Determinación de los parámetros que provocan un ineficaz trabajo de la torre de enfriamiento de tiro inducido (página 2)

Para calcular el caudal circulante en la torre se utiliza la ecuación de Bernoulli que plantea:

2.5- Transferencia de calor en la torre de enfriamiento.

Según los estudios realizados por el Dr. Merkel de las torres de enfriamiento de tiro inducido se plantea que la transferencia de masa y calor en estas torres es determinada por la siguiente metodología dispuesta en el artículo

Torres de Enfriamiento. (2012). El cual está disponible en el sitio http://www.lenntech.es.

La transferencia total de calor es directamente proporcional a la diferencia entre la entalpía del aire saturado a la temperatura del agua y la entalpía del aire en el punto de contacto con el agua:

determinada por nomogramas. Las características de la torre nos dan una medida de la capacidad de enfriamiento de la torre.

Figura 11. Ejemplo de Nomograma.

Fuente: http://www.depa.pquim.unam.mx

Al integrar utilizando el método de Tchebycheff de la siguiente manera:

Para determinar el acercamiento y el coeficiente de enfriamiento se utilizó la metodología de cálculo propuesta en el artículo "Programa para Cálculos de Torres de Enfriamiento" dispuesto en la web: www.webdelprofesor.ula.ve.

Capítulo III:

Resultados

3.1-Descripción del lugar que ocupa la torre de enfriamiento.

Las mediciones realizadas dieron como resultado que:

Tabla 4. Temperatura y Humedad presentes en la torre.

Fuente: Autor.

Realizada las mediciones de temperatura y humedad, con el empleo de la carta psicométrica se pudo determinar la humedad absoluta y la temperatura de bulbo húmedo. (Ver Anexo No 11).

3.2-Resultado del Volumen Húmedo, Entalpía del agua, Entalpía del aire.

Caudal másico de aire:

3.6-Resultado del acercamiento, coeficiente de enfriamiento.

3.7-Parámetros de diseño en una torre de enfriamiento de tiro inducido.

A partir de datos obtenidos de Polaino de los Santos, L; Castilla Rosell, S; Padrón Fraga, V. (1987), en la tabla 2.1 página 48 se dan las condiciones climáticas de verano en las principales localidades de Cuba, se obtiene que según para los en lugares tropicales y húmedos y se tienen en cuenta las recomendaciones dispuestas por Cooling Towers Institute y se toman los siguientes parámetros dando una diferencia significativa en cuanto a las temperaturas.

Tabla 5. Temperaturas y humedades de diseño para las torre de enfriamiento de tiro inducido en zonas tropicales.

3.8-Resultado del Volumen Húmedo, Entalpía del agua, Entalpía del aire.

Volumen Húmedo.

3.13-Tratamiento de los resultados en el cálculo de los parámetros de eficiencia en la torre de enfriamiento de tiro inducido.

En la siguiente tabla se realiza una comparación entre los valores reales y los valores de diseño debido a la zona tropical que nos encontramos:

Tabla 5. Comparación entre los parámetros reales y de diseño.

Al comparar los parámetros con los que actualmente esta trabajando la torre de enfriamiento, con los parámetros de diseño de la misma, se obtiene que la torre de enfriamiento se encuentra por debajo de los parámetros que se requieren para su buen funcionamiento, ya que la temperatura del agua a la entrada es menor y disminuyen los parámetros que dependen de ella. La transferencia de calor ocurrida en la torre actualmente es menor provocando que no exista un enfriamiento adecuado del agua. El caudal de reposición es mucho menor por lo que el contacto entre el agua caliente y fría no es el requerido.

3.14-Valoración Económica.

En la empresa UEB Combinado Lácteo de Pinar del Río, en la producción de helados se elabora actualmente 50 tinas de helados de 10 litros en un tiempo de 8:00 am hasta las 4:30 pm en dependencia de la cantidad de ingredientes y el proceso de elaboración de la misma. Teniendo una ganancia de 400 cuc equivalente a 10 000 cup diarios sin descontar los gastos.

La torre de enfriamiento se pone en funcionamiento al comienzo de la elaboración. En el proceso existe actualmente una interrupción acumulativa de una hora, debida a que como la temperatura de salida de la torre no es la que requiere el chiller, se dispara y se interrumpe la producción.

Considerando que la torre trabaje entre sus parámetros de diseño no existiría tal interrupción por lo que en esa hora se puede elaborar alrededor de 7 cubetas más siendo un total de 57 cubetas al día. Esto daría un aumento de 56 cuc equivalente a 1 400 cup, por lo que se produciría 456 cuc equivalente a 11 400 cup sin contar los gastos por consumo de ingredientes.

3.15-Política de mantenimiento.

Durante la puesta en marcha de una torre de enfriamiento deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

•Efectuar una inspección visual sobre ventiladores, motores y reductores de velocidad, se debe hacer una correcta lubricación y la correa del ventilador debe estar tensada.

•Inspeccionar los rellenos, comprobar el buen estado, la correcta colocación y la posible formación de algas que obstruya el paso del aire.

•La válvula que controla la reposición debe estar en buen estado y en la medida de lo posible sin corrosión que impida su funcionamiento.

En cuanto al mantenimiento periódico que debe efectuarse sobre una torre cabe anotar lo siguiente:

•Cada seis meses se recomienda una inspección de los rellenos, evaluar su posición y realizar limpieza manual para retirar algas, hongos y demás incrustaciones.

•Puede realizarse una limpieza anual del tanque.

•Evaluar el rendimiento de la bomba y del ventilador periódicamente.

•Deben realizarse evaluaciones de la calidad del agua de recirculación para evitar niveles de acidez y alcalinidad inadecuados que generen problemas de incrustaciones en los rellenos, corrosión en las tuberías y erosión sobre los materiales.

3.16-Impacto Ambiental.

Al igual que otras torres de enfriamiento, la torre instalada en la Línea de Helados del Combinado Lácteo de Pinar del Río, está sujeta a exigencias en cuanto al cumplimiento de normas que permitan el uso de este equipo, sin riesgo para el medio ambiente que la circunda. A continuación se realiza una reflexión sobre los principales elementos que pudieran representar afectaciones al medio ambiente donde está ubicada dicha torre.

De una torre de enfriamiento, y bajo ciertas condiciones ambientes, se puede observar que salen nubes de vapor de agua (niebla) debido a la descarga de este equipo, las cuales pueden ser confundidas con humo de fuego, mucho más si la torre es de grandes dimensiones. Este fenómeno se acentúa si el aire externo está cercano a la saturación, ya que la torre añade mayor densidad de agua a ese aire, de por sí ya saturado, por lo que la cantidad de pequeñas gotas de agua aumenta, aparentando niebla. Este fenómeno típicamente ocurre en días frescos y húmedos y depende en mucho del clima circundante.

Es fácilmente deducible que este fenómeno apenas si produce un aumento de la humedad en la atmósfera local circundante al área de donde está instalada la torre de enfriamiento, lo cual no produce un impacto ambiental negativo, mucho menos en el caso de la instalación realizada en el Combinado Lácteo, el cual se encuentra apartado de la ciudad.

Otra cuestión se produce cuando se instalan torres de enfriamiento en zonas cercanas a la costa, donde la niebla producida por la torre interactúa con gotas de agua de mar, ya que las gotas de vapor emitidas arrastran consigo contenidos de sales de cloruro de sodio, de hasta un seis por ciento, las cuales son depositadas en terrenos cultivables cercanos. Esta deposición de sales de sodio en tierras agrícolas puede convertir el terreno vegetativo en terreno con alto contenido de sal, en dependencia de la naturaleza del suelo. El problema de deposición de sales debido al funcionamiento y ubicación de las torres de enfriamiento se agrava donde las normas de control de contaminación nacionales no son impuestas, o no se ponen en práctica para minimizar las emisiones de los arrastres producidos cuando se interactúa con agua de mar.

Desde luego, no es el caso, pues la instalación del Combinado Lácteo no interactúa con este tipo de agua, ni está en las cercanías de la costa.

De igual forma existen partículas suspendidas en el aire que proceden de las emisiones de vapor de las torres de enfriamiento, las cuales que se respiran. Partículas de cerca de 10 &µm, no son filtradas en la nariz y penetran al cuerpo humano, incluso partículas menores de 10 &µm pueden ser depositadas en los bronquios y pulmones y producir problemas de salud. Esta afectación se produce cuando en las cercanías de la torre hay una alta densidad de población, de la cual un porciento sensible es afectada.

Esta situación no existe en este caso, ya que el Combinado Lácteo, aunque se encuentra en las inmediaciones de la ciudad, no tiene una densidad de población inmediata en sus cercanías.

Unido al tratamiento de las aguas de las torres de enfriamiento está el filtrado de la misma, acción necesaria para eliminar partículas, así como introducir las dosis exigidas con biocidas y algacidas, con el objetivo de prevenir el posible crecimiento que interviene en las corrientes continuas de agua, ya que bajo determinadas condiciones pueden crecer biopelículas de microorganismos, tales como bacterias, hongos y algas, que pueden reducir la eficiencia en la transferencia de calor. Otra cuestión de suma importancia para el medio ambiente, en la que incide el uso de biocidas, es la prevención del crecimiento de la Legionella, causante de la enfermedad bacteriana conocida como  legionellosis  o Legionnaires, cuya especie más notable es la pneumophila o Mycobacterium avium. Esta bacteria puede trasladarse, a través de la niebla producida por la torre, hasta fuentes naturales de abastecimiento de agua potable, de consumo de la población y afectar a la misma.

Todo ello tiene el tratamiento adecuado en la instalación de esta torre, debido a lo cual no tiene incidencia negativa en su medio ambiente circundante.

Resumiendo, se constata que no hay impacto ambiental negativo en la instalación y puesta en marcha de esta torre de enfriamiento, dado que se han tomado todas las medidas necesarias y prevenido todas aquellas cuestiones que pudieran impactar de forma negativa en el medio ambiente circundante a la instalación de dicha torre.

3.17-Impacto a la Defensa del País.

Al realizar un análisis sobre el impacto que pueda tener el desarrollo de este trabajo en lo que respecta a la defensa del país, se puede expresar lo siguiente:

Los sistemas de enfriamiento y, general, las operaciones de los sistemas de enfriamiento, tienen gran importancia energética, ya que suplanta otros elementos de refrigeración que se pudieran emplear, pero que resultarían más costosos, ellos aseguran la continuidad de la operación de enfriamiento de una manera eficiente si son tratados adecuadamente. Desde otra arista, juegan un papel importante para el consumo de agua en la industria y el tratamiento de las aguas de desecho, según las características de las purgas de estos sistemas, lo cual influye directamente en el ahorro de este preciado líquido. Hay que subrayar que siempre se enfatiza en los principales problemas de carácter técnico de este tipo de sistemas, como son: corrosión, incrustación, ensuciamiento y crecimiento microbiano. Todo ello viene a dar respuesta al trabajo que desempeña la torre de enfriamiento instalada en el Combinado Lácteo de Pinar del Rio: garantizar el funcionamiento de la Línea de Helados, y otros alimentos que necesitan de su conservación a bajas temperaturas; en otras palabras, garantiza el abastecimiento de alimentos en correcto estado de consumo, lo mismo en tiempo de paz como en tiempo de guerra. Además de que, por tener un sistema de mantenimiento requerido, se cumplen las normas de higiene que necesita el equipo para no introducir en los humanos cualquier tipo de enfermedad que pudiera aparecer, debido a la corrosión o crecimiento microbiano, lo cual también garantiza un producto sano, que no incide negativamente en la salud de los combatientes, en caso de que estos se mantengan en el área de la instalación. Como conclusión, se puede expresar que el impacto en la defensa que tiene este trabajo es muy positivo, ya que va más allá de la simple instalación, reparación o puesta en funcionamiento de una torre de enfriamiento en el Combinado Lácteo de Pinar del Río, con los debidos parámetros, que permitan un funcionamiento óptimo de este equipo. Este trabajo de incidencia directa en el funcionamiento de la torre, permite garantizar, en parte, la alimentación de la población, que, en caso de enfrentamiento bélico, lo es toda la población, "el pueblo uniformado", como lo llamara nuestro inolvidable Comandante Camilo Cienfuegos.

Conclusiones

Seguida la metodología propuesta en el capítulo dos y realizados los cálculos pertinentes se llegó a la conclusión de:

• El caudal de reposición presente en la torre es menor en 10.18 m3/s, en comparación con el caudal de diseño de la torre, por lo que no existe un enfriamiento total del agua necesaria.
• La transferencia de calor ocurrida en la torre no es la que se requiere, debido a las condiciones en la que se encuentra, ya que el agua de trabajo no llega con la temperatura para la cual está diseñada. Debido a que la transferencia es menor no se consigue un enfriamiento del agua necesario para el trabajo de los equipos que dependen de ella.
• Debido a que la temperatura con la que trabaja no es la ideal, el acercamiento se hace más pequeño con una diferencia de 1.5 °C , por lo que se hace mucho más difícil el enfriamiento del agua y para un acercamiento menor se requiere de una altura mayor para que exista mayor contacto entre el agua y el aire.

Recomendaciones

Para darle solución al problema planteado se recomienda que:

• Aumentar la altura del depósito del agua para que exista mayor cantidad de agua fría que pueda estar en contacto con el agua caliente en circulación.

• Cambiar el extractor ubicado en la parte superior pues con el que trabaja actualmente no es el de fábrica, o ponerle uno con un caudal de flujo de aire semejante al de diseño.

• Cumplir con el régimen de mantenimiento y revisar el estado del relleno, su limpieza favorece significativamente la capacidad de enfriamiento.

Referencias bibliográficas

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• 12- Torres de refrigeración, Manuales técnicos y de inducción para conservación de energía, Centro de estudios de la energía Madrid esp, 1983. 177p.

• 13- Treybal, R. E.: Operaciones con transferencia de masa. Edición Revolucionaria. La Habana. 1986.

Anexos.

Anexo 1y 2. Intercambiador de calor.

Anexo 4.Rociadores tipo boquilla y toberas

Anexo 5. Rociadores de tipo esprea.

Anexo 6. Eliminadores de rocío.

Anexo 7. Motor eléctrico.

Anexo 8.Estructura del ventilador.

Anexo 9. Aspas del ventilador.

Anexo 10. Tabla de vapor y agua saturados.

Anexo 11. Carta psicométrica.

Opinión del tutor

En el trabajo de diploma titulado: "Determinación de los parámetros que provocan un ineficaz trabajo de la Torre de Enfriamiento de tiro inducido, perteneciente a la UEB Combinado Lácteo de Pinar del Río" de la diplomante Susana Novas de la Nuez, aborda una problemática de la mayor prioridad en la búsqueda de dar respuesta a la situación que actualmente tiene la empresa de productos lácteos y confitería de nuestro municipio

El estudio realizado por la estudiante demuestra con claras evidencias cuales son los factores que inciden de manera negativa en el funcionamiento de la torre de enfriamiento, por lo que se le brinda a la administración de la empresa una detallada información en cuanto al régimen productivo de la misma y se determinan cuáles pueden ser las posibles soluciones

El trabajo diploma está estructurado por tres capítulos en los que se desarrolló una extensa revisión bibliográfica, materiales y métodos y análisis y discusión de los resultados.

Debemos destacar que la diplomante tuvo independencia, integridad y sacrificio. Por lo anterior dicho solicitamos al tribunal la calificación de EXCELENTE (5 puntos) y el título de Ingeniera Mecánica.

Notas:
[1] Criogénesis: Conjunto de técnicas utilizadas para enfriar un material a la temperatura de ebullición del nitrógeno o a temperaturas aún más bajas.

[2] Refrigerantes: Es un producto químico, líquido o gaseoso, fácilmente licuable, que es utilizado como medio transmisor de calor.

[3] Spray: Dispositivo que permite expulsar líquido en forma vaporizada.

[4] Cárcamo: Proveniente de cárcavo, agujero que va hacia un depósito de agua.

[5] Legionella: Parásito viviente en el agua.

Tutor: Ing. Erick Raúl González Cala.

Autor:

Ing. Susana Novas de la Nuez.