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INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE
ACAYUCAN
Asignatura: Operaciones unitarias III
INVESTIGACN
UNIDAD I
Procesos Industriales que incluyen
Torres de Enfriamiento
Presentan:
Eduardo Alain Vzquez Mateo
Grupo: 701-A
Docente:
ING. Victoria Castillo Miguel
Acayucan, Ver a 30 de Agosto de 2015.
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Operaciones Unitarias III Alumno: Eduardo Alain Vzquez Mateo IBQ 701-A
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CONTENIDO
Introduccin ............................................................................................................................ 3
Torres de enfriamiento ........................................................................................................... 4
Torres de enfriamiento de tiro natural ................................................................................ 5
Torres por tiro forzado ........................................................................................................ 6
Usos especiales de torres de refrigeracin............................................................................ 7
Clasificacin en funcin de la forma en que el aire atraviesa el relleno ............................... 8
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO..................................................... 8
Funcin:............................................................................................................................... 8
Funcionamiento................................................................................................................... 8
Centrales trmicas .............................................................................................................. 9
Principio de funcionamiento de la refrigeracin evaporativa ................................................12
La refrigeracin evaporativa y la eficiencia energtica en la industria ............................13
Tecnologa con futuro ........................................................................................................13
Usos y mercado .................................................................................................................14
Conclusin .............................................................................................................................15
Bibliografa...............................................................................................................................16
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Introduccin
En la presente investigacin realizada despus de una revisin documental, tratara
el tema de las torres de enfriamiento, que son, para que se utilizan, y en que
procesos industriales se aplican estos equipos para un buen funcionamiento de una
planta industrial.
Se pretende que alumno logre identificar estos equipos as como su clasificacin,
operacin y diseos de las torres de enfriamiento su importancia radica en los
mbitos industriales, as el ingeniero bioqumico en su formacin acadmica,
aprovechara todos los conocimientos que esta indagacin presenta.
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Torres de enfriamiento
Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua y otros medios
a temperaturas prximas a las ambientales; en grandes volmenes (extraen calor
del agua mediante evaporacin o conduccin). Su uso se da en plantas de energa,
refineras de petrleo, plantas petroqumicas, plantas de procesamiento de gas
natural y otras instalaciones industriales.
Las torres de enfriamiento usan la evaporacin del agua para rechazar el calor de
un proceso tal como la generacin de energa elctrica. Las torres de enfriamiento
varan en tamao desde pequeas a estructuras muy grandes que pueden
sobrepasar los 120 metros de altura y 100 metros de longitud. Torres ms pequeas
son normalmente construidas en fbricas, mientras que las ms grandes son
construidas en el sitio donde se requieren
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.
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Torres de enfriamiento de tiro natural
En las torres de tiro natural, tipo chimenea estn fundadas en el hecho de que el
aire se calienta por el agua y de esta forma se produce una corriente de conveccin
ascensional. Un ejemplo de este tipo se representa en la Figura 1. Los lados de una
torre de este tipo van completamente cerrados, desde el fondo hasta la parte
superior, llevando dispuestas entradas de aire cerca del fondo. El material de tipo
rejilla, que distribuye el agua, est confinado en una parte relativamente poco alta
de la seccin inferior de la torre, y la mayor parte de la estructura es necesaria para
producir el tiro. En las torres de este tipo la resistencia al flujo de aire debe reducirse
al mnimo y, por tanto, el llenarlas de tablas planas como en las torres de circulacin
atmosfrica, no es posible. Es corriente el empleo de tablas en zig zag, como se
indica en la Figura 1.
Las desventajas de las torres de
tiro natural son, la altura que es
necesario darles para producir
el tiro natural y el hecho de que
el agua debe tener una
temperatura superior a la del
termmetro de bulbo seco del
aire para que ste pueda
calentarse y producir la corriente
de conveccin ascensional. La
seccin rellena no puede ser tan
alta como en la torre de
circulacin atmosfrica, porque
las prdidas excesivas por
friccin, necesitaran una mayor
altura de torre para producir el
tiro.
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En el caso de que se necesite enfriar grandes caudales de agua (como en usinas
nucleares) se utilizan torres de enfriamiento de tiro natural, que son muy
caractersticas, tal como se muestra en la Figura 2. El mtodo de funcionamiento de
estas torres es exactamente igual a las anteriores.
En el caso de que se necesite enfriar
grandes caudales de agua (como en
usinas nucleares) se utilizan torres de
enfriamiento de tiro natural, que son muy
caractersticas, tal como se muestra en la
Figura 2. El mtodo de funcionamiento de
estas torres es exactamente igual a las
anteriores.
Torres por tiro forzado
En estas se utilizan ventiladores para producir la circulacin del aire. Si el ventilador
est situado en la parte
superior de la torre se
denomina de tiro inducido
(Figura 3) y si est en el fondo,
de tiro forzado (Figura 4) El
primero es el tipo preferido
porque evita el retorno del aire
saturado al interior de la torre,
lo que sucede con las de tiro
forzado. Las torres son
similares en su parte inferior a la representada en la Figura 1, y la parte superior
que acta como chimenea no es necesario que sea tan larga.
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Usos especiales de torres de refrigeracin
Algunas torres de refrigeracin tienen usos especiales, que les confieren
caractersticas que deben de ser tenidas en cuenta aisladamente, por tanto algunas
de las recomendaciones que aparecen es esta gua no les son de aplicacin.
Entre estos usos se pueden destacar los siguientes:
a) Torres que utilizan agua de mar. La 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.
b) Torres que refrigeran aguas residuales en depuradoras. En 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.
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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. A continuacin
se muestran los esquemas de los diferentes tipos de torres segn la forma de los
flujos de aire y agua
OPTIMIZACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO
Funcin:
Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las
corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmsfera; el costo
de operacin de una torre de enfriamiento estar en funcin del costo de
transformacin del agua y el aire. Maximiza la cantidad de calor liberado a la
atmsfera por unidad de costo de operacin invertido. Basado en el control de las
temperaturas de suministros y retorno de agua. Procesos: Las variables a manipular
para lograr el control ptimo de temperaturas, son el flujo de aire y agua; la
manipulacin de esos flujos puede llevarse a cabo mediante el uso de variadores,
tanto en las bombas de carga, como en los ventiladores de enfriamiento.
Funcionamiento
En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la
temperatura mnima econmica, la cual est en funcin de la temperatura de bulbos
hmedo (twb) del aire; la torre de enfriamiento no puede generar agua a una
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temperatura menor a esta, pero puede aproximarse. La aproximacin es la
diferencia de temperatura de bulbos hmedo (twb) del aire y la temperatura del agua
a la salida de la torre. Cuando el diferencial de temperatura se incrementa, los
costos de operacin de la torre de enfriamiento ventilacin y bombas se ven
igualmente incrementados.
Centrales trmicas
FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento podra describirse del siguiente modo:
El combustible, almacenado en depsitos situados en las inmediaciones de la
central (carbn. gasoil o gas natural), entra en la caldera para ser quemado. Durante
su combustin se produce calor que permite la evaporacin del agua presente en
las numerosas tuberas que se encuentran alrededor de la caldera. El vapor de agua
adquiere mucha presin, por lo cual se utiliza para mover una turbina conectada al
generador. Al girar la turbina se produce la electricidad, que viaja del generador
hasta los transformadores, que elevan la tensin para transportar esta energa por
la red elctrica hasta los centros de consumo.
PARTES
Las principales partes de una central de este tipo se podra decir que son:
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Quemador
El quemador, que se encuentra en la caldera, es el encargado de quemar el carbn,
el gasoil o el gas natural, para evaporar el agua de las tuberas que tapizan la
caldera.
Chimeneas
Las altas chimeneas que se encuentran en la caldera se encargan de expulsar a la
atmsfera los gases producidos durante la combustin.
Turbinas
Las turbinas pueden considerarse como la parte mas importante de la central ya
que son las encargadas de mover el generador para producir la electricidad.
Estas turbinas estn diseadas para soportar una temperatura de unos 600 C y
una presin de unos 350 bares. Las turbinas estn formadas por unas series de
labes de distintos tamaos que aprovechan la presin del vapor de agua para
hacer girar la turbina.
Generador
Es el encargado de producir la electricidad.
Condensador
Es el encargado de condensar el vapor que se encarga de mover la turbina para
que pueda volver a ser utilizado
Torres de refrigeracin
Se encargan de mantener baja la temperatura del condensador, garantizando el
correcto funcionamiento de la central. El agua que refrigera el condensador es
enfriada en las torres de enfriamiento al entrar en contacto con el aire fro que circula
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a travs de ellas. Otras partes de la central, tambin importantes para garantizar un
buen funcionamiento, seran todas las tuberas y bombas que transportan todo el
agua a travs de toda la central y los potentes ventiladores que introducen aire en
la caldera para facilitar la combustin. En el siguiente dibujo podremos observar
todas las partes ya nombradas:
VENTAJAS E INCONVENIENTES
Ventajas
- Producen mucha energa
- Produccin de energa relativamente rentable
- Las cenizas producidas durante la combustin pueden usarse en la construccin
Inconvenientes
- Los gases producidos en la combustin contaminan la atmsfera
- El agua usada para la refrigeracin queda contaminada
- En los procesos de limpieza de la central se producen muchos residuos
- Uso de combustibles fsiles (no renovables)
Este sera un pequeo resumen de las principales ventajas e inconvenientes de este
tipo de centrales.
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Principio de funcionamiento de la refrigeracin evaporativa
Para comprender las ventajas de este principio, y antes de comenzar a hablar de
sus beneficios medioambientales, cabe hacer una aproximacin al principio del
enfriamiento evaporativo. Se trata de un proceso natural que utiliza el agua como
refrigerante y que se aplica para la transmisin a la atmsfera del calor excedente
de diferentes procesos y mquinas trmicas. En este principio se basa el
funcionamiento de equipos como las torres de enfriamiento y condensadores
evaporativos, frecuentemente utilizados para la condensacin del gas refrigerante
en las instalaciones frigorficas.
En estas instalaciones los equipos de enfriamiento evaporativo liberan el calor de
condensacin de las mquinas frigorficas transfirindolo a la atmsfera mediante
la evaporacin de una reducida cantidad de agua. Este proceso se hace efectivo
gracias al establecimiento de un estrecho contacto entre el agua en circulacin y
una corriente de aire en un intercambiador de calor.
Los equipos de enfriamiento evaporativo, con independencia de cuales sean sus
modalidades y caractersticas especficas, incorporan una seccin de intercambio
de calor humedecido con la utilizacin de un dispositivo rociador de agua, un
sistema de ventilacin encargado de forzar el paso del aire ambiente a travs del
intercambiador de calor y diferentes componentes auxiliares, tal como la estanque
de agua, bomba de recirculacin, eliminadores de gotas e instrumentos de control.
El consejo de la industria de la refrigeracin Espaola es que la eleccin de la mejor
tecnologa debe basarse en un minucioso anlisis y evaluacin de los factores
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medioambientales, adems de en criterios comerciales y tcnicos. El valor aadido
de un sistema que se resume en las palabras: natural, sencillo, limpio, seguro y
econmico.
La refrigeracin evaporativa y la eficiencia energtica en la
industria
Las torres de enfriamiento y condensadores evaporativos se constituyen como una
de las alternativas ms eficientes en el campo del enfriamiento industrial, aportando
eficiencia energtica y respeto medioambiental, adems de ahorro econmico. Los
equipos de enfriamiento evaporativo, que utilizan el agua como refrigerante,
constituyen una tecnologa que favorece el ahorro energtico tanto por su aplicacin
como por su diseo, desempeando un papel fundamental en la industria moderna,
tanto en lo que se refiere a los procesos productivos como al aire acondicionado de
las instalaciones.
Tecnologa con futuro
Un informe publicado por la Royal Society of Chemistry (Real Sociedad de Qumica)
de Reino Unido que concluye que, con independencia del tipo de fuentes
energticas que se utilicen en el futuro, las torres de refrigeracin constituirn un
elemento esencial en la generacin de energa y ahorro de la misma, teniendo en
cuenta que no contribuyen al cambio climtico.
Lo cierto es que la utilizacin de la refrigeracin evaporativa en los procesos
industriales supone una opcin de plena actualidad dados los beneficios de
eficiencia energtica, respeto al medio ambiente y optimizacin que recursos en
funcin del rendimiento que aporta. La refrigeracin evaporativa se afianza, de este
modo, como una tecnologa de futuro.
Como muestra de la relevancia de estos equipos en el terreno industrial cabe
sealar como la revista Fortune premi a la cadena de supermercados
estadounidenses Wal-Mart, el vendedor minorista ms grande del mundo con 3.000
establecimientos repartidos en una decena de pases, por su poltica de ahorro
energtico. En ella, se destaca que la cadena ha abierto una primera tienda en la
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que utiliza un 20 por ciento menos de energa que un supermercado tradicional
gracias, entre otras cosas, a la instalacin de equipos de refrigeracin evaporativa.
Usos y mercado
La refrigeracin por agua constituye un mercado en constante crecimiento a nivel
europeo y mundial, tanto en lo relativo al nmero de instalaciones, como en lo que
se refiere al nmero de empresas suministradoras de los mismos. En Europa, ms
de 500.000 instalaciones industriales utilizan equipos de enfriamiento evaporativo y
existen ms de treinta fabricantes con ms de cincuenta plantas de fabricacin de
este tipo de equipos que proporcionan trabajo a ms de 7.000 personas y generan
una facturacin media anual que se sita por encima de los quinientos millones de
euros.
Las torres de refrigeracin de agua y condensadores evaporativos se utilizan en
casi todas las aplicaciones industriales que requieren refrigeracin: industrias
petroqumicas y farmacuticas, industria alimentaria, industria automovilstica,
produccin de acero, fabricacin de componentes de electrnica y
semiconductores, centrales elctricas, plantas de cogeneracin, refrigeracin
industrial y de maquinaria, al mismo tiempo que constituyen la base de multitud de
instalaciones frigorficas industriales, comerciales y de hostelera, as como de
sistemas de aire acondicionado y refrigeracin de maquinaria.
En definitiva, estos equipos se han convertido en elementos fundamentales en una
gran cantidad de procesos productivos que utilizan la condensacin del gas
refrigerante en las instalaciones frigorficas.
El uso del enfriamiento evaporativo est respaldado por una importante industria
manufacturera, que elige el enfriamiento evaporativo en casi todas las aplicaciones
que han de disipar calor y que ha mostrado su preocupacin ante las restricciones
impuestas a estos equipos y que ponen en peligro el progreso industrial
responsable.
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Conclusin
Para finalizar con investigacin el alumno aprendi que en las torres de enfriamiento
el agua que refrigera el condensador es enfriada al entrar en contacto con el aire
fro que circula a travs de ellas y adems se utilizan en casi todas las aplicaciones
industriales que requieren refrigeracin: industrias petroqumicas y farmacuticas,
industria alimentaria, industria automovilstica, produccin de acero, fabricacin de
componentes de electrnica y muchas industrias ms.
Se espera que con esta serie de indagaciones ayude mucho en la parte acadmica
del alumno as como en su perfil de ingeniero bioqumico.
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Bibliografa Industrial, A. (26 de Junio de 2009). Industria Sustentable . Obtenido de
file:///F:/torres/Industria%20Sustentable.html
M. L. (Noviembre de 2013). La refrigeracin evaporativa y la eficiencia energtica en la industria.
Obtenido de
file:///F:/torres/7oVOrydETw2MlOvy7JK31DmbaUedebcZEynwlG163rGd73Q3Abt2eV%20(2).pdf
MENDOZA CARRANZA ,, J. (2007). UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO. Obtenido de Facultad de Ingeniera Qumica : http://galeon.com/jackzavaleta/balw6.pdf
Mundial, U. T. (s.f.). Torres de enfriamiento. Obtenido de Depertamento de Ingenieria Quimica:
http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/quimica/3_anio/integracion3/Torres_de
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Torres de enfriamiento. (s.f.). Obtenido de http://socios.ainia.es/hemanet/legionellosis/31Marzo2004/ANBEAL-Torres.pdf