Los procesos de enfriamiento del agua
Los procesos de enfriamiento del agua se cuentas entre lo más antiguos que haya desarrollado el hombre. Por lo común el agua se enfría exponiendo la superficie al aire. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque, otros son comparativamente rápidos, por ejemplo, el rociado de agua hacia el aire, todos estos procesos implican la exposición de la superficie del agua al aire en diferentes grados.
IMPUREZAS MAS COMUNES EN EL AGUA
Como se había mencionado anteriormente el agua en estado puro no existe y dependiendo de la fuente de donde provenga contiene un sin numero de impurezas, a continuación enlistaremos solo las que nos afectan en el tratamiento interno de los sistemas de enfriamiento.
Constituyente |
Fórmula Química |
Dificultad que causa |
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DUREZA |
Sales de Ca y Mg |
Fuente Principal de incrustaciones en tuberías |
ACIDEZ MINERAL |
H2S04 |
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LIBRE |
HCl |
Corrosión |
BIÓXIDO DE CARBONO |
CO2 |
Corrosión en las Líneas de agua |
SULFATOS |
SO 4 |
Aumenta el contenido de sólidos en el agua. Se combina con calcio para formar sales incrustante de sulfato de calcio. |
CLORUROS |
Cl (como NaCl) |
Aumenta el contenido de sólidos e incrementa el carácter corrosivo del agua. |
SÍLICE |
SiO2 |
Incrustación en sistemas de agua de enfriamiento. |
IMPUREZAS MAS COMUNES EN EL AGUA
FIERRO |
Fe + 2 Ferroso Fe + 3 Ferrico |
Fuente de depósitos en las tuberías. |
OXIGENO |
02 |
Oxidación en tuberías (hierro y Acero). |
SULFURO DE HIDRÓGENO |
H2S |
Corrosión |
SÓLIDOS DISUELTOS |
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Elevadas concentraciones de sólidos son indeseables debido a que originan formación de lodos. |
SÓLIDOS SUSPENDIDOS |
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Originan depósitos en equipos intercambiadores de calor y tuberías ocasionan formación de lodos o incrustación. |
MICROORGANISMOS |
Algas, limo y hongos. |
Formación de adherencias suciedad biológica, corrosión, olores desagradables. |
SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
La refrigeración mecánica es el proceso mediante el cual se reduce la temperatura de una sustancia por debajo de la que prevalece en su ambiente. La industria de procesos químicos es uno de los usuarios mas importante de las instalaciones de refrigeración. Los grandes usuarios típicos de la refrigeración es este campo realizan procesos como la elaboración de hule sintético y textiles, refrigerantes, cloro, plásticos, fluoruro de hidrógeno, intermedios de nafteno, tinturas, tereftalato de dimetilo, acrilonitrilo y caprolactama.
La refrigeración se emplea para suprimir calor de reacciones químicas, licuar gases de procesos, separar gases por destilación y condensación y purificar productos mediante la congelación de separación selectiva de un componente de una mezcla. La refrigeración se usa también en forma amplia en el acondicionamiento de aire de zonas de plantas industriales, con fines de confort y en aplicaciones asociadas a procesos y al aprovechamiento térmico ambiental.
El acondicionamiento de aire es el proceso que consiste en tratar el aire de tal modo que se controlen simultáneamente su temperatura, su humedad, limpieza y distribución para satisfacer los requisitos del espacio acondicionado.
El desarrollo y la ampliación de procesos a bajas temperaturas de ha ampliado de una manera impresionante en la ultima década. La utilización el oxigeno y el nitrógeno líquido en el desarrollo de cohetes y naves espaciales ha generado un aumento increíble en la capacidad de licuefacción y separación del aire.
CLASIFICACIÓN DE TORRES POR TIPO Y FUNCIONES
• CLASIFICACIÓN POR PROCESO .
Existen dos forma de enfriar un fluido:
ENFRIAMIENTO DIRECTO : En el cual el fluido de enfriamiento, en este caso el agua fría, va directamente al proceso y regresa como agua caliente a la parte superior (charolas), de la torre de enfriamiento.
ENFRIAMIENTO INDIRECTO : En este caso el agua fría intercambia calor con un equipo (intercambiador de calor) y regresa como agua caliente a la parte superior (charolas), de la torre de enfriamiento.
ENFRIAMIENTO INDIRECTO : en este caso el agua fría intercambia calor con un equipo (intercambiador de calor) y regresa como agua caliente a la parte superior de la torre, en el intercambiador de calor el fluido frío pasa por el proceso intercambia calor y regresa al intercambiador como fluido caliente.
• CLASIFICACIÓN DE TORRES POR TIPO DE TIRO :
TORRES DE TIRO MECÁNICO : En la actualidad se emplean dos tipos de torre de tiro mecánico, el de TIRO Inducido. En la Torre de tipo forzado el ventilador se monta en la base y se hace entrar aire en la base de la misma y se descarga con baja velocidad por la parte superior.
Esta Disposición tiene la ventaja de ubicar el ventilador y el motor propulsor fuera de la torre, sitio muy conveniente para la inspección, el mantenimiento y la reparación de los mismos. Puesto que el equipo queda fuera de la parte superior caliente y húmeda de la torre, el ventilador no esta sometido a condiciones corrosivas, sin embargo, dada la escasa velocidad del aire de salida, la torre de tiro forzado esta sujeta a una recirculación excesiva de los vapores húmedos de salida que retornan a las entradas de aire.
Puesto que la temperatura del aire de salida es mucho mayor que la del aire circulante, existen una reducción en el buen desempeño, lo cual se evidencia mediante un incremento en la temperatura del agua fría (saliente). La torre de tiro inducido es la que se usa con mayor frecuencia.
A su vez esta clase general se subdivide en diseños de CONTRAFLUJO o FLUJO TRANSVERSAL, dependiendo de las direcciones relativas de flujo del agua y el aire.
TORRES ATMOSFÉRICAS: de enfriamiento: La torre atmosférica de enfriamiento es aquella en que la perdida de calor se logra primordialmente gracias al movimiento natural del aire a través de la estructura.
TORRES DE TIRO NATURAL : Las torres de tiro natural o de tiro hiperbólico son apropiadas para cantidades muy grandes de enfriamiento y las estructuras de concreto reforzado que acostumbra usar llegan a tener diámetros del orden de 80.5 metros y alturas de340 pies. La conveniencia de diseño obtenida gracias al flujo constante del aire de las torres de tiro mecánico no se logra en un diseño de tiro natural.
El flujo de aire a través de la torre de tiro natural se debe en su mayor parte a la diferencia de densidad entre el aire fresco de la entrada y el aire tibio de la salida. El aire expulsado por la columna es mas ligero que el ambiente y el tiro se crea por el efecto de chimenea, eliminando con ello la necesidad de ventiladores mecánicos.
• CLASIFICACIÓN POR CIRCUITO .
SISTEMA DE RECIRCULACIÓN CERRADO : El agua circula dentro del sistema y no hay contacto con la atmósfera, en este tipo de sistema no hay perdidas por evaporación, ni por purgado.
SISTEMA DE RECIRCULACIÓN ABIERTO: En este tipo de sistema existe contacto con la atmósfera, por lo que existe perdidas por evaporación y por purgado.
• CLASIFICACIÓN POR FUNCIONAMIENTO:
Dependiendo del funcionamiento existen cuatro tipos básicos de sistemas de enfriamiento de aguas:
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Aire acondicionado
-Chiller (Enfriamiento rápido)
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Refrigeración
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Torres de enfriamiento /Condensador
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DIRECTO (DIAGRAMA 1)
T-1 TORRE DE ENFRIAMIENTO
B-1 BOMBA DE AGUA FRÍA
En este tipo de sistema el agua enfriada es bombeada directamente al proceso. En dicho proceso se lleva a cabo el intercambio de calor y el agua caliente es retornada a la TORRES DE ENFRIAMIENTO.
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO INDIRECTO (DIAGRAMA 2)
• LIQUIDO A ENFRIAR (ACEITE, AGUA O SALMUERA)
T-1 TORRE DE ENFRIAMIENTO
B-1 BOMBA DE AGUA FRÍA
IC-1 INTERCAMBIADOR DE CALOR
B-2 BOMBA DE LIQUIDO DE ENFRIAMIENTO
En este tipo de sistema el agua enfriada se bombea a un intercambiador de calor y este se retorna nuevamente a la TORRE DE ENFRIAMIENTO. En el INTERCAMBIADOR DE CALOR se lleva a cabo a la transferencia de calor entre el agua enfriada y un liquido que podría ser un aceite o alguna salmuera, este líquido es bombeado al proceso y retornado al INTERCAMBIADOR DE CALOR.
DIAGRAMA 3
En este tipo de sistema se emplean uno o más ventiladores para remover grandes cantidades de aire a través de la unidad. El tiro de aire forzado es enviado horizontalmente a través de las bandejas y contra las gotitas de agua. Las gotas que son arrastradas hacia arriba son detenidas por los deflectores ubicados en la parte alta de la torre.
DIAGRAMA 4
Una corriente de aire inducido sube por la torre a contracorriente de las gotas de agua que caen a través de las bandejas. El agua de mayor temperatura esta en contacto con el grueso de aire húmedo y el agua. La recirculación de aire caliente es despreciable debido a que los ventiladores envían este aire caliente bastante lejos.
DIAGRAMA 5
Esa torre provee de un flujo horizontal de aire, mientras el agua cae en cascada en pequeñas gotas que son cruzadas por la corriente de aire. La perdida de presión estática es pequeña debido a que existe menor resistencia al paso del aire. Los deflectores modifican la dirección del aire en el sentido del ventilador.
TORRE DE ENFRIAMIENTO ATMOSFÉRICO (DIAGRAMA 6)
El agua es pulverizada por las bandejas lo que incrementa la eficiencia de enfriamiento al presentar una mayor superficie húmeda. Las aberturas laterales permiten el paso del aire a través de la torre en toda su altura.
TORRE DE ENFRIAMIENTO DE TIRO NATURAL (DIAGRAMA 7)
El flujo de aire a través de la TORRE DE ENFRIAMIENTO NATURAL, se debe a la diferencia de densidad entre el aire fresco de la entrada y el aire tibio de la salida. El aire expulsado por la columna es más ligero que el del ambiente y el tiro se crea por el efect
