Torres de enfriamiento de tiro forzado: alternativas, riesgos y
limitaciones
Ing. Martin Balestie,
B.A.B.M.
Introducción
A pesar de frecuentemente estar construídas en materiales similares, las torres de enfriamiento de agua pueden diferir notablemente en aspectos, “intangibles” pero fundamentales como ser el rendimiento real de la unidad. A menudo, estas “sutilezas técnicas” son solamente discernibles por los profesionales que diariamente o sistemáticamente participan del diseño, fabricación y/o evaluación de dichas unidades. En muchos casos, verdaderamente lamentables, estas sutilezas se traducen para los confiados usuarios en importantes irregularidades térmicas, “inexplicables”, y que a menudo ocasionan trastornos y/o perjuicios en el proceso productivo en montos varias veces la inversión de capital realizada. A continuación analizaremos los resultados totalmente dispares, inadmisibles en un contexto de ingeniería informado, que surjen de la fabricación e instalación de unidades con “limitaciones de base.”
Tiro inducido
versus tiro forzado
Si bien prácticamente toda torre de
enfriamiento de agua o condensador evaporativo incluye algún tipo de tiro
mecánico, los distintos fabricantes no siempre instalan los distintos
componentes de la misma manera. Así
pues, como se puede ver en la Figura 1., la colocación del ventilador, por
ejemplo de flujo axial, puede realizarse induciendo un vacío en el plenum de la
torre o forzando el ingreso del aire desde un lateral (Fig.2).
Fig. 1
Tiro inducido
Fig. 2
Tiro forzado
A “simple vista”, inspeccionando las distintas unidades, no parecen diferir mucho, suponiendo que los materiales de construcción empleados sean “equivalentes”. Sin embargo, aunque fuera del alcance de esta presentación, existen torres de enfriamiento con vida útil comprobable de 20-25 años y torres de enfriamiento cuya vida útil, térmica y materialmente hablando, no supera los 2 años.
La alternativa de tiro forzado simplemente perpetúa
disfunciones “térmicas estructurales” inaceptables en contextos contemporáneos.
En este escrito vamos a comprobar que, por el motivo que sea - desconocimiento o desprolijidad técnica del fabricante, falsos criterios de economía, adaptación “casera” por “fabricantes” locales “inspirados” en modelos de unidades importadas, empleados fuera del contexto previsto por el fabricante original - la alternativa de tiro forzado simplemente perpetúa disfunciones estructurales inaceptables en contextos contemporáneos, tanto del punto de vista térmico (deficits del orden de 20-30% o más) como del punto de vista de costos operativos (del orden de 1 a 3!!). Estas limitaciones explican claramente porque las torres de tiro forzado, en parte, son hoy en día prácticamente inexistentes en los parques industriales, usuarios de riesgo que como veremos, no pueden hacer depender el proceso productivo por aleatoriedades como literatlmente “de dónde sopla el viento.” En las medianas y pequeñas plantas, e.g. industria plásticas, aire acondicionado, fábricas de helado, metalúrgicas, el problema se exacerba por la frecuente instalación de las unidades en espacios relativamente confinados – el rendimiento térmico, un intangible supuesto de buena fé, no es moneda corriente en el 100% de los proveedores, máxime si se trata de proponentes de dedicación parcial y/o no especializada.
Primera
significación térmica asociada a las torres de enfriamiento de tiro forzado:
subrendimiento térmico
Por las características
inherentes al diseño de la torre de tiro forzado (Fig. 2), la descarga de aire
vertical está necesariamente limitada por la velocidad vertical admisible a
través del relleno, típicamente entre 300 fpm y 600 fpm. Esta velocidad de descarga contrasta con la velocidad de ingreso de aire a la
torre, digamos por ejemplo valores cercanos a 1500 – 1700 fpm. En una torre de tiro inducido estos valores
naturalmente se permutan dado que en este caso es el ventilador el que
“expulsa” el aire en la parte superior (1800 – 2000 fpm) mientras que las tomas
de aire son de baja velocidad de ingreso.
Como resultado de
esta decision de diseño/fabricación, se plantean para las unidades de
tiro forzado, en principio, cuatro
situaciones estructurales indeseables (6):
1. una baja velocidad de
descarga vertical (c. 1/3 de la
correspondiente a una torre de tiro inducido);
2. una alta velocidad de ingreso,
por ejemplo 2.5 veces la velocidad de descarga;
3. como resultado de 1. y 2. , aumento significativo de
instancias de recirculación (Fig.3) y resultante
colapso del rendimiento térmico
“prometido” y
4. un exacerbado aumento de ingreso de partículas y polvos frecuentemente presentes en ambientes industriales,
debido a la comparativamente “violenta” aspiración de la unidad, 2-3 veces la correspondiente a un
diseño de tiro inducido!!
Fig.
3 Ilustración del problema de recirculación y consecuente colapso térmico
inherente asociado al diseño de una torre de tiro forzado.
El diseño de torre de tiro forzado, y en cierta medida el condensador evaporativo de igual diseño, debe mantener una velocidad de descarga lo más alta posible si quiere evitar o minimizar el altísimo riesgo de recirculación que por las características inherentes autogenera. Lamentablemente, esto acarrea de facto, configurar una velocidad de descarga vertical simultáneamente “acotada” por la velocidad permisible a través del relleno. El resultado, cualquiera sea el compromiso elegido, es una velocidad de descarga extremadamente baja con alto riesgo de autosaturación del entorno/aire de alimentación y una velocidad a través del relleno próxima a los límites superiores recomendados con el correspondiente excesivo aumento de la caída de presión a través del mismo y consecuente aumento del brake horsepower de la unidad.
El deficit
involucrado puede oscilar entre valores cercanos al 20% y hasta más del 40%
según los casos.
Aún suponiendo por ejemplo 600 fpm, esta velocidad termina siendo muy suboptima, pues simultáneamente:
- como velocidad vertical de descarga es “demasiado baja” (deberia ser el doble o el triple, un viento desfavorable moderado puede rondar 800 fpm, “mayorando” la dirección de la resultante hacia la zona de aspiración)
- como velocidad a través del relleno es “muy alta” (podria ser la mitad, u optimizando el uso de rellenos y BHP, un valor dentro del rango 300-675 fpm)
Vemos entonces que prácticamente para cualquier combinación de velocidades, el resultado asociado está lejísimo de ser satisfactorio; la cota de velocidad impuesta de “circular” a través del relleno (a lo sumo 675 fpm) impone una cota para la velocidad de descarga vertical insuficiente para minimizar problemas de recirculación de aire de descarga, saturado, que lleva a la unidad a autocondenarse a generar y trabajar en una zona de alto riesgo, con la consecuente disfunción térmica.
La inestabilidad térmica de las torres de tiro forzado está muy documentada (Burger.119) :
“este tipo de torres puede crear subrendimientos muy significativos que resultan costosos y embarazosos para los ingenieros y consultores. Estos problemas de ninguna manera contribuyen positivamente a la confianza a depositar por parte de los dueños u operadores de la instalación, incluyendo los estudios de arquitectura, en los consultores de aire acondicionado y refrigeración…”
Esta “falla” estructural, inherente al diseño de la torre y/o condensadores evaporativos de tiro forzado se ve incluso exacerbada cuando fabricantes tal vez desatentos inclinan incluso el plano del ventilador orientando la zona de aspiración acercando la captación de aire a la masa de aire saturado de las descargas!!
Descarga de aire saturado
a baja velocidad, e.g. 600-675 fpm
Aspiración a alta velocidad ,eg.1500-1690 fpm entrada de
aire, relación 2.5:1!!
Fig. 4
La consecuencia de la distribución de velocidades resultante es el colapso de la unidad, funcionamiento aleatorio y/o deficits de rendimiento inadmisibles, debido al aumento “brutal” de la temperatura de bulbo húmedo de la masa de aire que efectivamente ingresa. Puede verse (APENDICE I) que el resultado de aplicar las prescripciones clásicas para evaluar la inestabilidad inherente en el rendimiento de estas torres involucra deficits promedio entre 15 y 35%, incluso en muchos casos cercanos al 20% y hasta más del 40%.
Fig. 5 Deterioro térmico esperable, 20% - 40%
(3°F-5°F)
Si bien podemos ver deficits “centrales” entre 16% - 33%, lamentablemente, el deficit en las distintas unidades puede ser sensiblemente mayor: el deficit involucrado puede oscilar entre valores cercanos al 20% y hasta más del 40% según los casos. Teniendo en cuenta estas consideraciones, el efecto concreto se traduce en por ejemplo:
- una torre de enfriamiento ofertada para 100 t.r. estará entregando c. 60 – 80 t.r.;
- una torre de enfriamiento
ofertada para 150 t.r. estará entregando poco más de 100 t.r. y sucesivamente.
El deficit involucrado puede oscilar entre valores cercanos al 20% y hasta más del 40% según los casos.
Es especialmente “grave” cuando los profesionales intervinientes, consultores y/o los departamentos de ingeniería de las firmas proveedoras/contratistas, renuncian o ignoran advertir los perjuicios y riesgos asociados con unidades de diseños históricamente cuestionables.
Estos resultados numéricos, irrebatibles, coinciden con la infinidad de testimonios de la literatura, incluyendo tanto fabricantes como consultores independientes así como especialistas en equipamiento de intercambio incluyendo torres de enfriamiento, condensadores evaporativos, equipos con condensador por aire y enfriadores en general.
Evapco, Inc. (fabricante de torres de enfriamiento y condensadores evaporativos): “… un pequeño aumento en la temperatura de bulbo húmedo del aire de entrada, por ejemplo de 2°F, digamos desde 78°F a 80°F involucra una reducción de capacidad térmica de la torre de enfriamiento del 16%. Esto se traduce en un aumento de la temperatura de salida del agua fría de 1.5°F. Hemos visto colapsos debidos a efectos de recirculación con aumentos de temperatura de bulbo húmedo de entrada entre 5 y 6°F y aún mayores. En estos casos, el colapso térmico es superior al 50% con aumentos en la temperatura de agua de salida de 4.5°F o más…”
Robert Burger (consultor independiente): “… debido a esto, la capacidad de la torre puede reducirse hasta valores tan altos como 30%…”
nota: bajando sólo 1°F la temperatura de retorno al condensador de una instalación de aire acondicionado y refrigeración, diagramas de entalpías, ocasiona una economía del 3% en el consumo eléctrico del sistema. Inexplicables “cortes por alta” - es importante esto?
Robert Monroe(ingeniero
principal, Hudson Products; fabricante de intercambiadores de calor y
ventiladores axiales de gran porte): “… debido a la recirculación, pueden
presentarse problemas de rendimiento drásticos …”
Fig. 6
La
inestabilidad del rendimiento de estas torres, al considerar seriamente
escenarios de encajonamiento de aire en el hacinamiento de unidades, tan frecuente
en ambientes industriales e incluso residenciales (Fig.6) , lleva a comentarios
drásticos como el siguiente:
Robert Burger: “… para obtener rendimientos siquiera
cercanos a las condiciones de diseño, deben considerarse correcciones entre
3 y 5°F en el dimensionamiento de la temperatura de bulbo húmedo…”
John
Hensley/Marley Cooling Tower Co. (fabricante de torre de enfriamiento): “…
las torres de enfriamiento de tiro forzado están caracterizadas por velocidades
altas de ingreso de aire y bajas
velocidades de descarga de aire saturado.
Por tanto, son extremadamente susceptibles a la recirculación siendo
sus rendimientos de mayor inestabilidad …”
Robert Burger (consultor independiente): “… este tipo de torres (Burger.119) puede crear subrendimientos muy significativos que resultan costosos y embarazosos para los ingenieros y consultores. Estos problemas de ninguna manera contribuyen positivamente a la confianza a depositar por parte de los dueños u operadores de la instalación, incluyendo los estudios de arquitectura, en los consultores de aire acondicionado y refrigeración…”
John Hensley/Marley Cooling Tower Co. (fabricante de torres de enfriamiento): “… siendo que el impacto en la temperatura de bulbo húmedo del aire de ingreso puede ser incrementada hasta 3 – 5 °Farhenheit más allá de la temperatura de bulbo húmedo ambiente … el usuario requerirá sensatamente el auxilio de profesionales y/o firmas calificadas …”; en ciertos casos “… la temperatura de bulbo húmedo de ingreso ha sido entre 6 y 7° grados Farhenheit mayor …”
Segunda
significación asociada a las torres de enfriamiento de tiro forzado: consumo en
el freno (BHP) en relación 3:1 con standards contemporáneos
El “tiro de gracia” tal vez para este
diseño de torre de enfriamiento lo configura un análisis un poco mas cuidadoso,
estudiando una unidad que si bien en el
rango de torres de enfriamiento de agua (e.g. hasta 146,000 US GPM y más) es
relativamente pequeña, en el contexto de tal vez la “mayoría” de los usuarios,
puede parecer suficientemente “grande.”
La
alternativa de tiro forzado involucra un despropósito energético
del orden de un 300% vs la alternativa de tiro inducido.
Supongamos el pliego de la licitación especificase las siguientes condiciones:
Cantidad de unidades: tres (3) unidades
Capacidad individual de cada unidad:
Caudal: 221,000 l/h (973.2 U.S. GPM)
Temperatura de entrada 37°C (98.6°F)
Temperatura de salida 31°C (87.8°F)
Temp. bulbo húmedo 25°C (77.0°F)
En principio no se han impuesto otras condiciones a los distintos ofertantes. Dado que se trata de unidades idénticas, nuestro breve estudio puede restringirse a analizar las propuestas unitarias y “cotejar” un poco las distintas alternativas.
Características básicas de la torre A:
Tiro: forzado
Flujo: contracorriente
Largo: 4.88m
Ancho: 2.44m
Altura: 2.80m
Otros: cuatro (4) moto-ventiladores axiales, c/u diám. 1.0m motor 7.5 HP
Potencia total
instalada: 30 HP
Características básicas de la torre B (KFT-350-C1):
Tiro: inducido
Flujo: contracorriente
Largo: 3.35m
Ancho: 3.35m
Altura: 3.93m
Otros: uno (1) moto-ventiladores axial, diám. 2.4 m motor 10 HP
Potencia total
instalada: 10 HP
La alternativa A - tiro forzado - impone un costo de operación al usuario proporcional a 90 HP!!
La alternativa B – tiro inducido – impone
un costo de operación de sólo 30 HP, 1/3 de la alternativa anterior!!!!!! Adicionalmente, la descarga de aire, además
de proceder a velocidades dos o tres veces mayores que en la unidad anterior,
se realiza incluso a más de 1 metro por encima de su “colega.” Tanto en las instalaciones industriales,
como en los espacios disponibles en shoppings usualmente se presentan
obstáculos cercanos que conspiran contra el funcionamiento de las torres –en la
medida que las descargas de las torres
estén por encima todos los riesgos de colapso, inherentes o no, se minimizan.
El interés en lograr velocidades altas de descarga para evitar recirculación en las
unidades de tiro forzado se contrapone, irremediablemente, con cualquier
intento de disminuir el brake horsepower, un verdadero callejón sin
salida. El equipo de tiro forzado, sea
torre de enfriamiento o condensador evaporativo, queda condenado a las fallas
inherentes al diseño de tiro forzado.
Si a este despropósito agregamos el
potencial de disfunciones térmicas comprobables en el punto anterior, podemos
confirmar lo que cualquier investigación de mercado apunta: alternativa
prácticamente extinguida en los parques industriales y aplicaciones de aire
acondicionado, excepto en las infelices instancias en que las características
asociadas a este diseño no han trascendido, e.g. ignorancia de los consultores,
contratistas y/o revendedores y obviamente, el usuario no especializado.
Es especialmente “grave” cuando los
departamentos de ingeniería de las firmas proveedoras, renuncian o ignoran los
perjuicios y riesgos asociados con unidades de diseños históricamente
cuestionables, abordando una especialidad con una óptica y/o atención de
tipo dedicación “part-time” o incluso “amateur” del problema. Estos esfuerzos por profesionales no
especializados en el tema, el afán por
obtener ordenes de compra con alternativas de “precios bajos” como único
argumento, ignorando la realidad asociada, resulta en perjuicio del usuario
industrial, naturalmente no familiarizado con las “sutilezas” de la
especialidad y por lo tanto, frecuentemente imposibilitado de evaluar
fácilmente dos o más cotizaciones de equipos que aparentemente “hacen lo
mismo.”
Otras
significaciones
Existen al menos por lo menos dos observaciones técnicas adicionales, si bien tal vez no de la importancia de las dos anteriores, pero que cumulativamente deben anotarse.
Seguridad Industrial: el diseño original de estas torres presumía la utilización de ventiladores centrífugos sin partes móviles expuestas, y en las alternativas de ventiladores axiales, la inclusión de un pequeño túnel de entrada (“fan cowls”). Independientemente que la ausencia de este componente ocasiona un menor rendimiento del ventilador axial, es tal vez contemporáneamente hablando, muchísimo más importante el riesgo de accidente de graves consecuencias al tener un elemento como ser un ventilador axial, a 750 – 900 rpm, sin ninguna protección (para el operario!!) más allá de una rejilla que la mayoría de las veces termina por “perderse” al efectuar mantenimiento dentro de las torres, algo tan simple como “limpiar” las bateas o piletas de agua de las torres. Es esto importante?
A todos nos gusta bajar
costos, pero como todo fabricante responsable entiende, muchos componentes hay
que ponerlos porque tienen una función específica a cumplir.
Uso racional del agua: Debido a que este diseño de torre de enfriamiento (tiro forzado) deja expuesta la capa de eliminador de gotas de la unidad, sin protección, es frecuente el deterioro prematuro de los mismos (material: polipropileno inyectado, material mecánicamente “blando” y el más barato de los plásticos) con la consecuente significativa ejección de gotas hacia los alrededores. Groseramente, una capa de eliminador de gotas en mal estado puede expulsar 75 veces más agua que la masa prevista en el diseño. Perjuicios involucrado: maquinaria cercana, problemas institucionales (vecinos, playa de estacionamiento linderas), costos de reposición y tratamiento de agua.
Otro problema frecuentemente asociado a la omisión mencionada involucra la aparición crónica de algas en los mismos, al crearse un entorno óptimo para procesos de fotosíntesis de características similares al que se produce en las torres de flujo cruzado. Mayor obturación, mayor dificultad de funcionamiento correcto del equipo (aumenta significativamente la pérdida de carga, como si ya no tuviésemos bastantes parásitos).
Conclusiones
A pesar de frecuentemente estar
construídas de materiales similares, las torres de enfriamiento de agua pueden
diferir notablemente en aspectos, “intangibles” pero fundamentales como ser el rendimiento
real de la unidad. A menudo, estas
“sutilezas técnicas” son solamente discernibles por los profesionales que
diariamente o sistemáticamente participan del diseño, fabricación y/o
evaluación de dichas unidades. En
muchos casos, verdaderamente lamentables, estas sutilezas se traducen para los
confiados usuarios en importantes irregularidades térmicas, “inexplicables”, y
que a menudo ocasionan trastornos y/o perjuicios en el proceso productivo en
montos varias veces la inversión de capital realizada.
Las torres de enfriamiento de tiro forzado presentan “intangibles” que frecuentemente son ignorados por usuarios industriales, naturalmente ajenos a la especialidad, pero también por profesionales del sector que tanto especifican como instalan unidades apelando a la buena fé de los proveedores o a la similitud de datos de catálogos. Lamentablemente, por las rezones que sean, los riesgos y las limitaciones de un diseño históricamente exhausto se subordinan al interés comercial de proveedores o intermediarios ocasionales o en el mejor de los casos, de escasa formación en la especialidad.
Concretamente, las torres de enfriamiento de tiro forzado:
a. configuran un alto riesgo de deficit, con
incumplimientos térmicos cercanos al 20% e incluso fácilmente
escalables al 40 – 50%;
b. involucran un despropósito energético del orden de un 300% superior a standards contemporaneos;
c. provocan un aumento innecesario en el riesgo industrial y seguridad de operarios;
d. plantean perjuicios adicionales (institucionales/vecinos, maquinaria lindera, playas de estacionamiento, costos de tratamiento de agua) por exceso de arrastre o salpicado de gotas al producirse el deterioro prematuro de las capas de eliminadores de gotas, al no contar con las protecciones de otros diseños.
Es especialmente “grave”
cuando los departamentos de ingeniería de las firmas proveedoras/contratistas,
renuncian o ignoran advertir los perjuicios y riesgos asociados con unidades de
diseños históricamente cuestionables, abordando una especialidad con una óptica
y/o atención de tipo dedicación “part-time” o incluso “amateur” del problema.
Múltiples esfuerzos por profesionales no
especializados en el tema, con el afán
por obtener ordenes de compra con alternativas de “precios bajos” como
único argumento , ignorando la realidad asociada, legendaria, resultan
en perjuicio del usuario industrial (deficits del orden de 20-40% y
triplicado de importes de facturas eléctricas), naturalmente no familiarizado
con las “sutilezas” de la especialidad y por lo tanto, frecuentemente
imposibilitado de evaluar fácilmente dos o más cotizaciones de equipos que
aparentemente “hacen lo mismo.”
Bibliografía
- Burger, R. “Cooling Tower Technology: Maintenance, Upgrading and rebuilding,” 2nd. Ed., Fairmont Press, Inc. 1989.
- Bulletin 311A “Equipment Layout for cooling towers, evaporative condensers and closed circuit coolers,” Evapco Inc., 1986
- Bulletin 208 “A-Line Cooling Towers” BAC, January 1965
- Bulletin 97.09 KS Cooling Tower selection table, King Sun Industry, 1997.
- Hensley, J. “Cooling Tower Fundamentals,” 2nd. Ed. MCT 1985
- Monroe, R. “Improving Cooling Tower Fan System Efficiencies,” Combustion, Volume 50, Number 11, May 1979.
- Balestié, M. “Restauración de torres de enfriamiento de flujo cruzado”, La Técnica del Frío, Año XLVII, N° 508, Buenos Aires, Octubre de 1998.
- Dodds, J. “Condensadores Evaporativos”, La Técnica del Frío, N° 343, Buenos Aires, Marzo/Abril 1984.
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TABLA 1 |
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|
3°F |
|
|
|
5°F |
|
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|
95/85/75 |
|
95/85/78 |
|
DEFICIT |
|
95/85/80 |
|
DEFICIT |
|
|
13.3 |
|
10 |
75.2% |
24.8% |
|
7.7 |
57.9% |
42.1% |
|
|
19 |
|
15 |
78.9% |
21.1% |
|
11.3 |
59.5% |
40.5% |
|
|
24.3 |
|
20 |
82.3% |
17.7% |
|
15.7 |
64.6% |
35.4% |
|
|
30 |
|
25 |
83.3% |
16.7% |
|
16.7 |
55.7% |
44.3% |
|
|
37 |
|
30 |
81.1% |
18.9% |
|
23 |
62.2% |
37.8% |
|
|
40 |
|
35 |
87.5% |
12.5% |
|
27.3 |
68.3% |
31.8% |
|
|
48 |
|
40 |
83.3% |
16.7% |
|
31.7 |
66.0% |
34.0% |
|
|
49 |
|
40 |
81.6% |
18.4% |
|
30 |
61.2% |
38.8% |
|
|
54 |
|
45 |
83.3% |
16.7% |
|
35 |
64.8% |
35.2% |
|
|
60 |
|
50 |
83.3% |
16.7% |
|
39 |
65.0% |
35.0% |
|
|
72 |
|
60 |
83.3% |
16.7% |
|
46 |
63.9% |
36.1% |
|
|
74 |
|
60 |
81.1% |
18.9% |
|
48 |
64.9% |
35.1% |
|
|
85 |
|
70 |
82.4% |
17.6% |
|
54 |
63.5% |
36.5% |
|
|
91 |
|
75 |
82.4% |
17.6% |
|
58 |
63.7% |
36.3% |
|
|
97 |
|
80 |
82.5% |
17.5% |
|
63 |
64.9% |
35.1% |
|
|
100 |
|
80 |
80.0% |
20.0% |
|
60 |
60.0% |
40.0% |
|
|
109 |
|
90 |
82.6% |
17.4% |
|
69 |
63.3% |
36.7% |
|
|
111 |
|
90 |
81.1% |
18.9% |
|
72 |
64.9% |
35.1% |
|
|
123 |
|
100 |
81.3% |
18.7% |
|
77 |
62.6% |
37.4% |
|
|
131 |
|
110 |
84.0% |
16.0% |
|
86 |
65.6% |
34.4% |
|
|
150 |
|
125 |
83.3% |
16.7% |
|
102 |
68.0% |
32.0% |
|
|
179 |
|
150 |
83.8% |
16.2% |
|
120 |
67.0% |
33.0% |
|
|
207 |
|
175 |
84.5% |
15.5% |
|
140 |
67.6% |
32.4% |
|
|
208 |
|
200 |
96.2% |
3.8% |
|
164 |
78.8% |
21.2% |
|
|
244 |
|
200 |
82.0% |
18.0% |
|
157 |
64.3% |
35.7% |
|
|
271 |
|
225 |
83.0% |
17.0% |
|
176 |
64.9% |
35.1% |
|
|
309 |
|
250 |
80.9% |
19.1% |
|
186 |
60.2% |
39.8% |
|
|
312 |
|
265 |
84.9% |
15.1% |
|
216 |
69.2% |
30.8% |
|
|
312 |
|
300 |
96.2% |
3.8% |
|
246 |
78.8% |
21.2% |
|
|
362 |
|
300 |
82.9% |
17.1% |
|
249 |
68.8% |
31.2% |
|
|
417 |
|
350 |
83.9% |
16.1% |
|
282 |
67.6% |
32.4% |
|
|
417 |
|
400 |
95.9% |
4.1% |
|
330 |
79.1% |
20.9% |
|
|
488 |
|
400 |
82.0% |
18.0% |
|
314 |
64.3% |
35.7% |
|
|
542 |
|
450 |
83.0% |
17.0% |
|
356 |
65.7% |
34.3% |
|
|
618 |
|
500 |
80.9% |
19.1% |
|
372 |
60.2% |
39.8% |
|
|
625 |
|
525 |
84.0% |
16.0% |
|
425 |
68.0% |
32.0% |
|
|
625 |
|
600 |
96.0% |
4.0% |
|
496 |
79.4% |
20.6% |
|
|
724 |
|
600 |
82.9% |
17.1% |
|
492 |
68.0% |
32.0% |
|
|
833 |
|
700 |
84.0% |
16.0% |
|
564 |
67.7% |
32.3% |
|
|
833 |
|
800 |
96.0% |
4.0% |
|
660 |
79.2% |
20.8% |
|
|
980 |
|
800 |
81.6% |
18.4% |
|
633 |
64.6% |
35.4% |
|
|
1086 |
|
900 |
82.9% |
17.1% |
|
738 |
68.0% |
32.0% |
|
|
1250 |
|
1050 |
84.0% |
16.0% |
|
846 |
67.7% |
32.3% |
|
|
1250 |
|
1200 |
96.0% |
4.0% |
|
990 |
79.2% |
20.8% |
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Deficit |
promedio |
15.6% |
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deficit |
promedio |
33.4% |
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APENDICE I
La tabla adjunta,
calculada en base a información suministrada por el fabricante, nos ilustra
inequívocamente los funestos resultados de ignorar, voluntaria o
involuntariamente, las sutilezas de una especialidad.
APENDICE II
Ejercicio numérico: Rendimiento Térmico
Como ilustración, veamos concretamente como se interpreta, numéricamente, de manera inequívoca “el concepto ambiguo” de “recirculación” y su impacto en la evaluación de una pequeña unidad de tiro forzado.
La unidad en cuestión está propuesta para entregar el siguiente servicio:
Caudal de agua: 13,626 l/h = 60 U.S. GPM
Temp. agua de entrada 37°C = 98.6°F
Temp. agua de salida 31°C= 87.8°F
Temp. bulbo húmedo: 25°C= 77.0°F
Q original = 13,626 l/h * (37° - 31°C) = c. 81,756 kcal/h = 500 * 60 GPM * (98.6-87.8°F) = 324,000 btu/h
Siendo la sección de la torre c. 77cm * 77cm, rápidamente podemos evaluar la densidad de flujo de agua (“water loading”):
Water loading = 60 U.S. GPM / ( 0.77 * 0.77 * 10.76 ) = 9.4 gpm/sq.ft
Podemos estimar la altura de relleno empleada en aproximadamente 45cm-60 cm, utilizando integración Merkel/Tchebycheff a 4 puntos y así mismo, inspeccionando groseramente la disponibilidad de espacio para la instalación del mismo. Obtenemos entonces, respectivamente:
98.6/87.8/77.0 675 fpm
98.6/89.0/80.0 675 fpm
è (98.6-89.0)*100/(98.6-87.8)= 88.8% -> deficit c. 11-12%
98.6/87.8/77.0 675 fpm
98.6/89.9/82.0 675 fpm
è (98.6-89.9)*100/(98.6-87.8)= 80.5% -> deficit c. 19-20%
Estos deficits corresponden a celdas de testeo en condiciones ideales tanto en la distribución de agua como de aire. De todas maneras, con herramientas rudimentarias, programable en cualquier calculadora cientifica, ya se perfila el significativo colapso que involucra la inestabilidad en el rendimiento térmico asociado a las torres de tiro forzado.
Evaluación de las velocidades de entrada y
salida de la unidad
Estimemos finalmente la velocidad de aspiración de la unidad. Siendo el diámetro del ventilador 55cm, podemos fácilmente derivar:
caudal de aire estimado = 0.77m * 0.77m * 10.76 sq/m2 * 675 fpm = c. 4307 CFM
Siendo el area barrida por el ventilador =3.14* r* r = 3.1415* 0.275m* 0.275m* 10.75 sq/m2= 2.55 sq.ft.
luego la velocidad de ingreso está dada por:
velocidad de ingreso = 4307 / 2.55 = c. 1690 fpm = 2.5 * 675 fpm
Nota: si fuese 600 fpm resultaría idéntico resultado: 3828 CFM -> 1501 fpm ingreso = 2.5 * 600 fpm
La velocidad de aspiración resulta dos veces y media la
velocidad de descarga!!