ES2264019T3 - Procedimiento y dispositivo para enfriar aire en circulacion. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para enfriar aire en circulacion.

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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.
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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