ES2264019T3 - Procedimiento y dispositivo para enfriar aire en circulacion. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para enfriar aire en circulacion.Info
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Abstract
Procedimiento para enfriar aire en circulación por intercambio de calor con aire de proceso adiabáticamente enfriado, caracterizado porque el aire de proceso enfriado, después de su intercambio de calor con el aire en circulación, absorbe calor del aire de proceso no enfriado.
Description
Procedimiento y dispositivo para enfriar aire en
circulación.
La invención concierne a un procedimiento y a un
dispositivo para enfriar aire en circulación por medio de
intercambio de calor con aire de proceso adiabáticamente
enfriado.
La invención pertenece al sector del llamado
enfriamiento adiabático indirecto, dado que el agua necesaria para
el enfriamiento adiabático no se introduce en el aire en
circulación, sino en el aire del proceso, el cual consiste
preferiblemente en aire exterior. El aire de proceso adiabáticamente
enfriado actúa como disipador de entalpía en el intercambio de calor
con el aire en circulación y disminuye la temperatura de éste.
La capacidad de enfriamiento de tales sistemas
depende de la temperatura y la humedad de partida del aire de
proceso. Cuando, por ejemplo, esta temperatura es relativamente
alta, la capacidad de enfriamiento no es suficiente para enfriar
eficazmente el aire en circulación. Por tanto, se ha estado forzado
hasta ahora a utilizar una instalación frigorífica de compresión o
de absorción adicional; véase, por ejemplo, el documento DE 41 35
431 A1.
Tales instalaciones frigoríficas aumentan el
coste técnico del dispositivo. Consumen energía altamente valiosa en
forma de corriente eléctrica o combustibles fósiles y, además,
trabajan con agentes frigoríficos que contaminan el medio ambiente.
Son crecientemente necesarias disposiciones legales que reglamenten
el consumo de energía altamente valiosa y el empleo de materias
contaminantes del medio ambiente.
La invención se basa en el problema de aumentar
la eficiencia del enfriamiento adiabático indirecto de aire en
circulación con medios sencillos.
Para resolver este problema, el procedimiento
citado al principio se caracteriza según la invención porque el aire
de proceso enfriado, después de su intercambio de calor con el aire
en circulación, absorbe calor del aire de proceso no enfriado.
Después de su intercambio de calor con el aire
en circulación, el aire de proceso enfriado presenta una temperatura
que está por debajo de la temperatura del aire de proceso no
enfriado. Por tanto, puede absorber calor del aire de proceso no
enfriado, con lo que disminuye su temperatura. Por consiguiente, el
enfriamiento adiabático actúa sobre un aire de proceso cuya
temperatura ya ha disminuido. Esto produce el enfriamiento del aire
en circulación, concretamente con el resultado de que - en
aplicaciones en las que es suficiente el enfriamiento sensible del
aire en circulación - puede prescindirse de instalaciones
frigoríficas de compresión o de absorción adicionales. El coste
técnico en aparatos necesario para ello es pequeño. Aparte de los
costes de inversión, disminuyen también los costes de explotación,
ya que se consumen menos energía y menos agua.
Asimismo, es destacar que no es necesario ningún
procedimiento de autorización para el funcionamiento de la
instalación de enfriamiento. Se simplifica el mantenimiento, ya que
no tiene agregarse ningún especialista en frío. Se suprime también
toda contaminación del medio ambiente atribuible a la utilización de
agentes frigoríficos.
El enfriamiento adiabático del aire del proceso
puede efectuarse antes de que este aire del proceso entre en
intercambio de calor con el aire en circulación. Se puede hablar
entonces de una evaporación en dos etapas. Puede ser más ventajosa
una evaporación de una sola etapa, en la que el enfriamiento
adiabático del aire del proceso se efectúa durante el intercambio de
calor con el aire en circulación. En contraste con la evaporación de
dos etapas, se produce aquí una humectación de las superficies de
intercambio de calor con el agua inyectada.
Según el estado de funcionamiento, la
temperatura del agua puede variar durante el enfriamiento adiabático
de una sola etapa. Se ha encontrado sorprendentemente que resultan
de esto unas repercusiones importantes sobre la conducción del
procedimiento. Cuando disminuye la temperatura del agua, es
ventajoso conducir el aire en circulación y el aire del proceso en
un circuito de isocorriente durante su intercambio de calor. En caso
contrario, es más favorable el circuito de contracorriente. Por
tanto, en perfeccionamientos de la invención se propone que el aire
en circulación y el aire de proceso sean conducidos durante su
intercambio de calor en isocorriente, contracorriente o corriente
cruzada o bien en isocorriente cruzada o contracorriente
cruzada.
La capacidad de enfriamiento se puede regular
preferiblemente por variación de las relaciones de corriente másica
de aire en circulación/aire del proceso y/o por variación de la
cantidad de agua introducida en el aire del proceso.
El aire de proceso enfriado es succionado
preferiblemente después de que haya absorbido calor del aire de
proceso no enfriado.
El dispositivo para resolver el problema
planteado presenta un primer equipo de intercambio de calor que
puede ser cargado con el aire en circulación y con aire del proceso,
así como un equipo de humectación para introducir agua en el aire
del proceso, y se caracteriza según la invención por un segundo
equipo de intercambio de calor para efectuar un intercambio de calor
entre el aire del proceso no enfriado antes de su entrada en el
primer equipo de intercambio de calor y el aire del proceso enfriado
después de su salida del primer equipo de intercambio de calor. Por
tanto, el aire del proceso recorre primero el segundo equipo de
intercambio de calor y luego el primer equipo de intercambio de
calor, tras lo cual es evacuado a través del segundo equipo de
intercambio de calor. En el segundo equipo de intercambio de calor
el aire de proceso enfriado absorbe calor del aire de proceso no
enfriado y disminuye así su temperatura.
Ventajosamente, el segundo equipo de intercambio
de calor puede ser esquivado al menos en el lado de entrada del aire
de proceso no enfriado por medio de una derivación, concretamente en
el caso de que la temperatura del aire de proceso no enfriado haga
superfluo un preenfriamiento del mismo en el segundo equipo de
intercambio de calor. Desde este punto de vista, se puede
desconectar también ventajosamente el equipo de humectación. Por
último, una posibilidad preferida consiste en trabajar con un
llamado enfriamiento libre, en el que se utiliza el aire exterior
para el enfriamiento directo del recinto.
El equipo de humectación puede estar construido
como un lavador, un humectador de contacto, un humectador de alta
presión o similar. Puede encontrarse entre el primero y el segundo
equipo de intercambio de calor. Como se ha mencionado, esta clase de
disposición puede designarse como evaporación de dos etapas. En
ciertas circunstancias, es más ventajosa la evaporación de una sola
etapa, en la que el equipo de humectación está integrado en el
primer equipo de intercambio de calor. Por tanto, se inyecta el agua
directamente en el primer equipo de intercambio de calor y esta agua
humedece sus superficies de intercambio de calor.
Preferiblemente, el primer equipo de intercambio
de calor puede hacerse funcionar aquí en contracorriente,
isocorriente o corriente cruzada, según que se aumente o se reduzca
la temperatura del agua durante el enfriamiento adiabático.
En un importante perfeccionamiento de la
invención se propone que el primer equipo de intercambio de calor
presente al menos dos intercambiadores de calor de corriente
cruzada, pudiendo hacerse funcionar éstos también preferiblemente en
contracorriente cruzada o isocorriente cruzada.
Ventajosamente, el aire de proceso es succionado
por un soplante que está dispuesto en el camino del aire de proceso
enfriado aguas abajo del segundo equipo de intercambio de calor. Por
tanto, el soplante aspira el aire de proceso a través del
dispositivo. La disposición se ha elegido en este caso de modo que
el calentamiento del aire de proceso generado forzosamente por el
soplante no perjudique la capacidad del enfriamiento.
En lo que sigue, se explica con más detalle la
invención haciendo referencia a un ejemplo de realización preferido
en relación con el dibujo adjunto. El dibujo muestra en:
La figura 1, un dispositivo según la invención
en representación esquemática; y
La figura 2, las variaciones de estado del aire
en circulación y del aire de proceso en el diagrama h,x.
Según la figura 1, se ha previsto un primer
equipo de intercambio de calor 1 que contiene dos intercambiadores
de calor 2 y 3 de corriente cruzada. El primer equipo de intercambio
de calor 1 es solicitado con aire en circulación 4, concretamente
este aire recorre primero el intercambiador de calor 2 de corriente
cruzada y luego el intercambiador de calor 3 de corriente cruzada.
Un soplante 5 proporciona el transporte del aire en circulación
4.
El primer equipo de intercambio de calor 1 es
solicitado también con aire de proceso 6, que en el presente caso
consiste en aire exterior. El aire de proceso 6 recorre también
primero el intercambiador de calor 2 de corriente cruzada y luego el
intercambiador de calor 3 de corriente cruzada. Por tanto, el primer
equipo de intercambio de calor 1 trabaja en circuito de isocorriente
cruzada, lo cual es ventajoso debido a que el estado de
funcionamiento del dispositivo conduce a un enfriamiento del agua
inyectada en el primer equipo de intercambio de calor 1.
El primer equipo de intercambio de calor 1 está
provisto para ello de un equipo de humectación 7 que rocía el agua
en el aire de proceso 6 y produce de esta manera su enfriamiento
adiabático. El agua se acumula en un sumidero 8 y es alimentada por
una bomba 9 al equipo de humectación 7. El sumidero 8 está provisto
de una entrada de agua 10 y una salida de agua 11.
Antes de su entrada en el primer equipo de
intercambio de calor 1 y después de su salida de éste, el aire de
proceso 6 recorre un segundo equipo de intercambio de calor 12,
concretamente bajo la acción de un soplante 13 que, referido al aire
de proceso enfriado, está dispuesto aguas abajo del segundo equipo
de intercambio de calor 12. El calor generado por el soplante 13 no
puede perjudicar la capacidad de enfriamiento. Dado que la
temperatura del aire de proceso enfriado 6 después de su salida del
primer equipo de intercambio de calor 1 es más baja que la
temperatura del aire de proceso 6 antes de su entrada en el segundo
equipo de intercambio de calor 12, se puede efectuar en este último
un intercambio de calor entre las dos corrientes del aire de proceso
6, concretamente con el resultado de que el aire de proceso 6 dotado
ya de una temperatura reducida se somete al enfriamiento adiabático.
La consecuencia es un aumento correspondiente de la capacidad de
enfriamien-
to.
to.
La figura 2 muestra en el diagrama h,x un
ejemplo de un enfriamiento adiabático de una sola etapa como el que
se puede realizar con el dispositivo según la figura 1,
reproduciendo una línea a el descenso de temperatura del aire
en circulación 4 en el primer equipo de intercambio de calor 1. Una
línea b muestra el descenso de la temperatura que experimenta
el aire de proceso 6 en el segundo equipo de intercambio de calor
12. Una línea c reproduce el descenso de temperatura del aire
de proceso 6 por efecto del enfriamiento adiabático en el primer
equipo de intercambio de calor 1, y una línea d muestra el
aumento de temperatura del aire de proceso 6 en el segundo equipo de
intercambio de calor 12.
En el marco de la invención existen ciertamente
posibilidades de variación. Así, se puede invertir la dirección de
transporte del soplante 5. El primer equipo de intercambio de calor
1 trabaja entonces en circuito de contracorriente cruzada. Este modo
de trabajo se elegirá cuando no descienda la temperatura del agua
entre la entrada y la salida del aire de proceso. Asimismo, existe
la posibilidad de desacoplar el equipo de humectación del primer
equipo de intercambio de calor y dejar que trabaje entre los dos
equipos de intercambio de calor. No obstante, la integración del
equipo de humectación en el primer equipo de intercambio de calor es
especialmente ventajosa. El primer equipo de intercambio de calor
puede estar construido con una sola etapa e igualmente el segundo
equipo de intercambio de calor puede presentar una estructura de
múltiples etapas. Por lo demás, existe la posibilidad de esquivar el
segundo equipo de intercambio de calor con una derivación, con lo
que se suprimen las líneas b y d en el diagrama según
la figura 2. Cuando, además, se desconecta el equipo de humectación
7, lo que también es posible, se suprimen entonces igualmente la
línea c. El efecto de enfriamiento resulta entonces
únicamente de la diferencia de temperatura entre el aire en
circulación y el aire de proceso. Por último, se puede desacoplar
también el primer equipo de intercambio de calor. El aire de proceso
es insuflado entonces directamente en el recinto que se ha de
enfriar.
Claims (15)
1. Procedimiento para enfriar aire en
circulación por intercambio de calor con aire de proceso
adiabáticamente enfriado, caracterizado porque el aire de
proceso enfriado, después de su intercambio de calor con el aire en
circulación, absorbe calor del aire de proceso no enfriado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el enfriamiento adiabático del aire de
proceso se efectúa en una sola etapa durante el intercambio de calor
con el aire en circulación.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aire en circulación y el aire de
proceso se conduce durante su intercambio de calor en isocorriente,
contracorriente o corriente cruzada.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aire en circulación y el aire de
proceso se conducen durante su intercambio de calor, en isocorriente
cruzada o contracorriente cruzada, a través de dos intercambiadores
de calor (2, 3) de corriente cruzada.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se regula la capacidad de enfriamiento
por variación de la relación de corriente másica de aire en
circulación/aire de proceso.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se regula la capacidad de enfriamiento
por variación de la cantidad de agua introducida en el aire de
proceso.
7. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se succiona el aire de proceso enfriado
después de que ha absorbido calor del aire de proceso no
enfriado.
8. Dispositivo para enfriar aire en circulación
(4) con un primer equipo de intercambio de calor (1) que puede
cargarse con el aire en circulación (4) y con aire de proceso (6), y
con un equipo de humectación (7) para introducir agua en el aire de
proceso (6), caracterizado por un segundo equipo de
intercambio de calor (12) para realizar un intercambio de calor
entre el aire de proceso (6) no enfriado antes de su entrada en el
primer equipo de intercambio de calor (1) y el aire de proceso
enfriado (6) después de su salida del primer equipo de intercambio
de calor (1).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el segundo equipo de intercambio de
calor (12) puede ser esquivado, al menos en el lado de entrada del
aire de proceso (6) no enfriado, por medio de una derivación.
10. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el equipo de humectación (7) es
desconectable.
11. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el equipo de humectación (7) está
integrado en el primer equipo de intercambio de calor (1).
12. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el primer equipo de intercambio de calor
(1) puede hacerse funcionar en isocorriente, contracorriente o
corriente cruzada.
13. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el primer equipo de intercambio de calor
(1) presenta al menos dos intercambiadores de calor (2, 3) de
corriente cruzada.
14. Dispositivo según la reivindicación 13,
caracterizado porque el primer equipo de intercambio de calor
(1) puede hacerse funcionar en isocorriente cruzada o
contracorriente cruzada.
15. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado por un soplante (13) dispuesto en el camino del
aire de proceso enfriado (6) aguas abajo del segundo equipo de
intercambio de calor (12) y destinado a aspirar el aire de proceso
(6).
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