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El agua es el medio más comúnmente usado para remover el calor en exceso de alguna corriente, esto es debido a su abundancia en la naturaleza, las propiedades físicas que está presenta, así como las ventajas económicas y de manejo que tiene sobre otros medios.
Para los sistemas que utilizan agua como medio de enfriamiento, al intercambiar calor aumenta su temperatura, y este incremento hace variar las características del agua hace posible el surgimiento de los 3 problemas potenciales presentes en un sistema de enfriamiento los cuales son:
– Corrosión
– Incrustación
– Ensuciamiento microbiologico
De aquí surge la necesidad de contar con un problema de tratamiento efectivo y bien diseñado para minimizar los problemas que se pueden presentar y de esta manera lograr una mayor eficiencia en la operación del equipo y un mayor aprovechamiento del agua.
Tipos de sistemas de enfriamiento
Los sistemas de enfriamiento con agua se pueden utilizar en servicios cuya temperatura final sea superior a la temperatura ambiente,. En estos sistemas la remoción del calor de los equipos o procesos se lleva a cabo por tres tipos de sistemas de enfriamiento:
1. Sistemas de enfriamiento de un solo paso
2. Sistemas de enfriamiento cerrados
3. Sistemas de enfriamiento de recirculación abierta
- Sistemas de enfriamiento
de un solo paso - Sistemas de
enfriamiento cerrados - Sistemas de enfriamiento
de recirculación abierta
Debido a que los sistemas de enfriamiento de un solo paso, incluso de tamaño pequeño, utilizan volúmenes relativamente grandes de agua, estos son empleados generalmente solo donde existe agua disponible a una temperatura baja en grandes cantidades y abajo costo.
Generalmente la fuente de suministro de agua para los sistemas de enfriamiento de un solo paso es de pozos, ríos y lagos en los cuales el único tratamiento externo aplicado a las aguas utilizadas en estos sistemas, tomando de ríos y lagos, es un tamizado para remover objetos grandes que pueden dañar bombas y equipos intercambiadores de calor.
Estos sistemas son producto de la evolución tecnológica en los cuales el agua recircula a través de un circuito cerrado y está sujeta a cambios alternados de enfriamiento y calentamiento sin estar en contacto con el aire.
El calor absorbido por el agua es sistemas cerrados, normalmente es eliminado por un intercambiador agua de sistemas cerrado agua de sistemas abierto de recirculación donde posteriormente el calor es cedido a la atmósfera.
Los sistemas cerrados de enfriamiento son muy usados para el enfriamiento de motores de gas y compresores. Estos sistemas son también muy usados en sistemas de agua helada de aire acondicionado para transferir el enfriamiento al refrigerante que a su vez enfría el aire en las unidades lavadoras de aire.
Se tiene mejor control de las temperaturas del agua de enfriamiento a través de los equipos productores de calor, y debido a las pequeñas cantidades de agua que se repone simplifica enormemente el control de los problemas potenciales del lado del agua.
Los sistemas cerrados también reducen los problemas de corrosión debido a que el agua recirculada no está continuamente saturándose con oxígeno, como sucede en los sistemas abiertos.
Debido al creciente interés sobre la conservación del agua se ha establecido una gran demanda en programas de reutilización del agua. La industria se enfoca cada vez más a los sistemas de recirculación, donde el agua de enfriamiento puede ser usada una y otra vez.
En un sistema de recirculación abierta se incorpora una torre de enfriamiento o un estanque de evaporación para disipar el calor retirado del proceso o del producto. Este tipo de sistemas permite una extensa reutilización del agua y reduce la cantidad de agua de repuesto necesitada. Sin embargo, estos sistemas también intensifican el potencial de los 3 problemas principales que son: Corrosión, Incrustación y Ensuciamiento.
Un sistema abierto de recirculación toma agua del estanque o de la fosa de una torre de enfriamiento, y luego la regresa a través de la unidad de evaporación, donde el agua que se evapora enfría el agua que queda. El sistema de recirculación abierta repite este proceso de reutilización, tomando suficiente agua de repuesto para compensar el agua evaporada, así como la purgada del sistema para controlar el carácter químico del agua de recirculación.
Tipos de torres
Las torres de enfriamiento son ampliamente utilizadas para disipar calor mediante el agua. Este proceso se logra principalmente mediante la evaporación de parte del agua de enfriamiento, optimizando así el contacto entre el agua y el aire. El agua se distribuye uniformemente en la parte superior de la torre y cae en forma de lluvia a través del aire, utilizando empaques y rellenos para mejorar este contacto. La temperatura de bulbo húmedo del aire establece el límite más bajo para enfriar el agua mediante una torre de enfriamiento evaporativa. Sin embargo, diseñar una torre para igualar la temperatura del agua enfriada a la temperatura de bulbo húmedo no es práctico. La diferencia entre la temperatura del agua enfriada y la temperatura de bulbo húmedo se conoce como «aproximación».
Las torre de enfriamiento pueden clasificarse en dos tipos:
Las torres de tiro natural están diseñadas para aprovechar la diferencia de temperatura entre el aire ambiente y el aire caliente dentro de la torre. Este diseño crea un efecto de chimenea que hace que le aire frío en la parte baja de la torre empuje hacia fuera el aire caliente en la parte superior de la torre.
Las torres de tiro mecánico usan ventiladores para hacer pasar aire a través de la torre. Las torres de tiro mecánico se subdividen a su vez en dos tipos
En las torres de tiro forzado el aire se introduce en la parte inferior de la torre por medio de un ventilador, pasa a contracorriente con la cascada de agua y sale por la parte superior.
Las torres de tiro inducido se clasifican a su vez en dos tipos:
En las torres de tiro inducido a contra flujo el ventilador se coloca en la parte superior de la torre y las persianas se localizan en la parte inferior dando acceso al aire de tal manera que circula a menor velocidad en la sección de empacado y es descargado por la chimenea a alta velocidad. En estas torres las condiciones de transferencia de calor son mejor debido a que el aire más frío hace contacto con el agua más fría.
En las torres de tiro inducido a flujo cruzado las persianas de acceso de aire se localizan a todo lo alto de los costados opuestos de la torre de tal forma que el aire circula en forma perpendicular a la caída del agua consiguiendo enfriamiento más eficientes en la parte de acceso de aire y menores en la parte más interna. Estas torres tienen la ventaja de poseer un patrón de aire más sencilla, es decir, es mayor el flujo de aire que se consigue en estas con la misma cantidad de energía utilizada para el ventilador, comparándola con las torres a contra flujo.
Debido a las características de estos sistema de enfriamiento de recirculación abierta, los 3 problemas potenciales se intensifican de acuerdo a las consideraciones siguientes:
Corrosión. La causa principal del fenómeno de corrosión en estos sistemas es la cantidad de oxigeno disuelto en el agua de recirculación, debido a que el agua en contacto directo con el aire, constantemente se está saturando de oxigeno, por lo que sería incontable usar productos barredores de oxigeno razón por la cual se utilizan inhibidores de corrosión cuya función es evitar el contacto entre el electrolito (agua) que contiene el oxigeno y el metal del sistema mediante la formación de una película.
Incrustación. Las causas principales de la formación de incrustaciones en un sistema de enfriamiento son alto pH y / o cuando se exceden los limites de solubilidad de las sales presentes. Esto ocurre debido a que el agua se concentra ya que existe una evaporación y al concentrarse el contenido de sales se acerca a los limites de solubilidad que aunado a las temperaturas altas manejadas en intercambiadores críticos provocan la precipitación de estos.
Ensuciamiento microbiológico. Los desarrollos microbiológicos ocasionan diversos problemas como obstruccionamiento, aja en la transferencia de calor, corrosión y destrucción del equipo. Debido a que las condiciones de un sistema de enfriamiento son propicias para el desarrollo de diversos microorganismos por la temperatura que manejan, por la constante aportación de nutrientes ya que están abiertas al ambiente y por el contacto directo con la luz sola, estos sistemas están muy propensos a los problemas ocasionados por los desarrollos microbiológicos, que para su control se hace uso de productos químicos denominados biocidas.
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