Torres de refrigeración; qué son, funcionamiento y tipos de equipos de refrigeración evaporativa

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23/10/2019

Los equipos de refrigeración evaporativa, torres de refrigeración y condensadores evaporativos, constituyen una de las alternativas más utilizadas en la industria moderna, ofreciendo una combinación óptima en lo que ahorro energético y costes se refiere. En este artículo, analizamos su funcionamiento, evolución, mantenimiento y tipología.

Refrigeración evaporativa

Los sistemas húmedos de refrigeración evaporativa -torres de refrigeración y condensadores evaporativos- son ampliamente utilizados en la industria moderna, donde se aplican en todos aquellos procesos que requieren frío: industria petroquímica y farmacéutica, alimentaria, automovilística, producción de acero, fabricación de componentes de electrónica y semiconductores, centrales eléctricas, plantas de cogeneración, refrigeración industrial y de maquinaria. Su uso está normalmente asociado a los sistemas de refrigeración, tanto de aire acondicionado como de producción de frío (hostelería, alimentación, laboratorios, etc.).

El ahorro energético, la reducción de costes y la protección medioambiental son los elementos que han actuado a favor de la adopción de esta tecnología. Para saber cómo consiguen estos beneficios los equipos de refrigeración evaporativa, hay que adentrase en su interior porque, ¿cómo funciona una torre de refrigeración?

¿Qué son las torres de refrigeración?

 Las torres de refrigeración son equipos cuyo funcionamiento se basa en el enfriamiento evaporativo, 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 liberan el calor de condensación de las máquinas frigoríficas transfiriéndolo a la atmósfera mediante la evaporación de una reducida cantidad de agua. Este proceso se hace efectivo gracias al establecimiento de un contacto entre el agua en circulación y una corriente de aire en un intercambiador de calor.

En consecuencia, su principio de funcionamiento constituye una tecnología limpia y respetuosa con el medio ambiente, en la medida que el agua, un elemento natural, no aporta emisiones de CO2. Se favorece, de este modo, tanto la reducción de su consumo y como su aprovechamiento eficaz.

Diferencias entre torres de refrigeración y condensadores evaporativos

Los condensadores evaporativos y las torres de refrigeración son equipos muy similares, tanto en su estructura como en sus funciones. La principal diferencia reside en el uso y en la forma de funcionamiento.

Los condensadores están destinados a la condensación de gases en general, así como a la condensación de gases refrigerantes en los sistemas de acondicionamiento de aire y frío industrial. El agua se pulveriza directamente sobre un sistema de conductos en cuyo interior circula un refrigerante inicialmente en estado gaseoso y que por el enfriamiento del agua pasa a estado líquido. El refrigerante circula por un circuito totalmente independiente sin contacto con el agua.

¿Qué tipos de torres de refrigeración existen en la actualidad?

 Las torres de refrigeración podrían clasificarse en dos grandes categorías:

Equipos de tiro natural

Hay varios tipos, entre los que destacan:

  • 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.
  • Equipos de tiro natural por efecto venturi: poco utilizados en España, 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 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.

A las torres de refrigeración, hemos de añadir los condensadores evaporativos y las torres de circuito cerrado, equipos en los que el relleno se sustituye por un serpentín que realiza la condensación directa del gas refrigerante en el caso de condensador evaporativo  y actúa de intercambiador de calor en el caso de una torre a circuito cerrado.

Asimismo, existen torres de refrigeración para usos especiales, como es el caso de las torres que utilizan agua de mar y las torres que refrigeran aguas residuales en depuradoras

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.

¿Cómo han evolucionado los sistemas de refrigeración evaporativa?

 Los sistemas de refrigeración evaporativa se han empleado desde principios del siglo pasado. Los principios y técnicas no han variado sustancialmente, pero sí se han introducido notables mejoras que afectan, fundamentalmente, a la calidad de los materiales y la accesibilidad de las instalaciones, todo ello al objeto de recudir el riesgo de que estos alojen y difundan colonias de Legionella:

  • Los rellenos de alta eficacia se han transformado con la utilización de materiales resistentes -polipropileno y poliéster-.
  • Los separadores de gotas han experimentado una evolución similar en cuanto eficacia, a la hora de evitar la salida de gotas de agua al exterior.
  • La mejora de la accesibilidad, a través de puertas amplias que facilitan la entrada de los técnicos; la evolución en los sistemas para facilitar el drenaje, la limpieza y la toma de muestras, que se traduce en bandejas inclinadas, plataformas y escaleras.
  • Nuevas ventanas, cuyo diseño evita el paso de luz o agua que lleva suciedad evitando que los rayos ultravioletas provoquen las condiciones necesarias para el desarrollo microbiológico en el interior de la torre.

Asimismo, se ha suprimido el uso de rellenos de celulosa, madera o fibrocemento que anteriormente eran bastante comunes, pero que favorecen el crecimiento microbiológico.

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¿Cómo conseguir una instalación a pleno rendimiento?

 La idoneidad y eficiencia de cualquier equipo de refrigeración evaporativa es algo que debe concebirse desde el mismo diseño de la instalación, cuidando desde su emplazamiento hasta su mantenimiento.

Fase de diseño

Hay que tener presentes criterios técnicos y económicos. Influirán, por ejemplo:

  • Localización del equipo: hay que evitar la proximidad a cualquier punto de riesgo (tomas de aire exterior, ventanas practicables o zonas de paso de personas) y prestar especial atención al uso de los inmuebles cercanos (hospitales, centros geriátricos, colegios). En general, la mejor ubicación es la cubierta de los edificios, pero manteniendo la instalación siempre alejada de las tomas de aire exterior.
  • Tipo de condensación/refrigeración: que mejor se ajuste a cada necesidad para lo que será necesario un estudio previo que garantice que ésta es la solución más adecuada frente a otras posibles alternativas.
  • Características técnicas de la torre: materiales resistentes a la acción de los biocidas y que eviten o al menos no favorezcan la aparición de la biocapa; desmontaje sencillo de cara a facilitar la completa limpieza de la instalación asegurando que los tratamientos contra Legionella sean efectivos; existencia de un desagüe suficiente que permita la eliminación del agua con facilidad durante el proceso de limpieza; y un separador de gotas de calidad, ya que minimizará la salida de aerosoles y por tanto la posibilidad de que estos afecten a los individuos del entorno.
  • Sistemas de desinfección y control de la calidad del agua: a fin de controlar el crecimiento microbiano dentro de niveles que no causen efectos adversos. Desde la fase de diseño se debe contemplar la necesidad de realizar desinfecciones, previendo, por tanto, todos los elementos que deben formar parte del equipamiento necesario para su realización. El mantenimiento de la calidad fisicoquímica y microbiológica del agua en condiciones normales debe contemplar el control de incrustaciones, crecimiento de algas, bicoapa, corrosión y sólidos disueltos en el agua o en suspensión.

Fase de instalación y montaje

Es necesario respetar las características del diseño más adecuado para la torre, desde la localización final del equipo hasta la entrada de materiales extraños, que debe evitarse durante la fase de montaje.

Fase de vida útil

En esta fase las revisiones periódicas con fundamentales con objeto de comprobar su correcto funcionamiento y su buen estado de conservación y limpieza. Este proceso de limpieza abarca tres elementos:

  • Programa de desinfección de mantenimiento: se trata de programas de tratamiento continuado del agua, que pueden realizarse con cloro, cualquier biocida autorizado o sistemas físicos o físico-químicos de probada eficacia.
  • Desinfección de choque: limpiezas preventivas anuales.
  • Desinfección en caso de brote: sólo está autorizado el uso de cloro como biocida. Ocasionalmente, se dan casos de gran persistencia en la presencia de Legionella incluso después de haber realizado tratamientos de choque. En estos casos es necesario revisar la instalación en busca de tramos de tubería de poco uso, ramales estancados y tramos ubicados por debajo del nivel del punto de desagüe o que, por alguna razón, no se puedan desaguar adecuadamente.

Se dispondrá en estas instalaciones de un Registro de Mantenimiento que deberá recoger: el plano señalizado de la instalación con la descripción de los flujos de agua, las operaciones de mantenimiento realizadas, los análisis de agua en la balsa, los certificados de limpieza-desinfección y el resultado de la evaluación del riesgo.

Por último, la evaluación del riesgo de la instalación, que es variable y depende de múltiples factores específicos relacionados con la ubicación, tipo de uso o estado de cada instalación, se realizará como mínimo una vez al año, cuando se ponga en marcha la instalación por primera vez, tras una reparación o modificación estructural, cuando una revisión general así lo aconseje y cuando así lo determine la autoridad sanitaria.

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

 

 

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