Un estanque de aspersión es un depósito en el que el agua calentada (por ejemplo, de una central eléctrica ) se enfría antes de su reutilización rociando el agua tibia con boquillas en el aire más frío . El enfriamiento se lleva a cabo mediante el intercambio de calor con el aire ambiente, lo que implica tanto la transferencia de calor por conducción entre las gotas de agua y el aire circundante como el enfriamiento por evaporación (que proporciona con diferencia la mayor parte, típicamente del 85 al 90%, del enfriamiento total). El propósito principal del diseño de estanques de aspersión es asegurar un grado adecuado de contacto entre el agua caliente de inyección y el aire ambiente, para facilitar el proceso de transferencia de calor.
El estanque de aspersión es el antecesor de la torre de enfriamiento de tiro natural , que es mucho más eficiente y ocupa menos espacio pero tiene un costo de construcción mucho mayor. Un estanque de aspersión requiere entre 25 y 50 veces el área de una torre de enfriamiento. Sin embargo, todavía se utilizan algunos estanques de aspersión.
La altura de cada boquilla rociadora sobre la superficie del estanque debe estar entre 1,5 my 2,0 m. Las boquillas de aspersión mismas deben elegirse de modo que proporcionen el diámetro del patrón de aspersión deseado en la superficie del estanque, al mismo tiempo que se obtenga una altura máxima de aspersión de 2,5 mo más por encima de la boquilla. Esto proporcionará un tiempo de contacto adecuado entre el aire y el agua y debería poder lograrse con una presión de suministro de entre 50 y 75 kPa a través de las boquillas. El rendimiento de un estanque de aspersión depende en gran medida de la eficacia de las boquillas de aspersión instaladas. Idealmente, las boquillas elegidas deberían proporcionar un rocío fino, distribuido uniformemente en forma cónica, ser capaces de pasar pequeñas partículas de materia suspendida sin bloquearse y ser fácilmente desmanteladas para su limpieza. Los tamaños de gotas típicos que se logran con las boquillas de estanques de aspersión varían entre 3 mm y 6 mm. Si bien proporciona un mejor rendimiento de enfriamiento debido a su mayor relación superficie-volumen, la generación de gotas de menor tamaño requeriría una caída de presión excesiva a través de las boquillas y podría provocar mayores pérdidas por deriva del viento en el estanque.
Las superficies específicas de los estanques de aspersión tienden a oscilar entre 1,2 y 1,7 m 2 por m 3 /h de agua a enfriar. El ancho elegido para un canal de deriva alrededor de la zona activa del estanque (que contiene los rociadores) depende de una serie de factores, incluida la fuerza del viento predominante , el tamaño promedio de las gotas de rociado producidas por las boquillas y la presencia de cualquier estructuras cercanas que pueden ser sensibles al empañamiento o a la deriva del agua, como carreteras, casas, etc. Generalmente se recomiendan canales de deriva con anchos de entre 3 y 4 m.
Para que sean más eficaces en términos de transferencia de calor, los estanques de aspersión siempre deben orientarse con sus lados más largos en ángulo recto con respecto a la dirección del viento predominante . Además, los estanques de aspersión deben hacerse lo más largos y estrechos posible ( es decir, con una relación ancho-largo lo más baja posible), para disminuir la longitud del camino que el aire ambiente debe recorrer a través del estanque.
La profundidad de un estanque de aspersión tiene muy poca influencia en su rendimiento térmico. Sin embargo, el estanque debe contener suficiente agua para llenar todos los canales , sellar los pozos y bombear las succiones durante el arranque de la planta. Normalmente, en la literatura se recomiendan profundidades de estanques de aspersión de entre 0,9 m y 1,5 m, siendo la más común una profundidad de 0,9 m. Además, se debe proporcionar suficiente volumen adicional por encima del nivel operativo normal dentro del estanque de aspersión para aceptar todo el drenaje de agua de estos canales, sellar los pozos y bombear succiones cuando la planta esté parada.
Las pérdidas por deriva y evaporación de los estanques de aspersión de diseño convencional oscilan entre el 3 y el 5%.
La eficiencia térmica de un estanque de aspersión se puede calcular basándose en su aproximación a la temperatura de saturación ( bulbo húmedo ) del aire: (T H - T C ) / (T H - T W ), donde los subíndices H y C se refieren a las temperaturas de las corrientes de agua fría y caliente, mientras que el subíndice W se refiere a la temperatura de bulbo húmedo del aire. Normalmente, los estanques de aspersión alcanzan eficiencias térmicas de entre el 50% y el 70%. Se pueden encontrar más detalles sobre la estimación del rendimiento en la literatura de ingeniería. [1]