Torres de enfriamiento

Las torres de enfriamiento o refrigeracin son sistemas mecnicos destinados a enfriar masas de agua en procesos que requieren una disipacin de calor. Al hablar de las torres de enfriamiento se tienen dos tipos con respecto al mecanismo usado para la transferencia de calor: las torres de enfriamiento secas, que funcionan por transmisin del calor a travs de una superficie que separa el fluido a refrigerar del aire ambiente; y las torres de enfriamiento hmedo, las ms comunes y que se exponen a lo largo de las siguientes pginas.El principio de enfriamiento de estos equipos se basa en la evaporacin, el equipo produce una nube de gotas de agua bien por pulverizacin, o bien por la cada libre que se pone en contacto con una corriente de aire. La evaporacin superficial de una pequea parte del agua inducida por el contacto con el aire, da lugar al enfriamiento del resto del agua que cae en la balsa a una temperatura inferior a la de pulverizacin. Figura N X: Esquema de una torre como parte de un sistema de refrigeracin de un edificio

En la figura X que corresponde a una torre como parte de un sistema de refrigeracin de un edificio se aprecian tres circuitos:1. El primer circuito mueve el agua de condensacin almacenada en la balsa de la torre hasta el intercambiador de calor (condensador) donde el gas refrigerante se condensa. En la condensacin el refrigerante cede calor al agua que se transporta a su vez de vuelta a la torre donde se pulveriza y se pone en contacto con la corriente de aire ascendente para conseguir su refrigeracin por evaporacin parcial. Este es el nico circuito realmente peligroso desde el punto de vista de transmisin de legionelosis (enfermedad infecciosa potencialmente fatal), ya que es el nico que puede emitir aerosoles al ambiente.2. El segundo circuito, transporta el refrigerante, un compuesto qumico que tiene la particularidad de ceder o absorber gran cantidad de calor cuando cambia de estado. Para facilitar el cambio de estado se somete al refrigerante a cambios de presin, mediante un compresor se aumenta la presin del refrigerante en estado gaseoso y ste comienza a condensar cediendo calor que se absorbe a travs del contacto indirecto con el agua fra procedente de la balsa de la torre. La presin se libera mediante una vlvula de expansin que produce el cambio de lquido a gas del refrigerante en el evaporador, as como su enfriamiento. En este punto el refrigerante se pone en contacto con un tercer circuito de agua.3. El tercer circuito es el encargado de transportar el agua refrigerada en el evaporador hasta las bateras de fro de las denominadas unidades de tratamiento de aire (UTA). Las bateras permiten el contacto indirecto (a travs de tubos y aletas similares a un radiador de vehculo) del agua refrigerada con el aire interior de las salas a climatizar, produciendo un continuo enfriamiento del aire.Por otro lado, en la figura Y se aprecia un nico circuito de agua que realiza constantemente un ciclo en el que se produce una pulverizacin para promover su evaporacin parcial y por tanto disminuir su temperatura al caer a la balsa. El agua de la balsa refrigerada se enva al punto del proceso industrial que se desea refrigerar y se pone en contacto a travs de un intercambiador de calor o sistema similar, normalmente no se produce mezcla del agua con los elementos a refrigerar sino que se realiza un contacto indirecto a travs de tuberas, intercambiadores, camisas de refrigeracin, baos, etc.Figura N Y: Esquema de una torre destinada a la refrigeracin de un proceso industrial

Antes de continuar con el desarrollo del tema es necesario marcar una diferencia entre los condensadores y las torres de refrigeracin. Los condensadores evaporativos son equipos, por estructura y funcin, muy similares a las torres de refrigeracin pero la principal diferencia estriba en el uso y modo de funcionamiento. Los condensadores estn destinados a la condensacin de gases en general (butano, propano, butileno, pentano, CO2, vapor de agua, etc.), as como a la condensacin de gases refrigerantes en los sistemas de acondicionamiento de aire y fro industrial. El agua se pulveriza directamente sobre un sistema de conductos en cuyo interior circula un refrigerante inicialmente en estado gaseoso y que por el enfriamiento del agua pasa a estado lquido. El refrigerante circula por un circuito totalmente independiente sin contacto con el agua.El uso ms habitual de estos equipos est asociado a los sistemas de refrigeracin, tanto en aire acondicionado como en produccin de fro (hostelera, alimentacin, laboratorios, etc.), sin embargo, en el mbito industrial estos equipos se usan para el enfriamiento de cualquier parte de un proceso que genere calor y deba ser disipado (por ejemplo, procesos de molienda que generan calor por friccin, enfriamiento de reacciones exotrmicas, disipacin de calor residual en centrales de produccin de energa elctrica, etc.).Algunas torres de refrigeracin tienen usos especiales: Torres que utilizan agua de marLa evidencia cientfica actual indica que es altamente improbable el crecimiento de bacterias del tipo Legionella en el agua de mar, por tanto, las torres que utilizan exclusivamente agua de mar en su funcionamiento quedaran excluidas del mbito de aplicacin del Real Decreto. No obstante se recomienda realizar revisiones para comprobar su funcionamiento y estado higinico-sanitario con la misma periodicidad establecida para el resto de las torres. Torres que refrigeran aguas residuales en depuradorasEn algunos sistemas de depuracin de aguas residuales se usan torres para disminuir la temperatura del agua, antes de proceder a su vertido para cumplir la legislacin vigente. Estas suelen ser torres de circuito nico, sin recirculacin, en las que se airea el agua. Estas aguas suelen tener concentraciones elevadas de microorganismos que pueden dificultar el crecimiento de Legionella (tanto aerobios como anaerobios) y los parmetros fsico-qumicos se suelen mantener fuera de los rangos normales por su origen. Por tanto, en este tipo de torres no se deben considerar los anlisis de parmetros fsico-qumicos y de aerobios totales en los controles habituales. Ser suficiente garantizar niveles de Legionella, de acuerdo a los requisitos de esta gua.

TiposHay equipos de mltiples tamaos y estructuras segn la potencia a disipar, el fabricante, los materiales, etc.; sin embargo podramos clasificar las torres de refrigeracin en dos grandes categoras:

Equipos de tiro natural Equipos basados en efecto chimenea:

En los que el agua pulverizada genera un punto caliente en la parte baja de la torre e induce el movimiento ascendente del aire habitualmente en contracorriente. Estos equipos se emplean casi exclusivamente en grandes industrias y en centrales de produccin de energa elctrica (trmicas, nucleares, etc.), en general, sistemas que necesitan mover y refrigerar grandes cantidades de agua.

Estas instalaciones habitualmente no disponen de separadores de gotas, debido a la elevada perdida de carga que provocan estos elementos que disminuyen excesivamente el flujo de aire. No obstante, dada su elevada altura y geometra, la emisin de aerosoles es muy limitada.

Figura N Z: Equipo basado en efecto chimenea

Equipos de tiro natural por efecto Venturi

Estos sirven para la disipacin de cargas trmicas medias/bajas, se emplean en un porcentaje bastante bajo.Equipos con ventilacin mecnica Equipos de tiro forzado

Los equipos con ventilacin mecnica denominados de tiro forzado, disponen de ventiladores (normalmente de tipo centrifugo salvo en las instalaciones industriales que ocasionalmente son axiales) ubicados en la parte baja de la torre que impulsan el aire al interior de la misma sobrepresurizando e impulsando por tanto su salida por la parte superior a travs del relleno.

En la figura XY vemos como el agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a travs del relleno (3), cuya misin es incrementar el tiempo de retencin y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuyo nico punto de entrada es a travs del ventilador. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso.

Figura N XY: Torre de refrigeracin de tiro forzado

Equipos de tiro inducido

Los equipos de tiro inducido a diferencia de los anteriores funcionan en depresin, es decir el ventilador, localizado en la parte superior de la torre, extrae aire del interior de la unidad que se renueva a travs de aperturas localizadas en la parte baja de la misma.

Figura N XZ: Torre de refrigeracin de tiro inducido

En la figura XZ se puede apreciar que el agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a travs del relleno (3), cuya misin es incrementar el tiempo de retencin y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuya zona de entrada es a travs de las aperturas laterales. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso.

Clasificacin en funcin de la forma en que el aire atraviesa el relleno Flujo en contracorriente: El aire atraviesa de abajo a arriba el relleno de la torre. Flujo cruzado: El aire atraviesa de forma lateral el relleno de la torre.Esto se aprecia mejor en la figura YZ:Figura N YZ: Tipos de torres de refrigeracin segn cmo el aire atraviesa el relleno