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INSTITUTO
POLITECNICO
NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
CALCULO Y DISEÑO DE UNA TORRE DE MADERA
PARA ENFRIAMIENTO DE AQ\JA, DE TIRO INDUCIDO
TESIS PROFESIONAL
QUE PARA OBTENER EL TITULO
DE INGENIERO QUIMICO PETRO LERO, PRESENTA:
ro Q \ .
Cftoclriguez 'Dlloníenegr
MEXICO, D . F.
19 6 0
A MIS PADRES:
José Rodríguez C a rrasco
y
G ertrudis M ontenegro A ven dañ o,
con tod o cariñ o y resp eto.
A LA MEMORIA DE MI QUERIDO HERMANO,
G uillerm o Rodríguez M ontenegro.
A MIS HERMANOS
Y HERMANAS.
A MIS MAESTROS
Y ESCUELA.
CALCULO
Y DISEÑO
DE U N A
ENFRIAMIENTO
TORRE
DE A G U A .
DE
MADERA
PARA
DE T I R O
INDUCIDO .
CAPITULO I
GENERALIDADES.
CAPITULO II
CONTROL QUIMICO DEL AGUA Y SU IMPORTANCIA CON —
RESPECTO A LA VIDA DE LA TORRE.
CAPITULO III
CALCULO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO.
a ) . - A n á l i s i s de lo s F actores de D ise ñ o .
b ) . - T ipo de Torre.
c ) . - C antidad de aire n e ce s a r io .
d ) . - P otencia d el ventilador y d is p o s itiv o s a d e cu a d o s .
CAPITULO IV
INSPECCION Y MANTENIMIENTO DE LA TORRE.
CAPITULO V
COSTOS.
CAPITULO VI
CONCLUSIONES.
CAPITULO VII
BIBLIOGRAFIA.
CAPITULO I
GENERALIDADES
D eb id o a la s a m p lia cion es de las unid ades ya ex isten tes y
el p royecto de una nueva planta de d e s tila ció n prim aria, en la s insta,
la c io n e s de P etróleos M ex ica n os en Poza R ica , V eracru z, esta te s is
tien e por o b je t o , e l c á lc u lo y d iseñ o de una torre de madera para —
enfriam iento de agua con ca p a cid a d de
1 0 , 0 0 0
g a lo n e s por minuto y -
tiro in d u cid o , co n sistem a de re circu la ció n a b ie r to , para s a tis fa c e r ­
la s n e ce s id a d e s de la nueva planta y , aliviar en gran parte la s unida
d e s de enfriam iento ex iste n te s; ad em ás, el presen te trabajo tien e la
fin alid ad de hacer notar la gran im portancia que tie n e un sistem a de
enfriam iento cualquiera que e ste s e a , para llev a r a un fin sa tis fa c —
t o n o e l a ca b a d o de un producto en p ro ce s o ; lo cu a l se c o n s ig u e te—
n iendo un programa de in s p e c c ió n y m antenimiento de tod o el equipo
de una planta en op eración y siendo la torre de enfriam iento una - parte com plem entaria de ésta ; tendrá su programa de in s p e c c ió n y —
m antenim iento particular, por lo cu a l se dedicará un ca p ítu lo a este
fin .
A medida que han ap arecid o m ejoras en lo s p r o c e s o s , l a industria ha n e ce s ita d o con troles cada v e z más p r e c is o s , ex igien d o
por ta n to, una mayor e fic ie n c ia de la s torres de enfriam iento.
En la a ctu a lid a d , hay d os tip o s de torres de enfriamiento
que son de u so general:
co.
La de tiro atm osférico y la de tiro m ecáni­
Los equ ip os an tigu os para e l enfriam iento del a g u a, com o l o s -
- 2 estan qu es de r o cia d o y torres de chim enea de tiro natural, han sid o c a s i
com pletam ente su stitu idos por e s t o s d o s tip o s.
Las o b je c io n e s contra lo s estan qu es de r o cia d o son la s lim i­
ta cio n e s que proporcionan y la s m olestia s cau sad as por la gran pérdida
de agua que s e produce durante cie rto s períodos del añ o.
n es a la s torres de tiro natural son:
Las o b je c i o .
e le v a d o s c o s t o s in ic ia le s y p o c a -
e féctiv id a d en la s é p o c a s c a lu ro s a s ; mientras que la s torres que se —
usan en la a ctu a lid a d , pueden enfriar e l agua en forma con sta n te y a
la temperatura óptim a.
-
La s e le c c ió n d el tipo de torre será de a cu erd o -
co n la situ ación e co n ó m ica , la s c o n d ic io n e s atm osféricas que prevale^
c a n , la aproxim ación que se d e s e é a la temperatura d el bu lbo húmedo y
cantidad de e s p a c io d is p o n ib le .
TORRES DE TIRO MECANICO. - En la actu alidad se usan d o s tip o s de torres de tiro m ecá n ico:
la de tiro forza d o y la de tiro in d u cid o. En la
primera, hay un ventilador en su ba se que obliga al aire a salir por la
parte superior a elevada v e lo c id a d . En la segunda, el ventilador está
sobre la cubierta de la estructura y e l aire e s aspirado h acia arriba y
desca rg ad o a alta v e lo cid a d .
La de tiro forzad o está perdiendo rápidamente partidarios —
debido a que s e produce en e lla con más frecu en cia que en la de tiro —
in d u cid o, la r e circu la ció n de lo s vap ores ca lie n te s y húm edos d e l e s ­
ca p e y v olv ien d o a entrar por la s tom as d e l a ire .
Esto se produce bajo
cierta s c o n d icio n e s atm osférica s deb ido a que la v e lo cid a d d el a ire —
de e sc a p e húmedo e s muy le n to , perm itiendo que la a sp ira ción creada
por lo s v en tilad ores vuelva a in trodu cirlo en la torre.
C om o la tempe.
- 3 ratura de bu lbo húmedo d el aire de e s c a p e e s con siderablem en te superior
a la temperatura de bu lbo húmedo d el aire am bien te, hay una dism in u ción
en lo s resu lta d os de fu ncion am iento que se e v id en cia por un increm ento de la temperatura d el agua fría.
El em pleo de la s torres de enfriam iento, en la industria y en lo particular en la petrolera, para la d is ip a ció n de c a lo r , ha s id o por —
m uchos añ os sa tis fa c to r io d esd e el punto de v ista de su op era ción y co n
s id e ra cio n e s e c o n ó m ic a s , a pesar de lo s ataques qu ím icos y b io ló g ic o s
que sufre la estructura d e la torre; no ob sta n te, que existen otros me—
d io s para elim inar el c a lo r a b sorb id o por el agua de enfriam iento entre lo s que se pueden citar lo s en friadores de r o c lo y cam biadores que en—
frían co n arre.
Las torres de enfriam iento son e l equ ipo que m ayores v en ta ja s
presenta en la industria petrolera y dentro de é s t a s , la s de tip o m ecáni­
c o de tiro in d u cid o, ya que son la s que m anifiestan pérdidas m enores —
en e l agua debidas a la fr ic c ió n d el a ir e , con r e s p e c to a la can tidad de
agua en c irc u la c ió n , com prendidas e s ta s entre
0
.
1
a 0. 3% (E stablecien .
do una com paración con lo s otros t ip o s , s e encontró que para:
torres -
r o d a d o r a s era de 1 .0 a 5 . 0 % y para torres atm osférica s de 0 ,3 a 1.0%).
Las torres de enfriam iento a d ia b á tico co n tiro in d u cid o , pre­
sentan la gran ventaja de que permiten regular e l volum en de aire n ece.
sa rio , su v e lo cid a d y su d is trib u ción .
El tiro de e sta s torres s e c o n s i
gue co n ven tilad ores que in yecta n e l aire fr e s c o , o con ex tra ctores que
aspiran el aire saturado; de esta menra e s p o s ib le poner en íntim o con
ta cto una determinada can tidad de a ir e , de v e lo cid a d regu lad a, co n —
- 4 agua en c o n d ic io n e s de franca tu rbu len cia , que e s una de la s propieda­
des que debe tom arse muy en cu en ta.
Por otro la d o , son de menor ta—
maño que la s de tiro natural y a tm osférica s y por ta l razón , n ecesita n
m enos energía para e l bom beo d el agua.
Estas v en ta ja s e con óm ica s —
dism inuyen por lo s g a sto s de mantenimiento de lo s v en tila d ores y la —
energía que gastan para su funcionam iento.
Otra de la s v en taja s de la s torres de enfriam iento de tiro —
in du cid o e s que en Poza Rica la temperatura es húmeda y ex cesiva m en ­
te alta (25°C ó más) y no hay v ie n to s durante períod os de tiem po rela­
tivam ente la rg o s.
CAPITULO II
CONTROL QUIMICO DEL AGUA Y SU IMPORTANCIA CON RESPECTO
A LA VIDA DE IA TORRE.
L os p r o c e s o s de enfriam iento por agua son lo s más an tigu os y sim ples c o n o c id o s por e l hom bre.
Todo lo que s e requ iere para enfriar
e l agua e s exponer su s u p e rficie a l a ire .
A lgunos de e s to s p r o c e s o s —
son le n to s , com o e l enfriam iento d el agua de la su p erficie de un están —
q u e , mientras otros son relativam ente r á p id o s, com o cuando se r o c ía —
agua al a ire .
T od os e s t o s p r o c e s o s com prenden la e x p o s ic ió n de la su­
p e rficie d el agua a l aire c o n grado de e fic ie n c ia que v arfa.
La transm isión de c a lo r com prende un ca lor laten te d eb id o al
cam b io de e s ta d o , de líq u id o a v ap or, de una pequeña p orción d e l -
-
a g u a , y una transm isión d e l ca lor s e n s ib le debido a la d iferen cia de —
la s temperaturas d el agua y e l a ire .
En la s torres de enfriam iento en la s que e l agua está m ás —
c a lle n te que e l a ir e , e l ca lor qu itado a l agua y transm itido a l aire e s la suma d el ca lor s e n s ib le c o n e l c a lo r latente de e v a p ora ción .
El - -
ca lor sen sib le Q s e s pequeño en r e la ció n a l ca lor laten te transm itido
Wr.
Q t = Q s-fW r
(en Btu/hr p ie 2 °F)
W r-K A A Pm
Los fa cto re s que in flu yen sobre el resu lta d o de una torre de
enfriam iento so n , lo s m ism os que afecta n a la ex p resión KAAPm.
El -
valor de KA depende de la c o n s tru cció n de lo s aparatos de la in s ta la ­
c ió n , de la ex ten sión de la su p e rficie de agua expuesta al aire y d e la v e lo cid a d d el a ire .
APm depende únicam ente de la tem peratu—
- 6ra d el agua y de la temperatura de la humedad d e l a ire.
En re a lid a d ,
APm representa muy aproxim adam ente la d iferen cia de la s p r e sio n e s de —
vapor entre e l agua a su tem peratura, y a la que tendrfa e l agua si estu—
viera a la temperatura de bu lbo húmedo del aire.
Siendo el agua materia prima b á sica para cualqu ier in du stria, se com prende la im portancia que tien e e l estu d io de e lla .
El tratam iento de agua e s similar a cualqu ier p r o ce s o quím ico
indu strial, en que la s c o n d ic io n e s deben estar a ju sta d a s para dar l o s ----m ejores r e su lta d o s.
El tratam iento d el agua debe ser e l más ad ecu ado y
econ óm ico para tener la s c o n d ic io n e s quím icas req u erid a s.
C u an do es—
tas c o n d ic io n e s se o b tie n e n , e l eq u ip o, com o cam b iad ores de c a l o r , ---lín ea s de flu jo , c o n d e n sa d o r e s, e t c . , estarán lib re s de c o r r o s ió n , incrus
ta c io n e s , d e p ó s ito s en la s paredes que causan pérdidas de c a lo r , dañan
tuberías y dem ás s u p e r fic ie s de calen tam ien to, red u cien d o grandem entela duración del equ ipo.
La s e le c c ió n de la s su bsta n cia s qu ím icas em pleadas para el control d el agu a, es muy variada, pues depende de la n aturaleza de la m isma, por tal m otiv o, se tomará com o b a se lo s m étodos estan dar, esta_
b le c id o s .
La ev a p ora ción que sufre e l agua en la s torres de enfriam ien­
to da por resu lta d o una con cen tra ción de im purezas, originando lo s si­
g u ien tes problem as:
1 ) . - C orrosión de la su p erficie d el metal que e stá en contac.
to co n e l agua.
2 ) . - In cru sta cion es in org án icas.
3 ) . - C orrosión orgánica por m edio de a lg a s y h on g os.
- 7 4 ) . - D e s lig n ific a c ió n de la madera de la torre.
El factor más im portante para reducir e l ataque qu fm ico y b io ­
ló g ic o en la s torres de en friam ien to, es por m edio d el tratam iento quími.
c o d e l agua; y la so lu ció n a seguir para evitar lo s problem as a n teriores,
es la a d ició n d el A cid o S u lfú rico para mantener un pH entre 6 .5 a 7 . 5 .
Se co n o c e n v a rios m étodos para medir la alim en ta ción d e l á c i
do al agua de enfriam iento usando bom bas de volum en con trola d o (bom­
b a s d o s ific a d o r a s ).
L os m étodos más u sad os son:
1 ) . - C on trol con tin u o d e l pH.
2). - A lim en tación quím ica en proporción c o n la v e lo c id a d de
flu jo .
3 ) , - A lim en tación quím ica en proporción c o n e l n iv e l d e l agua
de enfriam iento.
4 ) . - A lim entación quím ica cuando e l pH y la v e lo c id a d de flu.
jo son relativam ente co n s ta n te s .
Cuando es n e ce s a r io una can tidad grande de agua de en fria­
m iento puede añadirse a la bomba de volum en con trola do un sistem a •—
s e n c illo de con trol de n iv e l.
En d ich o sistem a s e em plea bom ba de v g
lumen con trola do con d ob le v e lo c id a d , co n un r e lo j de tiem po; la bom ­
ba añade e l á c id o normalmente de acu erdo con un c i c l o de tiem po esta,
b le c id o .
C uando el agua de la presa de la torre ha a lca n za d o un n iv el
b a jo , e l controlador de n ivel abre una válvula para añadir agua d e re —
pu esto y simultáneamente se c o n e c ta la bomba en op era ción a alta v e ­
lo c id a d .
Cuando el agua flu ye a la torre, la bomba opera a v e lo c id a d
máxima para neutralizar e l agua de entrada.
- 8 Normalmente la bomba e s controlada por un r e lo j de tiem po y
opera Intermitentemente a la v e lo c id a d m enor, alim entando solam ente —
pequeñ as can tida des d e á c id o para mantener el pH requ erido; e l r e lo j —
de tiem po permite un a ju s te más e x a c to para la a d ició n qu ím ica.
Ya —
que e s un d is p o s itiv o de lo s más e fic ie n te s que permite co n trola r, la —
d o s ific a c ió n d el r e a ctiv o d e acu erdo c o n e l g a sto circu la n te.
Para e l em pleo d el c lo r o en e l agua de enfriam iento, s e usa
un m étodo sem ejante a l d e s cr ito anteriorm ente, e l c lo r o no debe e x c e ­
der de
1
p. p. m.
Paxa controlar la dureza del agua de una forma apropiada - -
para la s n e ce s id a d e s req u erid a s, s e puede usar e l m étodo ca l-C a rb o n a
t o , que e s e l de lo s m étod os, e l más em pleado; la c a l o h idróxid o de c a l c i o , elim ina la dureza tem poral produciendo precip ita d os in s o lu b le s
de carbon ato de c a lc io e h idróxid o de m agnesio
C a (H C 0 3 ) 2 + C a (O H )2— "► 2 C a C 0 3 + 2 H 20
M g (H C 0 3)2 + 2C a(0 H )
2
^ M g (O H )2t 2.CaCC
+ 21^0
C om o se ve en la s r e a c c io n e s a n teriores, e x is te una red u c­
c ió n de s ó lid o s ya que no s e obtien en su bsta n cia s s o lu b le s .
En parte,
la c a l elim ina la dureza permanente.
M g S 0 4 + Ca(O H )
2
► M g(OH)2 + C a S 0 4
Sin embargo se producen su bsta n cia s so lu b le s qu e d eb en —
ser elim in ad a s, lo que se c o n s ig u e co n carbonato de so d io .
C a S 0 4 + N a2 C 0 3
El M g(OH )
2
► C aC 03 + N a^O
p rodu cido, e s un p recipita do g e la tin o s o q u e - -
- 9 actúa com o co a g u la n te , y ab sorbe la s í lic e con ten id a en e l agua y cuando
no es su ficie n te e l Mg(OH)
producido en la r e a c c ió n , para tener lo antes
e x p u e s to , se le añade ó x id o de m agnesio en e l tratam iento.
C uando el agua con tien e can tida des a p re c ia b le s de bicarbonato
de s o d io , se em plea c a l y su lfa to de c a l c i o , éste últim o para eliminar e l
e x c e s o de carbon ato de so d io que se forma en la r e a c c ió n i .
1 ) . - 2N aH C 03 + Ca(O H )
2 ) . - N a 2 C 0 3 -h C a S 0 4
►CaCOgH- N a 2 C 0 3 + 2 H zO
2
►CaCOg +- N a 2 SQ 4
Se recom ienda e l tratamiento en frío co n ayuda de un coagulan ­
te .
CONTROL DE INCRUSTACIONES EN UN SISTEMA DE RECIRCUXACION
-
-
ABIERTO.
En e l u so de sistem as de r e c ir c u la c ió n , para disipar c a lo r en lo s c u a le s se emplean: torres de enfriam iento, torres r o d a d o r a s y cbnden
sa d ores de e v a p ora ción , s e tien e un ahorro de agua de r e p u e s to , (un dia­
grama tip o de re cir c u la ció n abierto se presenta en la figura sigu ien te).
D e sp u é s d el pa so d el agua de re cir c u la ció n a tra v és d el equipo
de transm isión de c a lo r , e s enfriada pasan do por la torre de enfriam iento.
El e fe c to de enfriam iento e s producido por la ev ap oración de una porción d e l agua de c irc u la c ió n al pfisar sobre la torre.
En virtud de la s pérdidas
de e v a p ora ción , lo s s ó lid o s d isu eltos en el agua lleg an a con cen tra rse y
por lo tanto la s pérdidas ev ap orad a s, tien en que re p o n e rse .
La can tidad de agua perdida por la e v a p o ra ció n , podrá c a lc u —
la rse por la s c o n d ic io n e s de salida y entrada del a ire .
Las pérdidas d e -
Io
Condensadores de Aceite
2S Condensadores de Vapor
61
E n f r ia d o r e s de Vapor
E n f r i a d o r e s de A ceite
Compresoras
Servicios Auxiliares
E.S.I.Q.I.E.
z
a:
r45“
S i s t e m a de } ecirculacion
A b 1 e r t 0
T E S I S
PROFESIONAL
P k S
U N T E
Pedro A Rgutz M
- 10 ev a p ora ción serán de 0 . 8 5 a 1.25% de la can tidad de agua en c ir c u la c ió n ,
por cada 10°F de ca íd a de temperatura en la torre, (para fin es p rá cticos se toma e l
1
% ).
C ic lo de con cen tra ción e s e l término em pleado para indicar e l grado de con cen tra ción d el agua en c ir c u la c ió n , con r e s p e c to al agua de re p u e s to .
El grado de co n cen tra ción tien de a lim itarse por:
la s pérdidas
por arrastre m e cá n ico , pérdidas por evaporación y e l acarreo de pequeñí­
sim as g ota s de agua arrastradas por e l aire que c irc u la en la torre.
La —
cantidad de pérdidas por arrastre m ecá n ico varía co n el tip o de torre em—
pleada; sin em bargo, lo s da tos sigu ien tes pueden tom arse com o e je m p lo s ,
b a sa d os en la cantidad de agua en c ir c u la c ió n .
Para:
Torres de tiro M e cá n ic o de 0 .1 a 0.3%
Torres de tiro A tm osférico de 0 .3 a 1. 0%
Torres R od a d ora s de 1 .0 a 5. 0%
Las pérdidas por arrastre m ecán ico tam bién representan una —
dism in u ción en e l agua d el sistem a , que deberá ser reem plazada c o n el agua de r ep u esto.
Por lo tanto la s pérdidas de ev a p ora ción más la s pér­
d id as por arrastre m ecá n ico, son ig u a le s al agua tota l de rep u esto n e c e ­
sa ria , d ich a s pérdidas se expresan en porciento d el g a sto en c ir c u la c ió n .
Una r e la ció n entre la s pérdidas a tm osférica s o por arrastre —
m ecán ico y lo s c i c l o s de con cen tra ción que e l agua d eb e ten er, se ilu s ­
tra en la G ráfica 1.
FORMACION DE INCRUSTACIONES.
En sistem as de r e circu la ció n a b ierto, cuando e l agua se con ­
centra por ev a p ora ción , e l problema de la form ación de in cru sta cio n e s -
- l i ­
es sen o.
La ten den cia de una agua a formar in cru sta cion es b a jo ciertas
c o n d ic io n e s , lleg a a aumentar gradualmente cuando está con cen trada.
Aún el agua que no e s incrustante en la primera c ir c u la c ió n , cuando h a circu la d o varias v e c e s , ésta tien de a formar in cr u sta cio n e s .
La form ación de carbon ato de c a lc io es e l primer problema en
un sistem a de c irc u la c ió n y tanto en este c a s o com o en o tr o s, cuando —
hay n e ce s id a d de tomar m edidas para prevenir e l asentam iento de m crus.
ta c io n e s de s ilic a to de c a lc io y de m agnesio y de su lfato de c a lc io .
El tipo de esta s in cru sta cion es no e s problema cuando el agua circu la —
una v e z .
Lo que se ha encontrado normalmente en un sistem a de agua de enfriam iento es el y e s o y e s to es lo que se ilu stra en la G ráfica 2 —
que n os da una idea de la solu b ilid a d relativa d el carbon ato de c a lc io —
com parado con e l su lfato de c a lc io .
El tip o de in cru sta cion es que se for
man en sistem as de re cir c u la ció n abierto e s principalm ente carbonato de
c a lc io .
La tabla de la h oja siguiente n os muestra a n á lisis típ ic o s .
PREVENCION DE INCRUSTACIONES.
El problema de la prevención de in cru sta cion es en sistem as —
de re circu la ció n ab ierto, e s similar al de cualqu ier sistem a , sin embar­
g o , es más d ifíc il en sistem as de r e cir c u la ció n , cuando se usan funda—
mentalmente lo s m ism os tip o s de tratam iento, e n ton ces se hacen n ecesa
r ia s can tidades más fuertes de r e a c tiv o s en el agua circu lan te para impe
dir la ten den cia a formar in cru sta cio n e s .
Los com puestor orgá n icos e in org án icos que oca sion a n la —
- 12 ANALISIS TIPICO DE INCRUSTACIONES EN SISTEMA DE RECIRCULACION
ABIERTA.
Agua circu lada
Agua de
sin tratar.
resp u esto
ORIGEN
49 . 79
C a lc io com o CaO
Agua circu lad a
tratada.
39 . 85
2. 42
2 . 2 0
0. 8 2
7.50
6. 05
15. 00
39. 00
30. 20
Sulfato com o SO^
1. 29
0.50
S ílic e com o SiO,,
0. 15
3. 8 5
M a g n esio com o MgO
Fierro y Aluminio com o F e 2
0
,,
M ateria O rgánica y A ceite
C arbonato com o C O 2
F.FT nTRNCÍA nFT,
TRATAMIENTO CON ACIDO PARA ELIMINAR INCRUSTA—
OTONES Y REDUCCION DE PURGAS.
SUBSTANCIAS.
Dureza total com o CaCO^
85
160
655
C a lc io com o CaCO
50
70
385
M ag n esio com o CaCO g
35
90
270
A lcalin idad p arcial C a C O 3
A lca lin idad total com o
CaCO 3
0
25
0
180
470
125
Sulfato com o C a C 0 3
25
80
1520
C loruros com o C 1“
40
128
320
S ílic e com o SiO ,
8
2 0
60
T.ns VATDRF.S DF. ARRIBA ESTAN EXPRESADOS EN P, P. M.
P.H .
C ic lo s de con cen tra ción
7 .1
8 .9
3 .2
7 .9
8 . 0
- 13 Agua de
repu esto
Agua circu la d a
sin tratar.
Agua circu lada
tratada.
DATOS DE OPERACION
Agua en c ircu la ció n en g . p . m .
Evaporación en g . p . m . ( 3. 0%)
Pérdidas atm osférica s en g . p . m . (1. 0%)
1 0
0 0 0
300
1 0
1 0
0 0 0
300
1 0
Purgas en g . p. m.
152
40
Agua de rep u esto en g . p . m .
524
412
- 14 deform ación de lo s c r is ta le s de carbon ato d e c a lc io son lo s más e fe c tiv o s
para dism inuir la s ten d en cia s in cru sta n tes.
Una m ezcla de fo s fa to s y ta -
n inos e s e l com p u esto que ha dado mejor resu ltado para la preven ción de
in cr u sta cio n e s ; la m ejor proporción encontrada hasta la fech a de e s t a ----m ezcla es de 30 a 10 p . p . m . , en e l agua circu la n te .
Por su p u esto, es­
ta s c o n c e n tra cio n e s deben ser d iv id id a s en c i c l o s de c o n c e n tra ció n , a —
fin de enviar el agua ya tratada a un recip ien te de agua de rep u esto,
CONTROL DE CICLOS.
La con cen tra ción de s ó lid o s in cru sta n tes que tienen lugar en la s torres de en friam ien to, presentan un problema para e l que n o se ha —
en con trado preven ción alguna en el c a s o de cierta s in cr u s ta cio n e s , ex—
c e p to e l c a s o en que se trate de in cru sta cion es de carbon ato de c a lc io ,
en la s que é s ta s pueden prevenirse relativam ente f á c il.
Sin em bargo, en
sistem a s de r e cir c u la ció n a b ierto, es p o s ib le alcanzar ta l grado de satu­
ra ción de carbon ato de c a lc io que aún aumentando la d o s ific a c ió n en el tratam iento, no se puede controlar d ich o problem a.
Para evitar una saturación c o n r e sp e c to al carbon ato de c a lc io
y tam bién para controlar la form ación de su lfato de c a lc io y s ilic a t o de c a lc io y de m a g n esio, e s n e ce s a rio lim itar lo s c i c l o s de con cen tra ción .
C uando e l agua ha lle g a d o a lím ites de con cen tra ción y satu—
ra ción fu e rte s , é s to s pueden sustitu irse por desalojam ien to de esta agua
por m edio de purgas.
El o b je to de la s purgas e s el de rem over una porción d e l agua
circu la n te y reem plazarla por agua de rep u esto; e s to asegu ra una dism i­
nución en la con cen tra ción del sistem a.
- 15 *
Las purgas de d e s a lo jo pueden ser interm itentes y con tin u as;
la s continu as son la s más a c e p ta b le s y se controlan por m edio d e una válvula de con trol de flu jo .
El a ju ste y e l con trol de la válvula de purga e s v ariab le para
mantener c i c l o s de con cen tra ción entre lím ites de seguridad para la pre_
v en ción de la form ación de in cr u sta cio n e s .
La can tidad de purgas re—
queridas para lim itar c i c l o s de cualqu ier v a lor, puede ser ca lcu la d a con
la fórmula que s e d ed u ce de la forma siguiente:
H acien do u so de la determ inación de la co n cen tra ción de cío.
ruros en el agua que entra en el sistem a , de acuerdo con el diagrama —
adjunto.
- 16 -
E =
Cantidad de agua evaporada.
Pt =
Cantidad de agua evaporada d eb id o a la s pérdidas por arrastre at­
m o s fé rico y purga al drenaje.
Ar =
Agua de rep u esto.
C “
Agua circu lad a .
Por d e fin ic ió n se tiene que el número d e c i c l o s e s e l térm ino-
em pleado para indicar e l grado de con cen tra ción d e l agua circu lan te co n
r e sp e c to al agua de repu esto; perm aneciendo lo s cloru ros solu b les se —
tiene:
------ £ ¿2 —
C i c lo s de con cen tra ción =
C 1 Ar
El agua que se agrega al sistem a e s equ ivalente a la s pérdi—
das que s e tienen en e l mismo.
Ar
E + Pt
z
En la s co n d icio n e s de eq u ilib rio ,
lo s cloru ros que entran a l -
sistem a deben ser ig u a les a lo s cloru ros que sa len d el
Ar x C l ^
;
(E x C lj)
t
mismo:
(Pt x C lpt)
Los cloru ros no se pierden en la
ev a p ora ción v in ien do o ser —
C I e = o.
Sustituyendo e s te v alor en la e c u a ció n anterior; n os queda:
%
x
C l^
:
P t x C lpt
En la s co n d icio n e s de equ ilib rio la con cen tra ción de cloru ros en e l agua purgada e s la misma que en e l agua circu la n te, de acuerdo c o n é s to la e cu a ció n anterior queda:
Aj^ x CIa^
=
Pt
x
C lc
- 17 -
o sea:
%
Pt
C lc
c i a
r
Sustituyendo e l valor de lo s c i c l o s :
%
Pt
C i c lo s =
_
E t Pt
Pt
/
Pt-
E
C ic lo s - 1
DETERIORO DE LA MADERA EN IA TORRE DE ENFRIAMIENTO.
La c o m p o s ició n de la m adera ha sido tema de m uchos e s tu d io s ,
lo s c u a le s han lle g a d o a la c o n c lu s ió n de que lo s con stitu y en tes prlnci p a le s son : la c e lu lo s a , que e x is te com o fibras la rg as sim ilares a la fibra
d e l a lgod ón , la s c u a le s , cuando está n perfectam ente lig a d a s dan a la ma
dera r e s is te n c ia .
La Lignina, que sirve para glutinar la s fibras d e la c e
lu lo s a y la madera.
Los E xtractos, que son lo s p reserva tivos natu rales,
l o s c u a le s penetran en la madera y dan a ésta su c o lo r.
En g en era l, entre m ás fuerte s e a e l c o lo r de la m adera, habrá mayor r e s is te n c ia a podrirse.
Si lo s ex tractos son reem plazados en la —
madera de alta c o lo r a c ió n , la r e s is te n c ia a podrirse sube todavía más.
CAUSAS DEL DETERIORO DE LA MADERA.
1
) . - Ataque quím ico (d e s lin g n ific a c ló n ).
2 ) . -A taqu e b io ló g ic o Interno (h ongos).
3 ) . -A ta q u e b io ló g ic o su p erficia l (hongos y a lga s).
La madera m uchas v e c e s se deteriora por la a c c ió n de a g en tes qu ím icos con ten id os en e l agua.
Si e l agua es altamente a lca lin a (pH>8 )
tenderá a d is o lv e r la s fibras d e lig n in a en la su p erficie de la m adera, de_
ja n d o c o n e s to separadas la s fib ra s de c e lu lo s a .
A taq u e s
Q uím icos y
B io ló g ic o s
E.S.I.Q.I.E.
ATAQUES
1. P. N.
QUIMICOS
Y
B I O L O G I C O S E N LA T O R R E
T e s is
P r o fe s io n a l
Pasante.
Pedro A R g u e z M
- 18 -
La m adera se va desga sta n d o m ediante e l d e s la v e y algunas v e c e s en p rop orcion es grandes que s e pueden c o le c t a r en la r e jilla d e la presa de l a torre, y también tiende a destruir lo s p reserv a tiv os de la
m adera, tanto que é sta pierde su s ex tra ctos b á s ic o s de p r o te c ció n y e s
más su sc e p tib le de pod rirse.
io s h ongos.
La ca u sa de que la madera se pudra s o n -
Estos rara v e z atacan la parte de la torre que e s tá c o n ti—
nuamente m ojada; usualm ente lo s que s i son a ta ca d os son lo s miembros
que soportan la estru ctu ra, lo s elim inadores de escu rrim ien to, la e n v o l­
v en te, y la s paredes de d iv is ió n ; aún más pueden ser destru id os por in ­
fe c c io n e s internas de h o n g o s, ya que generalm ente, é s to s no atacan l a su p erficie, sin o que destruyen la c e lu lo s a y la lig n in a ; d eb a jo de ésta la parte exterior de la madera tiene una ap arien cia de sana.
O casion alm en te la su p erficie de la madera atacada por h o n g o s , pue_
de r e c o n o c e r s e por l a d es tru cció n de la c e lu lo s a en la parte ex terior,
—
donde e l ataque qu ím ico s ó lo destruye la lig n in a ; generalm ente e l ataque
su perficial s e encuentra en la s llen ad era s, en e l interior d e l a s cu b iertas,
en la s paredes de d iv is ió n y en lo s eliminadores.
Sin em bargo la deterio
ra ción e s m ás len ta com parada co n la rapid ez c o n que e l ataque interno destruye a l a madera.
TIPOS DE ATAQUES. -
G eneralm ente son d os:
1). - Los h on g os destruyen la lignina en la parte interior de la madera sin dañar la c e lu lo s a .
Cuando la c e lu lo s a e stá s e c a , c o n s is t e —
en una m asa de fib ra s b la n ca s que pueden p u lverizarse entre l o s d e d o s ,
a
este tipo de ataque se le llam a; Carcom a o p od rición blan ca .
2 ) . - L o s h on g os destruyen la c e lu lo s a en e l interior d e la m ade­
ra.
Cuando un esp é cim e n de e ste tipo se m antiene s e c o , la m adera d e t e -
- 19 -
rlorada con serv a su apariencia orig in a l, pero pu ede ser pulverizada entre
lo s d e d o s ; a e ste tipo de ataque s e le c o n o c e com o :
Carcom a o pod ri­
c ió n c a fé .
Los h on gos son m icroorgan ism os que se alim entan de la m adera,
de la lig n in a ,
de la c e lu lo s a y algunas e s p e c ie s v iv en en ciertos
azúca­
res y e x tra ctos.
Son de una variedad de v e g e ta le s que no producen c lo r o fila , por
lo tanto no están ca p a cita d os para producir su propio alim ento por la a c ­
c ió n d e la lu z solar sobre e l b ió x id o de carbon o y e l agua.
provien e de su bsta n cia s orgá n icas ta les
El sustento
com o: la madera.
Los h on gos se reprodu cen por m edio de e s p o ra s, la s cu a les pue,
den ser u n icelu la res o m u lticelu lares.
Las esp ora s son normalmente lleva_
das por e l aire y b a jo co n d icio n e s fav orables g e m in a n y desp u és se a s ie n
tan en la su p erficie de la madera.
Los ataques y desparram es d e h o n g o s , p a recen ser más fu e r t e s cuando la temperatura de la madera está dentro de
_ 8 8
a 105°F; y a tem pe­
raturas ba ja s lo s h ongos están en estad o la ten te, mientras que a una tem ­
peratura de 150°F
se n ecesita n 30 m inutos para d estru irlos.
ATAQUES QUIMICOS Y BIOLOGICOS.
G eneralm ente e l ataque qu ím ico e s c a u sa d o por la s aguas a lta —
mente a lca lin a s ( p H > 8 ) o por e l u s o de agen tes altam ente oxidan tes ta le s
com o e l c lo ro .
Los tipos más com unes de ataques qu ím icos involucran la
elim in ación de la lign in a aglutinada de la s fibras c e lu lo s a s en la parte —
exterior de la madera;
a e ste fenóm eno se le llam a d e s lig n ifica ció n .
En e s te tipo de ataques la su p erficie de la madera queda cubler_
- 20 -
ta por fibras su eltas de c e lu lo s a , que son la v a d a , cau san do q u e, la s
d im ension es de la m adera, resu lten progresivam ente m ás peq u eñ as.
La
estructura Inferior d e la torre a s f com o la s tom as, están su je ta s a e s ­
te tipo de d e s lig n lflc a c ió n , p u esto que están continuam ente h u m ed eci­
das por e l agua.
Por lo tanto, la d e s lig n lflc a c ió n también puede o c u ­
rrir donde h ay hum edeclm lento interm itente, cau san do e l con tin u o d e p ó ­
sito de in cru sta cion es sa la d a s.
Si un á c id o fuerte se v ierte dentro de la torre, é s te destrui_
rá la c e lu lo s a , d ejan do una m asa d e a s p e cto ca rb on iza d o, la cu a l e s principalm ente lig n in a .
Este tipo d e deterioro no su ced e frecuentem en_
te en la s torres, pero pu ede resu ltar d e l tratamiento e x c e s iv o c o n d e —
m aslado á c id o .
Las torres de enfriam iento son com o cu a lqu ier otra p ie z a d el
equipo e s e n c ia l en una planta.
N ecesita n in s p e c c ió n y m antenim iento
p e r ío d lc o , para dar una o p e ra ció n e fic ie n te .
Agregando a la in s p e c —
c ló n un carácter de co n tro l para evitar la d e te rlo r iz a cló n d e l a m adera.
La torre debe de lim pia rse rigurosam ente cuando m en os una v e z al año.
Es indudable que cualqu ier c o s a que preven ga la d is trib u ció n
uniforme d el agua y d e l flu jo sin r e s tr ic c io n e s d e l a ire , red u cirá le ca
pacldad de enfriam iento d e la torre.
La form ación de In cru sta cion es o
algas en la s entradas da a ire, enpaquetaduras y mamparas red u cen e l flu jo de aire.
La acu m u lación ,
sedim ento o in cru sta cion es en e l sistem a -
de alim en tación d e l agu a, ca u sa el taponamiento d e la s b o q u illa s ,
te ­
niénd ose una d i strib u clón d e s ig u a l d e l agua; lo s em paquetam ientos —
- 21 reducen e l flu jo d e l aire y la su p erficie de c o n ta c to por la ca n a liz a c ió n
d e l agua y d e l a ire.
RECOMENDACIONES, - En c a s o d e ataques q u ím ico s , deberá añ ad irse á c id o su lfú rico al agua d e la torre para mantener un pH entre 6 .5 y 7 . 5 ,
no obstante qu e un pH de
6
. 5 es el más con v en ien te para prevenir el —
ataq u e, aunque é s te no e s e l ú n ico factor in volu cra d o.
La a lca lin id a d to ta l, deberá ser controlada para tener un n ivel
ad ecu a d o.
Si el agua s e con trola a un pH de
6
. 5 a 7 . 5 , e s m en os pro­
b a b le que la torre sea a tacad a por h o n g o s , porque lo s e x tra ctos per m en e ce n en la madera por la rg o tiem po, dado que e l ataque qu ím ico de la
madera e s por lo g en eral evid en te a sim ple v is t a .
D eberá e s ta b le c e r s e
un procedim iento a seguir para efectuar in s p e c c io n e s p e r ió d ic a s en la s
torres.
Si la torre tien e madera que está in fectada por h o n g o s , la —
parte In fectada de ésta deberá quitarse inmediatam ente para im pedir —
que la in fe c c ió n s e ex tien d a.
Se recom ienda que la parte In fectada —
sea reem plazada c o n madera tratada co n c r e o s o ta , la cu a l re s is tir á e l
ataque de lo s h on g os ex iste n te s en la torre y evitará adem ás, e l d e s a ­
rrollo de la s in fe c c io n e s en la nueva madera.
No s e co n o c e n m edios para proteger a la madera a ca u sa d é ­
lo s ataques q u ím ico s .
La mejor inform ación útil para e l con trol d e la
d e s lig n lflc a c ió n e in fe c c ió n b io ló g ic a e s mantener l o s v a lo re s d e l pH
a b a jo de
7
. 5 y el c la r o resid u a l en e l agua de c irc u la c ió n deberá s e r -
menor de 1 p. p .m .
A dem ás, e l u so de lo s com p u estos no ox id a n tes -
- 22 a lg ic ld a s y fu n g ic id a s , ta le s com o e l p en ta clorofen ato de s o d io y la
p resen cia de a lta s co n c e n tra cio n e s de crom atos en e l a g u a , también
retardan la in fe c c ió n y d eterioro de la madera.
- 23 -
ANAT. T R T S
DE LOS FACTORES DE DISEÑO.
C om o un sistem a de enfriam iento que e s la torre, e l p rob le-----n a en e s te trab ajo, es e l de eliminar e l ca lor ab sorbido por e l a g u a ----a través de enfriadores y c on d en sa d ores, problem a que es resu elto por la torre de enfriam iento, ya que es e l sitem a m ás s e n c illo y u sad o en la
industria petrolera.
Com o la s torres operan u tilizan do el aire am biente, c e d id o ya sea por c irc u la c ió n natural o proporcion ado con tiro m e cá n ico ; por tal mo_
tivo deben c o n o c e rs e la s p ropieda des d e l m ism o.
D esp u és de tomar temperaturas sem anales durante lo s m eses de
enero a m ayo,
se lleg aron a lo s prom edios sigu ien tes:
Temperatura d e l agua de entrada
( T j ) .......................
110°F
Temperatura d e l agua de sa lid a
(T2 ) ........................
90°F
Rango de enfriam iento
(Te)
...................
20°F
Temperatura d e l bulbo húmedo
( T w ) ... =..............
80°F
C erca n ía (T 2 - Tw)
(C
.
10°F
La temperatura d e l bulbo húmedo s e tomó en la d ir e c c ió n del
viento ( N . E . ) .
V elocid a d d e l v ie n to .................................................................... 5 M . P . H .
Aunque e x iste n otros sistem as de enfriam iento d e agu a, in d u s—
trialmente no son u s a d o s , deb id o a lo s b a jo s rendim ientos que p r o p o rcio ­
nan, no obstante que presentan b a jo s c o s t o s de in s ta la c ió n , ocu pa n gran_
d e s su p e rficie s de terreno lo cu a l lo s h ace a n tie co n ó m ic o s, máxime en in
dustrias donde la cantidad de agua por enfriarse e s g r a n d e .
- 24 L os sistem a s de enfriam iento más u sados en la industria pe tro
le r a , son la s torres de enfriam iento y entre ésta s la de tiro m e cá n ico .
E xceptuando la lo c a liz a c ió n d e lo s v e n tila d o re s , la s ca r a c te ­
r ís t ic a s estru ctu ra les y de fu n cion am ien to, lo s d o s tip o s de torres d e tiro m ecá n ico son en e s e n c ia la s m ism as.
La humedad arrastrada s e -
elim ina d el aire de e s c a p e por mamparas de arrastre que s e c o lo c a n
Justamente encim a de la cámara de r o c ia d o b a jo e l v en tilad or.
L os resu lta d os d e l fu ncionam iento de un tip o determ inado d e ­
torre lo s rige la r e la c ió n de lo s p e s o s d el aire y el a g u a , a s í co m o e l tlem po en c o n ta c to de e s t o s e le m e n to s, é s to e s un fa c to r , q u iz á s e l —
más importante para e l d is e ñ o de la s torres de en friam ien to, com o s e podrá ver en lo s c á lc u lo s .
En la práctica in du strial s e ob tien e primero la r e la c ió n d e l —
a ire-a g u a m anteniendo con stan te la v e lo cid a d d el aire y variando la —
con cen tra ción d el agu a.
Com o op era ción secu n d a ria , se varía la v e lo c id a d d el a ire —
para ajustar la torre a la s e x ig e n c ia s d e enfriam iento.
E l tiem po de -
c o n ta c to entre e l aire y e l agua e s gobernado principalm ente por e l - tiem po n e ce s a r io para que e l agua sa lga d e la s b o q u illa s y c a ig a a tra
v é s de la torre hasta la p resa .
Se o b tie n e , por ta n to, e l tiem po d e -
c o n ta c to para un determ inado tip o de to r r e , variando la altura d e la —
m ism a.
S i e l tiem po d e c o n ta c to fuera in s u fic ie n te , ningún aumento
d e la r e la c ió n a ire-a g u a podrá producir el enfriam iento d e s e a d o .
Es -
por ta n to, n e ce s a r io que la torre tenga una altura mínima.
Indudablem ente que e l principal factor de d is e ñ o de u n a ----torre d e enfriam iento e s e l aire a tm o s fé rico , par la ra zó n de qu e e s el
- 25 m edio en friador, por lo que estará su jeto a la s v a r ia c io n e s d el mismo.
El procedim ien to general para la s e le c c ió n de una torre de
-
enfriam iento para un trabajo óptim o, se efectú a de una forma sem ejan­
te al em pleado en la s e le c c ió n de un cam biador de ca lor y co n s ta de lo s p a sos sigu ien tes:
1 ) . - Suponer una altura de lle n a d o , a s í com o la altura de em­
parrillado de la torre.
C on la altura de em parrillado se determ ina la -
presión d e bom beo del agua circu lan te n ecesa ria para la torre y la se­
le c c ió n d e l tip o de lle n a d o , n os determina la p oten cia n ecesa ria en —
lo s v e n tila d o re s , a s í com o e l volum en total de a ire n e ce s a r io para el
trabajo de enfriam iento requ erido.
2 ) . - Se determina la cantidad de aire n e c e s a r io ba sá n d ose en
e l rendim iento requ erido y lo s v a lo re s su pu estos en e l p a so anterior.
3 ) . - Suponer un área o b ie n , tomar el m ódulo de torres de
enfriam iento de
6
x
6
x
6
p ie s o m últiplos de é s t o s .
-
Este p a so abar­
c a la primera aproxim ación de la torre, que será la n ecesa ria para dar
una v e lo cid a d ra zon a b le d el aire a través de la torre y que re su lte - una p oten cia óptim a para lo s v en tila d ores.
4 ) . - Determinar la s pérdidas de presión para la torre s e l e c —
c lo n a d a , in clu y en d o la s pérdidas de entrada d el a ir e , la s pérdidas de
llen a d o y la s pérdidas por arrastre.
5 ) . - Determinar la p oten cia d el v en tilad or.
6
norm al.
) . - Repetir lo s c á lc u lo s si lo s resu lta d os están fuera d e lo
CAPITULO III
BALANCE DE CALOR
El sigu ien te a n á lis is m atem ático de torre de en friam ien to, está
ba sa d o en e l sim ple h e ch o , de qu e la can tidad de agua evaporada en la
torre para producir enfriam iento, e s pequeña c o n r e s p e c to a l volum en —
to ta l de agua circu la d a sobre la m ism a.
En la s torres de tiro m ecá n ico
y a tm o s fé r ic o , e l ba la n ce e s ig u a l; la d iferen cia se encuentra solam en
te en la forma de com o se ponen en c o n ta c to e l aire y e l agu a.
En la s torres de tiro m ecá n ico que se supone que con sta n de una serie de p la tos te ó r ic o s , la altura de em paque, en cualqu ier colum
na em p acada, para producir e l mismo e fe c t o de un plato t e ó r ic o , s e - c o n o c e com o:
altura eq u iv a len te.
El plato te ó r ic o e s en e l cu á l e l —
vapor que sa le d el plato está en e q u ilib r io , con e l líq u id o que sa le
d el m ism o.
En una torre de enfriam iento e l plato t e ó r ic o , e s aq u el en
el c u á l e l aire que sa le del p la to , está a la misma temperatura qu e el
agua y se satura c o n vapor de agua a e s a tem peratura.
NOMENCLATURA EMPLEADA PARA EL BALANCE DE CALOR
L = cantidad de agua qu e sa le
PLATO n - 1
G
—
can tidad de aire s e c o que entra
r
PLATO n
1
A = Factor de enfriam iento
i
í
- ( e s una rela ción de la can tidad
de agua que sa le y la can tidad
de aire s e c o qu e entra L /G ).
Tn—1, Tn, Tn-|-1
PLATO n+1
Temperaturas d el agua para lo s pla tos:
n - 1 , n y n+
1
resp ectiv a m en te.
- 27 tn —1, tn , tn + 1
Temperaturas d el aire para
lo s pla tos;
n —1 , n y n + 1 .
Htn _ j
Htn
H
t n + 1
C on ten id o de ca lor por can tidad de aire s e c o a
-
tem peraturas t n - 1 , tn y t n + 1 .
H
C on ten id o de ca lo r por libra de aire s e c o de aire WB
qu e entra a la torre.
Para un plato n , e l b a la n ce de ca lor será:
L ( T n - l- T n ) = G (H t n -H t n + 1 ) ............................... (
Por d efin ició n :
tn = Tn; t n + l = Tn41
Por lo tanto:
Htn=HTn; H tn -fl =■ HTn+1
1)
Sustituyendo e s te valor en la ecu a ción 1, elim inam os la tempera­
tura d el aire
L ( T n - l- T n ) = G (H T n -H T n + 1)...............................( 2 )
D e la e cu a ció n 2:
T
(T n -1 —Tn) = H T n -H T n + 1 .
.
.
_
T n -l-T n =
H Tn-H Tn+1
— — — ----------~g
tn-
H T n + l-H T n
A
_|_ T n - 1 ................................................................. ( 3 )
Esta e c u a ció n es general y puede u sarse para c a lcu la r la tempera,
tura d el agua de cualqu ier plato de la torre en térm ino de la temperatura —
d el agua que flu ye al p la to; la temperatura del agua d eb a jo d e l plato y la r e la ció n de cantidad de agua a cantidad de aire s e c o ó factor de enfriamien
to .
H acien d o n = l , la e cu a ció n 3 , n os queda de la forma sigu ien te:
T
H T 2 -H T 1 . + T p ......................................................................
A
(4 )
To =
Temperatura d e l agua de salida en e l plato h ip o té tic o sobre
la parte alta; en la p ráctica se toma com o la temperatura —
d e l agua qu e entra a la Torre.
- 28 En la misma form a, llam ando n=2 de la ecu a ción 3 , tendrem os:
T 2 = ff ?
3 ~
A
H
T 2
4
. T I ...................................
( 5 )
Sustituyendo e l valor de T 1 de la e cu a ció n 4 en la e c u a c ió n 5 , —
nos queda:
T : — HT3 — HT2
A
.| H T 2 -H T 1
A
_|_To
efectu an do o p e ra cio n e s:
T 2 — H T3— HT1---------- i_To.......................................
A
'
(
6
)
T 2 .....................................
(
7
)
para e l tercer plato:
T3—
HT4— HT3---------i
A
P rocedien do de la forma que h icim os para tener la, e c u a c ió n
6
, n os
resu lta la sigu ien te ecu a ció n :
T3=
HT4— HT1------- 1 To_ _ ...............................
A
(g )
D ando por resu lta d o una ecu a ción general para n número de platos
de la forma sigu ien te:
T n = HTp~frl~HT*
~¡- T o ...................................
(9)
La e c u a c ió n anterior n os da la temperatura d e l agua que s a le d e cualquier p la to , en fu nción d e la temperatura d el agua que sa le d e l plato de a b a jo , o e l co n te n id o de ca lor d el aire que entra a e s e p la to , la tem pe­
ratura d el agua o aire que sa len de la torre, la temperatura d el agu a que entra y la r e la c ió n d e agua a aire s e c o .
Podem os e scrib ir un ba la n ce de calor alrededor de tod a la torre; donde m sean lo s p la tos te ó r ic o s to ta le s de la torre, por tanto:
L (T o —Tm) = G ( H T l - H ^ )
La e c u a ció n 10 n os da la temperatura del agua de la torre en fun­
c ió n de la temperatura de bu lbo húm edo, temperatura d el a ír e , temperatura
d el agua y la r e la ció n a g u a -a ire s e c o .
C on dicha e c u a c ió n , podem os c a l
cular lo s lím ites de A para cualqu ier c o n d ició n de enfriam iento d e una t o ­
rre co n un plato o con un número in fin ito de é llo s .
Para una torre d e un -
p la to , la práctica a c o n s e ja h acer;
Trn ~ TI y para un número in fin ito T m = T o ; ca lcu la n d o A para e s t e c a s o ,
resu lta una cantidad mínima de a ire .
Para cualquier valor d e A entre e s o s
lím ite s , podem os encontrar TI que e s la temperatura d el aire que s a le de la torre.
Una v e z encontrado e l v alor de TI podem os v olver a h acer u so de
la ecu a ción 9 y ca lcu la r plato por p la to , e l gradiente de tem peratura de la
torre.
La grá fica 3 n os r e la cio n a tod a s la s temperaturas (Tn) y to d o s —
lo s c a lo r e s (HTn).
CALCULO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO
Para el c á lc u lo , s e tomará en cuenta la ex p erien cia de d is e ñ o s
de la s torres ex iste n te s en la industria petrolera.
Por d is e ñ o se a c o n s e ja tomar 7 p ie s de altura de e n re ja d o , a - partir d e l b roca l de la presa.
D esp u és de v a rios c á lc u l o s , se lle g ó a la c o n c lu s ió n de qu e la s
dim ension es óptim as para e l d is e ñ o de la torre, que sa tis fa ce rá la s con d i
- 30 c lo n e s de trab ajo para enfriar
1 0
0 0 0
g a lon es por m inuto, son d e -
-
-
30 x 30 x 30 p ie s , más 3 p ie s que se dejará com o e s p a c io , entre l o s e li­
m inadores d e arrastre y e l a b a n ic o , para la mejor e fic ie n c ia en e l enfria­
m iento; e l e s p a c io entre parrilla y parrilla será de 15“ .
CALCULO DEL NUMERO DE HILERAS DE PARRILLAS
N p = ( 3 0 - 7 ) —i-|
h l = 20
D e la e c u a c ió n 10 d el ba la n ce de c a lo r , c a lc u la m o s e l factor de
enfriam iento (A).
L os v a lo r e s de H ^ g y HT1 lo s encontram os en la gráfi
ca 3.
90r-43~ $ i 4 -1 1 0 . ' .
A
'
5 4 -4 3 ----- = o.55
20
A—
C on d ic h o factor ca lcu la m o s la masa v e lo c id a d d e l aire (G ), de
la forma sigu ien te:
L ’ = 1 0 000 g a l/m in x
L = -ü - =
S
8
5000 000
30 x 30 x 7
.3 3 lb /g a l x 60 m in/hr = 5000 000 lb /h r
=
7
_
p ie 2
3 5
Ib____________
hr (ce ld a )
D onde:
L = F lu jo d e la m asa de agua por celd a
L ‘ = G a s t o de agua
S
—
S u p erficie to ta l d e la torre
0 .5 5 z :-^ G
G^— - — =
0 .5 5
-Z S 5
0 .5 5
-1 4 5 0
-----------hr p ie ' 2 c e ld a
C o n e s te v a lo r podem os calcu la r e l volum en d e a ire to ta l a tra­
v é s d e la entrada d e l e n reja d o, tomando 0 .0 6 7 5 lb /p ie ^ com o p e s o esp e­
c í f i c o d el a ire.
- 31 -
^
67l f ^ 0—
30 x 2 x 7 ~
^
~
=
396000
420 p ie 2 (área frontal de enrejado)
94Q pie'V m ln (volúm en de a ire frontal de cada r e jilla )
CALCULO DE LAS PERDIDAS DE PRESION:
por em parrillado (d e la g rá fica 4)
0 .0 1 1 3 x 20
- 0 .2 2 6
por en rejado d e v en tila ció n (de la g rá fica 5)
- 0 .1 1 2
por elim in adores d e arrastre (de la g rá fica 6)
- 0 .0 3 5
pérdidas to t a le s por presión e stá tica (W,r )
- 0.3 73
CALCULO DE LA POTENCIA DEL ABANICO:
Para ca lcu la r la potencia n ecesa ria para ca d a c e ld a , lo h a ce­
m os co n la fórmula sigu ien te:
BHP — Acfm x W T
6356 x Es
D onde:
Acfm
----- Volúmen total de aire de entrada
WT
----- Pérdidas to ta le s por presión está tica
Es
E ficien cia e stá tica qu e in clu y en pérdidas por engra.
n a je .
Para torres de enfriam iento, se toman entre -
50 a 60%.
BHP—
396QQQ x Qit 3 7 3 ------ —
6356 x 0 .5 0
4 5
C om o se cuenta co n un motor e lé c tr ic o de la s sigu ien tes
c a r a c te r ís t ic a s .
75%.
-
-
2 2 0 /4 4 0 V , 60 HP, tr ifá s ic o y c o n un rendim iento d e -
041
- 32 -
LA. POTENCIA DEL MOTOR SERA:
HPr-íyíE. — — i i — = 6 0
?
0 .7 5
Para comprobar s i lo s c á lc u lo s an teriores están dentro d e lo s
lím ites óptim os del d iseñ o y muy esp ecia lm en te e l c á lc u lo d el número
d e h ileras de pa rrilla s, lo harem os co n una fórmula que e s té en fun—
c ió n de la temperatura del bu lbo húmedo Tw, de la temperatura fin a l T 2, y e l factor de enfriam iento A en lib ra s de aire s e c o .
La fórmula que reúne lo s r e q u isito s a n teriores, e s la sigu ien
te:
—
HT2 — Hw
A
A en Ib de aire s e c o —
i
—
—
=
1 5
0 .5 5
C on la ecu a ción anterior ca lcu la m os la s temperaturas q u e va
ten ien do cada parrilla, hasta lleg a r a la temperatura in ic ia l d e d is e ñ o
o
(110 F) y tom ando en cuenta la e fic ie n c ia de la to rre que es de 6 2 .7 % ;
e l últim o c á lc u lo d iv id id o entre la e fic ie n c ia de la torre se tendrán el
número de parrillas la s que se ca lcu la rá n de acu erdo con la experien ­
c ia obtenida en otras torres.
T l = - 54 -43
g 0 — g o .7 °F
15
T
T2r -5'5.
43 j _ 9 0 .7 — 9 1 . 5°F
15
T3=
T4-
5 6
1
t5 ~ 4,? + 9 1 . 5 — 9 2 . 4°F
15
1
—
"8 y
, - 4 ’3
h 9 2 .4 = : 9 3 .4 °F
- 33 T5 =
~ 4?—
15
$ 9
-f
T 6 - - S 0 — ~—43—
15
1
T7 ~
1
T8 ~
T 9
—
15
6 2
~
15
6 4
i
,5 =
9 5 . 6°F
9 5 .6
=
9 6 .8
— 9 8 .2 °F
:
T
9 8 .2
= . 9 9 .7 °F
+
9 9 .7
n
4 3
9 6 .8 F
1
15
TIO
9 4 .5 °F
9 4
4 3
Z - M -
6 6
9 3 .4 =
~ 43■■
15
101. 4°F
1
T U —- 2 2 - . Z - 1 L 15
J_
T12~
-f-
10 3 .3 S
_L
10 5 .5 rr 1 0 8 .0°F
T13 — 82 - 43
15
T14—
8 6
1 0 1 .4 — 103. 3°F
1
,
~ 43 15
i
'
1 0 5 .5°F
10 8 .0 — 1 1 0 .8 ° F V s . 110°F
14 h ileras d e parrillas te ó r ic a s tien e la torre
h ileras de parrillas r e a le s ~
1 4 /6 3 “ 20.
CALCULO DE IA POTENCIA DE IA BOMBA QUE SUMINISTRARA EL
AGUA A LA TORRE.
D atos de d iseñ o:
Q
—
10 000 g a l/m in
P . e — 6 2 .3
I b /p i e 3
-
34 -
Z
— 600 p ie s d e tu bo de a ce ro com ercia l
M
n 20 p ie s
D
”
10 pulg “
0 .8 3 p ie s .
C á lc u lo de la v e lo cid a d dentro d e l tu bo.
Q ~ 10 000 g a l/m in x
A — 0 .7 8 5 x 0 .8 3 2
7 .4 8
—
p ie ^ /g a l x —
mi n/ s e g
60
— 2 2 .1 p ie 3/ s e g
0 .5 4 p ie s 2
V = ~A ~ 0" 54--- =41 ple,/se9
C á lc u lo d el número de R ey n old s.
Re.D v P , e - , P.JÍ3 x . 22., 1 x 62, 3___ =i , 9 x 10 6
"
0 .0 0 0 6 7 2
Por la s g rá fica s d el Brown, ten em os que:
f
'
0 .0 1 5
L — 600 +■ 10 c o d o s de 9 0 °
8
v á lv u la s de com puerta.
Para c o d o s de 90 °
Le
—10 x 7 .5
Para v á lv u la s
Le
—
L n 600 t 75 -h 80
8
75 p ie s .
x 10
~
80 p ie s .
= 755 p ie s .
D el teorem a de B ernoullí y tom ando en cuenta que la carga y descarga
d el ag u a, s e h acen a la presión atm osférica y e l diámetro d el tubo perm anece
c o n s ta n te , e l teorem a queda de la forma sigu ien te:
F-
f x Lx
2gD
v 2-— 0 . Q15 x
75 5.x 4 8 8 .4 ..-1
2 x 3 2 .2 x 0 .8 3
0 3 . 3
W ” 20 -j-1 0 3 .3 = 1 2 3 . 3
H = 2 2 . 1 p ie s 3 /s e g x 62. 3 l b /p i e s 3 ~
wp
— W x H
550
— 12 3.3 x 1380
550 x 0 .7 5
1380 l b /s e g
c
Se tomaré un motor de 85% de e fic ie n c ia .
H P m = -S £ B -------= r_ ü 5— - 500
?
0 .8 5
W - M -t-F
CAPITULO IV
INSPECCION Y MANTENIMIENTO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO.
El m antenimiento de la torre e s un trab ajo que no ha r e cib id o
la a ten ción s u fic ie n te por parte d el in gen iero de p r o ce s o .
En muchas -
plantas hay un programa de mantenimiento preventivo para tod o e l equi.
po en o p e r a c ió n , d ic h o programa podría ex ten derse hasta in clu ir a la —
torre de enfriam iento.
H ay dudas co n r e s p e c to a la lo c a liz a c ió n d e la torre.
Sin -
em bargo, podrá record a rse y tom arse muy en cuen ta que un suministro
de agua fr ía , e s e s e n c ia l para la e fic ie n c ia de una planta en op era ción
ex istien d o un nuevo problema en el mantenimiento de la s fu n c io n e s de
la torre, d eb id o a que el enfriam iento d el agua circu la n te producirá —
una e v a p o ra ció n , y ésta originará un increm ento d el con ten id o de sa­
le s en e l agu a.
Para trabaiar satisfactoriam ente la s torres de enfriam iento se in stalarán, por lo g en era l, a presión atm osférica y en áreas despe.
ja d a s donde pueda u tiliza rse y aprovech arse la v e lo cid a d d el v ie n to ,
aunque é s te pasa a través de la torre, por arriba don de c a e el ag u a, lo s sedim en tos podrán lavarse fuera d el aire y dentro d el d e p ó s ito .
Para mantener el con ten id o de sal d e l agua en e l d e p ó s ito ,
a un mínimo a b so lu to y también para mover y reunir tod os lo s sedim en
to s del d e p ó s ito , se recom ienda hacer una purga continua a la torre de enfriam iento, ten ien do ésta un horario de paros p erfod icos para su
lim p ieza .
- 36 -
TRATAMIENTO DEL AGUA.
El mantenim iento particular de una torre de enfriam iento
com o cualqu ier equ ipo m e c á n ic o , está íntimamente a s o c ia d o con l a ----ca lid a d d el agua em pleada.
Por lo tanto e s c a s i im p osib le d iscu tir el -
mantenimiento de un sistem a de enfriam iento, sin d iscu tir el tratamien­
to d el agu a.
El problema d el tratamiento e s muy a m plio.
El programa general de mantenimiento de una planta en opera
c ió n , no ha sid o una so lu c ió n al problema del tratam iento de a g u a ,
—
pero es usado com o una guía; d ich o con trol está ba sa d o en la preven—
ció n de deterioros de lo s m ateriales u sad os en la c o n s tru cció n d el —
e q u ip o, form ación de in cr u s ta cio n e s , y ataques qu ím icos y b io ló g ic o s .
M uchas plantas usan el c lo r o , por ser uno de lo s a g en tes más ad ecu ados para e l con trol de la s a lg a s .
controlan mejor la s a lg a s in yecta n d o de
para ca d a
1 , 0 0 0
6
a
En algunas plantas s e —
8
lib ra s de c lo r o por d í a -
g a lo n e s por minuto con r e la ció n a l agua circu la d a ; —
pero aún cuando esta can tidad s e agregue en forma c o n s ta n te , se
d esarrolla un tip o de a lg a s inmunes a l c lo r o , por lo ta n to, cada d ie z
día s se aumentará la can tidad hasta tener una con cen tra ción de
1
p.
p .m . para a s í evitar e l d esa rrollo de a lg a s.
Para controlar la form ación de in cru sta cion es en la s torres
de enfriam iento, se debe mantener un con trol d el pH en el agua de la
torre de en friam ien to, ya q u e , a mayor pH, mayor fa c ilid a d de forma,
c ió n de in cru sta cio n e s y a menor pH lo s m etales en co n ta c to co n e l
agu a, se em piezan a d isolv er lentam ente, por lo cu a l s e debe mante
ner un pH d el agua entre 6 .5 y 7 .5 y lu ego agregar un inhibidor de -
- 37 la c o rr o s ió n .
Esto mantiene la tubería y lo s tu bos ca m b ia b les lim pios
y previniendo lo s m etales a la c o rr o sió n .
En aguas fuertem ente a lc a lin a s , deb id o a lo s b ica rb on a tos de s o d io , c a lc io y m a gn esio, la estructura de la torre e s a t a c a d a ----d e b id o a l alto pH ca u sa d o por d ic h o s bica rb on a tos y es muy n ota b le el ata q u e, cuando la madera s e está hum edeciendo alternativam ente,
c o s a qu e su ced e en la s torres a tm o s fé rica s .
En e ste punto l o s bicar.
b on a tos se concentran y vuelven a su esta d o normal de c a r b o n a to s , é s t o s atacan y disu elven la lignina de la madera, producien do un —
e fe c t o llam ado d e s lig n ific a c ió n .
La única manera de prevenir e s te -
fen óm en o, e s quitando lo s bica rb on a tos d e l sistem a de c ir c u la c ió n .
Esto n o e s muy p rá ctico en m uchos c a s o s , pero en general se puede
controlar manteniendo e l pH a b a jo de 8 .0 .
Una v e z que e l proble­
ma d el agua e sté r e s u e lto , se hará un horario para in s p e c c ió n y —
mantenim iento d el equ ipo d e en friam ien to, que in cluirá tod o e l s is ­
tema de distribu ción d e l agua:
lle n a d e ra s, cu b ierta s, armaduras, -
elim in a d ores, mamparas, s e c c ió n de serpen tin es y tod o e l eq u ip o m e c á n ic o .
SISTEMA DE DISTRIBUCION.
La función d el sistem a de d is trib u ción , es distribuir e l —
agua uniformemente hasta arriba de la torre y derramarla en forma de pequeñas partículas finam ente pulverizadas a fin de ten erla en —
c o n ta c to lo más que sea p o s ib le c o n e l a ire .
Hay varios tip o s de —
sistem a s de d istrib u ción u sad os actu alm en te, denom inados:
Sistem a de rociam ien to h acia arriba.
Sistem a de rociam ien to h a cia a b a jo .
Elim inadores de A rr a s tre ,
Tipo de Enrejado y Sistema
de Distribución.
P a sa n te :
T?fs?o n a l. PtdroA.Rdz. M.
Profi
- 38 Sistema de tip o a cu ed u cto.
El primer sistem a con sta de un c a b e z a l cen tra l, de tu bos
la te r a le s , lo s c u a le s , a in terva los regu lares están la s b oq u illa s ato—
m izadoras.
Este sistem a opera por lo general a una presión de 5 a
6
-
lib ra s en la s b o q u illa s y depen de de la fuerza cen trífu g a, en v e z de —
lo s pequeños o r ific io s para e l rom pim iento fin o d el agu a.
Las boq u i­
lla s tienen un diám etro aproxim ado de una pulgada, e sta s aberturas,
junto co n la s 5 ó
6
Ib de presión son su fic ie n te s para prevenir taporas
m ientos por a lg a s , pequeñas p ied recita s y arena en la s b o q u illa s .
El sistem a es c o lo c a d o entre
6
ú
8
p ies de la s mamparas en la s to -----
rres de tiro m e c á n ic o , lo mismo que en la s a tm osférica s.
Las boqui.
lia s atom izan h a cia arriba y llenan com pletam ente la cámara r o cia d o
ra con agua finam ente d iv idida; e s te tip o de sistem a distribuirá e l —
agua uniform em ente, con una am plia v ariación d el flu jo .
Este s is te
ma requ iere una aten ción mínima, pero s e tendrá que in sp e c c io n a r ca
da 9
6
12 m eses para reparar cualquier d esp e rfe cto en la s b o q u illa s .
El sistem a de rociam ien to h a cia ab ajo a l igual que e l prime
ro con sta de un c a b e z a l central con tu bos la te r a le s , lo s que a Inter,
v a lo s regulares están la s b oq u illa s atom lzadoras; e ste sistem a
- -
está lo c a liz a d o en la parte de arriba de la torre y opera a una pre­
sión de 1 .5 Ib en la s b o q u illa s.
A ca u sa de la baja p resión , la s
-
b oq u illa s operan al p rin cip io d eb id o al ch oqu e d el agua c o n e l plato
que distribuirá su avem en te, aunque no estará tan lim pio com o e l —
anterior y distribuirá también uniformemente el agua co n una am plia
va ria ción d el flu jo d e l agua y se in sp eccion a rá cada 3
6
6
m e s e s.
- 39 El sistem a de tipo a c u e d u c to , está com pu esto de un ca n a l prin
c ip a l e x ten d id o, rodeando e l exterior de la c e ld a , la cual a su v e z está
con ecta d a co n c a n a le s la te ra le s .
El can al está construid o de madera y
en e l fon do de é ste estén lo s a g u jeros en lo s c u a le s se insertan tu b o s de p lá s tico de d esca rg a ; cada 2
6
3 p ie s entre lo s tubos se c o lo c a un —
plato rocia d or de p lá s tico en el cu a l c h o c a la corriente de d esca rg a del
can al; e l e fe c to de la corrien te d el agua que c a e en e ste plato ca u sa —
una a c c ió n rocia d ora , que distribu ye e l agua.
Este sistem a no es tan -
d ó c il com o lo s a n teriores, ya que cuando el agua llev a mucha v e lo c id a d ,
lo s c a n a le s se desbordan y cu a n do e s poca el agua no se d istribu ye —
uniformem ente.
Se presenta un problem a de mantenimiento con sta n te; —
debido a que lo s c a n a le s tienden a rom perse, requiriendo una n iv e la ----ción y lo s platos rocia d ores tienen que renovarse periódicam ente y de­
ja rse bien a ju s ta d o s, de tal modo que la corrien te de agua choque dire.c
tamente en e l centro d el d is c o .
Adem ás lo s ca n a les forman un lugar —
id ea l para la acum ulación de lo d o s , a lg a s , y aren as, y desde lu e g o , —
requieren una lim pieza frecu en te; y com o el d esarrollo de a lg a s varía con la temperatura d el agua, los ca n a le s a b iertos ofrecen un lugar —
id ea l para su crecim ien to; por lo ta n to, e ste sistem a deberé in s p e c c io .
narse cada 30 d ía s y la s rep aracion es deben h acerse inm ediatam ente porque s e entorpecería e l funcionam iento de la torre si no se h icie ra ;
aumentando a s í lo s c o s t o s de reparación y mantenimiento.
LLENADO.
El sistem a de alim en tación tien e la función de incrementar —
e l con ta cto d el aire con e l agu a, a s í com o también la d istribu ción e fe c
ir
li s
a
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__ ____ £ •
■ i
«
E.S.I.Q.I.E 1. P N
Vista de Planta y
Lateral de la Torre.
Tesis
Profesional
Pasante:
Pedro A.Rauez.N
- 40 tiva de e s to s m ism os.
La e fic ie n c ia está a fecta da por el a c e it e , p olv o,
a lg a s y otros m ateriales ex trañ os, sien d o muy importante que e l sistem a
se mantenga perfectam ente lim p io.
Un sistem a de alim en tación formado
de tiras planas y h orizon tales está más ex p u esto para la form ación de m ateriales extraños que la s parrillas (deck s) que están armadas de tiras
v e r tic a le s o in clin a d a s; y un sistem a de alim en tación c o n v a d o , tiende a
concentrar e l agua en lo s puntos más b a jo s , ca u san do c a n a liz a c io n e s en e l a ire , deb id o a que d ifícilm en te pasa a través de áreas d e altas
—
co n ce n tra cio n e s de agu a, d ich as ca n a liz a c io n e s reducen e l con ta cto —
entre el aire y el agua, de ta l modo que redu ce su fu n ción .
Se usan v a rios tip os de alim en ta ción , pero en g en era l, s e di v i
den en d o s c la s e s :
El tip o de parrilla, que c o n s is t e de b a stid ores de -
madera en lo s c u a le s se co lo ca n tiras para formar r e jilla s , ésta s pue—
den u sarse com o andam io en la con s tru cció n de la torre, se puede ca —
minar sobre e lla s cuando se h ace la lim p ieza .
Las parrillas fácilm en te
se quitan y se lavan co n una manguera.
El tip o de en sam blado, con sta de tiras c o n ranuras la s c u á le s
se ensam blan entre s i; e s to s tifios no se c la v a n , ni se camina sobre e llo s , a s í com o no se pueden quitar fá cilm en te, ni se deben lavar con
manguera.
La presen cia de a c e ite en la torre es p erju d icia l para e l fun—
cionam ien to de é s ta , ya que la s tom as empapadas de a c e it e no son —
h um edecidas por e l agua, resultando un dispersam ien to im propio d el agua y una red u cción en la su p erficie húmeda expuesta a la intem perie.
Los d e p ó s ito s de a c e ite se pueden quitar de la s tom as por m edio de —
E .S I Q . I .E .
1
P.
N.
V ista Isom etrica con
Corte de la T o rre
TESIS
Profesio nal.
Pcssanís-.
Pedro RQuei.N
- 41 so lv en tes y vapor; sin em bargo, e s mejor reem plazar la s tom as.
XA PRESA DE IA TORRE.
Se construye generalm ente de c o n c re to , aunque también puede
h a cerse de pino r o jo y a c e r o .
O casion alm en te el agua que c irc u la en -
la torre tien e un e fe c to p e rju d icia l en el d ep ósito de c o n c r e to , pero en
ta le s c a s o s se pone un material perm eabilizante de b a se a s fá ltic a y —
cuando la presa se con stru y e de pino r o jo es muy d if í c il mantenerla —
sella d a ; e s to se rea liz a cuando la torre s e usa tem poralmente com o un
sistem a de aire a c o n d ic io n a d o , cuando la presa debe estar se cá n d ose
y h u m ed ecién d ose, la can tidad de humedad de la madera va seg u ida —
de un cam bio en su s d im en sion es.
Si e ste c i c l o de humedad y seca d o
se repite varias v e c e s , se tendrán fugas en la presa.
Una de la s m ejores form as de evitar la s g otera s y fugas en la s presas de madera, e s agregando a s b e s to desm en uzado, sim ilar al
m aterial a isla n te u sado en la s colum nas de fraccion am ien to, que por
e fe c to d el arrastre de la s corrien tes de agua o ca sio n a d a s por la s
—
fu g a s, e l material fib ro s o triturado sellará la s g rietas.
Se tendrá un cu id a d o rigu roso al hacer en sa y os para mante­
ner e l n iv el d e l agua en la p resa , arriba del n ivel de lo s torn illos de
sosten im ien to, en d ich o s en sa y os se encontró que la su p e rficie in—
terfa cia l entre e l aire y e l agua e s muy c o rro siv o .
La c o rr o sió n o cu
rre en la línea de agua o un p o c o más arriba.
D ebido a la s fa lla s en cualquier parte d el equ ip o m e cá n ico ,
la unidad tendrá que pararse, por tal m otivo es im portante que se —
haga una in s p e c c ió n regular y un programa de mantenim iento.
- 42 Puede seg u irse e l sigu ien te programa para la s d iv ersa s p ieza s
d el sistem a m ecá n ico em pleando un sistem a de enfriam iento.
SISTEMA DF, ENGRANATE DEL REDUCTOR DE VELOCIDAD DE LOS VENTI­
LADORES.
El n ivel d el a c e ite en lo s engranes se deberá ch ecar ca d a 30 d ía s; si el n iv el se encuentra b a jo , la c a ja de engranes y e l s e l lo de —
a c e it e se checaran para evitar fu ga s; y s i por otra parte, e l n iv e l del —
a c e ite ha su bid o, se hará bajar é ste hasta la cuarta parte d el fon d o d e la c a ja de engranes y se ch ecará para saber e l grado de c o n ta m in a ció n y e m u ls ific a c ió n .
D eb id o a que e l engranaje en una torre que in d u ce —
c o m e n t e de a ire , se lo c a liz a donde hay vapor de aire ca lie n te y húmedo;
la con d en sa ción de la muestra puede ocurrir en la c a ja de en gran es.
Esto se rea liza en torres en la s c u a le s se opera interm itentem ente; en la s que podría haber algu n os sign os de e m u ls ific a c ió n , e n to n ce s e l —
a c e it e podrá sa ca rse y réfm a rse co n e l tip o de lubricante recom en da do.
También se hará una in s p e c c ió n de lo s s e llo s de a c e it e particularm ente
en e l s e llo de a c e ite en e l e je d el ventilador; cualqu ier fa lla d e l s e llo ,
o de corrosión en el e je de e s te punto, permitirá recog er agua a l entrar
a la unidad.
Se sacará una muestra de a c e ite del fonde de la c a ja de en—
granes cada tres m e s e s , y s i e l a c e ite presenta cualqu ier sign o d e —
em u ls ifica g ió n , contam inación o d eterioro, se sacará y refin a rá , para
no tener alguna fa lla en e l sistem a m ecán ico ya que la c a ja de engra­
n es es la parte fundamental en nuestro c a s o .
- 43 INSPECCION DEL EQUIPO.
Una v e z a l año lo s s e llo s de a c ie te del engranaje se examinarán
y reem plazarán s i e s n e ce s a r io ; también se ch ecarán lo s ju e g o s de c o jln e
t e s , particularm ente en el e je d el ventilador donde ocurre e l mayor d e s—
g a ste .
Esto puede ch e c a r se fácilm ente h acien d o m ecer la s h o ja s d el ven
tllador de arriba h a cia a b a jo; si ha ocurrido cualqu ier d e s g a ste a p recia b le
lo s c o jin e te s se ajustarán o reem plazarán.
Cuando s e encuentra que el —
a c e ite está em u lsion ado en la ca ja de en gran es, n os e sté in d ica n d o q u e hay un d e s g a ste e x c e s iv o y se encontrará generalm ente en e l soporte del
e je de marcha len ta .
Esto se debe a que en algu nos d is e ñ o s de reducto—
r e s de v e lo c id a d n o tien en su ficien te e s p a c io en la c a ja , para acumular e l agua y lo s lo d o s en la parte Inferior donde se encuentra e l c o jin e te —
más b a jo .
En c a s o de qu e é s to e x is ta , se puede sustituir por un ni pie re­
du ctor, co n un tapón de ca ch u ca grande, en v e z d el tapón de d e s a g ü e , en la parte cen tra l de la c a ja de engranes.
C on e s to se tien e más espa.
c ió para el asentam iento d el agua.
CONEXIONES O ACOPIAMIENTOS.
Las c o n e x io n e s de e je flotante u sa d os en la s torres de enfria­
m iento, se d ividen en tres c la s e s ;
El tip o de engrane, e l tip o de d is c o
de hule y e l tip o d e c o n e x io n e s u niversal.
La c o n e x ió n de tipo de engrane debe sa ca rse y r e v is a r s e una v e z al a ñ o.
Si el lubricante está contam inado se reem plazará.
L os —
dien tes de la s c o n e x io n e s s e lavarán con kerosina y s e examinarán per
fectam ente para ser u sad os de nuevo; debe ten erse muy en cuenta la —
s e le c c ió n d el lu brican te para e s te tip o de c o n e x io n e s , d eb id o a qu e se
- 44 está trabajando en un m edio húmedo y donde hay corrien tes de aire -
-
ca lie n te y por ta n to, hay p eligro de con d en sa ción en e l in terior de la —
c a ja d e en gran es.
C om o la humedad se c o n d e n sa , la a c c ió n centrifuga­
dora d e la s c o n e x io n e s g ira torias, ca u sa que el agua d e s p la c e a l lubri­
can te en la periferia de la c a ja en volv en te.
Aunque lo s d ien tes de engra
ne se lo c a liz a también en la c a ja en v olv en te, puede ocurrir un serio de.s
g a ste por la fuga d e l lu brican te.
D ebido a e sto se recom ienda que e l —
lu brican te u sad o se a d el tip o de prueba de agu a, en e l c u a l e l p e s o es^ e
c í f i c o e s mayor que el d el agua.
El tip o de co n e x ió n de d is c o de h u le, se examinará ca d a 6 me—
s e s y en cuanto m uestre algún sign o de d e s g a s te , d eb e cam b iarse inme­
diatam ente.
Se recom ienda que tod as la s co n e x io n e s que protegen l o s -
fle je s p esa d os de h ierro, s e hagan para lo s extrem os de la fle c h a flotan
te y a s í limitar la rota ción de la flech a y fa lle la c o n e x ió n .
E sto se —
h ace para prevenir e l extrem o flo jo de la fle ch a de p o s ib le s Juegos late,
ra le s y de daños en el v en tila d or, la chum acera, e l motor y la flech a —
de tran sm isión.
L os acop la m ien tos o c o n e x io n e s de tip o u n iv ersal requieren —
lu b rica ción cada 3 6 4 sem anas; e ste tipo de acop la m ien to requ iere un
a c e ite pesad o en lugar de una g ra sa.
C on una lu b rica ció n adecuada —
e ste tip o de acop la m ien tos dará mejor s e r v ic io que lo s d o s a n teriores,
pu esto que tien e mayor flex ib ilid a d y más fá c il se adapta para ser usa
do en la estructura de madera, la cu a l no es muy ríg id a .
VENTILADORES.
Las a sp a s de lo s v en tilad ores u sad os en torres d e enfriam ien
- 45 to d eb en fa b rica rse de tres c la s e s de m aterial, la s c u a le s pueden ser:
1 ) . - F abricadas de a c e r o a l carbón o de a c e r o in o x id a b le .
2 ) . - F abricadas de alum inio c o la d o ,
3 ) . - F abricadas de alum inio forjad o.
Una v e z a l año la s a s p a s de lo s ven tilad ores se deben revisar
para observar s i hay rotura por fa tig a , e s to es a p lic a b le para toda c la s e
de v e n tila d o re s .
Los v en tila d ores fab rica dos de a c e r o in ox id a b le requie
ren p o c o m antenim iento, mientras que lo s fa b rica d os de a ce ro a l carbón
y alu m in io, deberán ser rasp ad os y cu b iertos co n un m aterial preserva­
tiv o para evitar la o x id a ció n cada a ñ o, aunque hay v e c e s que é s t o s —
duran de 5 a 10 a ñ os en s e r v ic io sin n ece s id a d de m antenim iento.
Las a s p a s de lo s ven tilad ores de alum inio c o n s is t e n en estruc
turas de metal p a v on ea d o, é s te tip o s e d eb e examinar ca d a 3 6 6 m eses
por rajaduras y raspaduras en la cubierta para evitar que s e destruya —
tod o el v en tila d or.
Este tip o deberá equ ilibrarse cada 3 6 5 a ñ os p a ra -
evitar d e s g a s te , co rr o sió n o cam bio de p o s ició n de la s a s p a s .
Muy a menudo la s v ib ra cion es en la parte superior de la torre
serán la ca u sa de lo s d e fe c to s d el ventilad or, aunque en rea lid a d se —
d ebe a un d e s a ju ste d e l m ecanism o d el motor; e s ta s v ib r a c io n e s s e pue
den distin guir fá cilm en te.
La v ib ra ción cau sad a por un v en tilad or d e s ­
b a la n cea d o h a ce que la torre vibre debido a que su masa e s grande y baja v e lo c id a d ; m ientras que lo s d es g a ste s del m ecanism o d el motea- —
causarán una v ib ra ción de alta v e lo cid a d c o n un son ido c a r a c te r ís t ic o .
Lo anterior lo podem os enumerar de una forma s e n c illa de la sigu ien te manera, que puede tom arse com o un programa d e in s p e c c ió n
- 46 y mantenimiento para una torre de enfriam iento cualqu iera que sea su tip o .
Una v e z por sem ana.
D eberán in s p e c c io n a rs e la s r e jilla s de la presa d e -
su c ció n y la lim pieza requ erida.
Una v e z por m es.
Se ch ecarán :
por n ivel y con tam in a ción ,
m ientos y c o n e x io n e s ,
a ). - El a c e ite en la ca ja de en gran es,
b ) . - Lubricar perfectam ente to d o s lo s acopla,
c ) . - In sp e cció n y lim pieza d el sistem a de distri.
bu ción d el a g u a , tip o a cu ed u cto o de ca n a l.
Una v e z cada tres m e s e s .
Se checarán :
a ) . - Los sistem a s de distribu­
c ió n de rociam ien to h acia a b a jo , a s f com o su lim p ieza ,
b ) . - In sp e cció n
y ch eq u e de lo s a cop la m ien tos y co n e x io n e s por fractura.
Cada s e is m e s e s.
Se checarán :
a ). - Se hará cam b io de a c e it e a la c a ­
ja de engrane, ten ien do cu id a d o que sea e l a c e ite a p rop ia d o,
bricar perfectam ente la s chum aceras d el motor,
b ) . - Lu—
c ) . - C h ecar e l sistem a
de rociam ien to h acia arriba.
Una v e z por a ñ o.
-
La torre deberá pararse y lim piarse com pletam ente de
arriba a b a jo , in clu y en d o la presa.
D eberá h acerse una in s p e c c ió n - -
com pleta de la estructura de la torre, d eb ido a lo s ataq u es q u ím icos y
b io ló g ic o s , s e harán la s rep a ra cion es y reem plazos n e c e s a r io s ; e l s is ­
tema de distribu ción s e reparará o sustituiré en c a s o requ erid o.
El equipo m ecán ico deberá c h e c a r s e por alin ea ción y d e s g a s te , lo s per
n os de lo s cim ien tos deberán aju sta rse; e l ventilador deberá in s p e c c io
narse por d esbalan cea m ien to y d esalin ea m ien to.
El acop la m ien to tipo
de engrane deberá a b rise para una mejor in s p e c c ió n , la c a ja de engra.
n e s , chum aceras y s e l lo s , s e examinaran por d e s g a ste .
COSTO DEL EQUIPO
Al efectu ar e l sigu ien te estu d io e co n ó m ico , se tropezará co n muchas d ificu lta d e s deb id o a la falta de c o s t o s r e a le s que fa c ilite n la re so lu ció n d el problem a.
Es verdad que ex isten lib ro s sobre c o s t o s ,
—
pero por lo g en era l, é s to s son de p roced en cia extranjera y algunas v e c e s
el p recio c a lc u la d o para algu nos eq u ip o s , a partir de e llo s , resu lta algo
e q u iv oca d o.
A pegán dose a c o s t o s de equ ipos sim ilares e x iste n te s en -
la industria petrolera y ten ien do en cuenta e l presu pu esto para la s nue—
v as a m p lia cio n e s , se procede en la forma sigu ien te:
L os c o s t o s de op era ción anual se calcu larán según la e cu a ció n
que se expondré a d ela n te, ten ien do en cuenta que lo s c o s t o s de mano de obra no in terven gan , d eb id o a que e ste equipo será atendido por e l personal que está in clu id o en la nómina de P etróleos M e x ic a n o s .
Una torre de enfriam iento de tiro in d u cid o , con ca p a cid a d de 400 g .p .m . , con rango de enfriam iento de 20°F (1 1 5 -9 5 °F ), tien e un —
p recio de $ 5 5 ,0 0 0 .0 0 .
El c o s t o de la torre de enfriam iento para n uestro c a s o , será de:
en la cuál:
Va = c o s t o d el equipo problema
Vb 3 = c o s t o d el equipo c o n o c id o
C a = cap a cid ad d el equ ipo problema
C b = c a p a c id a d d el equipo c o n o c id o
$ 8 3 0 ,0 0 0 .0 0
- 48 El c o s t o de in sta la ció n para una torre de enfria
m iento, es aproxim adam ente un 35% d el valor de la t o r r e .. .
El c o s t o de una bomba centrífuga
de 1 ,5 0 0 -
$ 2 9 0 ,5 0 0 .0 0
-
g .p .m . de c a p a cid a d e s de $ 1 9 ,0 0 0 .0 0 para nuestro - —
ca so.
0.6.
Va — 1 ? . OOP 1 10 0-QQ
( 1 500
1
/
®7 5 ,0 0 0 .0 0
El c o s t o de in sta la ció n de la bomba será apro­
ximadam ente un 10%.................................................................................
$
7 ,5 0 0 .0 0
El c o s t o de la tubería será aproximadam ente de $ 4 0 .0 0 por p ie de lon gitu d 675 x 40 .........................................
$ 2 7 ,0 0 0 .0 0
Un motor e lé c t r ic o t r ifá s ic o de 22 0/44 0 V - 6 0 HP y 7 5 % .....................................................................................................
7 a b a n ic o s $ 1 4 ,0 0 0 .0 0 c / u .............................................
C o s t o d e l eq u ip o (C , e ) . ......................................
C o s to d e in sta la ció n 5% de C . e ................................
C o s t o T ota l d el Equipo: ..................................................
$ 9 ,5 0 0 .0 0
$1 0 0 .0 0 0 .0 0
$1.33
6 7 .0 0 0 .0 0
$1.406 .5 0 0 .0 0
GASTOS ANUALES
Mantenimiento del equipo 6% C . e .............................
$ 8 0 ,4 0 0 .0 0
C osto de reactivos y tratamiento del agua
$ 2 0 ,6 0 0 .0 0
D epreciación del equipo 10% C .e ...............................
$ 1 3 4 ,0 0 0 .0 0
Lim pieza de la torre y equipo auxiliar.....................
T O T A L (Ga ) .................................
$ 1 0 .0 0 0 .0 0
CARGOS VARIABLES ANUALES
Los gastos por energía eléctrica serán calcu la
dos considerando años de 7200 hrs. de trabajo, una —
eficiencia del motor de 75% y un costo por KWH de —
$ 0 .1 0 , de donde:
9 , 5 0 0 . 00
- 49 -
G e = ; 510 x 0 .7 4 6 x 7200 x 0 .1 0 /0 .7 5 ...................
$ 4 0 0 ,0 0 0 .0 0
G a s to s de rep aración de lín e a s .....................................
$
T O T A L ..........................................
7 ,0 0 0 .0 0
$ 4 0 7 .0 0 0 .0 0
COSTOS DE OPERACION ANUAL.
C o = MH
2 -----t
_i_ p
Donde:
M =
M antenim iento del equipo
C
= : C o s to to ta l d e l equ ipo
t
=
P
— G a sto to ta l de energía
C o — 80 400
4
T
Vida de trab ajo de la torre (10 años)
- 14065.00------L 337 800 .............................................
10
$ 5 5 8 ,8 5 0 .0 0
'
COSTO POR METRO CUBICO DE AGUA DE ENFRIAMIENTO.
En un año circu la n :
1 0
0 0 0
g a l/m in x
g al
x —
1 0 0 0
------ x — ÍÜLSíiSL. x
lt
hr
7200 ------ —-------=
año
3
= 16 344000 — S ----año
C o s to de un m3
de a g u a = CA +
=0.10
Cv± —
16 344 000
$/m3
.= 2 4 5 J M ± lflZ J lflO
16 344 000
CAPITULO VI
CONCLUSIONES
1 . - CARACTERISTICAS DE LA TORRE.
a ). - D e acuerdo con el an álisis efectuado en el C apítulo de
in spección y mantenimiento, se llegó a la conclusión de que la torre
óptima para desempeñar el trabajo y la s funciones a que estará des ti
nada; será del tipo m ecánico de tiro in ducido, debido a que ésta —
reúne la s mayores ventajas de trabajo, de acuerdo con las condicio­
nes del lugar (velocidad de lo s vien tos, tem peratura, presión, hume
dad, e tc .)
b ) .- El m aterial de construcción, será de pino ro jo tratada
con creo so ta , la que fué considerada más conveniente, tanto econó
m ica como resisten te, debido a pruebas que se hicieron en el labo­
ratorio a distintas concentraciones de reactivos y agua sin tratar.
c ) . - La inclinación del enrejado para la entrada del a ire ,
será de 30 grados.
La experiencia nos ha demostrado que la s pérdidas por - fricción del aire a la entrada de la torre, son mínimas con esta in­
clin ación .
Los elim inadores de arrastre, tendrán la misma inclinación
por e l mismo m otivo.
d ) .- La construcción de la presa será de concreto.
e ) . - La torre tendrá una capacidad de 10 000 galones por minuto; constará de 7 celdas con capacidad de 1430 galones.
- 51 -
f ) . - Las dim ensiones son las siguientes:
ancho
30 pies.
altura
33 pies,
largo
210 pies.
g ) .- Las parrillas tendrán las dimensiones siguientes:
ancho
3/8 de pulgada.
altura
7/8 <de pulgada.
Separación de centro a centro 9/8 de pulgada.
Separación entre hilera e hilera de emparrillado igual a 15 -
pulgadas.
POSTO DEL AGUA DE ENFRIAMIENTO.
D e acuerdo con el an álisis de costos de equipo, se determinó
el co sto por metro cú bico de agua tratada, el cu ál es de $ 0 .1 0 .
CAPITULO VII
BIBLIOGRAFIA
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