ES2354761T3 - Enfriador evaporativo y su empleo, así como un sistema de turbina de gas con un enfriador evaporativo. - Google Patents

Abstract

Enfriador evaporativo (2) para el enfriamiento de un flujo de gas, en particular de un flujo de aire, con una pluralidad de elementos de enfriamiento (12) dispuestos en un canal de flujo (6) que puedan admitir un líquido a evaporar o vaporizar, preferentemente agua, a través de un dispositivo de alimentación (16), caracterizado porque los elementos de enfriamiento (12) se conforman de una pluralidad de placas de enfriamiento cuyas superficies poseen un carácter hidrófilo, al menos, en un subsector determinado para la formación de una película de líquido.

Description

Enfriador evaporativo de acuerdo con el concepto general de la reivindicación 1 y su empleo, 5 así como un sistema de turbina de gas con un enfriador evaporativo. La patente USA-4556521 revela un enfriador evaporativo de esta clase.

La presente invención hace referencia a un enfriador evaporativo para el enfriamiento de un flujo de gas, en particular de un flujo de aire, con una pluralidad de elementos de enfriamiento dispuestos en un canal de flujo que pueden admitir un líquido a evaporar o vaporizar, preferentemente 10 agua, a través de un dispositivo de alimentación. Además, la presente invención hace referencia a un empleo de un enfriador evaporativo de esta clase, así como a un sistema de turbina de gas con un enfriador evaporativo.

El rendimiento de la transformación de energía en una turbina de gas y particularmente su capacidad, dependen, entre otros, de la temperatura de admisión del aire de combustión suministrado 15 mediante un comprensor de la cámara de combustión. Cuanto más reducida sea la temperatura del aire aspirado del ambiente, más elevado será generalmente el rendimiento del compresor. La capacidad total incrementada de la turbina de gas se atribuye a la densidad más elevada del aire de admisión más frío y, de esta manera, a los mayores caudales másicos de aire de enfriamiento que se puedan alcanzar. De esta manera, generalmente el rendimiento energético que se obtiene en los 20 meses de verano es notablemente más reducido que en invierno. Por consiguiente, mediante un enfriamiento del aire de admisión se puede incrementar considerablemente el rendimiento total y la capacidad total de una turbina de gas, también considerando la energía utilizada para el enfriamiento. Un efecto secundario positivo para el medio ambiente puede consistir también en la reducción de óxido nítrico y/o de emisiones de CO2. 25

En particular, en regiones o en emplazamientos en los que la humedad relativa del aire del ambiente es comparablemente más reducida, la temperatura del aire de admisión se puede reducir de manera proporcionalmente efectiva mediante el principio del enfriamiento por evaporación y, de esta manera, se incrementa el rendimiento y la capacidad de una turbina de gas. Mediante la pulverización o la distribución sobre superficies de gran magnitud, se evapora un líquido, convenientemente agua, 30 en aire seco y caliente en cantidades notables. La energía de evaporación requerida se extrae del aire del ambiente que se enfría como consecuencia de ello. Además, se obtienen diferencias de temperatura de 5 K a 20 K, dependiendo del sistema y del emplazamiento. Al mismo tiempo, incrementa el contenido de humedad del aire. Los costes de inversión para los sistemas de enfriamiento de esta clase no resultan irrelevantes, sin embargo, existen tiempos de amortización 35 característicos de 1 a 3 años, que han conducido a un empleo incrementado de dichos sistemas.

En contraste con una humidificación inmediata y directa del aire de admisión mediante el rociado de agua en el flujo de aire, por ejemplo, con la ayuda de una rejilla de rociado dispuesta antes de la entrada del compresor, en el enfriamiento por evaporación se recibe el agua mediante vaporización o evaporación adiabática del aire. De esta manera, se reduce notablemente el riesgo de 40 rociado excesivo o de sobresaturación con agua, en contraste con la humidificación del aire. El principio de enfriamiento por evaporación para la reducción de temperatura de admisión en una turbina de gas se efectúa y comercializa técnicamente, en general, en enfriadores por evaporación con elementos de enfriamiento en forma de panal que se encuentran, por ejemplo, antes o entre las etapas de un filtro de admisión para el aire frío. A tal efecto, a una cantidad de elementos de 45 enfriamiento o placas de enfriamiento, generalmente dispuestos perpendicularmente en forma de cascada, que eventualmente también se denominan placas de cascada o de caída, se les suministra agua desde arriba con la ayuda de un dispositivo alimentador apropiado (por ejemplo, rociado por aspersión o pulverización), de manera que el agua gotee, en lo posible, mediante la formación de una película de agua en el respectivo elemento o placa. 50

Además, el aire se conduce perpendicularmente (en la llamada corriente cruzada) en el interior de un canal de flujo limitado por una pluralidad de paredes de la carcasa. Una parte del agua que gotea se evapora o vaporiza mediante el aire de admisión que entra en el enfriador evaporativo, comparablemente más caliente, con lo que desciende la temperatura del flujo de aire que sale del aparato enfriador. El agua excedente no evaporada se recolecta en la base de la placa de 55 enfriamiento y, con la ayuda de una instalación de bombeo de baja presión, se bombea regresando al punto de partida, de manera que se obtiene, en conjunto, un circuito abierto de agua de enfriamiento en forma de cascada.

De manera similar al enfriador evaporativo se estructuran los denomiandos evaporadores moleculares por gravedad, en los que generalmente no resulta relevante el enfriamiento de un flujo de gas, sino que el objeto principal del diseño reside en la producción de vapor, y en los que generalmente una cantidad de placas o tubos de caída, alimentados con el agua a evaporar, se calientan desde el interior con un dispositivo de calefacción eléctrico. 5

Los elementos de enfriamiento o las placas de enfriamiento de un enfriador evaporativo convencional, frecuentemente se fabrican con acero inoxidable, a veces también con materiales, como por ejemplo, plásticos o materiales a base de celulosa, donde el agua suministrada a la superficie que se encuentra a disposición se distribuye incorrectamente y de manera no uniforme. En el caso que se deba utilizar toda la superficie del elemento de enfriamiento correspondiente para la evaporación, es 10 decir, para un enfriamiento efectivo del flujo de aire aspirado, de esta manera, se debe rociar por aspersión con un excedente de agua importante. Esto conduce a películas de agua relativamente gruesas. En el caso de películas de agua gruesas, se incrementa la probabilidad de que el agua sea arrastrada mediante el flujo de aire, y que lleguen gotas al alabeado de la turbina de gas (particularmente de su compresor), que puedan provocar efectos de desgaste indeseados. 15

Por lo tanto, en todos los enfriadores por evaporación o vaporización con circuito abierto de agua de refrigeración, resulta problemático en la práctica poder regular la cantidad de agua correcta de esta clase, dado que las gotas de agua no son arrastradas hacia el alabeado, aunque, sin embargo, se introduce una cantidad suficiente de agua en el enfriador evaporativo para garantizar un enfriamiento óptimo, en la medida de lo posible, del aire de admisión. A efectos de un diseño 20 conservador y basado en la seguridad, la cantidad de agua se regula de manera tal que se evite, de todas formas, un desgaste por el impacto contínuo de las gotas. El potencial teórico de refrigeración que se podría alcanzar, inevitablemente, no se logra, dado que la superficie de evaporación o vaporización no se aprovecha de una manera óptima.

Es objeto de la presente invención revelar un enfriador evaporativo de la clase mencionada 25 en la introducción, que en un régimen funcional no crítico y de fácil manipulación, logre un rendimiento particularmente elevado en relación con la evaporación o vaporización del líquido refrigerante conducido hacia él, y, de esta manera, aplique una acción refrigerante particularmente elevada en el medio circulante en forma de gas, en particular aire. Concretamente, el uso de un enfriador evaporativo de esta clase como enfriador de admisión para una turbina de gas, debe mantener 30 reducido el riesgo de desgaste para los componentes de la instalación conectados del lado del medio de circulación, particularmente para los álabes del compresor. Además, un sistema de turbina de gas que presente un enfriador evaporativo de esta clase, se debe exponer a un rendimiento particularmente elevado y a una capacidad total elevada.

En relación con el enfriador evaporativo, el objeto conforme a la presente invención se 35 resuelve, en tanto que la superficie, al menos, de uno de los elementos de enfriamiento posea un carácter hidrófilo duradero, al menos, en un subsector determinado para la formación de una película de líquido.

La presente invención parte de la consideración de que el líquido a evaporar o vaporizar, en particular agua, en la película de líquido que se forma sobre la superficie de los elementos de 40 enfriamiento, debe ser tan gruesa que, a pesar de la pérdida de líquido deseada, provocada por la evaporación o vaporización, no se produzca ninguna rotura de la película del líquido en toda la superficie humedecida. Esta rotura de la continuidad superficial de la película del líquido conduciría, en conjunto, a una disminución de la vaporización y, de esta manera, también a una reducción de la acción refrigerante que se pueda obtener. Por otra parte, la película de líquido tampoco debe ser más 45 gruesa que lo absolutamente necesario, con el fin de obtener una evaporación o vaporización efectiva. Esto resulta necesario particularmente en los enfriadores por evaporación que se utilizan para el enfriamiento del flujo de aire de admisión de una turbina de gas, para mantener lo más reducido posible el riesgo de un arrastre de las gotículas de líquido hacia el alabeado del compresor.

Para poder regular de manera simple y sin problemas esta clase de relaciones, también en el 50 caso de un rociado por aspersión o una alimentación no uniforme del líquido, la superficie de los elementos de enfriamiento o placas de enfriamiento, generalmente en forma de panal, se debe constituir de manera tal que se forme, en cierto modo por sí sola, una película de líquido particularmente homogénea y uniforme, mediante una clase específica de interacción de los cuerpos sólidos y líquidos, o que, al menos, se contribuya a la formación de una película de esta clase . 55 Además, se deben aprovechar en lo posible todas las superficies a disposición de los elementos de enfriamiento, es decir, que sean humedecidas por el líquido a evaporar.

De acuerdo con el concepto expuesto, la capacidad de humectación de los elementos de enfriamiento se mejora mediante una superficie acondicionada como hidrófila (captadora de agua o “atrayente al agua”) o modificada, al menos, en la zona de los sectores de humectación relevantes. El 60

tratamiento correspondiente de las superficies para la creación de la relación hidrófila, se denomina también hidrofilización. Esto ofrece como resultado, que una gota de líquido que entre en contacto con la superficie hidrófila, se extienda en forma de un disco plano o de un casquete esférico de gran superficie, o bien, en el caso de una disposición inclinada o perpendicular del respectivo elemento de enfriamiento, que gotee como una franja plana en dicho elemento y, de esta manera, se adhiera 5 particularmente bien a la superficie. Debido a dicha adhesividad óptima, se evita con seguridad un arrastre mediante la circulación de gas o de aire. Para obtener una humectación completa de la superficie de los elementos de enfriamiento, resulta necesario un excedente de agua notablemente más reducido, en contraste con una superficie no tratada o no modificada, que reduzca el grosor necesario de la película y, eventualmente, contribuya a reducir el peligro ante gotas de líquido que se 10 desprendan o que sean arrastradas.

Como medida cuantitativa para la hidrofilidad de las superficies tratadas de esta manera, puede ser útil el llamado ángulo de contacto, que forma una gota de líquido sobre la superficie del elemento de enfriamiento, con la misma superficie. En general, las superficies hidrófilas frente al agua, presentan ángulos de contacto que son menores a 90°. La superficie tratada del respectivo elemento 15 de enfriamiento posee preferentemente, sin embargo, un ángulo de contacto frente al agua de menos de 40° y, preferentemente, de menos de 20°, y particularmente preferido de menos de 10°. De manera ventajosa, el método de hidrofilización se selecciona de manera tal que el carácter hidrófilo de las superficies tratadas en el transcurso de la vida de servicio ulterior sea lo más duradera o prolongada posible, de manera que el ángulo de contacto regulado originalmente no se incremente o sólo de 20 manera insignificante.

De manera ventajosa, las superficies de todas las paredes y piezas montadas del enfriador evaporativo, que debido a una admisión de líquido favorecen a los procesos de evaporación o vaporización, se encuentran hidrofilizadas, independientemente de su estructura, de su disposición y orientación, y de su respectivo material base. Por ejemplo, además de los elementos de enfriamiento 25 en forma de panal colgados en el canal de flujo, también los sectores de pared interiores de la carcasa del enfriador que limitan el canal de flujo para el medio de circulación, pueden estar diseñados para una admisión de agua y, por consiguiente, pueden estar provistos de una superficie acondicionada como hidrófila.

En un acondicionamiento ventajoso, el respectivo elemento de enfriamiento comprende un 30 cuerpo base, por ejemplo, de un material metálico que, antes del montaje en el enfriador evaporativo o antes de su puesta en funcionamiento, se recubre con un revestimiento superficial hidrófilo mediante un método de revestimiento adecuado seleccionado.

Un primer método de revestimiento a efectuar, con resultados particularmente ventajosos, en particular ángulos de contacto muy reducidos frente al agua, es el llamado método sol-gel. 35

Bajo el concepto de "revestimiento sol-gel" se entiende, en primer lugar, en el marco de un llamado proceso sol-gel, un revestimiento aplicado sobre un material base (substrato) metálico, cerámico o también compuesto de material plástico. En un método sol-gel, generalmente en una primera etapa, se transforma una suspensión o dispersión coloidal de partículas de materia sólida de diámetros reducidos, generalmente 1 nm a alrededor de 100 nm (las llamadas nanopartículas), en un 40 disolvente acuoso u orgánico mediante una transición sol-gel (gelificación) a un estado de gel amorfo, nanoestructurado. En la transformación sol-gel, se obtiene una reticulación tridimensional de las nanopartículas en el disolvente, con que el gel conserva las características de un cuerpo sólido. A continuación, en una segunda etapa, el gel o bien, la capa de gel aplicada sobre el material base, se endurece mediante un tratamiento térmico o por medios fotoquímicos (sinterizado), y, por 45 consiguiente, se transforma en un material o bien, en un revestimiento estable y resistente con características cerámicas o vítreas.

Como materiales de partida (los llamados precursores) para la fabricación de la solución de revestimiento coloidal, también denominada sol, se utilizan, por ejemplo, tetraetoxisilano, tetrametilortosilicato, silicato sódico o éter glicólico, así como otros polímeros organometálicos 50 diferentes, en particular óxido metálico y/o éter metálico.

Mediante la adición de moléculas orgánicas adicionales con diferentes grupos funcionales, y/o mediante la añadidura de micropartículas inorgánicas y/o de nanopartículas, las características químicas y físicas del posterior revestimiento influyen de manera favorablemente controlable y selectiva, de diversas maneras con un objetivo definido. 55

En el caso de la aplicación aquí descrita, la fabricación de un revestimiento con una superficie lo más hidrófila posible, es un objeto de diseño determinante en la selección del precursor para la solución coloidal. Los objetos secundarios pueden ser, por ejemplo, una óptima durabilidad sobre el substrato, una elevada resistencia al rayado, una elevada resistencia a las altas temperaturas, o el

logro de una óptima protección anticorrosiva para el substrato, generalmente metálico, recubierto por el revestimiento.

El coloide sol, fabricado generalmente bajo una pluralidad de reacciones de polimerización o de hidrólisis, se aplica sobre el substrato, por ejemplo, mediante rociado, inmersión o por lanzamiento. Para el revestimiento de una superficie mayor, de extensión plana, se emplea preferentemente el 5 método llamado Dip-Coating. Además, el substrato por revestir, aquí en particular el elemento de enfriamiento correspondiente, se sumerge en el coloide sol y se extrae nuevamente a una velocidad constante, de manera tal que una película líquida de sol permanezca adherida sobre la superficie del substrato. La película líquida de sol se transforma, después de un secado breve, en una película de gel más o menos sólida que después se somete, por ejemplo, a un tratamiento térmico posterior bajo 10 una atmósfera oxigenada (aire). En el caso de temperaturas de hasta alrededor de 400 °C, se descomponen los componentes orgánicos de los polímeros organometálicos y se escapan esencialmente en forma de dióxido de carbono y agua. La película de óxido metálico que permanece amorfa y nanoporosa, se comienza a sinterizar a temperaturas sobre los 500 °C. Al mismo tiempo, se producen la nucleación y el crecimiento de cristales, de manera que de la película de gel amorfa y 15 porosa se origine una película nanocristalina, gruesa y de cerámica oxidada.

La composición química del coloide sol, las condiciones de deposición de la capa (por ejemplo, velocidad de extracción), así como los parámetros del tratamiento térmico (velocidad de calentamiento, temperatura, tiempo de reposo) presentan una influencia considerable sobre las características de la capa y se regulan de acuerdo con los objetos planificados, ya explicados 20 anteriormente. Debido a la formación de los enlaces covalentes entre la capa y el substrato, se obtienen valores de adhesión elevados, que resultan favorables para una capacidad de duración prolongada y para una estabilidad mecánica del revestimiento. Alternativamente o adicionalmente a las capas de sol-gel esencialmente de cerámica oxidada, se pueden utilizar también capas híbridas orgánicas e inorgánicas, con las que se puedan obtener, en general, grosores mayores de capas y 25 valores de ductilidad más elevados. En determinados casos, las temperaturas de tratamiento pueden encontrarse también claramente por debajo de los 300 °C. Alternativa o adicionalmente al tratamiento térmico, se puede preveer un endurecimiento con luz ultravioleta o con luz visible.

Alternativamente a un método de sol-gel, también se pueden emplear otros métodos de revestimiento o tratamiento para la hidrofilización de las superficies de evaporación o vaporización, 30 que sean parcialmente más sencillos de aplicar, que ocasionen costes menores o bien, que conduzcan a un proceso de liberación más reducido de los productos derivados, como por ejemplo, disolventes.

Por ejemplo, se puede preveer que sobre un cuerpo base de un elemento de enfriamiento se aplique una capa de un esmalte químico apropiado por vía húmeda y que, de esta manera, se pueda 35 crear la superficie hidrófila deseada. En este contexto resultan concebibles, por ejemplo, los esmaltes de acrilato o esmaltes a base de resinas de poliéster, polisiloxanos, resinas epoxi, poliuretanos o polisilazanos. La polaridad de la superficie es requisito para la hidrofilidad y, de esta manera, para una óptima capacidad de humectación mediante el agua. Los grupos polares en resinas para esmaltes contribuyen al incremento de la energía de la superficie y, de esta manera, a una mejor capacidad de 40 humectación de la superficie mediante el agua. Las aproximaciones para la fabricación de esmaltes hidrófilos se basan en la integración de grupos químicos correspondientes, como por ejemplo, -OH, -COOH, -NH2, -SH. Por otra parte, se puede preparar un esmalte con carácter hidrófilo mediante el añadido de partículas de material de relleno especiales, en particular Aerosil hidrófilo. Los detalles correspondientes ya son conocidos por el especialista de otros usos y campos de aplicación de esta 45 clase de esmaltes, a los que pertenecen, por ejemplo, los revestimientos antivaho de gafas, de cristales de reflectores de luz y visores de cascos. Además, con los revestimientos hidrófilos de esta clase, se proveen, por ejemplo, determinados productos medico-técnicos.

Otra posibilidad para la producción de las características deseadas de las superficies, ofrece el método de otra clase que consiste en el revestimiento de plasma atmosférico o al vacío. Mediante la 50 llamada deposición química en fase de vapor o Chemical Vapour Deposition (CVD), los enlaces reactivos de silano se pueden deponer en forma de una capa sobre las superficies. Además, la deposición de los componentes de material sólido se produce debido a una reacción química de la fase gaseosa en la superficie calentada del substrato. Cuando se utilizan precursores de sílice correspondientes, se pueden realizar, por consiguiente, también capas hidrófilas. La deposición se 55 puede producir, ya sea en el plasma de baja presión, así como bajo condiciones atmosféricas. Esta clase de métodos se utilizan actualmente, asimismo, en el sector del revestimiento antivaho o bien, en aplicaciones médicas. Mediante la llamada deposición física en fase de vapor o Physical Vapour Deposition (PVD), las capas se pueden deponer también ante condiciones al vacío, en particular, capas metálicas u organometálicas sobre los substratos de material plástico, que conduzcan a un 60 incremento de la energía de las superficies y, de esta manera, originen una mejora de la capacidad de

humectación del substrato. A diferencia del método CVD, en el método PVD la capa se forma directamente mediante condensación de un vapor del material de partida.

Otra posibilidad para la modificación enfocada hacia las características de las superficies de un material, en particular para el incremento de la energía de las superficies y para la hidrofilización, la ofrece el conocido revestimiento pirolítico o deposición pirolítica de una capa de silicato amorfa, 5 altamente reticulada, sobre el material del substrato mediante gases inflamables que contienen silano. Además, la superficie a tratar se conduce a través de la zona oxidante de una llama de gas, a la que anteriormente se ha dosificado definidamente una sustancia que contiene silicio, un llamado precursor. Las capas de silicato basadas en dicho método, presentan generalmente un grosor de entre 20 nm y 40 nm y, como consecuencia, una hidrofilización elevada de la superficie. 10

Además, existen diferentes métodos que se pueden resumir bajo el concepto general de “oxidación física”, y que, mediante la oxidación obtenida de las superficies, incrementen la fracción polar de energía de las superficies y, por consiguiente, favorezcan a la capacidad de humectación mediante agua. En este sentido, presentan una acción oxidante, por ejemplo, los plasmas reactivos, como en el caso del tratamiento con plasma en presencia de oxígeno, argón o aire. Dichos procesos 15 se pueden efectuar tanto al vacío como bajo condiciones atmosféricas. En el método que corresponde también al grupo de la oxidación física de la descarga de corona o tratamiento de corona, como resulta habitual en la actualidad, por ejemplo, en la tecnología de plásticos para la mejora de la imprimibilidad y la adhesividad de las láminas de material plástico, el substrato se somete a una descarga eléctrica, donde se ioniza un gas que rodea a los electrodos y al substrato, por ejemplo, aire. 20 El tratamiento de llama es también un método para la oxidación de superficies de material plástico, con que se pueden preparar las características hidrófilas. Por el contrario, la oxidación electrolítica es adecuada principalmente para la modificación de superficies de aluminio.

También mediante el tratamiento con líquidos altamente oxidantes, como por ejemplo, con peróxido de hidrógeno, o con gases altamente oxidantes, por ejemplo, con ozono, se puede 25 incrementar la polaridad y, de esta manera, la hidrofilidad de las superficies. Actualmente se conoce, por ejemplo, la ozonización o bien, la fluoración en el sector de la tecnología de plásticos, por ejemplo, en la tecnología de láminas, así como en el tratamiento de los tanques de combustible de material plástico. Dicha clase de métodos se puede resumir bajo la denominación de “oxidación química”.

Finalmente, se puede preveer también, que en un elemento de enfriamiento de un enfriador 30 evaporativo, se preparen las características hidrófilas deseadas de las superficies mediante decapado, mordentado o fosfatación de las superficies. Por decapado, que sirve actualmente en primer lugar para retirar impurezas como óxido, cascarillas, etc., se entiende el tratamiento de superficies metálicas con ácidos, por ejemplo, con ácido clorhídrico, ácido sulfúrico o ácido nítrico (decapado ácido), o bien, con lejías como, por ejemplo, lejía sódica (decapado alcalino). En la fosfatación, los substratos 35 metálicos se tratan con una solución acuosa de fosfato. Además, sobre la superficie de metal se originan, mediante reacciones químicas, capas de conversión inorgánicas que presentan efectos anticorrosivos y se pueden revestir fácilmente, es decir, como hidrófilas.

Las ventajas obtenidas mediante la presente invención, consisten particularmente en que, debido a una mejor capacidad de humectación, se obtiene un incremento o bien, un aprovechamiento 40 eficiente de las superficies activas de transmisión térmica, mediante el tratamiento de superficies y la hidrofilización de los elementos de enfriamiento y las piezas montadas provistas en un enfriador evaporativo para la evaporación o vaporización de líquido, en particular de placas de enfriamiento en forma de panal. En el empleo de un enfriador evaporativo de esta clase, para el enfriamiento de un flujo de gas, por ejemplo, en un enfriador de admisión de una turbina de gas, de esta manera, se 45 puede obtener una acción refrigerante particularmente elevada, en el caso de un suministro de líquido comparablemente más moderado. Al mismo tiempo, se evita o se suprime en gran parte un arrastre de las gotas de líquido mediante el flujo de gas, con que se reduce, por ejemplo, un riesgo de corrosión y desgaste para un motor térmico alternativo conectado al enfriador evaporativo o una máquina térmica hidrodinámica, en particular una turbina de gas. Mediante el rendimiento elevado del enfriador de 50 admisión, también se incrementa el rendimiento y la capacidad de la turbina de gas que le sigue.

Otra ventaja del concepto aquí presentado consiste en que, debido a un mejor aprovechamiento de la superficie, la profundidad útil para el enfriador evaporativo, en el caso de una capacidad de refrigeración igual, pueda resultar menor que hasta el momento. Debido a la profundidad útil reducida, se puede obtener una ejecución compacta de la carcasa y, por consiguiente, una 55 reducción de los costes de fabricación. Además, en el recorrido de admisión se regula una pérdida de presión menor que la ofrecida hasta el momento.

El concepto de la hidrofilización de superficies de evaporación o de vaporización, se puede utilizar de manera ventajosa, también en los evaporadores moleculares por gravedad, para el incremento del rendimiento, cuyo objeto primario no consista en el enfriamiento de un flujo de gas, 60

sino que consista en la producción del mismo vapor, por ejemplo, en la ingeniería de procesos de destilación de mezclas líquidas etc. En lugar del calentamiento mediante un flujo de gas caliente, adicionalmente, se podría preveer en este caso, por ejemplo, también un calentamiento eléctrico de las placas o tubos de caída.

Se explica en detalle un ejemplo de ejecución de la presente invención de acuerdo con un 5 dibujo. En dicho dibujo se muestra una vista en corte parcial de un enfriador evaporativo.

El enfriador evaporativo 2, representado en la figura, sirve como enfriador de admisión para el enfriamiento del aire aspirado del ambiente y suministrado a un compresor, aquí no representado, de una turbina de gas. Además, presenta un canal de flujo 6 rodeado por una carcasa cerrada 4, con una admisión de aire 8 y una salida de aire 10, en el que se encuentran dispuestos una pluralidad de 10 elementos de enfriamiento 12 o placas de enfriamiento que se reúnen en grupos o módulos refrigerantes. Los elementos de enfriamiento planos 12 se encuentran orientados vertical y paralelamente a la dirección de circulación 14 del flujo de aire aplicado en funcionamiento, y pueden admitir agua a través de un dispositivo de alimentación 16 dispuesto en la zona de la tapa de la carcasa 4 o en la parte superior del elemento de enfriamiento correspondiente 12. De esta manera, se 15 forma durante el funcionamiento, tanto en la “parte delantera” como en la “parte trasera” del respectivo elemento de enfriamiento 12, una película de agua que gotea hacia abajo, a través de la cual circula el aire de admisión conducido por el canal de flujo 6, pasando por encima. De acuerdo con el principio del enfriamiento por evaporación, se evapora o vaporiza, además, una porción del agua que gotea, con que, por una parte, la humedad relativa del flujo de aire se incrementa y, por otra parte, su 20 temperatura desciende. La porción no evaporada del agua que gotea por los elementos de enfriamiento 12, se recoge en la zona de la base en un dispositivo colector, aquí no representado, y a continuación se conduce nuevamente al dispositivo de alimentación 16, en forma de un circuito abierto con una bomba no representada, donde la pérdida de líquido condicionada por la evaporación, se equilibra en el circuito mediante el suministro de agua dulce, preferentemente agua común de cañería. 25

El efecto refrigerante que se puede obtener será mayor, en tanto que el aire (del ambiente) introducido en el enfriador de evaporación 2 sea más seco. Por otra parte, para un rendimiento elevado, se deben aprovechar en lo posible todas las superficies a disposición de los elementos de enfriamiento 12 como superficies de evaporación, donde la película de agua, a pesar de la evaporación deseada, no debe sufrir ruptura alguna en ningún lugar de su superficie. Por otra parte, la 30 cantidad de agua suministrada por unidad de tiempo se debe mantener lo más reducida posible, de manera que no se desprendan gotas de agua de los elementos refrigerantes 12 que, por lo demás, podrían ser arrastradas a través del flujo de aire hacia el alabeado de compresor conectado al enfriador evaporativo 2, y allí podrían ocasionar daños relacionados a la desgaste.

Para relacionar mejor entre sí dichos objetos de diseño opuestos, los elementos de 35 enfriamiento 12 del presente enfriador evaporativo 2 están fabricados mediante un revestimiento sol-gel aplicado sobre la superficie del material base, aquí en el ejemplo de ejecución un acero inoxidable, para obtener una capacidad de humectación particularmente buena con el líquido refrigerante, en particular agua. Particularmente, en el caso de condiciones de funcionamiento normal o estándar, por ejemplo, a una temperatura de admisión del aire de 15 °C y ante una presión atmosférica de 1013 40 mbar, el ángulo de contacto frente al agua alcanza menos de 40°, preferentemente menos de 20° o incluso menos de 10°. El revestimiento hidrófilo provoca una distribución particularmente uniforme del agua sobre la superficie de los elementos de enfriamiento 12, también ante un suministro de cantidades de agua relativamente reducidas. Se favorece a la formación de películas relativamente delgadas y homogéneas de agua, también en el caso de un rociado no uniforme y de un rendimiento 45 de evaporación o vaporización elevado, y al mismo tiempo, se reduce el riesgo de que las gotas de agua sean arrastradas mediante el flujo de aire.

De acuerdo con las ejecuciones anteriores, se entiende que el revestimiento sol-gel reemplaza, por ejemplo, a una variedad de otros métodos, con los que se puede obtener una hidrofilización de las superficies, relevantes para la evaporación, de los elementos de enfriamiento 12. 50 Además, particularmente cuentan también el revestimiento con esmaltes hidrófilos químicos por vía húmeda, el revestimiento de plasma, el revestimiento pirolítico, la oxidación física y la oxidación química de las superficies, así como el decapado químico y el mordentado con ácidos o lejías. La selección de un método de hidrofilización particularmente adecuado se orienta, naturalmente, de acuerdo con el material base que se utilice para fabricar los elementos de enfriamiento 12, aunque 55 también de acuerdo con otros aspectos, como por ejemplo, dificultad de fabricación y costes, durabilidad del revestimiento o bien, de las superficies modificadas bajo condiciones de funcionamiento, etc. Los métodos particularmente preferidos son los que no requieren de equipos de vacío y, por lo tanto, que se puedan emplear de manera flexible y localizada, es decir, en el emplazamiento deseado. 60

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES
2. 1. Enfriador evaporativo (2) para el enfriamiento de un flujo de gas, en particular de un flujo de aire, con una pluralidad de elementos de enfriamiento (12) dispuestos en un canal de flujo (6) que puedan admitir un líquido a evaporar o vaporizar, preferentemente agua, a través de un dispositivo de alimentación (16), caracterizado porque los elementos de enfriamiento (12) se conforman de una 5 pluralidad de placas de enfriamiento cuyas superficies poseen un carácter hidrófilo, al menos, en un subsector determinado para la formación de una película de líquido.
3. 2. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con la reivindicación 1, donde las placas de enfriamiento se encuentran dispuestas perpendicularmente y en forma de cascada.
4. 3. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, donde el ángulo de 10 contacto de la superficie hidrófila frente al agua asciende a menos de 20° y, preferentemente, a menos de 10°.
5. 4. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 3, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) comprende un cuerpo base que presenta un recubrimiento superficial hidrófilo. 15
6. 5. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una capa superficial hidrófila producida de acuerdo con el método sol-gel.
7. 6. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una 20 capa superficial hidrófila producida mediante la aplicación de un esmalte químico por vía húmeda.
8. 7. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una capa superficial hidrófila producida mediante revestimiento de plasma.
9. 8. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en que, al 25 menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una capa superficial hidrófila producida mediante revestimiento pirolítico.
10. 9. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base con una superficie hidrofilizada mediante oxidación física, en particular mediante un tratamiento de plasma atmosférico o 30 al vacío, mediante oxidación electrolítica, mediante descarga de corona o mediante tratamiento de llama.
11. 10. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base con una superficie hidrofilizada mediante oxidación química, en particular con ozono, peróxido de hidrógeno o flúor como 35 agentes oxidantes.
12. 11. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base con una superficie hidrofilizada mediante mordentado o decapado con un ácido o con una lejía.
13. 12. Empleo de un enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 40 11, como un enfriador de admisión para el enfriamiento del aire de combustión o de admisión suministrado de un motor térmico alternativo o de una máquina hidrodinámica térmica, en particular de una turbina de gas.
14. 13. Sistema de turbina de gas con un compresor, una cámara de combustión y una turbina de gas, donde al compresor se antepone un enfriador evaporativo (2), del lado de admisión, de acuerdo 45 con una de las reivindicaciones 1 a 11.

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