Torre de refrigeración para niños
Las torres de refrigeración son estructuras especiales que se usan para enfriar el agua y otros líquidos. Su función principal es bajar la temperatura del agua que se usa para enfriar máquinas en grandes fábricas, como las centrales eléctricas, las refinerías o las plantas que procesan gas natural.
Existen diferentes tipos de torres de refrigeración, según cómo enfrían el agua:
- Torres de refrigeración húmedas: Estas torres enfrían el agua usando el principio de la evaporación. Es como cuando sudas y el aire te enfría la piel; el agua se evapora y se lleva el calor. Si el aire está seco, pueden enfriar el agua a una temperatura más baja que la del ambiente.
- Torres de refrigeración secas: Estas torres enfrían el agua sin que se evapore. Lo hacen transfiriendo el calor del líquido a enfriar al aire, a través de una superficie que los separa, como un radiador de coche.
También se clasifican por cómo mueven el aire:
- Tiro natural: Usan una chimenea alta para que el aire caliente suba y el aire frío entre por abajo, creando una corriente natural.
- Tiro inducido: Tienen un ventilador en la parte de arriba que "jala" el aire hacia afuera, creando un pequeño vacío dentro de la torre.
- Tiro mecánico (o forzado): Usan ventiladores potentes en la base para "empujar" el aire hacia adentro de la torre.
A veces, en las torres de refrigeración húmedas, se pueden ver nubes de vapor de agua saliendo. Esto es normal y no es humo, sino vapor que se forma cuando el agua caliente se enfría rápidamente.
Las torres de enfriamiento varían mucho de tamaño. Algunas son pequeñas, construidas en fábricas, mientras que las más grandes pueden medir más de 220 metros de altura y 100 metros de ancho, y se construyen directamente en el lugar donde se necesitan.
Torres de estructura hiperboloide de refrigeración húmedas de tiro natural.
Contenido
Historia de las torres de refrigeración
Las torres de enfriamiento comenzaron a usarse en el siglo XIX. Surgieron por la necesidad de enfriar el vapor de las máquinas de vapor, que usaban condensadores. Estos condensadores necesitaban mucha agua fría para convertir el vapor en líquido de nuevo. Al hacer esto, se reducía la presión y se podía usar menos combustible, además de reciclar el agua de la caldera.
Al principio, en lugares donde no había mucha agua disponible o donde el espacio era limitado (como en las ciudades), se buscaron formas de reutilizar el agua de enfriamiento. Así nacieron las primeras torres de enfriamiento. Algunas se ponían en los techos de los edificios y otras eran estructuras independientes. Usaban ventiladores o el aire natural para enfriar.
Un diseño antiguo de 1911 las describía como una especie de chimenea ancha y baja, con canales arriba por donde se bombeaba el agua. El agua caía sobre "esteras" hechas de madera o alambre, que llenaban el interior de la torre y ayudaban a que el aire la enfriara.
La forma de torre de enfriamiento que parece un reloj de arena, llamada hiperboloide, fue patentada por los ingenieros holandeses Frederik van Iterson y Gerard Kuypers en 1918. Las primeras torres con esta forma se construyeron ese mismo año cerca de Heerlen, en los Países Bajos. En el Reino Unido, las primeras torres de este tipo se construyeron en 1924 en una central eléctrica en Liverpool, Inglaterra.
Hoy en día, se sigue investigando para mejorar estas torres. Por ejemplo, en 2021, unos científicos encontraron un método para recuperar el vapor de agua de las torres, cargándolo con electricidad y capturándolo en una malla. El agua obtenida era tan pura que superaba los estándares de agua potable.
¿Cómo se usan las torres de refrigeración?
En algunas centrales eléctricas modernas, las torres de refrigeración no solo enfrían el agua, sino que también se usan como chimeneas para liberar los gases que se han limpiado. Esto ayuda a que la planta sea más eficiente.
¿Cómo funciona el enfriamiento en una torre húmeda?
Imagina que el agua caliente de una fábrica llega a la parte superior de la torre. Desde allí, cae en pequeñas gotas o chorros finos sobre un material especial llamado "relleno". Este relleno tiene muchas superficies para que el agua se extienda y tenga más contacto con el aire.
Mientras el agua cae, el aire sube por la torre (ya sea por ventiladores o por tiro natural). Cuando el agua caliente entra en contacto con el aire, una pequeña parte de ella se evapora. Para evaporarse, el agua necesita energía, y la toma del calor del resto del agua, lo que hace que esta se enfríe.
El agua fría se acumula en la base de la torre y está lista para ser usada de nuevo en la fábrica. Una pequeña cantidad de agua se pierde por la evaporación y otra por el viento. Para compensar estas pérdidas, se añade agua fresca constantemente.
Las sales que estaban disueltas en el agua se quedan atrás cuando el agua se evapora, así que la concentración de sales en el agua que queda aumenta. Para evitar que haya demasiadas sales, se retira una parte del agua y se reemplaza con agua fresca.
Tipos de transferencia de calor en torres
Las torres de enfriamiento usan diferentes maneras para mover el calor:
- Torres de enfriamiento húmedo o por evaporación: Son las más comunes. El agua caliente se expone al aire y una parte se evapora, enfriando el resto.
- Torres de enfriamiento de circuito cerrado (o enfriadores de fluidos): En estas, el líquido que se va a enfriar (por ejemplo, agua) pasa por un gran intercambiador de calor (como un radiador). Por fuera de este intercambiador, se rocía agua limpia y se usa un ventilador para mover el aire. Así, el líquido se enfría sin mezclarse con el aire exterior ni contaminarse.
- Torres de enfriamiento adiabáticas: Rocían agua en el aire antes de que este pase por un intercambiador de calor. Esto enfría el aire primero, lo que ayuda a que el intercambiador funcione mejor. Usan menos agua que otras torres, pero no enfrían tanto el líquido.
- Torres de enfriamiento secas: Como ya mencionamos, funcionan como un radiador gigante. El calor se transfiere del líquido al aire a través de una superficie, sin evaporación.
- Torres de enfriamiento híbridas: Son muy versátiles. Pueden funcionar como torres húmedas, adiabáticas o secas, dependiendo del clima. Esto les permite ahorrar agua o energía según sea necesario.
En las torres húmedas, el agua se enfría porque una pequeña parte se evapora. Esta evaporación absorbe mucho calor del agua restante, bajando su temperatura. Para que el enfriamiento sea más eficiente, se usa el "relleno" dentro de la torre.
- El relleno por salpicadura hace que el agua se rompa en muchas gotas al caer, aumentando la superficie de contacto con el aire.
- El relleno de película consiste en láminas delgadas (a menudo de PVC) por donde el agua fluye en una capa fina. Ambos métodos aumentan el área y el tiempo de contacto entre el agua y el aire, mejorando la transferencia de calor.
Ver también
- Punto de rocío
- Psicrometría
- Refrigeración por evaporación
