Analisis y Elaboración de una torre de Enfriamiento

INTRODUCCIÓN

Una torre de enfriamiento es una estructura fabricada para optimizar tiempo y recursos, que consiste en enfriar grandes cantidades de agua, extrayendo el calor del agua mediante evaporación o conducción, este tipo de equipos son utilizados normalmente en plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural, y otras instalaciones industriales. Existen diversos procesos de enfriamiento que implican la exposición del agua al aire en diferentes grados, unos más sustentables que otros, generalmente están constituidos con materiales como el plástico o la madera. El proceso de este mecanismo consiste en introducir el agua por una cúpula de la torre por medio de agujeros o por ranuras para distribuir el agua en la mayor superficie posible.

En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de refrigeración mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre. A fin de mejorar el contacto aire-agua, se utiliza un entablado denominado relleno. El agua entra en la torre por la parte superior y se distribuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un contacto óptimo entre el agua y el aire atmosférico.

CAPÍTULO I: El PROBLEMA

Problema: Construir una torre de enfriamiento prototipo para la minoración del tiempo devengado en las industrias.

1. Planteamiento del problema

Los procesos o métodos utilizados en varias empresas no logran reducir el tiempo vertido en su producción, por lo que se presenta una vía alterna, para solucionar los diversos inconvenientes que les permitirá ser eficaces, y reducir gastos que provocan ciertos métodos de enfriamiento sumamente lentos.

1. Objetivo general

Construir una torre de enfriamiento prototipo para la minoración del tiempo devengado en las industrias.

1.3 Objetivos específicos

• Elaborar una investigación exhaustiva en base a los diferentes diseños de torres de enfriamiento y su uso correspondiente.
• Certificar la efectividad del uso de las torres de enfriamiento en las industrias.

•  Optimización de los recursos del equipo productivo.

1.  Justificación

Para la elaboración de este proyecto se tiene como propósito construir un prototipo de una torre de enfriamiento, donde se demuestre la interacción entre la presión del aire y el agua, llamándose así este fenómeno como evaporación.

Las industrias que manejan este mecanismo de energía son beneficiadas porque mejoran el tiempo de producción, logrando así una fabricación muchos más efectiva y favorecida.

1.  FODA

1. Fortalezas

• Extensa información fundamental sobre el tema.
• Diseños alternos para su elaboración física.
• Aporte en beneficio para el medio ambiente.

1. Oportunidades

• Potencial optimización de tiempo y recursos.
• Reutilización de la materia prima para los mismos fines.
• Inalterabilidad estabilidad frente a ataques químicos.

1. Debilidades

• Falta de conocimiento maniobrable para desarrollar el objeto.
• Consumidores con escaso poder de compra.
• Condiciones de financiamiento.

1. Amenazas

• Escasos recursos materiales para su construcción.
• Obstrucción con residuos y suciedad en los canales.
• El comportamiento de la correlación entre el aire y el agua con respecto al flujo del aire.

Capítulo II: MARCO TEÓRICO

2.1 Antecedentes del trabajo

    “Los primeros sistemas de enfriamiento fueron simples estanques, llamados estanques de enfriamiento, los estanques pueden ser naturales o artificiales, en los cuales el agua fría es tomada desde un lado del estanque y la caliente regresa por el otro. El enfriamiento se produce por evaporación en la superficie libre. En algunos casos el agua caliente se lanza al aire hacia el estanque (estanque de aspersión).

     Esto aumenta la evaporación y la transferencia de calor de manera significativa, debido a que el área superficial del agua aumenta considerablemente al dividirse en pequeñas gotas. Esto fue pronto mejorado por la instalación de rociadores que incrementaban el contacto entre el aire y el agua.

     La implementación en el sector industrial, de reemplazar agua caliente de sus maquinarias por agua fría para satisfacer ciertos procesos en los equipos de transferencia de calor y para obtener resultados eficientes balance original dela transferencia de energía. Así como la conservación y el reúso de este precioso y versátil recurso, es obligatorio en todo lugar que es considerado propio para

el desarrollo. Nos percatamos que tomando en cuenta lo anterior la necesidad parte el impacto ambiental que pueda causar el descargar gran cantidad de agua caliente en un estuario lago, o río, donde los habitantes de estos están acostumbrados a un cierto nivel de temperatura, se hace una realidad un proceso de enfriamiento y reúso de agua, conservando así este importante recurso natural, no sumamente abundante. Dando una ayuda significativa a este fin, nace la torre de enfriamiento de agua. Esta tuvo sus inicios originalmente como una fuente en la que el agua se lanzaba hacia arriba y se enfriaba al tener contacto

con el aire que circulaba, pero se tenían pérdidas considerables por arrastres de agua dependiendo de la velocidad de este las cuales se estimaban del orden de 5 al 10 V, desperdiciando con esto mucha agua, y sin tener control en la temperatura de agua fría obtenida, notándose además que a menor temperatura

de agua fría deseada mayor debe ser el área de superficie del agua expuesta al paso del aire.

     Se trató entonces, de darle un poco de más enfriamiento, así como tener un mayor control de la temperatura de agua fría, colocando en la parte superior el tubo que esparcía el agua caliente. Como todavía no se lograba el control sobre el arrastre de la misma, por el aire y tampoco sobre la temperatura de agua fría, se le pusieron unas mamparas alrededor del tubo y del recipiente de agua fría, evitando con ello el arrastre de agua, y puesto que el aire que entraba por las mamparas, al tener contacto con el agua se calentaba y tendía a elevarse, provocando con ello un efecto circulante de aire hacia el interior de la torre, obteniendo mejor control sobre la temperatura del agua fría, naciendo así la primera torre de enfriamiento en forma estudiada” (pdf, 2009).

2.2 Bases Teóricas

     “Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua en grandes volúmenes, extrayendo el calor del agua mediante evaporación o conducción. El proceso es económico, comparado con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor, donde el enfriamiento ocurre a través de una pared.

     El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible. El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a través de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente o a flujo cruzado con una temperatura menor a la temperatura del agua, en estas condiciones, el agua se enfría por transferencia de masa (evaporación), originando que la temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura límite de enfriamiento del agua es la temperatura del aire a la entrada de la torre. Parte del agua que se evapora, causa la emisión de más calor, por eso se puede observar vapor de agua encima de las torres de refrigeración” (quiminet., 2006).

    “Las torres de enfriamiento de circuito cerrado o enfriadores de fluido funcionan exactamente igual que las de tipo abierto, pero disipan la carga térmica del fluido del proceso en el aire ambiental a través del intercambiador de calor. Esto aísla el fluido del proceso del aire externo, manteniéndolo limpio y libre de contaminación en un circuito cerrado y creando dos circuitos de fluido independientes:

1. un circuito externo, en el que el agua de pulverización circula sobre la batería y se mezcla con el aire exterior.
2. un circuito interno, en el que el fluido de proceso circula dentro de la batería.

Durante la operación de enfriamiento evaporativo, el calor va desde el circuito interno, a través de la batería al agua de pulverización, y después a la atmósfera cuando se evapora una parte del agua.

Las principales ventajas de los enfriadores de fluidos son:

• Circuito de enfriamiento libre de contaminación
• Funcionamiento en seco en invierno
• Reducido mantenimiento del sistema
• Disminución de los costes generales de sistema, gracias al ahorro anual en mantenimiento, agua, energía y tratamiento del agua” (baltimoreaircoil., 2017)

2.3 Clasificación de torres de enfriamiento

     “Las torres de enfriamiento se clasifican de acuerdo con los medios por los que se suministra el aire. Todas emplean hileras horizontales de empaque para suministrar gran superficie de contacto entre al aire y el agua.

Torres de tiro mecánico

• Tiro inducido: El aire se succiona a través de la torre mediante un abanico situado en la parte superior de la torre.
• Tiro forzado: El aire se fuerza por un abanico en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior.

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