existen varios tipos de aparatos en los que puede efectuarse esta operacin: los principales son los de tiro natural, y las torres enfriadoras de tiro forzado. Todos los mtodos para enfriar el agua por el procedimiento de ponerla en contacto con aire, entraan la subdivisin del agua en forma tal que presente la mayor superficie posible. Esto puede efectuarse con la mayor sencillez por simple pulverizacin del agua por medio de pulverizadores. Estos pulverizadores deben estar situados sobre un estanque o pileta que recoge el agua pulverizada. ECUACIONES CARACTERSTICASLa transferencia de energa entre el aire y el agua se puede expresar mediante la siguiente ecuacin:

Donde: L: Flujo msico de agua en kg/h T1 y T2: temperatura de entrada y salida del agua de la torre en C G: Flujo msico de aire en kg/h h1 y h2: Entalpa de entrada y salida del aire en Kcal/kgC Cp: Calor especfico del agua, puede tomarse como Cp=1 kCal/kgC Es posible evaluar el anterior balance de energa en forma diferencial entre dos puntos internos de la torre de tal manera que

Al interior de la torre existe un volumen efectivo de transferencia, compuesto tanto por los rellenos como por los espacios vacos por los que fluye el agua y el aire y define un rea total de transferencia conocida como a. Con base en sta rea puede calcularse la transferencia de energa de la siguiente forma:

Donde: K: Parmetro experimental comn al agua y al relleno definido por el fabricante ha: Entalpa del aire en cada punto calculada con base en la temperatura de bulbo hmedo. hw: Entalpa del aire saturado a la temperatura del agua en cada punto de la torre. De la ecuacin anterior se obtiene por integracin dos expresiones independientes:

La primera ecuacin se conoce como Caracterstica termodinmica y la segunda ecuacin de Merkel. Se define una curva caracterstica del fabricante que relaciona el valor de KaV/L, con la relacin agua-aire L/G, su clculo se efecta de manera experimental. Existe otra curva denominada caracterstica requerida, que expresa el trmino ECN como funcin de L/G. En muchos casos la curva caracterstica se obtiene con base en ecuaciones y coeficientes que brinda el fabricante sobre el tipo de relleno, en la figura b se presentan algunos valores de estos coeficientes. Con dichos coeficientes puede construirse el trmino KaV/L como funcin de L y G y de esta forma graficarlos en el diagrama. La caracterstica requerida se grafica como funcin del acercamiento y se encuentra en literatura de diseo de torres, en la figura c se presenta una tabla tpica para varios valores de acercamiento.

En la seccin 11.6 se presenta un ejemplo prctico donde se emplean las curvas y adicionalmente se evala el rendimiento de una torre de tiro mecnico mediante el mtodo de la curva caracterstica. Mediante un balance de masa es posible obtener una expresin para el agua de reposicin, valor importante cuando se desean evaluar los costos de operacin de la torre, la reposicin se calcula como:

donde w2 y w1 son las humedades especficas del aire a la salida y la entrada de la torre respectivamente.

Contaminacin Generada por el uso de Torres De EnfriamientoAntes de volver a utilizar el agua para enfriamiento, se ha de eliminar el calor absorbido durante el paso de los intercambiadores de calor. Esto se consigue haciendo circular el agua en cascada, a travs de una serie de rejas, en una torre de enfriamiento. Si el agua ha atravesado un intercambiador de calor en que hay fugas, entonces puede contener aceite disuelto o libre. En consecuencia cabe que este se libere a la atmosfera producente de la torre de enfriamiento. En una revisin de unas 90 torres de enfriamiento, se comprob que ms de 80% de ellas no emitan hidrocarburos del resto vario desde 1.5 kg hasta 68 kg por da. Actualmente la mayora de las refineras nuevas utilizan refrigeracin del aire y por lo tanto es mnimo el reciclado del agua.

Conclusiones

La implementacin de torres de enfriamiento dentro de cualquier industria es de suma importancia ya que estas regulan el proceso de enfriamiento del agua mediante la evaporacin controlada. Existen diversidad de torres de enfriamiento: torres de circulacin natural, torres de tiro mecnico, torres de tiro cruzado, cada una de estas posee un manejo enfriamiento y dependencias diferentes. La falta de mantenimiento a las torres de enfriamiento genera que existan fugas de aceite al momento que el agua realiza el intercambio de calor, generando contaminacin en la atmosfera.

Bibliografa

MAQUINAS ELECTRICAS Y SISTEMAS DE POTENCIA, Theodore Wildi, PEARSON EDUCACION, Mxico, 2007. CURSO DE INGENIERA QUIMICA-INTRODUCCIN A LOS PROCESOS, LAS OPERACIONES UNITARIAS Y FENOMENOS DE TRANSPORTE, J. Costa Lopez, Editorial REVERTE S.A., Espaa, 2004. NECESIDADES ENERGETICAS Y PROPUESTAS DE INSTALACIONES SOLARES, Jose Roldan Villatoro, Ediciones Paraninfo