Torres de enfriamiento, ¿cómo funcionan?

Este tipo de instalaciones tiene como principal función disipar el calor del agua de un proceso mediante un ciclo de condensación en una unidad hermética. Esto los hace mejor energéticamente que los de aire

Eleazar Rivera / Jorge Monroy, ilustración

Debido a que el agua es un medio de transferencia de calor efectivo, pues su evaporación por libra requiere de aproximadamente 1 mil BTU (British Thermal Units), y a que es una de las tecnologías más económicas para dicho propósito en las áreas de aire acondicionado y de procesos industriales exotérmicos (es decir, que se acompañan de una liberación de calor), la torre de enfriamiento es el medio más eficaz para disminuir la temperatura del agua en grandes volúmenes.

Se puede decir que una torre de enfriamiento es una estructura que rechaza el calor residual a la atmósfera a través de la evaporación de una corriente de agua que se aproxima a la temperatura del bulbo húmedo del aire, es decir, es un equipo cuya finalidad es quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y frío que circula por la torre. Generalmente, se elimina entre 75 y 80 por ciento del calor del agua de refrigeración por evaporación y el resto se disuelve mediante transferencia al flujo de aire sustancial.

Componentes y funcionamiento
Las partes que conforman un sistema de enfriamiento como éste dependerán del tipo de torre. No obstante, en general, todas cuentan con ciertos elementos básicos, como un sistema de distribución de agua, el medio o soporte donde se llevará a cabo el enfriamiento evaporativo y el sistema para la circulación de aire. Además, tienen piezas y dispositivos específicos para cada clasificación, entre los que se pueden mencionar los siguientes:

Ventilador (axial o centrífugo)
Sistema de transmisión (bujes, poleas, bandas)
Sistema de llenado (electrónico o tipo flotador)
Relleno (tipo película, tipo paquete, PVC, metal, entre otros)
Espreas (boca payaso, 360°, entre otros)
Louvers

Lo más importante de este sistema es el agua que circula a través de la torre, debido a que, como es un circuito cerrado, recibe el agua caliente y cuando pasa se enfría y sale con menor temperatura, después regresa al equipo que necesita agua fría, se calienta y vuelve a ir a la torre. Además, el agua no se enfría ni se descarga, realiza este proceso infinidad de veces. Se puede determinar que dependiendo de la buena calidad del agua, serán las veces de los ciclos que pueda realizar. Los operadores, por su parte, pueden reducir el consumo de agua de la torre, obteniendo el rechazo de calor a través de las siguientes consideraciones:

La reducción de la carga de enfriamiento y la mejora de la torre / control de sistema
La optimización de los ciclos de concentración y reducir al mínimo el volumen de purga
Reducir al mínimo las pérdidas por fugas
La prevención de los desbordamientos
La prevención de la pérdida de cualquier efecto del viento o salpicaduras
El mantenimiento de válvulas, sensores y todo el equipo para evitar fugas
Gestión adecuada de la química del agua y sistema de limpieza
Proporcionar mejores prácticas de mantenimiento y formación enfocada a la conservación del agua

El control de la química del agua es uno de los parámetros más importantes a considerar al operar una torre de enfriamiento, ya que su objetivo es tener el registro de los contaminantes o iones del agua para que cuando lleguen a cierto nivel, se descargue una parte de esa agua y entre más líquido fresco, para que diluya los contaminantes. La mejor combinación posible de productos químicos para controlar la corrosión, incrustamiento y crecimiento microbiológico es completamente inútil y costoso, si no es consistente y regulado por un lazo de control preciso.

Hay que saber que todo programa para el control de los parámetros se inicia con los ciclos de enfriamiento de agua o el número de veces en las que las sales disueltas, en el agua dulce de repuesto, se concentran por evaporación en el sistema. Este parámetro se obtiene comúnmente mediante la medición de la conductividad del agua circulante y dividiéndolo por la conductividad del agua de repuesto.

Los ciclos también pueden calcularse utilizando otros parámetros, como cloruros y sólidos disueltos, que son comunes tanto en el agua de repuesto como en el agua circulante y de los cuales no se espera que afecten en gran medida por adiciones químicas o precipitaciones. Otro cálculo sencillo de los ciclos se realiza si los contadores de agua están colocados en su lugar adecuadamente. Consiste simplemente en dividir la cantidad de agua de repuesto por la cantidad de agua purgada.

Cabe destacar que las torres de enfriamiento industriales son mucho más grandes que las torres de calefacción, ventilación y aire acondicionado, las cuales se utilizan para disponer del calor no deseado de un chiller. Equipos como éste, tipo enfriados por agua, son más eficientes energéticamente que los enfriados por aire, debido al calor de rechazo cercano al de la temperatura del bulbo húmedo.

Eleazar Rivera Mata es químico Industrial egresado de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León y cursa la maestría en Finanzas en la Escuela de Graduados en Administración e Ingeniería Industrial de la misma Facultad. Cuenta con orientación en Química de los Materiales y tiene siete años de experiencia en el área de Investigación y Desarrollo en Electroquímica y Química del agua, así como en desarrollo de proyectos HVAC. Actualmente es Presidente electo 2016-2017 de ASHRAE Capítulo Monterrey.