Selección de torres de refrigeración de circuito cerrado-

"3" fallas comunes de las torres de enfriamiento de circuito cerrado-

Error 1: Selección incorrecta del material del serpentín, lo que provoca la penetración de óxido y fugas de agua en el serpentín de la torre de enfriamiento del circuito cerrado-;

Error 2: No agregar anticongelante al medio, lo que resulta en la congelación del medio después de que el equipo se apaga en invierno, lo que rompe el serpentín;

Error 3: Error de cálculo del volumen de agua de pulverización, lo que provoca un aumento significativo de los costes de consumo de energía.

Principios básicos de las torres de refrigeración de circuito cerrado-

Las torres de refrigeración de circuito cerrado-logran refrigeración mediante intercambio de calor indirecto. El medio circulante (como agua o solución de etilenglicol) fluye en un serpentín cerrado y el calor se elimina mediante la evaporación del agua pulverizada y la convección del aire. El principio básico de las torres de enfriamiento de circuito cerrado-se basa en tres procesos principales: intercambio de calor, enfriamiento por evaporación de agua y flujo de aire.

Proceso de intercambio de calor

1.1 Medio de transferencia de calor

En las torres de refrigeración de circuito cerrado-, normalmente se utiliza agua como medio de transferencia de calor. El calor del equipo o sistema a enfriar (como equipos industriales, condensadores de sistemas de aire acondicionado, etc.) se transfiere primero al agua en circulación.

El agua en circulación fluye en un sistema cerrado sin contacto directo con el ambiente externo, asegurando así la estabilidad de la calidad del agua y evitando que entren impurezas al sistema.

1.2 Función del intercambiador de calor

La función principal del intercambiador de calor es transferir calor de manera eficiente desde el equipo al agua en circulación.

Cuando el agua en circulación que transporta calor desde el equipo ingresa al intercambiador de calor, el calor se transfiere desde el lado de mayor temperatura (lado del agua en circulación) al lado de menor temperatura (lado del fluido refrigerante). En las torres de enfriamiento de circuito cerrado-, el fluido de enfriamiento suele ser aire, pero a diferencia de las torres de enfriamiento abiertas, el aire no entra en contacto directo con el agua en circulación.

Proceso de enfriamiento por evaporación de agua

2.1 Serpentín de enfriamiento y sistema de pulverización

El serpentín de enfriamiento en una torre de enfriamiento de circuito cerrado-generalmente está hecho de metal, en forma de espiral u otras formas, y se coloca dentro de la torre de enfriamiento. El agua circulante fluye en el serpentín, intercambiando calor con el aire fuera del serpentín.

La torre de enfriamiento está equipada con un sistema de pulverización que rocía una pequeña parte del agua en circulación en finas gotas de agua. Estas gotas forman una película de agua sobre la superficie de la bobina. Cuando el aire pasa a través del serpentín bajo la acción del ventilador de la torre, las gotas entran en contacto con el aire.

2.2 Principio de disipación de calor por evaporación

Cuando las gotas rociadas entran en contacto con el aire, el agua se evapora y el proceso de evaporación absorbe una gran cantidad de calor, que proviene del calor del agua que circula en el serpentín.

Con la evaporación del agua, la temperatura del agua que circula en el serpentín disminuye gradualmente. El agua enfriada circula en el sistema cerrado, regresa al equipo para ser enfriado, absorbe nuevamente el calor del equipo y este ciclo continúa para lograr un enfriamiento continuo.

Proceso de flujo de aire

3.1 Papel del aficionado

El ventilador promueve principalmente el flujo de aire en la torre de enfriamiento. El ventilador generalmente se instala en la parte superior o lateral de la torre de enfriamiento, creando una presión negativa mediante la rotación para aspirar aire externo hacia la torre.

Después de ingresar a la torre de enfriamiento, el aire pasa a través del serpentín de enfriamiento y el área de pulverización. La velocidad de rotación y el volumen de aire del ventilador se pueden ajustar según las necesidades reales para controlar la tasa de intercambio de calor entre el aire y el agua.

3.2 Dirección del intercambio de calor entre el aire y el agua

En la torre de enfriamiento, el aire y el agua realizan un intercambio de calor a contracorriente. El aire fluye de abajo hacia arriba, mientras que el agua fluye de arriba hacia abajo (dentro del serpentín). Este modo de contracorriente puede mantener relativamente estable la diferencia de temperatura entre el aire y el agua, mejorando así la eficiencia del intercambio de calor.

Composición estructural de torres de refrigeración de circuito cerrado-

Serpentín: fabricado con materiales-resistentes a la corrosión (como acero inoxidable 304 o tubos de cobre), con el medio a enfriar fluyendo en su interior;

Sistema de pulverización: pulveriza uniformemente agua de refrigeración sobre la superficie del serpentín;

Ventilador: Fuerza el flujo de aire (ventilador axial o centrífugo);

Tanque de agua: Recoge y hace circular el agua pulverizada;

Relleno: Aumenta el área de contacto entre el agua y el aire;

Medio de torres de enfriamiento de circuito cerrado-y sus parámetros de propiedad física

Medio de las torres de enfriamiento de circuito cerrado-: el medio utilizado en las torres de enfriamiento de circuito cerrado-es generalmente agua y etilenglicol. El agua se utiliza comúnmente como medio en el sur y el medio etilenglicol en el norte.

Parámetros de propiedades físicas del agua.

Parámetro	Valor (20 grados)	Valor (40 grados)	Importancia de la ingeniería
Densidad (ρ)	998kg/m³	992 kg/m³	Afecta la potencia de la bomba y el cálculo del caudal.
Capacidad calorífica específica (Cp)	4,18 kJ/(kg·grado)	4,18 kJ/(kg·grado)	Parámetro central para el cálculo de la carga térmica.
Conductividad térmica (λ)	0,598 W/(m·grado)	0,630 W/(m·grado)	Afecta la eficiencia de transferencia de calor del serpentín.
Viscosidad dinámica (μ)	1.002×10⁻³ Pa·s	0,653×10⁻³ Pa·s	Determina la resistencia al flujo y la caída de presión.
Punto de congelación	0 grados	-	Clave para el diseño del anticongelante de invierno.
Punto de ebullición	100 grados	-	-

Nota: Las propiedades físicas del agua cambian significativamente con la temperatura. Por ejemplo, la viscosidad es 1,787×10⁻³ Pa·s a 0 grados y 0,467×10⁻³ Pa·s a 60 grados; La conductividad térmica cae a 0,68 W/(m·grado) a 100 grados.

Parámetros de propiedades físicas de la solución de etilenglicol (20 grados)

Parámetro	Valor	Cambio en comparación con el agua pura.	Impacto del diseño
Densidad (ρ)	1070kg/m³	+7%	La potencia de la bomba debe aumentar aproximadamente un 8%
Capacidad calorífica específica (Cp)	3,45 kJ/(kg·grado)	-17%	Se requiere un mayor caudal para la misma carga de calor
Conductividad térmica (λ)	0,39 W/(m·grado)	-35%	Eficiencia de transferencia de calor reducida
Viscosidad dinámica (μ)	3,5×10⁻³ Pa·s	+450%	Resistencia al flujo significativamente mayor

Relación entre la concentración típica de etilenglicol y el punto de congelación

Concentración de etilenglicol	Punto de congelación (grados)	Punto de ebullición (grados)	Escenarios de aplicación
30%	-15	106	Requisitos generales de anticongelante
50%	-37	110	Zonas muy frías o condiciones de trabajo-de baja temperatura
60%	-55	113	Entornos de temperatura extremadamente baja-

Nota: cuanto mayor es la concentración de etilenglicol, menor es el punto de congelación, pero la viscosidad aumenta considerablemente (lo que requiere una bomba de alto-alto); la solución de etilenglicol tiene una ligera corrosividad para los metales, por lo que se deben agregar inhibidores de la corrosión (como borato) o se deben usar bobinas de acero inoxidable o aleación de cobre-níquel; los requisitos del punto de congelación determinan la concentración de etilenglicol, pero una concentración alta aumentará significativamente el consumo de energía de la bomba; se recomienda optimizar la concentración a través de la curva de viscosidad-temperatura; El coeficiente de transferencia de calor de la solución de etilenglicol es entre un 30% y un 40% menor que el del agua pura, por lo que es necesario aumentar el área del serpentín o el volumen de aire.

Tipos, materiales, ventajas y desventajas comunes de las bobinas de torre de enfriamiento de circuito cerrado-

(1) Tubos de cobre (tubos de cobre rojos)

Ventajas:

Excelente conductividad térmica: Los tubos de cobre rojo tienen una alta conductividad térmica (380 W/m·k), con una importante eficiencia de intercambio de calor, adecuados para escenarios de diferencia de temperatura media y alta.

Fuerte resistencia a la corrosión: Naturalmente resistente a la corrosión del agua, medios ácidos/álcalis débiles, con una larga vida útil (generalmente más de 20 años).

Propiedades mecánicas estables: paredes delgadas-(8-10 mm) pero de alta resistencia, con tecnología de soldadura madura (varillas de soldadura a base de plata) y buen rendimiento de sellado.

Desventajas:

Alto costo: El cobre es caro, con una inversión inicial aproximadamente 1,5 veces mayor que la de los tubos de acero inoxidable.

Relativamente pesado: Más pesado que los tubos de acero inoxidable del mismo volumen, lo que requiere estructuras de soporte adicionales para su instalación.

(2) Tubos de acero inoxidable (304/316L)

Ventajas:

Excelente resistencia a la corrosión: especialmente el acero inoxidable 316L puede soportar ambientes hostiles como ácidos fuertes y niebla salina, con una vida útil de 15 a 20 años.

Resistencia al soporte-de alta presión: puede soportar condiciones de trabajo de alta-presión y no es fácil de deformar.

Desventajas:

Baja conductividad térmica: La conductividad térmica (16 W/m·k) requiere un aumento en el área del serpentín o en el volumen de aire para compensar la eficiencia.

Procesamiento difícil: la soldadura requiere tecnología de soldadura por arco de argón, con altos requisitos técnicos y es propensa a agrietarse por corrosión bajo tensión.

(3) Tubos de acero al carbono (galvanizados)

Ventajas:

Bajo costo: El precio es de solo 1/3 a 1/2 del de los tubos de cobre, adecuado para proyectos con presupuestos limitados.

Fácil procesamiento: Fácil de soldar y cortar, adecuado para una instalación rápida.

Desventajas:

Mala resistencia a la corrosión: se requiere galvanización para extender la vida útil, pero la corrosión aún es propensa a ocurrir a largo plazo (la vida útil es de aproximadamente 5 a 8 años).

Alta tasa de incrustación: la superficie rugosa es propensa a incrustarse, lo que requiere una limpieza frecuente, lo que reduce la eficiencia del intercambio de calor.

(4) Tubos de aleación de titanio

Ventajas: Resistencia a la corrosión extremadamente fuerte (especialmente a iones cloruro), peso ligero, adecuado para refrigeración con agua de mar y para la industria nuclear.

Desventajas: Costo extremadamente alto (aproximadamente 5 veces mayor que el del acero inoxidable) y procesamiento difícil.

(5) Tubos de aleación de aluminio

Ventajas: Ligero y conductividad térmica relativamente buena (alrededor de 200 W/m·k).

Desventajas: Baja resistencia mecánica y propenso a la corrosión por medios alcalinos.