INTRODUCCIÓN

Las torres de enfriamiento son sistemas mecánicos destinados a enfriar masas de agua en procesos que requieren una disipación de calor.

El principio de enfriamiento de estos equipos se basa en la evaporación, el equipo produce una nube de gotas de agua bien por pulverización, bien por caída libre que se pone en contacto con una corriente de aire.

La evaporación superficial de una pequeña parte del agua inducida por el contacto con el aire, da lugar al enfriamiento del resto del agua que cae en la balsa a una temperatura inferior a la de pulverización.

El uso más habitual de estos equipos está asociado a los sistemas de refrigeración, tanto en aire

Acondicionado como en producción de frío (hostelería, alimentación, laboratorios, etc.), sin embargo, en el ámbito industrial estos equipos se usan para el enfriamiento de cualquier parte de un proceso que genere calor y deba ser disipado (por ejemplo, procesos de molienda que generan calor por fricción, enfriamiento de reacciones exotérmicas, disipación de calor residual en centrales de producción de energía eléctrica, etc.).

La figura 1 representa el esquema de una torre como parte de un sistema de refrigeración de un edificio y la figura 2 el esquema de una torre asociada a un proceso industrial genérico. Un gran número de torres se destinan a refrigeración de procesos industriales.

Los condensadores evaporativos son equipos, por estructura y función, muy similares a las torres de refrigeración pero la principal diferencia estriba en el uso y modo de funcionamiento. Los condensadores están destinados a la condensación de gases en general (butano, propano, butileno, pentano, CO2, vapor de agua, etc.), así como a la condensación de gases refrigerantes en los sistemas de acondicionamiento de aire y frío industrial.

El agua se pulveriza directamente sobre un sistema de conductos en cuyo interior circula un refrigerante inicialmente en estado gaseoso y que por el enfriamiento del agua pasa a estado líquido. El refrigerante circula por un circuito totalmente independiente sin contacto con el agua.

1. El primer circuito mueve el agua de condensación almacenada en la balsa de la torre hasta el intercambiador de calor (condensador) donde el gas refrigerante se condensa. En la condensación el refrigerante cede calor al agua que se transporta a su vez de vuelta a la torre donde se pulveriza y se pone en contacto con la corriente de aire ascendente para conseguir su refrigeración por evaporación parcial. Este es el único circuito realmente peligroso desde el punto de vista de transmisión de legionelosis, ya que es el único que puede emitir aerosoles al ambiente.

2. El segundo circuito, transporta el refrigerante, un compuesto químico que tiene la particularidad de ceder o absorber gran cantidad de calor cuando cambia de estado. Para facilitar el cambio de estado se somete al refrigerante a cambios de presión, mediante un compresor se aumenta la presión del refrigerante en estado gaseoso y éste comienza a condensar cediendo calor que se absorbe a través del contacto indirecto con el agua fría procedente de la balsa de la torre.

La presión se libera mediante una válvula de expansión que produce el cambio de líquido a gas del refrigerante en el evaporador, así como su enfriamiento. En este punto el refrigerante se pone en contacto con un tercer circuito de agua.

3. El tercer circuito es el encargado de transportar el agua refrigerada en el evaporador hasta las baterías de frío de las denominadas unidades de tratamiento de aire (UTA). Las baterías permiten el contacto indirecto (a través de tubos y aletas similares a un radiador de vehículo) del agua refrigerada con el aire interior de las salas a climatizar, produciendo un continuo enfriamiento del aire.

En la figura  se aprecia un único circuito de agua que realiza constantemente un ciclo en el que se produce una pulverización para promover su evaporación parcial y por tanto disminuir su temperatura al caer a la balsa.

El agua de la balsa refrigerada se envía al punto del proceso industrial que se desea refrigerar y se pone en contacto a través de un intercambiador de calor o sistema similar, normalmente no se produce mezcla del agua con los elementos a refrigerar sino que se realiza un contacto indirecto a través de tuberías, intercambiadores, camisas de refrigeración, baños, etc.

EVOLUCIÓN TÉCNICA

Los sistemas de refrigeración por efecto de la evaporación de agua se han empleado con fines industriales y/o para el acondicionamiento del aire desde principios del siglo pasado. Los principios y técnicas no ha variado sustancialmente ya que la base del sistema es muy sencilla, sin embargo especialmente en los últimos años ha habido una evolución sustancial en cuanto a la calidad de los materiales y la accesibilidad de las instalaciones.

Actualmente los conocimientos técnicos han llevado a la eliminación del uso de rellenos de celulosa, madera o fibrocemento que anteriormente eran bastante comunes. La legislación vigente no permite la utilización de estos materiales porque favorecen el crecimiento microbiológico.

DESCRIPCIÓN

En este apartado se describen los tipos de torres por distintas categorías y la terminología específica de estas instalaciones.

Torres de refrigeración

Hay equipos de múltiples tamaños y estructuras según la potencia a disipar, el fabricante, los materiales, etc., sin embargo podríamos clasificar las torres de refrigeración en dos grandes categorías:

• Equipos de tiro natural

• Equipos con ventilación mecánica

Torres de refrigeración y condensadores evaporativos.

Equipos de tiro natural

Hay varios tipos de equipos de tiro natural, entre ellos destacan:

Equipos basados en efecto chimenea

En los que el agua pulverizada genera un punto caliente en la parte baja de la torre e induce el movimiento ascendente del aire habitualmente en contracorriente.

Estos equipos se emplean casi exclusivamente en grandes industrias y en centrales de producción de energía eléctrica (térmicas, nucleares, etc.), en general, sistemas que necesitan mover y refrigerar grandes cantidades de agua.

Estas instalaciones habitualmente no disponen de separadores de gotas, debido a la elevada perdida de carga que provocan estos elementos que disminuyen excesivamente el flujo de aire.

No obstante, dada su elevada altura y geometría, la emisión de aerosoles es muy limitada.

Los equipos de tiro natural por efecto venturi

Son muy poco utilizados en España, pero sirven para disipación de cargas térmicas medias/bajas.

En cualquier caso las instalaciones de tiro natural se emplean en un pequeño porcentaje de las aplicaciones de torres de refrigeración en nuestro país.

Equipos con ventilación mecánica

• Equipos de tiro forzado

Los equipos con ventilación mecánica denominados de tiro forzado, disponen de ventiladores (normalmente de tipo centrifugo salvo en las instalaciones industriales que ocasionalmente son axiales) ubicados en la parte baja de la torre que impulsan el aire al interior de la misma sobre presurizando e impulsando por tanto su salida por la parte superior a través del relleno, el esquema general y una foto de un típico equipo de estas características.

El agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a través del relleno (3),cuya misión es incrementar el tiempo de retención y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuyo único punto de entrada es a través del ventilador. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso.

• Equipos de tiro inducido

Los equipos de tiro inducido a diferencia de los anteriores funcionan en depresión, es decir el ventilador, localizado en la parte superior de la torre, extrae aire del interior de la unidad que se renueva a través de aperturas localizadas en la parte baja de la misma, según se puede apreciar en la fotografía y el esquema mostrados.

El agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a través del relleno (3), cuya misión es incrementar el tiempo de retención y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuya zona de entrada es a través de las aperturas laterales. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso.

• Condensadores evaporativos/Torres a circuito cerrado

Los condensadores evaporativos y las torres a circuito cerrado son equipos en los que el relleno se sustituye por un serpentín que realiza la condensación directa del gas refrigerante en el caso de condensador evaporativo y actúa de intercambiador de calor en el caso de una torre a circuito cerrado, la figura 6 nos muestra un ejemplo de esquema junto a una fotografía exterior de un equipo.

El agua (1) se pulveriza desde la parte superior del condensador/ torre a circuito cerrado (2) sobre el serpentín (condensador o intercambiador de calor) (3), en cuyo interior se condensa el refrigerante o se realiza el intercambio de calor. El aire se introduce sólo a través del ventilador

(4). El agua de balsa de la torre (5) se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo (1).

• Equipos mixtos

Estos equipos disponen de un sistema de doble batería de condensación, se denominan mixtos porque pueden funcionar como condensadores por aire en las épocas frías y como condensadores evaporativos en épocas cálidas. En la figura  se puede encontrar un esquema de este tipo de instalación, junto a una fotografía de un equipo.

Estos equipos disminuyen la visibilidad del penacho de emisión de gotas en época cálida y lo eliminan en modo condensación por aire. Su principal limitación es el alto coste de la inversión.

El agua (1) se pulveriza desde la parte superior de la torre (2) entre dos serpentines (intercambiador de calor) (3), en cuyo interior se condensa el refrigerante. El aire se introduce sólo a través del ventilador (4). El agua de balsa de la torre (5) se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo (1). El sistema puede operar sin pulverización de agua como sistema condensador por aire cuando las condiciones ambientales lo permiten.

Clasificación en función 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 continuación se muestran los esquemas de los diferentes tipos de torres según la forma de los flujos de aire y agua.

Tipos de Torres de Enfriamiento

Realizó: JM*

*Información 

http://www.msssi.gob.es/ciudadanos/saludAmbLaboral/agenBiologicos/pdfs/4_leg.pdf

28/07/2016