Torre De Enfriamiento. Cómo Funciona, Tipos, Partes

Una torre de enfriamiento o torre de refrigeración, es un componente vital dentro de los procesos industriales que emplean agua como fluido de intercambio de calor. Estos dispositivos, si bien hay de distintos tipos, tienen componentes principales en común entre sí, ya sean superficies de relleno, depósitos de agua y transmisiones por engranajes.

En este post te expondremos qué es una torre de enfriamiento, te detallaremos sobre su propósito y su funcionamiento, te describiremos cada uno de sus tipos y sus componentes o partes. 

Qué Es Una Torre De Enfriamiento
Qué Es Una Torre De Enfriamiento

¿Qué Es Una Torre De Enfriamiento?

Las torres de enfriamiento son dispositivos que se valen de un sencillo y eficaz principio, donde la evaporación forzada de una pequeña cantidad de agua, con respecto a su masa total, se produce por la disipación de calor de esta masa total, por lo cual esta se enfría.

Es decir, al evaporarse una mínima cantidad de agua se disipa calor del flujo principal, lo que hace que en consecuencia baje su temperatura.

Esto ha sido utilizado a través de la historia, como un sistema de climatización por medio de fuentes de evaporación, utilizadas generalmente por la cultura árabe y persa, para refrescar sus hogares en medio de un clima muy cálido y seco.

El enfriamiento por evaporación es un proceso en el que el efecto de la evaporación de las moléculas de agua del aire se emplea como depósito térmico natural. El calor sensible del aire se cede a las moléculas de agua como calor latente, para permitir la evaporación.

¿Para Qué Sirve Una Torre De Enfriamiento?

Las torres de enfriamiento o de refrigeración, se usan para eliminar el calor de una serie de fuentes, ya sea un material de proceso calentado o maquinarías que requieren enfriarse para seguir operando como, por ejemplo, los sistemas de moldes en la industria del plástico.

Torre De Enfriamiento
Torre De Enfriamiento

Existen muchos procesos industriales que necesitan enfriamiento por agua, y allí verás una torre de enfriamiento en funcionamiento por ser un dispositivo muy eficiente en ello.

Las torres de enfriamiento requieren de un mantenimiento especializado, el cual garantizará que funcionen de manera segura, eficiente y confiable, incluyendo además un programa de tratamiento de agua eficaz.

¿Cómo Funciona Una Torre De Enfriamiento?

A pesar de que existen varios tipos de torre de enfriamiento, su principio es común para todas ellas, donde, por lo general, operan mediante el proceso de evaporación. Las torres de enfriamiento toman el agua caliente de las operaciones industriales, extraen su calor y lo expulsan a la atmósfera a través de la evaporación.

Hay tres componentes vitales en este sistema de refrigeración, como lo son la torre de enfriamiento en sí, la bomba de recirculación y el intercambiador de calor.

El agua caliente el cual queremos enfriar, fluye inicialmente a través del intercambiador de calor, bombeada desde el proceso. Un segundo circuito de agua funciona en la torre de enfriamiento, bañando este intercambiador y absorbiendo el calor del agua que está circulando en su interior.

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El agua que “baña” al intercambiador está siempre en recirculación, siendo bombeada hacia arriba de la torre, donde los difusores esparcen toda esta agua en el relleno o cubierta húmeda que a su vez hace gotear esta agua al intercambiador. Pasa por el intercambiador y cae al fondo de la piscina para ser bombeada nuevamente a los difusores.

La torre tiene unos ventiladores que fuerza el aire en contra del flujo de agua que cae en forma de llovizna, produciendo el efecto de disipación y evaporación. Este aire sale de la torre de enfriamiento con el calor absorbido y una humedad relativa alta.

Las rejillas aumentan la superficie de contacto del agua con el aire que fluye a través de ellas, y por medio del proceso evaporativo explicado anteriormente, una parte de ella se evapora, provocando el enfriamiento del flujo principal.

Tipos De Torres De Enfriamiento

Dentro de los tipos de torres de enfriamiento hay dos clasificaciones:

  • Por el flujo de aire: torres de tiro natural y de tiro inducido.
  • Por la forma en que el agua o el aire fluyen a través de ellas: torres de tiro forzado, de flujo cruzado y de contraflujo.

1. Torre de enfriamiento de tiro natural

Este tipo de torres de enfriamiento emplean la convección natural como mecanismo de transferencia de calor, a diferencia de las que utilizan medios mecánicos, como las de tiro inducido y forzado.

En este caso, el aire fluye de manera natural a través de la torre, donde las diferencias de densidad del aire crean patrones de movimiento específicos.

El aire seco y frío que ingresa a la torre es menos denso que el aire húmedo y caliente resultante del intercambio de calor con el agua de proceso, por lo que este desciende mientras el aire cálido sube naturalmente.

Estos movimientos generan un patrón constante y estable de circulación de aire, lo que ayuda a la absorción de calor del agua entrante y la posterior liberación de este hacia la atmósfera.

Las torres de enfriamiento de tiro natural cuentan frecuentemente con un diseño de chimenea empinada para maximizar el natural flujo vertical de aire.

Entre este tipo de torres se encuentra la icónica torre de enfriamiento hiperbólica, comunes en instalaciones industriales como centrales eléctricas de carbón.

Torre de enfriamiento de tiro natural
Torre de enfriamiento de tiro natural

Utilizan este diseño de chimenea para permitir que el aire exterior frío y seco empuje el aire húmedo y cálido. La parte inferior de la torre contiene relleno por salpicadura, y el aire frío que se mueve hacia arriba enfría el agua que rocía sobre ella.

Las torres hiperbólicas brindan varias ventajas, entre las que podemos mencionar que su forma ayuda que el aire fluya hacia arriba, en contraposición al agua, mejorando su eficiencia. Por su forma, ofrecen una resistencia e integridad estructural excepcional, y necesitan de cantidades modestas de materiales para ser construidas.

2. Torre de enfriamiento de tiro inducido

Este tipo de torre de enfriamiento emplea uno o más ventiladores, localizados en su parte superior, los cuales succionan el aire hacia arriba en dirección opuesta al flujo descendente del agua que pasa.

Como el flujo de aire se contrapone al del agua, el agua más fría en la parte inferior está en contacto con un aire más seco, mientras el agua más caliente en la parte superior está en contacto con aire húmedo, dando como resultado una transferencia de calor más eficiente.

En estas torres, el agua de enfriamiento se inyecta con un cabezal de distribución de rociado. Este spray está orientado hacia los deflectores ubicados abajo, para aumentar el tiempo de contacto del agua con el aire que fluye hacia arriba.

Un relleno de agua de refrigeración, fabricado en PVC, metal o fibra de vidrio, maximiza la superficie de contacto para el intercambio de calor entre el agua y el aire.

El aire entra al interior de la torre a través de rejillas específicamente diseñadas, siendo aspirado por los ventiladores y enfriando el agua. Para impedir que gotas de agua sean retenidas por la corriente de aire de salida se emplean los llamados eliminadores de gotas.

3. Torre de enfriamiento de tiro forzado

Este tipo de torre es similar a una torre de tiro inducido, con la diferencia de que sus ventiladores están ubicados en la entrada de aire en lugar de la salida.

Estos ventiladores, localizados a los lados o en la base de la torre, empujan el aire hacia esta en lugar de expulsarlo o alejarlo.

Estas torres de tiro forzado toman inicialmente el aire a alta velocidad, y luego lo descargan a una velocidad menor por causa de la fricción que la reduce a medida que atraviesa la torre.

Esta disminución en la velocidad del aire provoca que este tipo de torre sea más susceptible a la recirculación de aire. Además, su diseño las hace menos eficientes y más costosas porque consumen más energía. Adicionalmente, las torres de tiro forzado, al igual que las torres de flujo cruzado, son más propensas a congelarse que otros tipos de torres.

A pesar de esto, las torres de enfriamiento de tiro cruzado son muy útiles en instalaciones interiores, ya que manejan excepcionalmente bien las altas presiones de operación, los que las hace muy adecuadas para espacios pequeños.

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4. Torre de enfriamiento de flujo cruzado

Estas torres se denominan de esta forma porque la dirección del flujo de aire es perpendicular a la dirección del flujo de agua.

Las torres de flujo cruzado emplean rellenos por salpicadura, los cuales permiten que el aire que ingresa fluya de manera horizontal mientras atraviesa la torre. Simultáneamente, la gravedad hace que el agua caliente fluya hacia abajo desde los depósitos de distribución localizados en la parte superior de la torre.

Estas torres brindan la ventaja de poseer una gran altura y de ser de mantenimiento simple. Como utilizan la gravedad para facilitar el contacto entre el agua y el aire, emplean bombas más pequeñas, lo que las hace más fáciles y rentables de mantener.

Como su rocío de agua no requiere presurización, permiten un flujo de agua más variable. Pero, son más susceptibles a la congelación y pueden ser más ineficientes. Por su diseño, su relleno es más propenso a las obstrucciones con suciedad o escombros, especialmente en zonas arenosas, polvorientas y con mucho viento.

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5. Torres de enfriamiento de contraflujo

Deben su nombre al hecho de que el aire y el agua entran en ella desde lados opuestos. En esta torre, al igual que en las de flujo cruzado, el agua fluye hacia abajo desde la parte superior, y el aire fluye verticalmente hacia arriba a través del relleno de salpicadura.

Como el flujo de aire es ascendente, este tipo de torre no utiliza depósitos de agua por gravedad, por lo que emplean boquillas de aspersión presurizadas para extender el agua sobre el relleno mencionado.

Estas torres se caracterizan por ser más pequeñas que las torres de flujo cruzado, lo que hace que a veces sean más eficientes. Además, por su distribución por aspersión, son más resistentes a la congelación que dichas torres.

Adicionalmente, su transferencia de calor es más eficiente debido a la extensa superficie suministrada por el gran volumen de agua pulverizada en forma de spray.

Como desventajas presenta sus mayores gastos de energía y los ventiladores más grandes que necesita para empujar aire en contraflujo respecto al agua, lo que origina ineficiencia y mayores costos.

Además, suelen ser más ruidosas que las de flujo cruzado porque el agua tiene que caer más lejos desde el fondo del relleno hasta el depósito de recolección. Ocasionalmente, estas torres tienen problemas con lo variable de su flujo de agua, porque esta variabilidad interfiere con un buen rociado dentro de ellas.

Partes De Una Torre De Enfriamiento

Ventiladores

Los ventiladores hacen circular grandes volúmenes de aire a través de la torre. Según sea el caso, pueden impulsar o succionar aire a través de la torre, y pueden ser centrífugos o axiales, dependiendo de las características específicas de la aplicación.

Los ventiladores centrífugos son más silenciosos y manejan niveles más altos de presión estática, mientras que los ventiladores axiales son más eficientes.

Ventiladores en torre de enfriamiento
Ventiladores en torre de enfriamiento

Relleno

También denominado plataforma húmeda o superficie, por lo general consiste en PVC o cloruro de polivinilo texturizado, siendo parte fundamental en una torre de enfriamiento.

Casi siempre presenta crestas con espacios abiertos para que el aire y el agua viajen. Su función es permitir que el agua se acumule en él, aumentando su área superficial con el propósito de facilitar la transferencia de calor con el aire.

Hay dos tipos de relleno:

  • Tipo película: Aumenta el área superficial del agua extendiéndola en una película delgada.
  • Tipo salpicadura: aumenta el área de la superficie del agua al romper una corriente de agua que cae en gotas más pequeñas.

Boquillas de rociado

Son igualmente útiles para aumentar la superficie de contacto del agua con respecto al aire. En ciertos tipos de torres de enfriamiento, estas boquillas dispersan pequeñas gotas de agua en el aire a modo de spray, como ocurre en las torres de contraflujo.

Este rociado garantiza una distribución uniforme del agua sobre el relleno, y por ser en pequeñas gotas, su superficie de agua proporciona una gran superficie de contacto para el intercambio de calor con el aire.

Depósito de distribución

También conocido como depósito de agua caliente, es utilizado frecuentemente en torres de flujo cruzado, reemplazando a las boquillas de distribución al distribuir al agua caliente de manera uniforme por toda la torre.

Se localiza sobre la torre y, por lo general, es una bandeja con orificios y boquillas a lo largo de su base, por medio de las cuales el agua caliente es liberada de manera uniforme sobre el material de relleno que se ubica por debajo.

Depósito de recogida

También conocido como depósito de agua fría, se ubica en la parte inferior de la torre para recoger el agua ya enfriada. En modelos construidos en el sitio de instalación, estos depósitos o cuencas se fabrican en hormigón para soportar el gran peso del agua que baja por la torre.

Entradas y salidas

Estas toman el aire frío del ambiente y liberan agua caliente después de haber extraído calor del agua proveniente del proceso.

Eliminadores de gotas

Estos ayudan a mantener el agua dentro de la torre e impedir que esta se escape con el flujo de aire, por medio de la orientación de este en múltiples direcciones.

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Conclusión

Las torres de enfriamiento o torres de refrigeración, en su aplicación industrial, son muy importantes, ya que permiten la optimización de un proceso mediante la refrigeración a la escala requerida por el mismo.

Conociendo su definición, funcionamiento, tipos y componentes, comprenderás de manera más clara este fundamental dispositivo, y su influencia en el desarrollo de muchos procesos industriales.

1 comentario en “Torre De Enfriamiento. Cómo Funciona, Tipos, Partes”

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