ES2272629T3 - Disposicion de torres hibridas de refrigeracion. - Google Patents
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Abstract
Disposición de varias torres híbridas de refrigeración que están compuestas en cada caso por: a) una parte húmeda (1) con dispositivos (5) de distribución de agua para el intercambio directo de calor entre el agua de refrigeración y el aire ambiental que entra lateralmente en la parte húmeda (1), b) una parte seca (2), dispuesta sobre la parte húmeda (1), con intercambiadores térmicos (9) para el intercambio indirecto de calor entre el agua de refrigeración y el aire ambiental que entra lateralmente en la parte seca (2), c) una cámara común (14) de mezcla para el aire que sale de la parte húmeda y el aire que sale de la parte seca, caracterizada porque las torres de refrigeración están dispuestas en dos hileras básicamente paralelas entre sí, entre las que se encuentra un espacio vacío (17), siendo la anchura del espacio vacío, medida entre los lados dirigidos uno hacia otro de la parte húmeda, menor que el triple de la anchura de la parte húmeda, y porque en cada hilera, la entrada del aire ambiental en la parte seca (2) se realiza tanto por el lado del espacio vacío (17) como por el lado exterior contrario y porque en cada hilera la entrada del aire ambiental en la parte húmeda (1) se realiza exclusivamente por el lado exterior contrario al espacio vacío (17).
Description
Disposición de torres híbridas de
refrigeración.
La invención se refiere a una disposición de
varias torres híbridas de refrigeración que están compuestas en
cada caso por:
- a)
- una parte húmeda con dispositivos de distribución de agua para el intercambio directo de calor entre el agua de refrigeración y el aire ambiental que entra lateralmente en la parte húmeda,
- b)
- una parte seca, dispuesta sobre la parte húmeda, con intercambiadores térmicos para el intercambio indirecto de calor entre el agua de refrigeración y el aire ambiental que entra lateralmente en la parte seca,
- c)
- una cámara común de mezcla para el aire que sale de la parte húmeda y el aire que sale de la parte seca.
Para enfriar el agua de refrigeración mediante
el aire ambiental se instalan con frecuencia torres húmedas de
refrigeración que trabajan según el principio de la refrigeración
por evaporación. En este caso, el agua que se ha de enfriar cae en
cascada bajo la influencia de la fuerza de gravedad a través de los
llamados insertos de refrigeración, mientras que el aire, por el
contrario, es aspirado o presionado de abajo hacia arriba a través
de estos insertos de refrigeración. El efecto refrigerante se basa,
por una parte, en la evaporación de una pequeña cantidad de agua,
mediante lo que se extrae el calor producido por la evaporación de
la corriente de agua de refrigeración, y, por la otra parte, en una
transmisión térmica convectiva del agua al aire de refrigeración
que asciende en contracorriente. La construcción más frecuente en el
caso de las torres húmedas de refrigeración es la llamada torre de
refrigeración de celdas con ventilador que funciona de forma
aspirante. Las torres de refrigeración de celdas de este tipo son
en planta celdas rectangulares. Cada ventilador de cada celda
aspira el aire de refrigeración a través de la torre hacia su salida
superior, a través de la que una mezcla sobresaturada de aire y
agua abandona la torre de refrigeración.
En las torres húmedas de refrigeración resultan
desventajosos los vapores densos que se observan claramente en
muchas situaciones meteorológicas. Su origen se debe al modo físico
de funcionamiento de una torre de refrigeración, en el que el agua
que se ha de enfriar se enfría esencialmente por evaporación de una
pequeña cantidad de agua. Los vapores, visibles claramente al salir
de la torre de refrigeración, están compuestos, por tanto, por aire
sobresaturado y pequeñas gotas de agua repartidas en éste.
Para que no se observen los vapores en la salida
de la torre de refrigeración, se desarrollaron torres combinadas de
refrigeración por vía húmeda y seca, denominadas también torres
híbridas de refrigeración. La torre híbrida de refrigeración
trabaja en principio como una torre húmeda de refrigeración, pero a
los vapores se adiciona una corriente seca y caliente de aire antes
de abandonar la torre de refrigeración. La corriente de aire se
produce en intercambiadores térmicos mediante la transmisión
indirecta de calor, sirviendo aquí el agua que se ha de enfriar
como medio calefactor. Esta parte seca, que funciona por la
transmisión indirecta del calor, se dispone sobre la parte húmeda,
originándose en el lugar de confluencia de ambas partes de la torre
de refrigeración una cámara de mezcla, en la que se obtiene una
homogeneización lo mejor posible de la mezcla de aire y vapor de
agua mediante insertos adecuados de remolino.
La figura 1a muestra esquemáticamente una torre
híbrida de refrigeración de este tipo con una construcción
combinada de tipo húmedo/seco. Las flechas simbolizan la entrada del
aire ambiental en la parte húmeda, dispuesta abajo, así como en la
parte seca, dispuesta arriba.
Para obtener altas capacidades de refrigeración,
por ejemplo, al usarse las torres híbridas de refrigeración en
centrales eléctricas, se necesita una gran cantidad de torres de
refrigeración de celdas. Como la superficie de instalación
disponible está limitada a menudo, se pueden seleccionar dos tipos
de disposición de las torres de refrigeración:
La figura 1b muestra una disposición en la que
las distintas torres de refrigeración están colocadas en dos
hileras paralelas entre sí. Esta disposición se conoce, por ejemplo,
del documento EP-641979. En esta disposición se
pueden originar fenómenos de interferencias en instalaciones de
refrigeración más grandes. Por esto se entiende que los vapores
salientes de las torres de refrigeración de una hilera son
absorbidos nuevamente por las torres de refrigeración de la otra
hilera. Esta interferencia se produce en menor o mayor medida en
dependencia de la dirección imperante del viento y aumenta la
temperatura del aire de refrigeración entrante y, por tanto, la
temperatura, a la que se va enfriar el agua. La interferencia se
tiene que tener en cuenta mediante una adaptación correspondiente a
la hora de configurar las distintas torres de refrigeración, lo que
provoca, por lo general, torres de refrigeración de mayor tamaño.
Además, entre las dos hileras se tiene que prever una distancia
mínima A que es aproximadamente el triple de la anchura B de la
parte húmeda. El uso de superficie es, por tanto, considerable.
Una alternativa es una disposición de las torres
de refrigeración según la representación de la figura 1c. Esta
disposición requiere menos espacio que la disposición de la figura
1b. Además, el efecto de interferencia es básicamente menor. No
obstante, la disposición según la figura 1c, en la que las torres de
refrigeración de distintas hileras se colocan por un lado común
directamente una contra otra, provoca que la entrada de aire para
cada torre de refrigeración se encuentre sólo en un lado. Esto
provoca que la altura de los orificios de entrada de aire se
duplique aproximadamente respecto a una entrada de aire a ambos
lados de la torre de refrigeración. Si la altura de la entrada de
aire en general, es decir, en la disposición simple según las
figuras 1a y 1b, es, por ejemplo, de 3 a 4 m, esta altura tiene que
ser de entre 6 y 8 m en la disposición según la figura 1c. Esto
provoca un aumento considerable de la altura constructiva de la
torre de refrigeración. Aumenta, además, la altura necesaria de
transporte para la bomba de agua que transporta el agua de
refrigeración a la torre de refrigeración, ya que el sistema de
distribución de agua se tiene que disponer también a un nivel
superior de forma análoga a la entrada superior de agua.
En la disposición según la figura 1c no sólo
aumentan los orificios de salida del aire. También hay que aumentar
la altura de los intercambiadores térmicos de la parte seca. Esto
puede provocar problemas hidráulicos, ya que a partir de una
determinada altura del intercambiador térmico se rompe
hidráulicamente la columna de líquido a ajustar aquí. Sin embargo,
en la disposición según la figura 1c resulta especialmente
desventajosa la mezcla no uniforme del aire, que sale tanto de la
parte seca como de la parte húmeda, dentro de la cámara común de
mezcla. El aire, que entra lateralmente del intercambiador térmico,
tiende a circular directamente hacia el ventilador aspirante,
dispuesto encima, sin que se produzcan efectos mayores de mezcla con
el aire sobresaturado que asciende de la parte húmeda. Para lograr
una mezcla suficiente en la cámara de mezcla, habría que tomar
medidas adicionales costosas, como el alargamiento de los tramos de
mezcla, la generación de una resistencia adicional delante del
ventilador o el montaje de canales de mezcla para guiar el aire
seco.
La invención tiene el objetivo de proponer una
disposición de torres híbridas de refrigeración que se caracteriza
por una demanda relativamente menor de espacio con una mezcla muy
buena entre el aire que sale de la parte húmeda y el que sale de la
parte seca.
Para conseguir este objetivo se propone en el
caso de una disposición con las características mencionadas al
principio que las torres de refrigeración estén dispuestas en dos
hileras básicamente paralelas entre sí, entre las que se encuentra
un espacio vacío, siendo la anchura del espacio vacío, medida entre
los lados dirigidos uno hacia otro de la parte húmeda, menor que el
triple de la anchura de la parte húmeda, y que en cada hilera
- -
- la entrada del aire ambiental en la parte seca se realice tanto por el lado del espacio vacío como por el lado exterior contrario y
- -
- la entrada del aire ambiental en la parte húmeda se realice exclusivamente por el lado exterior contrario al espacio vacío.
Según la invención, se sigue, por tanto, una vía
de solución que aprovecha en parte elementos de la disposición
conocida de torres de refrigeración según la figura 1b y en parte
también de elementos de la disposición, asimismo conocida, de
torres de refrigeración según la figura 1c. La mezcla de las
corrientes parciales, extremadamente insatisfactoria en la
disposición de la figura 1c, dentro de la cámara de mezcla se mejora
en gran medida, según la invención, al no realizarse ya
unilateralmente la entrada del aire ambiental en la parte seca, sino
por ambos lados. Este paso requiere, sin embargo, una separación de
las torres de refrigeración, colocadas directamente una contra otra
en la disposición según la figura 1c. En esta separación no se sigue
nuevamente la vía bosquejada en la figura 1b, en la que las hileras
de torres de refrigeración están separadas espacialmente una de
otra, pero la entrada del aire ambiental se realiza por ambos lados
respectivamente, no sólo en la parte seca, sino también en la parte
húmeda. En la disposición, según la invención, se sigue más bien la
vía, en la que la entrada del aire ambiental en la parte seca se
realiza tanto por el lado del espacio libre entre las hileras como
por el lado exterior contrario y la entrada del aire ambiental en la
parte húmeda, sin embargo, se realiza exclusivamente por el lado
exterior contrario al espacio libre. Con esta disposición van
asociados los siguientes efectos:
- 1)
- En la parte húmeda de la torre de refrigeración ya no se produce prácticamente ningún efecto de interferencia. Por tanto, no es necesario tampoco prever aumentos correspondientes en los datos del proyecto.
- 2)
- Únicamente en la parte seca se ha de considerar una cierta interferencia. Ésta influye, sin embargo, en el tamaño y, por tanto, en los costos de inversión de la torre de refrigeración básicamente menos que la interferencia a tener en cuenta en la parte húmeda.
- 3)
- La parte seca con entrada de aire por ambos lados funciona con una mezcla muy buena del aire seco y húmedo en la cámara de mezcla.
- 4)
- De la cantidad de aire de refrigeración, que aspira una torre híbrida de refrigeración, el 25% al 30% recae habitualmente en la parte seca. Como en el espacio libre entre las dos hileras no se realiza ninguna entrada de aire en la parte seca, la cantidad de aire aspirado se reduce también aquí, por tanto, a aproximadamente el 25% al 30% de la cantidad de aire que se aspiraría en caso de una entrada de aire en la parte húmeda por ambos lados. Por tanto, la anchura A, mostrada en la figura 1b, del espacio libre entre las dos hileras se puede reducir claramente. La anchura del espacio libre, medida entre los lados cerrados de la parte húmeda dirigidos uno hacia otro, es sólo una a dos veces la anchura de la parte húmeda.
Con una configuración de la invención se propone
que los orificios de entrada a ambos lados de la parte seca estén
dispuestos de forma simétrica. De este modo se mejora nuevamente la
mezcla de las corrientes de aire, que salen de la parte húmeda y de
la parte seca, dentro de la cámara de mezcla y, por tanto, se reduce
una vez más la tendencia a la generación de vapores densos de la
torre de refrigeración.
Se propone finalmente con la invención que el
tamaño de los orificios de salida, dispuestos en el lateral, esté
dimensionado de modo que, para cada torre de refrigeración, la
cantidad de aire ambiental que entre en la parte húmeda sea dos a
tres veces mayor que la cantidad de aire ambiental que entre en
total en la parte seca.
Otros detalles y ventajas de la invención se
explican a continuación con ayuda de los dibujos adjuntos.
Muestran:
Fig. 1a una torre híbrida de refrigeración con
una construcción perteneciente al estado de la técnica,
Fig. 1b una disposición, perteneciente asimismo
al estado de la técnica, de torres híbridas de refrigeración en dos
hileras,
Fig. 1c una disposición, perteneciente asimismo
al estado de la técnica, de torres híbridas de refrigeración en dos
hileras y
Fig. 2 una disposición de torres híbridas de
refrigeración en dos hileras en correspondencia con la
invención.
Las figuras 1a, 1b y 1c muestran disposiciones
conocidas de torres híbridas de refrigeración. Las torres de
refrigeración están compuestas por una parte húmeda 1, dispuesta
abajo, y una parte seca 2, dispuesta encima. Las torres de
refrigeración presentan habitualmente una superficie básica
rectangular o cuadrada. La parte húmeda 1 está compuesta, vista de
abajo hacia arriba, por un depósito colector 3 de agua, insertos 4
de refrigeración, así como dispositivos 5 para la distribución del
agua. En el caso de los dispositivos 5 de distribución de agua se
trata de toberas pulverizadoras, de las que sale el agua de
refrigeración que se ha de enfriar, cayendo ésta en cascada hacia
abajo, debido a su fuerza de gravedad, en la zona de los insertos 4
de refrigeración. Aquí se produce un intercambio directo de calor y
material con el aire de refrigeración que asciende a la vez. El
aire de refrigeración es aire ambiental que entra según las flechas
6 de entrada en la parte húmeda 1. A tal efecto, están previstos en
las paredes laterales 7 de la parte húmeda orificios 8 para la
entrada del aire ambiental, que se encuentran encima del depósito
colector 3, pero debajo de los insertos 4 de refrigeración.
La parte seca 2 está colocada sobre la parte
húmeda 1 descrita antes. La parte seca 2 se compone esencialmente
de intercambiadores térmicos 9, a través de los que circula el aire
ambiental, que entra asimismo lateralmente, en correspondencia con
las flechas 10 de entrada, produciéndose un intercambio indirecto de
calor con el agua que circula por los conductos.
El agua que se ha de enfriar llega primero desde
un conducto 11 de alimentación a los intercambiadores térmicos 9,
circula a través de estos en vertical, de abajo hacia arriba, y
llega a continuación a través de un conducto 13 de unión al
dispositivo 5 de distribución de agua, dispuesto de forma uniforme
en todo el plano de la torre de refrigeración. Los intercambiadores
térmicos 9 funcionan, por tanto, en corriente cruzada. El aire
calentado, que sale de la parte seca 2, llega a una cámara 14 de
mezcla, dispuesta en el centro. La cámara 14 de mezcla se encuentra
directamente sobre la parte húmeda 1, mediante lo que el aire, que
sale de la parte húmeda 1, entra por abajo en la cámara 14 de
mezcla y el aire, que sale de la parte seca 2, entra lateralmente en
la cámara 14 de mezcla. En la cámara 14 de mezcla se pueden
encontrar insertos 15 de remolino en forma de discos que favorecen
el efecto de mezcla. El aire, mezclado uniformemente, abandona la
torre de refrigeración por el ventilador aspirante 16 hacia
arriba.
En la disposición conocida según la figura 1b,
las torres híbridas de refrigeración están dispuestas en dos
hileras, lo que crea entre estas hileras un espacio vacío 17 con una
anchura A. Este espacio vacío tiene que presentar el tamaño
descrito antes para evitar efectos de interferencia, originándose
así una demanda muy grande de espacio en el caso de la disposición
según la figura 1b.
En la disposición, asimismo conocida, según la
figura 1c, esta demanda de espacio es básicamente menor, pero la
entrada sólo unilateral respectivamente en la parte húmeda y la
parte seca, en correspondencia con las flechas 6 y 10 de entrada,
provoca una mezcla insuficiente dentro de la cámara 14 de
mezcla.
La figura 2 muestra, por el contrario, una
disposición según la invención. Las torres híbridas de refrigeración
están dispuestas nuevamente en dos hileras, originándose un espacio
vacío 17 con una anchura A_{1}. La medida A_{1}, medida entre
las paredes laterales cerradas 7, dirigidas una hacia otra, de la
parte húmeda 1, es una o dos veces la anchura B de la parte húmeda
1. Los efectos perjudiciales de interferencia en la parte húmeda no
se pueden originar, ya que las paredes laterales 7, dirigidas hacia
el espacio libre 17, de las partes húmedas están cerradas y aquí no
puede entrar el aire. La entrada del aire ambiental en la parte
húmeda 1 se realiza más bien exclusivamente por el lado exterior
opuesto al espacio libre 17, según está simbolizado con las flechas
6 de entrada.
La entrada de la corriente en las partes secas 2
de las torres de refrigeración se produce, por el contrario, de
forma conocida por ambos lados, según está simbolizado con las
flechas 10 de entrada. De este modo y mediante una entrada
simétrica se logra una mezcla muy buena de las corrientes que salen
tanto de la parte húmeda como de la parte seca en la cámara común
14 de mezcla.
Se ha demostrado que la entrada unilateral del
aire en la parte húmeda 1 no representa ningún problema desde el
punto de vista reotécnico de los fluidos, ya que los insertos 4 de
refrigeración, dispuestos en la parte húmeda, provocan sin más una
pérdida de presión que ya distribuye muy uniformemente el aire
dentro de los insertos de refrigeración.
- 1
- Parte húmeda
- 2
- Parte seca
- 3
- Depósito colector
- 4
- Insertos de refrigeración
- 5
- Dispositivo de distribución de agua
- 6
- Flecha de entrada
- 7
- Pared lateral
- 8
- Orificio
- 9
- Intercambiador térmico
- 10
- Flecha de entrada
- 11
- Conducto de alimentación
- 12
- Orificio de entrada de la parte seca
- 13
- Conducto de unión
- 14
- Cámara de mezcla
- 15
- Insertos de remolino
- 16
- Ventilador aspirante
- 17
- Espacio vacío
- A
- Distancia
- A_{1}
- Distancia
- B
- Anchura de la torre de refrigeración
Claims (4)
1. Disposición de varias torres híbridas de
refrigeración que están compuestas en cada caso por:
- a)
- una parte húmeda (1) con dispositivos (5) de distribución de agua para el intercambio directo de calor entre el agua de refrigeración y el aire ambiental que entra lateralmente en la parte húmeda (1),
- b)
- una parte seca (2), dispuesta sobre la parte húmeda (1), con intercambiadores térmicos (9) para el intercambio indirecto de calor entre el agua de refrigeración y el aire ambiental que entra lateralmente en la parte seca (2),
- c)
- una cámara común (14) de mezcla para el aire que sale de la parte húmeda y el aire que sale de la parte seca,
caracterizada porque las
torres de refrigeración están dispuestas en dos hileras básicamente
paralelas entre sí, entre las que se encuentra un espacio vacío
(17), siendo la anchura del espacio vacío, medida entre los lados
dirigidos uno hacia otro de la parte húmeda, menor que el triple de
la anchura de la parte húmeda, y porque en cada hilera, la entrada
del aire ambiental en la parte seca (2) se realiza tanto por el lado
del espacio vacío (17) como por el lado exterior contrario y porque
en cada hilera la entrada del aire ambiental en la parte húmeda (1)
se realiza exclusivamente por el lado exterior contrario al espacio
vacío
(17).
2. Disposición según la reivindicación 1,
caracterizada porque los orificios (12) de entrada a ambos
lados de la parte seca (2) están dispuestos de forma simétrica.
3. Disposición según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, caracterizada porque la anchura (A_{1})
del espacio libre (17), medida entre los lados cerrados (7)
dirigidos uno hacia otro de la parte húmeda (1), es una a dos veces
la anchura (B) de la parte húmeda (1).
4. Disposición según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizada porque el tamaño de los orificios (8;
12) de entrada, dispuestos lateralmente, están dimensionados de modo
que, para cada torre de refrigeración, la cantidad de aire
ambiental que entra en la parte húmeda (1) es dos a tres veces mayor
que la cantidad de aire ambiental que entra en total en la parte
seca (2).
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