Torre de refrigeración

Qué ocurre

Una celda de 3 × 3 m con 1,2 m de relleno enfría el agua del condensador de una planta. El agua cae a través del relleno y el ventilador aspira el aire hacia arriba a través de él; en cada una de las doce capas el aire se acerca al estado de la superficie del agua: su humedad absoluta tiende a la de saturación a la temperatura del agua con las unidades de transferencia h_d·a·V/q_a (q_a y q_w son los caudales másicos de aire y de agua), y su temperatura tiende a la del agua con, además, el factor de Lewis de 0,92. La mayor parte del calor se emplea en evaporar un poco de agua; lo que el aire gana en entalpía lo pierde el agua. El aire que sale sobresaturado de una capa condensa el exceso en forma de niebla. La balsa situada bajo el relleno mezcla el agua enfriada con agua de reposición nueva y la devuelve al condensador.

Con 600 kW sobre 15 kg/s y aire a 25 °C y 50 % (bulbo húmedo 17,9 °C), la balsa se estabiliza en 24,2 °C: el agua se enfría con un salto térmico de 9,4 K hasta una aproximación de 6,5 K por encima del bulbo húmedo, y se evaporan 0,22 kg/s, es decir, un 0,15 % del caudal por cada kelvin de salto. El doble de calor eleva la balsa a 27,1 °C. El aire más seco enfría más: con un 15 % la salida del relleno baja de 25,5 a 23,0 °C, mientras que con la mitad del aire sube a 29,3 °C. En un día frío y húmedo, de 5 °C y 80 %, el aire sale a 22,4 °C, saturado y con 1,07 g de niebla por kilogramo: es el penacho; la balsa se estabiliza en 16,1 °C.

Modelo: doce capas a contracorriente, resueltas por el método de disparo desde abajo; presión de saturación de Buck; un factor de Lewis constante; el coeficiente de transferencia 1,8·q_w^0,4·q_a^0,6; la balsa de 4 t como una sola masa bien mezclada; la potencia del ventilador proporcional al cubo de su velocidad; RK4 con paso de 1 s.

Qué probar

Deje que la balsa se estabilice; después duplique la carga térmica o frene el ventilador y observe la aproximación. Haga el aire seco y luego frío y húmedo: aparece el penacho.