Refrigeración evaporativa: tipología y aplicaciones

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05/12/2019

El principio de refrigeración evaporativa, aplicado en las torres de enfriamiento y condensadores evaporativos, desempeña un papel fundamental en la industria moderna, donde es una de las alternativas más eficaces en el campo de la refrigeración. Analizamos su tipología y aplicaciones.

El funcionamiento de los equipos de refrigeración evaporativa se basa en un proceso natural que utiliza el agua como refrigerante y que se aplica para la transmisión a la atmósfera del calor excedente de diferentes procesos y máquinas térmicas. Estos equipos constituyen una de las alternativas más eficientes en el campo de la refrigeración industrial, además, utilizan una tecnología respetuosa con el medio ambiente, requieren una inversión inferior a la demandada por soluciones similares y son seguros para la salud humana.

Condensación por enfriamiento: sistemas y beneficios

Cuando hablamos de condensación por enfriamiento podemos distinguir tres grandes sistemas:

  • Sistemas húmedos: torres de refrigeración y condensadores evaporativos.
  • Sistemas secos: aerocondensadores
  • Sistemas híbridos.

La decisión de instalar uno u otro depende, en gran medida, de las necesidades de la industria, instalación o espacio que se desee refrigerar. En este punto, los cálculos energéticos constituyen un dato clave que debería guiar la decisión de las ingenierías.

En este contexto, los sistemas energéticamente más eficientes son los húmedos, seguidos de los híbridos, es decir, la ventaja de las torres de refrigeración y condensadores evaporativos parece clara, en la medida que, hablando en términos generales, para un consumo energético estos equipos disipan aproximadamente cuatro veces más calor que los sistemas secos y el doble que los híbridos. En consecuencia, son capaces de aportar un ahorro económico anual considerable derivado del ahorro energético.

En la misma línea señalar como con tecnologías evaporativas es posible disminuir la temperatura de proceso hasta aproximadamente la temperatura del bulbo húmedo. En comparación con el enfriamiento con aire seco, el enfriamiento por evaporación es más eficiente; con 1 kilogramo de agua, el calor eliminado es de aproximadamente 2.200 kilojulios (calor de evaporación) por grado °C, mientras que con 1 kilogramo de aire, el calor eliminado está en torno a 1 kilojulio por grado °C (The European Evaporative Cooling Industry in a Nutshell. Eurovent Industry Monograph 9/1-2019).

A ello se añade que el espacio ocupado por los sistemas húmedos siempre es inferior al de otras tecnologías y que son, además, los equipos más silenciosos con un 9% menos de presión sonora que los adiabáticos y un 7% menos que los sistemas secos, siendo los híbridos los equipos que emiten más ruido (estudio ICAEN, Institut Català d´Energia).

Por último, los sistemas húmedos utilizan aproximadamente un 40% más de agua que los híbridos, mientras que los secos no emplean este elemento. Aunque el porcentaje puede parecer alto, no lo es tanto si pensamos que el 90% del agua que se usa en las torres de refrigeración recircula en las mismas con unas pérdidas muy leves. Esto, unido a que estos sistemas necesitan menos energía para funcionar, supone que consumen menos agua en origen, es decir, en la producción de energía eléctrica, que el resto de sistemas.

Los equipos húmedos son los únicos que tienen riesgo inherente de contaminación biológica, si bien es cierto que la propia evolución técnica de los mismos contribuye a garantizar su seguridad.

¿Qué tipos de torres de refrigeración existen?

Existen distintos tipos de torres de refrigeración y cada industria debe elegir la que mejor se adapte a sus necesidades. Habitualmente, las torres se clasifican conforme los medios por los que se suministra el aire, es decir:

Equipos de tiro natural

Aunque existen varios tipos, los utilizados más frecuentemente son:

  • Equipos basados en efecto chimenea: el agua pulverizada genera un punto caliente en la parte baja de la torre e induce el movimiento ascendente del aire, habitualmente en contracorriente. Se emplean para mover y refrigerar grandes cantidades de agua, sobre todo en grandes industrias y en centrales de producción de energía eléctrica. Estas instalaciones no suelen disponer de separadores de gotas, pero, dada su elevada altura y geometría, la emisión de aerosoles es muy limitada.
  • Equipos de tiro natural por efecto venturi: son muy poco utilizados en España y fundamentalmente se emplean para la disipación de cargas térmicas medias/bajas.
  • Equipos con ventilación mecánica
  • Equipos de tiro forzado: disponen de ventiladores ubicados en la parte baja de la torre –normalmente de tipo centrifugo y ocasionalmente axiales-, que empujan el aire hacia su interior, impulsando su salida por la parte superior a través del relleno.
  • Equipos de tiro inducido: funcionan en depresión, es decir, el ventilador, localizado en la parte superior, extrae aire del interior de la unidad que se renueva a través de aperturas localizadas en la parte baja de la torre.

Circuito abierto o cerrado

Otro criterio de clasificación de las torres de refrigeración es según el sistema de enfriamiento utilizado, distinguiéndose entre las torres de refrigeración de circuito abierto y las de circuito cerrado:

  • Torres de circuito abierto: el agua entra por la parte superior de la torre y se distribuye de manera uniforme por el relleno mediante pulverizadores entrando en contacto con el aire. Existe contacto directo entre los distintos fluidos y el agua a enfriar está en contacto con la atmósfera. Requieren poco espacio para su instalación y su peso es inferior a las de circuito cerrado.
  • Torres de circuito cerrado: el relleno se sustituye por un serpentín por el que pasa el agua que realiza la condensación directa del gas refrigerante en el caso del condensador evaporativo y actúa de intercambiador de calor si se trata de una torre de circuito cerrado. No existe contacto entre el fluido a refrigerar y el medio refrigerante, el fluido a enfriar está en un bucle sellado y no entra en contacto con la atmósfera. Este sistema da como resultado temperaturas más bajas y aporta gran seguridad en cuanto al control de la legionela. Los costes de explotación son menores y sirven para refrigerar cualquier tipo de fluido.

Usos especiales

Asimismo, existen torres de refrigeración para usos especiales, como es el caso de:

  • Torres que utilizan agua de mar: la evidencia científica actual indica que es altamente improbable el crecimiento de bacterias en el agua de mar, por lo que estas torres quedarían excluidas del ámbito de aplicación del Real Decreto 865/2003, de 4 de julio, por el que se establecen los criterios higiénico-sanitarios para la prevención y control de la legionelosis. No obstante se recomienda realizar revisiones periódicas para comprobar su funcionamiento y estado higiénico-sanitario.
  • Torres que refrigeran aguas residuales en depuradoras: en algunos sistemas de depuración de aguas residuales se usan torres, normalmente de circuito único, para disminuir la temperatura del agua, antes de proceder a su vertido a fin de cumplir la legislación vigente. Estas aguas suelen tener concentraciones elevadas de microorganismos que pueden dificultar el crecimiento de Legionela (tanto aerobios como anaerobios) y los parámetros físico-químicos se suelen mantener fuera de los rangos normales por su origen.

Equipos mixtos

Por último, los equipos mixtos disponen de un sistema de doble batería de condensación, de modo que pueden funcionar como condensadores por aire en las épocas frías y como condensadores evaporativos en las cálidas. Estos equipos disminuyen la visibilidad del penacho de emisión de gotas en época cálida y lo eliminan en modo condensación por aire. Su inconveniente es el alto coste de la inversión.

Campos de aplicación del enfriamiento evaporativo

La demanda de edificios energéticamente eficientes, el endurecimiento de los requisitos de sostenibilidad y la necesidad de introducir sistemas de climatización respetuosos con el medio ambiente en todos los sectores – centros comerciales, complejos turísticos, hospitales, etcétera-  requieren una respuesta capaz de combinar el ahorro energético y la rentabilidad económica, así como de contribuir a la preservación de los recursos naturales.

En la medida que los equipos de enfriamiento evaporativo cumplen con todos estos requisitos, pueden encontrar aplicación en todas aquellas actividades que requieren de frío en sus procesos, fundamentalmente:

  • Aplicaciones de HVAC (Heating, Ventilating and Air Conditioning)
  • Aplicaciones industriales
  • Aplicaciones de refrigeración industrial.

Conclusiones

 La elección de uno u otro equipo dependerá de cada caso concreto, la decisión deberá estar precedida por un estudio comparativo de rentabilidad que, además del ahorro energético, tenga en cuenta todas las ventajas e inconvenientes considerando los gastos de implantación, el impacto ambiental, los niveles sonoros y el programa de mantenimiento, entre otras cuestiones.

Artículo redactado por la Comisión Técnica de AEFYT – Asociación de Empresas de Frío y sus Tecnologías

 

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