Torres de enfriamiento

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El mantenimiento, tanto a nivel preventivo como correctivo, resulta  esencial  para conseguir  y prolongar  en  el tiempo  las condiciones de funcionamiento eficaces de los equipos y maquinarias en general.

Las torres de enfriamiento son equipos que enfrían el agua por el contacto con el aire y por evaporación de una parte del agua, y producen un intercambio de calor sensible y latente.

Las torres de enfriamiento usan la evaporación del agua para rechazar el calor de un proceso, tal como la generación de energía eléctrica. Las torres varían en tamaño, desde pequeñas estructuras a muy grandes, las cuales pueden sobrepasar los 220 metros de altura y 100 metros de longitud.

Escala (range), margen o diferencial (Dt): Es la diferencia entre las temperaturas de entrada y salida del agua en la torre.

Aproximación (approach = a): La diferencia entre la temperatura del agua a la salida de la torre y la temperatura de bulbo húmedo del aire.

78°F TBH Partes de una torre
el agua entra  por la parte superior y se distribuye sobre el relleno, utilizando pulverizadores

 

Tipos de torres respecto del tiro del aire
Tiro natural
•   Utiliza una chimenea alta para lograr el tiro deseado
•   Usan las corrientes de aire de la atmósfera
•   El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y el húmedo del interior de la torre
•   Debido al inmenso tamaño de estas torres (500 pies de altura y 400 pies de diámetro), se utilizan por lo general, para flujos de agua, por encima de 200 mil gpm
•   Son ampliamente utilizadas en las centrales térmicas

Tiro inducido
•   El ventilador se coloca en la parte superior de la torre (impulsan el aire creando, un pequeño vacío en el interior de la torre)
•   El agua caliente, que viene del proceso, se deja caer por el interior de la torre mediante un sistema de distribución de agua, que debe bajar uniformemente sobre el relleno
•   En la parte superior están montados ventiladores que hacen que el aire circule a contracorriente del agua
•   El fenómeno de cesión de calor se debe a que, al entrar en contacto el agua caliente con el aire, se forma una película de aire húmedo alrededor de cada gota
•   El agua que pasa al aire, y por tanto se evapora, extrae el calor necesario para la evaporación del propio líquido y produce un enfriamiento del mismo. Por la parte superior sale el aire húmedo, visible si las condiciones ambientales dificultan la dispersión de este vapor en el aire (frío intenso o humedad relativa alta)

Tiro mecánico (o tiro forzado)
•   Utiliza la potencia de motores de ventilación para impulsar el aire a la torre (colocándose en la base)
•   El aire entra a los lados de la torre y  fluye horizontalmente a través del agua que cae
•   Las corrientes de aire laterales se unen en un pasaje interno y dejan la torre por el tope
•   Requieren más aire y tienen un costo de operación más bajo que las torres a contraflujo

Mantenimiento
Por sus condiciones de funcionamiento y situación a la intemperie, las  torres de enfriamiento resultan muy vulnerables a diversos agentes externos muy variables y de difícil control. La ejecución de un programa de mantenimiento es una práctica que permite:

•   Maximizar la eficiencia energética de la torre y del sistema electromecánico
•   Minimizar la inversión de capital del equipo, al extender su ciclo de vida útil e intervalos de reemplazo de partes y/o componentes
•   Minimizar los gastos de mantenimiento anual, a través de medidas preventivas, en lugar de reparaciones costosas

Es importante revisar y actualizar los programas de mantenimiento que se están llevando a cabo en los siguientes componentes:

•   Sistema de agua de circulación (bombas, boquillas de aspersión, tuberías y ductos)
•   Sistema electromecánico (motor, eje, coples, baleros, reductor y ventilador)
•   Superficies para transferencia de calor (relleno),  louvers y eliminadores de rocío

Principales puntos de atención:
Entradas y salidas de aire. Normalmente cuentan con protecciones de mallas metálicas  o persianas, y se ha de vigilar que no resulten obstruidas por hojas,  plásticos o papeles de desechos de embalajes. En el caso de equipos con ventiladores centrífugos que estén apoyados en estructuras elevadas del suelo, conviene completar esa protección también  por  su  parte  inferior, por motivos de seguridad y para evitar la entrada de desechos.

Serpentines. Requieren especial atención y vigilancia. No cuentan con pinturas ni recubrimientos de protección sobre su acabado galvanizado o de acero inoxidable; por lo tanto, debe observarse la aparición de manchas de óxidos o corrosiones y las deposiciones de incrustaciones blandas o duras, para proceder a su inmediata o temprana eliminación, a la que ha de seguir la revisión y comprobación del tratamiento del agua, así como de los procedimientos y productos de limpieza y desinfección.

Fugas de agua. Las rutinas de mantenimiento deben comprender la observación de fugas o goteos de agua, que pueden darse en: las uniones de chapa o láminas de cerramiento, en las conexiones, en la bomba de agua o por escapes debidos a defectos en las espreas de rociado o los separadores. Tales pérdidas de agua, además del valor de la misma y de los productos  disueltos (biocidas, etc.), pueden facilitar el crecimiento de algas y mohos, y provocar fenómenos de corrosión en el exterior y en el entorno del equipo, que pueden terminar trasladándose a su interior.

Revisión de la coladera de succión de las bombas de agua. Este filtro tiene por objeto impedir la llegada de cuerpos extraños a la bomba, como lodo, algas o desechos, al restringir el caudal de succión de la bomba con riesgo de daño para la misma y pérdida de eficiencia del equipo. Su revisión suele ser sencilla y también su desmontaje.

Válvula de llenado. Cuando se trate de válvulas mecánicas de brazo y boya, en su revisión se ha de comprobar el libre juego del mecanismo, el flujo correcto cuando está abierta y el cierre total cuando corresponde, incluyendo la inspección de los asientos de cierre.

En el caso de válvulas de actuación electromagnética, la revisión de mantenimiento requiere el desmontaje periódico (según modelos y tamaños) para inspeccionar los asientos, orificio del servo pistón, membrana y resorte,  etcétera. Se deben limpiar sus  partes móviles y liberarlas de cualquier depósito de sales que pueda entorpecer su movimiento. La limpieza debe  efectuarse en las partes móviles de la boya de control de nivel o de los electrodos  sensores, que  pierden sensibilidad  si  quedan recubiertos de suciedad o sedimentos precipitados. Cualquiera que sea el modelo de válvula de llenado, se debe  comprobar el mantenimiento adecuado del nivel en el basin. Éste se puede regular a unos 4 a 8 cm, inferior al rebosadero y no menos de 10 cm sobre  la parte más alta de la toma de aspiración de la bomba.

Equipo mecánico
En las torres de enfriamiento, las  bombas forman parte esencial del equipo y están  acopladas directamente al mismo.

Los puntos importantes de mantenimiento se centran en la medición de tensión y consumo de sus motores y la observación  de sentido de giro, ruidos  anormales o vibraciones que puedan ser síntoma de desgaste de baleros,  roturas de álabes o descentramiento del eje, fenómenos de cavitación o defecto de anclaje a su base. Es conveniente una revisión, desmontaje,  limpieza  y engrase, con  particular  atención al estado del sello o retén, y con periodicidad proporcional a sus características y horas de funcionamiento.

Ventiladores axiales: Los ventiladores axiales pueden ser para tiro forzado (situados en un lateral de la parte inferior del cuerpo del equipo, entre el relleno y el basin) o para tiro inducido (situados en la parte superior del cuerpo del equipo). Para los trabajos de mantenimiento, la diferencia inmediata proviene de su situación que facilita más o menos la intervención sobre los mismos. Otra diferencia deriva de su posición de montaje (con eje horizontal o vertical), lo que lleva a diferentes tipos de desgaste, distintas características de sus cojinetes o rodamientos, incluso de sus  motores.

En cuanto a la disposición entre el ventilador y el motor de accionamiento, existen    modalidades elementales que tienen una parte de tratamiento común en las operaciones de mantenimiento, como son:

•   Toma de datos generales
•   La tensión y el consumo
•   Vibraciones excesivas que representen desgaste de baleros
•   El sentido de giro y el engrase de rodamientos del motor
•   Se deberá comprobar también la alineación de las aspas con la boca de salida del aire, y la holgura radial que asegure la ausencia de roces (comprobaciones con suave giro a mano, y seguidamente con el motor en marcha)
•   La observación del estado de la pintura u oxidación en la hélice o las álabes y en la carcasa del motor, determinará su limpieza y repintado
•   La observación de deposiciones o costras que mermen la ventilación y/o refrigeración del motor
•   En los motores que funcionan con tiro inducido, que están sometidos a la corriente de aire cálido y húmedo que sale del equipo, conviene incluir la medición de aislamiento o derivación a tierra para prevenir la condensación de vapor de agua en su interior o en su caja de conexiones
•   Engrasado de rodamientos y revisión general del reductor de velocidad

Tratamiento de agua
En las actividades sanitarias ordenadas a la prevención de la proliferación y difusión de legionela en los equipos de enfriamiento evaporativo, se insiste en la necesidad de disponer el agua en condiciones que no favorezcan el desarrollo de la bacteria ni mermen la acción de los tratamientos biocidas. Los tratamientos específicos de limpieza y desinfección competen a las empresas debidamente registradas y al personal autorizado  con la formación adecuada.

Problemas generales que pueden  presentarse
Ensuciamiento
Presencia de sólidos disueltos en el agua, precipitados en el fondo del basin, así como la existencia de sólidos lavados del aire, pueden generar incrustaciones en las superficies. Comúnmente se instalan filtros de arena o multimedia para eliminar dichos sólidos y partículas, así como arenas o sedimentos.

Crecimientos orgánicos
Su formación depende en gran medida de la ubicación de la torre o condensador y los posibles  arrastres o emisiones  de materia orgánica  que  puedan ser captadas por el aire que será aspirado por el equipo. Lo constituyen: fangos, lodos, algas, bacterias y microorganismos.

Se opta por combatir selectivamente a las especies que se consideran perniciosas o peligrosas, mediante  derivados de cloro  o  bromo y tratamientos de choque con biocidas no oxidantes, de igual manera existen tecnologías múltiples de control bacteriológico, que van desde tratamientos UV, magnetos y químicos que degradan el crecimiento y la proliferación de estas bacterias.

INSPECCIÓN EQUIPO MÉCANICO-ENFRIADORES DE FLUIDOS
Datos Semanal Mensual Trimestral Anual
Verificación del funcionamiento de las bombas de agua X      
Verificación y ajuste de los tornillos de fijación de las bombas   X    
Verificación del estado del sello mecánico de las bombas, verificación de sistema de auto lubricación     X  
Verificar amperaje, temperatura y vibración de las bombas de agua de cascada, anotando valores en la bitácora de mantenimiento     X  
Prueba de resistencia dieléctrica a los motores de las bombas de agua de cascada       X
Verificación y ajuste de los tornillos de fijación de los motores de los ventiladores, así como el ajuste del buje y las aspas de los ventiladores   X    
Inspección por acumulación de suciedad en las aspas de los ventiladores   X    
Verificación del ángulo de ataque de las aspas de los ventiladores     X  
Verificación del amperaje y temperatura de los motores de los ventiladores   X    
Prueba de resistencia dieléctrica a los motores de los ventiladores       X
Verificación del nivel de vibración del sistema de ventilación     X  
Verificación de nivel de vibración y ruido de la torre     X  

Incrustación
Deposiciones cristalizadas más o menos duras y fuertemente adheridas a las superficies de los materiales constitutivos del equipo (rellenos o serpentines, paredes interiores, ventiladores a los que lleguen las salpicaduras, etc.) y de forma acusada sobre las zonas que se mojan y secan alternativamente. Se  trata  en  su  mayor parte de sales de calcio o magnesio. Dependiendo de las características  del agua de aporte, los tratamientos varían desde una adición de ácidos que contrarresten la excesiva alcalinidad, o de inhibidores que impidan o dificulten la cristalización de las sales de calcio, hasta tratamientos más complejos en el agua de aporte, como puede ser la desmineralización por ósmosis inversa y, más comúnmente, la descalcificación. Este tipo de incrustaciones representan una disminución muy considerable en la eficiencia del equipo y del intercambio térmico.

La operación energética eficiente y la vida útil de una torre se ven afectados por:

•   Malas prácticas de mantenimiento
•   Problemas de incrustaciones
•   Problemas de corrosión
•   Tratamiento físico-químico inadecuado del agua del proceso

Recomendaciones operativas

1.  Aproximar el rango de enfriamiento al rango de diseño
2.  Ajustar estacionalmente el ángulo de ataque de las aspas en ventiladores
3.  Considerar vientos dominantes y velocidad del ventilador
4.  Reparar y cerrar puertas de acceso en cada celda de la torre
5.  Garantizar la estanqueidad interna de la estructura
6.  Instalar variadores de frecuencia en motores eléctricos de bombas y de ventiladores (VFD)
7.  Controlar el paro/arranque de ventiladores con lazo de control por temperatura de agua fría
8.  Garantizar un buen tratamiento químico y/o filtración física del agua

Una actividad esencial para la preservación de la torre de enfriamiento es el tratamiento físico-químico del agua de proceso, el objetivo es:

Aumentar el número de ciclos de concentración, con el consecuente ahorro de agua de repuesto

Prevenir incrustaciones o depósitos debidos a la concentración de las sales por la evaporación de agua en la torre

Mantener bajo control la corrosión en los equipos de proceso

Evitar la proliferación de microorganismos que afecten la operación de la torre y los intercambiadores de calor

Disminuir el consumo de energía, mediante superficies de transferencia térmica limpias

Aumentar la duración de los equipos gracias al control de la corrosión

INSPECCIONES FÍSICAS GENERALES
Datos Semanal Mensual Trimestral Anual
Inspección visual completa de la torre X      
Verificación y reparación de fugas de agua X      
Verificación y ajuste de la válvula de reposición de agua X      
Inspección de difusores de succión de las bombas X      
Verificación de funcionamiento de las esferas dispersoras de agua   X    
Inspección de conexiones de las tuberías de distribución de agua   X    
Inspección de contenido de fangos o acumulación de sólidos en los dépositos de agua fría X      
Inspección de grado de incrustación en superficies de intercambiadores térmicos (relleno y/o serpentín)   X    

 

Voz del experto“El instalador tiene que buscar optimizar su trabajo, balanceando la seguridad para el cliente y el punto lógico de operación de los diferentes componentes del sistema. Un error común es tomar decisiones sin el sustento necesario. Por ello, actualmente todas las marcas fabricantes tenemos diferentes software de simulación. Nuestra recomendación es, a la hora de estar haciendo el diseño, simularlo para ver cómo se va a desempeñar el equipo y de ahí jugar con las diferentes variables; por ejemplo, usar menos agua, cambiar la orientación del edificio, poner chillers más eficientes. Con ello, se puede encontrar el punto óptimo a la hora de la instalación y cierto margen de maniobra,  con la intención de que el cliente y el usuario final queden muy contentos, la operación se mantenga relativamente simple y el efecto en el medioambiente sea menos dañino. Para ser excelentes, la inteligencia se traduce en simplificar la operación de las cosas”.

Arturo Pérez, gerente de Ventas Indirectas de Trane México, y especialista en torres de enfriamiento.

 

Efectos de las malas prácticas•   Decremento de la capacidad, reducción, canalización o mala distribución del flujo de agua
•   Reducción del flujo de aire (relleno muy sucio)
•   Ubicación muy lejana de las torres al proceso o muy cerca de edificios
•   Cortocircuitos de aire (accesos abiertos o sin compuerta, paredes rotas)
•   Recirculación de vapor u otras fuentes de aire caliente
•   Desperdicio de agua y químicos
•   Rocío excesivo (boquillas o eliminadores dañados)
•   Fuga en sellos de bombas
•   Desborde de agua por daño en válvula de reposición o control de nivel
•   Carencia de louvers, falta o ruptura del eliminador de rocío
•   Reducción de la vida útil
•   Sobreamperaje del motor del ventilador (boquillas)
•   Flujo forzado
•   Cavitación de la bomba (mal control de nivel, restricciones en las mallas)
•   Alta temperatura del motor por carcasa muy sucia (VFD)
•   Crecimiento orgánico
•   Daño estructural
•   Vibración excesiva

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Con información de Industrial Mexicana (IM), empresa dedicada a la fabricación,  comercialización e instalación de equipos de enfriamiento de fluidos por cambio de fase y ciclo evaporativo, como torres de enfriamiento. Cuenta con más de 50 años en el mercado y trabaja para distintos sectores, como refinería, refrigeración, farmacéutica, metalurgia, aire acondicionado, plásticos, entre otros. Trabaja con equipos de alta calidad y tecnología propia.