DISEÑO DE UN SISTEMA INDUSTRIAL DE ENFRIAMIENTO … · escuela tÉcnica superior de ingenieria (icai) ingeniero tÉcnico mecÁnico diseÑo de un sistema industrial de enfriamiento

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERIA (ICAI)

INGENIERO TÉCNICO MECÁNICO

DISEÑO DE UN SISTEMA INDUSTRIAL DE ENFRIAMIENTO CON AGUA DE

REFRIGERACIÓN PARA UN COMPLEJO INDUSTRIAL EN LIMA, PERÚ

FRANCISCO JAVIER CALZADA DIFFOR

JOSE LUIS MARTINEZ DEL POZO

Madrid agosto de 2012

ESTE PROYECTO CONTIENE LOS SIGUIENTES DOCUMENTOS

RESUMEN (ESPAÑOL)

ABSTRACT (RESUMEN INGLES)

DOCUMENTO Nº1, MEMORIA

1.1 Memoria………………………………………………………………….Págs. 7 a 50

1.2 Cálculos…………………………………………………………………Págs. 51 a 78

1.3 Estudio económico……………………………………………………..Págs. 79 a 80

1.4 Impacto ambiental…………………………………………………….Págs. 81 a 104

1.5 Anejos………………………………………………………………...Págs. 105 a 147

DOCUMENTO Nº2, PLANOS

2.1 Lista de planos………………………………………………………………….Pág. 2

2.2 Planos……………………………………………………………………...Págs. 3 a 6

DOCUMENTO Nº3, PLIEGO DE CONDICIONES

3.1 Generales y económicas…………………………………………………...Págs. 3 a 6

3.2 Técnicas y particulares…………………………………………………….Págs. 7 a 8

DOCUMENTO Nº4, PRESUPUESTO

4.1 Estimación de la inversión……………………………………………………..Pág. 3

4.2 Metodología de Williams de estimación; método de Williams…………..Págs. 3 a 4

4.3 Precios unitarios…………………………………………………………..Págs. 5 a 9

4.4 Presupuesto total………………………………………………………………Pág. 10

RESUMEN

Una refinería de petróleo (Refinería La Pampilla) ubicada en Lima (Perú) va a

incrementar su capacidad de producir combustibles y para ello va a instalar

varias unidades de proceso. Estas unidades de proceso presentan unos consumos

de servicios auxiliares, que deben ser cubiertos por nuevas instalaciones.

El objetivo del proyecto es especificar un sistema de agua de refrigeración que

cubra estas nuevas necesidades, como se explica mas adelante.

La idea de partida es que el tipo de sistema de refrigeración será con agua de

refrigeración en circuito cerrado con torre de tipo evaporativo, aunque la

discusión y defensa de esta selección se realizara durante la ingeniería

conceptual.

En primer lugar se define una torre de refrigeración, así como sus partes más

importantes, elaborando una clasificación con las diversas torres que se podrían

implantar. Una vez elaborado esto, se hace de vital importancia el estudio de los

pros y los contras de las distintas torres para poder seleccionar la torre mas

adecuada para este caso, escogiendo una torre de refrigeración mecánica de tiro

inducido y de flujo a contracorriente.

A continuación se realizan el diagrama de bloques y el plano de implantación con

su respectiva lista de equipo, partiendo de los datos de partida de las unidades

nuevas que se quieren instalar en la refinería, así ya sabremos los equipos que

habrá que implantar para la torre que se quiere diseñar.

Una vez hecho esto hacemos los diversos cálculos, necesarios para saber las

características de cada equipo, así como las de la torre de refrigeración y sus

dimensiones. Pudiendo realizar así los planos de implantación y esquemático de

la torre. Entre estos cálculos de encuentran los caudales, el balance de agua,

líneas, bombas,…. Una vez acabados dichos cálculos se rellenan las hojas de

datos de cada elemento para organizarlos y que sean de fácil acceso.

También se hace obligado el estudio de impacto medioambiental, para respetar

todas las normas, flora, fauna, etc… Para ello se realizara un estudio tanto de la

zona de la refinería como de los alrededores.

Por ultimo, se realiza el estudio económico, elaborando tanto el presupuesto

unitario como el presupuesto general. Este estudio se ha realizado utilizando el

método de Williams de estimación de costes, al considerarlo el más adecuado

para este caso que se presenta.

Para poder llevar a cabo la relación de este proyecto se han utilizado diversas

herramientas de ofimática básica (Word, Excel…), así como, programas

específicos de ingeniería (AutoCAD, flowserve…); además de diversos catálogos

proporcionados por Esindus S.A. y Repsol YPF.

Este proyecto se ha planteado a imagen y semejanza de como se realiza un

proyecto real. Hemos avanzado desde conceptos más básicos, y diseños más

generales hasta llegar al diseño más en detalle.

ABSTRACT

An oil refinery (Refinery Pampilla) located in Lima (Peru) will increase its

capacity to produce fuels and for that you are installing multiple process units.

These units have a consumption process of auxiliary services to be covered by

new facilities.

The project aims to specify a cooling water system that meets these new

requirements, as explained below.

The initial idea is that the type of cooling system with cooling water will be in

closed circuit evaporative tower type, though discussion and defense of this

selection will be made during the conceptual engineering.

First we define a cooling tower and main parts, developed a classification with

the various towers that could be implemented. After building this, it is of vital

importance to study the pros and cons of different towers in order to select the

most suitable tower for this case, choosing a cooling tower and mechanical

induced draft counter flow.

Here are made the block diagram and the implementation plan with their

respective equipment list, starting from the raw data of the new units that are to

be installed at the refinery, so we'll know which teams will deploy to the tower

that you design.

Once done do the various calculations necessary to know the characteristics of

each team, and the cooling tower and its dimensions. Thus being able to perform

the implantation and schematic drawings of the tower. These calculations include

the flow rates of water balance, lines, pumps, .... Once these calculations are

filled finishes data sheets of each element to organize and easily accessible.

Is also required environmental impact study, to observe any of the flora, fauna,

etc ... This will involve a study of both the refinery area and surrounding.

Finally, the economic study done by developing both the budget and the budget

unit. This study was carried out using the method of cost estimation Williams, to

consider the most appropriate for this case presented.

To carry out the relationship of this project have used a variety of basic office

tools (Word, Excel ...), as well as specific engineering programs (AutoCAD,

Flowserve ...), in addition to various catalogs provided by Esindus SA and

Repsol YPF.

This project has raised the image and likeness of such a project is made real. We

have moved from basic concepts and general designs until the design in more

detail.

INDICE DOCUMENTO Nº1, MEMORIA

Capitulo 1. Memoria descriptiva.…………………..……………………………………7

1. Introducción………………………………………………………………………….8

2. Objetivos……………………………………………………………………………..9

3. Bases de diseño…………………………………………………………………..…10

4. Metodología/Solución desarrollada………………………………………………...12

5. Torres de refrigeración……………………………………………………………..13

5.1 Definición………………………………………………………………………13

5.2 Clasificación de las torres………………………………………………………15

5.2.1 Tiro mecánico…………………………………………………………….15

5.2.1.1 Torre mecánica de tiro forzado…………………………………16

5.2.1.2 Torre mecánica de tiro inducido………………………………..17

5.2.2 Tiro natural……………………………………………………………….18

5.3 Partes de una torre……………………………………………………………...19

5.3.1 Ventilador………………………………………………………………...20

5.3.2 Relleno……………………………………………………………………20

5.3.2.1 Relleno por película o laminar………………………………….21

5.3.2.2 Relleno por goteo o salpicadura………………………………...22

5.3.3 Separadores de gota………………………………………………………23

5.3.4 Sistema de distribución de agua………………………………………….24

5.3.5 Pulverizadores………………………………………………………….…26

5.3.6 Bandeja o balsa…………………………………………………………...27

5.3.7 Sistema de agua de aporte………………………………………………...27

5.3.8 Chimenea o virola………………………………………………………...28

5.4 Selección del tipo de torre……………………………………………………...28

5.5 Descripción del proceso………………………………………………………..28

5.6 Lista de equipos………………………………………………………………..30

5.6.1 Torre de refrigeración…………………………………………………….31

5.6.2 Bombas de agua…………………………………………………………..31

5.6.3 Filtro de riñón…………………………………………………………….31

5.6.4 Sistema de inhibidor de corrosión………………………………………..31

5.6.5 Sistema de inyección de dispersante……………………………………...32

5.6.6 Sistema de inyección de biocida………………………………………….32

5.6.7 Sistema de hipoclorito de sodio………………………………………..…32

5.6.7 Sistema de inyección de acido clorhídrico……………………………….32

5.7 Hojas de datos de equipos……………………………………………………...33

5.7.1 Hojas de datos de torre de refrigeración………………………………….47

6. Recursos y herramientas utilizados………………………………………………...50

Capitulo 2. Cálculos……………………………………………………………………51

1. Selección del tipo de torre………………………………………………………….52

2. Intercambio de materia……………………………………………………………..53

3. Balance de agua…………………………………………………………………….59

3.1 Ciclos de concentración………………………………………………………...59

3.2 Caudal de recirculación, Q……………………………………………………..60

3.3 Caudal perdido por arrastre, A…………………………………………………60

3.4 Caudal perdido por evaporación, E…………………………………………….61

3.5 Caudal de agua de aporte o reposición…………………………………………61

3.6 Caudal de agua de purga………………………………………………………..62

3.7 Esindus S.A…………………………………………………………………….63

4. Calculo de líneas…………………………………………………………………..64

5. Calculo y dimensionamiento de la torre……………………………………………66

6. Calculo de bombas………………………………………………………………….73

6.1 Caudales……………………………………………………………………...…73

6.2 Presión de descarga…………………………………………………………….74

6.3 Presión de descarga…………………………………………………………….75

6.4 Potencia consumida…………………………………………………………….75

6.5 Selección de la bomba………………………………………………………….76

7. Bibliografía…………………………………………………………………………78

Capitulo 3. Estudio económico…………………………………………………………79

1. Estudio económico…………………………………………………………………80

Capitulo 4. Impacto ambiental………………………………………………………….81

1. Objetivo del EIA……………………………………………………………………82

2. Descripción del proceso…………………………………………………………….83

3. Entorno geográfico, medio natural y socioeconómico : descripción……………….83

3.1. Ubicación………………………………………………………………………84

3.2. Descripción del entorno………………………………………………………..85

3.2.1. Clima……………………………………………………………………85

3.2.2. Geología………………………………………………………………...86

3.2.3. Flora…………………………………………………………………….87

3.2.4. Fauna……………………………………………………………………88

3.2.5. Ríos y lagos……………………………………………………………..88

3.2.6. Costas…………………………………………………………………...89

3.2.7. Zonas protegidas medioambientalmente………………………………..89

3.2.8. Zonas protegidas del SINANPE………………………………………..90

3.2.9. Categorías……………………………………………………………….90

3.2.10. Zonas reservadas………………………………………………………..93

3.2.11. Programa de vigilancia medioambiental………………………………..93

3.3. Fases de construcción………………………………………………………….94

3.3.1. Actuaciones de carácter general………………………………………...94

3.3.2. Supervisión del terreno al finalizar las obras…………………………..95

3.3.3. Elección de equipos y maquinaria……………………………………...96

3.3.4. Operaciones de mantenimiento en lugares específicos…………………96

3.3.5. Medidas destinadas a evitar la producción de polvo……………………97

3.3.6. Gestión de tierra vegetal retirada……………………………………….97

3.3.7. Medidas destinadas a evitar vertidos a cauces, suelos y otros lugares…98

3.3.8. Gestión de residuos de obra y materiales sobrantes…………………….98

3.3.9. Información a trabajadores de normas y recomendaciones…………….99

3.3.10. Estacionalidad de los trabajos y permeabilidad del territorio…………100

3.4. Cumplimiento de las medidas de protección contra incendios………………101

3.5. Cumplimiento de las condiciones de protección del patrimonio arqueológico101

3.6. Informes………………………………………………………………………102

3.7. Fases de funcionamiento……………………………………………………..102

3.8. Control y seguimiento del impacto ambiental producido por las torres de

refrigeración………………………………………………………………….103

Capitulo 5. Anejos…………………………………………………………………….105

1. Diagrama psicométrico……………………………………………………………105

1.1. Definición…………………………………………………………………….105

1.1.1. Términos y conceptos importantes……………………………………105

1.1.1.1. Aire húmedo…………………………………………………..105

1.1.1.2. Aire seco………………………………………………………105

1.1.1.3. Temperatura seca (Ts)…………………………………………105

1.1.1.4. Temperatura húmeda (Th)……………………………………..105

1.1.1.5. Temperatura de rocío (Tr)……………………………………..105

1.1.1.6. Volumen especifico (vas)……………………………………...106

1.1.1.7. Humedad especifica (w)……………………………………….106

1.1.1.8. Humedad relativa (f)…………………………………………..106

1.1.1.9. Entalpia (h)…………………………………………………….106

1.2. Interpretación del diagrama psicométrico……………………………………106

1.3. Proceso psicométrico básicos………………………………………………...108

1.3.1. Procesos sensibles……………………………………………………..108

1.3.2. Procesos de humectación……………………………………………...108

1.3.2.1. Humectación con spray de agua……………………………….108

1.3.2.2. Humectación con vapor……………………………………….109

1.3.2.3. Enfriamiento con deshumidificación………………………….110

2. Agua………………………………………………………………………………111

2.1. Introducción………………………………………………………………….111

2.2. Definiciones y terminología………………………………………………….112

2.2.1. Turbiedad……………………………………………………………...112

2.2.2. Índice de ensuciamiento (Fouling índex)……………………………..112

2.2.3. Solidos en suspensión…………………………………………………112

2.2.4. Color…………………………………………………………………..112

2.2.5. Concentración en volumen……………………………………………112

2.2.6. Equivalente gramo…………………………………………………….112

2.2.7. Normalidad (N)………………………………………………………..113

2.2.8. Miliequivalente por litro………………………………………………113

2.2.9. Grado francés………………………………………………………….113

2.2.10. Sales de acido fuerte (SSA)…………………………………………..113

2.2.11. Salinidad………………………………………………………………113

2.2.12. Valor permanganato…………………………………………………..113

2.2.13. Demanda química de oxigeno DQO………………………………….113

2.2.14. Demanda biológica de oxigeno DBO………………………………...114

2.2.15. Carbono orgánico total………………………………………………..114

2.2.16. Nitrógeno Kjeldahl (TKN)……………………………………………114

2.2.17. Nitrógeno total TN……………………………………………………114

2.2.18. Dureza………………………………………………………………...114

2.2.19. Alcalinidad P y Alcalinidad M………………………………………..115

2.2.20. Conductividad………………………………………………………...116

2.3. Problemas que puede causar el agua…………………………………………116

2.3.1. Corrosión……………………………………………………………..116

2.3.1.1. Tipos…………………………………………………………..117

2.3.1.2. Clasificación…………………………………………………..118

2.3.1.3. Inhibidores organicos………………………………………….118

2.3.2. Incrustaciones…………………………………………………………118

2.3.3. Materia orgánica………………………………………………………122

2.3.4. Fangos…………………………………………………………………122

2.4. Agua de reposición…………………………………………………………...123

2.5. Propiedades termodinámicas del agua de reposición pura…………………...125

2.6. Propiedades termodinámicas del agua de reposición salada…………………126

3. Aire………………………………………………………………………………..127

3.1. El aire. Psicometría…………………………………………………………...127

3.2. Términos Psicométricos……………………………………………………...128

3.2.1. Aire seco………………………………………………………………128

3.2.2. Aire saturado…………………………………………………………..128

3.2.3. Punto de rocío…………………………………………………………128

3.2.4. Presión parcial…………………………………………………………128

3.2.5. Tensión de vapor………………………………………………………128

3.2.6. Tensión máxima de vapor……………………………………………..128

3.2.7. Humedad absoluta……………………………………………………..128

3.2.8. Humedad relativa……………………………………………………...129

3.2.9. Temperatura seca……………………………………………………...129

3.2.10. Temperatura húmeda o temperatura de bulbo húmedo……………….129

3.2.11. Temperatura de saturación adiabática…………………………………129

3.2.12. Entalpia o calor total…………………………………………………..129

3.2.13. Calor latente de vaporización………………………………………….131

3.3. Relaciones entre variables psicométricas…………………………………….131

3.3.1. Humedad relativa……………………………………………………...131

3.3.2. Relación de humedad………………………………………………….132

3.4. Entalpia del aire húmedo……………………………………………………..133

3.5. Calculo de HA………………………………………………………………………………………………..134

3.6. Calculo de HV………………………………………………………………………………………………..135

4. Fundamentos termodinámicos…………………………………………………….136

4.1. Física del proceso…………………………………………………………….136

4.2. Ecuación de Merkel…………………………………………………………..138

4.3. Resolución grafica……………………………………………………………145

4.4. Influencia del viento en una torre de refrigeración…………………………..146

4.4.1. Tiro natural…………………………………………………………….146

4.4.2. Tiro mecánico o con ventilador……………………………………….146

4.5. Recirculación…………………………………………………………………147

5. Datasheet………………………………………………………………………….147

CAPITULO 1. MEMORIA DESCRIPTIVA

1.INTRODUCCIÓN

El objetivo de este proyecto es establecer el diseño de un sistema de refrigeración

mediante agua del tipo del recirculación o ciclo cerrado.

Dicho sistema de refrigeración será para una refinería de petróleo ubicada en Lima

(Perú). Esta refinería va a incrementar su capacidad de producir combustibles y para

ello va a instalar varias unidades de proceso. Estas unidades de proceso presentan unos

consumos de servicios auxiliares, que deben ser cubiertos por nuevas instalaciones.

2.OBJETIVOS

Los objetivos del proyecto serán los siguientes:

- Selección del tipo de sistema de refrigeración más adecuado entre los

disponibles.

- Selección, discusión y establecimiento de los parámetros más relevantes para el

diseño del sistema de agua de refrigeración.

- Diseño de la torre de refrigeración: especificación de los elementos más

importantes de la misma.

- Especificación y selección del equipo de bombeo.

- Estimación de la inversión y costes operativos asociados al sistema diseñado.

- Programa del proyecto.

3.BASES DE DISEÑO

Los datos de partida del proyecto serán:

Unidad Potencia térmica

Mkcal/h

U-100 Unidad viscorreduccion 11,3

U-200 Unidad destilación a vacío 22,5

U-300 Unidad HDS gasolinas 4,5

U-400 Unidad HDS gasóleos 5,9

U-500 Unidad de aminas 0,9

Total 45,0

Otros datos necesarios para el proyecto son:

VARIABLE UNIDADES VALOR

Presión de Aporte (en el suelo) kg/cm2 g 4,5

Presión de Retorno (en el suelo) kg/cm2 g 2,0

kg/cm2 0,7

Presión de Diseño del sistema kg/cm2 g 6,0

Temperatura de Diseño del sistema ºC 120

Máxima Tª Aporte a Intercambiadores ºC 29

Max. Tª Retorno de Intercambiadores ºC 40

Coeficiente de ensuciamiento h·m2·ºC / kcal 0,0004

Alcalinidad total (TA) como CaCO3 ppm p

Sólidos disueltos (TDS) como CaCO3 ppm p 600

Cloruros ppm p 100

Dureza Total como CaCO3 ppm p

pH 8,3-8,7

4.METODOLOGIA/SOLUCION DESARROLLADA

Este proyecto de fin de carrera será realizado de forma similar al procedimiento de

desarrollo de un proyecto real, esto es:

Ingeniería conceptual:

- Selección y discusión del tipo de sistema más adecuado

- Establecimiento de bases de diseño: capacidades, casos de diseño, criterios de

diseño.

- Consumo de servicios auxiliares (aproximación)

Ingeniería Básica:

- Balances de materia y Energía

- Diagrama de flujo de procesos.

- Especificación de proceso de equipos principales

Ingeniería de detalle:

- Planos de tuberías e instrumentos (PIDs)

- Especificación de detalles de los equipos principales.

- Selección de equipos en base a catálogo de vendedores

- Establecimiento de cronograma

5.TORRES DE REFRIGERACIÓN

5.1.DEFINICION

Las torres de refrigeración son estructuras que sirven para refrigerar agua y otros

medios a temperaturas muy altas. El uso principal de las torres de refrigeración es el de

rebajar la temperatura del agua utilizada en plantas de energía, refinerías de petróleo,

plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones

industriales.

En definitiva podemos definir las torres de refrigeración como intercambiadores de

calor, que aprovechando el principio de evaporación, por contacto directo entre el agua

y el aire, se consigue reducir la temperatura del agua desde la entrada de la torre a la

salida de la misma.

El agua entraría por la parte superior de la torre y se distribuye uniformemente sobre el

relleno utilizando pulverizadores, de esta forma conseguimos un buen contacto entre el

agua y el aire.

El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de contacto entre el agua y el

aire. Una vez establecido el contacto se produce una cesión de calor del agua al aire.

El calor del agua se transfiere al aire de tres formas: radiación, conducción (del 30 al

10%) y evaporación (proceso más importante, del 70 al 90%).

Hay diversos tipos de torre de refrigeración.

Según la forma en que se mueve el aire pueden ser de tiro mecánico, las cuales utilizan

ventiladores para mover el aire; o también pueden ser de tiro natural, que dependen de

las condiciones climatológicas.

También se pueden clasificar atendiendo a la dirección del aire con respecto al agua, así

pues, pueden ser: flujo cruzado o flujo contracorriente.

5.2.CLASIFICACION DE LAS TORRES

Generalmente las torres de refrigeración se clasifican según se mueva el aire en el

interior de éstas.

5.2.1.Tiro mecanico

Las torres de tiro mecánico proporcionan un control total sobre el caudal de aire

suministrado.

En este tipo de torre se puede controlar de forma precisa la temperatura de salida del

agua, consiguiendo valores de acercamiento muy pequeños.

Según donde este situado el ventilador estas torres se pueden clasificar en tiro forzado,

el ventilador esta situado en la entrada de aire, o tiro inducido, cuando está situado en la

zona de descarga del aire.

5.2.1.1.Tiro forzado

En este tipo de torres se hace entrar al aire por la base, donde esta montado el

ventilador, y se expulsa por la parte superior a baja velocidad. Tiene la ventaja de que la

inspección, mantenimiento y reparación del ventilador y motor es fácil ya que se

encuentran montados fuera de la torre. Este tipo de torre esta sujeta a una recirculación

grande del aire debido a la baja velocidad con la que sale de la torre.

Son, casi siempre, de flujo a contracorriente.

TIRO FORZADO Y CONTRACORRIENTE

5.2.1.2.Tiro inducido

Las torres de tiro inducido pueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado. El

flujo a contracorriente significa que el aire se mueve verticalmente a través del relleno,

de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma dirección pero sentido

opuesto. Y en las de flujo cruzado el aire circula en dirección perpendicular al agua.

TIRO INDUCIDO Y CONTRACORRIENTE

TIRO INDUCIDO Y CRUZADO

5.2.2.Tiro natural

Las torres de tiro natural son en las que el aire es inducido por una gran chimenea

situada sobre el relleno. Los motivos por los el aire es inducido dentro de la torre son:

- la diferencia de densidades entre el aire húmedo caliente y el aire de fuera de la

torre

- La diferencia de velocidades entre el viento a nivel del suelo y el viento que

circula por la parte superior de la chimenea.

Las torres de tiro natural han de ser altas y, además, deben tener una sección transversal

grande para facilitar el movimiento del aire ascendente. Estas torres tienen bajos costos

de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua.

5.3.PARTES DE UNA TORRE

Explicaremos las diferentes partes de una torre de tiro mecánico, ya que son las mas

frecuentes y además que nuestra torre será de este tipo.

A continuación podemos observar un esquema de este tipo de torre con sus diferentes

partes:

5.3.1.Ventilador

Es el encargado de crear el flujo de aire. El equipo completo se compone de motor,

transmisión y aspas.

Estos equipos trabajan en condiciones complicadas, ya que están en continuo

funcionamiento, en un ambiente de elevada humedad y temperatura. Los motores de la

torre deben estar protegidos.

Las aspas juegan un papel importante, suelen ser de aluminio o plástico debido a su

ligereza y resistencia a la corrosión. El número de aspas influye en la presión que se

ejerce sobre ellas, a cuanto mayor número de aspas menor es la presión ejercida sobre

ellas. Igualmente, un número mayor de aspas supone facilidades para un óptimo

equilibrado.

El ventilador será determinado por las siguientes magnitudes:

- Caudal de aire.

- Presión estática a vencer.

- Nivel sonoro.

5.3.2.Relleno

El relleno es la parte más importante en el proceso de intercambio de calor. El tamaño y

volumen de la torre dependerán del relleno utilizado, así como su coste.

El relleno tiene dos funciones principales, proporcionar una superficie de contacto lo

mas grande posible entre el agua y el aire; y aumentar el tiempo de intercambio de calor

entre el agua y el aire.

Se debe realizar de un material de bajo coste, ya que se utiliza mucho material, y

resistente a las condiciones en las que debe trabajar. La superficie del relleno debe ser lo

mayor posible en relación a su volumen, y su diseño debe permitir que el aire y el agua

pasen fácilmente, consiguiendo así una menos resistencia y pérdida de carga, y también

una distribución uniforme del aire y del agua.

La distribución del agua a través del relleno se puede hacer de tres maneras: salpicadura

o goteo, película o laminares y de tipo mixto.

Para la elección de que tipo utilizar se atiende a las características de uso y diseño de la

torre, ya que cada tipo tiene sus ventajas e inconvenientes.

5.3.2.1.Relleno por película o laminar

Son los más usados. Este tipo de relleno distribuye el agua en una fina película que

fluye por la superficie, consiguiendo así una gran superficie de agua en contacto con la

del aire. Ésta película debe ser muy delgada y cubrir la mayor superficie posible,

procurándose que el agua descienda adherida a la superficie del relleno, evitando que el

aire pueda separar el agua del relleno. Para conseguir estos objetivos se realiza grupos

de láminas onduladas de PVC o PP colocadas de forma paralela y a cierta distancia

formando cubos para favorecer su apilado.

Desventajas:

- Acumula residuos y suciedad, por lo que se necesitara un mantenimiento con

mayor frecuencia.

- Es muy sensible a las variaciones de caudal de agua y de aire, así como a la

distribución de la película.

Ventajas:

- La compacidad en este tipo de rellenos es mayor, consiguiendo una torre de

menor volumen, y por lo tanto más económica.

- En este tipo de relleno no existen gotas, por lo tanto la velocidad del aire puede

ser muy elevada, disminuyendo así la altura del relleno.

5.3.2.2.Relleno por goteo o salpicadura

En los relleno por salpicadura o goteo, el agua cae en listones o rejillas, que están

superpuestos en diversos pisos. El aire se mueve de manera vertical u horizontal,

mientras el que agua se va fraccionando en gotas cada vez más pequeñas, al ir chocando

con los diversos listones o rejillas. La superficie de estas gotas constituirá el área de

intercambio de calor.

Desventajas:

- El agua de arrastre es mayor, por lo que habría que utilizar separadores de gotas

de alto rendimiento.

- En este tipo de rellenos la superficie de intercambio por unidad de volumen es

menor que los rellenos laminares o de película, por lo tanto, la altura de relleno

será mayor, manteniendo el mismo área transversal.

Ventajas:

- Menor pérdida de carga.

- No se obstruyen con la suciedad o con las incrustaciones.

- Se consigue mayores saltos térmicos.

5.3.3.Separadores de gotas

La finalidad de los separadores de gotas es la de detener las gotas arrastradas por la

corriente del aire a la salida de la torre. Esto se consigue variando de manera brusca la

dirección del aire a la salida, la más efectiva es a 60 grados. Esta variación provoca que

el agua arrastrada se deposite en la superficie del separador, cayendo posteriormente al

relleno.

Los separadores de gotas reducen las perdidas de carga, limitan la formación de

neblinas y evita daños en el entorno de la torre (sobre todo si es agua salada).

5.3.4.Sistema de distribución de agua

Es un sistema de tuberías y conductos que su finalidad es la de repartir uniformemente

el agua por encima del relleno. Existen dos métodos de reparto: por gravedad o por

presión. El funcionamiento del primer reparto consiste en llevar el agua caliente hasta

una balsa situada encima del relleno, y una vez allí, ésta es distribuida a través de unos

canales, el agua cae por su propio peso sobre unas piezas en forma de herradura, las

cuales sirven de enlace entre los canales y el relleno. En el segundo, la tubería contiene

al agua con cierta presión (suministrada por las bombas de impulsión del circuito de

refrigeración). El agua es conducida por tuberías hasta unos aspersores, que rocían el

relleno con pequeñas gotas de ésta.

POR GRAVEDAD:

POR PRESIÓN:

5.3.5.Pulverizadores

Su misión es la de dividir lo más finamente posible el tamaño de la gota, compatible con

los arrastres de aire, con el objetivo de aumentar la superficie y repartir

homogéneamente el caudal de agua sobre el relleno. Son de dos tipos:

- Platos de salpicadura: estos son característicos de los sistemas por gravedad, con

canales o balsillas.

- Boquillas de baja presión: estos son utilizados en los colectores cerrados de baja

presión, pudiendo colocarse en la parte inferior del tubo (down-spray) o bien en

la parte alta (up-spray) parta facilitar su limpieza y conservación y cuando la

separación con el relleno sea pequeña.

TIPO UP-SPRAY:

TIPO DOWN-SPRAY:

5.3.6.Bandeja o balsa

Suelen ser de hormigón y sirven como cimentación de la torre, así como de depósito de

agua fría.

5.3.7.Sistema de agua de aporte

La evaporación de agua en la torre provoca una disminución del volumen de agua de

ésta. Por otro lado, la concentración de sales en el agua se controla con un régimen

adecuado de purgas. La evaporación y las purgas hacen que sea necesario el aporte

constante de agua.

5.3.8.Chimenea o virola

Está situada en la parte superior de la torre y sirven para reducir la potencia absorbida,

así como el riesgo de recirculación; también sirven para proteger a los equipos

mecánicos de golpes e interferencia y a los operadores.

5.4.SELECCIÓN TIPO DE TORRE

Se escoge una torre mecánica de tiro inducido y flujo a contracorriente. El por qué de

esta elección se encuentra en el apartado de cálculos.

5.5.DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

La torre de refrigeración será instalada en un refinería de petróleo ubicada en Lima

(Perú), servirá para cubrir las necesidades de las unidades de proceso que se van a

instalar.

Fijándonos en el diagrama de flujos podemos observar que el agua viene desde la

refinería (línea 8) a una temperatura de 40°C, este caudal es medido por un

caudalímetro (MC-A), y dirigido hacia la torre de refrigeración, en la cual se dividirá de

manera uniforme en dos celdas, estos dos caudales se medirán con 2 caudalimetros

(MC-E/F).

Una vez enfriada el agua hasta los 29°C, caerá a la balsa de la torre, situada debajo de

ella, la cual tiene un medidor de nivel (MN-A).

En esta balsa se le añaden los siguientes productos químicos: biocida (línea 1),

dispersante (línea 2), inhibidor de corrosión (línea 3), ácido clorhídrico (línea 4) e

hipoclorito (línea 5). Estos productos son impulsados cada uno por su propia bomba, y

están ubicados cada uno en su propio tanque, los cuales están dotados de medidores de

nivel (MN-B/C/D/E/F) para saber cuando hay que rellenar los tanques.

Además en la balsa se añade el agua de aporte (línea 9), ya que el volumen de agua por

evaporación y purga va disminuyendo. Dicho caudal es medido por un caudalímetro

(MC-B). Esta agua es recogida del mar y es introducida a la balsa a temperatura

ambiente.

También llega a la balsa el agua que proviene del filtro (F01),dicho caudal también es

controlado por un caudalímetro (MC-D).

Dos bombas (B01- A/B), las cuales una estará en reserva, serán las encargadas de tomar

el agua de la balsa, la temperatura de esta será controlada por un medidor de

temperatura (MT) y tendrá que ser 29°C, y llevarla al filtro. El agua que no es filtrada se

lleva a la refinería de petróleo (línea 7), caudal controlado por otro cuadalímetro (MC-

C), para su posterior utilización.

5.6.LISTA DE EQUIPOS

Los principales equipos en nuestro sistema de refrigeración son:

- Torre de refrigeración ( T01 A/B)

- Bombas de agua (B01 A/B/C) (B02 A/B)

- Filtro de riñon (F01)

- Sistema de inyección inhibidor de corrosión (P01)

- Sistema de inyección de biocida (P02)

- Sistema de inyección de dispersante (P03)

- Sistema de inyección de hipoclorito (P04)

- Sistema de inyección de acido clorhídrico (P05)

- Motor (M01)

- Balsa (B)

- Medidor de caudal (MC A/B/C/D/E/F)

- Medidor de temperatura (MT)

- Medidor de presión (MP)

- Medidor de nivel (MN A/B/C/D/E/F)

5.6.1.TORRE DE REFRIGERACIÓN

Hay 1 torre de refrigeración con 2 celdas, las cuales son del mismo tamaño y

características. A ellas llega un caudal de 1600 /h a una temperatura de 29°C y lo

refrigeran hasta los 40°C.

Cada celda esta dispuesta de su ventilador y equipo mecánico. Cada ventilador puede

ser controlado para que el agua mas o menos de lo que se necesita, pudiendo así evitar

un gasto innecesario de energía.

5.6.2.BOMBAS DE AGUA

Hay 2 conjuntos de bombas, uno de ellos el B01 A/B/C que consta de dos bombas en

operación y una en reserva, que se encargan de impulsar el agua (1600 /h cada una)

ya refrigerada hacia el filtro y hacia las unidades de control que lo necesiten. Y el otro

conjunto es el B02 A/B que consta de una bomba en funcionamiento y otra en reserva,

instaladas en el sistema de aporte.

Son bombas de gran tamaño y serán diseñadas para un caudal de un 10% superior de lo

necesario.

5.6.3.FILTRO DE RIÑON

En nuestra planta de refrigeración contamos con un sistema de filtración para eliminar

los solidos en suspensión de nuestro agua de refrigeración. El filtro es diseñado con una

porosidad para filtrar estos solidos, que son lo suficientemente grandes para ser

retenidos.

Este sistema esta formado por dos filtros a presión sobre capa de arena o de tipo

cartucho, de tipo autolimpiante. Por el sistema de filtración pasara un caudal de

160 /h.

5.6.4.SISTEMA DE INHIBIDOR DE CORROSION

Este sistema se encarga de inyectar inhibidor de corrosión al agua de la balsa. Este

inhibidor sirve para disminuir la capacidad que tiene el agua para corroer los metales.

Este sistema esta compuesto por tanque, bombas, tuberías y válvulas. Dicho sistema es

suministrado por el proveedor.

5.6.5.SISTEMA DE INYECCION DE DISPERSANTE

Este sistema es el encargado de inyectar dispersante al agua de la balsa. Se utiliza para

minimizar la deposición de solidos en suspensión y también las incrustaciones en el

equipo, estas deposiciones o incrustaciones se dan especialmente donde la velocidad del

agua es lenta.



5.6.7.SISTEMA DE INYECCION DE BIOCIDA

Este sistema es el encargado de inyectar biocida al agua de la balsa. Este biocida sirve

para minimizar la aparición de hongos, bacterias, algas,….en el agua.



5.6.8.SISTEMA DE INYECCION DE HIPOCLORITO DE SODIO

Este sistema se ocupa de inyectar hipoclorito sódico al agua de la balsa, evitando las

incrustaciones de material contaminante en tuberías y equipo.



5.6.9.SISTEMA DE INYECCION DE ACIDO CLORHIDRICO

Este sistema se ocupa de inyectar acido clorhídrico en el agua de la balsa para mantener

los niveles de PH constantes.



5.7HOJAS DE DATOS DE EQUIPOS

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Equipo nº

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BOMBAS

UNIDAD :

PROYECTO :

SERVICIO

CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO

Equipo Nº Operación / Reserva

refrigeracion

CASO DE DISEÑO operación

centrifuga

Funcionamiento ( continuo / discontinuo ; serie / paralelo) continua/paralelo

Tipo de Bomba ( centrífuga / volumétrica alternativa / volumétrica rotativa)

2 1Número de Bombas Requeridas Operación / Reserva

CARACTERÍSTICAS DEL FLUIDO

Naturaleza del Fluido agua

Componentes Corrosivos / Tóxicos No No

Temperatura de Auto Inflamación / Inflamación ºC NA NA

Sólidos en Suspensión ( Cantidad / Diámetro Equivalente) NA NA

Punto de Fuidez (Pour Point) ºC NA

Temperatura de Bombeo ºC 29

Densidad @ T bombeo kg/m3 996

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DE LA BOMBA

Caudal de Diseño Q (rated) (1) m3/h 1848

Viscosidad @ T bombeo cSt 0,818

Presión de Vapor @ T bombeo kg/cm2 a 0,4-0,5 a 30°C

Caudal Mínimo de Proceso (2) m3/h 840

Caudal Normal m3/h 1680

Presión de Impulsión @ Q rated kg/cm2 g 4,5

Presión de Aspiración @ Q rated kg/cm2 g 0

Presión Diferencial @ Q rated kg/cm2 4,5

Altura Diferencial @ Q rated (1) m 61

NPSH Disponible @ Q rated (3) m 20

Máxima DP a Impulsión Cerrada (4) kg/cm2

Presión Máxima Aspiración kg/cm2 g

Presión Máxima Impulsión kg/cm2 g

CONDICIONES DE DISEÑO MECANICO

Temperatura Diseño Mecánico ºC 120

Diámetro Tubería Aspiración / Impulsión Pulgadas 28 28

Traceado / Aislamiento / Flushing (6)

Tipo Operación / Reserva

Presión Diseño Mecánico kg/cm2 g 6

CARACTERÍSTICAS DEL ACCIONAMIENTO

Consumo de Vapor Estimado a Caudal de Diseño Kg/h

Consumo Eléctrico Estimado a Caudal de Diseño kWh/h

Para materiales véase la hoja de selección de materiales.

Este valor no puede ser excedido por la bomba con dens., viscos. normales y velocidad de operación continua máx.

NOTAS :

El punto de garantía debe ser para el caudal de diseño (rated) y la altura diferencial indicada.

Caudal de proceso en condiciones de "turn-dow n", puesta en marcha u otras operaciones. La I. de detalle / vendedor debe

especif icar el caudal mínimo requerido por la bomba y el sistema de protección / recirculación en su caso.

En la brida de aspiración de la bomba. Excluye cargas de aceleración para bombas volumétricas alternativas. Excluye

contingencias / margen para todo tipo de bombas.

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Fecha Aprobado

Especif icar traceado, aislamiento, f lushing si existen requerimientos de proceso.

Especif icar tipo / particularidades del impulsor / cierre, si existen requerimientos de proceso.

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Impulsor / Cierre (5)

Equipo nº

R

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BOMBAS

UNIDAD :

PROYECTO :

SERVICIO


Equipo Nº Operación / Reserva

refrigeracion


centrifuga

Funcionamiento ( continuo / discontinuo ; serie / paralelo) continua/paralelo

Tipo de Bomba ( centrífuga / volumétrica alternativa / volumétrica rotativa)

1 1Número de Bombas Requeridas Operación / Reserva

CARACTERÍSTICAS DEL FLUIDO


Componentes Corrosivos / Tóxicos No No

Temperatura de Auto Inflamación / Inflamación ºC NA NA

Sólidos en Suspensión ( Cantidad / Diámetro Equivalente) NA NA

Punto de Fuidez (Pour Point) ºC NA

Temperatura de Bombeo ºC 20

Densidad @ T bombeo kg/m3 998

CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO DE LA BOMBA

Caudal de Diseño Q (rated) (1) m3/h 96,61

Viscosidad @ T bombeo cSt 0,1

Presión de Vapor @ T bombeo kg/cm2 a 0,4-0,5 a 30°C

Caudal Mínimo de Proceso (2) m3/h 43,91

Caudal Normal m3/h 87,8265

Presión de Impulsión @ Q rated kg/cm2 g 4,5

Presión de Aspiración @ Q rated kg/cm2 g 0

Presión Diferencial @ Q rated kg/cm2 4,5

Altura Diferencial @ Q rated (1) m

NPSH Disponible @ Q rated (3) m

Máxima DP a Impulsión Cerrada (4) kg/cm2

Presión Máxima Aspiración kg/cm2 g

Presión Máxima Impulsión kg/cm2 g

CONDICIONES DE DISEÑO MECANICO

Temperatura Diseño Mecánico ºC 120

Diámetro Tubería Aspiración / Impulsión Pulgadas 6 6

Traceado / Aislamiento / Flushing (6)

Tipo Operación / Reserva

Presión Diseño Mecánico kg/cm2 g 6

CARACTERÍSTICAS DEL ACCIONAMIENTO

Consumo de Vapor Estimado a Caudal de Diseño Kg/h

Consumo Eléctrico Estimado a Caudal de Diseño kWh/h


Este valor no puede ser excedido por la bomba con dens., viscos. normales y velocidad de operación continua máx.

NOTAS :

El punto de garantía debe ser para el caudal de diseño (rated) y la altura diferencial indicada.

Caudal de proceso en condiciones de "turn-dow n", puesta en marcha u otras operaciones. La I. de detalle / vendedor debe

especif icar el caudal mínimo requerido por la bomba y el sistema de protección / recirculación en su caso.

En la brida de aspiración de la bomba. Excluye cargas de aceleración para bombas volumétricas alternativas. Excluye

contingencias / margen para todo tipo de bombas.

Rev. Por

Fecha Aprobado

Especif icar traceado, aislamiento, f lushing si existen requerimientos de proceso.

Especif icar tipo / particularidades del impulsor / cierre, si existen requerimientos de proceso.

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Flushing / Steam Out

Operación ( continuo / discontinuo)

ºC / kg/cm2 g

Contralavado (si / no)

Fluido de Contralavado

Presión de Diseño Mecánico kg/cm2 g

kg/cm2 g

mm

si

Temperatura Destino Fluido Contralavado

agua

4,5

Temperatura Disponible Fluido Contralavado

4,5

ºC 29

CONDICIONES DE FILTRACIÓN

CONDICIONES DE DISEÑO MECÁNICO

Temperatura de Diseño Mecánico ºC 120

Presión Destino Fluido Contralavado


ºC / kg/cm2 g

NOTAS :

Presión Disponible Fluido Contralavado kg/cm2 g

Arena

Componentes Corrosivos / Tóxicos

10Sobrediseño Hidráulico

Viscosidad @ P, T

DATOS GENERALES DE OPERACIÓN


4,5Kg/cm^2g

815 E-6

Nº Requerido Operación / Reserva 1--1

Tipo de Filtro

NA

Sólidos: cantidad %p / distrib. tamaño particula % - diám. eq.

Presión de Operación

Caudal

Temperatura de Operación

kg/cm2

Densidad @ P, T kg/m3

Pérdida de Carga Permitida

%

cSt

PROYECTO :

996

ºC 29

SERVICIO filtracion agua de la torre de refrigeracion

Equipo nº

UNIDAD :

continuo

Equipo Nº Operación / Reserva 1--1

R

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FILTROS


CASO DE DISEÑO filtro torre refrigeracion

m^3/h 160

Tamaño Mínimo de Partícula a Eliminar

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TIPO DE EQUIPO tanque de acido clorhidrico

continuo

NA

Fecha Aprobado

Rev. Por

R

e

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MISCELANEOS




Funcionamiento ( continuo / discontinuo ; serie / paralelo)


PROYECTO : Equipo nº

UNIDAD :

acido clorhidrico

si--si

Sólidos en Suspensión ( Cantidad / Tamaño Partícula)

Naturaleza del Fluido




SERVICIO tratamiento agua



ºC / kg/cm2 g

Presión de Diseño Mecánico

ESQUEMA


NOTAS :

kg/cm2 g

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TIPO DE EQUIPO tanque hipoclorito

continuo

NA

Fecha Aprobado

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MISCELANEOS







UNIDAD :

hipoclorito de sodio

si--si









ºC / kg/cm2 g


ESQUEMA


NOTAS :

kg/cm2 g

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TIPO DE EQUIPO tanque biocida

continuo

NA

Fecha Aprobado

Rev. Por

R

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MISCELANEOS







UNIDAD :

biocida

si--si









ºC / kg/cm2 g


ESQUEMA


NOTAS :

kg/cm2 g

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TIPO DE EQUIPO tanque dispersante

continuo

NA

Fecha Aprobado

Rev. Por

R

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MISCELANEOS







UNIDAD :

dispersante

si--si









ºC / kg/cm2 g


ESQUEMA


NOTAS :

kg/cm2 g

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TIPO DE EQUIPO tanque inhibidor de corrosion

continuo

NA

Fecha Aprobado

Rev. Por

R

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MISCELANEOS







UNIDAD :

inhibidor de corrosion

si--si









ºC / kg/cm2 g


ESQUEMA


NOTAS :

kg/cm2 g

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5.7.1.HOJAS DE LA TORRE DE REFRIGERACION

DATOS DE PROCESOTORRE DE REFRIGERACION Edición

DE TIRO INDUCIDO Fecha Hoja 1 de 2

PROYECTO Nº : SITUACIÓN : CLIENTE:

SERVICIO : Torre de refrigeración ITEM :

N R Nº UNIDADES : 1 FABRICANTE : TIPO : Flujo en contracorriente

U E SUM INISTRADO POR : M ONTADO POR :

M V

1

2 4 Caudal de agua en circulación (nor./dis) (1) m3/h Numero de celdas (1) (9)

3 4 Temperatura agua caliente (entrada) ºC Dimensiones nominales de una celda m

4 Temperatura agua fría (salida) ºC Dimensiones to tales de la torre m

5 4 Temperatura bulbo húmedo (entrada) ºC Altura de borde de balsa a cubierta m

6 Humedad relativa del ambiente % Altura de difusores m

7 Altitud sobre nivel de mar m Altura to tal m

8 Dirección predominante del viento Dimens. interiores de la balsa NOTA 4 m

9 Velocidad de diseño del viento km/h Nº de ventiladores por celda

10 Coeficiente sísmico Diámetro de los ventiladores m

11 Resistencia del terreno kg/cm2 Caudal de aire por ventilador Nm3/s

12 Espacio disponible Sección transversal de la celda m2

13 4 Calor transferido (nor./dis) (1) M M kcal/h Volumen del relleno m3

14 Superficie to tal de contacto m2

15 DP del circuito kg/cm2 Caudal especifico de agua m3/h m2

16 4 Tipo de bombas Valor de L/G

17 4 Nº de bombas Nº de entradas de agua por celda

18 Voltaje/ Fases/Ciclos < 150 kW Diámetro nominal entradas de agua mm

19 > 150 kW Altura entrada sobre borde de balsa mm

20 Pasarela de acceso a grupo mecánico DP sistema de distribución kg/cm2

21 Accesos a la cubierta (esclaera y escala) Perdidas por evaporación %

22 Nivel de ruido admisible en el suelo Perdidas por arrastre % 0,001

23 Normas para pruebas de recepción Caudal agua de aporte m3/h

24 Nº de ciclos de concentración

25 Calidad del agua de aporte Peso de embarque kg

26 Peso en operación kg

27

28

29

30 4 Estructura Tipo relleno

31 Cerramiento M aterial relleno PVC

32 Particiones interiores Soporte del relleno VIGA PREFABRICADA

33 Cubierta Separador de gotas PVC

34 Difusores altos (14 ft) Distanciadores/Soportes VIGA PREFABRICADA

35 Balsa de agua fría

36 Accesorios de la balsa Distribución de agua/Tipo

37 Ataguías Conductos PVC

38 Rejillas dobles Rociadores/Boquillas POLIPROPILENO

39 Drenaje Soportes VIGA PREFABRICADA

40 Rebosadero Pasarela acceso grupos mecanicos

41 Válvula de aporte

42 Cubeto aspiración bombas

43 Soportes de ventiladores

44 Anclajes

45 Tornillos/Espárragos

46 Escaleras/Barandillas

47

48 Puente móvil/Pescante

49

50

51

52 N OT A S

53 1.- Además de estas condiciones que corresponden a las condiciones normal y de diseño, la torre debe ser capaz de cubrir las siguientes operaciones:

54 C audal circulante, m3/ h

55 4 A. M áxima temperatura de retorno todas (2 celdas) (nota 7)

56 4 B. M antenimiento 3200

57 C. Fallo eléctrico. Ventiladores parados: el suministrador definirá la capacidad residual.

58

ED IC ION F EC H A D ESC R IP C ION D E LA ED IC ION VER IF IC A D O A P R OB A D O

NA

HORM IGON

HORM IGON O BLOQUES

HORM IGON (4)

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0.1 máx

380 V / 3 F / 50 Hz

3 (NOTA 8)

2

VERTICALES

3200

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1

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20,18x8x9,7

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20

1,574

1

5,545

262,6

8x7,5

noreste

137

0,4

76,8

3 (NOTAS 2 Y 7)

600

488

0,6/0,8

6000 V / 3 F / 50 Hz

40

29

22,5

72,2

13,99

LAM INARHORM IGON

Sí

Sí

80 dB a 1m

29

POR GRAVEDAD / CERRADO

REJILLA GALVANIZADA

T emp reto rno , ºC

NOTA 2

HORM IGON

POLIESTER

C eldas en o peració n

40 29

40

todas menos una ( 1 en reserva)

T emp frí a , ºC

DATOS DE PROCESOTORRE DE REFRIGERACION Edición

DE TIRO INDUCIDO Fecha Hoja 2 de 2

PROYECTO Nº : SITUACIÓN : CLIENTE:

SERVICIO : Torre de refrigeración ITEM :

N E Nº UNIDADES : 1 FABRICANTE : TIPO : Flujo en contracorriente

U D SUM INISTRADO POR : M ONTADO POR :

M

1

2

3 Cantidad Cantidad

4 Tipo / M odelo Tipo

5 Fabricante M odelo

6 Diámetro m Fabricante

7 Nº de palas Relación de reducción

8 Velocidad del ventilador R.P.M . Potencia mecánica s/ AGM A kW

9 Velocidad periférica m/s Factor de servicio

10 Potencia absor. por ventilador (salida del motor) kW

11 Nº de reducciones

12 M aterial de las palas Peso kg

13 M aterial del cubo Eficiencia

14 Presión to tal mmH2O

15 Presión de velocidad mmH2O

16 Aire suministrado por ventilador Nm3/s

17 Eficiencia estática

18 Peso kg

19 M omento de inercia kg/m2

20

21

22 EJE M OTRIZ M OTOR

23 Cantidad Cantidad

24 Tipo Clase

25 M odelo Tipo

26 Fabricante Fabricante

27 Potencia absorbida kW Velocidad a plena carga R.P.M .

28 M aterial del eje Voltaje/ Fases/Ciclos

29 M aterial del acoplamiento Potencia kW

30

31

32

33

34 N OT A S

35 4 2.- Calidad de agua de aporte : Se utilizará agua de recuperación terciaria y /o una mezcla de agua de recuperación terciaria con agua bruta clarificada y

36 4 filtrada o mezclada con agua bruta, el suministrador recomendará la mezcla adecuada para operar con los ciclos de concentración especificados.

37 4 AGUA DE RECUPERACION TERCIARIA:

38 pH: 6 / 7,5 Dureza cálcica: 100 / 200

39 4 Temperatura : Ambiente ( 38ºC /23ºC / 0.4ºC) Cloruros (ppm): 300 / 2000

40 4 Conductividad: 500 / 4000 microS/cm Cloro libre (ppm): 0,2 / 0,4

41 4 Alcalinidad (M ) : 120 / 300 ppm CaCO3 DQO: 50 / 200

42 Sólidos en suspensión 5,0 / 16,0

43 4 AGUA BRUTA CLARIFICADA Y FILTRADA:

44 4 pH: 6,5 / 8,3 Dureza temporal : 60 / 140 ppm CaCO3

45 4 Temperatura : Ambiente ( 38ºC /23ºC / 0.4ºC) Cloruros (ppm): 40 / 60

46 4 Conductividad: 250 / 500 microS/cm Turbidez (NTU): < 2

47 4 Dureza to tal : 95 / 200 ppm CaCO3 Sólidos en suspensión (mg/l): < 1

48

49 4 AGUA BRUTA:

50 4 Tiene las caracteristicas del agua bruta clarificada y filtrada, excepto lo siguiente:

51 4 Turbidez (NUF): 5 / 1400 M ateria orgánica: 10 / 40 ppm M nO4K

52

53 4 3.- Foso de bombas para instalar 3 bombas verticales y una futura.

54

55 4 4.- La balsa de la torre de refrigeración estará dividida en compartimentos separados para cada celda, para poder aislar completamente una celda

56 4 mientras las otras permanecen en funcionamiento. A la salida de cada celda poner doble rejilla, diseñando la primera de las rejillas con un cajón

57 recogedor de suciedad. Estará dimensionada para permitir diez minutos de residencia entre el nivel normal y mínimo de bombeo. Estará equipada

58 con un rebosadero, un drenaje por cada celda y pantallas para eliminar los só lidos. Se configurará para permitir la instalación de un polipasto para

59 remover las rejillas y las bombas verticales del foso.

60

61 5.- El alcance incluye un detector de hidrocarburos y detectores de explosividad en la zona superior de cada celda.

62

63 6.- Los ventiladores de la torre podrán accionarse con botonera para poder trabajar al 100% y al 50%. Como alternativa ofertar variador de frecuencia

64

65 7.- A confirmar por suministrador.

66

67 4 8.- 3 bombas centrífugas de 2700 m3/h c.u.. dos accionadas con motor eléctrico y una con turbina.

68

69 4 9.- Las celdas serán iguales. Se diseñarán para que puedan trabajar independientemente unas de otras. Tres (3) celdas de 2700 m3/h c.u., dos (2) en

70 4 servicio y una (1) en mantenimiento. Existirá un único pozo de bombas. Se prevee la instalación de una cuarta celda en el futuro.

71

72

73

74

259,78

69,245

262,6

69,1

AXIAL/ENF

EQUIP O M EC A N IC O (P OR EL F A B R IC A N T E)

VEN T ILA D OR ES (6) R ED UC T OR D E VELOC ID A D (6)

2

5,545

6

208,1

2

78,958

2

1500

97

HOWDEN

POLIESTER

acero gal.+epoxy

60,4

2

LRF48

KTR

COM POSITE

ACERO INOXIDABLE

EJES PERPENDICULARES

QVRB2

HANSEN

7.1

2

(6)

FLOTANTE

2

90

380 V / 3 F / 50 Hz

F/B

TEFC

ABB

6. RECURSOS Y HERRAMIENTAS UTILIZADAS

Para la utilización del proyecto se han utilizado:

- Programas de diseño asistido CAD.

- Sistema de hojas de cálculos (Excel).

- Herramientas ofimáticas básicas (Word).

- Software de selección de bomba “flowselex” del proveedor Flowserve.

- Software especifico para el diseño de las torres de refrigeración a partir de otros

parámetros calculados (Herramienta del proveedor Esindus S.A.).

Se ha tenido en cuenta además:

- La consulta de documentación técnica especifica.

CAPITULO 2. CALCULOS

1.Selección del tipo de torre

La primera elección que tenemos que realizar es si escogemos una torre de tiro natural o

una torre de tiro mecánico. Tomamos la decisión de escoger la torre de tiro mecánico

por varios factores:

- Se puede controlar de forma precisa la temperatura de salida de agua.

- Proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado.

- Las torres de tiro natural son de mayor tamaño, se necesitaría una mayor

superficie para instalarlas.

La siguiente elección que debemos realizar es si la torre será de tiro inducido o tiro

forzado. Decidimos que la mejor opción es la de tiro inducido, tomamos dicha decisión

basándonos en varios aspectos:

- La torre de tiro forzado está sujeta a una recirculación excesiva, debida a la baja

velocidad de salida del aire. Por lo cual obtendríamos un rendimiento menor.

- La torre de tiro forzado tiene la ventaja de ubicar el motor y el ventilador fuera

de la torre, esto hace que tenga un mantenimiento, inspección y reparación más

fácil.

- Menor rendimiento en la de tiro forzado ya que la temperatura de bulbo húmedo

de salida es mayor que la del aire circundante, esto se nota en el incremento de

temperatura del agua fría.

Finalmente nos queda decidir si el flujo de la torre de tiro inducido será a

contracorriente o cruzado.

Observemos las diferencias que hay entre un flujo y otro en la siguiente tabla:

Contracorriente tiro

inducido

Contracorriente tiro

forzado

Flujo cruzado tiro

inducido

Mantenimiento Fácil Fácil Difícil

Equipo mecánico Sencillo Medio Complicado

Distribución Difícil Fácil Facil

Condición invierno Buenas Malas Malas

Recirculación no No Si

Ruido 100% 120% 90%

Coste 100% 120% 115%

Tamaño 100% 110% 130%

Aguas corrosivas no Si No

Finalmente se escoge una TORRE DE TIRO MECÁNICO INDUCIDO Y FLUJO A

CONTRACORRIENTE.

2.INTERCAMBIO DE MATERIA

La temperatura de entrada de agua es 29°C y la de salida es 40°C. Un incremento de

temperatura de 11°C.

Utilizamos las propiedades del agua a la temperatura de 34.5°C, que es la media

aritmética de la temperatura de entrada y de la de salida. Usamos esta temperatura para

saber las propiedades del agua, debido a que sabemos que éstas no variaran mucho en

nuestro incremento de temperatura.

Según las tablas de propiedades del agua a 34.5°C :

Presion de saturación de vapor 0.054665 bar

Volumen especifico Vf* =1.006 Vg=26.335

Densidad del fluido Ƿf=994 kg/ Ƿg=0.0386 kg/

Entalpia de vaporización hfg= 2420 KJ/Kg

Calor especifico cpf= 4.178 KJ/Kg-K cpg= 1.8795 KJ/Kg-K

Viscosidad del fluido µf* =732 Ns/ µg* =9.39 Ns/

Conductividad térmica kf* =624 W/m-K kg* =20.25 W/m-

K

Numero de Prandtl Prf=4.91 Prg=0.869

Tensión superficial f* = 70.45N/m

Coeficiente de expansion f* = 341.25

Una vez halladas las propiedades del agua y sabidas las potencias térmicas de cada

unidad, las cuales son datos de partida, hallamos el caudal de agua necesario para

satisfacer los consumos.

Para ello hallaremos primero el gasto másico a través de la siguiente fórmula:

: potencia térmica [J/s]

: gasto másico [Kg/s]

: calor específico [J/KgK]

: incremento de temperatura [=11°C]

El calor específico se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la

unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en

una unidad (kelvin o grado Celsius.

En nuestro caso el calor específico vale 4178 J/KgK.

Antes de utilizar la formula debemos convertir las unidades de la potencia térmica ya

que las tenemos en Mkcal/h.


Mkcal/h

U-100 Unidad viscorreduccion 11,3

U-200 Unidad destilación a vacío 22,5

U-300 Unidad HDS gasolinas 4,5

U-400 Unidad HDS gasóleos 5,9

U-500 Unidad de aminas 0,9

Total 45,0


J/s

U-100 Unidad viscorreduccion 1314190

U-200 Unidad destilación a vacío 26167500

U-300 Unidad HDS gasolinas 5233500

U-400 Unidad HDS gasóleos 6861700

U-500 Unidad de aminas 1046700

Total 40623590

Utilizando la fórmula obtenemos los siguientes gastos másicos:

Unidad Gasto másico

Kg/s

U-100 Unidad viscorreduccion 28.582

U-200 Unidad destilación a vacío 569.106

U-300 Unidad HDS gasolinas 113.82

U-400 Unidad HDS gasóleos 149.23

U-500 Unidad de aminas 22.76

Total 883.498

Una vez hallados éstos podemos hallar los caudales con la siguiente fórmula:

: caudal [ /s]

: gasto másico [Kg/s]

: densidad [=994 Kg/ en el agua a 34.5°C]

Con lo que obtenemos los siguientes datos:

Unidad Caudal

/s


U-200 Unidad destilación a vacío 0.5725




Total 0.88875

Aunque en la tabla anterior damos los caudales en las unidades del SI, debemos pasarlos

a /h, que es la unidad utilizada en el ámbito de la refrigeración.

Unidad Caudal

/h


U-200 Unidad destilación a vacío 2061




Total 3199.5

La siguientes tablas las incorporamos a modo resumen de lo calculado anteriormente de

cada unidad:

U-100 Unidad de viscorreduccion

Potencia térmica MKcal/h 11.3

Potencia térmica J/s 1314190

Gasto masico Kg/s 28.582

Caudal /s 0.02875

Caudal /h 103.5

U-200 Unidad destilación al vacio




Caudal /s 0.5725

Caudal /h 2061

U-300 Unidad HDS gasolinas




Caudal /s 0.1145

Caudal /h 412.2

U-400 Unidad HDS gasóleos




Caudal /s 0.1501

Caudal /h 540.36

U-500 Unidad de aminas




Caudal /s 0.0229

Caudal /h 82.44

3.BALANCE DE AGUA

3.1.CICLOS DE CONCENTRACION

En los circuitos de refrigeración se producen perdidas de agua por diferentes motivos:

- Evaporación de la torre (E)

- Arrastre del aire (A)

- Fugas en el sistema.

Esto hace que el agua se vaya concentrando paulatinamente en impurezas, por lo que

resulta imprescindible mantener su concentración por debajo de unos parámetros

aceptables. Por tanto es necesario limitar el numero de veces que se debe recircular el

agua y para ello se define el “número de concentraciones N” :

El número de ciclos del agua suele estar entre 3 y 8, así que tomamos una N=3, debido a

los consejos del proveedor.

Tres ciclos de concentración indican que la cantidad de sólido disuelto en el agua que

recircula es tres veces mayor que en el agua del depósito. Para evitar sobrepasar los

límites de solubilidad para las especies disueltas, los ciclos de concentración deben ser

controlados mediante la purga de parte del agua de refrigeración. Aumentando la purga

se disminuyen los ciclos de concentración.

La optimización del funcionamiento de la torre consiste en hallar el número óptimo de

ciclos de concentración donde se establezca un equilibrio entre estas dos variables:

- Calidad del agua, la cual aumenta al disminuir el número de ciclos.

- Costes económicos, se reducen al aumentar el número de ciclos.

Para el establecimiento del valor normal se tendrá que valorar la concentración máxima

admisible de sales en relación con los costes de aditivación y los costes de la reposición

y del vertido de la purga.

3.2.CAUDAL DE RECIRCULACION, Q

Con los datos obtenidos anteriormente de los caudales, vemos que nuestro caudal de

recirculación necesario para cubrir las peticiones es 3200 /h.

3.3.CAUDAL PERDIDO POR ARRASTRE, A

En función del diseño varia entre 0,05 y 0,2 % del caudal que circula por la torre,

asique tomaremos un valor valor intermedio, de 0,125%.

En diseños especiales se puede reducir a costa de aumentar la pérdida de carga.

/h

3.4.CAUDAL PERDIDO POR EVAPORACION, E

El calor necesario para evaporar el agua es el que se utiliza para disminuir la

temperatura. El balance de calor queda:

Como aproximación se puede utilizar:

/h

3.5.CAUDAL DE AGUA DE APORTE O REPOSICIÓN

Es la cantidad de agua que habría que reponer hasta alcanzar el agua necesaria para

comenzar un nuevo ciclo.

Con el balance de agua:

Y el balance salino:

Se obtiene:

Sabiendo que

/h

3.6.CAUDAL DE AGUA DE PURGA

Es el caudal de agua que se extrae para mantener la concentración de sales en nuestro

sistema de refrigeración. Este caudal será repuesto por el agua de reposición o aporte.

/h

Todos los cálculos hechos anteriormente se puede comprobar que son correctos con el

balance de agua:

/h

En esta ecuación vemos que el caudal de agua purgada más el que se evapora más las

perdidas por arrastre será sustituida por el caudal de agua de reposición. Consiguiendo

así que el caudal deseado sea constante 3199.5 /h .

3.7.ESINDUS S.A.

En nuestro caso el vendedor de la torre (ESINDUS) nos proporcionó los datos sobre

purga, evaporación, arrastres y aportes:

A pesar de ello, se calcularon anteriormente pero se usaron los dados del proveedor, ya

que nuestros cálculos fueron obtenidos mediante un método general, por tanto no son

tan precisos como los dados por ESINDUS, ya que el proveedor tiene mas experiencia y

posibles coeficientes obtenidas de ésta.

BALANCE DE AGUA

CICLOS DE

CONCENTRACION 3

EVAPORACION 51,20 m3/h ARRASTRES 0,32 m3/h

14,2 l/s

CAUDAL 3200 m3/h

PURGA 25,28 m3/h

7,0 l/s

APORTE 76,80 m3/h

21,3 l/s

4.CALCULO DE LINEAS

A continuación, se define el proceso para el dimensionado de las diferentes líneas del

sistema.

Cabe destacar que en el sistema de refrigeración que se va a diseñar, hay que distinguir

principalmente entre dos tipos de líneas. Estas son: las líneas por donde circula el agua

de refrigeración, ya sea para el suministro a la refinería como al sistema de filtración; y

las líneas que aportan productos químicos en la balsa de agua para mantener los valores

del agua estables.

Se han tenido en cuenta la hora de realizar los cálculos del dimensionado de las tuberías,

las siguientes premisas:

- Temperatura de diseño: 120°C; no se considera para el dimensionado de la línea,

pero si a la hora de seleccionar el material de las tuberías.

- Presión de diseño: se considera como medida de seguridad que la presión de

diseño es igual presión de operación +2bar.

- Velocidad media línea: 2.5 m/s, esta es la velocidad de diseño que se ha

establecido.

Con la ecuación de la mecánica de fluidos que relaciona el caudal con el área de la

sección y la velocidad del fluido en su interior:

También teniendo en cuenta que los diámetros de las tuberías están normalizados con

diámetros de:

¾”, 1”, 1 ½”, 2”, 3”, 4”, 6”, 8”, 10” , 12”, 14”, 16”, 18”, 20”, 24”, 26”, 28”, 30”, 32”,

34”, 36”, 40”, 42”,44”, 48”.

Se tomara como diámetro válido aquel que sobrepase el valor obtenido en los cálculos:

Linea 1 2 3 4

Caudal /h 2.74 2.74 2.74 2.74

V m/s 1.5 1.5 1.5 1.5

V m/h 5400 5400 5400 5400

Area 0.001 0.001 0.001 0.001

Diámetro m 0.0356 0.0356 0.0356 0.0356

Diámetro “ 1.4 1.4 1.4 1.4

Se toma 1.5 1.5 1.5 1.5

Linea 5 6 7 8

Caudal /h 2.74 160 3200 3200

V m/s 1.5 2.5 2.5 2.5

V m/h 5400 9000 9000 9000

Area 0.001 0.0177 0.355 0.355

Diámetro m 0.0356 0.14966 0.6723 0.6723

Diámetro “ 1.4 5.89 26.468 26.468

Se toma 1.5 6 28 28

Linea 9 10

Caudal /h 25.28 76.80

V m/s 2.5 1.5

V m/h 9000 5400

Area 0.0028 0.01422

Diámetro m 0.0596 0.13416

Diámetro “ 2.3464 5.2818

Se toma 3 6

5.CALCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LA TORRE

A continuación se describirán los cálculos realizados para el dimensionado de cada una

de las celdas que componen la torre del sistema de refrigeración. Para ello, se deberá

tomar en cuenta los datos de partida contenidos tanto en las bases de diseño como en los

cálculos ya realizados.

Los datos necesarios para comenzar el dimensionado son los siguientes:

Caudal /h 3200

Presión atmosférica (atm) 0.998

Relación aire agua (L/G)

(Kgagua/kgaire)

1.574

Humedad relativa (%) 72.2

Temperatura bulbo seco °(C) 26.33

Temperatura bulbo húmedo (°C) 22.5

Elevación terreno (m) 13.99

Velocidad aire de entrada (m/s) 3

Numero de celdas 2

Antes de empezar con la explicación del calculo, hay que destacar un parámetro

fundamental, el parámetro L/G. Éste representa la relación entre el caudal másico de

agua de refrigeración y el caudal másico de aire.

Conociendo el balance de energía:

Hipotesis para el cálculo:

- Todo el calor intercambiado entre el agua y el aire se hace en el relleno.

- No hay perdidas de calor hacia el exterior.

- Los fluidos están en contracorriente pura.

- Se desprecia la cantidad de agua arrastrada por el aire, pero no el calor

intercambiado en el arrastre.

q: Calor i:ntercambiado

L Cpw dt: Calor cedido por agua

G dh: Calor absorbido por el aire

Por la ley de Fourier:

( )

d qconducción: Calor de conducción

hc: Coeficiente de película (kcal/h m2 ºC)

a: Superficie de contacto por aire – agua por unidad de volumen

V: Volumen de relleno

T’: Temperatura de la interfase aire-agua

T: Temperatura del aire

Por otra parte:

( )

dqevaporación: Calor de evaporación

k: Coeficiente de transferencia de masa, cantidas de masa que se transfiere entre el agua

y el aire por unidad de superficie y unidad de diferencia de humedades especificas.

a: Superficie de contacto por aire – agua por unidad de volumen.

xs: Humedad especifica de la interfase aire – agua

x: Humedad especifica del aire

λ: Calor latente de vaporización

las unidades de k son: ⁄

Sustituyendo en la ecuación del balance:

( ) ( )

Por su parte k es aproximadamente hc/Cpw,por tanto, hc=k Cpw

( ) ( )

Agrupando se obtiene:

( ) ( )

Por otro lado la entalpia del aire es:

Al sustituir se tiene:

( )

Al igualar dos a dos se obtiene:

( )

( )

( )

Estas son las ecuaciones de Merkel que se integraran a lo largo de todo el relleno.

∫

( )

∫

Integrando:

∫

( )

Como V (volumen del relleno) es el área por la altura de relleno (V=A l) se puede

calcular la altura de relleno como:

∫

( )

Si hacemos:

∫

( )

Se obtiene que g = g (a,A)una función exclusiva de la geometría del relleno y p = p (h,

h) una función exclusiva del estado termodinamico.

En los libros profesionales g se conoce como la altura de transferencia y p como el

número de transferencia. Por tanto:

g = HTU = altura de transferencia (m)

p = NTU = número de transferencia (adimensional)

Por otra parte se sabe que el calor absorbido por el aire es igual al calor cedido por el

agua:

( ) ( )

Al agrupar:

(

)

Que es la ecuación de una recta con pendiente

y ordenada en el origen

.

El termino L/G depende directamente del caudal de aire (G), esta variable esta

directamente ligada a las prestaciones del ventilador, por lo tanto a mayor G mayor

gasto de adquisición y consumo por parte del ventilador. A su vez esta relación esta

directamente relacionada con el dimensionamiento de la torre por diseño. Si se escoge

una relación L/G baja se da prioridad a un ventilador muy potente de poco consumo en

una torre de bajas dimensiones; si por el contrario se elige una relación L/G alta, se

optaría por una torre de grandes dimensiones con un ventilador pequeño.

L/G DIMENSIONES TORRE VENTILADOR

Baja (0,2-1,4) Bajas Grande y potente

Media (1,4-1,8) Medias Medio

Alta (1,8-2,2) Altas Pequeño y poco potente

L/G es obtenido a partir de tablas del proveedor de la torre que ha obtenido a partir de la

experimentación y forman parte de su “know how”, por lo que no es revelada la

procedencia empírica del mismo.

Con esto, comenzamos los cálculos:

Al conocer el caudal de agua, se halla el de aire:

Esta relación es valida para flujos másicos, L/G tiene como unidades Kg agua/Kg aire,

pero para el dimensionado se necesita que el caudal de aire este expresado en /h.

Para ello, se hace necesario el cálculo de la densidad del aire:

Siendo:

R, constante de aire seco

P=0.998 atm

T=26.33°C=299.33 °K

Con esto se obtiene:

Sabiendo ya la densidad del aire se puede hallar el caudal de aire:

Al haber tomado que las celdas tienen dos entradas de aire, se puede hallar la cantidad

de aire que entra por cada una de estas entradas:

Con estos datos se halla el tamaño de la celda:

Siendo:

b, base de la entrada=10 m

V aire, velocidad del aire= 3m/s

NOTA: la velocidad del aire a través de la torre se supone constante.

Con esto hallamos la altura de entrada del aire (h aire):

Analizando los datos obtenidos, la torre de refrigeración será de 8m de ancho por 10 m

de largo.

6.CALCULO DE BOMBAS

Para escoger un equipo de bombas que garantice que puede satisfacer las demandas de

caudal y que tiene un TDH (diferencia de presiones entre la descarga y la aspiración)

superior a la suma de la diferencia de cotas entre el nivel más bajo de todo el circuito de

refrigeración y la balsa de las torres de refrigeración, y la suma de las pérdidas de carga

continuas y locales que se producen en la tubería de impulsión.

6.1.CAUDALES

En primer lugar, antes de la elección de la bomba, se deben calcular ciertos parámetros

que faciliten la elección de la bomba, y así asegurar que las demandas del sistema de

refrigeración queden cubiertas en todo momento.

El sistema de refrigeración consta de dos conjuntos de bombas. El B01 A/B/C que

consta de 3 bombas, de las cuales dos de ellas son principales y otra de reserva, las tres

tendrán las mismas características para que den el mismo resultado operativo. La de

reserva estará lista para entrar en funcionamiento cuando cualquiera de las otras dos esté

en mantenimiento o dejen de funcionar por algún tipo de fallo. El segundo conjunto es

el B02 A/B, en el sistema de aporte, en el que se tiene una bomba en operación y otra en

reserva.

Viendo el caudal necesario que deben suministrar las bombas al circuito de

refrigeración, se observa:

- El caudal total de refrigeración es 3200 /h

- Hacia el sistema de filtrado van 160 /h, lo cual es equivalente al 5% del

caudal total.

- Caudal de aporte 88 /h.

Viendo esto se puede afirmar que las bombas deben poder empujar la suma de ambas,

por lo tanto las bombas tendrán una capacidad de como mínimo 3360 /h. al tener dos

bombas en funcionamiento quedaran unas bombas de 1680 /h.

A parte de esto se nos recomienda un sobredimensionamiento de un 10% para evitar

problemas de funcionamiento próximamente, de esta forma pediremos al proveedor

unas bombas con una capacidad de 1848 /h y para el aporte unas bombas de

96.61 /h.

6.2.PRESION DE DESCARGA

Como punto de partida, se calcula la altura efectiva de la bomba que se va a utilizar, con

ayuda de la ecuación de Bernouilli entre el comienzo y el final del recorrido del fluido.

La instalación se ha diseñado asumiendo una diferencia de presiones de 6 bares en el

caso del conjunto B01 A/B/C y de 4 bares en el caso del conjunto B02 A/B.

La presión de 6 bar es la que se requerirá a la entrada de cada unidad a refrigerar en el

circuito de refrigeración.

Aplicando la ecuación de Bernouilli:

En esta ecuación, los términos de velocidades se desprecian al ser igual a cero, ya que el

proceso empieza y acaba en la balsa, cuya velocidad es 0 m/s.

Por esta misma razón la diferencia de alturas es 0m.

Teniendo en cuenta esto, se obtiene:

El cálculo del NPSH es crucial ya que expresa la diferencia en el circuito, entre la

presión en cualquier punto y la presión de vapor del líquido en ese punto.

Este valor siempre tiene que estar por encima de 0, ya que de lo contrario se podría dar

un fenómeno parecido a la ebullición y provocar cavitación.

Aplicando la formula:

Se determina que la presión de vapor esté entorno a los 4 bares en el circuito y la

ambiente en el aporte.

Por tanto:

6.3.PRESION DE DESCARGA

Por condiciones de trabajo, se requiere una presión determinada a un punto de destino

ubicado a 1Km de distancia.

Se toma una DP de 2 bar para el dimensionamiento de la tubería.

Como consecuencia:

6.4.POTENCIA CONSUMIDA

A continuación, se procederá al cálculo de la potencia consumida, y la potencia

generada por la bomba.

La potencia consumida por la bomba es la potencia mecánica, correspondiente a la

potencia suministrada por el eje de la bomba. Esta potencia se rige por las siguientes

expresiones:

Para calcular la potencia eléctrica, se utiliza un rendimiento del 70%. Ya que esta

situado dentro de los valores de funcionamiento típicos de una bomba de similares

características-

Pe=438.828Kw

Pe=15.043Kw

6.5.SELECCIÓN DE LA BOMBA

Las bombas de este proyecto han de tener una fiabilidad y una efectividad demostradas,

ya que comprenderán una parte muy considerable del coste económico final del

proyecto.

Por ello se cuenta con la empresa FLOWSERVE, un líder mundial reconocido en el

área del suministro de bombas, válvulas, automatización de sellos, y servicios a las

industrias de energía , petróleo, gas y química, entre otras, se ha seleccionado la bomba

mas adecuada para cubrir las necesidades de este proyecto.

Los parámetros introducidos para la selección de bombas de suministro B01 A/B/C son

las siguientes:

- Caudal: 1848 m3/h

- NPSH: 20m

Por otro lado para la selección de las bombas de agua de aporte B02 A/B son:

- Caudal: 96,91 m3/h

- NPSH: 16m

Entre las bombas que te permite elegir el software de selección FlowSelex, se ha

decidido optar por bombas 500LNGT800 para las bombas de agua de suministro, ya

que son las que mejor eficiencia y BEP tienen (93,1% BEP y 87,4% de eficiencia); y

para las bombas de agua de aporte se han elegido bombas 4HPX8A, por las mismas

razones (108,8% BEP y 79,1% de eficiencia).

7.BIBLIOGRAFIA

- Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas, Claudio Mataix, Editorial Dossat.

- Teoria y practica de torres de refrigeración, Gregorio Torres Triviño, Editorial

Dossat.

- Protocolos de prácticas de laboratorio de Mecánica de Fluidos, 2ºITIM ICAI.

- Protocolos de prácticas de laboratorio de Transmisión de Calor, 3ºITIM ICAI.

- Protocolo de prácticas de laboratorio de Turbomáquinas Térmicas e Hidráulicas,

3ºITIM ICAI.

- Fundamentos de termodinámica técnica, José Ignacio Linares, ICAI

- Aplicaciones de termodinámica técnica, José Ignacio Linares, ICAI

- Seminarios sobre torres de refrigeración, Repsol YPF.

- Información Torres de refrigeración, ESINDUS S.A.

CAPITULO 3. ESTUDIO ECONÓMICO

1.ESTUDIO ECONÓMICO

El objetivo del proyecto es la instalación de un sistema de refrigeración en una refinería,

situada en Lima (Perú), para abastecer las nuevas unidades que se quieren instalar, ya

que sin este sistema la refinería no seria capaz de abastecerlas.

Debido a la importancia de esta ampliación de la refinería, se hace innecesaria la

elaboración de un estudio económico para certificar la rentabilidad de la instalación de

este nuevo sistema, ya que sin él los resultados de la empresa se verían comprometidos.

CAPITULO 4. IMPACTO AMBIENTAL

1.OBJETIVO DEL EIA

El principal objetivo del presente Estudio de Impacto Ambiental es proporcionar los

datos necesarios que permitan seleccionar la mejor alternativa a adoptar y realizar los

análisis necesarios para la correcta evaluación de las consecuencias ambientales que la

construcción, el posterior funcionamiento y desmantelamiento de la Ampliación de la

Refinería de Lima puede generar sobre los medio físico, biológico y socioeconómico,

así como sobre el paisaje. Asimismo, el Estudio de Impacto Ambiental permitirá, una

vez valorados los efectos, establecer las medidas protectoras y correctoras necesarias

para evitar y/o minimizar los efectos generados por la actuación.

Son objetivos concretos del Estudio:

- Evitar o, cuando ello no sea posible, reducir y controlar la contaminación de la

atmósfera, del agua y del suelo, mediante el establecimiento de un sistema de

prevención y control integrados de la contaminación con el fin de alcanzar una

elevada protección del medio ambiente en su conjunto.

- Cumplir con la normativa medioambiental vigente.

- Enriquecer el proyecto mediante la incorporación de la perspectiva

medioambiental al mismo.

- Proporcionar los datos necesarios que permitan seleccionar la mejor alternativa

para el proyecto.

- Definir, analizar y valorar, desde el punto de vista ambiental, el entorno del

proyecto, entendiéndose el mismo como el espacio físico, biológico y

socioeconómico en el que se insertan las obras proyectadas y que es susceptible

de sufrir alguna alteración.

- Identificar, caracterizar y valorar la naturaleza y magnitud de los efectos

originados por la construcción del proyecto, su puesta en funcionamiento y su

desmantelamiento.

- Establecer las medidas protectoras y correctoras que permitan evitar o minimizar

los impactos ambientales negativos generados.

- Diseñar un Programa de Vigilancia Ambiental que permita realizar un

seguimiento y control de la componente medioambiental.

2.DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

Se trata de una refinería de petróleo ubicada en Lima (Perú) que va a incrementar su

capacidad de producir combustibles y para ello va a instalar varias unidades de proceso.

Estas unidades de proceso presentan unos consumos de servicios auxiliares, que deben

ser cubiertos por nuevas instalaciones.

Después de un estudio de los diferentes tipos de sistemas que se pueden implantar se

decide optar por un sistema de refrigeración cerrado y que la torre tenga un sistema de

tipo mecánico o con ventilador de tiro inducido en la que el flujo de agua sea a

contracorriente.

Para cubrir las nuevas demandas de agua de refrigeración, el proyecto incorpora

también el sistema completo de tuberías de agua de aporte a la torre y el sistema de

dosificación química, así como todo el sistema de bombeo necesario para hacer circular

el fluido por el circuito.

3.ENTORNO GEOGRÁFICO Y MEDIO NATURAL Y SOCIOECONÓMICO:

DESCRIPCIÓN

Seguidamente se presenta un reducido estudio sobre la situación geográfica del sistema

de refrigeración desarrollado en este proyecto.

3.1UBICACIÓN

El sistema de refrigeración será situado en la ciudad de Lima (Perú), siendo una

ampliación de la refinería ubicada en La Pampilla, distrito de Ventanilla, provincia del

Callao.

La Refinería de La Pampilla, inició sus operaciones hace más de 40 años. En 1996

gracias al proceso de apertura económica y promoción de la inversión privada, la

compañía pasó a formar parte del grupo Repsol YPF Perú.

Desde entonces el nivel tecnológico de los procesos y la calidad de sus productos han

ido en constante aumento, gracias al intensivo programa de inversiones que se han

orientado a la optimización de procesos, mejorar la capacidad de producción y contar

con nuevas unidades que garantizan un proceso más seguro, confiable y cuidadoso con

el medio ambiente.

Repsol YPF Perú ha montado en la Pampilla nuevas instalaciones, tales como el

laboratorio de análisis de hidrocarburos más moderno de esta parte del continente, una

planta de Cogeneración para el autoabastecimiento de energía eléctrica única en el país,

una nueva planta de Vacío y unidad de Visbreaking para la producción de destilados

medios como el Diesel, entre otros proyectos de gran envergadura que la ha convertido

en la refinería de petróleo más importante y moderna del país.

Por otro lado, el abastecimiento de la refinería se realiza principalmente con crudos

importados, especialmente de Ecuador, Venezuela, Colombia y Nigeria.

Actualmente, la Refinería de La Pampilla tiene una capacidad de refinación de 102,000

barriles por día, lo que significa más de la mitad del volumen total de refino del país.

Cabe mencionar también, que toda la producción se realiza y controla de forma

automática desde la moderna Sala de Control Centralizada.

Las ventas de la Refinería de La Pampilla en el mercado nacional suponen una cuota de

mercado en torno al 50%.

3.2DESCRIPCIÓN DEL ENTORNO

3.2.1.CLIMA

El clima de la ciudad resulta especialmente particular dada su situación. Combina una

práctica ausencia de precipitaciones, con un altísimo nivel de humedad atmosférica y

persistente cobertura nubosa. Así, sorprende por sus extrañas características a pesar de

estar ubicada en una zona tropical a 12 grados latitud sur y casi al nivel del mar. La

costa central peruana muestra una serie de microclimas atípicos debido a la influyente y

fría corriente de Humboldt que se deriva de la Antártida, la cercanía de la cordillera y la

ubicación tropical, dándole a Lima un clima subtropical, desértico y húmedo a la vez.

Se puede decir que tiene un clima tibio sin excesivo calor tropical ni fríos extremos que

requieran tener calefacción en casa, a excepción de muy pocos inviernos. La

temperatura promedio anual es de 18,5 a 19 °C, con un máximo estival anual de unos 29

°C. Los veranos, de diciembre a abril, tienen temperaturas que oscilan entre los 29 y 21

°C. Solamente cuando ocurre el Fenómeno del Niño, la temperatura en la estación de

verano puede superar los 31 °C. Los inviernos van de junio a mediados de septiembre

con temperaturas que oscilan entre los 19 y 12 °C, siendo 8,8 °C la temperatura más

baja comprobada históricamente. Los meses de primavera y otoño (septiembre, octubre

y mayo) tienen temperaturas templadas que oscilan entre los 23 y 17 °C.

Por otro lado, la humedad relativa es sumamente alta (hasta el 100%), produciendo

neblina persistente de junio a diciembre hasta la entrada del verano cuando las nubes

son menores. Es soleado, húmedo y caliente en los veranos (diciembre-abril), nuboso y

templado en los inviernos (junio a septiembre). La lluvia es casi nula. El promedio

anual es de 7 mm. reportado en el Aeropuerto Internacional Jorge Chávez, siendo la

menor cantidad en un área metropolitana en el mundo.

Lima tiene sólo 1284 horas de sol al año, valores excepcionalmente bajos para la latitud.

La combinación de fenómenos climáticos se presentan así:

La corriente fría de Humboldt que recorre la costa enfría sensiblemente la temperatura

del agua. Esta es mucho más fría que lo que correspondería a la latitud tropical en la que

se sitúa la ciudad. Así, las condiciones de frío a nivel del mar con una atmósfera

superior más caliente por la acción solar genera una inversión térmica que impide el

fenómeno de convección, por el cual el aire más cálido y menos denso asciende. Esto,

unido a la cordillera andina circundante, hace que se presente una casi permanente capa

de espesa nubosidad extremadamente baja (a menos de 500 m. del suelo) que impide el

paso de la radiación solar directa. A su vez, el bloqueo por una capa de aire caliente

superior evita la formación de nubes de desarrollo vertical cumulonimbus, lo que

explica la ausencia de precipitaciones. Esta es la razón de la paradoja de tener un clima

extremadamente nuboso y húmedo y, sin embargo, desértico. Las escasas

precipitaciones (menos de 8 mm. anual) conocidas como garúa son producto de la

condensación de la nubosidad baja que forma el sistema.

3.2.2.GEOLOGÍA

Los Andes atraviesan en Perú de norte a sur, condicionando con su imponente

presencia, el clima y la orografía del país. Aunque el abra de Porculla marque, a 2.145

msnm, su punto más bajo, la Cordillera Blanca y la Cordillera de Huayhuash albergan

en el sector norte las cumbres más altas del Perú. A partir del nudo de Pasco, los Andes

centrales se ensanchan y presenta mesetas entre las cordilleras y cimas como las del

Coropuna, el Ampato o el Salcantay. La meseta del Collao, a 3.600 msnm y la cordillera

Volcánica, con las cumbres Misti, Pichu Pichu, y Ubinas, componen el sector

meridional de los Andes peruanos a partir del Nudo de Vilcanota.

La cordillera Blanca es la cadena tropical más alta del mundo. Entre sus nevadas

cumbres, que superan los 6.000 msnm, destaca el Huascarán, la montaña más alta del

Perú. Además cabe destacar la presencia del Alpamayo, considerado la cumbre más

bella del mundo y el Pastoruri, muy frecuentado por turistas. La cordillera Blanca tiene

una longitud de 250 km y atraviesa el departamento de Ancash. El nevado de Pelagatos,

al norte, y el nudo de Tuco, al sur, establecen sus límites. Junto con la cordillera Negra,

de menor altitud y sin cumbres nevadas, forma el atractivo Callejón de Huaylas, por el

que discurre el río Santa.

En lima, predominan las pampas desérticas en la zona costera, enmarcadas por colinas,

en muchos casos interrumpidas por oasis formados por ríos que llevan agua todo el año.

Son los valles costaneros, donde están asentadas ciudades y prospera una agricultura.

Los accidentes más importantes son las colinas aisladas o formando sistemas, las

quebradas secas, terrazas fluviales y marinas, y relieves ondulados, así como los

acantilados litorales.

3.2.3.FLORA

La flora característica de la costa central, y por tanto de Lima, está constituida por una

apreciable variedad de hierbas, plantas, arbustos y algunos árboles que crecen en las

lomas y en los montes ribereños, e inclusive en las colinas y dunas desérticas.

En los alrededores de la ciudad brotan abundantemente la totora, el carrizo, la sacuara,

el junco, la caña brava, el sauce, el pájaro bobo, el faique, el chinamono, el mito, la tara

y el huarango, y en las zonas desérticas las tillandsias y otras clases de cardos.

En los valles existe todo tipo de sembríos. Se producen en gran escala muchas

variedades de panllevar, frutales, flores y varios cultivos industriales como el algodón.

3.2.4.FAUNA

La fauna autóctona de la costa central comprende especies marítimas y continentales. Esta última con

especímenes terrestres y fluviales. La fauna marítima es sumamente rica y de extrema importancia para

la economía de la región. Su variedad y abundancia se deben en gran parte al enfriamiento de la

corriente de Humboldt. Este fenómeno provoca la existencia de un riquísimo plancton marino, cuya

presencia convierte al mar en un "caldo de cultivo" de infinitos cardúmenes de peces, los que a su vez,

en una especie de reacción en cadena, significan la posibilidad de vida de incontables aves e

innumerables animales marinos .De este modo el mar peruano posee una variedad de peces que

incluyen la apreciada corvina, el lenguado, el bonito, el atún, el pejerrey o la anchoveta, entre muchas

otras especies. Además un grupo riquísimo de cetáceos como los delfines .En las playas los crustáceos

se hallan al alcance de la mano. Se encuentran adheridos a las peñas o enterrados en la arena. No solo

adornan y fortalecen la dieta humana, sino también enriquecen la dieta de las aves guaneras y las

insaciables focas y lobos marinos .En cuanto a la fauna terrestre los reyes indiscutibles son las aves.

Desde los humildes picaflores, gorriones y jilgueros, hasta los sofisticados gavilán acanelado, lechuza

campanaria o la mosqueta silbadora. El grupo de los mamíferos lo integran los zorros y las mucas, y en

las Lomas de Lachay vizcachas y venados. Y obviamente, abundantes insectos y algunos reptiles como

víboras, culebras de agua y lagartijas. En algunos ríos de las partes altas de Lima aún es posible hallar

lisas y bagres. Y en las alturas de Cañete y Yauyos, abundan camarones.

3.2.5.RÍOS Y LAGOS

El Perú contiene el 4% del agua dulce del planeta. Este volumen se encuentra

desigualmente distribuido en tres vertientes, la del Pacífico, la del Amazonas y la del

Lago Titicaca, delimitadas por la cordillera de los Andes. En la segunda de estas

cuencas nace también el gigante Amazonas que, con sus 6,872 km, es el río más largo y

caudaloso del mundo. Su vertiente ocupa el 75% del territorio.

El lago Titicaca es la vertiente más grande de Sudamérica, con 8.380 km². Este lago

tectónico es compartido por Perú y Bolivia. En él vierten sus aguas 20 ríos; entre ellos,

el Ramis y el Huancané, por el lado peruano.

Registra olas y mareas; tiene 36 islas e influye en el clima de la meseta del Collao, por

su temperatura media de 12Cº. El lago Titicaca formaba, junto a la laguna Arapa y el

lago Poopó (Bolivia), el gran lago Ballivián del altiplano peruano.

3.2.6.COSTAS

La costa central donde se ubica la capital, Lima, posee características climáticas de

orden subtropical desértico: con escasez de lluvias durante todo el año. El clima es

templado-cálido ausente de extremo frío pero también carente de extremo calor. Los

inviernos de mayo a septiembre son templados y húmedos con muy baja radiación solar

y brumas persistentes, la temperatura media oscila entre los 13°C y los 19°C.

Cuando se presenta el fenómeno climático conocido como El Niño es decir cuando la

temperatura del mar sobrepone los 27 °C durante los veranos el clima de toda la costa

varía substancialmente presentándose inundaciones que ocasionan daños de diversa

naturaleza y el clima se tropicaliza manifestándose no solo en la radiación solar que

caracteriza a los veranos y primaveras sino en la vegetación como ocurre en los

departamentos de Piura y Tumbes.

3.2.7.ZONAS PROTEGIDAS MEDIOAMBIENTALMENTE

Las áreas protegidas del Perú pueden clasificarse de acuerdo a quien las administra en

tres grupos:

- Las ANP que pertenecen al «Sistema Nacional de Áreas Naturales Protegidas

por el Estado» (SINANPE), administrada por el gobierno.

- Las áreas de conservación regionales (ACR), administradas por los gobiernos

regionales.

- Las áreas de conservación privadas (ACP), administradas por personas

particulares o empresas privadas en coordinación con el gobierno.

3.2.8.ÁREAS PROTEGIDAS DEL SINANPE

El «Sistema Nacional de Áreas Naturales Protegidas por el Estado» (SINANPE) es el

conjunto de las áreas naturales protegidas que están bajo administración directa del

gobierno central.

Orgánicamente, el sistema se encuentra bajo la jurisdicción del Servicio Nacional de

Áreas Naturales Protegidas por el Estado (SERNANP), entidad bajo jurisdicción del

Ministerio del Ambiente. Antes de la creación del Ministerio del Ambiente, se hallaba

bajo jurisdicción del Ministerio de Agricultura, a través del Instituto Nacional de

Recursos Naturales (INRENA),

Al 27 de julio del 2011, el SINANPE estaba integrado por 74 áreas naturales protegidas

(19 548 771,54 ha). Si se consideran las Áreas de Conservación Regional - ACR (15,

con una superficie protegida de 2 405 558,82 ha) y las Áreas de Conservación Privada -

ACP (39, con 175 105,45 ha) el territorio total protegido del país es de 22 129 435,81

ha, un 17,22% del total nacional.

3.2.9.CATEGORÍAS

Existen diversas opciones de categorías de área natural protegida cuyos objetivos de

protección varían gradualmente.

Según su condición legal, finalidad y usos permitidos, existen áreas de uso directo y

áreas de uso indirecto.

ÁREAS DE USO INDIRECTO

Las Áreas de uso indirecto son aquellas de protección intangible, en las que no se

permite la extracción de recursos naturales y ningún tipo de modificación del ambiente

natural. Estas áreas sólo permiten la investigación científica no manipulativa y

actividades turísticas, recreativas, educativas y culturales bajo condiciones debidamente

reguladas.

Son áreas de uso indirecto:

- Parques nacionales (PN): creados en áreas que constituyen muestras

representativas de las grandes unidades ecológicas del país. En ellos se protege

la integridad ecológica de uno o más ecosistemas, las asociaciones de flora y

fauna silvestre, los procesos sucesionales y evolutivos, así como características

paisajísticas y culturales. En ellos no se pueden desarrollar actividades

cinegéticas, ganaderas, pastoriles, madereras o mineras, o en general todas

aquéllas que supongan la explotación de los recursos naturales.

- Santuarios nacionales (SN): áreas donde se protege el hábitat de una especie o

una comunidad de flora y fauna, así como formaciones naturales de interés

científico y paisajístico y de importancia nacional.

- Santuarios históricos (SH): áreas que además de proteger espacios que contienen

valores naturales relevantes, constituyen el entorno de muestras del patrimonio

monumental y arqueológico del país o son lugares donde se desarrollaron hechos

sobresalientes de la historia nacional.

ÁREAS DE USO DIRECTO

Son aquellas que permiten el aprovechamiento de recursos naturales, prioritariamente

por las poblaciones locales, bajo los lineamientos de un Plan de Manejo aprobado y

supervisado por la autoridad nacional competente.

Son áreas de uso directo:

- Reservas Nacionales (RN): áreas destinadas a la conservación de la diversidad

biológica y la utilización sostenible, incluso comercial, de los recursos de flora y

fauna silvestre bajo planes de manejo, con excepción de las actividades de

aprovechamiento forestal comercial con fines madereros.

- Reservas Paisajísticas (RP): áreas donde se protege ambientes cuya integridad

geográfica muestra una relación armoniosa entre el hombre y la naturaleza,

albergando por ello importantes valores naturales, culturales y estéticos. Si la

zonificación del área así lo prevé, pueden permitirse el uso tradicional de

recursos naturales, los usos científicos y turísticos y los asentamientos humanos.

Las actividades que signifiquen cambios notables en las características del

paisaje y los valores del área están excluidas.

- Bosques de Protección (BP): áreas que se establecen para proteger las cuencas

altas o colectoras, las riberas de los ríos y de otros cursos de agua y, en general,

para proteger contra la erosión a las tierras frágiles que así lo requieran. En ellos

se permite el uso de recursos y el desarrollo de actividades que no afecten la

cobertura vegetal, los suelos frágiles o cursos de agua.

- Reservas Comunales (RC): áreas destinadas a la conservación de la flora y fauna

silvestre en beneficio de las poblaciones rurales vecinas las cuales, por realizar

un uso tradicional comprobado, tienen preferencia en el uso de los recursos del

área. El uso y comercialización de recursos se hace bajo planes de manejo,

aprobados y supervisados por la autoridad y conducidos por los mismos

beneficiarios.

- Cotos de Caza (CC): son áreas destinadas al aprovechamiento de la fauna

silvestre a través de la práctica regulada de la caza deportiva.

- Refugios de Vida Silvestre (RVS): áreas que requieren intervención activa para

garantizar el mantenimiento y recuperación de hábitats y poblaciones de

determinadas especies. Se excluyen el aprovechamiento comercial de recursos

naturales que puedan provocar alteraciones significativas del hábitat.

3.2.10.ZONAS RESERVADAS (ZR)

Además de las categorías mencionadas, las Zonas Reservadas se establecen de forma

transitoria en aquellas áreas que, reuniendo las condiciones para ser consideradas como

áreas naturales protegidas, requieren la realización de estudios complementarios para

determinar, entre otras cosas, su extensión y categoría. Las Zonas Reservadas también

forman parte del SINANPE.

En lima cabe destacar:

- La reserva paisajística Nor Yauyos-Cochas.

- El Refugio de vida silvestre Pantanos de Villa.

- La Zona reservada de Humedales de Puerto Viejo.

- La Rserva nacional de Lachay.

- El Bosque de protección aledaño a la Bocatoma del Canal Nuevo Imperial.

3.2.11.PROGRAMA DE VIGILANCIA AMBIENTAL

El Programa de vigilancia Ambiental puede definirse como el proceso de control y

seguimiento de los aspectos medioambientales del Proyecto. Su objetivo es establecer

un sistema que garantice el cumplimiento de las medidas protectoras y correctoras

contenidas en el Estudio de Impacto Ambiental. Además, el Programa debe permitir la

valoración de los impactos que sean difícilmente cuantificables o detectables en la fase

de Estudio pudiendo diseñar nuevas medidas correctoras en el caso de que las existentes

no sean suficientes.

La finalidad básica del seguimiento y control consistirá en evitar y subsanar en lo

posible los principales problemas que puedan surgir durante la ejecución de las medidas

protectoras y correctoras, en una primera fase previniendo los impactos y en una

segunda controlan do los aspectos relacionados con la recuperación, en su caso, de las

infraestructuras que hayan podido quedar dañadas y con la comprobación de la

efectividad de las medidas aplicadas.

Se llevarán a cabo una serie de procesos de control y seguimiento que se han agrupado

en las fases de construcción y funcionamiento.

De manera general, señalar que las nuevas instalaciones se incluirán en el alcance del

Sistema de Gestión Medioambiental de acuerdo con la norma DIN1947, Draft EN14705

disponible actualmente en el C.I. de Lima.

3.3.FASE DE CONSTRUCCIÓN

En general, durante la construcción del Proyecto se realizará un control permanente de

la obra de manera que se garantice que ésta se realiza de acuerdo con lo indicado en el

apartado correspondiente de medidas protectoras y correctoras en la construcción

(apartado 9.1 del presente documento).

A continuación se describen las actuaciones que se propone llevar a cabo para la

vigilancia de las labores a realizar durante la construcción del Proyecto.

3.3.1.ACTUACIONES DE CARÁCTER GENERAL

- Se incorporará al Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares de las obras,

previamente al inicio de los trabajos, el conjunto de las medidas propuestas. El

objetivo de esta medida es asegurar que la empresa licitante tenga conocimiento

de todas ellas y quede obligada contractualmente a su aplicación.

- Se contará con todos los permisos y autorizaciones de paso, ocupación, uso,

vertido, etc, necesarios para el inicio de las obras, otorgados por las

administraciones competentes en las distintas materias.

- Será necesario establecer los cauces y pautas de información a las

administraciones locales y a la opinión pública para garantizar la transparencia

informativa.

- Antes de su entrega definitiva,, se efectuará una revisión completa de las obras, a

fin de tener de llevar a cabo, en su caso, las medidas adecuadas para la

corrección de los impactos que no hubieran sido tratados durante los trabajos, y

de determinar el estado en que quedan las superficies antes del inicio de la fase

de explotación.

- Para el seguimiento del control ambiental durante la fase de construcción se

recomienda la presencia de una supervisión medioambiental encargada de

asesorar a la Dirección de Obra sobre la materia.

- Supervisión del terreno utilizado y respeto al balizamiento durante las obras.

- El control de la supervisión del terreno utilizado y respeto al balizamiento se

realizará mediante las siguientes actuaciones.

- Instalación de un cerramiento con carteles indicativos de advertencia de

prohibido el paso a personas ajenas a la obra tanto en las áreas de trabajo como

en los accesos temporales que se construyan provisionalmente para obras.

- Limpieza periódica y retirada del material acumulado dentro del perímetro de las

obras, de los viales adyacentes a la obra y utilizados por la maquinaria que

interviene en la construcción del Proyecto.

- Se comunicará a la Jefatura de Obras el estado del terreno y el balizamiento y la

eficacia de las medidas adoptadas, para en su caso, tomar las medidas adecuadas

y proceder a subsanar las desviaciones encontradas.

- Frecuencia: para comprobar el cumplimiento de estas medidas se realizarán

semanalmente inspecciones visuales del estado de las diferentes áreas de trabajo,

terreno ocupado, depósito y retirada de materiales de excavación.

3.3.2.SUPERVISIÓN DEL TERRENO AL FINALIZAR LAS OBRAS

- Se controlará la correcta ejecución de las distintas etapas de la restauración

paisajística: laboreos superficiales, corrección edáfica, ahoyado, siembras y

plantaciones, instalación de tutores, riegos, etc. En concreto se revisarán los

materiales a emplear para la reposición de la cubierta vegetal en las zonas a

revegetar, incluyendo semillas o plantas, y se vigilará que efectúen las

plantaciones y siembras en aquellos lugares donde sean necesarias, así como se

realizan en el momento adecuado para lograr su supervivencia y correcto

desarrollo.

- Se vigilará la eliminación adecuada de los materiales sobrantes de las obras, una

vez finalizadas éstas, y la restitución de caminos o cualquier tipo de

infraestructura que haya podido resultar dañada.

- Se comunicará a la Junta de Obras el estado del terreno y la eficacia de las

medidas adoptadas, para en su caso, tomar las medidas adecuadas y proceder a

subsanar las desviaciones encontradas.

- Frecuencia: para comprobar el cumplimiento de estas medidas se realizarán

semanalmente inspecciones visuales del estado de las diferentes áreas del trabajo

durante la restauración del terreno.

3.3.3.ELECCIÓN DE EQUIPOS Y MAQUINARIA A UTILIZAR

El control de la elección de los equipos y maquinaria a utilizar durante la fase de

construcción se llevará a cabo con las siguientes actuaciones:

- Siempre que se contrate maquinaria y equipos que se vayan a utilizar en la del

Proyecto se verificará que los mismos disponen de todos los permisos y

certificados de homologación CE, según con la normativa vigente que han

superado las inspecciones técnicas de vehículos correspondientes y que disponen

de los carteles, paneles y marcajes según la reglamentación vigente.

- Se comunicará el estado de estos permisos, inspecciones, marcajes de la

maquinaria y vehículos empleados, así como la detección de anomalías, en su

caso, a la Jefatura de Obras para tomar las medidas adecuadas y proceder a


3.3.4.OPERACIONES DE MANTENIMIENTO EN LUGARES ESPECÍFICOS

El control de las operaciones de mantenimiento de los vehículos y maquinaria se llevará

a cabo mediante las siguientes actuaciones:

- Se comprobará que las labores de mantenimiento se realizan dentro de la zona

específica y común habilitada para tal fin; y en su caso, de la autorizada

motivadamente por la Jefatura de Obras por indisponibilidad de maquinaria y

vehículos.

- Así mismo se comprobará el estado del suelo y de su impermeabilización en

estas áreas de recogida de efluentes.

- Estos aspectos serán comunicados a la Jefatura de Obras para tomar las medidas

adecuadas y proceder a subsanar las desviaciones encontradas; así como de las

zonas autorizadas motivadamente por dicha Jefatura.

- Frecuencia: Después de realizar las tareas de mantenimiento que puntualmente

pudieran darse.

3.3.5.MEDIDAS DESTINADAS A EVITAR LA PRODUCCIÓN DE POLVO

El control de las medidas destinadas a evitar la producción de polvo se llevará a cabo

con las siguientes actuaciones:

- Siempre que se lleven a cabo operaciones de excavación, carga y descarga de

materiales susceptibles de producir polvo; y siempre que éstas sean necesarias,

se verificará que se realizan de acuerdo a la planificación prevista por la Jefatura

de Obras.

- Así mismo, se comprobará que la maquinaria y vehículos siguen los recorridos

previstos por los viales existentes y que se efectúa el riesgo y humectación de

materiales convenientemente.

- Se comunicará el cumplimiento de estas medidas y su eficacia a la Jefatura de

Obras.

3.3.6.GESTIÓN DE LA TIERRA VEGETAL RETIRADA

El control de la gestión de la tierra vegetal retirada se llevará a cabo con las siguientes

actuaciones:

- Siempre que se vaya a efectuar la limpieza de cualquier zona donde se vaya a

efectuar trabajos por primera vez se comprobará la correcta retirada y colocación

de tierra vegetal separadamente del resto de materiales excavados en lugares

definidos.

- Se comprobará el estado de la tierra vegetal, y el riego de la misma para

mantener las condiciones adecuadas de humedad.

- Se verificará la reutilización de la tierra vegetal siempre que sea posible en las

infraestructuras asociadas al Proyecto UC-46. Se comunicará a la Jefatura de

Obras la gestión de la tierra vegetal retirada.

3.3.7.MEDIDAS DESTINADAS A EVITAR VERTIDOS A CAUCES, SUELOS Y

OTROS LUGARES

El control de los vertidos, suelos u otros lugares no destinados a tal fin se llevará a cabo

con las siguientes actuaciones:

- Comprobación y seguimiento de que el lavado de maquinaria, mantenimiento y

reportaje de la misma se efectúan en las zonas habilitadas para tal fin y

autorizadas en su caso.

- Verificación de que las instalaciones existentes en la obra para la recogida y

tratamiento de las aguas sanitarias del personal que trabaja en la misma son

mantenidas y utilizadas adecuadamente.

- Verificación de que las zonas de acopio y almacenamiento de residuos se

encuentran situadas en las áreas definidas, fuera de zonas de escorrentía y de la

red de recogida de aguas pluviales.

- Se verificará la canalización de las aguas pluviales a un a balsa de decantación,

para evitar la afección al cauce de la Rambla de Gorguel.

- Se inspeccionará visualmente el terreno para comprobar que no se realiza ningún

vertido.

- Comunicación del estado de la red de pluviales y sistema de recogida de aguas

sanitarias a la Jefatura de Obras para tomar las medidas adecuadas y proceder a


- Frecuencia: Semanal o quincenal en caso de no detectar anomalías.

3.3.8.GESTIÓN DE RESIDUOS DE OBRA Y MATERIALES SOBRANTES

El control de la gestión de residuos de obra y materiales sobrantes se llevará a cabo con

las siguientes actuaciones:

Inspecciones visuales periódicas para examinar las zonas de acopio y almacenamiento

de los distintos residuos producidos en las obras, estado de

- Limpieza y medida de seguridad en dichas zonas; y que no se han habilitado

otras zonas diferentes a las planificadas para el depósito de los distintos residuos

y materiales generados durante esta etapa de construcción.

- Revisión de que los recipientes/envases de residuos están convenientemente

etiquetados; y que ha sido eliminada cualquier otra etiqueta en caso de

reutilización de envases.

- Examen de que los distintos envases/recipientes y en su caso sus cierres se

encuentran en perfecto estado.

- Comprobación de que se cumplimentan y archivan todos los documentos

necesarios, de acuerdo a la legislación vigente, sobre gestión de residuos.

- Verificación de que todos los residuos y materiales sobrantes se entregan a

transportistas y gestores autorizados.

- Comprobación de que los materiales sobrantes, de excavaciones, desbroces, y

residuos de obras considerados no peligrosos se depositan en vertederos

específicamente autorizados por la autoridad competente.

- Se comunicará a la Jefatura de Obras el estado de la gestión de residuos en la

obra, para que en su caso se adopten las medidas necesarias.

- Frecuencia: Semanalmente para comprobar que la gestión de los residuos

(manipulación, acopio) se realiza adecuadamente y siempre que sea necesario se

llevaran a cabo las anotaciones y comprobaciones documentales sobre la gestión

de los distintos residuos, de acuerdo a los documentos en vigor.

3.3.10.INFORMACIÓN A LOS TRABAJADORES DE NORMAS Y

RECOMENDACIONES

El control de la información a los trabajadores de las normas y recomendaciones para el

manejo de materiales y sustancias potencialmente contaminadoras se llevará a cabo con

las siguientes actuaciones:

- Se controlará el cumplimiento de la programación y planificación de los cursos.

- Se llevará a cabo el examen periódico de la documentación que integra el curso

de formación (prevención de riesgos, calidad y medio ambiente) y actualización

de la misma, en caso necesario.

- Se verificará que la relación de personas que forman parte de los trabajos de

construcción han recibido los cursos programados.

- Se comprobará que los carteles indicativos sobre medidas de seguridad y

protección al medio ambiente se encuentran en los lugares especificados.

- Se llevará a cabo el archivo y registro de la asistencia a los cursos de formación

y entrega de documentación a todo el personal.

- Se llevará a cabo el archivo y registro de fichas de seguridad de materiales y

sustancias potencialmente contaminadoras.

- Se comunicará a la Jefatura de Obras de que todo el personal ha recibido la

formación pertinente; y en caso de nuevas incorporaciones, o renovación del

curso indicar fechas previstas a la realización del mismo de manera programada.

- Frecuencia: Anual y siempre que se incorpore una nueva persona a los trabajos

relacionados con la construcción del Proyecto UC-46; y exista la necesidad

motivada, de impartirlo de nuevo a todo el personal, por cambios normativos, o

incorporación de materiales y sustancias potencialmente contaminadoras no

previstas.

3.3.11.ESTACIONALIDAD DE LOS TRABAJOS Y PERMEABILIDAD DEL

TERRITORIO

La vigilancia del cumplimiento de las condiciones sobre estacionalidad de los trabajos y

permeabilidad del territorio se llevará a cabo con las siguientes actuaciones:

- Diariamente siempre que se realicen obras para la construcción de las

infraestructuras asociadas al Proyecto C10 se comprobará visualmente el estado

de las pistas de trabajo y que no existen interrupciones ni obstáculos en los

servicios existentes, así como que estos funcionan durante los trabajos de

construcción.

3.4.CUMPLIMIENTO DE LAS MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA

INCENDIOS

La vigilancia del cumplimiento de las medidas de protección contra incendios se llevará

a cabo con las siguientes actuaciones:

- Se comprobará semanalmente que los equipos y carteles contra incendios están

operativos y se encuentran en las zonas previstas.

- Asimismo, se verificará que las zonas con potencial riesgo de incendio están

exentas de materiales, distintos a los originariamente previstos, que puedan

originar una potencial combustión.

- Se visualizarán las distintas zonas de trabajo para comprobar que no se

encienden fuegos en lugares no acondicionados para tal fin.

3.5.CUMPLIMIENTO DE LAS CONDICIONES DE PROTECCIÓN DEL

PATRIMONIO ARQUEOLÓGICO

La vigilancia del cumplimiento de las condiciones de protección del patrimonio

arqueológico se llevará a cabo con las siguientes actuaciones:

- Al inicio de las obras, y durante la ejecución de las mismas siempre que

existieran indicios de presencia de restos arqueológicos, se llevará a cabo el

control arqueológico de los movimientos de tierra que se realicen, de acuerdo a

lo que establezca la autoridad competente de la CARM.

- Se examinarán las excavaciones y se comunicará a la Jefatura de Obras en caso

de que se observen indicios de restos arqueológicos; para que sean tomadas las

medidas oportunas.

- Se registrarán y archivarán las comunicaciones mantenidas con las autoridades

competentes y las actuaciones realizadas.

3.6.INFORMES

Semestralmente se elaborará un informe sobre el Programa de vigilancia Ambiental del

Proyecto.

En situaciones especiales, cuando se presentan circunstancias o sucesos excepcionales

que impliquen deterioros ambientales o situaciones de riesgo, se emitirá un informe

especial que recoja el alcance, las actuaciones cometidas, el seguimiento de dichas

actuaciones, y el control del suceso de riesgo ambiental que potencialmente pueda darse

hasta volver a la situación de operación normal de la construcción del Proyecto.

3.7.FASE DE FUNCIONAMIENTO

El Programa de Vigilancia Ambiental propuesto para el funcionamiento de las

instalaciones del Proyecto UC-46 está íntimamente ligado a la vigilancia ambiental que

se lleva a cabo actualmente en la Refinería y comprende el control y seguimiento de los

aspectos medioambientales más importantes asociados al funcionamiento de las

instalaciones:

- Contaminación atmosférica.

- Impacto por funcionamiento de torres de refrigeración.

- Impacto por generación de olores.

- Contaminación acústica.

- Contaminación de las aguas superficiales por el vertido.

- Contaminación del suelo y las aguas subterráneas.

- Gestión de residuos.

3.8.CONTROL Y SEGUIMIENTO DEL IMPACTO AMBIENTAL PRODUCIDO

POR LAS TORRES DE REFRIGERACIÓN

El objeto de este programa de control es comprobar los efectos ambientales producidos

por las torres de refrigeración de la instalación. Para ello se llevarán las siguientes

actuaciones:

- Verificación de la altura y extensión de los penachos de vapor.

- Determinación de la deposición de sales en el entorno de las torres de

refrigeración.

El programa se desarrollará anualmente, mediante cuatro campañas de medida, una en

cada estación del año.

a) Verificación de la altura y extensión de los penachos de vapor:

La verificación de la altura y extensión de los penachos se llevará a cabo mediante

fotografías que permitan determinar sus dimensiones y dinámica de la formación; para

ello se registrarán las condiciones meteorológicas durante cada una de las campañas y

los parámetros de operación de las torres de refrigeración.

b) Determinación de la deposición de sales en el entorno de las torres de

refrigeración.

La vigilancia de la deposición de sales producida por las torres de refrigeración de la

instalación se llevará a cabo mediante un programa de toma de muestras mediante

captadores de partículas sedimentables en un radio de 300 a 500 m en torno a las torres

de refrigeración. Dicho programa se realizará durante el primer año posterior a la

entrada en funcionamiento del Proyecto.

CAPITULO 5. ANEJOS

1.DIAGRAMA PSICOMÉTRICO

1.1 DEFINICIÓN

La capacidad de calor absorbida por este fenómeno, se determina a través del diagrama

de aire húmedo (carta psicométrica), previo a este diagrama se precisa dar unas

nociones o definiciones para comprender el proceso de evaporación.

1.1.1 Términos y conceptos importantes

A continuación, se definen los principales términos o magnitudes que se estudian,

justifican, o aparecen en el proceso térmico:

1.1.1.1 Aire húmedo

Es el que incluye la fracción de vapor de agua presente en el aire ambiente.

1.1.1.2 Aire seco

La fracción seca del aire húmedo. No se considera el vapor de agua.

1.1.1.3 Temperatura seca (Ts)

Es la que resulta de la medida de la temperatura del aire con un termómetro ordinario.

1.1.1.4 Temperatura húmeda (Th)

Es la medida con el termómetro húmedo, cuyo bulbo está envuelto en un paño o

algodón empapado en agua y expuesto a una corriente de aire.

Esta temperatura resulta ser menor que la temperatura seca, siendo la diferencia entre

ambas tanto mayor cuanto más reducida es la humedad relativa f. Esto es, una diferencia

Ts-Th pequeña indica una humedad relativa elevada y, por contra, una diferencia

significativa da idea de una humedad relativa baja.

1.1.1.5 Temperatura de rocío (Tr)

Es la temperatura que se alcanza cuando el aire húmedo se satura de vapor al someterlo

a un proceso de enfriamiento manteniendo constante la presión.

1.1.1.6 Volumen específico (vas)

Corresponde al volumen ocupado por 1kg de aire seco.

[

]

1.1.1.7 Humedad específica (w)

Es igual al cociente entre la masa de vapor (mv) contenida en un volumen de un aire

húmedo y la masa de aire seco (mas) de dicho volumen.

[

]

1.1.1.8 Humedad relativa (f)

Es igual al cociente entre la presión parcial de vapor de agua (pv) contenida en un aire

húmedo y la presión de saturación (pvs) a la temperatura del aire:

La sensación de humedad-sequedad ambiente está directamente ligada a la humedad

relativa.

1.1.1.9 Entalpía (h)

Es el contenido energético (térmico y de presión) de un aire húmedo.

Teóricamente se considera el estado cero de entalpía el correspondiente al punto triple

del agua, esto es 1 bar y 0,01ºC; en la práctica se toma 1 bar y 0ºC.

( )

1.2 INTERPRETACIÓN DEL DIAGRAMA PSICOMÉTRICO

El diagrama psicométrico recoge, de forma gráfica, las diferentes propiedades del aire

húmedo a una presión total pt (suma de las presiones parciales del aire seco pas y del

vapor de agua pv, pt=pas+pv) determinada.

El eje de abscisas representa las temperaturas (seca, húmeda o de rocío) y el de

ordenadas (normalmente a la derecha) la humedad específica, w.

Superiormente el diagrama está limitado por la curva de humedad relativa 100%.

Según esto, el resto de curvas de f=constante, o de cualquier otro tipo, están por debajo

de ésta.

También hay que distinguir las líneas de entalpía h constante, temperatura húmeda Th

constante y las de volumen específico vas de aire seco constante.

Como puede apreciarse, éstas son rectas, y sus pendientes son crecientes en el orden

mencionado. Indicar finalmente que las líneas de Th=constante sólo tienen una ligera

mayor pendiente que las de h=constante, de forma que incluso algunos diagramas

psicométricos omiten las primeras.

En tales casos pueden utilizarse la líneas de h=constante para la determinación de la

temperatura húmeda. Th está dada por la temperatura a la que tiene lugar la intersección

de la línea Th= constante (o en su defecto con la de h= constante) que pasa por el punto

en cuestión, con la curva f=100%. La temperatura de rocío Tr se determina por la

intersección de la líneas w= constante con la de f=100%.

1.3 PROCESOS PSICOMÉTRICOS BÁSICOS

A continuación, se detallan los diferentes procesos posibles.

1.3.1 Procesos sensibles

Son aquellos en los que la humedad específica no varía. Pueden ser de calentamiento o

de enfriamiento.

En la corriente se intercala un serpentín atravesado por agua caliente (o fría), que aporta

(o sustrae) calor a la corriente de aire.

En caso de calentamiento, puede realizarse también con una resistencia eléctrica, un

quemador. Para enfriar el aire se hace pasar por el interior del serpentín agua fría o bien

un fluido frigorífico.

1.3.2 Procesos de humectación

El objetivo de este proceso es elevar la humedad específica del aire. Puede realizarse de

dos maneras:

1.3.2.1 Humectación con spray de agua

Consiste en hacer pasar el aire por una cortina de agua pulverizada, de modo que parte

de la misma se evapora e incorpora al aire.

En este proceso se entiende que se utiliza agua fría (de red), considerándose como tal la

que está a temperatura inferior o próxima a la del aire.

Así, el proceso resulta isentálpico (h=constante).

1.3.2.2 Humectación con vapor

Se utiliza un chorro de vapor, normalmente vapor saturado a la presión ambiente (100ºC

para pt= 1bar), aunque también puede tener lugar adición de vapor sobrecalentado.

Con relación a la humectación con cortina de agua fría, la humectación con vapor

saturado radica en que ahora la entalpía del vapor es mucho mayor que la del agua

líquida, por lo que el proceso tiene lugar con aumento de la entalpía.

Esto mismo podría conseguirse rociando o pulverizando con agua caliente.

El punto 3 es el máximo alcanzable, en temperatura, humedad y entalpía.

1.3.2.3 Enfriamiento con deshumidifación

En este proceso, se hace pasar el aire por una batería fría, entendida como un

intercambiador por cuyo interior circula un fluido (típicamente agua o un fluido

refrigerante) a una temperatura por debajo de la de rocío del aire.

T1 representa la temperatura del aire a la entrada de la batería y T3 la temperatura de la

pared de la batería, siendo ésta la temperatura mínima alcanzable por el aire a su paso

por batería.

T3 se denomina temperatura de rocío de la batería que, despreciando la diferencia de

temperatura en la pared de la batería, coincide con la temperatura del fluido que circula

por su interior.

A continuación se incluye el digrama psicométrico particularizado a las temperaturas y

presiones que corresponden en la elaboración del proyecto.

1.3.2.3 Enfriamiento con deshumidifación

En este proceso, se hace pasar el aire por una batería fría, entendida como un

intercambiador por cuyo interior circula un fluido (típicamente agua o un fluido

refrigerante) a una temperatura por debajo de la de rocío del aire.

T1 representa la temperatura del aire a la entrada de la batería y T3 la temperatura de la

pared de la batería, siendo ésta la temperatura mínima alcanzable por el aire a su paso

por batería.

T3 se denomina temperatura de rocío de la batería que, despreciando la diferencia de

temperatura en la pared de la batería, coincide con la temperatura del fluido que circula

por su interior.

A continuación se incluye el digrama psicométrico particularizado a las temperaturas y

presiones que corresponden en la elaboración del proyecto.

2.AGUA

2.1 INTRODUCCIÓN

El agua se utiliza en refrigeración no sólo porque es un excelente medio para refrigerar,

sino también por su relativa abundancia. Por otra parte el agua es un disolvente, de ahí

que todas las aguas naturales contengan en mayor o menor proporción sólidos y gases

disueltos o en suspensión y cuya presencia es causa de graves problemas para la

industria, tales como incrustaciones o la corrosión.

Por otra parte, el agua es un medio óptimo para la proliferación de materia orgánica de

tipo biológico, que pueden contaminar fuertemente los circuitos.

De esto se deduce que resulta necesario un tratamiento químico del agua, para controlar

todas las variables que intervienen el los procesos antes citados.

2.2 DEFINICIONES Y TERMINOLOGÍA

A continuación, se procederá a la explicación y el análisis de los términos y parámetros

mas relevantes del agua.

2.2.1 Turbiedad

Es una indicación inicial de la concentración de materia coloidal tanto orgánica como

inorgánica. Se mide bien por comparación con una solución de referencia o bien

midiendo el límite de visibilidad respecto de un objeto bien definido.

2.2.2 Índice de ensuciamiento (Fouling index)

Es una medida del potencial ensuciamiento del agua. Está relacionado con los sólidos

en suspensión y se usa en el tratamiento de aguas con membranas.

2.2.3 Sólidos en suspensión (SS)

Mide toda la materia suspendida en el agua que es suficientemente grande para ser

retenida en un filtro con una porosidad dada.

2.2.4 Color

El color verdadero después de la filtración se debe a la presencia de materia orgánica

disuelta o en forma coloidal. No existe relación entre la cantidad de materia y el color.

Se mide por comparación con una solución patrón.

2.2.5 Concentración (en volumen)

Es una medida de la cantidad de materia disuelta o dispersa en un volumen de agua

dado.

2.2.6 Equivalente gramo

Un equivalente gramo es igual a peso molecular de una substancia dividido por el

número de cargas del mismo signo que tienen los iones liberados por la molécula de la

substancia en una solución acuosa. Un equivalente gramo del ácido ortofosfórico

(H3PO4) es su peso molecular 98 g/mol dividido entre 3 (ion PO4 3-).

2.2.7 Normalidad (N)

Una solución normal es aquella que contiene un gramo equivalente de una substancia

por litro.

2.2.8 Miliequivalente por litro

Es la unidad usada en la práctica. Un miliequivalente litro (meq/l) es igual a N/1000.

2.2.9 Grado Francés

Es la unidad usada en la práctica del tratamiento de aguas y corresponde a una

concentración igual a N/5000.

1 (meq/l) = 5 grados Franceses

2.2.10 Sales de ácido fuertes (SSA)

Las aguas naturales no contienen ácidos fuertes libres (free mineral acidity FMA). El

SSA expresa la cantidad total de sulfatos y cloratos de calcio, magnesio y sodio, que son

sales de ácidos fuertes.

2.2.11 Salinidad

La salinidad total del agua es el número total de cationes y aniones presentes.

Se expresa en mg/l.

2.2.12 Valor permanganato

Agrupados bajo este título están todas las substancias susceptibles de oxidarse bajo la

acción del permanganato potásico (KMnO4).

2.2.13 Demanda Química de Oxígeno DQO

En inglés, chemical oxygen demand COD, corresponde al contenido de materias

orgánicas total (biodegradable o no). Se expresa por la cantidad de oxígeno en mg/l

suministrados por dicromato potásico, que es necesario para la oxidación de las materias

orgánicas (proteínas, glúcidos, lípidos, etc.), presentes en las aguas.

2.2.14 Demanda Biológica de Oxígeno DBO

En inglés, Biochemical oxygen demand BOD, se refiere a la materia orgánica

biodegradable bajo la acción de microorganismos. Se expresa por la cantidad de

oxígeno en mg/l para la oxidación, durante un periodo de tiempo dado a 20 ºC, por vía

biológica, de las materias orgánicas contaminantes. Por convención se usa la DBO5, en

este caso el tiempo es de cinco días.

2.2.15 Carbono orgánico total

En inglés, Total organic carbon TOC, indica el contenido de carbono como materia

orgánica, midiendo el CO2 después de una oxidación completa.

2.2.16 Nitrógeno Kjeldahl (TKN)

Corresponde a grupos de nitrógeno orgánico con nitrógeno amoniacal.

2.2.17 Nitrógeno Total (TN)

Se aplica a todas las formas de nitrógeno en el agua, como nitrógeno orgánico,

nitrógeno amoniacal nitratos y nitritos.

2.2.18 Dureza

En inglés, Titration for hardness (TH), este parámetro indica la concentración de iones

alcalinoterreos en el agua.

Existen varios tipos.

(A) Dureza total: Es el contenido de Ca y Mg.

(B) Dureza cálcica: Es el contenido en Ca.

(C) Dureza carbonatada (Carbonate Hardness): Contenido de bicarbonatos (HCO3-) y

carbonatos (CO3 2-) de Ca y Mg.

(D) Dureza permanente (Noncarbonate hardness): Indica el contenido de Ca y Mg

correspondiente a aniones fuertes. Es igual a la diferencia entre la dureza total y la

dureza carbonatada.

2.2.19 Alcalinidad P y Alcalinidad M

En inglés corresponden a Phenophthalein alkalinity y Methyl orange alkalinity; estos

valores relativos de Alcalinidad P y Alcalinidad M indican la cantidad de hidróxidos,

carbonatos o bicarbonatos de alcalinos o alcalinoterreos en el agua.

- Alcalinidad P (TA) incluye todos los hidróxidos y la mitad de los carbonatos.

- Alcalinidad M (TAC) incluye el contenido en bicarbonatos.

A continuación se incluye una tabla con ejemplos de la alcalinidad del agua.

Sales

disueltas

mg/l por

grado

Valores respectivos de los grados TA y TAC

Si TA = 0 Si TA <

TAC / 2

Si TA =

TAC / 2

Si TA >

TAC / 2

Si TA =

TAC

OH 3,4

0 0 0 2TA -

TAC TAC

CaO 5,6

Ca(OH)2 7,4

MgO 4

Mg(OH)2 5,8

NaOH 8

CO3 6

0 2TA TAC 2 (TAC –

TA) 0

CaCO3 10

MgCO3 8,4

Na2CO3 10,6

HCO3 12,2

TAC TAC –

2TA 0 0 0

HCO3 16,2

HCO3 14,6

HCO3 16,8

Ejemplo, si tenemos TA = 2 y TAC = 3.

La concentración de OH será 3,4 x (2 x 2 – 3) = 3,4

La concentración de CaO Será 5,6 x (2 x 2 – 3) = 5.6

La concentración de CO3 Será 6 x 2 x (3 – 2) = 12

La concentración de HCO3 Será 12,2 x 0 = 0

Más adelante, se incluye una tabla con las propiedades termodinámicas del agua, así

como unos factores de corrección para el calculo de las propiedades del agua salada.

2.2.20 Conductividad

Toda agua es más o menos conductora de la corriente eléctrica y está ligada a la

presencia de iones y a la temperatura. Se mide en microsiemens/cm (µS/cm) o

microohmios/cm.

La inversa de la conductividad es la resistividad y se mide en Megaohmios por cm (ohm

x cm).

2.3 PROBLEMAS QUE PUEDE CAUSAR EL AGUA

El agua es un elemento que puede producir problemas tanto por su manera de afectar a

los elementos metálicos como porque constituye un medio en el que pueden

desarrollarse microorganismos o el transporte de la misma de elementos. Cabe destacar:

- Corrosión.

- Incrustaciones.

- Microorganismos.

- Fangos.

2.3.1 Corrosión

Desde el punto de vista físico, los fenómenos que se producen en las áreas catódicas y

anódicas pueden interpretarse como un proceso de transporte, determinado por un

potencial electroquímico entre ambas regiones.

Si las zonas activas se distribuyen homogéneamente la corrosión será continúa.

Si, por el contrario, la corrosión aparece en puntos localizados, se debe a que las zonas

activas se han concentrado en zonas limitadas, muy definidas.

Las causas principales de corrosión son:

- Bajos valores de pH.

- Alto contenido en oxígeno.

- Variación del contenido de oxígeno por efecto de la temperatura.

- Contacto directo entre metales diferentes.

- Características corrosivas del agua (LSI).

Cuando en un punto del circuito se encuentran en contacto dos metales, el más

electropositivo químicamente actúa como ánodo, con lo que se inician o aceleran las

reacciones de corrosión; también son fuente de potencial galvánico en una torre:

- Las incrustaciones.

- Los depósitos de fangos.

- Las diferencias de temperaturas.

- Las diferencias de velocidad de flujo de agua.

- Las diferencias de concentración.

- Las diferencias de estructura cristalina en un mismo material.

El control de la corrosión se puede hacer bloqueando de alguna manera las superficies

eléctricamente activas, evitando la formación del dipolo electrolítico, sin más que añadir

un compuesto químico adecuado que se comporta como inhibidor de la corrosión.

2.3.1.1 Tipos

- Inhibidores catódicos. Forman una capa protectora que evita el contacto del oxígeno

con el material.

- Inhibidores anódicos. Forman una capa protectora, a nivel molecular con el propio

material, que evita el transporte del material al agua.

2.3.1.2 Clasificación

Metálicos:

- Zinc, de acción catódica.

- Cromatos, de acción anódica.

- Compuestos de molibdeno, acción anódica.

No metálicos:

- Fosfatos acción dual en función de la concentración.

- Polifosfatos acción catanódica.

- Silicatos acción catanódica.

- nitritos acción anódica.

2.3.1.3 Inhibidores orgánicos

Se usan en el caso de aleaciones amarillas (cobre, latón, ect.) son azoles que actúan por

filmación.

2.3.2 Incrustaciones

La principal causa son los bicarbonatos de calcio y magnesio, que por acción del calor

dan lugar a sus respectivos carbonatos, que por ser muy poco solubles producen

depósitos en el interior de los tubos. También los inhibidores de corrosión a base de

polifosfatos, por efecto del calor o a pH bajo se descomponen dando lugar a sales de

calcio o magnesio insolubles.

El control de las incrustaciones se puede hacer mediante un control del pH, adición de

fosfonatos y polímeros dispersantes, que mantienen en suspensión las partículas sólidas.

Para conocer la tendencia incrustante o corrosiva del agua, Langelier propuso la

utilización de un índice llamado de saturación, de acuerdo con la fórmula:

Donde:

IL: Indice de Langelier o de saturación

pHA: Valor del pH medido

pHS: Valor del pH en la saturación, o sea el agua en equilibrio con CO3Ca en estado

solido.

Cuando IL es cero el agua se encuentra en equilibrio con el CO3Ca, a esa temperatura.

Si IL > 0, el agua se encuentra sobresaturada de CO3Ca, y puede producirse

incrustación.

Si IL < 0, el agua puede disolver más CO3Ca, siendo entonces corrosiva.

Posteriormente Ryznar propuso modificar el índice de saturación por la siguiente

expresión:

Donde:

I R: Índice de estabilidad, que resulta siempre positivo.

Si IR > 6,5 el agua tiene tendencia corrosiva.

Si IR < 6,0 el agua tiene tendencia fuertemente incrustante.

El cálculo del pH de saturación se hace según:

( ) ( )

Siendo:

n1: Factor de solidos totales disueltos (ppm)

n2: Factor de temperatura

n3: Dureza cálcica (ppm de CO3Ca)

n4: Alcalinidad (ppm de CO3Ca)

Solidos totales (ppm) n1

85-425 0,1

425-1000 0,2

Temperatura

ºC n2

Dureza Cálcica

ppm de CO3Ca n3

Alcalinidad

ppm de CO3Ca n4

0 - 1,5 2,6 10 – 11,5 0,6 10 – 11,5 1

1,5 – 6 2,5 11,5 – 13,5 0,7 11,5 – 13,5 1,1

6 – 9,5 2,4 13,5 – 17,5 0,8 13,5 – 17,5 1,2

9,5 – 14 2,3 17,5 – 22,5 0,9 17,5 – 22,5 1,3

14 – 17 2,2 22,5 – 27,5 1 22,5 – 27,5 1,4

17 – 21,5 2,1 27,5 – 34,5 1,1 27,5 – 35,5 1,5

21,5 – 27 2 34,5 – 43,5 1,2 35,5 – 44,5 1,6

27 – 31,5 1,9 43,5 – 55,5 1,3 44,5 – 54,5 1,7

31,5 – 37 1,8 55,5 – 69,5 1,4 54,5 – 69,5 1,8

37 – 44 1,7 69,5 – 87,5 1,5 69,5 – 88,5 1,9

44 – 50,5 1,6 87,5 – 110,5 1,6 88,5 – 113 2

50,5 – 56,5 1,5 110,5 – 138,5 1,7 113 – 139,5 2,1

56,5 – 64 1,4 138,5 – 174,5 1,8 139,5 – 176,5 2,2

64 – 71,5 1,3 174,5 – 225 1,9 176,5 – 225 2,3

71,5 – 81,5 1,2 225 – 275 2 225 – 275 2,4

81,5 – 89,5 1,1 275 – 340,5 2,1 275 – 355 2,5

89,5 – 96 1 340,5 – 435 2,2 355 – 445 2,6

96 – 100 0.9 435 – 555 2,3 445 – 555 2,7

555 – 695 2,4 555 – 695 2,8

695 – 875 2,5 695 – 885 2,9

875 – 1000 2,6 885 – 1000 3

2.3.2.1 Ejemplo numérico

Determinar el carácter del agua de un circuito de refrigeración cuyo análisis es:

pH = 7,5

Sólidos totales = 900 ppm

Temperatura = 38ºC

Dureza total = 150 ppm de CO3Ca

Dureza total = 260 ppm de CO3Ca

De las tablas anteriores tenemos:

n1: 0,2; n2: 1,7; n3: 1,8; n4: 2,4

Con lo que pHS = (9,3 + n1 + n2 ) – (n3 + n4) = (9,3 + 0,2 + 1,7) – (1,8 + 2,4) = 7,0

IL = pHA – pHS = 7,5 – 7,0 = 0,5 Tendencia incrustante

IR = 2 pHS – pHA = 2 x 7,0 – 7,5 = 6,5 no tiene carácter definido

En el caso de que el agua alcanzase 65 ºC (n3 = 1,3) con lo que pHS = 6,6 En este caso

el agua sería fuertemente incrustante.

Como puede verse estos índices tienen un valor limitado, y sirven únicamente como

indicación preliminar que debe completarse con diferentes análisis.

2.3.3 Materia orgánica

La proliferación incontrolada de materia orgánica es causa directa de la disminución en

la eficiencia de las instalaciones al reducir las superficies de transferencia, por otra parte

favorecen y aceleran los procesos de corrosión, por lo que se debe analizar

periódicamente el agua para determinar el tipo y origen de la materia orgánica, así como

las variables que favorecen su proliferación.

La polución orgánica se debe:

- Materia biológica: Comprende bacterias, algas, hongos y cualquier otro tipo de

seres vivos.

- Materiales nutritivos: Sirven de alimento a las colonias orgánicas, e incluyen

fugas, aguas negras y cualquier otro producto que pueda ensuciar el agua.

- Aire atmosférico: Aporta directamente materia orgánica a través de la torre.

Para combatir la polución orgánica se añaden biocidas de los que puedevmencionarse:

- El cloro y sus derivados minerales.

- Los amonios cuaternarios.

- Los derivados órgano – sulforados.

Se debe evitar el fenómeno del hábito que provoca resistencia, por tanto se debe evitar

tratamientos en continuo, y hacer tratamientos de choque, cuya frecuencia deberá ser

estudiada.

2.3.4 Fangos

Su origen se encuentra en todos los elementos extraños que pasan al circuito en forma

de polvo, arena, barro, cenizas, etc. a través de las partes abiertas de la torre.

Todos estos sólidos insolubles se van concentrando y se acumulan en las zonas en las

que la velocidad del agua es menor. El control de fangos es difícil y el único método

aplicable consiste en la limpieza mecánica combinada con la limpieza química.

Las impurezas de mayor tamaño quedan retenidas en las rejillas dobles que se sitúan a

la entrada del foso de bombas, mientras que para las impurezas de menor tamaño se

utilizan los filtros de presión que deben ser limpiados periódicamente.

2.4 AGUA DE REPOSICIÓN

En los circuitos de refrigeración se producen pérdidas de agua por diferentes motivos:

- Evaporación en la torre (E).

- Arrastre del aire (A).

- Fugas en el sistema.

Esto hace que el agua se vaya concentrando paulatinamente en impurezas, por lo que

resulta imprescindible mantener su concentración por debajo de unos parámetros

aceptables.

Por tanto es necesario limitar el número de veces que se debe recircular el agua y para

ello se define el “número de concentraciones N”:

Vamos a calcular el agua de aporte:

Q: Caudal de agua de recirculación.

A: Caudal de agua perdido en el arrastre (varía entre 0,05 y el 0,2 % de Q).

E: Caudal perdido por evaporación.

P: Purga

R: Caudal de reposición.

C0: Concentración de sólidos en el agua de circulación.

C1: Concentración de sólidos en el agua de reposición

Balance de agua:

R=A+E+P

Balance salino:

R C1 = A C0 + E 0 + P C0

De este sistema de ecuaciones podemos obtener R y P:

10

0

C - C

C E R

A - C - C

C E P

10

1

En función del número de concentraciones 1

0

C

C N

Tenemos:

1 - N

N E R

A - 1 - N

E P

Se deduce que al aumentar N la purga disminuye, en el caso límite que N fuese infinito

(C1 = 0), el agua de reposición sería igual a la evaporación.

2.5 PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DEL AGUA DE REPOSICIÓN PURA

En la tabla 1 se presentan las propiedades termodinámicas del agua en función de la

temperatura y de la presión.

El agua en el rango de presión y temperatura en el que nos vamos a trabajar mantiene

sus propiedades constantes.

2.6 PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DEL AGUA DE REPOSICIÓN

SALADA

Como el agua salada contiene una cantidad notable de sal, sus propiedades físicas se

modifican ligeramente en contra del intercambio térmico.

Con la cantidad de sales varía la presión de vapor saturado, para soluciones de cloruro

sódico (sal más abundante en el agua de mar) los térmicos correctores son en general

una función aproximada de la concentración de sal.

Tabla 2 Variación de las propiedades físicas del agua en fase líquida con la

concentración de cloruro sódico.

Magnitud Variación de la magnitud en función de la

concentración

Densidad ρ0 (1+7,26*10-3 X

)

Calor específico Cpo (1-0,01098 X)

Presión de vapor

saturado

Pso exp(-(0,00749X+0,00014 X2))

Viscosidad μ0 (1+10-3

(14,2X+0,37X2 ))

Conductividad térmica λ0 (1-0,002X)

Nota el subíndice 0 se refiere a las características del agua pura

X: Concentración de sal expresada en % en peso (X≤10%)

3.AIRE

3.1 EL AIRE. SICROMETRÍA

El aire atmosférico es una mezcla de gases, en proporciones prácticamente constantes y

de vapor de agua variable. La composición del aire seco permanece constante de un

lugar a otro desde el nivel del mar hasta una altura entre los 20 y 40 km por encima de

dicho nivel. Su composición aproximada es:

Componente %

(en volumen)

%

(en peso)

Nitrógeno (N2) 78,20 70,30

Oxígeno (O2) 20,80 23,00

Dióxido de carbono

(CO2) 0,03 0,04

Argón (Ar) 0,93 1,23

Hidrógeno (H2) 0,01 0,006

Gases nobles (He, Kr,

Ne) trazas trazas

El contenido en vapor de agua en la atmósfera varía considerablemente de las

condiciones de presión y temperatura.

Si la atmósfera estuviese en equilibrio, termodinámico, se establecería un estado de

saturación que permanecería invariable, pero, al modificarse, la temperatura ambiente,

se produce una agitación en las capas inferiores de la atmósfera que da lugar a todos los

fenómenos meteorológicos conocidos; así, en el seno de una nube el aire se encuentra

completamente saturado de vapor de agua, fuera de este caso la proporción de vapor es

variable y siempre inferior al punto de saturación.

3.2 TÉRMINOS SICROMÉTRICOS

3.2.1 Aire seco

Es el aire sin ningún contenido en vapor de agua, su composición viene dada por la

tabla anterior.

3.2.2 Aire saturado

Es aquel que a una temperatura determinada contiene la mayor cantidad de agua posible

de vapor de agua, es decir, tal que si no aumenta la temperatura, no puede aumentar su

contenido de vapor; naturalmente, si se produce un enfriamiento del aire saturado el

exceso de vapor se condensa.

3.2.3 Punto de rocío

Es la temperatura a la que una mezcla definida de aire y vapor de agua están en

equilibrio; o sea, la temperatura a la que el aire no puede contener una mayor cantidad

de vapor de agua porque este empezaría a condensarse.

3.2.4 Presión parcial

En una mezcla de gases, es la presión que ejercería cada componente si,

individualmente ocupara todo el volumen que ocupa la mezcla. En el aire, cada

componente, ejerce una presión parcial sobre su contorno, directamente proporcional al

contenido del componente (% en volumen o % molar) en el punto que se considera.

3.2.5 Tensión de vapor

Es la presión parcial del vapor de agua, cuando el aire no está saturado.

3.2.6 Tensión máxima de vapor

Es la tensión de vapor, cuando el aire está saturado.

3.2.7 Humedad absoluta

Es la cantidad de vapor de agua contenida en la unidad de volumen de aire en unas

condiciones dadas de presión y temperatura, se expresa en kg agua / kg aire seco.

3.2.8 Humedad relativa

También se llama estado higrométrico y es la relación entre la cantidad de vapor de

agua que contiene un volumen determinado de aire atmosférico y la que tendría si

estuviera saturado, se expresa en tanto por ciento.

3.2.9 Temperatura seca

Es la temperatura del aire ambiente, medida con un termómetro normal y expresada en

grados centígrados (ºC).

3.2.10 Temperatura húmeda o temperatura de bulbo húmedo

Es la temperatura de equilibrio que alcanza una superficie de agua cuando está expuesta

a una corriente de aire. Se mide haciendo pasar una corriente de aire por un termómetro

húmedo, que son termómetros cuyo bulbo está rodeado de un algodón o muselina

empapado en agua.

3.2.11 Temperatura de saturación adiabática

Es la temperatura correspondiente al equilibrio térmico agua – aire, sin canje de calor,

producción de trabajo ni cambios de energía.

La temperatura húmeda, sensiblemente coincide con la temperatura de saturación

adiabática. Para que la temperatura húmeda coincida con la de saturación adiabática

sería preciso que el aire en contacto con el algodón, llegara a un equilibrio total con el

agua; en la práctica, se desprecia las pequeñas diferencias debidas a que no se alcanza

este equilibrio, sino únicamente el de evaporación.

3.2.12 Entalpía o calor total

Es una función de estado que define termodinámicamente la energía de un cierto

sistema físico; se expresa mediante la ecuación:

dh = du + d(p v) = du + p dv + v dp (1)

h: Entalpía (J/kg)

u: Energía interna (J/kg).

p: Presión exterior (Pa).

v: Volumen específico ocupado por el sistema (m3/kg).

Según el primer principio de la termodinámica:

du = dw + dq (2)

w: Trabajo (J/kg)

u: Energía interna (J/kg).

q: calor (J/kg)

dw = F ds F = – P A

Donde:

F: Fuerza (Pa)

s: superficie (m2)

dw = – P dV

du = – p dv + dq (3)

Para una transformación a presión constante según la ecuación (1):

dh = du + p dv (4)

De las ecuaciones (3) y (4) se obtiene

dh = – dq (4)

Por tanto en una transformación isobara, el calor absorbido por un sistema se emplea

íntegramente en aumentar su entalpía.

Q1 – 2 = h2 – h1

3.2.13 Calor latente de vaporización

Es la cantidad de calor necesaria para que un kilogramo de agua se vaporice a una

temperatura constante, se mide en kJ/kg.

3.3 RELACIONES ENTRE VARIABLES SICROMÉTRICAS

3.3.1 Humedad relativa

A temperaturas ordinarias, la presión parcial del vapor de agua es lo suficientemente

baja como para poder asimilarle, en las aplicaciones practicas, a un gas perfecto, es

decir cumpliendo la ecuación de estado de los gases perfectos y con un calor específico

constante.

En estas circunstancias, la tensión de vapor es proporcional a la masa de vapor de agua,

contenido en la unidad de volumen y en consecuencia, la humedad relativa será la

relación entre la presión parcial del vapor de agua en el aire (Pv) y la presión de

saturación (Ps), a la misma temperatura.

s

v

r

s

v

rP

P100%)100(H

P

PH

Si conocemos la masa (mv) de vapor contenido en un cierto volumen (V), la presión

parcial, se puede calcular mediante la ecuación de estado de los gases perfectos:

RTPM

m V p

Donde:

p: Presión parcial (Pa).

V: Volumen (m3).

m: Masa (kg).

PM: Peso molecular (kg/kmol).

R: Constante de los gases ideales (8.314 kJ / kmol °K)

T: Temperatura absoluta en (°K)

En este caso y para el agua utilizaremos el subíndice v (Peso molecular del agua: 18

kg/kmol):

RT18

Rm V p vv

Para el caso del aire seco utilizaremos el subíndice A, la masa de aire seco mA

contenida en el mismo volumen, está relacionada con su presión parcial mediante la

siguiente ecuación (Peso molecular del aire: 28,96 kg/kmol).

RT28,96

Rm V p AA

3.3.2 Relación de humedad

Se define como la relación entre la masa de vapor de agua y la masa de aire seco,

contenidas en un cierto volumen V, suponiendo que tanto el aire como el vapor de agua

se comportan como gases perfectos, tenemos:

A

s

r

A

v

A

s

r

A

v

A

v

A

v

P

PH 621,0

PM

PM

P

PH

PM

PM

P

P

m

m μ

de donde la relación de humedad es:

v

v

A

s

rP - P

P 621,0

P

PH 621,0μ

Donde:

μ: Relación de humedad (kg de vapor de agua / kg de aire seco)

P: Presión atmosférica (Pa)

PA: Presión parcial del aire seco (Pa)

Pv: Presión parcial del vapor de agua (Pa)

P = PA + Pv

De donde se deduce que la relación de humedad, es función exclusivamente de la

humedad relativa “estado higrométrico” y de la presión de saturación; esto es, de la

temperatura ambiente.

3.4 ENTALPÍA DEL AIRE HUMEDO

La entalpía del aire húmedo es la suma de las entalpías del aire seco y de vapor de agua,

tomados ambos a la temperatura de la mezcla y cada uno con su presión parcial, es

decir:

hAH = mA hA + mv hv

vAv

A

v

AHA μhhhm

mh h

v

v

v

AHA hP - P

P 621,0h h

Donde:

hAH: entalpía específica del aire húmedo (kJ/kg).

hA: entalpía específica de la fase gaseosa (kJ/kg).

hv: entalpía específica de la fase vapor (kJ/kg).

3.5 CÁLCULO DE

El aire seco se puede considerar como un gas perfecto, de forma que si se toma como

origen de entalpías el estado definido por t = 0 ºC y p = pi, (pi es cualquier presión, ya

que el calor específico no depende de la presión al considerarse un gas perfecto). La

entalpía en función de la temperatura viene dada por:

hA = Cp A t

Donde:

Cp A: Calor específico del aire seco (kJ/kg ºC).

t: Temperatura (ºC).

Para realizar un cálculo fino del calor específico se puede aplicar:

C1 = 0,2896 / 0,00001

C2 = 0,0939 / 0,00001

C3 = 3,012 / 0,001

C4 = 0,0758 / 0,00001

C5 = 1.484

28,96 * 1000

TC5cosenohip

T

C5

*C4

TC3senohip

T

C3

* C2 C1

C

22

pA

Donde T es la temperatura en Kelvin (K).

Rango 100 - 2273 K, referencia Perry, tabla 2-198, página 2.182.

3.6. CÁLCULO DE

Si la presión es suficientemente pequeña, hv solamente depende de la temperatura, o

sea, es la misma que si se tratase de aire saturado a esa temperatura; atribuyendo el

valor cero a la entalpía del agua a 0 ºC, la entalpía del vapor a otra temperatura, será la

suma del calor necesario para elevar la temperatura del agua hasta esa temperatura y del

calor latente de vaporización, así tenemos:

hv = Cpw t + qe

Donde:

Cpw: Calor específico del agua (kJ/kg ºC).

t: Temperatura (ºC).

qe: Calor latente de vaporización a una temperatura de saturación t (kJ/kg).

Ejemplo: Determinar la entalpía de un aire a 25 ºC y una humedad relativa de 50%

Calor específico de aire seco a 25ºC: 0,24 kcal / kg aire seco

hA = 0,24 x 25 = 6 kcal / kg aire seco

Calor específico del agua a 25ºC: 1 kcal/kg agua

Calor latente de vaporización a 25ºC: 583,33 kcal/kg agua

hv = 1 x 25 + 583,33 = 608,33 kcal/kg agua

Humedad absoluta (25ºC, HR 50%): 0,0099 kg agua /kg aire seco

agua kg

kcal 608,33

seco aire kg

agua kg 0,0099

seco aire kg

kcal 6 μhh h vAHA

hAH = 12 kcal / kg aire seco

4.FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS

4.1 FÍSICA DEL PROCESO

En el interior de la torre se produce un contacto íntimo entre el agua que desciende y

aire que asciende. En la caída del agua, se arrastra una capa finísima de aire que

desciende. En estas condiciones el calor del agua se transfiere al aire circundante de tres

formas:

1. Por radiación (qR); a través de la superficie exterior de la gota, este cede calor a

la interfase. Se considera despreciable por el bajo nivel térmico.

2. Por conducción (qC); la cantidad transferida depende de la diferencia de

temperaturas entre las dos fases, llegando a ser como máximo un tercio del total.

3. Por evaporación (qev) de una cantidad de agua. Es el proceso más importante.

Concretamente, la transmisión de calor entre el agua y el aire, se realiza a través de dos

fenómenos:

Transmisión de calor por convención y por absorción del calor latente de vaporización

del agua que pasa a estado gaseoso, enfriando el resto del agua, se estima que entorno al

90% del calor evacuado es debido a la evaporación. A medida que aumenta la superficie

de contacto entre aire-agua mejoran estos dos procesos, por lo que se utilizan los

entramados denominados “relleno”, aumentando dicha superficie de contacto.

En la transmisión de calor por convección, se produce un flujo de calor en dirección al

aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos.

Nota: no se ha considerado la transmisión por radiación.

La tasa de enfriamiento por evaporación es de gran magnitud en las torres de

enfriamiento; alrededor del 90 % es debida al fenómeno difusivo.

Al entrar en contacto el aire con el agua se forma una fina película de aire húmedo

saturado sobre la lámina de agua que desciende por el relleno. Esto es debido a que la

presión parcial de vapor de agua en la película de aire es superior a la del aire húmedo

que circula por la torre, produciéndose una cesión de vapor de agua (evaporación).

Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporización del propio líquido.

Este calor latente es cedido al aire, obteniéndose un enfriamiento del agua y un aumento

de la temperatura del aire. La diferencia de temperaturas del agua a la salida y la

temperatura húmeda del aire se llama «acercamiento» o “aproximación”, ya que

representa el límite termodinámico de enfriamiento al que puede llegar el agua.

Esquema de proceso de transferencia en una gota:

Esquema del proceso evaporativo

FASE: gota interfase interfase Aire

FENÓMENO: Evaporación Saturación Transmisión de calor Difusión

PROCESO: Pérdida de

calor y masa

Absorción

del vapor

Cesión de una parte del

vapor masa como

energía

Absorción del

calor cedido

Temperatura t T’ T’ T

Humedad

absoluta xs xs s

Entalpía hs hs h

4.2 ECUACIÓN DE MERKEL

Según el esquema tenemos:

Denominamos:

L: Caudal de agua de entrada kg/h

tea: Temperatura entrada agua ºC

tsa: Temperatura salida agua ºC

W: Caudal de agua de reposición (igual al caudal de agua evaporada) kg/h

tr: Temperatura agua reposición ºC

G: Caudal de aire de entrada kg/h

he: Entalpía del aire de entrada kcal/kg

hs: Entalpía del aire de salida kcal/kg

Cpw: Calor específico del agua kcal/kg ºC

Balance de energía

L Cpw tea + G he + W Cpw tr = L Cpw tsa + G hs

Hipótesis para el cálculo:

- Todo el calor intercambiado entre el agua y el aire se hace en el relleno.

- No hay pérdidas de calor hacia el exterior.

- Los fluidos están en contracorriente pura.

- Se desprecia la cantidad de agua arrastrada por el aire, pero no el calor

intercambiado en el arrastre.

Si se hace el balance de energía en una superficie diferencial del relleno:

d q = L Cpw dt = G d h = d q conducción + d q evaporación

q: Calor intercambiado.

L Cpw dt: Calor cedido por el agua.

G d h: Calor absorbido por el aire

Por la ley de Fourier:

d q conducción = hc a dV (T’-T)

d q conducción: Calor de conducción.

hc: Coeficiente de película (kcal / h m2 ºC)


V: Volumen del relleno.

T’: Temperatura de la interfase aire – agua.

T: Temperatura del aire.

Por otra parte:

d q evaporación = k (xs –

d q evaporación: Calor de evaporación.

Donde:

agua

tea

agua

tsa

aire

he

aire

hs dV

k: Coeficiente de transferencia de masa, cantidad de masa que se transfiere

entre el agua y el aire por unidad de superficie y unidad de diferencia de humedades

específicas.


V: Volumen del relleno.

xs: Humedad específica de la interfase aire – agua.

x: Humedad específica del aire.

Calor latente de vaporización.

Las unidades de k son:

kg

kg m2

h / kg

seco aire

vapor

Sustituyendo en la ecuación del balance:

d q = hc a dV (T’-T) + k (xs – x) a dV

Por su parte k es aproximadamente hc / Cpw por tanto; hc = k Cpw

λ dV a x)- (xk T) - (T' dV a Ck q d spw

Agrupando tenemos:

λ) x - λ (x dV ak T) C - T'(C dV ak q d spwpw

Por otra parte la entalpía del aire es:

h = Cpw t + x

Sustituyendo se tiene:

h dG t d C L h) - (h dV ak q d pws (*)

Igualando dos a dos se tiene:

dV ak h) - (h

q d

s

dV C L

ak

h) - (h

td

pws

dV G

ak

h) - (h

h d

s

Estas son las ecuaciones de Merkel que se integraran a lo largo de todo el relleno.

dVG

ak

h) - (h

h dV

0s

hs

he

Integrando:

h) - (h

h d V

G

ak

s

hs

he

Como V (volumen del relleno) es el área por la altura de relleno ( V = A l) podemos

calcular la altura de relleno como:

h) - (h

h d

A ak

G l

s

hs

he

Si hacemos:

A ak

G g

h) - (h

h d p

s

hs

he

Se obtiene que g = g (a, A) una función exclusiva de la geometría del relleno y p = p(h,

h) una función exclusiva del estado termodinámico.

En los libros especializados g se conoce como la altura de transferencia y p como el

número de transferencia. Por tanto se obtiene:

l =g p = HTU x NTU

g = HTU = altura de transferencia (m).

p = NTU = número de transferencia (adimensional).

Por otra parte sabemos que el calor absorbido por el aire es igual al calor cedido por el

agua:

L Cpw (t - tsa) = G (h - he)

Agrupando

) tC G

L - (h t C

G

L h sapwepw (**)

Que es la ecuación de una recta con pendiente pwC G

L y ordenada en el origen

sapwe tC G

L - h .

Previamente, se han las ecuaciones que definen el proceso, estas se pueden representar

gráficamente según:

Donde se observa que:

La línea AB es la curva de variación de la entalpía de la fase líquida con la temperatura

de acuerdo a la ecuación (*).

La línea CD es la línea de operación de la fase gaseosa, según la ecuación (**) y su

pendiente resulta ser.

pwC G

L α tg

Que depende de la relación agua – aire necesaria para que se verifique la evaporación y

con ella el proceso de enfriamiento.

Para cada valor de temperatura, la diferencia h’ – h es una indicación de la tensión

entálpica “driving force” El área encerrada entre las dos líneas, representa por tanto la

energía total disponible en el sistema agua y película de aire saturada de vapor.

4.3 RESOLUCIÓN GRÁFICA

Par la resolución gráfica se va a aplicar el método de Tchebycheff:

h δ

1

h δ

1

h δ

1

h δ

1

4

t- t

h) - (h

td

L

V ak

4321

21

s

1

2

t

t

Donde:

tΔ 0,1 t θ h) - (h h δ 21θs1 1

tΔ 0,4 t θ h) - (h h δ 22θs2 2

tΔ 0,4- t θ h) - (h h δ 13θs3 3

tΔ 0,1- t θ h) - (h h δ 14θs4 4

Por otra parte:

tΔ G

L h h 21

Construimos la siguiente tabla:

Temperatura

Entalpía de

saturación Entalpía del aire

h δ

1

ºC kcal/kg kcal/kg

t2 h’2 h2 – –

t2 h’A tΔ G

L 0,1 h h 2A

h’A – hA =

1 1h δ

1

t2 h’B tΔ G

L 0,4 h h 2B

h’B – hB =

2 2h δ

1

t1 - h’C tΔ G

L 0,4 h h 1C

h’C – hC =

3 3h δ

1

t1 - h’D tΔ G

L 0,1 h h 1D

h’D – hD =

4 4h δ

1

t1 h’1 h1 – –

4h δ

1

4.4 INFLUENCIA DEL VIENTO EN UNA TORRE DE REFRIGERACIÓN

4.4.1 Tiro natural

El viento produce una disimetría en el reparto del aire en la entrada de aire que es

negativa para el correcto funcionamiento de una torre. Además también produce una

aspiración en la parte superior que tiende a compensar ese fenómeno.

Como el segundo fenómeno no compensa al primero un viento fuerte produciría una

reducción del caudal de aire que puede llegar a alcanzar el 15%.

4.4.2 Tiro mecánico o con ventilador

En las torres de refrigeración de tiro mecánico la variación relativa del caudal de aire

(definida como caudal real entre el caudal nominal de aire en m3/s) en función de la

velocidad del viento es pequeña, y además la potencia consumida de ventilación varía

poco, un 2% para una velocidad de viento de 12 m/s a un nivel de 81 m.

4.5 RECIRCULACIÓN

En presencia de viento se puede producir un fenómeno de recirculación de aire caliente.

El viento produce que el aire saturado de salida de la torre se dirija a las entradas de

aire, ya sea de la propia torre o de torres adyacentes.

Este fenómeno que produce un aumento de la temperatura de bulbo húmedo en la

entrada de la torre se denomina recirculación.

La recirculación es la diferencia entre la temperatura de bulbo húmedo en un punto

alejado de la torre y el mismo valor medido según norma en la entrada de aire de la

torre. Este fenómeno aparece sobre todo en torres de flujo cruzado y tiro mecánico.

El CTI ha publicado la recirculación para este tipo de torres en función de la longitud de

la torre (L en m). Esta recirculación es función de la velocidad del aire así como de su

dirección por eso los valores que se muestran se corresponden con la recirculación

máxima.

100

1.

.013,01

.24,0

L

LRC

Esta recirculación para una longitud de 90 m tendría un valor máximo del 10%,

produciendo un aumento de la entalpía de entrada y por lo tanto un comportamiento

peor del esperado por el cliente aunque según curvas y normas el funcionamiento sería

completamente correcto.

5.DATASHEET

De ahora en adelante se adjuntan las hojas con las especificaciones de los equipos y

componentes que se han utilizado (Datasheets).

Los siguientes datos han sido suministrados por los proveedores o bien se han sacado de

los correspondientes catalogos.

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