ES2844210T3 - Convector combinado - Google Patents

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ES2844210T3 ES15732366T ES15732366T ES2844210T3 ES 2844210 T3 ES2844210 T3 ES 2844210T3 ES 15732366 T ES15732366 T ES 15732366T ES 15732366 T ES15732366 T ES 15732366T ES 2844210 T3 ES2844210 T3 ES 2844210T3
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Abstract

Un convector (10) para enfriamiento de aire de un fluido que fluye en una tubería, que comprende: - una ruta para un flujo de aire de enfriamiento (A) que comprende una entrada (15A) desde y una salida (16A) hacia el entorno, - una sección de intercambio de calor que comprende al menos un paquete (18) de tubos que define una superficie de intercambio de calor, dicha sección se proporciona en dicha ruta para el flujo de aire (A), - medios (17) de ventilador que producen dicho flujo de aire (A) a lo largo de dicha ruta, de tal manera que dicho flujo de aire (A) emplea externamente dicho paquete (18) de tubos sobre dicha superficie de intercambio de calor, - una sección de humidificación (D) dispuesta en dicha ruta, corriente arriba de dicha sección de intercambio de calor, donde el agua se atomiza para ser empleada por el flujo de aire (A), en la que dicho al menos un paquete (18) de tubos se proporciona de forma adecuada con un lado (18A) de ingreso para que el fluido que se va a enfriar entre en al menos un paquete (18) de tubos, y con un lado (18B) de salida, diferente del ingreso, para que el fluido salga de al menos un paquete (18) de tubos, de tal manera que el fluido de enfriamiento es capaz de tener una dirección de flujo general desde el lado de ingreso hasta el lado de salida, dicho convector (10) comprende un dispositivo (24) de humectación para humedecer directamente con agua una porción de la superficie de intercambio de calor de dicho al menos un paquete (18) de tubos para enfriar adicionalmente dicha porción de dicho al menos un paquete (18) de tubos, caracterizado porque dicho dispositivo (24) de humectación comprende medios de ajuste para regular el ancho humectable de dicha porción de superficie de intercambio de calor, de tal manera que dicha porción se puede humedecer desde una dimensión mínima o nula hasta una dimensión máxima diferente de la dimensión general de dicha superficie de intercambio de calor de al menos un haz de tubos, en el que dicho dispositivo de humectación comprende una pluralidad de boquillas conectada operativamente a un sistema (27) hidráulico y dirigida para humedecer dicha porción de dicho al menos un paquete (18) de tubos, cada boquilla (26) es adecuada para humedecer una respectiva parte de dicha superficie de intercambio de calor de al menos un paquete (18) de tubos y en el que dichos medios de ajuste para regular el ancho humectable comprenden válvulas (28) para interceptar selectivamente el agua que fluye hacia dichas boquillas (26).

Description

DESCRIPCIÓN
Convector combinado
Campo técnico
La presente invención se refiere a un convector para el enfriamiento de aire de un fluido que fluye por una tubería. Estado de la técnica
En la actualidad, los convectores utilizados para el enfriamiento de fluidos de proceso, también denominados enfriadores, se pueden subdividir en los siguientes tipos, de acuerdo con los diferentes modos de funcionamiento: i) enfriadores secos, ii) evaporativos y iii) adiabáticos.
Los enfriadores secos son enfriadores de aire, es decir, intercambiadores de calor con haz de tubos, en los que el fluido del proceso fluye dentro de tubos con aletas y se enfría mediante aire que, forzado por uno o más ventiladores, fluye a temperatura ambiente, sin consumo de agua de red. La capacidad de enfriamiento de estos enfriadores depende de la diferencia de temperatura entre el aire y el fluido, así como del flujo de aire. La temperatura a la que el fluido del proceso sale del convector está limitada por la temperatura de termómetro seco del aire ambiente.
Los enfriadores evaporativos son enfriadores de aire, es decir, intercambiadores de calor con haz de tubos con aletas, en los que una rampa de boquilla atomiza, bajo alta presión, el agua proveniente de una fuente externa, para hacerla evaporar directamente sobre las aletas de la batería de enfriamiento de fluido.
La temperatura a la que el fluido de proceso sale del convector está limitada por la temperatura de termómetro húmedo del aire. Los enfriadores evaporativos tienen un alto rendimiento en términos de capacidad de enfriamiento y temperatura a la que el fluido del proceso sale del convector. Sin embargo, estos enfriadores están sujetos a algunos problemas como depósitos y/o corrosión, que degradan rápidamente el rendimiento de los enfriadores y requieren un mantenimiento costoso; de hecho, el agua que se evapora deja, sobre el haz de tubos y sobre las aletas, su contenido de sal, generalmente cal y otras sales.
Para superar estos problemas y aumentar la vida útil del sistema, es posible tratar de manera preventiva el agua suministrada a la rampa de boquillas para ablandarla, lo que sin embargo implica altos costes y riesgo de corrosión. Más aún, también subsisten problemas vinculados con la dispersión en el aire de los pulverizadores que podrían suponer un riesgo de infecciones letales para las personas (por ejemplo, enfermedad del Legionario).
Los enfriadores adiabáticos son enfriadores de aire, es decir, intercambiadores de calor con haz de tubos con aletas, en los que el flujo de aire, antes de pasar a través de la batería de enfriamiento, se humedece pasando a través de un paquete de filtros húmedos de agua o, preferiblemente, a través de una cámara cerrada, como la cámara adiabática, como se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente WO2007/015281.
La principal ventaja de los enfriadores adiabáticos con respecto a los enfriadores evaporativos es que no es necesario ablandar el agua de red utilizada para humedecer el aire que ingresa a la batería: de hecho, los paquetes humidificadores también actúan como separadores de gotas, absorbiendo el agua e impidiendo que el agua alcance las aletas de la batería de enfriamiento.
Un límite de los enfriadores adiabáticos es que, dada la misma capacidad de enfriamiento, el consumo de agua es mayor (significativamente mayor en sistemas sin cámara adiabática): el agua que no se evapora dentro del flujo de aire cae dentro de un recipiente de recolección; luego, se puede descargar y no recuperar, o se puede recuperar en un tanque de acumulación y luego volver a suministrar a los paquetes humidificadores; sin embargo, en sistemas con recuperación de agua es necesario realizar el llamado vaciado, es decir, es necesario descargar un cierto porcentaje de agua de recirculación para evitar un aumento continuo del contenido de sal como en una torre evaporativa habitual. La temperatura a la que sale el fluido del convector está limitada por la temperatura de termómetro húmedo del aire, así como por la eficiencia del sistema de humidificación adiabático, que a su vez depende de la diferencia de temperatura entre el aire humedecido y el fluido que se va a enfriar, así como sobre el flujo de aire.
La Figura 1 muestra el perfil de temperatura del fluido del proceso (F) y el aire (A) dentro del intercambiador de un convector adiabático: sobre el eje x se indica el porcentaje de superficie de intercambio del haz de tubos con aletas (en el que I indica la entrada de fluido en el haz de tubos con aletas, U indica la salida de fluido desde el haz de tubos con aletas); sobre el eje y se indican las temperaturas del fluido del proceso y el aire (en las que Ts indica la temperatura a la que sale el fluido del proceso); el diagrama muestra la disminución de temperatura K del aire que ingresa al haz de tubos con aletas, que se debe a la humidificación: la temperatura pasa desde la temperatura ambiente (Ta) - por ejemplo 35 °C en climas cálidos - hasta una temperatura más alta, en pocos grados, que la temperatura del termómetro húmedo (Wb), por ejemplo 30 °C. La temperatura del aire (A) que atraviesa transversalmente la batería se muestra como constante para simplificar el diagrama. En realidad, la temperatura del aire A obviamente aumenta al pasar a través del paquete con aletas.
Los documentos de patente WO2005/005905, DE2421067, DE1051296, EP2397805 y CH692759 divulgan adicionalmente ejemplos de convectores.
Objeto y resumen de la invención
Un objeto de la presente invención es superar los límites de los convectores o enfriadores conocidos.
Más en particular, un objeto importante de la presente invención es proporcionar un convector para enfriar por aire un fluido que fluye en una tubería, adecuado para hacer que el fluido de proceso alcance temperaturas bajas con un consumo de agua reducido con respecto a los enfriadores evaporativos.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un convector, cuya batería de enfriamiento tenga una larga vida.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un convector que sea muy fiable y fácil de mantener. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un convector sin ablandamiento del agua de red.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un convector que, dada la misma capacidad de enfriamiento, tenga mayor rendimiento de intercambio de calor, mayor eficiencia y menor consumo.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un convector que tenga una estructura modular que permita expandir fácilmente la capacidad de enfriamiento.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un convector que permita recuperar el exceso de agua. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un convector sin dispersión en el aire de pulverizadores de aire/agua.
Estos y otros objetos, que se describirán mejor a continuación, se consiguen mediante un convector para el enfriamiento de aire de un fluido que fluye por una tubería, de acuerdo con la reivindicación 1 a continuación.
Por ejemplo, el convector de acuerdo con la reivindicación 1 comprende:
- al menos una ruta para un flujo de aire de enfriamiento que comprende una entrada desde y una salida hacia el entorno,
- al menos una sección de intercambio de calor que comprende al menos un haz de tubos que define una superficie de intercambio de calor, esta sección se proporciona en dicha ruta para el flujo de aire de enfriamiento,
- medios de ventilador que producen el flujo de aire a lo largo de esta al menos una ruta, de tal manera que el flujo de aire emplea externamente el haz de tubos sobre la superficie de intercambio de calor,
- al menos una sección de humidificación dispuesta en la ruta de flujo de aire, corriente arriba de la sección de intercambio de calor, donde el agua se atomiza para ser empleada por el flujo de aire.
El convector comprende un dispositivo de humectación para humedecer directamente con agua una porción de la superficie de intercambio de calor del haz de tubos para enfriar adicionalmente esta porción del haz de tubos.
“Proceso industrial” significa una planta o maquinaria que requiere disipación de calor por medio de un fluido, tal como una planta de procesamiento de plásticos, una estación oleodinámica, un condensador para refrigeradores enfriados por agua, etcétera.
“Fluido de proceso” significa, por ejemplo, un líquido, como agua o mezclas de agua y anticongelante.
“Haz de tubos” o “haz de tubos con aletas” o “paquete con aletas” o “batería” o “batería con aletas” significa un sistema de intercambio de calor conocido que tiene tubos, dentro de los cuales fluye el fluido del proceso rodeado por estructuras superficiales adecuadas para aumentar la superficie de intercambio de calor, como aletas (u otras estructuras equivalentes) para el intercambio de calor con el aire que emplea externamente el haz de tubos (tubos y aletas). Por ejemplo, el haz de tubos puede estar compuesto por una o más baterías, o paquetes con aletas, conectados en serie y/o en paralelo.
“Superficie de intercambio” significa la superficie de intercambio general del haz de tubos, es decir, de una o más baterías o paquetes con aletas conectados en serie y/o en paralelo de manera indiferente.
La sección de humidificación preferiblemente proporciona una cámara adiabática, o sustancialmente adiabática, donde se atomiza agua para ser empleada por el flujo de aire que luego alcanza el haz de tubos.
El haz de tubos se proporciona de forma adecuada con un lado de ingreso, para que el fluido que se va a enfriar entre en el haz de tubos, y con un lado de salida, diferente del ingreso, para que el fluido salga del haz de tubos, de tal manera que el fluido de enfriamiento tenga una dirección de flujo general desde el lado de ingreso hasta el lado de salida.
De forma adecuada, con referencia a esta dirección de flujo general, la porción de superficie de intercambio de calor del haz de tubos que se puede humedecer por este dispositivo es la parte de extremo del haz de tubos. Por lo tanto, el dispositivo se dispone preferiblemente sustancialmente a lo largo de la parte de extremo del haz de tubos, es decir hacia el lado de salida para el fluido del proceso.
El haz de tubos tiene preferiblemente tubos o conductos, en los que el fluido fluye, compuesto por segmentos que están todos dirigidos desde el lado de ingreso hacia el lado de salida del haz de tubos (estos tubos son preferiblemente rectilíneos).
Prácticamente, el haz de tubos o paquete o batería con aletas, o la combinación de paquetes y baterías con aletas, son de un solo pasaje, y el fluido fluye en el haz de tubos en una sola dirección, desde la entrada del proceso hacia la salida. Prácticamente, la superficie de intercambio de calor aumenta desde el ingreso del fluido hasta la salida del fluido del haz de tubos; este aumento es progresivo en una dirección determinada del haz de tubos, desde el lado de ingreso hacia el lado de salida opuesto.
La temperatura requerida para el fluido de proceso se alcanza sobre el lado de salida del haz de tubos.
De acuerdo con esta invención, el dispositivo de humectación para humedecer directamente con agua una porción de la superficie de intercambio de calor del haz de tubos comprende medios de ajuste para regular el ancho humectable de esta porción, de tal manera que esta porción se puede humedecer desde una dimensión mínima o nula hasta una dimensión máxima diferente de la dimensión general de la superficie de intercambio de calor del haz de tubos. Prácticamente, es posible regular cuánto se debe humedecer la superficie de intercambio de calor, adecuadamente cerca de la porción final de la misma, enfriar el fluido de proceso, optimizar el flujo de agua de acuerdo con la capacidad de enfriamiento requerida y evitar, al mismo tiempo, la dispersión de agua en el entorno.
El dispositivo de humectación para humedecer la porción del haz de tubos comprende una pluralidad de boquillas de agua conectadas operativamente a unos sistemas hidráulicos y dirigidos para humedecer esta porción del haz de tubos. Cada boquilla es adecuada para humedecer una parte respectiva de la superficie de intercambio de calor del haz de tubos; los medios de ajuste para regular el ancho humectable comprenden medios de válvula adecuados para interceptar selectivamente los flujos de agua hacia las boquillas.
Las boquillas se pueden conectar al sistema hidráulico en serie y/o en paralelo, o de acuerdo con otras configuraciones, dependiendo de las necesidades. Los medios de válvula comprenden, por ejemplo, válvulas de solenoide que cierran segmentos de tubo por medio de más boquillas o mediante boquillas individuales.
De acuerdo con realizaciones preferidas, las boquillas y el haz de tubos se diseñan de tal manera que el agua de la boquilla que humecta el haz de tubos cree sobre el mismo paquete una película de agua sustancialmente homogénea. Preferiblemente, el haz de tubos tiene un recubrimiento de superficie de alta humectabilidad que permite que se forme dicha película homogénea; este recubrimiento es preferiblemente una pintura hidrófila, preferiblemente del tipo acrílico. Prácticamente, el haz de tubos se trata preferiblemente con un recubrimiento de superficie especial, de tal manera que el agua, que humedece bastante el haz de tubos, cree en el mismo haz de tubos una película homogénea, de tal manera que el agua no se evapore directamente sobre el haz de tubos y por lo tanto no lo cubra con sales; en otras palabras, la capa superficial exterior de la película de agua se hace evaporar, enfriando de esta manera la capa interior que está en contacto con los tubos con aletas y que, a su vez, intercambia calor con las aletas a través de la conducción; el porcentaje de agua que humedece el haz de tubos sin evaporarse cae preferiblemente, debido a la gravedad, dentro de la cámara adiabática; aquí, se evapora parcialmente, aumentando adicionalmente la eficiencia de humidificación; el exceso de agua, es decir, la parte de agua que humedece la batería y no se evapora ni siquiera en el interior de la cámara adiabática, absorbe las sales de la parte evaporada y se puede desechar o recuperar. Por lo tanto, el convector de acuerdo con la invención también puede comprender medios de recuperación para recuperar el agua procedente desde el dispositivo de humectación para humedecer la porción de haz de tubos; y estos medios comprenden un sistema para suministrar el agua recuperada al sistema de humidificación de la sección de humidificación.
De acuerdo con una realización preferida de la invención, el convector comprende medios de control para controlar el flujo de agua suministrado a las boquillas y/o la temperatura del fluido de proceso y/o el flujo de aire generado por los ventiladores, con el fin de optimizar el consumo de energía de acuerdo con la capacidad de enfriamiento requerida y para evitar la dispersión de agua en el entorno.
Por lo tanto, se pueden proporcionar medios de control para controlar el flujo de agua suministrado por dichas boquillas de acuerdo con los parámetros de proceso que comprenden al menos uno de los siguientes: temperatura del fluido del proceso que fluye en el haz de tubos medido en uno o más puntos, flujo de aire generado por dichos medios de ventilador, temperatura y humedad del entorno externo, humedad en dicha sección de humidificación.
Por lo tanto, se pueden proporcionar medios de manejo para manejar el flujo de agua atomizada en dicha sección de humidificación de acuerdo con los parámetros de proceso que comprenden al menos uno de los siguientes: temperatura del fluido del proceso que fluye en el haz de tubos medida en uno o más puntos, flujo de aire generado por dichos medios de ventilador, temperatura y humedad del entorno externo, humedad en dicha sección de humidificación, flujo de agua suministrado por dichos medios para humedecer el haz de tubos.
Más aún, por lo tanto se pueden proporcionar medios de ajuste para regular el flujo de aire emitido por dichos medios de ventilador de acuerdo con los parámetros de proceso que comprenden al menos uno de los siguientes: temperatura del fluido del proceso que fluye en el haz de tubos medida en uno o más puntos, temperatura y humedad del entorno externo, humedad en dicha sección de humidificación, flujo de agua suministrado por dichos medios para humedecer el haz de tubos, humedad en dicha sección de humidificación.
De acuerdo con las realizaciones preferidas, el convector de acuerdo con la invención tiene una estructura con al menos una cámara inferior, que define la sección de humidificación, sobre la cual se encuentra una cámara superior, donde se encuentra la sección de intercambio de calor; los medios de ventilador están dispuestos por encima de la cámara superior, en la que el aire fluye desde abajo hacia arriba.
La cámara inferior es una cámara adiabática, o sustancialmente adiabática, y contiene al menos un filtro de evaporación (preferiblemente al menos dos filtros, uno de los cuales está asociado con al menos una entrada de aire en la cámara, y uno de los cuales está asociado con la salida de aire de la cámara), como por ejemplo un paquete de relleno de panal adecuado para mojarse, es decir, humedecerse. El aire que atraviesa el filtro y la cámara vaporiza el agua que entra en la misma cámara y le transfiere el calor de evaporación, enfriándose de esta manera antes de cruzar la siguiente sección de intercambio de calor (es decir, antes de cruzar el haz de tubos).
En realizaciones preferidas, en la cámara hay dos entradas laterales para el aire, dos primeros filtros de evaporación asociados a estas dos entradas, y un segundo filtro de evaporación asociado a la salida de la cámara inferior y, por supuesto, con la entrada de la cámara superior, ya que la salida de la cámara inferior y la entrada de la cámara superior coinciden sustancialmente. Los dos primeros filtros de evaporación están dispuestos preferiblemente en forma de V, es decir, están inclinados desde el centro de la cámara inferior hacia los lados de la misma y hacia arriba. El segundo filtro es preferiblemente horizontal o sustancialmente horizontal.
La sección de humidificación comprende adecuadamente medios de humidificación para humidificar los filtros, que están provistos de eyectores de agua conectados operativamente a un sistema hidráulico y dispuestos por encima de al menos un primer filtro.
De acuerdo con las realizaciones preferidas, la cámara superior comprende al menos un haz de tubos, dispuesto preferentemente inclinado, y un dispositivo de humectación dispuesto encima del mismo haz de tubos para humedecerlo. Preferiblemente, hay al menos dos haces de tubos dispuestos en forma de V, es decir, que están inclinados hacia arriba desde el centro de la cámara superior.
Adecuadamente, de acuerdo con las realizaciones preferidas, el agua - que humedece el haz de tubos y procedente del dispositivo de humectación lo humedece formando preferiblemente una película homogénea sobre él mismo - que no se ha evaporado, cae por gravedad sobre la salida del aire que sale de la cámara inferior, es decir, en la entrada del aire que entra en la cámara superior; esta agua preferiblemente humedece uno o más filtros de evaporación dispuestos en la cámara inferior.
En otras realizaciones, el exceso de agua que no se ha evaporado se recoge bajo al menos un haz de tubos mediante medios de recuperación y luego, por medio de un sistema de suministro de agua de recuperación, se vuelve a suministrar al sistema de humidificación de la sección de humidificación adecuada para humedecer los filtros de evaporación.
De acuerdo con las realizaciones preferidas, el convector está compuesto por módulos que se pueden conectar entre sí; cada uno de estos módulos comprende una ruta para un flujo de aire de enfriamiento, una sección de intercambio de calor, dicho medio de ventilador, una sección de humidificación; al menos uno de estos módulos que forman el convector tiene también uno de dichos dispositivos de humectación para humedecer directamente con agua una porción de la superficie de intercambio de calor de dicho haz de tubos.
El al menos un haz de tubos que define la superficie total de intercambio de calor del convector atraviesa preferiblemente todos los módulos conectados.
El dispositivo de humectación para humedecer el haz de tubos puede integrarse solo en algunos módulos, preferiblemente en los últimos módulos, de modo que, al conectar los módulos finales, el dispositivo pueda humedecerlos. En otras realizaciones, el dispositivo de humectación para humedecer el haz de tubos puede asociarse con el conjunto de módulos ya conectados entre sí.
Un objeto adicional de la presente invención es un método para enfriamiento por aire de un líquido que fluye en una tubería de acuerdo con la reivindicación 13.
“Porción final” significa, por ejemplo, la parte de la superficie de intercambio de calor que está comprendida entre la mitad del intercambiador de calor y el lado de salida del líquido que se va a enfriar para salir del intercambiador de calor.
De acuerdo con la invención, es posible ajustar el ancho humectable de la superficie de intercambio de calor, es decir, regular cuánto se debe humedecer la superficie de intercambio de calor.
La porción de la superficie de intercambio de calor está preferiblemente húmeda formando una película de agua sustancialmente homogénea.
Breve descripción de los dibujos
Características y ventajas adicionales de la presente invención serán más evidentes a partir de la descripción de una realización preferida, aunque no exclusiva, ilustrada a modo de ejemplo no limitante en las tablas de dibujos adjuntas, en las que:
la figura 1 es un gráfico que muestra el perfil de temperatura del fluido de proceso y el aire dentro del intercambiador de un convector adiabático conocido;
la figura 2 es una vista lateral esquemática de un convector de acuerdo con la invención;
la figura 3 es una vista frontal esquemática en corte del convector de la figura 2;
la figura 4 es una vista lateral esquemática de un convector de acuerdo con la invención, que muestra un sistema de recuperación del agua utilizada para humedecer los haces de tubos, de acuerdo con la invención;
la figura 5 es un gráfico que muestra el perfil de temperatura del fluido de proceso y el aire dentro del intercambiador de un convector de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de una realización de la invención
Con referencia a las figuras citadas anteriormente, un convector para el enfriamiento por aire de un fluido que fluye en un tubo, de acuerdo con la invención, se indica en su conjunto con el número 10.
Este convector 10 se compone de cinco módulos 11, conectados en serie. Cada módulo 11 comprende una caja 12 exterior provista con soportes 13 para apoyarse sobre el suelo y con paredes 14.
Cada módulo 11 define sustancialmente dos cámaras, una cámara 15 inferior y una cámara 16 superior, definidas directamente encima de la cámara 15 inferior.
La cámara 15 inferior tiene entradas 15A laterales (véase figura 3) (y/o entradas en la base de la cámara) para que el aire (indicado por la letra a) pueda entrar desde el entorno exterior. La cámara 16 superior tiene una salida 16A superior, a la que se asocian unos medios de ventilador, por ejemplo, un ventilador con el eje 17 vertical, para permitir que salga el aire procedente de las entradas 15A laterales, forzado por el ventilador. Entre la cámara 15 inferior y la cámara 16 superior se definen pasajes para permitir que el aire A fluya a través de ellos.
Prácticamente, dentro de cada módulo se define una ruta para el aire A desde las entradas 15A laterales hacia la salida 16A (salida superior).
En las cámaras 16 superiores se define la sección de intercambio de calor del convector, que comprende un par de haces 18 de tubos con aletas (o paquetes con aletas o baterías con aletas) dentro de los cuales fluye el fluido de proceso que se va a enfriar y que se extienden a lo largo de todas las cámaras superiores. Los dos haces 18 de tubos están dispuestos como una V, es decir, están inclinados hacia arriba desde el centro de las cámaras superiores. El tipo de haces 18 de tubos y la forma en que están dispuestos en las cámaras superiores corresponde, por ejemplo, a aquellos descritos en la solicitud de patente WO2007/15281, a la que se hará referencia.
Los haces 18 de tubos con aletas tienen, en sus propios extremos, respectivos colectores 19A de entrada y colectores 19B de salida para el fluido que se va a enfriar, que están conectados operativamente a partes correspondientes de la planta donde opera el fluido. Prácticamente, los dos haces 18 de tubos están en paralelo (con entrada y salida comunes, es decir, los fluidos fluyen dentro de ellos con patrones de temperatura análogos desde la entrada hasta la salida).
En la cámara 15 inferior de cada módulo 11 se define una sección D para humidificar el flujo de aire. El aire que atraviesa la cámara 15, vaporiza el agua (por ejemplo, agua de la red, filtrada, no ablandada, que tiene, por ejemplo, la temperatura de servicio típica de la red de agua que, dependiendo de las condiciones ambientales, está comprendida por ejemplo entre 10 °C y 30 °C). °C) cargada a la misma cámara 15, transfiere el calor de evaporación, enfriándose de esta manera antes de cruzar la siguiente sección de intercambio de calor.
Adecuadamente, los filtros de evaporación (por ejemplo, en forma de paquetes de relleno de panal similares a aquellos descritos en la solicitud de patente WO2007/015281) también están dispuestos en esta cámara 15 inferior. Por ejemplo, hay dos primeros filtros 20 de evaporación, asociados con dos entradas 15A laterales, y un segundo filtro 21 de evaporación, asociado a la salida 15C para el aire que sale de la cámara 15 inferior, es decir, asociado también a la entrada de la cámara 16 superior, como la salida para que el aire salga de la cámara 15 inferior y la entrada para que el aire entre en la cámara 16 superior sustancialmente coincidentes.
Los dos primeros filtros 20 de evaporación están dispuestos en forma de V, es decir, están inclinados hacia arriba desde el centro de la cámara inferior.
El segundo filtro 21 de evaporación es preferiblemente horizontal o sustancialmente horizontal, y está interpuesto entre la cámara 15 inferior y la cámara 16 superior.
Adecuadamente, la sección de humidificación D comprende medios de humidificación para los filtros de evaporación. Estos medios de humidificación proporcionan, por ejemplo, eyectores 22 de agua, conectados operativamente a un sistema 23 hidráulico y dispuestos encima de los primeros filtros 20 de evaporación.
De manera adecuada, la cámara 15 inferior es una cámara adiabática, o sustancialmente adiabática, de manera similar a aquella descrita en el documento WO2007/015281.
El convector comprende ventajosamente un dispositivo 24 para humedecer directamente con agua (por ejemplo, agua de la red, filtrada, no ablandada, que tiene por ejemplo la temperatura de servicio típica de la red de agua que, dependiendo de las condiciones ambientales, está comprendida para ejemplo entre 10 °C y 30 °C) una porción de la superficie de intercambio de calor de los haces 18 de tubos.
De manera adecuada, cada haz 18 de tubos está provisto de un lado 18A de ingreso para que el fluido que se va a enfriar para entrar en el haz de tubos y con un lado 18B de salida opuesto, de tal manera que el fluido de enfriamiento tenga una dirección de flujo general X desde el lado de entrada hasta el lado de salida del haz de tubos.
Se debe observar que la porción H de la superficie de intercambio de calor de los haces 18 de tubos que se puede humedecer con dicho dispositivo es la parte de extremo de los haces de tubos, con referencia a la dirección de flujo general. Por tanto, el dispositivo 24 está dispuesto sustancialmente a lo largo de la parte de extremo de los haces de tubos, es decir, hacia el lado de salida del fluido de proceso.
Los haces 18 de tubos tienen preferiblemente tubos 18C o conductos por donde fluye el fluido, compuestos por segmentos que están todos dirigidos desde el lado de ingreso hacia el lado de salida del haz de tubos, y son preferiblemente rectilíneos. Prácticamente, el paquete o batería 18 con aletas, o la combinación de paquetes y baterías con aletas, son del tipo de pasaje único, y el fluido fluye a través del haz 18 de tubos en una sola dirección X, desde el ingreso hasta la salida, desde la entrada del proceso hacia la salida. Prácticamente, la superficie de intercambio de calor aumenta desde el ingreso del fluido hasta la salida del fluido del haz de tubos; este aumento es progresivo en una dirección dada del haz de tubos, desde el lado 18A de ingreso hacia el lado 18B de salida opuesto.
La temperatura deseada del fluido de proceso se alcanza en el lado 18B de salida de los haces de tubos.
Las figuras 1 y 5 muestran los perfiles de temperatura del fluido de proceso (F) y el aire (A) dentro del intercambiador de un convector adiabático tradicional, comparados con aquellos de un enfriador de evaporación adiabático combinado de acuerdo con la invención. Sobre el eje x están los porcentajes de superficie de intercambio de los haces de tubos con aletas, sobre el eje y las temperaturas del fluido del proceso y el aire; Los diagramas muestran la disminución de temperatura del aire que ingresa a la batería, que se debe a la humidificación: la temperatura pasa desde la temperatura ambiente (Ta) - por ejemplo, 35 °C en clima cálido - hasta una temperatura más alta, unos pocos grados, que la temperatura de termómetro húmedo (Wb), por ejemplo 30 °C.
La temperatura del aire (A) que atraviesa transversalmente la batería se muestra como constante en aras de la simplicidad del diagrama. En realidad, la temperatura del aire A aumenta naturalmente al pasar a través del paquete con aletas.
El diagrama de la figura 1, que corresponde al enfriador adiabático, muestra que el rendimiento del intercambio de calor convectivo de aire/fluido disminuye hacia la salida del intercambiador, a medida que disminuye la diferencia de temperatura entre el aire y el fluido del proceso.
El diagrama de la figura 5, que corresponde a la invención, muestra las ventajas del dispositivo de humectación para humedecer la porción parcial de ancho H del paquete 18 con aletas junto con la cámara 15A adiabática, ambos en términos de rendimiento, permitiendo lograr la temperatura de salida (Ts) para el fluido de proceso casi igual a la temperatura de termómetro húmedo (Wb) del aire - por ejemplo 30 °C en clima cálido - y en términos de eficiencia, ya que la porción de extremo de la batería 18 está húmeda, es decir, la porción con menor rendimiento del intercambio de calor por convección de aire/fluido.
El diagrama de la figura 5 también muestra los cambios de temperatura de acuerdo con diferentes porcentajes de la superficie total de intercambio de calor.
Por lo tanto, es claramente evidente que, al variar las dimensiones de la superficie de intercambio de calor húmedo, es posible optimizar la temperatura de salida (Ts) del fluido de proceso, optimizando de esta manera el consumo de agua, dada la misma capacidad de enfriamiento.
Por esta razón, el dispositivo 24 de humectación para humedecer directamente con agua una porción de la superficie de intercambio de calor de los haces 18 de tubos comprende medios 25 de ajuste para regular el ancho humectable H de esta porción, de tal manera que esta porción se pueda humedecer desde una dimensión mínima o nula hasta una dimensión máxima diferente de la dimensión total de la superficie de intercambio de calor del haz de tubos. Prácticamente, es posible regular cuánto se debe humedecer la superficie de intercambio de calor, enfriar el fluido de proceso, optimizar el flujo de agua de acuerdo con la capacidad de enfriamiento requerida y evitar, al mismo tiempo, la dispersión de agua al entorno.
Estos medios 25 de ajuste comprenden una pluralidad de boquillas 26 conectadas a un sistema 27 hidráulico (por ejemplo, conectado hidráulicamente a la red de agua), en el que cada boquilla está dirigida de tal manera que humedezca una parte respectiva de la superficie de intercambio de calor del haz de tubos; los medios 25 de ajuste también comprenden medios 28 de válvula de manera selectiva para interceptar los flujos de agua hacia las boquillas. Las boquillas 26 se pueden conectar al sistema 27 hidráulico en serie y/o en paralelo, o de acuerdo con otras configuraciones en función de las necesidades. En la figura 2, las boquillas están dispuestas en serie a lo largo de un tubo común. Los medios 28 de válvula son, por ejemplo, válvulas de solenoide que cierran segmentos de tubos por medio de más boquillas o por medio de boquillas individuales. En la figura 2, los medios de válvula son válvulas de solenoide que cierran y abren el segmento antes de una boquilla 26 respectiva.
Las boquillas 26 y los haces de tubos están configurados de tal manera que el agua, procedente de las boquillas y que humedece los haces de tubos, cree sobre estos últimos una película de agua sustancialmente homogénea Y. Los haces de tubos tienen preferiblemente un recubrimiento superficial de alta humectabilidad que permite que se forme esta película homogénea; este recubrimiento es, por ejemplo, una pintura hidrófila, preferiblemente de tipo acrílico. Prácticamente, los haces 18 de tubos se tratan con un recubrimiento superficial especial, de tal manera que el agua, que humedece en abundancia los haces de tubos, cree sobre ellos una película homogénea, de tal manera que el agua no se evapore directamente sobre los haces 18 de tubos y, por lo tanto, no los cubre con sales; en otras palabras, se evapora la capa superficial exterior de la película de agua, enfriando de esta manera la capa interior que está en contacto con los tubos 18 con aletas y que, a su vez, intercambia calor con las aletas a través de conducción.
El porcentaje de agua, procedente de las boquillas 26, que humedece los haces de tubos sin evaporarse, cae por gravedad (a través del segundo filtro de evaporación) dentro de la cámara 15 adiabática; aquí, se evapora parcialmente, aumentando adicionalmente la eficiencia de humidificación; el exceso de agua, es decir, la parte de agua que humedece la batería 18 y no se evapora incluso dentro de la cámara 15 adiabática, absorbe las sales de la parte evaporada y se puede desechar o recuperar.
La figura 4 muestra un convector de acuerdo con la invención, similar al mostrado en la figura 2, con más módulos 11, con medios 29 de recuperación para recuperar el agua procedente del dispositivo 24 de humectación; estos medios de recuperación comprenden un sistema 30 de suministro que vuelve a suministrar el agua recuperada al sistema de humidificación de la sección de humidificación. Este convector comprende, por ejemplo, una primera tubería 31 conectada al fondo de las cámaras 15 inferiores y que conduce a un tanque 32 de recolección (provisto de una salida de descarga para descargar la parte con demasiada sal) que, a su vez, está conectado a una bomba 33 que bombea el agua a través de una segunda tubería 34 al sistema de humidificación de la sección de humidificación.
Adecuadamente, el convector de acuerdo con la invención comprende medios de control (no mostrados en las figuras) para controlar el flujo de agua suministrado a las boquillas 26 y/o la temperatura del fluido de proceso y/o el flujo de aire generado por los ventiladores, para optimizar el consumo de energía de acuerdo con la capacidad de enfriamiento requerida y evitar la dispersión de agua en el entorno.
Por lo tanto, se pueden proporcionar medios de control (no mostrados en las figuras) para controlar el flujo de agua suministrado por dicha al menos una boquilla de acuerdo con los parámetros del proceso, así como medios de gestión (no mostrados en las figuras) para manejar el flujo de agua atomizada en dicha sección de humidificación.
Más aún, por lo tanto, se pueden proporcionar medios de ajuste para regular el flujo de aire emitido por dichos medios de ventilador de acuerdo con parámetros del proceso que comprenden al menos uno de los siguientes: temperatura del fluido del proceso que fluye en el haz de tubos medida en uno o más puntos, temperatura y humedad del entorno externo, humedad en dicha sección de humidificación, flujo de agua suministrado por dichos medios para humedecer el haz de tubos.
De acuerdo con las realizaciones preferidas, el convector de acuerdo con la invención tiene una estructura con al menos una cámara inferior, que define la sección de humidificación, por encima de la cual se encuentra una cámara superior, donde se encuentra la sección de intercambio de calor; los medios de ventilador están dispuestos por encima de la cámara superior, en la que el aire fluye desde abajo hacia arriba.
La cámara inferior es una cámara adiabática, o sustancialmente adiabática, y contiene al menos un filtro de evaporación (preferiblemente al menos dos filtros, uno de los cuales está asociado con al menos una entrada de aire en la cámara, y uno de los cuales está asociado con la salida de aire desde la cámara), como por ejemplo un paquete de relleno de panal adecuado para mojarse, es decir, humedecerse. El aire que atraviesa el filtro y la cámara vaporiza el agua que entra en la misma cámara y le transfiere el calor de evaporación, enfriándose así antes de cruzar la siguiente sección de intercambio de calor (es decir, antes de cruzar el haz de tubos).
En realizaciones preferidas, en la cámara hay dos entradas laterales para el aire, dos primeros filtros de evaporación asociados a estas dos entradas, y un segundo filtro de evaporación asociado con la salida de la cámara inferior y, por supuesto, con la entrada de la cámara superior, ya que la salida de la cámara inferior y la entrada de la cámara superior coinciden sustancialmente. Los dos primeros filtros de evaporación están dispuestos preferiblemente en forma de V, es decir, están inclinados desde el centro de la cámara inferior hacia los lados de la misma y hacia arriba. El segundo filtro es preferiblemente horizontal o sustancialmente horizontal.
La sección de humidificación comprende adecuadamente medios de humidificación para humidificar los filtros, que están provistos de eyectores de agua conectados operativamente a un sistema hidráulico y dispuestos por encima de al menos un primer filtro.
De acuerdo con las realizaciones preferidas, la cámara superior comprende al menos un haz de tubos, dispuesto preferiblemente inclinado, y un dispositivo de humectación dispuesto por encima del mismo haz de tubos para humedecerlo. Preferiblemente, hay al menos dos haces de tubos dispuestos en forma de V, es decir, que están inclinados hacia arriba desde el centro de la cámara superior.
Adecuadamente, de acuerdo con las realizaciones preferidas, el agua - que humedece el haz de tubos y procedente desde el dispositivo de humectación para humedecerlo formando preferiblemente una película homogénea sobre el mismo - que no se ha evaporado, cae por gravedad sobre la salida del aire que sale de la cámara inferior, es decir, en la entrada del aire que entra en la cámara superior; esta agua preferiblemente humedece uno o más filtros de evaporación dispuestos en la cámara inferior.
En otras realizaciones, el exceso de agua que no se ha evaporado se recolecta bajo al menos un haz de tubos mediante medios de recuperación y luego, mediante un sistema de suministro de agua de recuperación, se vuelve a suministrar al sistema de humidificación de la sección de humidificación adecuada para humedecer los filtros de evaporación.
De acuerdo con las realizaciones preferidas, el convector está compuesto por módulos que se pueden conectar entre sí; cada uno de estos módulos comprende dicha ruta para un flujo de aire de enfriamiento, dicha sección de intercambio de calor, dicho medio de ventilador, dicha sección de humidificación y dicho dispositivo de humectación para humedecer directamente con agua una porción de la superficie de intercambio de calor de dicho haz de tubos; al menos un módulo del conjunto de módulos que forman el convector también tiene una sección de humidificación. Preferiblemente, los haces de tubos de cada módulo están conectados operativamente entre sí, formando de esta manera un haz de tubos general que define la superficie general de intercambio de calor del convector.
El dispositivo de humectación para humedecer el haz de tubos se puede integrar solo en algunos módulos, preferiblemente en los últimos módulos, de modo que, al conectar los módulos finales, el dispositivo pueda humedecerlos. En otras realizaciones, el dispositivo de humectación para humedecer el haz de tubos se puede asociar con el conjunto de módulos ya conectados entre sí.
Las principales ventajas del convector de acuerdo con la invención con respecto al estado de la técnica se resumen a continuación:
- posibilidad de lograr temperaturas de salida bajas (ts) para el fluido de proceso - por ejemplo 30 °C en clima cálido -con consumo de agua reducido con respecto a los enfriadores evaporativos, gracias a la cámara adiabática y la posibilidad de someter a partición la superficie de lavado de la batería;
- larga duración de la batería de enfriamiento;
- mayor fiabilidad y facilidad de mantenimiento;
- no es necesario ablandar el agua de la red;
- mayor rendimiento de intercambio de calor, mayor eficiencia y menor consumo, dada la misma capacidad de enfriamiento;
- modularidad, en la que se puede aumentar fácilmente la capacidad de enfriamiento;
- posibilidad de recuperación del exceso de agua, para utilizarla dentro de la cámara adiabática hasta que se haya evaporado por completo en el flujo de aire, minimizando de esta manera el vaciado y evitando el agua estancada en el convector; de hecho, debido al alto contenido de sal, esta agua no se puede utilizar para un segundo paso en la batería, pero se puede utilizar en la cámara adiabática;
- no hay dispersión de pulverización de aire/agua en el aire.
Se entiende que lo ilustrado anteriormente representa puramente posibles realizaciones no limitantes de la invención, que pueden variar en formas y disposiciones sin apartarse del alcance del concepto en el que se basa la invención. Cualquier número de referencia en las reivindicaciones adjuntas se proporciona con el único propósito de facilitar la lectura del mismo a la luz de la descripción anterior y los dibujos acompañantes y no limitan de ninguna manera el alcance de protección de la presente invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un convector (10) para enfriamiento de aire de un fluido que fluye en una tubería, que comprende:
- una ruta para un flujo de aire de enfriamiento (A) que comprende una entrada (15A) desde y una salida (16A) hacia el entorno,
- una sección de intercambio de calor que comprende al menos un paquete (18) de tubos que define una superficie de intercambio de calor, dicha sección se proporciona en dicha ruta para el flujo de aire (A),
- medios (17) de ventilador que producen dicho flujo de aire (A) a lo largo de dicha ruta, de tal manera que dicho flujo de aire (A) emplea externamente dicho paquete (18) de tubos sobre dicha superficie de intercambio de calor, - una sección de humidificación (D) dispuesta en dicha ruta, corriente arriba de dicha sección de intercambio de calor, donde el agua se atomiza para ser empleada por el flujo de aire (A), en la que dicho al menos un paquete (18) de tubos se proporciona de forma adecuada con un lado (18A) de ingreso para que el fluido que se va a enfriar entre en al menos un paquete (18) de tubos, y con un lado (18B) de salida, diferente del ingreso, para que el fluido salga de al menos un paquete (18) de tubos, de tal manera que el fluido de enfriamiento es capaz de tener una dirección de flujo general desde el lado de ingreso hasta el lado de salida, dicho convector (10) comprende un dispositivo (24) de humectación para humedecer directamente con agua una porción de la superficie de intercambio de calor de dicho al menos un paquete (18) de tubos para enfriar adicionalmente dicha porción de dicho al menos un paquete (18) de tubos, caracterizado porque dicho dispositivo (24) de humectación comprende medios de ajuste para regular el ancho humectable de dicha porción de superficie de intercambio de calor, de tal manera que dicha porción se puede humedecer desde una dimensión mínima o nula hasta una dimensión máxima diferente de la dimensión general de dicha superficie de intercambio de calor de al menos un haz de tubos, en el que dicho dispositivo de humectación comprende una pluralidad de boquillas conectada operativamente a un sistema (27) hidráulico y dirigida para humedecer dicha porción de dicho al menos un paquete (18) de tubos, cada boquilla (26) es adecuada para humedecer una respectiva parte de dicha superficie de intercambio de calor de al menos un paquete (18) de tubos y en el que dichos medios de ajuste para regular el ancho humectable comprenden válvulas (28) para interceptar selectivamente el agua que fluye hacia dichas boquillas (26).
2. Convector de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha porción de la superficie de intercambio de calor de dicho al menos un paquete (18) de tubos que se puede humedecer por medio de dicho dispositivo (24) de humectación es la parte final de dicho al menos un paquete (18) de tubos con respecto a dicha dirección de flujo general.
3. Convector de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho al menos un paquete (18) de tubos tiene tuberías (18C) de flujo compuestas de segmentos de flujo de fluido que están todos dirigidos desde el lado (18A) de ingreso hasta el lado (18B) de salida de al menos un haz de tubos; dichas tuberías (18C) de flujo son preferiblemente rectilíneas.
4. Convector de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de humectación se dispone sustancialmente a lo largo de la parte de extremo de dicho al menos un paquete (18) de tubos, de tal manera que la porción de superficie de intercambio de calor de dicho al menos un paquete (18) de tubos que se puede humedecer por dicho dispositivo de humectación es la parte de extremo de al menos un paquete (18) de tubos.
5. Convector de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho al menos un paquete (18) de tubos es de un solo pasaje, y el fluido fluye en al menos un haz de tubos en una sola dirección, desde la entrada del proceso hacia la salida; la superficie de intercambio de calor aumenta desde el ingreso del fluido en, hasta la salida del fluido desde, al menos un haz de tubos, de tal manera que dicho aumento es progresivo en una dirección dada de al menos un haz de tubos, desde el lado de ingreso hacia el lado de salida opuesto.
6. Convector de acuerdo con una o más de las reivindicaciones previas, en el que dichas boquillas (26) y dicho al menos un paquete (18) de tubos se diseñan de tal manera que el agua de dichas boquillas (26) que humecta al menos un paquete (18) de tubos cree sobre el mismo paquete una película de agua sustancialmente homogénea (Y).
7. Convector de acuerdo con la reivindicación 6, en el que dicho al menos un paquete (18) de tubos tiene un recubrimiento de superficie de alta humectabilidad que permite que se forme dicha película homogénea (Y); dicho recubrimiento es preferiblemente una pintura hidrófila, preferiblemente del tipo acrílico.
8. Convector de acuerdo con una o más de las reivindicaciones previas, que comprende medios de control para controlar el flujo de agua suministrado desde dichas boquillas (26) de acuerdo con los parámetros de proceso que comprenden al menos uno de los siguientes: temperatura del fluido del proceso que fluye en al menos un paquete (18) de tubos medido en uno o más puntos, flujo de aire generado por dichos medios (17) de ventilador, temperatura y humedad del entorno externo, humedad en dicha sección de humidificación.
9. Convector de acuerdo con una o más de las reivindicaciones previas, que comprende medios de manejo para manejar el flujo de agua atomizado en dicha sección de humidificación de acuerdo con los parámetros de proceso que comprenden al menos uno de los siguientes: temperatura del fluido del proceso que fluye en al menos un paquete (18) de tubos medido en uno o más puntos, flujo de aire generado por dichos medios (17) de ventilador, temperatura y humedad del entorno externo, humedad en dicha sección de humidificación, flujo de agua suministrado por dichos medios para humedecer al menos un paquete (18) de tubos.
10. Convector de acuerdo con una o más de las reivindicaciones previas, que comprende medios de ajuste para regular el flujo de aire suministrado por dichos medios (17) de ventilador de acuerdo con los parámetros de proceso que comprenden al menos uno de los siguientes: temperatura del fluido del proceso que fluye en al menos un paquete (18) de tubos medido en uno o más puntos, temperatura y humedad del entorno externo, humedad en dicha sección de humidificación, flujo de agua suministrado por dichos medios para humedecer al menos un paquete (18) de tubos.
11. Convector de acuerdo con una o más de las reivindicaciones previas, que comprende medios de recuperación para recuperar el agua procedente desde dichos medios (24) de humectación que a su vez comprenden un sistema de inyección para inyectar dicha agua recuperada en el sistema de humidificación de dicha sección de humidificación (D).
12. Un proceso para enfriamiento de aire de un líquido que fluye en una tubería, por medio de un convector de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:
- hacer que el líquido fluya dentro de dicho al menos un haz de tubos que forma un intercambiador de calor de aire/ líquido, en una sola dirección de flujo, de tal manera que la superficie de intercambio de calor aumenta desde el ingreso del líquido en el intercambiador hasta la salida del líquido desde el intercambiador,
- hacer que un flujo de aire tomado del entorno fluya sobre la superficie de intercambio de calor,
- humidificar dicho flujo de aire, dentro de al menos una cámara adiabática o sustancialmente adiabática, con agua vaporizada o atomizada, dicho flujo de aire es adecuado para emplear dicha agua vaporizada o atomizada, antes de emplear el intercambiador de calor, para reducir el flujo de aire temperatura,
- humedecer la porción final de la superficie de intercambio de calor,
dicho proceso proporciona adicionalmente la etapa de ajustar el ancho humectable de la superficie de intercambio de calor de al menos un haz de tubos, desde una dimensión mínima o nula hasta una dimensión máxima diferente de la dimensión general de dicha superficie de intercambio de calor de al menos un haz de tubos, es decir regular cuánto se debe humedecer la superficie de intercambio de calor.
13. Proceso de acuerdo con la reivindicación 112, en el que se humedece la porción de superficie de intercambio de calor formando una película de agua sustancialmente homogénea.
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