Muchos procesos industriales contienen máquinas y equipos que generan una gran cantidad de calor en sus operaciones y, por lo tanto, deben pasar un proceso de enfriamiento.
Una torre de enfriamiento es un dispositivo de eliminación de calor que se utiliza para transferir el calor residual de un determinado proceso a la atmósfera. Son esenciales en muchos procesos de producción, y por lo tanto, son equipos críticos. En este contexto, simplemente dejar que la torre de enfriamiento funcione hasta que se rompa ya no es una opción. Las torres de enfriamiento tienen aplicaciones muy diversas y habitualmente podemos encontrarlas en plantas de producción de azúcar y etanol, plantas termoeléctricas y nucleares, acerías, industrias químicas y petroquímicas, industrias papeleras, alimenticias, automotrices y otras industrias. También son utilizadas en grandes sistemas de aire acondicionado comerciales e industriales y en instalaciones frigoríficas.
Para muchas de estas aplicaciones, el control de la temperatura del proceso es indispensable y casi toda la producción se detiene si este parámetro excede los límites de tolerancia. En estos casos, las torres de enfriamiento son máquinas críticas para la continuidad de la producción y para controlar la temperatura de operación de los equipos utilizados en los distintos procesos, por lo tanto, garantizar la disponibilidad y confiabilidad de estos activos significa evitar daños a otras máquinas, pérdida de eficiencia del proceso, tiempo de inactividad de producción y, en consecuencia, pérdidas financieras.
Construcción y Principio de Operación
Las configuraciones constructivas y los principios de funcionamiento de las torres de enfriamiento son diversos. Uno de los tipos más utilizados, debido a su versatilidad y relativo bajo costo, es la torre de tiro mecánico para enfriamiento de agua, cuya operación depende de conjuntos electromecánicos que requieren una atención especial del personal de mantenimiento. Estas torres funcionan con flujo de aire frío a través de un relleno. En este entorno, el aire frío entra en contacto con las gotas de agua caliente y se producen básicamente dos procesos:
Intercambio de calor sensible y latente del agua caliente al aire frío y aumento de la humedad del aire frío.
El funcionamiento de una torre de enfriamiento se controla mediante mediciones y control de la temperatura de salida de aire húmedo dentro de los límites preestablecidos. Esto se hace regulando el flujo de aire a través de la torre, cuyo control electrónico apaga el ventilador cuando se alcanza el límite de temperatura más bajo y lo enciende cuando se alcanza el límite superior.
Componentes Importantes
El flujo de aire es forzado o inducido mecánicamente por un ventilador centrífugo o axial accionado por un motor eléctrico. Como las pérdidas de presión estática a través de estas torres son bajas, el ventilador funciona a bajas velocidades de rotación, alrededor de 120 a 300 r.p.m. y para hacer que esto sea posible, el motor acciona el ventilador con la ayuda de un reductor de velocidad. También, en general, en los ventiladores axiales, se monta un difusor con las funciones de dirigir y aumentar la velocidad del aire hacia el ventilador y proteger las aspas.
El motor eléctrico está sujeto a un régimen de servicio no continuo, con varias paradas y arranques seguidos. Mediate el uso de un variador electrónico de velocidad, el motor eléctrico y por consiguiente el ventilador, funciona a diferentes velocidades de rotación como una forma de realizar un control de capacidad proporcional.
El conjunto electromecánico formado por el motor, el reductor de velocidad y el ventilador es la principal causa de defectos que provocan paradas de mantenimiento en las torres de enfriamiento. Según un estudio de Bristol-Myers Squibb (industria biofarmacéutica global) basado en el monitoreo de trece torres de enfriamiento, la mayor recurrencia de fallas en este conjunto está relacionada con el motor eléctrico, seguido por falla en el reductor de velocidad a engranajes.
Los defectos en motores y reductores de engranajes se ven agravados por el hecho de que están sujetos a muchos arranques, paradas y variaciones de carga en poco tiempo. Además, los reductores generalmente se montan dentro de la torre, donde están expuestos a la agresión del ambiente húmedo con gotas de agua tratada químicamente.
Los defectos de los ventiladores son menos recurrentes, pero se aplica el Principio de Pareto: la causa menos frecuente es responsable por la mayoría de los efectos, ya que la mayoría de las fallas catastróficas en torres de enfriamiento están relacionadas con los ventiladores.
Defectos en torres de enfriamiento
Los principales defectos de ventiladores son: Desbalance de aspas; Inclinación o elevación inadecuada de las aspas; Aspas agrietadas, corroídas o rotas.
El desbalance de aspas puede ocurrir a causa de muchas circunstancias diferentes: acumulación de contaminantes, desgaste, grietas, roturas, corrosión, taponamiento del orificio de eliminación de condensado, imperfecciones geométricas e incluso un posicionamiento incorrecto de las masas correctivas de balanceo. Se sabe que este tipo de defecto causa grandes amplitudes de vibración que propagan fuerzas dinámicas excesivas en todo el sistema.
Defectos de motor y reductor de velocidad.
Los engranajes de los reductores de velocidad son susceptibles a sufrir un desgaste excesivo cuando a menudo están sometidos a cargas superiores a las previstas en su diseño. Cuando se los sobrecarga con la finalidad de incrementar la producción o para compensar las deficiencias del sistema de enfriamiento, se disminuye su vida útil. Los mayores inconvenientes suelen presentarse por un mantenimiento inadecuado o por la falta del mismo. Por ejemplo, muchas veces después de procedimientos de mantenimiento que requieren el desmontaje y el montaje de los componentes, no se realizan los ajustes adecuados de sus rodamientos, lo que produce la desalineación de sus ejes y por consiguiente un engrane defectuoso o también puede ocurrir que se utilice un lubricante inadecuado, insuficiente o contaminado.
Por este motivo es de vital importancia exigir al fabricante de las torres de enfriamiento la colocación de unidades reductoras especialmente diseñadas para esta aplicación que cuenten con garantía y servicio técnico local.
