Humidificación (página 2)

Enfriamiento de agua:
torres de enfriamiento

En los diferentes procesos de producción hay
puntos en los que es necesario eliminar calor, siendo el agua el
fluido utilizado en la mayoría de los casos. El consumo
progresivo de agua, el precio creciente y la escasez, en algunos
casos, aconsejan emplear circuitos cerrados de
refrigeración. La reutilización del agua obliga a
que ésta sea enfriada, para lo cual se usan torres de
enfriamiento, empleando como refrigerante el aire.

La torre de enfriamiento es una instalación en la
que se pone en contacto el agua a enfriar con el aire en
contracorriente. El aire no saturado en contacto con el agua
tiende a aumentar su humedad; el agua al evaporarse toma el calor
latente de vaporización de ella misma y por consiguiente
se enfría.

Una torre de refrigeración es un intercambiador
de calor de tipo evaporativo y contacto directo. Se produce paso
de calor de un fluido a otro; el enfriamiento (un 90%) es debido
al intercambio de masa entre los dos fluidos por
evaporación de parte del agua. El agua entra por la parte
superior de la torre. En su interior hay un relleno (tablillas de
madera, plástico, fibra, cemento) que mejora el contacto y
favorece el intercambio de masa y calor. Otros componentes
importantes de una torre de enfriamiento son:

• Sistema de distribución del agua, para
  repartir uniformemente el agua caliente sobre el relleno. Se
  emplean tuberías con toberas de presión para
  pulverizar el agua.

• Separador de gotas, situado encima de la entrada de
  agua y antes de que la corriente de aire abandone la torre.
  Evitan el arrastre de gotas de agua fuera de la
  torre.

• Balsas para la recogida del agua
  fría.

• En las torres de tiro forzado, ventilador o
  extractor (torres grandes).

• Todo soportado sobre estructuras construidas de
  hormigón armado, ladrillos,
  poliéster.

•  Tipos de torre de
  enfriamiento

•  Torre de enfriamiento de tiro natural.-
  Las torres pueden ser de tiro natural, figura Nº 13, el
  aire circula por el efecto chimenea producido por la
  presencia en la torre de aire y vapor con una temperatura
  más alta y que por tanto es menos densa que el aire
  atmosférico y es capaz de ascender. Alcanzan alturas
  entre 100 y 140 m. El 10 o 12 % de la altura lo ocupa el
  relleno, la parte superior está vacía y sirve
  para aumentar el tiro.

Figura Nº 13. Torre de enfriamiento de tiro
natural.

Figura Nº 14. Torre de enfriamiento de tiro
natural.

•  Torre de enfriamiento de tiro forzado o
  inducido.- En las que el aire circula por la
  acción de un ventilador o un extractor.

Figura Nº 15. Torre de enfriamiento a contraflujo
de tiro inducido.

• Descripción del funcionamiento de la torre
  de enfriamiento a contraflujo de tiro inducido

• Enfriador evaporativo semiencerrado.

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

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

• Una pequeña masa de agua se evapora y se
  enfría el agua restante.

• La temperatura y contenido de humedad del aire
  aumentan durante el proceso.

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

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

Mecanismos de interacción del gas y del
líquido

En las figuras 16, 17, 18 y 19 se representan las
distintas medidas en dirección perpendicular a la
interfase en abscisas y las temperaturas y humedades en
ordenadas. ?x es la temperatura global del líquido; ?i es
la temperatura de la interfase; ?y es la temperatura global del
gas; Hi es la humedad en la interfase; H es la humedad global del
gas.

El trazo discontinuo representa difusión de vapor
a través de la fase gaseosa; el trazo continuo indica
flujos de calor latente y sensible a través de las fases
líquida y gaseosa.

La figura Nº 16, corresponde a un proceso de
humidificación, el flujo de calor latente de
vaporización desde el líquido hacia el gas es igual
al flujo de calor sensible desde el gas hacia el líquido.
La temperatura del gas ha de ser mayor que la temperatura en la
interfase; la humedad es mayor en la interfase.

Figura Nº 16. Condiciones de humidificación
adiabática.

En la figura Nº 17, se representan las
condiciones de deshumidificación, en este caso la humedad
es mayor en el gas que en la interfase, y por tanto, el vapor
difunde hacia la interfase. Hi y ?i representan un gas saturado y
?y tiene que ser mayor que ?i. Lo que indica que para retirar
vapor de un gas no saturado hay que ponerlo en contacto directo
con un líquido suficientemente frío.

Figura Nº 17. Condiciones de
deshumidificación.

En una torre de enfriamiento en contracorriente las
condiciones dependen de que la temperatura del gas sea superior o
inferior a la temperatura de la interfase. En la parte superior
de la columna la temperatura del gas es inferior a la de la
interfase; los fenómenos que tienen lugar se muestran el
la figura Nº 18.

El líquido se enfría por
evaporación y por transmisión de calor sensible
desde la interfase hasta el gas; la bajada de temperatura a
través del líquido tiene que ser suficiente para
producir una velocidad de transmisión de calor que asegure
los dos flujos de calor.

Figura Nº 18. Condiciones en la parte superior de
una torre de enfriamiento.

En la parte inferior de una torre de enfriamiento la
temperatura del gas es superior a la temperatura de la interfase,
figura Nº 19. El líquido se enfría, la
interfase tiene que estar más fría que la masa
global de líquido, de forma que el gradiente de
temperatura a través del líquido es hacia la
interfase. Existe un flujo de calor sensible desde la masa global
del gas hacia la interfase. El flujo de vapor hacia fuera de la
interfase transporta, como calor latente, todo el calor sensible
suministrado a la interfase desde ambos lados.

Figura Nº 18. Condiciones en la parte inferior de
una torre de enfriamiento.

Bibliografía

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  ingeniería química". 3ª edición.
  Editorial Aguilar. Madrid – España.

• Singh, R. y Heldman, D. (1998). "Introducción
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• Coulson, J. y Richardson, J. (1979 – 81).
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• McCabe W. y Smith J. (1991). "Operaciones
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• http://www.montes.upm.es/Dptos/DptoIngForestal/OperacionesBasicas/Docencia/PDF/OpBas%20pdf/Tema%208.pdf

• http://www.emersonclimatemexico.com/mt/mt_cap_13.pdf

Autor:

Salvador Arellano