How TRUE or FALSE is each of the following statements for you?

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS Menor costo de operación

Menor espacio ocupado

Desventajas

Requieren de un tratamiento del agua mas costoso, gran control de la dureza, sílice y de microrganismos.

Solución más adecuada para sitios con problemas de calidad de agua o con manejo de hidrocarburos:

Tipo: contra flujo Relleno: Salpiqueo Ventajas:

Costo inicial: no tan bajo como el de película, pero menor que el flujo cruzado

Operación: valores razonables, ligeramente mas altos que con relleno de pelicula Espacio: menor que las de flujo cruzado

Principal: rellenos inatascables

Desventajas

Principal: no hay muchos rellenos disponibles

Adicional: pocos saben diseñar esta mezcla componentes principales Estructura: concreto o fibra de vidrio

Relleno: salpiqueo a menos que se cuente con agua de buena calidad Eliminadores: celulares, para cualquier tipo de torre

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS Chimeneas: fibra de vidrio

Barandales: fibra de vidrio

Ejemplificación:

El balance de calor esta dado por: Q1=Q2

El balance de aire por:

( )………..(1) El balance de agua por:

………(2) Igualando 1 y 2 ( ) ……….(3) Donde: ΔH=H2-H1……….(4) ΔX=X2-X1………..(5)

De acuerdo a las condiciones de operación y las condiciones climatológicas del lugar, se tienen los siguientes datos de diseño:

L= 10,000 GPM o 5,002,200

(DATO DE PEMEX) TAC= 115°F

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS =1.021 (DATO DE DISEÑO DEL FABRICANTE)

ρ= 0.06959

de esta información se encuentran en la tabla psicrométrica: H1=47.04 a TBS=87°F y 85% H.R.

X1=O.024 R=115-90= 25°F

De la ecuación 3 substituyendo la ecuación 4, despejando ΔH y considerando CP aproximado a 1 se tiene: ……..(6) De la ecuación 4 ΔH=H2-H1 H2= ΔH+H1=25.53+47.04=72.57

Leyendo de la tabla psicrométrica una entalpia de 72.57 y considerando que esta saturado el aire se tiene: T2=100.48°F X2=0.04385 De la ecuación 5 ΔX= X2-X1 ΔX=0.04385-0.024=0.01985 ΔX=0.1985

ΔX prácticamente equivale al agua evaporada en la torre, ya que esta determinada por el caudal de agua a la salida, menos el caudal de agua a la entrada

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS G= G= = (5,002,200/1.021) =4,899,315 G= 4,899,315 = EVAPORACION

ACFM= es la cantidad de aire real que va a mover el ventilador ósea, G mas el contenido de humedad a la salida de la torre

Aire total= G+X’2 …….(8)

Donde X’2= contenido de agua a la salida de la torre en X’2= X2+G Sustituyendo De la ecuación 8 Aire total= 4,899,315 + 214,835 Aire total= 5,114,150 ACFM= 5,114,150 x x ACFM= 1,224,887

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS CONCLUSIONES DEL EJEMPLO

Por el sólo uso de chimeneas de recuperación, hay un ahorro de energía de:

=114.32 Es decir se consume 14.32% más de energía sin chimeneas de

recuperación.

El cambio de ventilador por otro diferente puede resultar en un ahorro o gasto de más, según se vea, hasta de un 11-12%

En sus evaluaciones y a valor presente CFE penalizaba el KW (HPx0.7457) aproximadamente $ 8000 /KW (2010), lo que en una evaluación técnico-económica puede representar:

156.64-138.5=20.19x0.7457x8000 =120,455.00 por usar una chimenea de recuperación o una normal. Si la diferencia en el costo inicial entre las dos chimeneas es de $35000 vemos que hay un ahorro inmediato de $84445.00

El cambio de un ventilador por otro puede significar en el ejemplo anterior: (136.45-123.46) 12.99X.7457X8000=$77493.1 por usar marcas o ventiladores diferentes por celda.

No hay ninguna ventaja entre una chimenea de 18 pies de alto y una de 14 pies, ya que la altura no interviene en el cálculo de recuperación. Se usan las chimeneas de 18 pies de altura por las siguientes razones algunos fabricantes colocan su equipo mecánico sobre el tubo distribuidor del agua, elevando en 4 pies aproximadamente la garganta del ventilador y requiriendo por esta razón, 4 pies más de altura de chimenea.

Por las razones anteriores, es muy importante solicitar con cualquier propuesta para procura de torre de enfriamiento los siguientes documentos:

Memoria de cálculo desglosado de la potencia consumida Curvas de operación CTI para 50%, 100% y 110% de flujo Curvas de operación de los ventiladores opuestos

PÉRDIDAS DE AGUA EN LA TORRE Y CÁLCULO DE REPUESTO TOTAL

El agua de repuesto total es necesaria para recuperar las pérdidas que se tienen en la operación de la torre, como resultado de la evaporación, el arrastre de agua por el aire y la

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parte por la evaporación de la película exterior de la gota de agua que toma el calor necesario para este proceso de la misma gota, enfriándola consecuentemente.

ARRASTRE

Es la única pérdida que depende del diseño de la torre y específicamente de los eliminadores de rocío. En este concepto ha habido grandes avances y se ve que los primeros diseños garantizaban hasta un .2% máximo con eliminadores de madera de 2 y 3 pasos.

Con el desarrollo tecnológico se empezó a bajar a este valor a:

 0.05% Con eliminadores tipo espina de pescado de madera

 0.005-0.008% Con eliminadores de PVC huecos de 2 pasos e Instalados horizontalmente y ligeramente Inclinados

 0.002% Con eliminadores celulares de PVC. Con este tipo De eliminadores se puede alcanzar hasta 0.0005%

Para propósitos de cálculo del agua de repuesto total, se considera despreciable este valor con el uso de eliminadores de mala calidad, ventiladores o que por alguna razón se hayan separado o roto las hojas eliminadoras, este valor puede ser considerable y aún la mayor de las tres pérdidas.

PURGA

Al evaporarse el agua durante la operación de la torre, los sólidos disueltos permanecen en un estado no evaporativo ya que son no volátiles, aumentando su concentración en el agua. Si esta concentración es suficientemente alta, se pueden empezar a formar depósitos en los tubos de los intercambiadores de calor , o en la tubería del sistema , resultando en menor flujo o ineficiencia de los intercambiadores de calor Para evitar lo anterior se requiere purgar continuamente cierta cantidad del agua recirculada.

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Conclusiones

En el presente trabajo se realizó una investigación sobre torres de enfriamiento especialmente en las usadas en la industria energética del país como lo son PEMEX Y CFE Para lo cual se realizó una introducción sobre las torres de enfriamiento, diversos tipos de torres existentes así como su principio de funcionamiento las ventajas y desventajas enfocándose en, las torres de flujo cruzado al ser estas las usadas regularmente en nuestro sector energético, como se mencionó anteriormente

El hecho de haber mostrado dicho apartado permite a cualquier lector obtener una base certera sobre las torres y así comprender de una manera completa los cálculos realizados para el diseño de las mismas lo que también proporciona una ventaja al poder aplicar estos cálculos o alguna de las partes del algoritmo a los cálculos de diseño de cualquier otra torre de enfriamiento.

Mientras aquí se aplica un algoritmo de cálculo para el diseño de una torre de enfriamiento este solo es uno de los muchos que existen, pero también es uno de los más sencillos de ahí la razón por la que se decide usar éste, ya que en la literatura tampoco es sencillo encontrar algoritmos de cálculo completos, puesto que la mayoría son diseñados por las firmas de ingeniería dedicadas a la construcción de torres de enfriamiento. En la actualidad todo este diseño lo realizan con un “software” específico en el que con solo alimentar las condiciones de operación se realiza en automático el dimensionamiento e inclusive proporciona los materiales de construcción, todo esto apoyándose los materiales e instrumentación que maneje dicha firma

Estos “software” tienen la limitante de hacer todo el diseño únicamente en torres comunes sin requerimientos especiales, por lo que el tener el conocimiento y un algoritmo a la mano como el presentado en este trabajo le facilitará o ayudara, en buena medida a poder diseñar una torre específica de manera más laboriosa que un simple simulador, pero con la certeza de que se tendra la torre que se busca implementar en un proceso

Al presentar también un ejemplo numérico permite ver que realmente la realización de estos cálculos es sencilla comparada con cálculos para otro tipo de equipos, por poner el ejemplo de una columna de destilación o una fraccionadora ya que en las torres de enfriamiento la

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El trabajo buscó y alcanza el objetivo de ser una referencia para torres de enfriamiento desde lo más básico como es su funcionamiento o de que partes se componen, hasta lo más complejo que son los cálculos de diseño, el conocimiento de todas las variables que van a influir en este y cuáles son las más importantes o críticas que habrá que cuidar

Las torres de flujo cruzado son el tipo ideal para procesos grandes que no requieren un gran salto térmico en el enfriamiento o un valor de acercamiento más pequeño, por eso resulta la opción más viable en una refinería.

El tamaño de estas torres dependerá del relleno que se utilice lo que facilita enormemente su diseño y construcción, además de que la inversión en estas torres es mucho menor en comparación con los otros tipos de torres.

Una de sus principales ventajas es la facilidad para darle mantenimiento a la misma debido a que es muy sencillo inspeccionar todos sus componentes internos y externos y, de igual forma, su reemplazo o reparación, lo que se refleja en menores costos de mantenimiento Otra es a nivel energético estas torres aprovechan de una mejor manera el flujo de aire por lo que necesitan menor potencia en los ventiladores y, por lo tanto, un ahorro energético considerable

Ambientalmente las torres de flujo cruzado presentan un grado de contaminación que será debido a los microorganismos y contaminantes que se encuentren en el aire del ambiente ya que este entra en contacto directamente con el agua; pero que, comparado con otras torres es inferior además de ello, si se considera el menor gasto del consumo eléctrico de la torre, resulta ambientalmente más conveniente para una refinería

Como se ha comentado las torres de flujo cruzado siguen siendo la opción más viable tecnológica, económica y ambientalmente para su uso en la industria energética del país.

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BIBLIOGRAFIA

1. Kern, D.Q., Process Heat Transfer, International Student Edition. Mc. Graw-Hill International Book Company

2. Treybal, Robert e., Mass Transfer Operations. Second edition. International Student Edition. Mc. Graw-Hill book Company

3. Cooling Tower Institute. Basic concepts of cooling tower. Operation. Cooling tower manual. January 1977. Cheremisinoff N.P. Cheremisinoff P.N. cooling towers, Selections design and practice USA Ann Arbor Science Publishers Inc. 1981

4. Keenan, Joseph, Keyes, F.G. Etal, Steam Tables Thermodynamic properties of

water, including vapor, liquid and solid phases USA, John, Willey SonsINC

5. Baker D. Performance Cooling Towers USA Chemical Publishing Co, 1984.

6. Wark, Kenneth. Richards, Donald. Termo-dinamica. Sexta edición. Editorial McGraw Hill, 2001.