Sistema de Enfriamineto

Confidencial

SMIWTOMS

Gustavo Jaime

25.11.2010

SEMINARIO EN SISTEMA DE ENFRIAMIENTO

CLARIANT (COLOMBIA) S.A.Abril 23, 24, 25

Clculos Basicos


Que debemos Conocer

Equipo

Como Funciona

Qumica


Areas

para revisar

Clculos Bsicos

Requerimientos del Agua:

Restitucin

Purgas

Evaporacin Ciclos de Concentracin


POR QU

USAR EL AGUA COMO MEDIO DE ENFRIAMIENTO?

9 ES ABUNDANTE

9 NO ES TXICA Y ES AMBIENTALMENTE SEGURA

9 TIENE UNA ALTA CAPACIDAD PARA ABSORBER CALOR (Calor especfico1BTU/Lbm oF,o, 1Kcal/Kg oC)

9 PERMANECE LQUIDA EN UN RANGO AMPLIO DE TEMPERATURA

9 TIENE UNA ALTA RELACIN CALOR LATENTE/CALOR SENSIBLE

9 BAJA CONDUCTIVIDAD TRMICA


Impurezas en el Agua

En el Make-Up

Impurezas en el aire

Impurezas liberadas por Evaporacin


Problemas de los Sistemas de Enfriamiento

Gases disueltos

Slidos Disueltos

Slidos Suspendidos



Gases disueltos

Slidos Disueltos

Slidos Suspendidos

Oxigeno

Cloro

Dixido de Carbono

Amoniaco

Acido Sulfhdrico



Gases disueltos

Slidos Disueltos

Slidos Suspendidos

Calcio, Magnesio,Hierro y Manganeso,Cloruros, Sulfatos, Carbonatos, Bicarbonatos,Sodio, Potasio, Fosfato, Slice,Materia Orgnica.



Gases disueltos

Slidos Disueltos

Slidos Suspendidos

Tierra,Lodo,Microorganismos,Productos de Corrosin,Aire y Procesos

Contaminantes.


TIPOS DE AGUA

AGUA SUPERFICIAL

9 Baja en slidos disueltos

9 Alta en slidos en suspensin

9 La calidad cambia rpidamente con las estaciones y con la climatologa

AGUA SUBTERRANEA

9 Alta en slidos disueltos

9 Baja en slidos en suspensin

9 Alta en hierro y en manganeso

9 Baja en oxgeno, puede contener gases sulfurosos

9 Calidad y temperatura relativamente constantes


FUNDAMENTOS AGUA DE ENFRIAMIENTO

Cinco Propiedades bsicas Importantes del Agua son:

1.

Conductividad2.

Dureza3.

Alcalinidad4.

pH5.

ORP


CONDUCTIVIDAD


DUREZA


ALCALINIDAD


pH


ORP

Potencial de oxido-reduccin.

Medida de la cantidad de oxidantes o reductores presentes en el agua

Es funcin de pH


TORRE DE ENFRIAMIENTO


EVAPORACIN

La forma como se remueve calor en la torre de enfriamiento es por medio de la evaporacin de una porcin del agua recirculante. La reduccin de temperatura de sta manera est

limitada por la temperatura de bulbo hmedo,

mejor dicho por la humedad relativa. Una humedad relativa alta reduce la evaporacin en la torre de enfriamiento. Condiciones secas favorecen a la evaporacin en una torre de enfriamiento.


CAMBIO DE TEMPERATURA

El cambio de temperatura en la torre (T) es la diferencia entre la temperatura de retorno de agua del proceso (TR

) y la temperatura de la piscina de la torre que suministra agua al proceso (TS

). Esta diferencia es utilizada para para estimar la cantidad de agua que ha sido evaporada en la torre.


TEMPERATURA DE APROXIMACIN

(APPROACH)

En teora, una torre de enfriamiento puede enfriar slo hasta la

temperatura de bulbo hmedo en las condiciones existentes.

Para llegar a enfriar hasta la temperatura de bulbo hmedo, la torre de

enfriamiento tienen que ser demasiado grande.

Las torres se disean para que enfren hasta algn punto cercano a la

temperatura de bulbo hmedo.

La diferencia entre la temperatura del agua de suministro al proceso y la

temperatura de bulbo hmedo es el APPROACH.


APPROACH Y RANGO


FLUJO DE RECIRCULACIN

Para mantener un flujo de agua a travs de los equipos de intercambio de calor, el agua debe ser transportada mediante un sistema de bombeo, hace su trabajo de enfriamiento y es retornada a la torre para reducirle la temperatura y repetir el ciclo.El flujo de recirculacin debe ser monitoreado permanentemente para tomar las decisiones pertinentes respecto al balance general de la torre y el tratamiento qumico.


CICLOS DE CONCENTRACIN

La purga es la descarga deliberada de agua de refrigeracin para prevenir

que

la concentracin de slidos en el

agua de refrigeracin sea excesivamente alta lo que resultara en la

formacin de Incrustacin.


EVAPORACION

Aproximadamente el 0.85% del agua de recirculacin se evapora por cada 10oF de cambio de temperatura en la torre de enfriamiento.

E = (0.85/100)*RR*(T/10)


EVAPORACION

(Delta)T = Diferencia de Temperatura a travs de la Torre Tad = Temperatura de Bulbo seco (Ambiente)Km = Constante de Evaporacin


NDICE DE TIEMPO DE RETENCIN

El ndice de tiempo de retencin (HTI) es una variable especfica de cada sistema de enfriamiento que indica el tiempo requerido para reducir la concentracin de cualquier especie a la mitad de su valor inicial. Es esencialmente el tiempo de vida media de una especie dentro del sistema de enfriamiento.


RESMEN


Calculo de la rata de Evaporacin


Calculo de la rata de Evaporacin

MHR= Flujo de recirculacin de agua Caliente.MCR= Flujo de recirculacin del agua Fra.Mv= Flujo de agua Evaporada

De: MHR = MCR y MV = X% (MHR)

Usando el Balance de masa/energa la Ecuacin QHR = QCR + QV:MHR(88) = MCR(78) + X% (MHR) X (1026 Calor de Vaporizacin)MHR = MCR, Todas las unidades se cancelan.

Tenemos: 88 = 78 + X% (1026)X% = 88-78 = 0.97%Por cada 10oF (6oC) reduce, 0.97% del agua que recircula se evapora.Nota:1.

Este modelo supone el cambio de temperatura insignificante debido a la temperatura del agua del Make-

Up.2.

Tpicamente el rango esta entre 0.65% y 1%, dependiendo de las condiciones atmosfricas (temperatura y humedad).

Corrosin


Areas para revisar

Corrosin

Teora de la Corrosin (Tipos, Celdas de Corrosin, inhibicin)

Factores que afectan la Corrosin (Qumica del agua, pH, Velocidad, Oxgeno, Temperatura, Contaminantes)

Inhibidores Qumicos.

Mtodos no Qumicos de Control de la Corrosin


Que es la Corrosin?


Que es la Corrosin?

La Corrosin es la Degradacin de Metales o aleaciones debido a la accin de reacciones qumicas con su ambiente. Esto es acelerado por la presencia de cidos o bases. En el caso del sistema del agua de recirculacin, el ambiente es el agua y la aceleracin es el aire que esta en al torre, el agua incluye las sales disueltas, contaminantes del aire, foulantes suspendidos, y crecimiento microbiolgico.


Corrosin

Los equipos de intercambio de calor en un sistema de enfriamiento estn compuestos de varios metales que estn sujetos al impacto del agua. Si no se tratan adecuadamente, stos metales tienden a autodestruirse cuando se exponen al agua de enfriamiento. Esto es un proceso natural, llamado corrosin, que hace retornar los metales procesados como el acero, cobre y cinc a su estado natural de oxidacin como compuesto qumico mineral.

El hierro en su estado natural es un xido (Fe3

O4

, FeO, Fe2

O3

), pero cuando se convierte en hierro y acero el oxgeno es retirado para formar hierro PURO (Feo). Se requiere energa para transformar el xido a estado metlico reducido. En presencia de agua y oxgeno, la madre naturaleza ataca el metal, revirtiendo el hierro elemental (Feo) nuevamente a xido.


Corrosin


Problemas de los Sistemas de Enfriamiento -

Veremos

Varios tipos de Corrosin

Corrosin y el impacto en los sistemas de Enfriamiento

Monitoreo y Medicin de la Corrosin.


Corrosin


Corrosin -

Ctodo

El rea de un electrodo en donde una reaccin electroqumica ocurre en una celda de corrosin y ocurre una reduccin.

Largas reas catdicas mide alta corrosin, y pequeas reas miden baja corrosin


Corrosin -

nodo

El rea de un electrodo en donde una reaccin electroqumica ocurre en una celda de corrosin y se da la Oxidacin.

Largas reas andicas resulta una perdida general del metal, y pequeas reas andicas produce ataque por pitting


Corrosin


Proceso de Corrosin


Reacciones andicas


Reacciones Catdicas


Hidrxido


EFECTO DE LOS SLIDOS DISUELTOS

1.

No slo es importante la cantidad

de TDS, sino tambin el tipo de

ellos presentes

2.

La alcalinidad (HCO3

y CO3

)

reducen la corrosin, mientras que

los cloruros y sulfatos la

incrementan


EFECTO DEL pH


GASES DISUELTOS

OXGENO & ' DIXIDO DE CARBONO AMONACO CIDO SULFDRICO


TEMPERATURA

1.

Por cada 10oF de incremento

de temperatura la rata de

corrosin se duplica

2.

Acelera la reaccin del ctodo

3.

Aumenta la difusin del

oxgeno


VELOCIDAD

1.

Ocurre corrosin-erosin por alta

velocidad

2.

Condiciones de bajo flujo

estancamiento promovern la corrosin

3.

Los depsitos resultado de las bajas

velocidades promueven la corrosin

4.

Corrosin MIC (Microbiological

Influenced Corrosion)


Tipos de Corrosin

Corrosin Generalizada o Uniforme


Tipos de Corrosin

Corrosin Localizada o Especifica


Un medio corrosivo en el cual el rea catdica es igual al rea andica significa corrosin GENERALIZADA


Tipos de Corrosin

General o Uniforme Crevice o Bajo depsito Pitting Galvanica Efecto de Velocidad Perdida de iones metlicos de sus

aleaciones Estrs corrosin Cracking Intergranular


Corrosin Galvanica


White Rust


Corrosin y le Valor de pH


nodos de Sacrificio


Barreras Inertes

OrgnicasMetlicasBarreras vtreas

Vidrio

Pinturas

Epoxicos


Pinturas (Barreras)


Seleccin de Materiales

Cobre

Acero inoxidable

Titanio


Corrosin Causa

Prematura falla de EquiposPerdida de Eficiencia en los

ProcesosCostoso Mantenimiento y

reparacinPosible parada de la

ProduccinReduce la Transferencia de

CalorSeguridad Riesgos ambientales


CONSECUENCIAS DE LA CORROSIN

1.

REDUCE LA EFICIENCIA DE TRANSFERENCIA DE CALOR

2.

INCREMENTA LOS COSTOS DE MANTENIMIENTO Y LIMPIEZA

3.

REPARACIN Y REEMPLAZO DE EQUIPOS

4.

CONTAMINACIONES DEL PROCESO

DEL AGUA DE

ENFRIAMIENTO

5.

PARADAS NO PROGRAMADAS


Proceso Corrosivo


MTODOS DE CONTROL

1.

USAR MATERIALES RESISTENTES A LA CORROSIN

2.

APLICACIN DE RECUBRIMIENTOS

BARRERAS

INERTES

3.

PROTECCIN CATDICA Y NODOS DE SACRIFICIO

4.

USO DE INHIBIDORES DE CORROSIN


INHIBIDORES DE CORROSIN ANDICOS

1.

Cromatos

2.

Nitritos

3.

Ortofosfatos

4.

Silicatos

5.

Molibdatos


Ortofosfatos


Molibdato


Nitritos


INHIBIDORES CATDICOS

1.

Bicarbonatos

2.

Polifosfatos

3.

Polisilicatos

4.

Zinc

5.

Alcalinidad


Zinc


Polifosfatos


INHIBIDORES DE CORROSIN FLMICOS

1.

Aceites solubles

2.

Toliltriazoles

3.

Benzotriazoles


Toliltriazoles y Benzotriazoles


Programas de Tratamiento Qumicos


Incrustacin


Fouling


Como Controlamos la Incrustacin

pH

Purga

Tratamiento Qumico


Control de la Incrustacin: pH


Control de la Incrustacin: Purga


Control de la Incrustacin: Tratamiento Qumicos

Control de Carbonato de Calcio

Acido

Fosfonatos

Poliacrilatos

Polifosfatos



Control de Sulfato de Calcio

Poliacrilatos

Fosfonatos

Copolimeros de acrlico y cidos carboxlicos sulfonatados



Control de Fosfato de Calcio

Copolimeros de acrlico y cidos carboxlicos sulfonatados


Fouling


Fouling

Bajos Flujos


Fouling

Productos de Corrosin


Fouling

Configuracin de los equipos


Fouling

Sistema Monitoreo


Como Controlar el Fouling

Filtracin Colateral

Dispersantes Qumicos


Como Controlar el Fouling

Filtracin ColateralFiltracin Colateral Pasar una parte del agua a travs de un equipo de filtracin


Como controlar el Fouling

Tratamiento QumicoVarios polmeros y orgnicos inhiben la incrustacin y tambin pueden controlar la depositacin de slidos suspendidos, los productos utilizados incluyen:

Poliacrilatos.

Polimaleatos.

Estirenos Sulfonatados.

Copolimeros de Acrlicos y cidos carboxlicos sulfonatados.


Microbiolgico


Efectos de la Incrustaciones

Perdida de transferencia de calor


Fouling


Incrustacin

Tratamiento Quimico


AREAS PARA REVISAR

TRATAMIEMTO QUIMICO

Programa de tratamiento

Parmetros crticos

Monitoreo (Anlisis qumicos, evaluaciones de Corrosin).


Clasificacin de los Programas de Tratamiento

pH Neutro (pH 6.8 -7.8)

Refuerzo en la Inhibicin de Corrosin

Agua Corrosiva

Inhibidor generalmente basado en Fosfato Inorgnico

Requiere Inhibidor para Fosfato de Calcio pH Alcalino (pH > 7.8)

Dispersante es ms Importante

Inclinacin a Formacin de Depsitos -

Carbonato de Calcio

Bajo Fosfato o Zinc para Control de la Corrosin

Requiere Fosfonato para Control de Carbonato de Calcio


Slice


Fosfato


Zinc


Programas

PO4/Zn Fosfato Estabilizado Fosfato alcalino Todo orgnico Aguas suavizadas


PROGRAMA PROGRAMA PO4/Zn

PARAMETROS OPERACIONELES Y DE CONTROL

GENERAL: HIERRO < 3PPMSILICE < 150 PPMCl < 1500 PPMSO4= < 2500 PPMALUMINIO < 1.0 PPM Al+++CONDUCTIVIDAD < 6000 MICROMHOSTEMP. AGUA < 160FTEMP. PELICULA < 175FHTI < NO LIMITE


GUIA TIPICA DE PROGRAMAS DE TRATAMIENTO

Calcio: 75 1200 ppmpH: 7,8 9,0LSI: +2,5 Max.Ortofosfato: 0 10 ppmFosfonato: 2 6 ppmAzol: 0 3 ppmCopolimero: 20 70 ppm

Control Microbiologico


Areas

para revisar

Control Microbiolgico

Problemas asociados al crecimiento microbiolgico

Bacterias Aerobias

Bacterias Anaerobias

Bacterias Legionella

Biocidas Oxidantes/No oxidantes

Uso de Cloro

Uso de Dixido de Cloro


Tipos de Microorganismos

Aerbico

Anaerbico

Hongos


Crecimiento Microbiolgico


Aadido al sistema de enfriamiento para reemplazar las perdidas por evaporacin y purga

Llega desde el aire al agua de enfriamiento en la Torre

Impurezas que retornan al agua de la Torre

Contaminantes en el aire

Evaporacin

Reposicin


Microbiolgico


Fouling

Microbiolgico

CausaCorrosinAumenta el consumo

de energaReduce la transferencia

calrica


Fouling


Factores que afectan el Crecimiento Microbiolgico

Fuentes.

Aire

Make-up

Agua.Temperatura.Microorganismos.


Factores que afectan el Crecimiento Microbiolgico

pH.Nutrientes.

Aire.

Make-up

Contaminaciones Proceso


CLASES DE MICROORGANISMOS

Algas.

Hongos

Bacterias.


PROBLEMAS MICROBIOLOGICOS

Reduce Transferencia de Calor.

Incrementa las ratas de Corrosin.

Reduce el Flujo de Agua

Incrementa el riesgo de enfermedades


FILM FILL

FILM FILL

FILM FILL

FILM FILL

FILM FILL

FILM FILL

FILM FILL

FILM FILL


Microbio

Energy Norms

Thermal Conductivity

A biofilm

is actually a better insulator than calcium carbonate scale

Scale Thermal Conductivity (W/MK )

Calcium carbonate 2.26 -

2.93

Calcium sulfate 2.31

Calcium phosphate 2.60

Magnesium phosphate 2.16

Magnetic iron oxide 2.88

Biofilm 0.63


Bio

Film

BioBio--FilmFilm


Microbio

Influenced Corrosion (MIC)

Metal

PropagatingPit

AerobesAPBsSRBs

CorrosionDeposit

R-COO-

H+ R-COO-

H+R-COO-

H+

R-

COO-R-

COO-H+

H+ H

+

H+

H+

H+


Tratamiento Microbiolgico

Biocidas No oxidantes Biocidas Oxidantes



Biocidas Oxidantes

Son los ms comunes Cloro Bromo Ozono Dixido de Cloro



Biocidas No-Oxidantes

Son compuestos Orgnicos los cuales son Txicos a microorganismos.Su efectividad est limitada a ciertos organismos.Cada biocida tiene un tiempo de vida especifica.Presentan un rango de pH especifico para su

efectividad


Legionella


Inicio de la Legionella

En 1976, un brote de neumona grave entre los participantes de la Convencin de la Legin Americana en Filadelfia, llev

a la descripcin de la enfermedad de los legionarios por Fraser

et al. (1977).La enfermedad fue encontrada para ser causada por la bacteria Legionella

pneumophila

(Legionella

despus de los legionarios que se infectaron en la convencin; pneumophila, que significa "lungloving"), perteneciente a la familia Legionellaceae.


Principales caractersticas de la enfermedad del legionario y la fiebre de Pontiac


Los factores de riesgo para la infeccin por Legionella, por categora

Adquirida en la comunidad Asociada a los viajes Nosocomiales

Modos de transmisin

La inhalacin de aerosola contaminados La inhalacin de aerosola contaminados La inhalacin de aerosoles contaminados, la aspiracin, infeccin de la herida

Fuentes de la legionella

Torres de refrigeracin; caliente y sistemas de agua fra, de aguas termales, piscinas termales, manantiales, humidificadores, fontanera domstica; macetas mezclas y el compost.

Torres de refrigeracin; caliente y sistemas de agua fra, de aguas termales, aguas termales y piscinas, humidificadores.

Torres de refrigeracin; caliente y sistemas de agua fra, de aguas termales, piscinas naturales, aguas termales, equipos de terapia respiratoria, el tratamiento mdico

Embalse de Legionella

Sitios industriales, centros comerciales, restaurantes, clubes, centros de ocio, clubes deportivos, residencias privadas

Hoteles, cruceros, campings, tiendas Hospitales, equipo mdico

Los factores de riesgo (ambientales)

La proximidad a las fuentes de transmisin, un mal diseo o mantenimiento deficiente de los sistemas de refrigeracin por agua, formacin de personal inadecuada.

Estancia en un alojamiento diseado para estancias cortas y el uso estacional; Tarifa intermitente y el uso del agua, suministro intermitente de agua y control de las fluctuaciones de temperatura del agua, sistemas complejos de agua, la falta de personal capacitado para administrar sistemas de agua.

complejo sistema de distribucin de agua, carreras largas tuberas, mal control de temperatura del agua, las bajas tasas de flujo de agua

Los factores de riesgo (personal)

Edad> 40 aos, varn, enfermedad subyacente, como la diabetes, enfermedad cardiaca crnica; fumar; inmunosupresin (especialmente con glucocorticosteroides y crnicas debilitantes enfermedad); comorbidityb pulmonar estructural; insuficiencia renal crnica, los ltimos viajes, neoplasias hematolgicas, la sobrecarga de hierro; inmunosupresin

Edad> 40 aos, fumar en exceso, el abuso del alcohol;, varn cambio en el estilo de vida, enfermedad subyacente como la diabetes; crnica enfermedades del corazn, otros inmunosupresin

Edad> 25 aos; trasplante de los pacientes; inmunosupresin, ciruga, especialmente la cabeza y cuello, cncer, leucemias incluidos / linfomas, diabetes, tratamiento con las vas respiratorias dispositivos; cardiaca crnica, enfermedad pulmonar, tabaquismo, abuso de alcohol


Ciclo de vida de Legionella

pneumophila

en los protozoos y macrfagos humanos


polyphaga

Acanthamoebae

aislado de una fuente implicada en un brote de legionelosis

a) No legionella (control). b) Una virulenta cepa de L. pneumophila,

Algunas de las amebas contienen vacuolas con el interior de L. pneumophila, mientras que otros contienen degenerados material, incluyendo lo que parece ser los restos de Legionella.

c) Una virulenta cepa de L. pneumophila se incubaron con el correspondiente virulenta cepa de L. pneumophila.

d) Los daos causados a la ameba por la actividad citotxica de Legionella, lo que caus la muerte de la ameba.


Formacin de biofilm


Tratamiento para la Legionella

Halgeno residualBiocidas no-oxidantes


Cual es la forma regular de limpieza para limitar el crecimiento

microbiolgico?.

La piscina de la Torre y el relleno de la Torre

La bomba de recirculacin y el nivel de la torre.

El sistema de distribucin y el agua de recirculacin.

La piscina de la Torre y la bomba de recirculacin


Cual de los siguientes tratamientos para legionella

involucra altos niveles de halogeno

residual?.

Ozono

Biocidas no Oxidantes.

Dispersante.

Bromo, Cloro, Dixido de Cloro.


______________ un denominador comun de todos los tipos de ataque de corrosin localizada

______________ reduce los iones sulfatos a H2S el cual es altamente corrosivo

______________ ocurre cuando el zinc, o el acero galvanizado, es expuesto al agua que tiene un pH alrededor de 8.2

_______________ forma de corrosin que ocurre entre metales diferentes

Diseo, Funcin y Operacin de la Torre


Que debemos Conocer

Equipo

Como Funciona

Qumica


Areas

para revisar

Diseo de la Torre Sistema de Distribucin de Agua Relleno de la Torre Separadores de humedad Ventiladores y Chimeneas Intercambiadores de Calor


Diseo de las Torres


Funcin de las Torres de Enfriamiento

Remover el calor de la operacin del Proceso

HVAC, industrial, Generacin Elctrica

Principalmente por la Evaporacin (80%)

Parcialmente por la perdida del Calor sensible (20%)

Poner en Contacto el Agua Caliente con el aire frio Tambin acta como un lavador de aire

Problemas de Corrosin y fouling


Tipos de Torres de Enfriamiento

Tiro Forzado

Tiro Natural (Atmosfrica e Hiperblicas)

Tiro Inducido


Torre de Enfriamiento de Tiro Forzado

Direccin del Flujo de Aire

Direccin del Flujo de

Agua


TIRO FORZADO

Torres de tiro forzado Empuja" el aire a travs de la

torre


Torre de Enfriamiento de Tiro Natural


Tiro Natural


Tiro Natural

Atmosfrica

Hiperblica

Las torres de tiro natural utilizan la diferencia de densidad entre el aire

caliente y fro para conducir el aire a travs de la torre


Torre de Enfriamiento de Tiro Inducido


Torres de tiro inducido "tiran" El aire a travs de la torre

Tiro Inducido

Contraflujo

Flujo Cruzado


Torre de Enfriamiento Contraflujo


Contraflujo

Presurizado Torre Enfriamiento Sprays


Contraflujo Torre Enfriamiento Diseo Torre

Diseo de Distribucin del Agua

Ventajas Incrementar el tamao de la torre

aumenta la capacidad para manejar mas rangos y mejores approach.

Un uso ms eficiente del aire debido al tamao de las gotas ms finas del Sistema de Spray de presin

Desventajas Aumenta los requerimientos del

sistema de bombeo. Aumenta el consumo de energa y

costos de operacin. La distribucin de boquillas se hace

difcil de inspeccionar y limpiar. Se requiere risers individuales para

cada celda, lo que aumenta los costos externos en tuberas.


Diseo de Distribucin del aireVentajas

El movimiento vertical del aire a travs del relleno permite que el agua fra entre en contacto con el aire ms seco y maximice el rendimiento de la torre

Desventajas La resistencia del aire hacia arriba contra la

fuerza del agua que cae resulta en una mayor prdida de presin esttica y una mayor potencia de los ventiladores que en las torres de flujo cruzado.

El rea restringida de las persianas en la base con alta velocidad de entrada de aire aumenta la potencia de los ventiladores.

Hay Tendencia a una distribucin desigual del aire a travs del relleno con muy poco movimiento cerca de las paredes y el centro de la torre.

Las altas velocidades de entrada de aire aspiran la basura y la suciedad alrededor de la torre.

Contraflujo

Torre Enfriamiento Diseo Torre


Torres de Enfriamiento de Flujo Cruzado


Flujo Cruzado Torre Enfriamiento Spray de Gravedad


Flujo Cruzado Torre Enfriamiento Caractersticas

Diseo de Distribucin del AguaVentajas

Cabeza de bombeo es baja. Bajo costo inicial en sistemas de

bombeo. Menor consumo de energa anual y

costos de operacin. Acepta mayor variacin en el flujo

de agua sin efecto adverso sobre el patrn de distribucin de agua.

Fcil acceso para mantenimiento a las boquillas de distribucin.

Desventajas La baja presin en la bandeja de

distribucin (Decks) favorecer la obstruccin del orificio y genera una menor ruptura del agua en la boquilla de pulverizacin.

La exposicin al aire del agua caliente en el Decks acelera el crecimiento de algas.


Diseo de Distribucin del aire

Ventajas Baja cada de presin esttica. Reduccin del drift. Reduccin de recirculacin. Ms aire por potencia del ventilador. Los ventiladores son de mayor

dimetro y puede utilizarse menos celdas para una capacidad dada.

Baja energa y costos de operacin.

Desventajas Persianas de superficie ms grandes

que hacen ms difcil de controlar el hielo formado.

Flujo Cruzado

Torre Enfriamiento Caractersticas


Sistema de Distribucin de Agua

El agua debe ser distribuida equitativamente en la torre de enfriamiento para lograr la remocin de calor deseado

Los sistemas de distribucin difieren en funcin de acuerdo al tipo del sistema de Enfriamiento utilizado


Counterflow

SPRAY HEADER

Cooling

Tower

CONFIGURATION

Flujo Cruzado SPRAY HEADER

Torre Enfriamiento Configuracin


Flujo Cruzado SPRAY HEADER



Flujo Cruzado

NOZZLE SPRAY

Torre Enfriamiento

PATTERN


Flujo Cruzado

ROUND PATTERN

Torre Enfriamiento SPRAY NOZZLES


Flujo Cruzado

ROUND PATTERN



Flujo Cruzado

SQUARE PATTERN



Boquillas rotas Boquillas Tapadas Falta en las boquilla las placas salpicaduras Boquilla de presin Altura de la boquilla Distancia entre Boquillas

Flujo Cruzado

Factores que afectan

Torre Enfriamiento El Flujo en la Celda


Contraflujo

SPRAY HEADER



Contra Flujo SPRAY HEADER



Contra Flujo

Torre Enfriamiento Agua Atomizada


Contra Flujo



Flujo Cruzado Caja de Torre Enfriamiento Distribucin


Flujo Cruzado Distribucin

Torre Enfriamiento de Agua


Flujo Cruzado Distribucin de Agua

Torre Enfriamiento Componentes


Flujo Cruzado Spray

Torre Enfriamiento Nozzle


Flujo Cruzado HIGH EFFICIENCY

Torre Enfriamiento Spray Nozzle


Flujo Cruzado Circulacin de Agua

Torre Enfriamiento Patrn de Distribucin


Flujo Cruzado SQUARE PATTERN

Torre Enfriamiento TURBINE NOZZLES


Flujo Cruzado SQUARE WATER

Torre Enfriamiento DISTRIBUTION PATTERN


Flujo Cruzado HIGH EFFICIENCY

Torre Enfriamiento SPRAY NOZZLE


Falta boquillas Falta los inserta boquilla Boquillas Obstruidas Falta de las placas salpicaduras en la boquilla Desbordamiento de los Decks Fugas en los bordillos de los Decks Vertederos de los Decks Cubierta en los Decks

Flujo Cruzado Factores que afectan

Torre Enfriamiento Flujo en las Celdas


Flujo Cruzado Torre Enfriamiento Water

Spray



Spray


Por qu

es importante esto para m?

La eficiencia de evaporacin

Canalizacin del agua en la torre

La acumulan Microbiolgica en el relleno

Volver a inocular el sistema de la torre contra las bacterias

Aumento de la Incrustacin en el relleno

Colapso del relleno de la torre


Relleno de la Torre de Enfriamiento

El propsito del relleno de La torre

Incrementar el rea superficial del agua para el aire

Contacto

Incrementar el tiempo de contacto

Principales tipos de Relleno

Relleno Splash

Relleno Flmico


MECANISMO DEL RELLENO SPLASH EN LA TORRE


Relleno Splash

Plstico


RELLENO TURBO-SPLASH


SMOOTH SPLASH BAR


PERFORATED SPLASH BAR


Relleno Flmico


MECANISMO DEL RELLENO FILMICO CELULAR EN LA TORRE


Relleno Flmico


Relleno Flmico Plstico


RELLENO FILMICO DE CONTRAFLUJO


RELLENO FILMICO DE FLUJO CRUZADO


CROSS-CORRUGATED FILM FILL


CLOG RESISTANT FILM FILL


Caractersticas de los Rellenos


Problemas con el relleno Splash

Inadecuada Atomizacin de las gotas de agua

Eficiencia de la evaporacin

reas secas de la torre

El relleno se Colapsa debido a la acumulacin de slidos y microbio


Problemas con el Relleno Flmico

Fcilmente se ensucia con bioy slidos

Difciles de limpiar una vez sucio

Rpida prdida de eficiencia


Porque es esto importante?

Eficiencia de la Evaporacin Crecimiento Microbiolgico en el relleno

Volver a inoculacin el sistema de la torre contra los insectos

Difciles de limpiar

Crecimiento de la Incrustacin en el relleno

El Relleno de La torre Colapsa


Eliminadores de Roco

Eliminadores de roco previenen la prdida de agua por arrastre de aire


SLAT DRIFT ELIMINATOR MECHANISM


CELLULAR DRIFT ELIMINATOR


DRIFT ELIMINATOR DESIGNS


CELLULAR DRIFT ELIMINATOR


WAVE DRIFT ELIMINATOR



Se crea un rea potencial de purga no controlada en la torre Hay una alta humedad, alta humedad = potencial para el crecimiento

microbiolgico Un potencial de posibles problemas ambientales Un potencial de posibles problemas de manchas en los elementos

circundantes, tales como automviles y edificios

Intercambio de Calor


Areas

para revisar

Ventiladores y Conos de la Torre Intercambiadores de Calor


Ventiladores de las Torres y Chimeneas

El flujo de aire es un componente crtico para asegurar la disipacin de calor adecuado de un sistema de enfriamiento

Muchos problemas de rendimiento de la torre de enfriamiento se debe a problemas de flujo de aire


Patrn deseado de flujo de aire en el ventilador de la Chimenea


Aire reciclado debido a la excesiva separacin de las aspas a la pared de la chimenea


Ajuste de Espacios libres de las aspas para la Prevencin de reciclaje de aire


Reciclaje de Aire debido a la excesiva separacin de las aspas con la Pared


Ajuste de Espacios libres entre las aspas y la Pared para la Prevencin de reciclaje de aire


Las fugas de aire que entran a travs del eje del ventilador en la Chimenea


Reciclaje de Aire en Fan Hub


Fan Hub

Disco para Eliminar el Aire de Reciclo


Fan Hub

Diseos de los Discos


Fan Hub

Disco para Eliminar el Aire de Reciclaje


Fan Air Stall


Fan Inlet

Spin


Plenum

Spin



Costos Energticos

La eficiencia de la Evaporacin tiende a bajar

Impacta el proceso


Eficiencia de las Torres de Enfriamiento


Eliminacin de calor


Eficiencia de Celdas en las Torres de Enfriamiento



Cul es la distancia entre la pared y la entrada de aire a la torre de Enfriamiento?



El grado en que el viento puede afectar a elevacin de la pluma depende de la relacin de la descarga de una torre de enfriamiento (chorro) de velocidad (Vj) en comparacin con la velocidad del viento ambiental (Va).



Esta curva muestra el % de la recirculacin neta en funcin de la relacin de la velocidad de descarga (Vj) a la velocidad del viento ambiental (Va).


Intercambiadores de Calor


Intercambiadores de Calor

Los componentes crticos del sistema de enfriamiento

afectan directamente a la calidad de la produccin y el producto Tambin afectan el tratamiento de aguas

seleccin de productos y los lmites de control

temperatura de pared

velocidad del agua

metalurgia

tendencia al ensuciamiento

potencial de fugas del proceso


Tubos de Intercambiadores de Calor

Los diferentes tipos de tubos conducen el calor a un ritmo diferente

tubos de estriado son de ms alta transferencia de calor y propensos a la suciedad


Shell y Tubos

Ventajas Costo bajo muchos proveedores muchos metales disponibles muchas configuraciones (Mltiples pases, tubo en U,

Serpentines, etc) muchas aplicaciones

(condensacin, ebullicin) se puede limpiar en lnea (air

bump, qumicamente)

Desventajas lado del shell propenso a la

suciedad sensible a la velocidad del fluido

(fouling y eficiencia) Prdida de eficiencia debido al

flujo cruzado, especialmente en en el lado del shell


Intercambiadores de Calor Shell y Tubo


Intercambiadores de Calor Tubo-U


Condensador de Superficie


Intercambiadores de Calor Plate

y Frame

Ventajas Fcilmente se expande

mediante la adicin de placas menor prdida de eficiencia

de flujo cruzado (mejor flujo a contracorriente)

Desventajas Se ensucia ms fcilmente

con material en suspensin, la depositacin es un problemas en estos intercambiadores.

menos metales disponibles, aleaciones resistentes a la corrosin

debe limpiarse mecnicamente fuera de lnea



y Frame


Spiral

Ventajas ms eficiente (verdadero flujo

a contracorriente, la turbulencia de fluido es alta)

menos propensos a la suciedad debido a la alta turbulencia

puede ser utilizado para la condensacin y ebullicin

se puede limpiar en lnea (airbump, qumicamente)

Desventajas mayor costo de capital menos metales

disponibles menos proveedores


Intercambiadores de Calor Spiral

El lquido fluye en el A, e inmediatamente se encuentra con una superficie curva, creando un flujo turbulento, incluso a bajas ratas de flujo.En el otro lado de la superficie, un refrigerante, que fluye en en B, se encuentra con la misma situacin.La eficiente transferencia de calor se produce a travs de la pared metlica.En el momento en el (Azul) el lquido fluye en C, puede ser menos de 3 grados F de temperatura del fluido de entrada (rojo).


Que es importante para mi?

capacidad de rendimiento de procesos es un KPI en la mayora de las plantas

intercambiadores al ensuciarse disminuir la capacidad de rendimiento

El Impacto en el proceso puede ser muy importante diferentes intercambiadores se especifican para las diferentes

condiciones y servicios


Que debemos Conocer

Equipo

Como Funciona

Qumica


Operacional

La carga calrica El agua de recirculacin Distribucin de Agua en la Torre Relacin lquido a gas La composicin del agua de Make-Up La Qumica del Agua de Make Up El volumen del sistema Los ciclos de concentracin Holding Time Index


Operacional

Sistema de Balance de Agua El Conocimiento de la distribucin del agua La administracin del agua Filtracin de flujo lateral Gestin de los Programas Qumicos Eliminacin de las fugas del proceso Prcticas de emergencia operativas Prcticas Operacionales Eficiencia y Monitoreo


Torres de enfriamiento remueven el calor del sistema por enfriamiento


Terminologa de los Sistemas de Enfriamiento


Su diagrama


Clculos Bsicos


Clculos bsicos

Cual es la rata de Evaporacin?

Cual es la rata de Purga?

Cual son los ciclos de la Torre?


Factor

de Evaporacin de Calor de la Torre de enfriamiento


Balance de Agua


CICLOS DE CONCENTRACION


Incrementar los Ciclos

P. Cmo el incremento de los ciclos afecta la evaporacin en la Torre?

A. No. La carga de calor no cambia. Slo afecta a las rata de BD y MU.


MAKE UP y PURGA vs



Clculos Qumicos Sistemas de EnfriamientoCuanto Qumico dosifico por da @ CR=2.5?Lbs/dia

Quimico

= BD gpmX8.34X1440/1.000.000x100

= 95.5 gpmX1.2= 115

Cuanto ahorro al ao @ CR=5?BD= MU/CR = 181/5 =36 gpm

(Recalculamos el MU)lbs/dia

Quimico

= 36 gpm

X 1.2 = 43$ Ahorrados/ao = (lbs2.5

- lbs5.0 )X 365X6.00= (72)X2190= $ 157.680

Cuantos Contenedores Retorno @ CR=5?Totes (retornan) = (lbs/ao Quimico)/Densidad/400 gls

= (43X365)/12/400 = 3,2


Calculo de Volumen

El operador piensa que el sistema est

cerca de 200.000 galones.

TRACER

TRACER


Clculos Bsicos

Cual Holding Time Index?


Balanza de Agua


DETERMINAR EL HOLDING TIME INDEX


HOLDING TIME Y CICLOS DE CONCENTRACION


Determinacin de la Remocin de Calor


Clculos Bsicos

Cual es la carga de Calor removida?


Balance de Agua


Revisin de los datos


Clculo de la relacin lquido gas (L/G) de la torre enfriamiento

De la hoja de especificaciones en la torre se ve el flujo de aire (FA) y es 1.764.450 pies cbicos por minuto de diseo


Balance de Agua


Clculo del Approach

de la torre de enfriamiento

La temp.

de la Torre la de suministro de agua de Enfriamiento a la planta


Clculo del Approach


PSYCHROMETRIC CHART


Clculos de Bsicos

Cual es el Approach?


Balance de Agua


Revisin de los datos


Alguna idea de dnde buscar problemas?

Purga no Controlada Errores de medicin, es decir. Temp, Recirc, MU, volumen,

etc La eficiencia en la evaporacin

Flujo de Aire o de agua

Condiciones de Operacin Los datos de diseo sigue siendo vlido? Sistema de carga de calor ha cambiado?


Intercambiador de Calor remocin de Calor del Proceso


Seis Factores que afectan la transferencia de Calor en un Intercambiador1.

La Caractersticas de la transferencia de calor del metal -

su conductividad trmica

2.

Espesor del metal3.

La transferencia de calor de superficie4.

Depsito o acumulacin de incrustacin en ambos lados de la superficie de transferencia de calor

5.

Diferencia de temperatura entre el proceso y el agua de refrigeracin

6.

La velocidad y la turbulencia de la corriente de ambos procesos y agua de refrigeracin


Datos Ideales de un Intercambiador de Calor

El Flujo & Temperatura La llave del Proceso


Clculos Bsicos del Intercambiador


TERMINAL TEMPERATURE DIFFERENCE

En Condensadores refrigerante y Condensadores de superficie, en los que no hay sub-enfriamiento de los gases condensados, la Diferencia Terminal de temperatura (TTD), es el mejor parmetro para indicar la eficiencia del intercambiador de calor

TTD es la diferencia entre la temperatura de condensacin y la temperatura de salida de agua de enfriamiento.

TTD es menos variable con el cambio de las condiciones de entrada.


Hx

APPROACH TEMPERATURE

La temperatura de Approach es un indicador simple del rendimiento de un intercambiador de calor. La temperatura Approach se puede utilizar como un primer paso en

el monitoreo del rendimiento de los intercambiadores donde no seproduce condensacin en los condensadores o proceso donde hay sub-enfriamiento. La definicin ms simple de la temperatura de Approach es la

diferencia entre la temperatura de salida del proceso y la temperatura de entrada de agua de Enfriamiento.Cuanto ms cerca estas dos temperaturas se aproximan entre s,

mayor ser la eficiencia del proceso de enfriamiento


C-Factor

Es un nmero adimensional utilizado para controlar y tendencia por el lado de agua de las incrustaciones en los intercambiadores decalor

Una caida en el C-Factor puede indicar una restriccin del flujo dentro de un intercambiador de calor.

Esta es una medida ms precisa que un P a travs del intercambiador


Problemas posibles de Agua que afectan a temperatura del proceso Reduccin del flujo de agua o el proceso

Intercambiador de tubo obstruido -

la basura, moluscos, etc

ensuciamiento (microbio, producto de la corrosin, Incrustacin)

problema con la bomba (impulsor, motor) Reduccin de la conduccin del calor

Ensuciamiento -

como barro

Slime

Microbiolgicos

Producto de corrosin

Incrustacin


Remover el calor de los Intercambiadores

La llave para el manejo del proceso y flujos


Remover el calor de los Intercambiadores

La llave para el ma

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Sistema de Enfriamineto