ENTRADA DE AIRE DE TORRE DE ENFRIAMIENTO Y DEPOSITO DE DESAGÜE
DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención en general se refiere a torrei de enfriamiento y, más específicamente, a un intercpambiador de calor evaporativo y en serie de flujo cruzado utilizado para el enfriamiento de fluido evaporativo. La disposición de flujo cruzado puede ser un aparato de entrada de un lado sencillo o de dos lados. Además, la torre de edfriamiento puede comprender tanto una disposición de enfriamiento directo de fluido, en donde se hace pasar aire por e.'. relleno a través del cual se pasa el líquido que cae enfria.ndo por consiguiente el líquido como una sección de enfriamiento indirecto, en donde se pasa un fluido a través de un serpentín y se enfría mediante el líquido, usualmente agua, que cae descendentemente a través del serpentín, proporcionado por consiguiente el enfriamiento indirecto a un líquido o un gas que pasa a través del serpentín. En una torre de enfriamiento de flujo cruzado senciljlo o de doble flujo cruzado de tiro inducido, se monta i un ventilador en la salida del techo de la torre. Este j ventilador extrae o induce el flujo de aire interiormente hacia :1a torre de enfriamiento a través de una pared lateral o paredes laterales opuestas de la torre. El agua u otro líquido evaporativo que se va a enfriar se bombea hacia la
parte ¡ superior de la estructura de la torre de enfriamiento y se distribuye a través de una serie de toberas de aspersión. Estas toberas de aspersión emiten una aspersión difusa del agua ja través de la parte superior de un medio de relleno seleccionado en forma apropiada. La mayor parte del relleno típicamente comprendido de un paquete de láminas de plástico generalmente paralelas separadas, a través de cada una de las cualé^ se dispersa y se hace pasar hacia abajo por gravedad la aspersión de agua. Una gran área de superficie a través de la cual se dispersa el agua sobre tales láminas conlleva a un buen enfriamiento mediante el flujo de aire inducido sobre tales , láminas . El agua enfriada se recolecta en un depósito de desagüe o sumidero y se pasa a través del sistema de enfriamiento deseado, en donde se calentará y después se bombeará nuevamente a la torre de enfriamiento. Como se menciona en lo anterior, la adición de una sección de enfriamiento indirecto en forma de una serie de conductos de intercambio de calor ondulados se puede proporcionar ya sea por arriba o por debajo de las láminas de rellerjo. Un fluido caliente o gas que se va a enfriar o a condensar entra a los conductos de intercambio de calor a través de un colector de entrada en un extremo de los conduqtos con el fluido de enfriamiento que sale del conducto i a tratvés de un colector que une los otros extremos del conducto.
Una preocupación en tales torres de enfriamiento de flujo cruzado es la acumulación de algas u otros contaminantes biológicos en el depósito de desagüe. Tal acumulación usualmente se debe al flujo incompleto de agua a travé^ del depósito de desagüe. Tal desarrollo de algas y otros contaminantes biológicos se incrementa con la exposición a la luz solar. A medida que el sumidero o depósito de desagüe debe recoger toda el agua que fluye desde
1 la sección de enfriamiento, el diseño de tal sumidero debe dirigir las necesidades tanto de recolección como de drenaje para asegurar el flujo de toda el agua recolectada del sumidero hasta la salida de drenaje. Se utilizan químicos para tratamiento de aguas en el sumidero de la torre de enfriamiento para disminuir la acumulación de tales contaminantes biológicos, pero el diseño del sumidero de la torre de enfriamiento y de la entrada de aire por sí mismos l puedeiji mejorar la resistencia de la torre a la formación de i tales! contaminantes biológicos. Los residuos transportados por el aire que pasan a través de la disposición típica de rejilla en el lado o lados de entrada de aire de la torre de enfriamiento de flujo cruzado, también pueden contribuir al desarrollo de contaminantes biológicos. En consecuencia, un diseñj) mejorado de la entrada de aire para la eliminar el flujo! de tales residuos trasportados por el aire también es parte Ide la presente invención.
Un objeto de la presente invención es proporcionar una torre de enfriamiento mejorada utilizando una relación de
I flujo j de aire de flujo cruzado con un diseño mejorado del sumidéro de drenaje. También es un objeto de la presente invención proporcionar una torre de enfriamiento utilizando una disposición de aire de flujo cruzado con un aparato mejorado de entrada de aire para disminuir la posibilidad de que los residuos transportados por el aire entren a la torre. 1 En una torre de enfriamiento de tiro mecánico de tipo flujo cruzado de tiro inducido que utiliza un lado sencillo de entrada de aire o dos lados de entrada de aire con uijia cámara impelente de un ventilador sencillo por arriba de lo:s pasajes de entrada de aire, la aspersión de agua descendente en el paquete de relleno se esparce y gotea sobre las láminas de relleno. El agua se enfría mediante el flujo de aiife a través de las mismas láminas de relleno. En tales torres de enfriamiento, de acuerdo con la presente invención, también es posible proporcionar una sección de enfriamiento indirecto, en donde se proporciona un intercambiador de calor de serpentín tubular que comprende una pluralidad de ensambles de serpentín por arriba o por debajo^ de cada paquete de relleno. El agua que cae desde las secciones de enfriamiento directo e indirecto se recolecta en un sumidero de drenaje. Para asegurar el flujo total de tal
agua recolectada a través de tal sumidero, se inclinan los extremos del sumidero para asegurar que tal agua no se recolecte en un área de estancado del sumidero. Se debe entender que cada sumidero usualmente es rectangular, que tiene ! dos extremos y dos lados generalmente más largos. Los extrenhos de la pared interna inclinados en forma pronunciada ayudan a asegurar el flujo del agua en el sumidero para evitaij- el estancamiento. Tales lados inclinados en forma
I pronunciada no disminuyen la entrada de aire a través de las entradas a lo largo del relleno, pero permiten aún que el agua que entra al depósito de desagüe fluya completamente sin la recolección en ningún área de estancado posible. También es parte de la presente invención proporcionar un diseño mejorado de rejillas a la entrada de aire separada de la torre de enfriamiento. Tales rejillas mejore das generalmente son de una disposición tipo panal que disminuye la posibilidad de que las partículas o residuos transportados por el aire entren al agua que cae a lo largo del relleno de la torre de enfriamiento y que entren al sumidqro de recolección. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos, ¦ la Figura 1 es una vista lateral de una modalidad de uná torre de enfriamiento de la presente invención, que tiene una sección de intercambio de calor evaporativo
indirecta de un serpentín sencillo y una sección de intercambio de calor directo; la Figura 2 es una vista lateral de una segunda modalidad de la presente invención, que tiene una torre de enfriamiento de una entrada doble de aire con dos secciones directa e indirecta; la Figura 3 es una vista en perspectiva de una torre ¡ de enfriamiento de acuerdo con una modalidad de la preséijite invención, que tiene secciones de enfriamiento directto; ; la Figura 4 es una vista en perspectiva del sumidero de drenaje mejorado de una modalidad de la presente invención ¦ la Figura 5 es un corte transversal parcial y seccional detallado del recipiente inclinado mejorado y la entrada de aire mejorada de una modalidad de la presente invención, y la Figura 6 es una vista parcial detallada de una entrada de aire mejorada de una modalidad de la presente invencjión. ; Con referencia a la Figura 1 de los dibujos, el aparatjo 10 de intercambio de calor, de acuerdo con la invencjión, se muestra como una torre de enfriamiento de circuito cerrado. En general, el aparato 10 incluye una estrudtura cerrada que contiene una sección 50 de
enfriamiento directo de fluido evaporativo de circuitos múltiples, una sección 90 de intercambio de calor evaporativa directa, un sumidero 30 de recolección de líquido evaporativo más b jo, y un medio 36 de distribución más alto para someter a aspersión un líquido evaporativo descendentemente a través del aparato 10, y un medio 24 de ventilador para mover una corriente de aire a través de cada una de las secciones 50 y 90 de intercambio de calor, aunque el tiro natural también es un medio viable para mover el aire. El ventilador 24 puede
I ser ya sea un ventilador centrífugo de tiro forzado o inducido o un ventilador de hélice común, cualquiera de las opciones de ventilador requiere un motor 25 para accionarlos. Nuevamente con referencia a la Figura 1, el motor 25 puede montarse dentro del pasaje 15 de cierre si se utiliza una caja de motor para condiciones de humedad o una cubierta de protección apropiados, o puede montarse en el exterior de la estructura si se desea. Aquí se muestra en la corriente de aire én la caja 200 a prueba de humedad. Es importante entender que el aparato 10 tiene muchas aplicaciones en el campo de intercambio de calor y que cada aplicación utilizará todos los mismos elementos antes mencidnados, aunque la operación de esos elementos pueda variarj ligeramente de un tipo de aplicación a otra. Por
! ejempljo, el aparato 10 puede utilizarse para enfriar un fluido sensible de una fase sencilla, tal como agua, que está
fluyendo dentro de un sistema de circuito cerrado suministrado externamente, o que puede utilizarse para desrecalentar y condensar un fluido latente y sensible de fases múltiples, tal como un gas refrigerante, también suministrado desde un sistema de circuito cerrado externo. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, ilustrada en la Figura 1, la estructura de cierre que comprende el aparato 10 se muestra con una forma generalmente rectangular, la cual incluye una superficie 12 de techo superior, una base 18, una pared 14 frontal, una pared 16 posterior, una primera pared 20 lateral y una segunda pared 22 lateral. Las paredes 20, 22 laterales y la pared j 16 posterior son miembros de panel continuamente sólidAs hechos de materiales tal como una lámina de metal, fibra de vidrio, plástico o similares, y estas paredes tienen propiedades de resistencia a la corrosión al igual que la pared j 14 frontal y la superficie 12 de techo ' La estructura de cierre rectangular de la Figura 1 contiene una sección 50 de intercambio de calor directo, la
I cual ^e comprende de un ensamble 52 de un serpentín sencillo, superpuesta por arriba de la sección 90 de intercambio de calor evaporativo directa. La sección 50 de intercambio de calor I directo es típicamente de una forma rectangular, que tiene1, un lado 51 interior, un lado 57 exterior, un lado 53 superior y un lado 55 inferior. El ensamble 52 de serpentín
de la sección de intercambio de calor directo recibe un fluido caliente que fluye, que se va a enfriar a partir de un proceso externo, y se enfría en esta sección mediante una combinación de intercambio de calor evaporativo directo y de intercambio de calor sensible indirecto. El líquido evaporativo, el cual usualmente es agua de enfriamiento, se rocía i en forma descendente mediante el medio 36 de distribución en la sección indirecta, intercambiando por consiguiente calor sensible indirecto con el fluido que se va a enfriar, mientras que la corriente de aire ambiente que entra a la entrada 100 de aire principal, enfría el agua en forma evaporativa a medida que los dos medios se mueven en forma ¡ descendente a través del sistema 52 de serpentín. En esta modalidad particular la corriente de aire entrante se muestra entrando y fluyendo en una dirección que es paralela
I o conlcurrente con la dirección del agua de enfriamiento, aunque la corriente de flujo de aire no se limite a ningún patrón de flujo particular, como se volverá evidente más adelante, donde se describirá un patrón de flujo de aire contracorriente . Una vez que los medios de enfriamiento de agua y aire alcanzan el lado 55 inferior de la sección 50 indirecta, estos de dividen, con el sistema de aire siendo jalado hacia el pleno 105 y después hacia el pasaje 15 mediante el ventilador 24, mientras que el agua desciende en forma gravitacional hacia la sección 90 de intercambio de
calor directo. El aire se descarga entonces desde el aparato
a través del cilindro 26 del ventilador mientras que el agua se enfría en la sección de intercambio de calor directo, como se explicará en breve. También es importante observar que ía corriente de aire que entra a la entrada 100 suministra aire que se utilizará solamente para propósitos de enfriamiento en la sección de intercambio de calor directo, i sin importar el patrón de flujo de aire actual a través de la sección . ' La sección 90 de intercambio de calor evaporativo directja funciona para enfriar el agua que se calienta y que desciénde desde la sección 50 de intercambio de calor ¡ indirecto. El intercambio 90 de calor evaporativo directo se comprende de un arreglo de láminas 93 de plástico, paralelas, i ligeramente separadas que forman el paquete 92 de relleno. El agua caliente recibida por el paquete 92 de relleno desde la sección 50 indirecta se distribuye a lo largo de cada lámina i 93 de' relleno para que una fuente de aire ambiente externo que eifitra en la segunda entrada 102 de aire, enfríe en forma evapotativa el agua caliente que desciende de las láminas.
Aquí, la corriente de aire ambiente se muestra entrando a la sección 90 directa en una forma de contracorriente para el drenaje del agua caliente descendente a través del paquete 92 de relleno, aunque se pueden utilizar otros esquemas de flujo j de aire, como se observará más adelante. Estas láminas 93 de
relleno, de plástico, usualmente se cuelgan de las vigas 96 que sé conectan a y que atraviesan las paredes laterales 20 y 22. Cada lámina 93 tiene un patrón ondulado, generalmente contiguo, de canales que recorren la longitud total de la lámin^ para ayudar a esparcir el agua caliente que fluye hacia abajo hacia una película delgada, proporcionando de este modo un área de superficie expuesta más grande para que la corriente de aire interactúe con y enfríe en forma evapolativa . Las láminas 93 de relleno se hacen de preferencia de un material de cloruro de polivinilo, aunque se pUeden utilizar otros tipos de plásticos. La segunda entrada 102 de aire ambiente proporciona aire ambiente que se dedici específicamente para propósitos de enfriamiento evaporat ivo solamente en la sección de intercambio de calor directo. j Como se verá más adelante a partir de la Figura 1, una s gunda entrada 102 está cubierta con una estructura 28 en foifma de panal . Tal estructura 28 en forma de panal es una mejora sobre la disposición de rejilla típica. Tal estructura de panal incluye aberturas que permiten fácilmente el flujo de aire, pero evita que los residuos transportados por el aire ^ntren a la torre 90 de enfriamiento indirecto y al paquete 92 de relleno. Este diseño de panal se describe j además! en la Figura 5 y 6 en lo siguiente. El aire ambiente que entra a través del panal 28 fluye inicialmente a través
recolejctada gravita debajo del eliminador 49, directamente hacia j el sumidero 30 de recolección subyacente para su
recirculación . Como se observa en la Figura 1, toda la base 18 del aparato 10 comprende sustancialmente un sumidero 30 de recolección de agua que típicamente se dispone sólo debajo de la sección 90 de intercambio de calor evaporativo directa, aunque depende verdaderamente de cómo se dispongan los componentes dentro de la estructura del aparato, donde las secciones directa e indirecta se encuentran lado a lado. Las disposiciones lado a lado o indirecta sobre directa simplemente enfatizan que la característica más importante de la presente invención es que se permite que el agua de enfriamiento calentada que desciende desde la sección 90 de intercambio de calor evaporativo directa se mezcle en el sumidero 30 para que pueda alcanzar una temperatura uniforme antes de bombearse para su uso nuevamente en la sección 50 del intercambiador de calor. Como se observa, la tubería 34 de reciclado que se extiende verticalmente conecta en forma operativa el medio 36 de distribución con la bomba 32 y el sumidero 30. La bomba 32 se dispone fuera del sumidero 30 cerca j de la esquina de la pared 14 frontal para que se le pueda Idar mantenimiento fácilmente. i El medio de distribución 36 generalmente se localiiza por arriba del ensamble 52 de un serpentín sencillo de laj sección 50 de enfriamiento evaporativo indirecta, la cual ^e encuentra también en una relación de posición con la
primera entrada 100 de aire ambiente. El medio 36 de distribución consiste de tramos 38 y 40 de distribución de agua de enfriamiento idénticos, cada uno de los cuales atraviesa lateralmente el ancho de la torre 10 en una relación paralela, separada entre sí y de la pared 14 frontal. Cada tramo 38 y 40 de distribución se construye a partij: de una tubería y tiene una serie de toberas 46 de aspersión separadas en forma equidistante, unidas a lo largo de laj parte inferior de la tubería para la distribución i uniforme del agua de enfriamiento a través del lado 53 supen.or de la sección 50 de intercambio de calor evaporativo i indirecta y generalmente a través de la primera entrada 100 de aiire. Dependiendo de la capacidad de intercambio de calor requerida del aparato 10, el número de tramos de distribución de aginia puede variar desde 1 hasta 5 tramos por sección 52 de serpentín evaporativa indirecta, con la longitud de cada tramo variando entre 0.914-7.315 metros (3-24 pies) . Típicamente, el número de toberas 46 por cada ensamble 52 de serperitín de la sección 50 indirecta variará entre 9-180 toberas, dependiendo también de la capacidad de la torre. Asimismo, la bomba 32 se dimensiona de acuerdo con la capacidad de la torre, de tal modo que el suministro continuo de agba de enfriamiento bombeada hacia las toberas 46 de aspersión producirá una aspersión fina de agua a través de toda la extensión de la primera entrada 100 de aire y por lo
tanto, a través del ensamble 52 de un serpentín sencillo. De manera similar, un eliminador 48 de desviación superior se interpone entre la abertura 106 externa lateral, el pleno 105 y el pasaje 15 para remover las gotitas de agua atrapadas por la primera corriente de agua al mismo tiempo que enfría en forma evaporativa el agua que desciende a través de la sección 50 de intercambio de calor indirecto. Un depósito 47 se dispone debajo del eliminador 48 de desviación superior para la recolección del agua del eliminador 48 de vapor y distribuirla en forma gravitacional en el paquete de láminas de relleno. Se entenderá que la abertura que define la primera entrada 100 de aire ambiente tiene una longitud y anchura dimensionales iguales a aquéllas de la sección 50 de enfriamiento evaporativo indirecta, sin importar dónde se localice la entrada. Se observa, a partir de la Figura 1, que la corriente de aire entrante alcanza inicialmente la entrada 100 generalmente perpendicular al lado 53 superior de la sección 50 de intercambio de calor indirecto, sustancialmente concurrente con el agua rociada en forma descendente del medio 136 de distribución. Con referencia ahora a la Figura 2 de los dibujos, un ensamble 52 y 52A de doble serpentín, de flujo en serie, se incorpora al aparato 10 con un sistema de separación de agua de enfriamiento. Este aparato generalmente se conoce en la técnica como una torre de enfriamiento de doble serpentín,
de bujcle cerrado, y representa la modalidad preferida de doble serpentín. Cada uno de los extremos 6 y 8 de la torre contiene exactamente los mismos elementos dentro de cada mitad de torre respectiva que se encuentran contenidos dentro de la estructura de la modalidad preferida, de un serpentín sencillo, de la Figura 1. Como se observa, el fluido caliente que se va a enfriar se suministra inicialmente hacia el primer extremo 6 de la torre a través de una tubería 75 de suministro. El líquido caliente generalmente entra y se desplaza en forma ascendente, como se explicó anteriormente para jel aparato de un serpentín sencillo; sin embargo, en lugar ! de existir una sección 50 de intercambio de calor indirecto y regresar al proceso externo, el fluido sale de la sección 50 indirecta a través de la tubería 85 y se comunica al cojlector 75a de entrada en el segundo ensamble 52a de serpeijitín indirecto de la segunda sección 50A de intercambio de calor indirecto de la mitad 8 de torre. Una vez más, el fluido se desplaza en forma ascendente a través de la tubería 52a de la sección de intercambio de calor indirecto y la capacidad de enfriamiento se incrementa además en un 10% adicional en comparación con la misma unidad con las secciónes de intercambio de calor canalizadas en paralelo. Una vfez enfriado dentro de la tubería 52a de la sección de intercambio de calor indirecto, el fluido se regresa entonces al proceso externo a través de la tubería 85C de descarga.
í
Todos I los métodos de intercambio de calor dentro de cada una i de las secciones de intercambio de calor en cada mitad 6 y 8 de torre son exactamente los mismos que aquellos descritos anteriormente con la operación de un serpentín sencillo, i excepto que los sistemas de agua de enfriamiento para cada mitad 6, 8 de torre operan en forma independiente, con cada mitad 6, 8 de torre teniendo su propio sumidero, 30 y 30A, y su prbpio sistema de distribución de agua de enfriamiento. I Con referencia ahora a la Figura 3 de los dibujos, se muestra una modalidad de la presente invención en una vista en perspectiva. Esta vista en perspectiva se numera en formal similar a las características de la Figura 2 que se establecen en la Figura 3, y no se describirán aquí en detalle. La sección de intercambio de calor indirecto se muest a generalmente en 50, aunque debe entenderse que las características de la presente invención pueden aplicarse a una torre de enfriamiento que no incluye una sección de intercambio de calor indirecto. Se observa que una sección 90 de initercambio de calor directo incluye un paquete 92 de láminas de relleno que es visible con parte de una entrada 28 de panal en despiece para mostrar la porción de la lámina 22 de relleno. Además, el recipiente de recolección se muestra generalmente en 30, el cual se describirá más adelante. Se observa que el recipiente 30 de recolección es generalmente rectangular en forma, y que tiene extremos 150 y 152, con
lados ¡154 y 156. Con referencia ahora a la Figura 4, el recipiente o sumidero se muestra en detalle como una estructura generálmente rectangular que tiene extremos 150 y 152 con lados ! 154 y 156 que forman una estructura similar a un depósito, generalmente rectangular. Más típicamente, el sumidero 30 se comprende de acero galvanizado, pero puede comprénderse de aluminio o de acero inoxidable. Se observa que la parte inferior 160 comprende una serie de secciones 162, 164 y 166, las cuales se observa que se inclinan en forma ¡ descendente hacia el centro 168 en un lado del sumidero 30. Secciones similares se encuentran en el otro lado del sumidero 30. Un drenaje sale de la sección 168 de sumidero central . . Para disminuir la posibilidad de contaminantes biológicos, tal como el desarrollo de algas en el sumidero 30 mientras se mantiene el drenaje de agua desde la sección 90 de la torre de enfriamiento directo, se proporcionan paredes 170 ? 172 extremas internas inclinadas en la superficie interna del sumidero 30. Tales paredes 170 y 172 extremas interinas inclinadas extienden la anchura total del sumidero 30 en esta modalidad, y la presencia de tales paredes extremas inclinadas actúan para asegurar el movimiento de toda el agua que entra al sumidero 30 hacia las secciones 168 del sikmidero centrales más bajas para asegurar la eliminación
de cualquier posibilidad de estancamiento del agua en el sumidero 30. Esto reduce de manera importante la posibilidad de fojrmación de contaminación biológica tal como algas en el agua njiantenida en el sumidero 33. Con referencia ahora a la Figura 5 de los dibujos, se muestra una vista extrema detallada, en corte transversal parcial, del sumidero 30. Se observa que el sumidero 30 i comprende una pared 150 extrema, con una pared 172 inclinada interina que forma parte de la sección de recolección actual del Sumidero 30. Se observa que el relleno 92 puede i I extenderse en forma descendente hacia el sumidero 30. Además, se observa que la ligera inclinación de la sección 162 inferior se extiende hasta la sección 164 inferior adyacente del sumidero para asegurar un flujo en forma descendente y la recolección del agua que entra al sumidero 30 hacia la sección 168 central más baja del sumidero. Además, se observa que lja inclinación angulada de la sección 172 extrema del sumidero interna reduce de manera importante la posibilidad de cualquier estancamiento o recolección de agua dentro del sumidero 30 que no se puede mover hacia la sección 168 i central más baja y hacia fuera a través del drenaje en el sumidéro 30. El ángulo preferido de la pared 172 extrema del
interna es de aproximadamente 35°, con ángulos desde 25 haita 60° que también son funcionales. Mostrada también en las Figuras 5 y 6, se encuentra
una vdjsta de una entrada 28 de pared extrema tipo panal. Se observja que tal estructura, la cual es generalmente de fibra
1 i de vidrio, proporciona una entrada disponible de aire hacia la sección 90 de enfriamiento indirecto y al relleno 92. Se observa que tal estructura 28 de panal reduce de manera import|ante la posibilidad de que los residuos transportados por el aire entren a la sección 90 de enfriamiento directo. i La estructura 28 tipo panal se comprende de una pluralidad de tablillas 228 alineadas verticalmente que tienen aberturas en las mjismas para permitir el paso de aire a través de las mismaq, pero que bloquean el paso de residuos transportados por el aire .