Torre de refrigeració
Torres d'estructura hiperboloide de refrigeració humides de tir natural.
Les torres de refrigeració o torres de refredat són estructures dissenyades per a disminuir la temperatura de l'aigua i atres mijos. L'us principal de les grans torres de refrigeració industrials és el de reduir la temperatura de l'aigua de refrigeració utilisada en plantes d'energia, refineria de petròleu, plantes petroquímiques, plantes de processament de gas natural i atres instalacions industrials.
Con relación a el mecanisme utilisat per a la transferència de calor els principals tipos són:
- Torres de refrigeració humides: funcionen pel principi d'evaporament (vore refrigerador inundat).
- Torres de refrigeració seques: funcionen per transmissió de la calor a través d'una superfície que separa el decorregut a refrigerar de l'aire ambiente.
En una torre de refrigeració humida, l'aigua calenta pot ser gelada a una temperatura inferior a la de l'ambient, si l'aire és relativament sec (vore: punt de rocío).
Sobre el tir de l'aire en la torre existixen tres tipos de torres de refrigeració:
- Tir natural, que utilisa un fumeral alt.
- Tir induït, en el que el ventilador es coloca en la part superior de la torre (impulsen l'aire creant un menut buit en l'interior de la torre).
- Tir mecànic (o tir forçat), que utilisa la potència de motors de ventilació per a impulsar l'aire a la torre (colocant-se en la base).
Baixe certes condicions ambientals, núvols de vapor d'aigua (boira) es poden vore eixir d'una torre de refrigeració humida (vore image).
Les torres de refredat usen l'evaporament de l'aigua per a rebujar la calor d'un procés tal com la generació d'energia elèctrica. Les torres de refredat varien en tamany des de menudes a estructures molt grans que poden sobrepassar els 220 metros d'altura i 100 metros de llongitut. Torres més menudes són normalment construïdes en fàbriques, mentres que les més grans són construïdes directament en el lloc a on es requerixen.
Història
[editar | editar còdic]Les torres de refredat varen ser originades en el XIX, a través del desenroll de condensadores per a us de vapor de motor.[1] Els condensadores utilisen aigua relativament freda, per a condensar el vapor que els cilindres o turbines creen. Açò reduïx la pressió que per conseqüència reduïx el consum de vapor i, per lo tant, de combustible, al mateix temps incrementant la potència i reciclant l'aigua de la caldera.[2]
De tots modos, els condensadores requerixen un ampli suplement d'aigua refrigerante, sense la qual es tornen completament no pràctics.[3][4]
El consum de l'aigua de refredat és estimat per a reduir l'energia disponible per a la majoria de les plantes tèrmiques.
Per a finals de el XX, uns quants métodos d'evaporament, en la finalitat de reciclar aigua refrigerante, eren utilisats en àrees en falta d'una font d'aigua constant; confiable en temps de demanda; o d'un atre modo adequat per a satisfer les necessitats de refrigeració.[1][4] En àrees en terra disponible, els sistemes varen prendre la forma d'estanys de refredat; en àrees en terreny llimitat, com en les ciutats, varen prendre la forma de torres de refredat.[3][5]
Estes torres de refredat primordials varen ser posicionades en els sostres dels edificis, aixina com en estructures independents, i contaven en refrigeració per aire de part de ventiladors o d'alguna atra font natural.[3][5] Un llibre nortamericà d'ingenieria de 1911 descriu un disseny com Una llaugera placa metàlica, en efecte, una pila de fumeral, molt més talla verticalment i molt més allargada lateralment. En la part superior hi ha un conjunt de canals de distribució, als que deu bombejar-se l'aigua del condensador; a partir d'estos es escurre sobre «estores» fetes de llistons de fusta o pantalles d'aram teixit, que omplin l'espai dins de la torre.[5]
Una torre de refredat hiperboloide va ser patentada pels ingeniers holandesos Frederik van Iterson i Gerard Kuypers en 1918.[6] Les primeres torres de refredat hiperboloide es varen construir en 1918 prop d'Heerlen. Les primeres torres en el Regne Unit es varen construir en 1924 en la central elèctrica de Lister Drive en Liverpool, Anglaterra, per a gelar l'aigua utilisada en una central elèctrica de carbó.[7]
Segons el Informe del Gas Technology Institute (GTI), el refredat evaporativo indirecte del punt de rocío del Cicle de Maisotsenko (Cicle M) és un método teòricament sòlit per a reduir un decorregut a una temperatura de punt de rocío que és més baixa que la seua temperatura de bulbo humit. El cicle M utilisa l'energia psicrométrica (o l'energia potencial) disponible del calor latent de l'aigua que s'evapora en l'aire. Si ben la seua manifestació actual és el Cicle M HMX per a aire acondicionat, a través del disseny d'ingenieria, este cicle podria aplicar-se com un dispositiu de recuperació de calor i humitat per a dispositius de combustió, torres de refredat, condensadores i atres processos que involucren corrents de gas humit.
S'estima que el consum d'aigua de refredat per part de les plantes elèctriques i de processament interior reduirà la disponibilitat d'energia per a la majoria de les plantes d'energia tèrmica per a 2040–2069.[8]
En 2021, uns investigadors varen presentar un método per a la recuperació de vapor. El vapor es carrega per mig d'un fes de ions i després es captura en una malla d'aram de càrrega oposta. La purea de l'aigua va superar els estàndarts de potabilidad de EPA.[9]
La torre de refrigeració utilisada com a fumeral
[editar | editar còdic]En algunes plantes d'energia modernes, equipades en conductes de purificació de gas com la Planta d'Energia Staudinger de Grosskrotzenburg i la Planta d'Energia de Rostock la torre de refrigeració també s'utilisa com a fumeral. En plantes que no tinguen conductes de purificació de gas açò causa problemes en la corrosió.
Equilibri de material d'una torre de refrigeració humida
[editar | editar còdic]
Cuantitativamente, l'equilibri de material al voltant d'un sistema de torre de refrigeració humida està controlat per les variables de funcionament estructurals taxa de fluix, evaporament i pèrdues per vent, taxa de trasegado, i cicles de concentració:
| M | = Aigua de l'estructura en m³/h |
| C | = Aigua circulant en m³/h |
| D | = Trasegado d'aigua en m³/h |
| I | = Aigua evaporada en m³/h |
| W | = Pèrdua per vent d'aigua en m³/h |
| X | = Concentració en ppmw (de sals completament solubles, normalment clorur) |
| XM | = Concentració de clorur en l'aigua de l'estructura (M), en ppmw |
| XC | = Concentració de clorur en l'aigua circulant (C), en ppmw |
| Cicles | = Cicles de concentració = XC / XM (sense dimensió) |
| ppmw | = parts per milló en pes |
En l'esbós anterior, l'aigua bombejada des del depòsit de la torre és l'aigua refrigerante encaminada a través de enfriadores del procés i els condensadores en una instalació industrial. L'aigua freda absorbix calor de les corrents calentes del procés que necessiten ser gelades o condensadas, i la calor absorbida calfa l'aigua circulant (C). L'aigua calfada torna al cim de la torre de refrigeració i cau en chorrada fines —presentant gran superfície per al seu refredat en l'aire— sobre el material de farcidura dins de la torre. A mida que gotea, el contacte en l'aire que puja per la torre, per tir natural o forçat per grans ventiladors. Este contacte provoca que una menuda cantitat d'aigua siga pèrdua per arrastre del vent (W) i una atra part de l'aigua (I) per evaporament. La calor necessària per a evaporar l'aigua es deriva de la pròpia aigua, que gela l'aigua a la seua tornada al depòsit original i en a on queda a disposició per a tornar a circular. L'aigua evaporada deixa les sals que du dissoltes entre el gros de l'aigua que no ha sofrit l'evaporament, lo que fa que la concentració de sals s'incremente en l'aigua de refrigeració circulant. Per a evitar que la concentració de sals en l'aigua aplegue a ser massa alta, una part de l'aigua és retirada (D) per a la seua abocada. Se suministra al depòsit de la torre nou contingent d'aigua fresca (M) per a compensar les pèrdues per l'aigua evaporada, el vent, i l'aigua retirada.
L'equilibri de l'aigua en tot el sistema és:
- M = I + D + W
Ya que l'aigua evaporada (I) no té sals, l'equilibri de clorur del sistema és:
i, en conseqüència:
D'un equilibri de calor simplificada de la torre:
| A on: | |
| HV | = calor latent de vaporisació de l'aigua = al voltant de 2260 kJ/kg |
| ΔT | = diferència de temperatures de l'aigua del cim de la torre a la seua base, en °C |
| cp | = calor específica de l'aigua = al voltant de 4184 kJ/kg/°C |
Les pèrdues per vent (W), en absència de senyes del fabricant, poden estimar-se que són:
- W = 0,3 a 1,0 % de C per a torres de refrigeració de tir natural.
- W = 0,1 a 0,3 % de C per a torres de refrigeració de tir induït.
- W = al voltant de 0,01 % de C si la torre de refrigeració té eliminadores de l'efecte del vent.
Els cicles de concentració en les torres de refrigeració en una refineria de petròleu normalment es troben entre el 3 al 7. En algunes grans plantes d'energia. Els cicles de concentració de les torres de refrigeració poden ser molt més alts.
Métodos de transferència de calor
[editar | editar còdic]Sobre el mecanisme de transferència de calor empleat, els principals tipos són:
- Les torres de refredat humit o torres de refredat per evaporament funcionen segons el principi de refredat per evaporament. El refrigerante de treball (generalment aigua) és el decorregut evaporat i està expost als elements.
- Les torres de refredat de circuit tancat (també cridats enfriadores de decorreguts) passen el refrigerante de treball a través d'un gran bescanviador de calor, generalment un radiador, sobre el qual es distribuïx aigua neta. rosat i aplicat un tir induït per ventilador. El rendiment de transferència de calor resultant és similar al d'una torre de refrigeració humida, en la ventaja de protegir el decorregut de treball de l'exposició i la contaminació ambientals.
- Les torres de refredat adiabàtiques rocían aigua en l'aire entrante o en una almohadilla de cartó per a gelar l'aire ans que passe per un bescanviador de calor gelada per aire. Les torres de refredat adiabàtiques usen menys aigua que atres torres de refredat, pero no gelen el decorregut tan prop de la temperatura de bulbo humit. La majoria de les torres de refredat adiabàtiques també són torres de refredat híbrides.
- Les torres de refredat seques (o refrigeradores secs) són torres de refredat de circuit tancat que funcionen per mig de transferència de calor a través d'un bescanviador de calor que separa el refrigerante de treball de l'aire ambiental, com en un radiador, utilisant la transferència de calor per convecció. No utilisen l'evaporament.
- Torres de refredat híbrides són torres de refredat de circuit tancat que poden canviar entre operació humida o adiabàtica i seca. Açò ajuda a equilibrar els aforros d'aigua i energia en una varietat de condicions climàtiques. Algunes torres de refredat híbrides poden canviar entre els modos sec, humit i adiabàtic.
En una torre de refrigeració humida (o torre de refrigeració de circuit obert), l'aigua calenta es pot gelar a una temperatura "més baixa" que la temperatura de bulbo sec de l'aire ambiente, si l'aire està relativament sec (vore punt de rocío i psicrometría). A mida que l'aire ambiental pansa per un fluix d'aigua, una menuda porció de l'aigua s'evapora i l'energia requerida per a evaporar eixa porció de l'aigua es pren de la massa d'aigua restant, reduint aixina la seua temperatura. Aproximadament 2300 kilojulios per quilogram d'energia tèrmica és absorbida per l'aigua evaporada. L'evaporament dona com resultat condicions d'aire saturat, lo que reduïx la temperatura de l'aigua processada per la torre a un valor propenc a la temperatura de bulbo humit, que és més baixa que la temperatura de bulbo sec ambiental, la diferència determinada per la humitat inicial de l'aire ambiente.
Per a conseguir un millor rendiment (més refredat), s'utilisa un mig cridat "farcidura" per a aumentar l'àrea de superfície i el temps de contacte entre els fluix d'aire i aigua. El "farcidura per salpicadura" consistix en material colocat per a interrompre el fluix d'aigua i provocar salpicaduras. El "farcidura de película" es compon de làmines primes de material (generalment PVC) sobre les quals fluïx l'aigua. Abdós métodos creen una major superfície i temps de contacte entre el decorregut (aigua) i el gas (aire), per a millorar la transferència de calor.
Vore també
[editar | editar còdic]Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 International Correspondence Schools. A Textbook on Steam Engineering, Scranton, Pa.: International Textbook Co..
- ↑ Steam-Engine Principles and Practice, New York: McGraw-Hill, pp. 283–286.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Heck, Robert Culbertson Hays. The Steam Engine and Turbine: A Text-Book for Engineering Colleges, New York: D. Van Nostrand, pp. 569–570.
- ↑ 4,0 4,1 Watson, Egbert P.. “Power plant and allied industries”. The Engineer (With Which is Incorporated Steam Engineering) 43 (1): 69–72. Chicago: Taylor Publishing Co..
- ↑ 5,0 5,1 5,2 Snow, Walter B.. The Steam Engine: A Practical Guide to the Construction, Operation, and care of Steam Engines, Steam Turbines, and Their Accessories, Chicago: American School of Correspondence, pp. 43–46.
- ↑ «Espacenet – Bibliographic data».
- ↑ «Power Plant Cooling Tower Like Big Milk Bottle».Hearst Magazines.ISSN 0032-4558.
- ↑ “Power-generation system vulnerability and adaptation to changes in climate and water resources” (2016). Nature Climate Change 6 (4): 375–380. doi:. ISSN 1758-678X. Bibcode: 2016NatCC...6..375V.
- ↑ Irving, Michael (2021-08-04). «MIT steam collector captures pure water for reuse in power plants» (en en-us).
Enllaços externs
[editar | editar còdic]- Tipos de torres de refrigeració i la seua instalació
- Torres de refrigeració: Consideracions de disseny i funcionament (en anglés)
- ¿Qué és una torre de refrigeració? [1] archivat en Wayback Machine.
- L'aigua de refrigeració. Torre esquema de treball.
- Torre de refrigeració (inclou diagrames)
- Torre de refrigeració en Turquia
Referències
[editar | editar còdic]- Este artícul conté una traducció derivada de «Torre de refrigeración» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.