Una torre de enfriamiento es un dispositivo que rechaza el calor residual a la atmósfera a través del enfriamiento de un flujo de refrigerante, generalmente un flujo de agua, a una temperatura más baja. Las torres de enfriamiento se utilizan ampliamente en procesos industriales que requieren la eliminación de calor, como la generación de energía, la refrigeración, la climatización y el procesamiento químico. Las torres de enfriamiento pueden clasificarse en diferentes tipos según su flujo de aire, flujo de agua, método de transferencia de calor y forma. Algunos tipos comunes de torres de enfriamiento son de corriente natural, forzada, inducida, contracorriente, cruzada y húmeda/seca.
Para comprender el diseño, funcionamiento, rendimiento y mantenimiento de las torres de enfriamiento, es esencial familiarizarse con algunos de los términos comúnmente utilizados en la industria de las torres de enfriamiento.
Este artículo explicará los conceptos básicos y definiciones de la terminología de las torres de enfriamiento, así como proporcionará algunos ejemplos y fórmulas para cálculos.
Una UBT (Unidad Térmica Británica) es una unidad de energía térmica que se define como la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit en el rango de 32°F a 212°F. La UBT se utiliza a menudo para medir la carga térmica o la tasa de transferencia de calor de las torres de enfriamiento.
Una tonelada es una métrica de enfriamiento evaporativo que equivale a 15,000 UBT por hora para las torres de enfriamiento. Representa la cantidad de calor que se puede eliminar evaporando una tonelada de agua a 12,000 UBT por hora. Una tonelada también es una unidad de capacidad de refrigeración que es igual a 12,000 UBT por hora.
Una carga térmica es la cantidad de calor que necesita ser eliminada del agua circulante dentro del sistema de la torre de enfriamiento.
Se determina por la carga térmica del proceso y la tasa de flujo de agua circulante. La carga térmica se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Donde,
Q = Carga térmica en UBT/hr
m = Tasa de flujo de masa de agua en lb/hr
Cp = Calor específico del agua en UBT/lb°F
ΔT = Diferencia de temperatura entre el agua caliente y el agua fría en °F
La carga térmica es un parámetro importante para determinar el tamaño y el costo de la torre de enfriamiento. Una carga térmica más alta requiere una torre de enfriamiento más grande con mayor flujo de aire y agua.
Un rango de enfriamiento es la diferencia de temperatura entre el agua caliente que entra en la torre y el agua fría que sale de la torre.
Indica cuánto calor se transfiere del agua al aire en la torre de enfriamiento. Un rango de enfriamiento más alto significa una tasa de transferencia de calor más alta y un mejor rendimiento de la torre de enfriamiento. El rango de enfriamiento se puede calcular por:
Donde,
R = Rango de enfriamiento en °F
Th = Temperatura del agua caliente en °F
Tc = Temperatura del agua fría en °F
El rango de enfriamiento está determinado por el proceso y no por la torre de enfriamiento. Por lo tanto, es una función de la carga térmica del proceso y la tasa de flujo de agua circulante.
Una aproximación es la diferencia entre la temperatura del agua fría y la temperatura de bulbo húmedo del aire.
Indica qué tan cerca puede acercarse la temperatura del agua fría a la temperatura de bulbo húmedo, que es la temperatura más baja que el agua puede alcanzar por evaporación. Una aproximación menor significa una temperatura de agua fría más baja y un mejor rendimiento de la torre de enfriamiento. La aproximación se puede calcular por:
Donde,
A = Aproximación en °F
Tc = Temperatura del agua fría en °F
Tw = Temperatura de bulbo húmedo del aire en °F
La aproximación es uno de los parámetros más importantes para decidir el costo y el tamaño de la torre de enfriamiento. También decide la temperatura mínima posible del agua fría que se puede lograr con la torre de enfriamiento. Normalmente, una aproximación de 2.8°F es lo que los fabricantes pueden garantizar.
Una temperatura de bulbo húmedo es la temperatura más baja que el agua puede alcanzar por evaporación.
