agua de enfriamiento y torres de enfriamiento

Utilidades

Agua de Enfriamiento y Torres de Enfriamiento

Cuaderno de Trabajo

Nombre: _____________________________

Fecha de Emisin: ________________________

Utilidades:

KBC Advanced Technologies, Inc. 2 de 69 Agua de Enfriamiento y Torres de Enfriamiento

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procesos especficos. Esta informacin fue desarrollada por KBC Advanced Technologies plc (KBC). KBC

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de impartir informacin general acerca del tema especfico del curso.

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Contenido

ndice de Grficos y Fotos 4

Objetivos del Mdulo 5

Introduccin al Mdulo 5

Leccin 1: Sistemas de Agua de Enfriamiento 7

Leccin 2: Propsito y Funcin de las Torres de Enfriamiento 15

Leccin 3: Clasificacin de las Torres de Enfriamiento 21

Leccin 4: Componentes Principales de las Torres de Enfriamiento 29

Leccin 5: Principios de Operacin de las Torres de Enfriamiento 37

Leccin 6: Efectos de la Prdida de Agua en el Sistema de Agua de Enfriamiento 43

Leccin 7: Calidad del Agua de las Torres y Sistema de Agua de Enfriamiento 49

Leccin 8: Estrategias del Tratamiento de la Calidad del Agua 55

Leccin 9: Responsabilidades del Operador y Condiciones de Operacin 61

Conclusin del Mdulo 69

Utilidades:


ndice de Grficos y Fotos

Figura 1.1 Sistema de un Solo Paso ................................................................................................ 9

Figura 1.2 Sistema de Recirculacin Abierta ................................................................................ 10

Figura 1.3 Sistema de Recirculacin Cerrada ............................................................................... 11

Figura 3.1 Patrones de Contraflujo y Flujo Cruzado .................................................................... 22

Figura 3.2 Tiro Natural ................................................................................................................. 24

Figura 3.3 Tiro Forzado ................................................................................................................ 25

Figura 3.4 Tiro Inducido ............................................................................................................... 26

Figura 4.1 Seccin Transversal de un Sistema de Distribucin de Agua Tpico ......................... 30

Figura 4.2 Seccin Transversal de un Eliminador de Neblina Tpico .......................................... 34

Utilidades:



Objetivos del Mdulo

Al finalizar este mdulo, usted ser capaz de:

1. Describir el propsito del sistema de agua de enfriamiento en la refinera.

2. Describir el propsito y funcin de las torres de enfriamiento.

3. Describir las diferentes clasificaciones de las torres de enfriamiento.

4. Describir los componentes principales de las torres de enfriamiento.

5. Describir los principios de funcionamiento de las torres de enfriamiento.

6. Describir los efectos que tiene el proceso de evaporacin sobre las torres de enfriamiento y

sobre el sistema de agua de enfriamiento.

7. Describir cmo se afecta la calidad del agua en las torres de enfriamiento y en los sistemas

de agua de enfriamiento.

8. Describir las diversas estrategias de tratamiento de la calidad del agua.

9. Describir las diversas responsabilidades del operador y las condiciones para los registros en

las torres de enfriamiento y en los sistemas de agua de enfriamiento.

Introduccin al Mdulo

Mucho del calor liberado en las unidades de procesos se absorbe y extrae en los

intercambiadores de calor. La capacidad de enfriamiento de los intercambiadores de calor

proviene del sistema de agua de enfriamiento de la refinera.

La parte principal del sistema de agua de enfriamiento es la torre de enfriamiento. Las torres de

enfriamiento son grandes estructuras diseadas para suministrar grandes cantidades de agua fra

para el enfriamiento de los equipos de proceso y de sus corrientes. Se enfra el agua por

evaporacin generada por el flujo de aire atmosfrico que hace contacto con el agua de la torre.

La torre de enfriamiento retira el calor del agua de enfriamiento y bombea el agua fra de nuevo

a las unidades de proceso para la absorcin continua de calor a travs del sistema de agua de

enfriamiento de la refinera.


Introduccin al Mdulo

Utilidades:


Es importante el estudio de las torres de enfriamiento ya que el equipo de proceso y las

operaciones dependen de un suministro constante de agua fra. La operacin de las torres de

enfriamiento requiere del cumplimiento de precauciones especiales de seguridad, tanto para el

personal como para el ambiente.

En este mdulo usted estudiar los tipos de torres de enfriamiento, sus componentes principales

y su funcionamiento. Este mdulo describe el equipo y el funcionamiento de las Torres de

Enfriamiento, el sistema de agua de enfriamiento, la adicin de productos qumicos, la

interaccin del operador y las responsabilidades que estn relacionadas. Bsicamente todas las

reas de operacin dependen del funcionamiento correcto de la torre de enfriamiento y de su

equipo para mantener los lmites de control de los procesos. Por lo tanto, es importante que la

operacin de la torre de enfriamiento tenga un estrecho seguimiento.

Utilidades:


Leccin 1

Sistemas de Agua de Enfriamiento

Objetivos de la Leccin

Al finalizar esta leccin, usted ser capaz de:

1. Describir el propsito del agua de enfriamiento.

2. Describir los diversos tipos de sistemas de agua de enfriamiento.

Introduccin a la Leccin

Esta leccin analiza el propsito general y los diversos tipos de sistemas de agua de

enfriamiento.

La capacitacin en este tema es importante ya que es fundamental el suministro constante de

agua fra para lograr la operacin segura y eficiente de su planta de procesos.

En esta leccin aprender el propsito del agua de enfriamiento y los diversos tipos de sistemas

de circulacin de agua de enfriamiento.

Utilidades:


Propsito del Agua de Enfriamiento

El propsito primordial del agua de enfriamiento es retirar el calor generado por los equipos de

los procesos. Las torres de enfriamiento permiten la amplia reutilizacin del agua tratada

qumicamente y la reduccin de la cantidad de agua de reposicin necesaria.

En la mayora de refineras, el agua circula desde las torres hacia los intercambiadores en varios

procesos/sistemas de equipos para retirar el calor y de esta forma enfriar el proceso y el equipo.

El agua calentada fluye y/o se bombea de vuelta a la torre de enfriamiento en donde se enfra y

luego se reutiliza.

Utilidades:


Tipos de Sistemas de Agua de Enfriamiento

Se usan los sistemas de agua de enfriamiento para retirar el calor residual de los procesos en las

plantas de la refinera y generalmente se clasifican en:

Sistemas de un solo paso

Sistemas de recirculacin abierta

Sistemas de recirculacin cerrada

Sistemas de un Solo Paso Los sistemas de un solo paso (Figura 1.1) pasan el agua de

enfriamiento solamente una vez a travs del equipo

intercambio de calor y luego la envan de regreso a la fuente

original o hacia algn recibidor de agua (ej., ro, lago, pozo).

El proceso de un solo paso es el ms econmico desde el

punto de vista de transferencia de calor. Esto sucede debido

a que la temperatura ambiente de la fuente del agua es por lo

general ms baja que la de cualquier sistema de reutilizacin,

y el suministro de agua por lo general es ilimitado. Los

estndares ambientales de hoy en da que involucran la

contaminacin trmica y por hidrocarburos han reducido el

uso de estos sistemas.

Figura 1.1 Sistema de un Solo Paso

Bomba

EntradaEquipo de Intercambio de Calor

Descarga

Sistemas de Un Solo Paso

Leccin 1: Sistemas de Agua de Enfriamiento


Utilidades:


Segn lo mencionado, en los sistemas de un solo paso el

agua se toma de una fuente principal que por lo general se

trata de un ro, lago u ocano, y se bombea a travs de

tuberas a los procesos para su distribucin hacia los

condensadores, enfriadores y otros equipos que utilizan agua

de enfriamiento. Luego se regresa el agua caliente efluente

hacia su fuente lejos de la toma de agua para garantizar una

recirculacin mnima.

Sistemas de

Recirculacin Abierta

Los sistemas de recirculacin abierta (Figura 1.2) utilizan la

piscina de la torre de enfriamiento como la fuente de agua de

enfriamiento. Despus de pasar recogiendo calor a travs de

los intercambiadores de calor de los procesos, el agua se

enva de regreso hacia la torre de enfriamiento en donde se

enfra por contacto directo con el aire atmosfrico a travs de

la torre. Luego se la se enva de regreso a la piscina de la

torre para la recirculacin.

Figura 1.2 Sistema de Recirculacin Abierta

En este tipo de sistema se debe aadir agua de reposicin de

forma continua a la torre de enfriamiento debido a la

evaporacin y neblina del agua en el aire. Tambin se debe

aadir agua de reposicin al sistema para reemplazar el agua

que se retira peridicamente del sistema con el propsito de

reducir la acumulacin excesiva de impurezas o debido al

agua que se pierde por la existencia de fugas, el uso de agua

de enfriamiento para refrigeracin de los sellos de las

bombas, usos indeterminados, etc.

Bomba

Equipo de

Intercambio

de Calor

Torre de

Enfriamiento

Piscina de la Torre de

Enfriamiento

Desfogue

Leccin 1: Sistemas de Agua de Enfriamiento


Utilidades:


Sistemas de

Recirculacin Cerrada

Los sistemas de recirculacin cerrada (Figura 1.3) encierran

el agua de enfriamiento por completo dentro de las tuberas

del sistema y de los intercambiadores de calor (ej. Grandes

sistemas de aire acondicionado). En estos sistemas, el calor

que se absorbe en los intercambiadores de calor de los

procesos generalmente se disipa por enfriamiento con aire.

El contenido de minerales en el agua del sistema

generalmente permanece constante ya que se da un nivel

pequeo de evaporacin. Por lo general el agua de

enfriamiento de recirculacin no se pierde del sistema,

excepto en el caso de la existencia de fugas. Por ende se

necesita una pequea cantidad de agua de reposicin, lo cual

da como resultado un agua de reposicin de mejor calidad

(tratada).

Figura 1.3 Sistema de Recirculacin Cerrada

Debido a razones econmicas, la mayora de sistemas de

agua de enfriamiento en refineras pueden ser el de un solo

paso o sistemas de recirculacin abierta. La eleccin entre

estos sistemas est determinada primordialmente por la

evaluacin de los siguientes factores:

Disponibilidad de una fuente confiable de agua

Costos de inversin y de operacin

Consideraciones ambientales

Necesidades del Proceso

Consideraciones sobre las Especificaciones de la Planta

Bomba

Equipo de Intercambio

de CalorEquipos de Calentamiento o

Enfriamiento

Cerrados de Recirculacin

Utilidades:


Ejercicios de Aplicacin

Instrucciones: Complete los siguientes ejercicios utilizando su cuaderno de trabajo como

referencia.

1. Describa el propsito de las torres de enfriamiento.

2. Describa los diferentes tipos de sistemas de agua de enfriamiento.

Utilidades:


Resumen de la Leccin

En esta leccin, usted aprendi sobre el propsito del agua de enfriamiento y de los sistemas de

agua de enfriamiento en la refinera. Tambin estudi acerca de los diversos tipos de sistemas de

agua de enfriamiento.

En la siguiente leccin, estudiar sobre el propsito y la funcin bsica de las torres de

enfriamiento en la refinera.

Utilidades:


Leccin 2

Propsito y Funcin de las Torres de Enfriamiento



1. Describir el propsito de las torres de enfriamiento en una refinera.

2. Describir la funcin bsica de las torres de enfriamiento.


Como operador es importante comprender el propsito y la funcin de las torres de enfriamiento

ya que es imprescindible el suministro constante de agua fra para lograr la operacin segura y

eficiente de su planta de procesos.

Esta leccin analiza el propsito general de las torres de enfriamiento y sus bases de operacin.

Utilidades:


Propsito de las Torres de Enfriamiento

Las torres de enfriamiento se utilizan en todas las refineras. Como operador usted necesitar

contar con un conocimiento bsico sobre las torres de enfriamiento de manera que pueda

comprender la forma de mantener su proceso con seguridad.

Propsito de las Torres

de Enfriamiento

La torre de enfriamiento es una parte del equipo de

transferencia de calor que utiliza agua, aire y componentes

mecnicos para proporcionar una fuente de agua fra. Esta

agua transporta consigo el calor generado por los equipos de

otros procesos de la planta y lo transfiere hacia el aire que

fluye a travs de la torre de enfriamiento. Las torres de

enfriamiento deben proporcionar suficiente agua de

enfriamiento para todo el equipo de la planta.

Una torre de enfriamiento extrae el calor a travs de la

disminucin de la temperatura de la corriente de agua

mediante su contacto con el aire y la evaporacin de parte de

la corriente de agua. Generalmente las torres de

enfriamiento estn hechas de madera con varios tipos de

rellenos diseados para promover el contacto mximo del

agua de enfriamiento con el aire.

Las torres de enfriamiento son fundamentales para una

refinera desde el punto de vista econmico y de

conservacin del agua. En una refinera muy grande pueden

circular alrededor de 600,000 gpm (galones por minuto) de

agua a travs de las torres de enfriamiento. Solamente se

necesitan alrededor de 9,000 gpm de agua de reposicin

(agua fresca que se aade al sistema para "reponer" las

prdidas por evaporacin, generacin de neblina hacia el aire

y fugas) para mantener funcionando al sistema. Si no se

utilizaran las torres de enfriamiento, los 600,000 gpm de

agua fresca deberan ser repuestos en su totalidad, lo cual

representara un costo tremendo en trminos del consumo de

agua, productos qumicos necesarios para su purificacin y

para su limpieza en caso de estar contaminada con

hidrocarburos.

Utilidades:


Fundamentos de Operacin

Fundamentos de

Operacin

Las torres de enfriamiento son bsicamente grandes

intercambiadores de calor por contacto directo. Una torre de

enfriamiento enfra al agua a travs de la evaporacin.

La evaporacin permite que el agua caliente de los procesos

libere alrededor del 75% de su calor hacia el aire que circula.

El aire caliente se eleva en la torre creando un espacio de

baja presin. El aire fresco del exterior se arrastra en forma

natural (o forzado por un ventilador) hacia el interior de la

torre para llenar el espacio de baja presin. El resultado es

agua enfriada y reutilizable para enfriar los equipos de los

procesos de la planta.

Utilidades:




referencia.

1. Describa el propsito de las torres de enfriamiento en la refinera.

2. Describa la funcin bsica de las torres de enfriamiento.

Utilidades:



En esta leccin aprendi sobre el propsito y la funcin bsica de las torres de enfriamiento en la

refinera.

En la siguiente leccin, estudiar las diversas clasificaciones de las torres de enfriamiento.

Utilidades:


Leccin 3

Clasificacin de las Torres de Enfriamiento



1. Describir los diversos patrones de flujo que se utilizan en las torres de enfriamiento en la

refinera.

2. Describir la clasificacin de las torres de enfriamiento basada en los sistemas de tiro.


Las torres de enfriamiento se clasifican de acuerdo a la direccin del flujo de aire y agua dentro

de la torre, y del tipo de sistema de tiro utilizado.

Esta leccin analiza las diversas clasificaciones de las torres de enfriamiento que se utilizan en la

refinera y la premisa en la que se basan estas clasificaciones.

Utilidades:


Patrones de Flujo

El contraflujo y el flujo cruzado son los dos patrones de flujo de aire/agua que se utilizan en las

torres de enfriamiento. La Figura 3.1 ilustra estos dos patrones de flujo.

Figura 3.1 Patrones de Contraflujo y Flujo Cruzado

Contraflujo Las torres en las cuales el flujo de agua es opuesto al flujo de

aire se conocen como torres de contraflujo.

En la torre de contraflujo el agua cae verticalmente y se

encuentra con el aire que va hacia arriba desde el fondo de la

torre.

Flujo Cruzado Las torres en las cuales el flujo de agua cruza el flujo de aire

que corre de lado a lado se conocen como torres de flujo

cruzado.

Flujo en Contracorriente

Flujo Cruzado

Entrada nica Entrada Doble

Leccin 3: Clasificacin de las Torres de Enfriamiento

Patrones de Flujo

Utilidades:


En la torre de flujo cruzado el agua cae verticalmente y el

aire fluye de manera horizontal a travs de esta.

Utilidades:


Sistemas de Tiro

Las torres de enfriamiento se clasifican tambin por el tipo de sistema de tiro utilizado para crear

el flujo de aire.

Torres de Tiro Natural En las torres de tiro natural el aire caliente sube de forma

natural ocasionando la formacin de un espacio de baja

presin en el fondo de la torre. En realidad esta rea de baja

presin succiona el aire ms fro del exterior.

Figura 3.2 Tiro Natural

Atrae Aire del

Exterior

Aire

Caliente


Sistemas de Tiro

Utilidades:


Torres de Tiro Forzado Las torres de tiro forzado utilizan ventiladores para forzar al

aire a subir a travs de la torre de enfriamiento. Por lo

general los ventiladores se instalan al fondo de la torre.

En este tipo de torre se obliga al aire a pasar a travs de los

lados de la torre con un contraflujo al del agua mezclando

estrechamente el agua y el aire causando de este modo la

evaporacin.

Las torres de tiro forzado tienen un sistema de distribucin

de agua, llenado y eliminadores de neblina. Para conservar

el contraflujo de aire en una torre de tiro forzado, los lados

se encuentran cerrados. A menudo los ventiladores estn

equipados con controles de variacin de velocidad y hlices

inclinadas para controlar el volumen de aire que pasa a

travs de la torre.

Figura 3.3 Tiro Forzado

Entrada

de Aire

Forzado

Entrada

de Aire

Forzado

Atrae Aire

del Exterior


Sistemas de Tiro

Utilidades:


Torres de Tiro Inducido Las torres de tiro inducido utilizan ventiladores instalados en

la parte superior para sacar el aire caliente de la torre de

enfriamiento. Mediante el uso del ventilador, el aire es

aspirado hacia arriba sacando al aire caliente hmedo fuera

de la torre. Esta accin reduce la presin en la torre y

produce la formacin de un espacio de baja presin el cual

permite aspirar aire ms fro desde el fondo de la torre.

Esta accin succiona aire fro y seco del fondo a travs de

los lados de la torre produciendo un flujo de aire cruzado a

travs del agua lo cual permite la evaporacin. El

enfriamiento dentro de las torres de tiro inducido puede

controlarse regulando la velocidad del ventilador y/o

mediante la inclinacin de las hlices.

Figura 3.4 Tiro Inducido

Aire Inducido

del Ventilador

Utilidades:




referencia.

1. Describa la clasificacin de las torres de enfriamiento basada en los patrones de flujo

2. Describa la clasificacin de las torres de enfriamiento basada en los sistemas de tiro.

Utilidades:



En esta leccin usted aprendi sobre las diversas clasificaciones de las torres de enfriamiento.

En la siguiente leccin, usted estudiar acerca de los componentes principales que conforman las

torres de enfriamiento.

Utilidades:


Leccin 4

Componentes Principales de las Torres de Enfriamiento



1. Describir los componentes principales de las torres de enfriamiento.

2. Identificar los componentes principales de una torre de enfriamiento en el campo.


Esta leccin analiza los componentes asociados a las torres de enfriamiento. La capacitacin en

este tema es importante ya que para comprender la operacin de las torres de enfriamiento

primero debe ser capaz de reconocer los componentes principales asociados con dichas torres.

Una torre de enfriamiento tiene nueve componentes principales: el sistema de distribucin de

agua, barras de esparcimiento, plataforma de distribucin, ventiladores (cuando se utilizan),

bombas, eliminadores de ventisca, eliminadores de neblina, sumideros y mallas.

En esta leccin, estudiar acerca de los componentes principales de las torres de enfriamiento.

Utilidades:


Componentes de las Torres de Enfriamiento

Sistema de Distribucin

de Agua

El sistema de distribucin de agua incluye la tubera, el

sistema de rociado y cualquier otro aparato localizado donde

primero ingresa el agua caliente a la torre y se distribuye.

Cada celda de la torre de enfriamiento debe tener una

vlvula de control de flujo para garantizar la distribucin

uniforme del agua caliente y as obtener un enfriamiento ms

eficiente. La Figura 4.1 ilustra un sistema de distribucin.

Figura 4.1 Seccin Transversal de un Sistema de Distribucin de Agua Tpico

Sistema de

Distribucin

de Agua

Boquillas

de

Rociado

Ingreso

de Agua

Eliminadores de

Ventiscas

Ingreso de

Aire Fra

Salida de

Agua

Piscina/Sumidero de

Agua Fra

Ingreso

de Aire

Fra

Barras de

Esparcimiento

Eliminadores

de Ventisca

Salida

de Aire

Caliente

Ventilador

Leccin 4: Componentes Principales de las Torres de Enfriamiento


Utilidades:


La torre de enfriamiento est diseada para optimizar el

contacto estrecho aire-agua haciendo que parte del agua se

evapore. La evaporacin de esta agua retira el calor del agua

restante. El agua caliente del proceso retorna desde el

sistema del cabezal de agua de enfriamiento y entra a travs

de los cabezales de distribucin cerca de la parte superior de

la torre. Los cabezales se localizan justo por debajo de los

grandes ventiladores de aire y tienen boquillas de rociado

para distribuir el agua sobre una rejilla rellena especial. La

gravedad hala al agua hacia abajo a travs de la rejilla.

La distribucin de agua en la torre se logra a travs de

boquillas, rociadores o de una plataforma de distribucin que

se ubica en la plataforma superior de la torre de

enfriamiento.

Barras de Esparcimiento

Las barras de esparcimiento son parte del sistema de

distribucin de agua. Proporcionan una superficie para que

el agua que cae la impacte y se divida en gotas ms finas,

garantizando el intercambio mximo de calor entre el aire y

el agua. La Figura 4.1. Ilustra las barras de esparcimiento.

Plataforma de Distribucin

Algunas torres de enfriamiento utilizan una plataforma de

distribucin. Las vlvulas de control de flujo se utilizan

entonces para asegurar que el agua se descargue de manera

uniforme hacia la parte superior de la torre. Cada vlvula de

control de flujo descarga dentro de unos canales de

esparcimiento que se ubican sobre la piscina de distribucin.

Ventiladores

Cuando se utilizan ventiladores se lo puede hacer en las

torres de enfriamiento de tiro forzado o de tiro inducido.

En la torre de tiro forzado, los ventiladores se instalan

por lo general en el fondo, en sitios opuestos de la torre y

se hace su montaje dentro de los eliminadores de

ventiscas proporcionando un flujo de aire horizontal.

En el diseo del tiro inducido los ventiladores se instalan

en la parte superior de la torre.



Utilidades:


Se ponen a funcionar los ventiladores para regular el tiro a

travs de la torre. La velocidad del ventilador y el nmero

de ventiladores en funcionamiento se controlan con el fin de

mantener la eficiencia de la torre de enfriamiento durante

variaciones de las condiciones atmosfricas. Tambin se

puede invertir la rotacin de los ventiladores para reducir o

eliminar la formacin de hielo durante la operacin en clima

fro.

Las hlices giratorias del ventilador fuerzan el flujo de aire a

travs de los lados de la torre y luego hacia arriba a travs

del relleno de la rejilla. Los ventiladores estn rodeados por

una cubierta que dirige el flujo de aire.

El aire en movimiento permite que parte del agua se evapore,

lo cual enfra el resto del agua que cae en cascada. Luego el

agua enfriada se acumula en una piscina para su

reutilizacin.

Bombas

Las bombas de agua de circulacin impulsan el agua desde

la piscina /sumidero de agua fra a travs del sistema del

anillo de tubera, en donde absorbe el calor de las

operaciones de procesos. Luego el agua se enva de regreso

hacia la torre.

Eliminadores de Ventisca

El aire ingresa por los lados de la torre de enfriamiento

alrededor de persianas corrugadas conocidas como

eliminadores de ventisca. Estos eliminadores de ventisca

evitan que el agua se disperse y dirige el viento de afuera

hacia el interior de la torre.

Las torres de enfriamiento cuentan por lo general con

eliminadores de ventisca que abarcan todo el largo de su

estructura. Actan como persianas y proporcionan el

espacio mximo permisible para la toma de aire mientras

protege a la torre de climas extremos. Proporcionan una

buena distribucin de aire y soporte estructural para la torre.



Utilidades:


Los eliminadores de ventisca se instalan frecuentemente en

un ngulo con direccin descendente hacia la torre. Esto

ayuda a evitar que los vientos fuertes ingresen a la torre y

ocasionen una mayor prdida de agua. La Figura 4.1 ilustra

el eliminador de ventisca.

Eliminadores de Neblina

Los eliminadores de neblina se utilizan para reducir la

cantidad de agua que se pierde debido al arrastre del aire

hmedo y caliente que sale de la torre.

Mientras el aire caliente asciende hacia la parte superior de

la torre, ste arrastra consigo una cantidad considerable de

pequeas gotas de agua.

Los eliminadores de neblina fuerzan el aire y a las gotas de

agua a tomar un repentino cambio de direccin.

Las gotas ms pesadas no podrn hacer el cambio de

direccin y se recogen en los eliminadores metlicos de

neblina. Luego las pequeas gotas caen de los eliminadores

de neblina y regresan hacia la piscina de agua de la torre.

El aire, ms liviano y caliente, puede hacer el cambio de

direccin y continuar hacia el exterior de la torre de

enfriamiento.

Los eliminadores de neblina tambin desaceleran el tiro al

interior de la torre. Esto minimiza la prdida de agua por

arrastre. La Figura 4.2 ilustra los eliminadores de neblina.



Utilidades:


Figura 4.2 Seccin Transversal de un Eliminador de Neblina Tpico

Piscina/Sumidero de Agua Fra

El sumidero de la torre de enfriamiento es la piscina desde

donde se toma el agua y se la circula hacia el sistema.

Mallas

Las mallas de la torre de enfriamiento estn diseadas para

evitar que los residuos grandes pasen a travs de la succin

de la bomba y al interior de los sistemas de agua de

circulacin, reduciendo potencialmente el intercambio de

calor.

Sistema de

Distribucin

Ventilador

Salida de

Aire

Eliminadores de

NeblinaRelleno

Piscina/Sumidero de

Agua Fra

Eliminadores

de Neblina

Vapor de

Agua

Aire Caliente

Utilidades:




referencia.

1. Describa los componentes principales de las torres de enfriamiento.

2. En el campo, identifique los componentes principales de una torre de enfriamiento.

Utilidades:



En esta leccin, usted aprendi sobre los principales componentes que conforman una torre de

enfriamiento en la refinera.

En la siguiente leccin, estudiar el principio de operacin sobre el cual se basa el

funcionamiento de la torre de enfriamiento.

Utilidades:


Leccin 5

Principios de Operacin de las Torres de Enfriamiento



1. Describir el principio bsico sobre el cual las torres de enfriamiento de la refinera pueden

enfriar el agua del sistema de enfriamiento.


Esta leccin describe el principio del ciclo de transferencia de calor dentro de la torre de

enfriamiento. La capacitacin en este tema es importante, ya que el conocimiento de cmo

funcionan las torres de enfriamiento es necesario para la operacin eficiente y segura de sus

procesos.

En esta leccin, estudiar sobre el funcionamiento de las torres de enfriamiento.

Utilidades:


Principios de Operacin

El principio general del funcionamiento de las torres de enfriamiento es el mismo para los tres

tipos de torres: de tiro natural, de tiro inducido y de tiro forzado. Las torres de enfriamiento

operan con el principio de transferencia de calor a travs del contacto directo y evaporacin.

Principios de Operacin Se bombea agua caliente al interior de la torre a travs de un

distribuidor. El agua cae a travs de la torre en finas gotas.

El aire en la torre hace contacto con el agua que cae, absorbe

una porcin de su calor y asciende hacia la salida en la parte

superior de la torre.

La torre de enfriamiento proporciona dos condiciones que

mejoran el proceso de evaporacin mediante la separacin

del agua en pequeas gotas, y creando as ms rutas de

escape para la evaporacin de las molculas de agua, adems

proporciona un flujo rpido de aire a travs de la torre, el

cual elimina las molculas de agua evaporada y facilita an

ms el escape que se realiza por lo general a travs del uso

de ventiladores.

Una piscina de agua fra en el fondo de la torre recolecta el

agua enfriada, la cual se complementa con cierto volumen de

agua de reposicin para reemplazar al agua evaporada.

Luego el agua fra de la piscina se bombea de regreso a las

unidades de la planta para reutilizarse.

Enfriamiento por

Evaporacin

Como se manifest anteriormente, la transferencia de calor

(proceso por el cual se transfiere el calor de una sustancia a

otra) se produce en la torre de enfriamiento. La torre de

enfriamiento enfra al agua por medio de la evaporacin, la

cual es el proceso de convertir una sustancia de estado

lquido a estado gaseoso.

Evaporacin

El enfriamiento por evaporacin es la disminucin de la

temperatura de un lquido que se da cuando una parte de ese

lquido se evapora. El 8090% del enfriamiento en la torre

de enfriamiento se realiza por medio de la evaporacin.

Leccin 1: Principios Tcnicos de Operacin de las Torres de Enfriamiento

Principios de Operacin

Utilidades:


La evaporacin permite que el agua caliente de procesos

libere hasta un 75% de su calor hacia el aire circulado,

mediante el cual el agua de enfriamiento caliente libera su

calor hacia la atmsfera de manera que pueda regresar agua

fra de vuelta a los intercambiadores de calor.

La evaporacin genera una prdida de aproximadamente el

1% del agua por cada 10F (-12,22C) de enfriamiento.

Por ejemplo una torre que recircula 50,000 gpm con una

cada de temperatura de enfriamiento de 20F (-6,66C) tiene

una tasa de evaporacin estimada de 1,000 gpm.

Factores que Influencian la Evaporacin

El factor de evaporacin se afecta por la temperatura y

humedad del aire del ambiente. Conforme la humedad

aumenta, la tasa de evaporacin disminuye. Si la

temperatura aumenta, el flujo de evaporacin se incrementa.

La humedad exterior tiene un efecto importante en el control

de la temperatura del agua. Cuando la humedad es alta, la

evaporacin ocurrir a un flujo mucho ms lento (el aire ya

est tan hmedo que no acepta ms humedad del agua). La

humedad afecta el tiro necesario de la torre.

Utilidades:




referencia.

1. Describa el principio bsico sobre el cual las torres de enfriamiento de la refinera pueden

enfriar el agua del sistema de agua de enfriamiento.

Utilidades:



En esta leccin usted estudi el principio bsico en base al cual funciona la torre de

enfriamiento.

En la siguiente leccin, aprender acerca de los efectos del proceso de evaporacin en el sistema

del agua de enfriamiento y en las torres de enfriamiento.

Utilidades:


Leccin 6

Efectos de la Prdida de Agua en el Sistema de Agua de Enfriamiento



1. Describir el efecto que la evaporacin y otras prdidas de agua de enfriamiento tiene sobre

las torres en s, y sobre todo el sistema de agua de enfriamiento.

2. Describir las operaciones que se realizan para minimizar el efecto de la evaporacin.


Ya que se produce evaporacin en el sistema de la torre de enfriamiento, es la fuente principal de

eliminacin de calor. Conforme el agua se evapora en la torre de enfriamiento, la materia

mineral se queda en el agua circulante. Entonces la concentracin de minerales se acumular en

el agua de circulacin. El agua que se pierde por evaporacin debe reemplazarse por una

cantidad igual de agua fresca de reposicin. Se deben instalar controles para minimizar el efecto

del incremento de slidos en el sistema de agua de enfriamiento.

En esta leccin usted estudiar cmo la evaporacin y la prdida de agua de enfriamiento afectan

a las torres de enfriamiento y las maneras de minimizar este problema.

Utilidades:


Efectos de la Evaporacin

Concentracin de Slidos El agua evaporada no extrae las sales del agua de

enfriamiento, lo cual incrementa efectivamente el nivel total

de slidos disueltos (Total Dissolved SolidsTDS) en el

agua recirculada.

Mientras los slidos se concentran en el sistema y el agua se

pierde por medio de evaporacin, fugas, arrastre, etc., se

debe aadir un flujo de agua adicional al sistema a travs de

reposicin. La reposicin trae slidos adicionales al sistema,

haciendo posible que contine el ciclo y se incrementen los

slidos totales disueltos en el volumen total de agua

enfriada.

Si se permitiera que contine la prdida de agua y la

subsecuente reposicin, el sistema de agua no podra

soportar los slidos disueltos y se depositaran materiales por

lo general en los sistemas calientes de los intercambiadores

de calor, reduciendo de esta manera su transferencia de calor

y ocasionando problemas con la operacin de los equipos de

la refinera.

Utilidades:


Purga

Purga Para controlar y reducir las concentraciones de TDS en el

volumen total de agua enfriada y evitar que los niveles de

slidos disueltos sean muy altos, parte del agua que contenga

una alta concentracin de slidos debe ser separada. Esta

corriente de descarga es conocida como purga y la operacin

constituye la purga del sistema.

Por lo tanto, se purga continuamente del sistema una

pequea corriente de agua enfriada y se la reemplaza con

agua de reposicin.

La parte "controlada" del agua de enfriamiento que se

separa, se conoce como purga intencional. Otras prdidas no

controladas del sistema (ej., fugas, prdida de aire forzado, o

el uso de agua de enfriamiento para enfriar los sellos de las

bombas) se conocen con el nombre de purgas no

intencionales.

La purga controlada, la reposicin y adicin de productos

qumicos, mantendrn al sistema de agua de enfriamiento de

la refinera en un estado de limpieza, con corrosin

controlada que necesitar de menos mantenimiento.

Utilidades:




referencia.

1. Describa el efecto que la evaporacin y otras prdidas del agua de enfriamiento tienen en las

torres en s y en todo el sistema de agua de enfriamiento.

2. Describa las operaciones que se realizan para minimizar el efecto de la evaporacin.

Utilidades:



En esta leccin aprendi acerca del efecto que puede tener la prdida de agua en un sistema de

enfriamiento y en las funciones de las torres de enfriamiento.

Tambin estudi cmo la operacin de purga puede ayudar a mantener la buena calidad del agua

de manera que no se afecten las operaciones de la refinera.

En la siguiente leccin, estudiar acerca de los efectos de la calidad del agua.

Utilidades:


Leccin 7

Calidad del Agua de las Torres y Sistema de Agua de Enfriamiento



1. Describir la corrosin, el ensuciamiento, el crecimiento microbiano, y cmo estos problemas

pueden afectar a la calidad del agua y a las operaciones de la refinera.


Independientemente del tamao y del tipo de sistema de agua de enfriamiento, los problemas de

operacin asociados con la calidad del agua generalmente son muy similares en su naturaleza.

Adicionalmente, se aplican estrategias de tratamiento para mantener dicha calidad del agua con

el propsito de mitigar esos problemas de operacin.

En esta leccin usted estudiar acerca de varios problemas de calidad del agua que pueden

afectar las operaciones de la torre de enfriamiento.

Utilidades:


Operacin Normal y Calidad del Agua

Los problemas de operacin relacionados con la calidad del agua se pueden manifestar

principalmente como corrosin, crecimiento microbiano y/o ensuciamiento. En general su

presencia depende del agua usada, de la metalurgia de la planta y de las condiciones de

operacin especficas en el sistema de agua de enfriamiento.

Corrosin La corrosin es un proceso electroqumico que ataca y

degrada los metales expuestos al agua en presencia de

corrosivos especficos como cidos, oxgeno y bacterias.

La corrosin perfora, disuelve o erosiona al metal y bajo

ciertas circunstancias hace que este se torne frgil y/o se

agriete.

La corrosin severa deteriora la resistencia e integridad del

metal y en el peor de los casos produce la falla del equipo,

conduciendo finalmente a un tiempo de inactividad no

planeado para mantenimiento y/o al reemplazo del equipo.

Adems, la corrosin produce fugas, contaminacin del lado

del proceso y del lado del agua, aumento en el uso de agua, y

los productos de la corrosin forman depsitos en los

intercambiadores de calor.

Ensuciamiento Ensuciamiento es el trmino general utilizado para referirse

a todo el recubrimiento o taponamiento del equipo de

transferencia de calor, independientemente de cmo se

produzca dicha formacin. Especficamente, el

ensuciamiento es el depsito de materiales orgnicos e

inorgnicos en las superficies de transferencia de calor.

Los depsitos inorgnicos de descamaciones y otros

desechos miscelneos son formas comunes de

ensuciamiento. Tambin se puede dar la presencia de

partculas en general y de ensuciamiento microbiano.

Leccin 7: Calidad del Agua de las Torres y Sistema de Agua de Enfriamiento

Operacin Normal y Calidad del Agua

Utilidades:


Formacin de

Descamaciones

La formacin de descamaciones (un tipo especfico de

ensuciamiento) ocurre cuando los minerales o los productos

de la corrosin se producen a partir de la solucin de los

lquidos del proceso. Las descamaciones en la superficie de

un intercambiador de calor presentan la barrera ms

importante para la transferencia de calor a travs del material

del tubo. Los slidos disueltos suspendidos en el agua de

enfriamiento se encuentran en forma de partculas cargadas

elctricamente. La carga de los componentes metlicos

ocasiona que las partculas sean atradas hacia las superficies

de los intercambiadores de calor. La acumulacin de

depsitos restringe el flujo del agua.

Crecimiento Microbiano El ensuciamiento microbiano se refiere a la presencia de

microorganismos vivientes como, algas, hongos y bacterias,

los cuales forman cienos (lamas) de depsitos.

Este tipo de ensuciamiento se puede dar virtualmente en

cualquier parte dentro del sistema de agua de enfriamiento,

en el recubrimiento interior de la torre de enfriamiento

adems de las tuberas y superficies del intercambiador de

calor.

El cieno producido por muchos microorganismos se vuelve

un aglutinante perfecto para atrapar sedimentos y otra

materia en partculas y de esta manera acentuar el

ensuciamiento global y los depsitos de descamaciones.

Ciertos organismos tambin son extremadamente corrosivos

o producen subproductos corrosivos.

Utilidades:




referencia.

1. Describa cmo los siguientes factores puede afectar la calidad del agua y las operaciones de

la refinera.

a. Corrosin

b. Ensuciamiento

c. Crecimiento microbiano

Utilidades:



En esta leccin aprendi que los sistemas de agua de enfriamiento de la refinera se pueden

afectar en por lo menos de tres maneras distintas, y que la operacin efectiva del equipo de la

refinera puede ser tambin afectada.

En la prxima leccin, estudiar sobre las estrategias de tratamiento del agua.

Utilidades:


Leccin 8

Estrategias del Tratamiento de la Calidad del Agua



1. Describir las estrategias de tratamiento y las substancias utilizadas para mejorar y/o mantener

la calidad del agua.


El tratamiento qumico del agua de enfriamiento no slo evita la corrosin sino que tambin

reduce la acumulacin de descamaciones y otros tipos de ensuciamiento. Los parmetros de

operacin, el diseo de la torre y las consideraciones del material determinan el programa de

tratamiento de agua utilizado.

Minerales como el magnesio, calcio (componentes que hacen al agua DURA), sodio, cloruros,

sulfatos, silicio, etc., en el agua en evaporacin permanecen en el agua enfriada, hacindola ms

concentrada (alta en minerales) que el agua de reposicin. Ya que estos minerales forman

escamas y son corrosivos por naturaleza, es necesario inhibir sus tendencias de formacin de

escamas y su corrosividad.

Esto se logra primordialmente mediante la adicin de productos qumicos para controlar los

efectos corrosivos de los minerales concentrados. Como se indic previamente, la purga del

sistema puede tambin disipar una cierta cantidad de minerales. Es necesario tomar

precauciones para evitar la sobre concentracin de minerales disueltos en el agua de

enfriamiento debida a la evaporacin del agua.

En esta leccin, usted aprender sobre las estrategias de tratamiento utilizadas para mejorar la

calidad del agua.

Utilidades:


Productos Qumicos que se Utilizan para el Tratamiento del Agua

Existen seis productos qumicos principales que se utilizan para tratar el agua de enfriamiento y

proteger al equipo. Estos son:

Cloro o hipoclorito de sodio (de preferencia)

Biocidas

Fosfato de zinc

cidos

Inhibidores de corrosin

Dispersantes

Cloro o Hipoclorito de

Sodio

El cloro o hipoclorito de sodio se utiliza para inhibir el

crecimiento de algas en el agua. Rutinariamente se hace

anlisis del agua de enfriamiento para mantener las

concentraciones correctas.

Biocidas Los Biocidas son aditivos que se utilizan para controlar los

crecimientos microbiolgicos que atacan la estructura de

madera de la torre (ej. hongos).

Fosfato de Zinc El fosfato de zinc es un producto qumico que acta como un

inhibidor de corrosin en el sistema de agua de enfriamiento.

cidos Se utilizan cidos para controlar el pH (medida de acidez o

alcalinidad de una solucin). Por lo general se adiciona

cido sulfrico para controlar el nivel de pH en el agua de

enfriamiento.

El objetivo es evitar que el agua de enfriamiento se vuelva

demasiado alcalina. Cuando esto ocurre, se pueden formar

descamaciones y depositarse en el equipo intercambiador de

calor.

Inhibidores de Corrosin Se usan los inhibidores de corrosin para reducir la corrosin

en el equipo de procesos y en el sistema de agua de

enfriamiento.

Leccin 8: Estrategias del Tratamiento de la Calidad del Agua

Productos Qumicos que se Utilizan para el Tratamiento del Agua

Utilidades:


Dispersantes Se pueden aadir dispersantes para descomponer y reducir

otros contaminantes, como el polvo y el aceite, en el agua de

enfriamiento.

Utilidades:




referencia.

1. Describa las estrategias de tratamiento y las substancias utilizadas para mejorar y/o mantener

la calidad del agua.

Utilidades:



En esta leccin estudi la razn por la cual es necesaria una estrategia de tratamiento de agua en

la refinera para mantener la calidad del agua y mantener la efectividad del sistema de agua de

enfriamiento.

Tambin aprendi sobre los productos qumicos necesarios para implementar dicha estrategia.

En la siguiente leccin, estudiar acerca de las obligaciones del operador relacionadas con la

interaccin del sistema de agua y de las torres de enfriamiento.

Utilidades:


Leccin 9

Responsabilidades del Operador y Condiciones de Operacin



1. Describir qu condiciones de operacin necesita el operador para conocer, monitorear, y/o

con qu interactuar para mantener la efectividad del agua de enfriamiento.


Como operador de la planta, es imprescindible comprender las condiciones de operacin para el

funcionamiento eficiente de las torres de enfriamiento. Esta seccin analiza las condiciones de

operacin asociadas con las torres de enfriamiento sobre las cuales un operador debe estar al

tanto. Usted debe conocer los procedimientos adecuados necesarios para utilizar cualquier

interaccin con el sistema de agua de enfriamiento y/o con las torres de enfriamiento.

En esta leccin aprender acerca de las condiciones de operacin que le permitirn mantener la

efectividad del agua de enfriamiento.

Utilidades:


Condiciones de Operacin

Como operador, es obligatorio comprender cmo monitorear las condiciones de operacin y

hacer los ajustes que sean necesarios. Esta seccin analiza las condiciones de operacin

asociadas con las torres de enfriamiento.

Flujo El flujo del agua caliente de procesos y del agua de

reposicin son variables de la operacin que se controlan

para determinar cundo se deben hacer ajustes.

Estas se pueden estimar visualmente mediante el control de

los caudales de flujo dentro o fuera de la torre,

inspeccionando la distribucin del agua sobre las barras de

esparcimiento, mediante el uso de aparatos de medicin de

flujo, y/o mediante el control de las presiones de entrada y

salida de los equipos especficos o a travs del control del

suministro del sistema de agua de enfriamiento y los

cabezales de retorno.

Nivel Se monitorea el nivel de la piscina de agua fra para

mantener un suministro de agua de reserva en el sistema

circulante.

Temperatura Se controla la temperatura de la torre para determinar cundo

se deben hacer ajustes al sistema de tiro.

La diferencia de temperatura entre el agua caliente que entra

a la torre y el agua fra que sale de esta debe ser de ~12 a

15F (-11,11C a -9,44C) (conocido como rango de

enfriamiento).

La humedad exterior tiene un efecto importante en el control

de la temperatura del agua. Cuando la humedad es alta, la

evaporacin ocurrir a una velocidad mucho ms lenta (el

aire ya est tan hmedo que no acepta ms humedad

proveniente del agua). La humedad afecta el tiro necesario

de la torre.

Leccin 9: Responsabilidades del Operador y Condiciones de Operacin

Condiciones de Operacin

Utilidades:


Muestreo Tambin se puede determinar y controlar la calidad del agua

a travs de pruebas qumicas del agua de enfriamiento para

verificar su pH, carbn orgnico total (Total Organic

CarbonTOC), TDS, etc. Se puede evidenciar una fuga de

hidrocarburos si existe un nivel reducido de biocidas, ya que

el hidrocarburo los ataca.

Utilidades:


Responsabilidades del Operador

En el rea de responsabilidad asignada, el operador debe observar y registrar las condiciones del

proceso, confirmando que su operacin sea eficiente y segura.

Los operadores son adems responsables de mantener una operacin estable y confiable, la cual

debe ajustarse segn sea necesario, para evitar afectar negativamente al sistema de agua y a las

torres de enfriamiento, lo cual puede tambin afectar de manera negativa a la refinera entera.

Regulacin de las

Condiciones de

Operacin

Existen tres mtodos para controlar las torres de

enfriamiento:

Vlvulas

Control del flujo de aire

Ventiladores

Vlvulas

Las vlvulas de control de flujo y de bloqueo se utilizan para

distribuir el flujo dentro de las celdas de la torre de

enfriamiento.

Control del Flujo de Aire

Se utilizan eliminadores de ventisca ajustables y controles en

los ventiladores para regular el tiro a travs de la torre.

Ventiladores

Se ponen a funcionar los ventiladores para regular el tiro a

travs de la torre. La velocidad del ventilador y el nmero

de ventiladores en funcionamiento se controlan con el fin de

mantener la eficiencia de la torre de enfriamiento segn la

variacin de las condiciones atmosfricas. Tambin se

puede invertir el giro de los ventiladores para reducir o

eliminar la formacin de hielo durante la operacin en clima

fro.

A menudo los ventiladores grandes tienen monitores de

vibracin para evitar su dao debido a la formacin de hielo,

acumulacin de corrosin y rotura de las hlices durante

perodos prolongados de operacin.

Leccin 9: Responsabilidades del Operador y Condiciones de Operacin

Responsabilidades del Operador

Utilidades:


Mantenimiento Preventivo

de Rutina

El mantenimiento preventivo de rutina es importante para la

correcta operacin de las torres de enfriamiento. El

mantenimiento preventivo tpico es la limpieza diaria y

anual.

Inspeccin Diaria

Se debe inspeccionar la torre de enfriamiento por lo menos

una vez al da para revisar:

La presencia de escombros en las piscinas

El nivel de agua de la piscina

La operacin de la bomba de circulacin

La operacin del ventilador

Dao estructural

El control de la ventisca

El suministro de productos qumicos

Anlisis del agua

La formacin de hielo (en clima fro)

Limpieza Anual

Normalmente, por lo menos una vez al ao se paran las

torres de enfriamiento para una inspeccin y limpieza

completas. Durante este paro se ejecutan normalmente las

siguientes acciones:

La torre se drena totalmente.

Se reemplazan los componentes excesivamente

corrodos.

Se realizan reparaciones estructurales.

Se limpian e inspeccionan las piscinas.

Todos los componentes estructurales se limpian e

inspeccionan.

Se inspeccionan totalmente los ventiladores.

Se hace el mantenimiento de las bombas.

Se inspecciona el sistema de proteccin contra incendios.

Utilidades:




referencia.

1. Describa qu condiciones de operacin necesitar el operador para conocer, monitorear, y/o

con qu interactuar para mantener la efectividad del agua de enfriamiento.

Utilidades:



En esta leccin estudi las condiciones de operacin que necesita conocer el operador para

manejar, controlar, y/o con qu interactuar, para mantener la efectividad del agua de

enfriamiento.

Utilidades:


Conclusin del Mdulo

En este mdulo, estudi el propsito y la clasificacin de las torres de enfriamiento. Aprendi

acerca de sus componentes principales, cmo operan y cmo se da mantenimiento a las torres al

igual que la calidad del agua. Tambin estudi acerca de las responsabilidades del operador y

las interacciones con el sistema del agua de enfriamiento y con las torres de enfriamiento para

mantener la efectividad de los sistemas.

agua de enfriamiento y torres de enfriamiento

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