Torres DE Enfriamiento y chiller PDF

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torres de refrigeración...

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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA INGENIERIA AGRICOLA MENCION AGOINDUSTRIAL

ASIGNATURA: TECNICAS DE REFRIGERACION DOCENTE: Ing. Luis Calle ESTUDIANTES: María Fernanda Andino Suarez Cinthia Noelia Benavides Mosquera Mónica Nicole Carvajal Bajaña María Cecilia Erazo Menéndez TEMA: DEFINIR, DESCRIBIR, TIPOS Y FUNCIONES EN EL SECTOR AGROINDUSTRIAL SOBRE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Y CHILLER

2020-2021 GUAYAQUIL-ECUADOR

Contenido 1.

TORRES DE ENFRIAMIENTO........................................................................................3 1.1 TIPOS DE TORRE DE ENFRIAMIENTO.....................................................................3 1.1.1 Clasificación según el flujo relativo de las corrientes de aire y agua................3 1.1.2 Clasificación según la manera de mover el aire a través de la torres húmedas.............................................................................................................................4 1.1.1.1 TORRES DE CIRCULACION NATURAL..........................................................4 1.1.1.2

TORRES DE TIRO MECÁNICO..................................................................5

1.1.3 TORRES DE REFRIGERACIÓN SECAS O REFRIGERADAS POR AIRE....7 1.1.3.1 TIPOS DE TORRES REFRIGERADAS POR AIRE.........................................7 1.1.4. TORRES DE REFRIGERACIÓN DE CIRCUITO CERRADO.........................10 1.1.4.1 2

TIPOS DE TORRES DE CIRCUITO CERRADO.....................................10

CHILLERS........................................................................................................................11 2.1 Componentes básicos de un chiller............................................................................11 2.2 Etapas del proceso de enfriamiento del chiller.........................................................12 2.3 ¿Qué buscar en un chiller?..........................................................................................13 2.4 TIPOS DE CHILLER.....................................................................................................14 2.5Clasificación de las unidades chiller por su modo de compresión y enfriamiento 15 2.6 Aplicaciones de los chiller............................................................................................15

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BIBLIOGRAFIA...............................................................................................................15

Bibliografía.................................................................................................................................15

1. TORRES DE ENFRIAMIENTO Una torre de enfriamiento es una máquina térmica utilizada para enfriar agua, mediante la evaporación de un pequeño porcentaje de la misma agua que se enfría (enfriamiento evaporativo). Dicha evaporación se estimula con una corriente de aire y con la atomización del agua recirculada. La cantidad de calor extraído para enfriar el agua depende de las condiciones climáticas del sitio de operación (altura sobre el nivel del mar, temperatura de bulbo seco y temperatura de bulbo húmedo. 1.1 TIPOS DE TORRE DE ENFRIAMIENTO 1.1.1 Clasificación según el flujo relativo de las corrientes de aire y agua Flujo en contracorriente: El aire atraviesa de abajo a arriba el relleno de la torre. Flujo cruzado: El aire atraviesa de forma lateral el relleno de la torre. A continuación se muestran los esquemas de los diferentes tipos de torres según la forma de los flujos de aire y agua.

Las principales diferencias entre ambos diseños son:  Mediante el flujo contracorriente el agua más fría se pone en contacto con el aire más seco lográndose la máxima eficiencia.  Las torres en flujo contracorriente son más compactas, pero tienden a ser más altas que las torres en flujo cruzado.

 El peso es menor para las torres con configuración de flujo contracorriente.  Las configuraciones en flujo contracorriente encierran el empaquetamiento por los cuatro lados, esto ayuda a prevenir la formación de hielo y el crecimiento biológico por contacto solar. En las configuraciones en flujo cruzado el empaquetamiento es encerrado solo por dos lados.  Las torres en flujo contracorriente son más eficientes que las de flujo cruzado porque el aire está en su etapa más caliente al alcanzar la zona superior del empaquetamiento, donde el agua está a mayor temperatura, y el agua más fría se pone en contacto con el aire más seco.  Las torres en contracorriente requieren flujo de aire por los cuatro lados para un correcto funcionamiento, esto es una limitación a la hora de situar varias torres juntas.  Los elementos mecánicos y el sistema de distribución tienen un acceso más fácil en las torres con flujo cruzado. 1.1.2 Clasificación según la manera de mover el aire a través de la torres húmedas 1.1.1.1 TORRES DE CIRCULACION NATURAL Torres atmosféricas En este tipo de torres el agua cae en flujo cruzado con respecto al movimiento horizontal del aire, produciéndose cierto efecto de contracorriente debido a las corrientes de convección producidas por el agua caliente. En este tipo de torres, el movimiento del aire depende principalmente del viento. Como características principales de estas torres podemos destacar:  Vida larga con bajos costes de mantenimiento  La temperatura del agua varia con la velocidad y dirección del viento  Precisa localización en un lugar despejado  No es posible lograr un acercamiento pequeño Dentro de este tipo de torres podemos distinguir entre las que precisan de relleno y las que no. Las primeras tienen un comportamiento mucho mejor, pero en cualquier caso estas torres están totalmente anticuadas y constituyen una mínima parte de las existentes. Torres de tiro natural En estas torres el empaquetamiento se encierra dentro de una estructura con forma de chimenea hiperbólica con las persianas de entrada del aire situadas

en la zona inferior. El flujo de aire requerido que pasa a través del empaquetamiento es inducido debido a la diferencia de densidades entre el aire caliente y húmedo del interior de la torre y el aire más denso (frío y seco) que se encuentra en el exterior. Como características principales de este tipo de torres podemos destacar:  Bajos costes de mantenimiento  Raras veces encuentran aplicación en sistemas de aire acondicionado y plantas industriales, aunque su uso es muy frecuente en centrales térmicas.  No es posible una gran aproximación y es difícil de controlar exactamente la temperatura de salida del agua. Hay varios tipos de equipos de tiro natural, entre ellos destacan: 

Equipos basados en efecto chimenea

En los que el agua pulverizada genera un punto caliente en la parte baja de la torre e induce el movimiento ascendente del aire habitualmente en contracorriente. Estos equipos se emplean casi exclusivamente en grandes industrias y en centrales de producción de energía eléctrica (térmicas, nucleares, etc.), en general, sistemas que necesitan mover y refrigerar grandes cantidades de agua. Estas instalaciones habitualmente no disponen de separadores de gotas, debido a la elevada perdida de carga que provocan estos elementos que disminuyen excesivamente el flujo de aire. No obstante, dada su elevada altura y geometría, la emisión de aerosoles es muy limitada. 

Los equipos de tiro natural por efecto Venturi

Son muy poco utilizados, pero sirven para disipación de cargas térmicas medias/bajas. En cualquier caso las instalaciones de tiro natural se emplean en un pequeño porcentaje de las aplicaciones de torres de refrigeración en nuestro país. 1.1.1.2

TORRES DE TIRO MECÁNICO.

Este tipo de torres utilizan ventiladores para mover la corriente de aire. Como características principales de este tipo de torre podemos destacar:  Son compactas, requieren poca superficie.  Buen control de la temperatura del agua fría.

 Con un empaquetamiento eficiente es posible lograr acercamientos de 1-2°C, aunque es preferible mantenerse en 3-4°C.  La potencia del ventilador puede ser importante, aumentando los gastos de operación.  Los costos de operación y mantenimiento son mayores que en las torres de tiro natural.  Los ruidos y vibraciones producidos por los ventiladores pueden constituir un problema dependiendo de su localización. Torre de enfriamiento tiro inducido Los equipos de tiro inducido a diferencia de los anteriores funcionan en depresión, es decir el ventilador, localizado en la parte superior de la torre, extrae aire del interior de la unidad que se renueva a través de aperturas localizadas en la parte baja de la misma. El agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a través del relleno (3), cuya misión es incrementar el tiempo de retención y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuya zona de entrada es a través de las aperturas laterales. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso

Equipos de tiro forzado Los equipos con ventilación mecánica denominados de tiro forzado, disponen de ventiladores (normalmente de tipo centrifugo salvo en las instalaciones industriales que ocasionalmente son axiales) ubicados en la parte baja de la torre que impulsan el aire al interior de la misma sobrepresurizando e impulsando por tanto su salida por la parte superior a través del relleno. El agua de retorno procedente del punto de uso (1) es pulverizada por la parte superior de la torre (2) pasando a través del relleno (3), cuya misión es incrementar el tiempo de retención y por tanto el contacto con el aire ascendente (4) cuyo único punto de entrada es a través del ventilador. En el relleno se produce el enfriamiento, quedando el agua refrigerada en la balsa de la torre (5) que se impulsa (6) por medio de equipos de bombeo para reiniciar el ciclo de intercambio de calor en el punto de uso.

1.1.3 TORRES DE REFRIGERACIÓN SECAS O REFRIGERADAS POR AIRE Principio de funcionamiento En este tipo de dispositivos el calor del fluido del proceso se transfiere a la corriente de aire a través de una superficie que lo separa (normalmente tubos aleteados para conseguir el mayor área de transferencia posible) utilizando la transferencia de calor por convección. La transferencia de calor del fluido al aire dependerá de diversos factores:    

La diferencia de temperaturas entre el fluido y el aire. El diseño y materiales de los intercambiadores. La velocidad y características del aire La velocidad y características del fluido a enfriar

Al igual que en las torres húmedas, a la diferencia entre la temperatura del agua a la entrada y a la salida se le denomina rango y a la diferencia entre la temperatura del agua a la salida y, en este caso, la temperatura de bulbo seco ambiental se le denomina aproximación o acercamiento. Este último parámetro es una función de la capacidad de la torre y será determinante a la hora de su diseño. A parte de la aproximación también es muy frecuente encontrar en aplicaciones de diseño el parámetro “Diferencia de temperaturas inicial” (ITD) que es la diferencia entre la temperatura del agua caliente a la entrada menos la temperatura de bulbo seco ambiental. Este parámetro al igual que la aproximación será un indicador de la capacidad de la torre. El uso de este sistema de enfriamiento se lleva usando desde hace muchísimo tiempo en aplicaciones como los radiadores de los coches o sistemas de calefacción, pero aproximadamente desde 1940 este tipo de sistemas han encontrado aplicación en muchas labores donde antes solo se utilizaba el enfriamiento evaporativo, como las plantas procesadoras de químicos o la industria de producción de energía. 1.1.3.1 TIPOS DE TORRES REFRIGERADAS POR AIRE 1. Clasificación refrigeradora

según

funcionen

como

condensador

o

como

En base a este criterio podemos distinguir dos tipos de torres refrigeradas por aire: Sistemas de condensado indirecto Este tipo de sistemas, al igual que las torres de refrigeración húmedas, requieren de un condensador en contacto directo a la salida de la turbina para condensar el vapor. Al igual que en las torres húmedas el agua caliente, tras

haber pasado por el condensador, se bombea a la torre para refrigerarse. Los principales componentes de este tipo de sistemas son:    

Un condensador en contacto directo. Bombas para recircular el agua. Intercambiadores de calor. Un mecanismo para impulsar el aire, ya sea el uso de una chimenea hiperbólica de gran altura o el uso de ventiladores.

Sistemas de condensado directo En este tipo de sistemas no se requiere de un condensador en contacto directo ni la recirculación de agua a través de él, pues la torre funciona como condensador. Lo más común en este tipo de sistemas es el de disponer el 8090% de los tubos aleteados como un “condensador principal” y disponer los restantes después de este para condensar el posible vapor remanente después de haber pasado por el principal. Los principales componentes de este tipo de sistemas son:    

Un sistema de direccionamiento del vapor de la turbina hacia la torre. Sistema de impulsión del aire. Intercambiadores de calor. Bombas para mover el agua condensada.

La principal diferencia entre ambos sistemas reside en la gran cantidad de vapor con la que pueden operar los sistemas en contacto directo comparado con el pequeño volumen de agua con el que pueden operar los sistemas en contacto indirecto. 2. Clasificación según la manera de mover el aire a través de la torre Independientemente de si es un sistema en contacto directo o indirecto las torres refrigeradas por aire o condensadores por aire se pueden clasificar en: Torres de tiro natural: El flujo de aire requerido que pasa a través de los intercambiadores de calor se consigue gracias a la diferencia de densidades entre el aire caliente del interior de la torre y el aire más denso que se encuentra en el exterior, mediante estructuras de gran altura que consigan esta diferencia de densidades. Torres de tiro mecánico: Este tipo de torres utilizan ventiladores para mover la corriente de aire. Este tipo de torres se pueden clasificar a su vez en:  Torres de tiro mecánico forzado: Este tipo de torres tienen los ventiladores instalados debajo de los intercambiadores de calor por donde asciende la corriente de aire fría que aún no ha intercambiado calor. La localización del ventilador en este lugar permite un mantenimiento más sencillo. Además, el hecho de que los ventiladores no estén expuestos a altas temperaturas, permite que los materiales de construcción de los mismos no sean tan determinante.  Torres de tiro mecánico inducido: En este tipo de torres los ventiladores se encuentran instalados por encima de los intercambiadores. Cabe destacar de este tipo de torres que son menos sensibles a los cambios en las condiciones ambientales y que la distribución del aire a través de los intercambiadores es más uniforme en comparación con las torres de tiro forzado. Las principales desventajas de este tipo de torres son el mayor consumo de los ventiladores para una misma cantidad de aire y el hecho de que los ventiladores están expuestos a temperaturas más altas que si se tratase de una configuración en tiro forzado.

A diferencia de las torres húmedas donde podíamos encontrar configuraciones con flujo contracorriente o con flujo cruzado, en el caso de los sistemas refrigerados por aire solo se encontrarán disposiciones con flujo cruzado (mientras el fluido de proceso lleva dirección horizontal el aire se mueve verticalmente). 1.1.4. TORRES DE REFRIGERACIÓN DE CIRCUITO CERRADO Principio de funcionamiento Estos dispositivos se pueden asemejar a una torre de refrigeración húmeda (o torre de circuito abierto) dónde el empaquetamiento se ha cambiado por un conjunto de tubos resistentes a la corrosión los cuales transportan el fluido de trabajo a enfriar o condensar. En estos sistemas se rocían con agua los tubos que transportan el fluido, de esta manera se consigue aumentar el intercambio de energía con respecto a los sistemas refrigerados por aire y conseguimos un consumo de agua menor que en el caso de las torres húmedas. En estos sistemas, en el estado estacionario, el agua a la entrada (donde se pulveriza) y a la salida (en la bandeja de recolección) se encuentra a la misma temperatura, además una pequeña parte de esta agua se evaporará por lo que habrá que reponerla. En el estado estacionario la energía intercambiada entre el fluido del proceso y la película de agua que rodea los tubos debe ser transferida al aire a través de la convección de masa y calor, al igual que en una torre húmeda. 1.1.4.1

TIPOS DE TORRES DE CIRCUITO CERRADO

1. Clasificación refrigeradora

según

funcionen

como

condensador

o

como

Al igual que ocurría en las torres secas podemos hacer una primera clasificación en función de si la torre es utilizada para enfriar un fluido que posteriormente es llevado al condensador (enfriadora evaporativo) o para condensar el vapor directamente en la torre (condensador evaporativo). 2. Clasificación según la manera de mover el aire a través de la torre

Este tipo de torres siempre suelen impulsar el aire mediante el uso de ventiladores, por lo que serán torres de tiro mecánico. Al igual que en los casos vistos anteriormente estas torres de tiro mecánico se clasifican a su vez en torres de tiro forzado o inducido, en función de si el ventilador está situado donde el aire entra a la torre o dónde el aire sale de la misma.

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CHILLERS

Los chillers de proceso para usos en fábricas de cerveza, lácteos, instalaciones industriales, médicas y otros ayudan a mantener los equipos fríos durante el procesamiento. ¿Cómo se consigue? En resumen, los chillers trabajan mediante la entrega de un flujo continuo de refrigerante al lado frío del evaporador a la temperatura deseada. Posteriormente, el chiller bombea el líquido refrigerado a lo largo del proceso para eliminar el calor de su equipo y canalizarlo de nuevo al retorno.

2.1 Componentes básicos de un chiller Sin importar el tipo de chiller que necesite usar, cada modelo contendrá los siguientes componentes que le ayudarán a mantener sus procesos fríos: o Evaporador - Situado entre la válvula de expansión y la línea de succión conectada al compresor, los evaporadores de placa soldada o casco y tubos sirven como un eje central donde comienza el ciclo de

refrigeración. o Compresor - La función de un compresor en un chiller es comprimir el gas de baja presión del evaporador para convertirlo en un gas de alta presión antes de viajar al condensador.

o Condensador - Ubicado entre el compresor y la válvula de expansión, los condensadores de refrigeración están disponibles en versiones enfriado por aire y por agua, y pueden disponerse de manera dividida o en paquete.

o Válvula de expansión - Las válvulas de expansión electrónica (VEE) utilizan un motor a pasos para regular con precisión la posición de la válvula, lo que permite un control estricto del sobrecalentamiento.

2.2 Etapas del proceso de enfriamiento del chiller El evaporador, el compresor, el condensador y el dispositivo de expansión en los chillers se someten cada uno a un proceso termodinámico durante el proceso de enfriamiento. Las siguientes cuatro etapas resumen cómo funciona un chiller:

o Etapa 1 En primer lugar, el evaporador del enfriador actúa como un intercambiador de calor donde recoge y lleva el calor de proceso al refrigerante líquido frío del interior del chiller. Luego, el calor del proceso eleva la temperatura del refrigerante, causando que el refrigerante pase de ser un líquido de baja presión a un gas de baja presión. Entretanto, la te...