Aires Acondicionados Portátiles Torre de Enfriamiento

¿Qué son las torres de refrigeración?

Con la torres de enfriamiento se logra bajar la temperatura del agua caliente generada por un circuito de refrigeración transfiriendo el calor al aire que circula dentro de la torre. Una de las maneras de favorecer la unión entre el agua y el aire es usando una malla o relleno. Aquí el agua ingresa por la parte de arriba y se divide de manera homogénea sobre el relleno empleando pulverizaciones.

De esta manera, se consigue un contacto efectivo entre el aire atmosférico y el agua. Este relleno incrementa el tiempo y la superficie de intercambio entre el aire y el agua. Cuando ya existe contacto entre estos dos elementos, se da lugar a una cesión de calor del agua hacia el aire, la cual se genera gracias a dos fenómenos que son: transferencia de calor por convección y transferencia de vapor desde el agua al aire. En consecuencia, se logra bajar la temperatura del agua gracias a la evaporación.

¿Cómo influye la transferencia de calor?

Debido a la transferencia de calor por convección se genera un flujo de calor en sentido del aire que envuelve el agua como consecuencia de la diferencia de temperaturas entre estos dos fluidos. La tasa de enfriamiento es bastante alta (aproximadamente 90% se debe al fenómeno difusivo). En el momento en que el aire se une con el agua, es creada una placa de aire humedecido encima de la capa de agua que cae por el intercambiador.

Esto sucede gracias a que la presión del aire húmedo que se mueve dentro de la torre es menor que la del aire. Como consecuencia, se produce un traspaso de vapor. Dicha masa de agua evaporada quita el calor latente de vaporización del líquido.

El calor latente se transfiere al aire, mediante lo cual se logra el enfriamiento del agua. De forma similar, se logra un aumento de la temperatura del aire. Es importante destacar que a la diferencia de temperatura que se encuentra entre el aire y el agua se le llama aproximación o acercamiento. Este valor representa el límite de enfriamiento que puede alcanzar un líquido, en este caso el agua.

El calor latente es la energía que se transfiere de un cuerpo al otro y que tiene la capacidad de cambiar el estado del cuerpo.

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¿Cómo está compuesta una torre de enfriamiento?

Este sistema de enfriamiento cuenta con los siguientes componentes:

• Relleno.
• Sistema de distribución.
• Sistema de aspersión.
• Separador de gotas.

No importa cuál sea la aplicación o el tamaño que tenga la torre de refrigeración, los componentes mostrados en la lista anterior siempre serán los mismos, ya sea que se trate de una torre de enfriamiento de circuito abierto como en torres de circuito cerrado.

Estructura

El esqueleto de las torres de refrigeración y el soporte de los dispositivos de refrigeración pueden ser fabricados en dos materiales que son: el metal y el poliéster reforzado con fibra de vidrio PRFV o también con ambos. Cuando se trata de torres montadas en el campo, las cuales tienen un gran tamaño también puede ser empleado otro tipo de material como el hormigón.

El relleno

Este es uno de los elementos más importantes de una torre de enfriamiento de circuito abierto, puesto que por medio de él ocurre el intercambio de calor entre el aire y el agua. En pocas palabras, son el corazón de los dispositivos de refrigeración evaporativa. Cuando se trata de una torre de circuito cerrado, el relleno o batería está compuesto por un tubo cerrado también llamado serpentín por medio del cual se mueve el agua.

Como no se encuentra en contacto con el aire, el agua siempre permanece limpia mientras que ocurre el proceso de enfriamiento. Ahora bien, con las torres de circuito abierto es probable que el agua se contamine y según la calidad de la misma es fundamental tener en cuenta el tipo de paquete de relleno indicado. Estos rellenos pueden ser de onda cruzada, de ondas verticales, verticales no cruzados y rellenos “splash”.

Sistema de distribución

Este mecanismo se construye con tubos de PVC y boquillas o por medio de canales abiertos. Estos dos sistemas garantizan la distribución del agua sobre el relleno en el caso de las torres abiertas o sobre la batería en el caso de los sistemas de refrigeración cerrados.

El separador de gotas

Este componente se localiza encima del sistema de distribución. Su función es conservar las diminutas gotas de agua para que no sean arrastradas hacia afuera debido al caudal de aire del ventilador.

Ventilador

Ya sea de tipo axial o centrífugo, el ventilador es el único componente mecánico móvil que obliga la evaporación del agua que se requiere para que ocurra el enfriamiento. Su elección dependerá del diseño de la torre y él establecerá la operación y un mínimo consumo del sistema.

Todos estos componentes tienen una única función, la cual es enfriar el agua. No obstante, existen dos puntos clave para que esto se lleve a cabo y estos son el agua y el vapor. Esto funciona cuando el agua ingresa por el domo pasando por los ventiladores o por boquillas que ayudan a distribuir el agua en gran parte de la superficie de la torre.

2 puntos que debes tomar en cuenta de las torres de enfriamiento

1. Materiales de las torres de refrigeración

Es importante tomar en cuenta el tipo de agua que se quiere enfriar. Esto afecta directamente los materiales de construcción y determinará el tipo de relleno más indicado. De este modo, si el agua es ácida o particularmente abrasiva es más conveniente emplear materiales inoxidables o fibra de vidrio, los cuales resisten el contacto con gran parte de agentes químicos.

3. Tamaño de una torre de enfriamiento

Para dimensionar correctamente la torre de enfriamiento de agua hay que considerar cuatro puntos importantes: la temperatura del agua que ingresa a la torre, la cantidad de energía térmica que se desea disipar, las condiciones termo-higrométricas (humedad, temperatura) de la zona de instalación y la temperatura que se desea alcanzar en la salida.

El tercer punto es el más valioso de todos, ya que con él se puede determinar con exactitud la temperatura del bulbo húmedo que, como ya habíamos mencionado anteriormente, precisa cuáles son las peores condiciones ambientales. Además de eso, define cuál es el límite que suele alcanzar el agua enfriada por la torre.

Gracias a estas condiciones se garantizan las temperaturas de diseño que se requieren para que el sistema disipe la carga térmica apropiadamente. El bulbo húmedo tiene una temperatura media de 10 °C menos que la temperatura del ambiente.

También está la aproximación, que no es más que la discrepancia entre la temperatura del agua enfriada y la del bulbo húmedo. Mientras que menor sea la aproximación requerida para el agua de salida, mucho mayor será el tamaño de la torre. Este valor de aproximación se encuentra entre los 2 y 6°. Este rango cumple con los requerimientos de las plantas modernas.

¿Cuáles son los tipos de torres de enfriamiento?

Las torres de enfriamiento de agua se clasifican según la manera en la que se mueve el aire dentro de ellas. Están las de circulación natural y las de tiro mecánico. En las de circulación natural la manera en que se mueve el aire es de acuerdo con las condiciones ambientales y climáticas. Mientras que en las de tiro mecánico se emplea ventilación para mover el aire a través del intercambiador.

Torres de circulación natural

A su vez, estas se clasifican en torres de tiro natural y torres atmosféricas. Las de tiro natural son aquellas en las que el aire entra por una gran chimenea que está ubicada encima del relleno. La razón por la que esto ocurre es porque la diferencia de densidades del aire atmosférico y el aire húmedo caliente.

Otro punto importante es la diferencia de velocidades entre el viento que se mueve arriba de la chimenea y la velocidad entre el viento que circula en el suelo, ya que ayudan a determinar el flujo de aire. Por estas dos razones es que las torres deben tener una gran altura y también una sección transversal bastante grande para favorecer el movimiento del aire ascendente.

Cabe destacar que no es posible emplear rellenos muy compactos debido a que la resistencia al flujo de aire tiene que ser baja. Por lo general, este tipo de torres son utilizadas en centrales térmicas y muy pocas veces en plantas industriales, porque la inversión inicial para tener este tipo de sistema es alta.

Torres de enfriamiento atmosféricas

Emplean las corrientes de aire de la atmósfera. En este caso, el aire se desplaza horizontalmente y el agua de forma cruzada. De igual forma, tienen una gran altura y una sección transversal pequeña, además de que se deben instalar en lugares amplios y despejados de manera que no haya ninguna traba que no permita que el aire circule a través de la torre.

El coste de la torre de enfriamiento atmosférica es alto gracias a su tamaño, aunque en términos de mantenimiento el gasto es reducido porque no emplean partes mecánicas móviles. Además, es una opción comparativamente mucho más económica que ayuda con algunas necesidades de refrigeración. No obstante, se debe asegurar que trabajará de manera frecuente a vientos con velocidades iguales o por encima de los 8 km/h.

Cuando la velocidad media del viento es baja, el coste fijo y de bombeo incrementan en gran medida y no equilibra el ahorro del coste de ventilación. La temperatura promedio del agua fría que se consigue con una torre atmosférica es menor a la que se logra con una torre de tiro mecánico que ha sido diseñada para condiciones de uso similares. Esto es así porque la velocidad del viento real por lo general es menor.

En pocas palabras, la temperatura de salida del agua depende de la velocidad y dirección del viento. Además, con ellas no se puede obtener una aproximación pequeña. Con el tiempo se hicieron más escasas, entrando en desuso por completo.

Torres de tiro mecánico

Al contrario de lo que ocurre con las torres de circulación natural, aquí existe una gestión total sobre el flujo de aire suministrado. Son torres de tamaño compacto, que cuentan con una sección transversal y una altura de bombeo cortas.

Con estas torres es posible controlar la temperatura del agua de salida de forma exacta. Además, los valores de aproximación son pequeños (de 1 °C o 2 °C, pese a que normalmente es de 3 °C o bien 4 °C). Dependiendo de cómo se ubique el ventilador están dos tipos que son: tiro cruzado o tiro inducido.

Torres de tiro forzado

El funcionamiento de la torre de enfriamiento de tiro forzado es distinto. En este caso el aire se descarga lentamente por la parte superior de la torre. Estas torres son de flujo contracorriente y son más efectivas que las de tiro inducido, ya que la presión dinámica transformada a estática se encarga de hacer un trabajo útil.

El aire que se traslada es aire frío que tiene una densidad mayor que en el caso de las torres de tiro inducido. Gracias a esto, el equipo mecánico tiene una vida útil mucho mayor, mientras que el ventilador opera con aire frío y no saturado, el cual es menos corrosivo.

Torres de tiro inducido

Ellas pueden ser de dos maneras: flujo cruzado o a contracorriente. En las de flujo a contracorriente el aire se desplaza de manera vertical por medio del relleno, por lo que el flujo de aire y agua disponen de la misma orientación. Ellas cuentan con una ventaja y es que el agua fría está en contacto con el aire seco, obteniendo un gran rendimiento.

Aquí el aire entra por medio de una o más paredes de la torre debido a lo cual se reduce la altura de la entrada de aire. Por otro lado, gracias a la alta velocidad a la que entra el aire en la torre, cabe la posibilidad de que entre suciedad y otras partículas extrañas. La resistencia del aire que sube frente al agua que desciende significa que existe una pérdida de presión estática, por lo que hay un aumento de la potencia de ventilación que es mucho mayor que con las torres de flujo cruzado.

Torres de flujo cruzado

Aquí el aire se mueve perpendicularmente con respecto al agua que se encuentra descendiendo. Su tamaño es menor a las de flujo a contracorriente, siendo su altura las dimensiones del relleno. Su mantenimiento no es tan complicado gracias a que se pueden inspeccionar fácilmente los distintos elementos de la torre.

La ventaja principal es que no son recomendables en las situaciones en las que se necesite un salto térmico grande y un acercamiento pequeño. Esto significaría una potencia de ventilación mayor y una sección transversal más grande que en las torres de flujo contracorriente.

¿Cuáles son sus principales aplicaciones?

Tal como se mencionó al inicio de este artículo, las torres de refrigeración son empleadas en mecanismos de evaporación usados para la producción de energía, refrigeración o acondicionamiento civil. Es mucho más común ver este tipo de mecanismos cuando se trata de evaporación, sobre todo en plantas de potencial media y alta.

Torre de enfriamiento: La mejor solución para grandes potencias

Todos los mecanismos de refrigeración significan una alternativa considerable si la potencia térmica a disipar es pequeña (por debajo de 1 MW). No obstante, cuando se trata de potencias muy superiores entonces el coste puede llegar a ser bastante elevado.

Para este último caso el líquido que se quiere enfriar puede ser agua o una mezcla entre agua y glicol, el cual se traslada a través de un serpentín de tubos lisos. Dichos tubos se humedecen externamente con agua que al evaporarse extraen el calor del líquido que permanece en la parte interna del serpentín.

Torre de enfriamiento con intercambiadores de calor

Cuando se quiere enfriar indirectamente las torres evaporativas de circuito cerrado son la opción más recomendada. Esto sucede porque es preferible que la sustancia de refrigeración no se contamine por estar en contacto con el aire.

Ahora, si se quiere conseguir que una de circuito abierto realice enfriamiento indirecto, se puede lograr, pero deben utilizar rellenos específicos. Debe combinarse con una batería de placas o en su defecto con un intercambiador de haz de tubos. El primero tiene como ventaja que la sección transversal de evaporación y el intercambiador de tubo liso están unidos en un solo equipo, por lo que si se refiere a coste y a espacio entonces es una buena alternativa.

Torre de enfriamiento unida a condensadores refrigerados por agua

Otro campo en el cual se desempeñan bien las torres de enfriamiento es en la refrigeración civil, industrial y comercial. Es posible encontrarlas fusionadas con un condensador de unidades enfriadas por agua y en unidades de absorción.

Algunos ejemplos de aplicaciones de una torre de enfriamiento

A continuación, te mostraremos algunos ejemplos de las áreas en las cuales se pueden utilizar las torres de refrigeración:

• Centrales térmicas, nucleares, de carbón y geotérmicas.
• Plantas de gas y petróleo.
• En la producción de plástico.
• Tratamiento térmico de metales como acerías y fundiciones.
• Cogeneración y trigeneración.
• Refinerías.
• Supermercados en combinación con enfriadores.
• Plantas de producción pequeñas como heladerías.
• Sistemas de aires acondicionados en edificios civiles e industriales.

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Cuando se quiere fabricar un mecanismo de refrigeración civil o industrial, hay que tener mucho cuidado al elegir entre cada uno de ellos, pues dicha elección depende de algunos criterios importantes. Particularmente, hay que considerar las temperaturas de funcionamiento requeridas, así como las condiciones ambientales del entorno donde se quiera llevar a cabo la instalación.

Un ejemplo de esto sería si se quiere que la temperatura del líquido enfriado sea menor que la temperatura del ambiente. En ese caso es mejor optar por un sistema evaporativo, en donde la temperatura límite será la temperatura del bulbo húmedo.

Por su parte, los sistemas de evaporación en seco funcionan mediante un intercambio sensible, el cual tiene una eficiencia menor que el intercambio de evaporación latente. En este tipo de sistemas, el límite lo determina la temperatura del fluido de refrigeración, en pocas palabras, el aire del ambiente. Para poder enfriar el líquido y llevarlo a una temperatura mayor que la temperatura ambiental es necesario usar un chiller.

Otra alternativa es construir un sistema adiabático donde la temperatura del fluido sea igual o un poco menor a la del ambiente. Con todo lo explicado anteriormente, podemos concluir que no existe un mecanismo de refrigeración ideal. Es necesario elegir dependiendo de las condiciones ambientales y los requisitos de diseño.

Esto quiere decir que se debe tratar de obtener un consumo energético óptimo y disminuir el espacio, pero garantizando que el sistema pueda trabajar el máximo. Para terminar, están las unidades de refrigeración que se componen de máquinas que usan partes mecánicas para conseguir refrigeración, en lugar de medios naturales como el agua y el aire, como es el caso de los compresores y los evaporadores.

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¿Cuál es el mantenimiento y tratamiento que requiere una torre de enfriamiento?

Adiabático: es un proceso termodinámico en el que no se intercambia calor con el entorno. Obligatoriamente el calor del sistema debe permanecer constante.

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Las torres de enfriamiento necesitan de un mantenimiento periódico. Gracias a que su construcción es bastante simple ellas no requieren de una atención muy detallada, más bien se deben vigilar algunos puntos que, aunque sean simples garantizan su buen funcionamiento.

Lo primero que hay que tener en cuenta es el tratamiento que se le da a las aguas de refrigeración. No solo hay que considerar el tipo de agua, también se debe tener en cuenta cómo es controlada y acondicionada de manera que no se dañe, claro, en términos físico-químicos.

Cuando se le otorga un correcto mantenimiento se previene la creación de depósitos e incrustaciones en las torres que comúnmente se hallan en la planta. Además, se obtiene una gran reducción en la proliferación de sustancias orgánicas como algas o bacterias que pueden causar diversas enfermedades.

Si la torre de refrigeración permanece limpia será mucho más eficiente y, por ende, tendrá la capacidad de brindar un excelente rendimiento con un consumo mínimo en aspectos como la electricidad y el agua evaporada.

¿Qué son las purgas y cómo benefician a una torre de enfriamiento?

Como te hemos explicado en este artículo, las torres de enfriamiento consiguen bajar la temperatura del agua a través de la evaporación forzosa de una cantidad de agua. La cantidad de calor que tiene que disiparse es proporcional a la cantidad de agua evaporada. Generalmente, por cada 600 Kcal de carga térmica suprimida se pierde por lo menos 1 litro de agua.

En los sistemas de refrigeración este es un punto importante, pues el agua que se pierde es necesario reincorporarla de alguna manera al circuito. La reincorporación del agua es recomendable hacerla a través de su acondicionamiento. Así, no ocurrirán depósitos e infiltraciones en el circuito que suceden gracias a las sales del agua de evaporación que persisten en el excedente de agua.

Es por esto que resulta indispensable controlar que esta concentración no supere un cierto límite. Por lo general, para evitar esto basta con realizar un tratamiento antical, una purga parcial del líquido del circuito y un método biocida para mantener estos niveles a raya.

El agua que se evapora es producto del calor disipado, por lo que no es posible modificarla cuantitativamente. Es por esto que el agua purgada se transforma, para mantener la cantidad de sales disueltas dentro de los límites permitidos.

¿Cómo controlar la purga?

Una manera de saber cuándo realizar la purga es midiendo la conductividad eléctrica para controlar la calidad del agua que contiene el circuito. Se puede mantener la conductividad controlada a través de tratamientos antical. La realización de estas purgas reduce la pérdida de agua y mantiene el sistema de refrigeración funcionando óptimamente, disminuyendo la frecuencia con la que se cambian las piezas de la torre propensas al desgaste.

En consecuencia, lo más conveniente para la planta sería elegir soluciones en las que se integren dispositivos que estén enfocados en controlar la calidad del agua. Esto se puede tratar directamente con el fabricante.

Políticas correctas de construcción de una torre de enfriamiento

Los elementos que integran las torres de enfriamiento se ven favorecidos cuando se les gestiona de manera adecuada. Los intercambiadores de calor tienen mayor durabilidad, los ventiladores y los motores trabajan en condiciones idóneas. Si el agua es corrosiva, entonces, se corre el riesgo de dañar algunas piezas frágiles de dichos elementos.

Para poder alcanzar un buen manejo y mantenimiento, lo más recomendable es seguir las instrucciones que proporciona el fabricante. Estas condiciones tienen que seguirse al pie de la letra (todo lo relacionado con el mantenimiento frecuente, controles y factores físico-químicos para la circulación del agua).

Preguntas frecuentes sobre torres de enfriamiento

¿Qué significa la temperatura del bulbo húmedo?

Cuando hablamos de la temperatura del bulbo húmedo nos referimos a cuáles son las condiciones más desfavorables con respecto a la humedad relativa y a la temperatura del área donde se encuentra instalada. Mediante esta magnitud se puede comprender más fácilmente cómo funcionan las torres de enfriamiento húmedo. Este valor puede tomarse como una referencia muy aproximada de la temperatura de salida que puede alcanzar la torre.

¿Las torres de enfriamiento son eficientes?

Gracias a que son realmente eficientes en cuanto a la relación de coste por potencia disipada, estas torres son los equipos de refrigeración de mayor uso en la industria. Esto se debe principalmente a que no tienen ningún tipo de pieza móvil (a excepción del ventilador) y que su gasto energético es menor a diferencia de otros mecanismos de refrigeración.

Son eficientes sobre todo cuando necesita disipar grandes cantidades de calor. Por ejemplo, en plantas químicas, centrales eléctricas, etc. Además, el agua refrigerada alcanza temperaturas menores a la temperatura ambiente, mientras que con sistemas no evaporativos esto no ocurre así, ya que utilizan intercambio de calor latente lo que los obliga tener un límite de temperatura (la temperatura de bulbo húmedo).

¿Cuál debe ser la calidad del agua de refrigeración?

El tipo de agua que se utilizará para enfriar determina qué materiales se debe utilizar para construir la torre de refrigeración. Además, definirá el tipo de relleno que sea más idóneo para la misma. Cuando el agua presenta acidez o es agresiva, es importante emplear materiales que sean inoxidables o la fibra de vidrio. La fibra de vidrio no se daña en presencia de diversos componentes químicos.

Si existe la posibilidad de que el agua se contamine en el proceso trayendo consigo agentes contaminantes, es indispensable realizar una evaluación sobre el tipo de relleno más indicado. En este caso, existen diversos tipos de rellenos como los anti-incrustantes, canales verticales no cruzador y los tradicionales packs que se fundamentan en el arrastre de gotas.

Conclusiones generales sobre torres de refrigeración

Cómo te has dado cuenta, a nivel industrial, las torres de refrigeración son uno de los mecanismos más utilizados gracias a las múltiples ventajas que ofrecen. Aunque su instalación sea costosa, a la larga, el uso de las mismas garantizará un menor consumo energético y en consecuencia menos gasto eléctrico. Esperamos que esta información sea de gran ayuda si estás buscando instalar una torre de enfriamiento. No te olvides de compartir este artículo en tus redes y visita nuestro sitio web para que te enteres de todo lo último en cuanto a aires acondicionados portátiles del mercado.