Agua de Enfriamiento

MODULO: AGUA DE

ENFRIAMIENTO

Operador de Procesos Petroquimicos

INSTRUCTOR : ING. FELIPE MENDOZA

Objetivo General: Reconocer el proceso por el cual debe

pasar el agua a través de la torre de enfriamiento así como

indicar las características requeridas para obtener agua de

enfriamiento,


Contenido:


- Conceptos básicos

- Tipos de torres de enfriamiento

- Componentes de una torre de enfriamiento

- Funcionamiento, Operación y Mantenimiento de una

torre de enfriamiento

- Tratamiento del agua de enfriamiento

- Aplicaciones industriales


CONCEPTOS BASICOS


La carta psicrométrica es un diagrama de doble entrada, en el que se relacionan múltiples parámetros referentes a una mezcla de aire húmedo. Estas cartas son muy usadas para entender los llamados procesos psicometricos y determinar las propiedades termodinámicas asociadas estos procesos.

Para comprender el uso de este tipo de carta, es necesario conocer el significado de la Psicrometría, que se define como la ciencia que involucra las propiedades termodinámicas del aire húmedo, y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y el confort humano. Entre estas propiedades tenemos: temperatura, humedad relativa, humedad absoluta, punto de rocío, entalpía específica o calor total, calor sensible, calor latente y volumen específico del aire.



http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Abaco_psicrometrico_conceptual.png


HUMEDAD RELATIVALa humedad relativa (hr), es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa en porciento, tal como 50%, 75%, 30%, etc.

PRINCIPALES PROPIEDADES PSICOMETRICAS

AIRE HÚMEDOMezcla de aire seco y agua en estado gaseoso (vapor). El contenido de agua puede ir desde composición cero (aire seco) a saturación (aire saturado). Es conveniente tratar al aire como una mezcla de vapor de agua y de aire seco, porque la composición del aire seco permanece relativamente constante

SATURACIÓNSe produce cuando la presión parcial del agua en la mezcla se iguala a la presión de vapor (Psat) del agua a esa temperatura

HUMEDAD ABSOLUTAEs el cociente entre la masa de agua y la masa de aire seco.



TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDOTemperatura límite de enfriamiento que alcanza una pequeña masa de agua al ponerla en contacto con una masa de aire húmedo infinita a T, P y humedad absolutas constantes (Y). La humedad se mide a partir de la diferencia de temperatura del termómetro seco y húmedo

TEMPERATURA DE BULBO SECOLa temperatura de bulbo seco, es la verdadera temperatura del aire húmedo y con frecuencia se la denomina sólo temperatura del aire; es la temperatura del aire que marca un termómetro común

TEMPERATURA DEL PUNTO DE ROCÍOTemperatura a la que una muestra de aire húmedo en las mismas condiciones de presión alcanza la saturación de vapor de agua. En este punto de saturación, el vapor de agua comenzaría a condensarse en agua líquida o (si estuviera por debajo del punto de congelación) en escarcha, al continuar quitando calor.


ENTALPÍA (H)La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. La entalpía de la mezcla de aire seco y vapor de agua, es la energía del aire húmedo por unidad de masa de aire seco, por encima de una temperatura de referencia.

CALOR ESPECÍFICOEnergía necesaria para aumentar 1ºC la temperatura de un aire húmedo por kg de aire seco. Las propiedades específicas están referidas solo al aire seco.

VOLUMEN ESPECÍFICOVolumen de una masa de aire húmedo por kg de aire seco. Propiedad que permite determinar los flujos volumétricos.

PRESIÓN DE VAPOR La presión de vapor, es la presión parcial que ejercen las moléculas de vapor de agua presentes en el aire húmedo. Cuando el aire está totalmente saturado de vapor de agua, su presión de vapor se denomina presión de vapor saturado.



Ejemplo: Si a una muestra de aire se le toman las temperaturas de bulbo seco (35 °C) y bulbo húmedo (22 °C), ¿cuáles serán las demás propiedades del aire?

Uso de las cartas

psicométricas


PROCESOS PSICOMETRICOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

• Calentamiento o enfriamiento de aire (W = cte)• Humidificación• Deshumidificación• Enfriamiento evaporativo• Mezcla adiabática de dos corrientes de aire• Torres de enfriamiento

CALENTAMIENTO (W = cte)• Propio de sistemas de calefacción residenciales (estufa, resistencia eléctrica…)• Línea de W = cte en la dirección de aumento de Tseca y disminución de la humedad relativa

ENFRIAMIENTO (W = cte)• Línea de W = cte, en la dirección de disminución de Tseca con aumento de la humedad relativa


ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO

• Aire caliente y seco entra en el enfriador evaporativo (estado 1) donde se rocía con agua líquida.

• Parte del agua se evapora durante este proceso al absorber calor de la corriente de aire.

• La temperatura del aire disminuye y su humedad aumenta (estado 2).

• En el caso límite el aire saldrá saturado (temperatura más baja que puede alcanzarse con este proceso) (estado 2’).

• El proceso de enfriamiento evaporativo sigue una línea de saturación adiabática (entalpia constante).


TORRE DE ENFRIAMIENTO

•Según su proceso es un enfriador evaporativo semiencerrado.

• El aire entra en la torre por la parte inferior y sale por la superior.

• El agua caliente (del proceso) se bombea hacia la parte superior y se rocía sobre la corriente de aire entrante.

• Una pequeña masa de agua se evapora y es arrastrada por el aire hacia arriba mientras el agua restante se enfría .

• El agua enfriada cae y se acumula en el fondo de la torre y de alli se envía al proceso.

• Agua de reemplazo debe añadirse para sustituir el agua perdida por evaporación y por el arrastre de agua.


El Dr. Merkel desarrollo una teoría para la transferencia de masa y calor en una torre de enfriamiento a contracorriente. La teoría considera el flujo de masa y energía del agua a la interfase y de la interfase a la masa gaseosa. Cuando el flujo cruza estas dos fronteras, cada una ofrece una resistencia a la transferencia de materia y energía, que resulta en gradientes de temperatura, entalpía y de humedades. Merkel demostró que la transferencia total de calor es directamente proporcional a la diferencia entre la entalpía del aire saturado a la temperatura del agua y la entalpía del aire en el punto de contacto con el agua:

Q = K*S*(hw-ha)

Donde:Q: calor total transferidoK: coeficiente total de transferenciaS: Área de transferencia pie2.S= a*V donde a es el área interfacial y V es el volumen efectivo de la torrehw : Entalpía de la mezcla gaseosa a la temperatura del aguaha : Entalpía de la mezcla gaseosa a la temperatura de bulbo húmedo

TRANSFERENCIA DE CALOR EN UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO


La línea de operación del agua esta representada por la línea AB y se especifica por medio de las temperaturas del agua de la torre en la entrada y salida..

La línea de operación del aire principia en C, verticalmente por debajo de B, y en un punto que tiene una entalpía correspondiente a la temperatura de entrada de bulbo húmedo.

La línea BC, representa la fuerza impulsora inicial (h’- h). El aire que sale de la torre se representa por medio del punto D y la gama de enfriamiento es la longitud proyectada de la línea CD sobre la escala de temperaturas.

La figura siguiente ilustra las relaciones del agua y el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de enfriamiento, en donde el aire fluye a contrafujo del agua.

Al termino KaV/L se le llama la característica de la torre. Para calcular el valor de este termino se puede utilizar un nomograma o las graficas de características de la torre proporcionadas por los fabricantes.

Como la entalpía y temperatura del aire y el agua cambian a lo largo (L) de la torre se tiene:

dQ = K* (hw-ha)*dS

Al hacer la integración para toda la torre se obtiene el siguiente termino:




Las torres de enfriamiento son estructuras que se utilizan para enfriar el agua que proviene de cualquier proceso, disipando el calor hacia la atmósfera mediante la evaporación o conducción.

Este proceso es económico y eficiente, comparado con otros equipos de enfriamiento como los intercambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a través de una pared. En una torre de enfriamiento la eliminación de calor del agua de proceso la realiza el aire que circula a través de la torre. El nivel de enfriamiento dependerá tanto de la temperatura del agua de proceso a enfriar y del contenido de humedad del aire.

TORRES DE ENFRIAMIENTO


TORRES DE ENFRIAMIENTO

El agua a enfriar generalmente tiene temperaturas entre 40 y 60 ˚C. El agua se bombea a la parte superior de la torre de enfriamiento y de ahí fluye hacia abajo generando la formación de gotas. Estas gotas emiten calor que se mezcla con el aire de arriba, provocando un enfriamiento de 10 a 20˚C.

La temperatura de bulbo húmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, esta es la temperatura teórica mas baja a la que puede enfriarse el agua. Se recomienda que la temperatura de bulbo húmedo de diseño debe incrementarse 1 ºF adicional para una torre de tiro inducido y 2 ºF para una torre de tiro forzado

Actividad practica # 1- Determinar las propiedades del aire usando las tablas

psicométricas- Describir el principio de funcionamiento de las torres de

enfriamiento desde el punto de vista de la psicometría y de la transferencia de calor.



TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO


Las industrias utilizan agua de refrigeración para varios procesos. Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento.

Torres en circuitos abiertos: Son torres de enfriamiento para la producción de agua de proceso que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga.

Torres en circuitos cerrados: Son torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el proceso. Cuando el agua es reutilizada, se bombea a través de la torre de enfriamiento. Después de que el agua se enfría, se reintroduce como agua de proceso.



TORRES DE ENFRIAMIENTO: CIRCUITO ABIERTO (Agua fresca)


TORRES DE ENFRIAMIENTO: CIRCUITO CERRADO (Recirculación)


Según el proceso

Enfriamiento directo: El fluido de enfriamiento va directamente al proceso y regresa como agua caliente a la parte superior de la torre de enfriamiento

Enfriamiento indirecto: El agua enfriada se bombea a un intercambiador de calor y este se retorna nuevamente a la parte superior de la torre de enfriamiento. En el intercambiado de calor se lleva a cabo la transferencia de calor entre el agua y un liquido



Enfriamiento directo

Enfriamiento indirecto


Las torres de enfriamiento se clasifican según la forma de suministro de aire en:

Torres de circulación natural1. Atmosféricas2. Tiro natural

Torres de tiro mecánico1. Tiro inducido2. Tiro Forzado

Otros tipos: Torres de flujo cruzado



1. Atmosféricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de las boquillas aspersoras. Se usan en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.

2. Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado.

Debido al inmenso tamaño de estas torres (500 pies de alto y 400 pies de diámetro), se utilizan por lo general para flujos de agua por encima de 200.000 gpm. Son ampliamente utilizadas en las centrales térmicas.

TORRES DE CIRCULACIÓN NATURAL


1. Torre Atmosférica 2. Torre de Tiro natural


El agua caliente que llega a la torre puede distribuirse por boquillas aspersoras o compartimientos que dejan pasar hacia abajo el flujo de agua a través de unos orificios.

El aire usado para enfriar el agua caliente es extraído de la torre, en cualquiera de las dos formas siguientes:

1. Tiro Inducido: El aire se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las más utilizadas.

TORRES DE TIRO MECANICO


Tiro forzado: El aire se fuerza por un ventilador situado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. Estas torres están sujetas particularmente a la recirculación del aire caliente y húmedo que es descargado, dentro de la toma del ventilador, debido a la baja velocidad de descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre.

El tiro inducido con el ventilador en la parte superior de la torre evita esto y además permite una distribución interna más uniforme del aire.

TORRES DE TIRO MECANICO



El aire entra a los lados de la torre fluyendo horizontalmente a través del agua que cae. Las corrientes de aire laterales se unen en un pasaje interno y dejan la torre por el tope.

Las torres de flujo cruzado requieren más aire y tienen un costo de operación más bajo que las torres a contracorriente.

TORRES DE FLUJO CRUZADO


TORRES DE FLUJO CRUZADO


COMPONENTES DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO


1.- Equipo mecánico2.- Sistema de distribución de agua3.- Sistema de distribución de aire4.- Relleno5.- Eliminadores de rocío6.- Cubierta exterior7.- Base recolectora del agua fría



• 1. Estructura de la torre de enfriamiento• 2. Cubierta exterior de la torre de enfriamiento• 3. Boquillas o toberas de distribuidoras• 4. Sistema de distribución de agua• 5. Relleno para el enfriamiento• 6. Eliminador de rocío• 7. Ventilador axial• 8. Cilindro del ventilador• 9. Motor eléctrico• 10. Reductor de velocidad• 11. Flecha de transmisión

• 12. Base recolectora de agua del fria




1.- Equipo mecánico: - Ventiladores- Motores

- Los ventiladores axiales: empleados en las torres de refrigeración de la serie compacta son muy silenciosos y están equilibrados en fábrica, estática y dinámicamente. El centro de palas del ventilador está provisto según el modelo de muñones para montar las palas, que permiten su regulación.

Dichas palas son regulables a motor parado, aunque su posición queda determinada en fábrica para lograr el caudal de aire requerido, de acuerdo con la capacidad de la torre. El material empleado en su construcción es poliéster reforzado con fibra de vidrio.



Motores: Todas las torres compactas llevan los motores montados directamente y las modulares van equipadas con reductor de velocidad acoplado al motor eléctrico. Dichos motores están construidos especialmente para ser utilizados en torres de enfriamiento. Antes de proceder a conectar los motores, deberá comparar la tensión de servicio existente con la requerida en la torre, según la placa de características del motor y se prestará especial atención a la clase de conexión que deberá realizarse.

La conexión a tierra de los motores, deberá realizarse correctamente con ayuda de los tornillos de tierra provistos en la caja de bornes. La sección de los cables deberá ser determinada de tal forma, que la caída de tensión a plena carga no sobrepase el 5%.


La eficiencia global de una torre de enfriamiento esta directamente relacionada con el diseño del sistema de distribución de agua caliente. Hay dos tipos básicos :

1. Las torres a contracorriente2. Las torres de flujo cruzado

Las torres a contracorriente: utilizan un sistema de distribución de spray a alta presión para lograr cubrir todo el relleno de la torre. El patrón de spray de las boquillas es sensible a los cambios en el flujo de agua, y a los cambios en la presión de las boquillas. Las torres a contracorriente tienen un área de presión menor que las de flujo cruzado pero requieren altura adicional, altura estática y cabeza dinámica para alcanzar el mismo efecto de enfriamiento.

2.- Sistema de distribución del agua


Las torres a flujo cruzado: utilizan un sistema de distribución diferente. El agua caliente es distribuida a través de los empaques por gravedad a través de unos pequeños orificios ubicados en el piso de la base de entrada. El aire se mueve horizontalmente a través del empaque y se cruza con el agua que cae. En las torres de flujo cruzado el componente de presión interna de la cabeza de bombeo es insignificante debido a que el flujo es principalmente por gravedad. Comparadas a las torres de flujo cruzado, las torres a contracorriente pueden requerir de 5 a 6 psig adicionales de presión para alcanzar una distribución adecuada del spray. Esta elevada presión de bombeo conduce a mayores costos iniciales y anuales por consumo de energía de las bombas.

2.- Sistema de distribución del agua


En las torres contracorriente: la resistencia al flujo ascendente del aire por parte de las gotas que caen resulta en una elevada pérdida de presión estática y una mayor potencia del ventilador que en flujo cruzado.

Las torres a flujo cruzado: contienen una configuración del relleno a través de la cual el aire se mueve horizontalmente a través del agua que cae. Las torres de flujo cruzado utilizan esencialmente toda la altura de la torre para las rejillas de ventilación, reduciendo la velocidad de entrada del irá, y minimizando la recirculación y pérdida de tiro.

3.- Sistema de distribución de Aire


El relleno, a través de cuyos canales se desliza hacia abajo el agua conforma la superficie de intercambio de calor. Está distribuido dentro de la torre y suministra el área superficial para la transferencia de masa y calor. El relleno de la torre se encuentra dispuesto de manera tal que las gotas de agua se encuentran más tiempo en contacto con el aire, proporcionando mayor enfriamiento en el agua.

Este es fabricado en lamina corrugada de P.V.C. O aluminio. Cuando se tienen temperaturas de entrada a la torre por encima de los 45°C, se recomienda utilizar relleno de aluminio que cuenta con un ánodo de sacrificio de zinc.

.

4.- Relleno


Para evitar que la corriente de aire a la salida de la torre origine un arrastre excesivo de partículas de agua es que sobre las tuberías de distribución del agua va montado un separador de gotas laberíntico de triple deflexión que devuelve a la torre el agua suspendida en flujo de aire ascendente. Este captura las gotas de agua que pudiera atraer el ventilador, de esta manera las pérdidas por arrastre del aire, y por evaporación son del 2 y el 1 % respectivamente.

La duración y conservación del relleno y el eliminador de rocío, dependen de la calidad del agua, por lo que debe controlarse la cantidad de partículas en suspensión o elementos incrustantes mediante purgas continuas, filtrado y suavización.

5.- Eliminador de Rocío


6.-Cubierta de la torre: Se necesita en las torres de flujo cruzado para romper la corriente de agua que baja.

7.- Base recolectora del agua fría: Permite la recolección del agua fría por la base del fondo de la torre.


Actividad practica # 2- Identificar los componentes de una torre de enfriamiento

y su función



FUNCIONAMIENTO, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE UNA TORRE DE

ENFRIAMIENTO


ACONDICIONAMIENTO DEL AGUA: Si la refrigeración con agua fresca continua no es posible, se utilizauna refrigeración por recirculación. En este caso hay que reducir el consumo de agua de refrigeración y proteger toda la instalación contra corrosión, sedimentos y crecimiento biológico.

POTENCIA DEL VENTILADOR: Cuando se lleva a cabo un análisis del costo de una torre de enfriamiento y los costos de operación de la misma, uno de los factores más significativos debe ser el establecimiento de la potencia del ventilador.La potencia del ventilador de la torre de enfriamiento puede sufrir una reducción sustancial a causa de un decrecimiento en la temperatura de bulbo húmedo del ambiente cuando se emplean motores de doble velocidad en los ventiladores.

OPERACIÓN DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO


POTENCIA DE BOMBEO.- Otro factor importante en el análisis de la torre de enfriamiento, en especial para torres de tamaño mediano y grande, es la parte de la potencia de las bombas de agua. Cuando se trata de torres de enfriamiento con boquillas de aspersión, la carga estática de bombeo será igual a la ascensión estática más la pérdida de presión de las boquillas. A mayor tamaño, mayor presion de bombeo.

FORMACION DE NEBLINA Y BRUMA.- Un fenómeno que ocurre con frecuencia en la operación de una torre de enfriamiento es la formación de neblina. La formación de neblina es ocasionada como resultado de la mezcla de aire caliente que abandona la torre, con aire del ambiente de enfriamiento. Es por ello que en algunas ocasiones se utilizan chimeneas en los ventiladores para reducir la formación de neblina en la parte inferior de la torre.

OPERACIÓN DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO

RECIRCULACIONLa recirculación en las torres de enfriamiento se define como una adulteración de la atmósfera de entrada a la torre por la atmósfera de salida de la misma. El efecto de la recirculación se ve en un inesperado aumento de la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra a la torre de enfriamiento (por encima de la temperatura de bulbo húmedo del aire ambiente), y un correspondiente incremento en la temperatura del agua que sale de la torre.

RESTRICCIÓN DEL FLUJO DE AIREA una determinada carga de calor, un flujo determinado de agua y una temperatura de bulbo húmedo particular, la temperatura del agua fría producida por una torre de enfriamiento es totalmente dependiente de la cantidad de aire de entrada. Si ocurre una disminución en la cantidad de aire, la temperatura del agua fría se incrementará.

INFLUENCIAS EXTERNAS QUE AFECTAN EL FUNCIONAMIENTO DE LA TORRE


VIENTODependiendo de su velocidad y dirección, tiende a incrementar la tendencia de la torre de enfriamiento a la recirculación. No solamente la curvatura creada por el aire de salida en la dirección del flujo del viento, también se crea una zona de baja presión en la cual puede formarse niebla, si la admisión de aire a la torre esta en esa dirección, entonces puede contaminarse el aire de entrada con esa niebla.

INTERFERENCIASumideros de calor ubicados cerca de una torre de enfriamiento pueden “Interferir” con el desempeño térmico de la misma. Estas interferencias pueden ser causadas por otras instalaciones de la planta u otros equipos. Muchas veces se debe a la contribución térmica del efluente de otra torre de enfriamiento cercana a la que presenta el problema.


INFLUENCIAS EXTERNAS QUE AFECTAN EL FUNCIONAMIENTO DE LA TORRE

MANTENIMIENTO UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO

En una torre de enfriamiento se debe cuidar el perfecto funcionamiento del sistema de ventilación, el sistema mecánico del rociador de agua, el sistema de recirculación de agua, la reposición de agua, y los controles de funcionamiento como sensores de flujo, sensores de nivel, termómetros, manómetros de presión, etc.

La limpieza programada es fundamental en las torres de enfriamiento ya que constantemente existe un flujo de aire, este puede arrastrar partículas de polvo, hojas y fibras, disminuyendo el flujo del mismo y la diferencia de temperatura del agua. Es por ello que se debe cuidar que el mantenimiento se cumpla para evitar un elevado consumo de energía eléctrica y otras pérdidas económicas.


MANTENIMIENTO UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO

Entre los componentes que se deben tomar en cuenta a la hora de realizar el mantenimiento de una torre de enfriamiento están los siguientes:

- Motor- Reductor- Ventilador- Material de relleno

a) El aceite especial empleado para la lubricación de los moto-reductores, deberá ser cambiada según las instrucciones del fabricante.b) El ventilador axial deberá ser controlado al menos una vez al año, por si las palas presentan algún daño.c) La eventual acumulación de sedimentos o incrustaciones sobre los cuerpos de relleno, puede ser prevenida con la ayuda de productos químicos o mecánicos.


SELECCIÓN DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO

Para esto se requiere el volumen por unidad de tiempo del agua a enfriar, la temperatura de entrada, así como, la temperatura de salida del agua. También es necesaria la temperatura de bulbo húmedo, la temperatura de bulbo seco y la presión atmosférica o la altura sobre el nivel del mar del sitio donde va a operar la torre. Con toda esta información es posible seleccionar la torre de acorde a los requerimientos de enfriamiento para un proceso dado a partir de los catálogos de fabricantes.


Actividad practica # 3- Explicar el funcionamiento de una torre de enfriamiento.- Aplicar el procedimiento para la selección de un modelo

de torre de enfriamiento según ciertas condiciones establecidas.



TRATAMIENTO DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO

TRATAMIENTO DEL AGUA

El tratamiento del agua es un punto muy importante en el servicio con Torres de Enfriamiento. El agua procedente de la naturaleza es un cuerpo químico que contiene siempre, en mayor o en menos cantidad, sales diluidas y gases. Cuando se produce la evaporación del agua, se origina una evasión de los gases con el vapor, mientras las sales se sedimentan. En el servicio con Torres de enfriamiento esto significa que el caudal de agua en circulación está aumentando continuamente el contenido de sales.


Si no se toman las medidas pertinentes, la acumulación continuada de incluso pequeñas cantidades de sales, produciría tal concentración de las mismas, que después de alcanzar el límite de solubilidad, conduciría a la formación de incrustaciones. Por otra parte, estas aguas enriquecidas en sales, representan un campo ideal de alimentación para las algas y otros pequeños seres vivientes principalmente cuando el agua de refrigeración contiene también fosfatos, nitritos, hierro y otras sustancias orgánicas.

Para evitar un inadmisible enriquecimiento en sales, en el circuito de agua, existen medidas muy sencillas; por ejemplo, la evacuación constante de una cierta cantidad del caudal de circulación (purga parcial) o a su debido tiempo, la purga completa de dicho caudal.


Estas dos medidas exigen aproximadamente el mismo caudal de agua fresca adicional, aunque debido a que la primera de las citadas no requiere ninguna pérdida de tiempo para realizar, es generalmente preferida.

Si el contenido en sales en el agua fresca adicional fuera tan grande que sobrepase el límite admisible, aún procediendo a la evacuación continuada de parte del caudal en circulación, no sería posible evitar la formación de incrustaciones. En este caso se debe realizar tratamiento al agua.



PREVENCIÓN DE INCRUSTACIÓN Y DEPÓSITOS:• Modificando la solubilidad de las sales.• Dispersando los sólidos en suspensión.

INHIBICIÓN DE LA CORROSIÓN:• Formando película protectora sobre la superficie del metal, ya sea por reacción, adsorción o precipitación.• Manejando un pH alto / alta alcalinidad.

CONTROL DE LA PROLIFERACIÓN DE MICROORGANISMOS:• Aplicando biocidas eficaces y adecuados, compatibles y sinergísticos entre sí.

BIODISPERSIÓN O REMOCIÓN DE BIOCAPA:• Aplicando un removedor que disperse la materia orgánica depositada sobre la superficie en donde fluye al agua de enfriamiento

OBJETIVOS DE LOS TRATAMIENTOS QUÍMICOS EN LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO


Alcalinidad Sílice

pH Temperatura

Fosfatos Conductividad

Dureza Total Dureza de calcio

Unidades Formadoras de colonias /ml (CTB) No. de algas /ml

Cobre Hierro

Cloro libre Corrosión

PARAMETROS A CONTROLAR EN EL TRATAMIENTO

C = (E+D+B)/(D+B) where:

C = Cycles of concentration.

E = Evaporation, approximately gpm* x °F range x 0.0008.

D = Drift loss, approximately gpm x 0.0002.

B = Blow-down, gpm. *Gallons per minute

To balance the incoming water solids, a small portion of the circulating water stream with its elevated solids level is removed to drain. An equilibrium is then established between the added water replacing evaporation and high solids water losses, drift and blow-down. The term cycles of concentration is defined as the resulting ratio of concentrated solids in the circulating water compared to that in the fresh make-up. Calculation of cycles is performed using the equation below. Alternatively, the blow-down required to establish a given equilibrium-cycles level can be derived from this equation: It is the open nature of these systems that determines the unique water problems that they exhibit. Cooling towers concentrate solids and the air contact in these open systems allows the build-up of contaminants, organics, bacteria and their food sources in the circulating cooling water. These unique evaporative water system problems – concentration and air washing – must be dealt with or process disasters will follow. Water is both the static and dynamic basis for controlling such problems.


Los carbonatos calificados como formadores de dureza toman una posición preponderante en la composición del agua. Dichos carbonatos son solubles cuando el agua contiene una cantidad determinada de ácidos carbónicos.

Si en aguas duras, con gran cantidad de carbonatos se aleja el ácido carbónico, el carbonato no puede permanecer en la solución y se deposita en forma de incrustaciones, es decir, se aloja fuertemente en las tuberías, intercambiadores de calor y en el relleno de la torre de enfriamiento.

INHIBICIÓN DE CORROSIÓN Y PREVENCIÓN DE DEPÓSITOS


Las exigencias para el servicio libre de incrustaciones, en las Torres de Enfriamiento, serán :

- Dureza al carbonato : Máximo 180 mg/l- Valor pH : 7,5- Contenido total en sales : Máximo 3000 mg/l- Contenido de cloruro (como NaCl): por debajo de 750 ppm- Contenido de sulfato (SO4): por debajo de 1200 ppm- Contenido de bicarbonato de sodio: por debajo de 200 ppm- Si se utiliza cloro debe añadirse de manera intermitente, con una cantidad libre residual que no exceda 1 ppm.- Por motivos de corrosión, los ácidos carbónicos libres no deberán sobrepasar el doble de dureza al carbonato y el contenido en cloro (50 mg/l).

INHIBICIÓN DE CORROSIÓN Y PREVENCIÓN DE DEPÓSITOS

Once the type of solids and their concentrations are known, an effective inhibitor selection can be made to ensure that deposition does not occur on vital heat- exchange surfaces in the process equipment. One can inhibit the most common scales by using sequestering agents like HEDP

(HydroxyEthylidene 1, 1 DiPhosphonic acid) and/or polymers like polyacrylate.

Preventing scale: To prevent buildup of mineral scales, the first and most important choice is the operating water chemistry of the cooling loop as determined by the inlet and outlet water volumes from the system. An operator must choose this operating cycles level, using the equation cited earlier in this article, before any subsequent treatment choices can be made. Practical tools for automating water removal from the system are an instrument to measure circulating water conductivity, solids in the water and a signaled solenoid valve to bleed the water system when necessary. The conductivity set point is the most critical factor in operating an open evaporative cooling loop.

Preventing corrosion: Corrosion is prevented by a number of system choices and ongoing prevention strategies. First, the bulk water chemistry at operating cycles of concentration as determined in the scaling section will dramatically impact the corrosion rates in a cooling system. Once the system chemistry is known, one can then carefully choose the system materials for the environment and for compatibility with one another. Third, it is essential to keep the system clean. Deposits provide locations where bacteria can act to create nonstandard water conditions that dramatically increase the local corrosion rate. Therefore, the system must be substantially free from biological activity and largely clear of debris on surfaces, particularly in areas where suspended solids will settle. Continuous filtration or regular and thorough maintenance cleanings will accomplish this. Finally, use corrosion inhibition or retardation products to protect metal surfaces, especially the thin heat- exchange tubes where corrosion problems can cost the system owner the most money. Common yellow metals, such as copper and brass, usually are protected with tolyltriazole, while steels are protected with ortho-phosphate.


Como prevención contra la formación de algas, a continuación se especifican los límites de los elementos contenidos en el agua:

Sustancias orgánicas: Máx. 14 mg/lContenido en hierro: Máx. 0,3 mg/lContenido de Fósforo: Máx. 20 mg/lLas aguas deberán estar libres de nitritos y amoniaco.

De acuerdo con el grado admisible de concentración, puede ser determinado el caudal de purga, que permite un servicio relativamente libre de cuidados y el mejor aprovechamiento del agua.

CONTROL MICROBIOLÓGICO Y DE LA TURBIDEZ

Biological growth: In order to continuously and effectively operate a cooling system and establish sound biological control, first eliminate nutrient sources that may add material to the system, such as oil leaks, process fluid leaks and the like. Second, limit the air-wash effect of the cooling tower, which naturally adds nutrients and bacteria to the system, by filtration for removal of suspended solids and the bacteria that reside on them. Effective filtration can be done either with centrifugal separators or sand filters. A front- end strainer also is essential. The uncontrolled multiplication of bacteria, algae and fungi will result in bio-film formation on heat exchange surfaces, impairing system efficiency. Stringent regulations exist to prevent the spread of vapour-borne organisms such as Legionella L8 from cooling towers and other water systems Finally, it is critical to provide a consistent and effective biocide addition to the system. In most cases this is a chlorine or bromine. Because of regulatory pressures, one might consider other cooling water biocides like ozone or hydrogen peroxide. These compounds are very effective biocides when properly applied and ozone can be used as a stand-alone treatment in most hvac cooling systems.

http://www.iklimnet.com/legionella/legionella.html


Los productos químicos que se dosifican a una torre de enfriamiento tienen como propósito:

• Aumentar el numero de ciclos de concentración con el consecuente ahorro de agua de repuesto• Prevenir incrustaciones o depósitos debidos a la concentración de las sales por la evaporación de agua en la torre• Mantener bajo control la corrosión en los equipos de proceso• Evitar la proliferación de microorganismos que afecten la operación de la torre y los intercambiadores de calor.

DOSIFICACION DE PRODUCTOS QUIMICOS

In a conventional chemical treatment system, a service provider or self-administered water maintenance program consists of adding an oxidizing biocide and a combination scale and corrosion inhibitor to the water system. One should monitor chemical treatment to determine the effectiveness of the program. This will prevent major operating problems in the system. In a number of cases, additional, specific additives may be necessary to avoid unique problems presented by operating water chemistries and specific site issues. A modern pre-packaged treatment pump and controller system is shown in Figure 1. Manual method: The traditional water treatment model includes evaluation, primarily consisting of monthly service visits that check product inventories, corrosion coupons, probes, pumps and general equipment maintenance. This type of program is personnel-dependent and, by its very design, non-continuous. Automated method: Newer water treatment systems use electronic monitoring to evaluate the reliability of treatment delivery and the effectiveness of the treatment system in keeping the control parameters within specified limits. By using this type of control, a technician is dispatched only when problems requiring on-site resolution are encountered. This labor efficiency increase may offset the addition-Limit the air-wash effect of the cooling tower, which adds nutrients and bacteria to the system, by filtration for removal of suspended solids


PURGAS CONTINUAS


PURGASCuando se produce la evaporación del agua, se origina una evasión de los gases con el vapor, mientras las sales se sedimentan. En el servicio con Torres de enfriamiento esto significa que el caudal de agua en circulación está aumentando continuamente el contenido de sales.

Si no se toman las medidas pertinentes, la acumulación continuada de incluso pequeñas cantidades de sales, produciría tal concentración de las mismas, que después de alcanzar el límite de solubilidad, conduciría a la formación de incrustaciones.


PURGASPor otra parte, estas aguas enriquecidas en sales, representan un campo ideal de alimentación para las algas y otros pequeños seres vivientes principalmente cuando el agua de refrigeración contiene también fosfatos, nitritos, hierro y otras sustancias orgánicas.

Para evitar un inadmisible enriquecimiento en sales, en el circuito de agua, existen medidas muy sencillas; por ejemplo, la evacuación constante de una cierta cantidad del caudal de circulación o a su debido tiempo, la purga completa de dicho caudal.


Es la remoción parcial del agua altamente concentrada de impurezas del fondo o base recolectora de la torre, para ser sustituida por agua fresca, de menor concentración. El propósito de las purgas es mantener los niveles de impurezas dentro de los límites aceptables. Los valores de purgas oscilan entre 1% y 20%.

Purgas manuales o de fondo: Apertura de un válvula de fondo, durante algunos segundos, permitiendo la descarga de un “pulso”. Remueve barros de fondo, que se van acumulando, desde la purga anterior. Aplicables a bajas presiones y en regulares o malos tratamientos externos.

PURGAS


Purgas continuas: Remoción continúa de agua del fondo de la torre, para ser reemplazada por agua fresca. El agua se retira mediante una conexión que tiene un mecanismo de regulación de caudal. Este sistema permite un mejor control de los caudales involucrados y, por lo tanto, economías en el tratamiento.

Estas dos medidas exigen aproximadamente el mismo caudal de agua fresca de repuesto. Si el contenido en sales en el agua fresca adicional fuera tan grande que sobrepase el límite admisible, aún procediendo a la evacuación continuada de parte del caudal en circulación, no sería posible evitar la formación de incrustaciones. En este caso el agua debe ser tratada.

PURGAS


CALCULOS EN TORRES DE ENFRIAMIENTO

VELOCIDAD DE EVAPORACION DE AGUA: DT (ºF)/1000 REPOSICION = EVAPORACION + PERDIDAS PERDIDAS = PURGA + ARRASTRE + FUGAS CICLOS = REPOSICION/PURGA PURGA = EVAPORACION/(CICLOS-1) TIEMPOS POR CICLO = CAPACIDAD / VELOCIDAD DE RECIRCULACION VIDA MEDIA = CAPACIDAD / PURGA *(1/60) REPOSICION = EVAPORACION*CICLOS/(CICLOS-1)


A - Circuito del agua de repuestoA1- Floculación

A2- Filtrado

C - Circuito del agua de purgaC1- Floculación

C2- Filtrado

B - Circuito del agua de enfriamientoB1- Control de sales, medición del valor pH y biocidaB2- Desinfección normal y alternativa B5- Dosificación de dispersante y estabilizador de dureza

Circuitos de agua de la torre enfriamiento

Actividad practica # 4- Importancia de la prevención de depósitos y el control

microbiológicos .- Importancia de la purga continua de la torre y del agua

de repuesto.



APLICACIONES INDUSTRIALES

OBJETIVO DE LA UNIDAD

Sistema de Agua de Enfriamiento

75 M gpm

Agua de Enfriamiento

Agua de Rechazo de Osmosis

Inversa y Agua de Servicios

Suministrar agua de enfriamiento a los usuarios del Mejorador, a una temperatura de 90 °F y con una temperatura máxima de retorno de 120 °F.


CARACTERISTICAS DE LA ALIMENTACION

Componente

(mg/l como CaCO3) Reposición hacia Torre

de Enfriamiento Calcio 12 Magnesio 4 Sodio 890 Sulfato 200 Cloruros 167 Nitratos despreciable Sílice como SiO2 32

Agua de Rechazo de Osmosis Inversa


Temperatura °F 82-86 Ca, ppm como CaCO3/ion 110-150 Mg, ppm como CaCO3/ion 12-25 Na, ppm como CaCO3/ion 30 K, ppm como CaCO3/ion 0 Aluminio, ppm como A1 +3 0,1-0,3 Hierro Total (ferroso), ppm como Fe+2 0,1-0,5 Cl, ppm como CaCO3/ion 18-42 NO3, ppm como CaCO3/ion 0

CARACTERISTICAS DE LA ALIMENTACION

Agua de Servicios


Agua de Servicios

• Enfriamiento del Agua

por entrega de calor a la

atmósfera.

Enfriamiento del Agua

Inyección de Químicos

• Remoción de partículas

en suspensión

• Envío del Agua de

Enfriamiento a los

usuarios del Mejorador

Agua de Rechazo de OI

Agua de Enfriamiento del

Colector

Filtrado

BiocidaH2SO4

CloroInh.

Corr.

Disp.Disp.

Surf

Bombeo de Agua de

Enfriamiento

Agua de

Enfriamiento

Agua de

Enfriamiento hacia

Distribución

Purga

hacia Tratamiento de

Agua Residuales

• Proporcionan dosis de cloro, inhibidores

de corrosión, biocidas, dispersantes y

surfactantes/dispersantes


Purga de Agua hacia Tratamiento de Agua Residuales

Agua de Enfriamiento hacia Distribución

Reposición de Agua de Enfriamiento del cabezal de Agua de Servicio

Agua de Rechazo de OI

Retorno de Agua de Enfriamiento

del Colector

Torre de Enfriamiento

Bombas de Agua Enfriamiento

Filtros para corrientes laterales

Inyección de Biocida

Inyección de Cloro

Inyección de Inhibidores de Corrosión

Inyección de H2SO4

Inyección de Dispersante

Inyección de Surfactante


CARACTERISTICAS DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO

Parámetros

3.5 Ciclos 5 Ciclos

Flujo de Agua de Servicios (gpm) 1290 1109 Flujo Agua de reposición (gpm) 400 400 Blowdown (gpm) 483 302 Alcalinidad, como CaCO3 150 150 CO2, ppm como CO2 30 30 Calcio, ppm como CaCO3 411 567 Dureza Total, ppm como CaCO3 481 664 pH 7.5 7.5 Conductividad 2210 3314 Sólidos Totales Disueltos, ppm 1437 2154 Sílice, ppm como SiO2 48 71 Sulfatos, ppm como CaCO3 229 449 Cloruros, ppm como CaCO3 251 376 TSS, ppm < 50 < 50


Actividad practica # 5- Realizar un esquema detallado del sistema de aguas de

enfriamiento de la empresa METOR.- Indicar las características del agua antes y después de

pasar por la torre de enfriamiento


GRACIAS POR SU

ATENCION


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Agua de Enfriamiento