Una torre de enfriamiento utiliza la evaporación del líquido de enfriamiento para disipar el calor. Generalmente, una torre de enfriamiento cuenta con boquillas que permiten que el líquido caiga al aire libre. El líquido se libera en la parte superior de la torre y desciende a través de una serie de estantes ventilados. Un ventilador en la parte superior de la torre extrae aire fresco a través de los estantes ventilados y sobre el agua en caída. El aire enfría el líquido, que luego se recoge, se filtra y se devuelve al sistema de distribución para absorber más calor.

Aplicaciones

Las torres de enfriamiento se utilizan comúnmente en refinerías de petróleo, plantas de generación de energía, plantas de procesamiento de gas natural, plantas petroquímicas y otras instalaciones de procesamiento industrial. Actúan como un tipo especial de intercambiador de calor que enfría el agua calentada por equipos y procesos industriales.

En la torre de enfriamiento, el calor se transfiere del fluido de trabajo (agua) a la atmósfera (aire) mediante evaporación (en sistemas húmedos) y convección (en sistemas secos).

En las torres de enfriamiento evaporativas, el agua caliente de un proceso industrial se bombea hasta la parte superior de la torre, donde se distribuye sobre la zona de enfriamiento húmeda y fluye a través del material de relleno (estructura enrejada). Al mismo tiempo, el aire es aspirado a través de las rejillas de entrada, lo que fuerza la evaporación del agua. La evaporación elimina el calor, y el agua enfriada circula de regreso al proceso industrial.

Según el patrón de flujo aire-agua, las torres de enfriamiento se pueden clasificar en dos tipos: torres de enfriamiento de flujo cruzado y torres de enfriamiento de flujo contracorriente. Sus diagramas se muestran a continuación.

En la torre de enfriamiento seca, no hay evaporación en el proceso. El fluido de trabajo caliente fluye dentro de los paquetes de tubos, los cuales tienen una gran superficie de convección. El flujo de aire ambiente a menor temperatura es impulsado desde el exterior a través de los paquetes de tubos. Como resultado, el fluido caliente se enfría. El diagrama se muestra a continuación

El flujo de aire en las torres de enfriamiento puede ser impulsado principalmente por tiro natural o tiro inducido/forzado.

En el tiro natural, o fluxo de ar ocorre devido ao gradiente de temperatura entre a parte inferior fria e a parte superior quente da torre de resfriamento.

Por outro lado, nos sistemas de tiro induzido, os ventiladores localizados na parte superior da torre puxam o ar para cima, enquanto nos sistemas de tiro forçado, os ventiladores localizados nas entradas de ar empurram o ar para dentro da torre.

Nos sistemas de resfriamento com tiro induzido ou forçado, os ventiladores desempenham um papel crítico na circulação do ar. Dois tipos de acionamento de ventiladores são comumente utilizados em torres de resfriamento: ventiladores acionados por caixa de engrenagens e ventiladores acionados por correia.

  • No ventilador acionado por caixa de engrenagens, o motor é montado na lateral da célula do ventilador e transmite a força por meio de um eixo.
  • No ventilador acionado por correia, o motor movimenta o ventilador por meio de uma correia, sendo mais comum em torres menores, enquanto o acionamento por caixa de engrenagens é utilizado em torres maiores.

A diferença entre esses dois tipos de ventiladores pode ser observada nos gráficos a seguir.

Falhas e Causas

A falha catastrófica de uma torre de resfriamento pode trazer sérias consequências para as operações de uma planta industrial, como falhas em outros equipamentos, riscos à segurança, paralisações, perda de receita de produção, reparos caros e problemas de saúde.

As causas mais comuns de falhas em componentes de torres de resfriamento geralmente estão relacionadas ao desalinhamento ou ao desbalanceamento dos componentes. Estudos mostram que as falhas mais frequentes nesses sistemas estão associadas aos seguintes componentes:

  • Motor (60%)
  • Caixa de engrenagens (30%)
  • Ventilador (2%)
  • Outros (8%)

Principais causas de falhas

  • Falhas no motor: podem ser causadas por desbalanceamento do motor, desalinhamento do eixo, defeitos nas barras do rotor, falhas nos rolamentos e montagem inadequada na fundação.
  • Falhas na caixa de engrenagens: resultam do estresse gerado pelo fluxo de ar da torre de resfriamento, desalinhamento da engrenagem com o motor, sobrecarga nos dentes das engrenagens e falhas nos rolamentos.
  • Falhas no ventilador: podem ser consequência do desbalanceamento das pás, alterações na angulação das pás ou erros na regulagem do passo das lâminas.

Proteção de Ativos

Ao compreender as consequências das falhas em torres de resfriamento e analisar suas causas, a prevenção de desastres catastróficos se torna uma prioridade, levando à proteção dos ativos.

A medição dos principais parâmetros de vibração e a análise dos dados de vibração da torre de resfriamento são as ações mais importantes a serem tomadas para garantir a integridade do equipamento.

El OEM recomienda instalar al menos un sensor de vibración en la caja de cambios y/o en el cojinete del ventilador. Las posiciones de instalación del sensor se ilustran en los gráficos anteriores y se describen a continuación:

Para recopilar datos de vibración en ventiladores accionados por caja de cambios, es necesario monitorear tanto el motor como la caja de cambios. Para recopilar datos de vibración en ventiladores accionados por correa, se debe monitorear el cojinete interno del soporte del ventilador, el cojinete interno del motor y los cojinetes intermedios en el eje del ventilador.

En general, la mayoría de los ventiladores de las torres de enfriamiento funcionan a una velocidad de entre 90 y 300 revoluciones por minuto (rpm), mientras que los motores para torres de enfriamiento generalmente funcionan a velocidades de alrededor de 1500 a 1800 rpm. Dos organizaciones han desarrollado estándares de vibración para ventiladores de torres de enfriamiento. Los estándares de vibración del Cooling Technology Institute (CTI) se presentan en unidades de desplazamiento (mils pk-pk, μm pk-pk) y dependen tanto del tipo de construcción (acero, fibra de vidrio, madera u hormigón) como de la frecuencia. CTI no establece estándares generales de vibración. Los estándares específicos de máquinas de Technical Associates (TA) se refieren a los niveles generales de vibración y dependen del tipo de transmisión (transmisión directa con acoplamiento cerrado, transmisión por correa con acoplamiento cerrado o eje de transmisión hueco largo). Los Estándares TA se presentan en unidades de velocidad (ips-pk, mm/s-pk).

Productos Metrix

Metrix ofrece una solución completa para medición de vibraciones y protección de máquinas.

Para aplicaciones de torres de enfriamiento, las ubicaciones de montaje principales para sensores/interruptores de vibración e instrumentos de monitor/control se muestran a continuación.

Concepto básico de montaje:

  • Los sensores (SA6200A) siempre deben montarse en línea con los cojinetes de los elementos rodantes en la carcasa de la máquina.
  • Para interruptores con sensores internos, recomendamos monitorear el movimiento general del conjunto, no específicamente la ubicación de los cojinetes.

Método de montaje

Montaje de pernos

Montaje de refuerzo

Montaje en bastidor en carril DIN

Soluciones de monitoreo

Metrix tiene una amplia gama de opciones de productos para satisfacer diversas aplicaciones de torres de enfriamiento. Seleccione una de las siguientes soluciones de sistema que funcione mejor para su aplicación.

440 Sensor interno

Proporciona contactos locales así como una salida de 4-20 mA para interfaz con un PLC/DCS u otro monitor de proceso. Precaución: Colocar el interruptor dentro de la torre de enfriamiento puede causar que el sello falle si la humedad dentro de la torre contiene sustancias corrosivas.

440 Sensor externo
Proporciona contactos locales así como salida de 4-20 mA para interfaz con un PLC/DCS u otro monitor de proceso. Electrónica y controles de punto de ajuste ubicados fuera del área húmeda.

5535/45

Proporciona una interfaz de salida de 4-20 mA con un PLC/DCS u otro monitor de proceso. Pantalla LCD local disponible. Filtros y aislamiento galvánico disponibles. Salida BNC para análisis dinámico de señales.

ST5484E
Salida de 4-20 mA para interfaz con un PLC/DCS u otro monitor de proceso. Filtros de paso alto y paso bajo disponibles. Instalación sencilla de 2 cables.

Si está interesado en obtener más información, complementar o reemplazar sus sistemas actuales, contáctenos hoy para obtener más información.

Este contenido fue adaptado de un artículo publicado en www.metrixvibration.com