ENFRIADOR EVAPORATIVO Y SU EMPLEO, ASÍ COMO UN SISTEMA DE TURBINA DE GAS CON UN ENFRIADOR EVAPORATIVO.

Enfriador evaporativo (2) para el enfriamiento de un flujo de gas,

en particular de un flujo de aire, con una pluralidad de elementos de enfriamiento (12) dispuestos en un canal de flujo (6) que puedan admitir un líquido a evaporar o vaporizar, preferentemente agua, a través de un dispositivo de alimentación (16), caracterizado porque los elementos de enfriamiento (12) se conforman de una pluralidad de placas de enfriamiento cuyas superficies poseen un carácter hidrófilo, al menos, en un subsector determinado para la formación de una película de líquido

Enfriador evaporativo de acuerdo con el concepto general de la reivindicación 1 y su empleo, 5 así como un sistema de turbina de gas con un enfriador evaporativo. La patente USA-4556521 revela un enfriador evaporativo de esta clase.

La presente invención hace referencia a un enfriador evaporativo para el enfriamiento de un flujo de gas, en particular de un flujo de aire, con una pluralidad de elementos de enfriamiento dispuestos en un canal de flujo que pueden admitir un líquido a evaporar o vaporizar, preferentemente 10 agua, a través de un dispositivo de alimentación. Además, la presente invención hace referencia a un empleo de un enfriador evaporativo de esta clase, así como a un sistema de turbina de gas con un enfriador evaporativo.

El rendimiento de la transformación de energía en una turbina de gas y particularmente su capacidad, dependen, entre otros, de la temperatura de admisión del aire de combustión suministrado 15 mediante un comprensor de la cámara de combustión. Cuanto más reducida sea la temperatura del aire aspirado del ambiente, más elevado será generalmente el rendimiento del compresor. La capacidad total incrementada de la turbina de gas se atribuye a la densidad más elevada del aire de admisión más frío y, de esta manera, a los mayores caudales másicos de aire de enfriamiento que se puedan alcanzar. De esta manera, generalmente el rendimiento energético que se obtiene en los 20 meses de verano es notablemente más reducido que en invierno. Por consiguiente, mediante un enfriamiento del aire de admisión se puede incrementar considerablemente el rendimiento total y la capacidad total de una turbina de gas, también considerando la energía utilizada para el enfriamiento. Un efecto secundario positivo para el medio ambiente puede consistir también en la reducción de óxido nítrico y/o de emisiones de CO2. 25

En particular, en regiones o en emplazamientos en los que la humedad relativa del aire del ambiente es comparablemente más reducida, la temperatura del aire de admisión se puede reducir de manera proporcionalmente efectiva mediante el principio del enfriamiento por evaporación y, de esta manera, se incrementa el rendimiento y la capacidad de una turbina de gas. Mediante la pulverización o la distribución sobre superficies de gran magnitud, se evapora un líquido, convenientemente agua, 30 en aire seco y caliente en cantidades notables. La energía de evaporación requerida se extrae del aire del ambiente que se enfría como consecuencia de ello. Además, se obtienen diferencias de temperatura de 5 K a 20 K, dependiendo del sistema y del emplazamiento. Al mismo tiempo, incrementa el contenido de humedad del aire. Los costes de inversión para los sistemas de enfriamiento de esta clase no resultan irrelevantes, sin embargo, existen tiempos de amortización 35 característicos de 1 a 3 años, que han conducido a un empleo incrementado de dichos sistemas.

En contraste con una humidificación inmediata y directa del aire de admisión mediante el rociado de agua en el flujo de aire, por ejemplo, con la ayuda de una rejilla de rociado dispuesta antes de la entrada del compresor, en el enfriamiento por evaporación se recibe el agua mediante vaporización o evaporación adiabática del aire. De esta manera, se reduce notablemente el riesgo de 40 rociado excesivo o de sobresaturación con agua, en contraste con la humidificación del aire. El principio de enfriamiento por evaporación para la reducción de temperatura de admisión en una turbina de gas se efectúa y comercializa técnicamente, en general, en enfriadores por evaporación con elementos de enfriamiento en forma de panal que se encuentran, por ejemplo, antes o entre las etapas de un filtro de admisión para el aire frío. A tal efecto, a una cantidad de elementos de 45 enfriamiento o placas de enfriamiento, generalmente dispuestos perpendicularmente en forma de cascada, que eventualmente también se denominan placas de cascada o de caída, se les suministra agua desde arriba con la ayuda de un dispositivo alimentador apropiado (por ejemplo, rociado por aspersión o pulverización), de manera que el agua gotee, en lo posible, mediante la formación de una película de agua en el respectivo elemento o placa. 50

Además, el aire se conduce perpendicularmente (en la llamada corriente cruzada) en el interior de un canal de flujo limitado por una pluralidad de paredes de la carcasa. Una parte del agua que gotea se evapora o vaporiza mediante el aire de admisión que entra en el enfriador evaporativo, comparablemente más caliente, con lo que desciende la temperatura del flujo de aire que sale del aparato enfriador. El agua excedente no evaporada se recolecta en la base de la placa de 55 enfriamiento y, con la ayuda de una instalación de bombeo de baja presión, se bombea regresando al punto de partida, de manera que se obtiene, en conjunto, un circuito abierto de agua de enfriamiento en forma de cascada.

De manera similar al enfriador evaporativo se estructuran los denomiandos evaporadores moleculares por gravedad, en los que generalmente no resulta relevante el enfriamiento de un flujo de gas, sino que el objeto principal del diseño reside en la producción de vapor, y en los que generalmente una cantidad de placas o tubos de caída, alimentados con el agua a evaporar, se calientan desde el interior con un dispositivo de calefacción eléctrico. 5

Los elementos de enfriamiento o las placas de enfriamiento de un enfriador evaporativo convencional, frecuentemente se fabrican con acero inoxidable, a veces también con materiales, como por ejemplo, plásticos o materiales a base de celulosa, donde el agua suministrada a la superficie que se encuentra a disposición se distribuye incorrectamente y de manera no uniforme. En el caso que se deba utilizar toda la superficie del elemento de enfriamiento correspondiente para la evaporación, es 10 decir, para un enfriamiento efectivo del flujo de aire aspirado, de esta manera, se debe rociar por aspersión con un excedente de agua importante. Esto conduce a películas de agua relativamente gruesas. En el caso de películas de agua gruesas, se incrementa la probabilidad de que el agua sea arrastrada mediante el flujo de aire, y que lleguen gotas al alabeado de la turbina de gas (particularmente de su compresor), que puedan provocar efectos de desgaste indeseados. 15

Por lo tanto, en todos los enfriadores por evaporación o vaporización con circuito abierto de agua de refrigeración, resulta problemático en la práctica poder regular la cantidad de agua correcta de esta clase, dado que las gotas de agua no son arrastradas hacia el alabeado, aunque, sin embargo, se introduce una cantidad suficiente de agua en el enfriador evaporativo para garantizar un enfriamiento óptimo, en la medida de lo posible, del aire de admisión. A efectos de un diseño 20 conservador y basado en la seguridad, la cantidad de agua se regula de manera tal que se evite, de todas formas, un desgaste por el impacto contínuo de las gotas. El potencial teórico de refrigeración que se podría alcanzar, inevitablemente, no se logra, dado que la superficie de evaporación o vaporización no se aprovecha de una manera óptima.

Es objeto de la presente invención revelar un enfriador evaporativo de la clase mencionada 25 en la introducción, que en un régimen funcional no crítico y de fácil manipulación, logre un rendimiento particularmente elevado en relación con la evaporación o vaporización del líquido refrigerante conducido hacia él, y, de esta manera, aplique una acción refrigerante particularmente elevada en el medio circulante en forma de gas, en particular aire. Concretamente, el uso de un enfriador evaporativo de esta clase como enfriador de admisión para una turbina de gas, debe mantener 30 reducido el riesgo de desgaste para los componentes de la instalación conectados del lado del medio de circulación, particularmente para los álabes del compresor. Además, un sistema de turbina de gas que presente un enfriador evaporativo de esta clase, se debe exponer a un rendimiento particularmente elevado y a una capacidad total elevada.

En relación con el enfriador evaporativo, el objeto conforme a la presente invención se 35 resuelve, en tanto que la superficie, al menos, de uno de los elementos de enfriamiento posea un carácter hidrófilo duradero, al menos, en un subsector determinado para la formación de una película de líquido.

La presente invención parte de la consideración de que el líquido a evaporar o vaporizar, en particular agua, en la película de líquido que se forma sobre la superficie de los elementos de 40 enfriamiento, debe...

1. Enfriador evaporativo (2) para el enfriamiento de un flujo de gas, en particular de un flujo de aire, con una pluralidad de elementos de enfriamiento (12) dispuestos en un canal de flujo (6) que puedan admitir un líquido a evaporar o vaporizar, preferentemente agua, a través de un dispositivo de alimentación (16), caracterizado porque los elementos de enfriamiento (12) se conforman de una 5 pluralidad de placas de enfriamiento cuyas superficies poseen un carácter hidrófilo, al menos, en un subsector determinado para la formación de una película de líquido.

2. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con la reivindicación 1, donde las placas de enfriamiento se encuentran dispuestas perpendicularmente y en forma de cascada.

3. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, donde el ángulo de 10 contacto de la superficie hidrófila frente al agua asciende a menos de 20° y, preferentemente, a menos de 10°.

4. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 3, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) comprende un cuerpo base que presenta un recubrimiento superficial hidrófilo. 15

5. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una capa superficial hidrófila producida de acuerdo con el método sol-gel.

6. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una 20 capa superficial hidrófila producida mediante la aplicación de un esmalte químico por vía húmeda.

7. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una capa superficial hidrófila producida mediante revestimiento de plasma.

8. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en que, al 25 menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base que está provisto de una capa superficial hidrófila producida mediante revestimiento pirolítico.

9. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base con una superficie hidrofilizada mediante oxidación física, en particular mediante un tratamiento de plasma atmosférico o 30 al vacío, mediante oxidación electrolítica, mediante descarga de corona o mediante tratamiento de llama.

10. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base con una superficie hidrofilizada mediante oxidación química, en particular con ozono, peróxido de hidrógeno o flúor como 35 agentes oxidantes.

11. Enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en que, al menos, uno de los elementos de enfriamiento (12) presenta un cuerpo base con una superficie hidrofilizada mediante mordentado o decapado con un ácido o con una lejía.

12. Empleo de un enfriador evaporativo (2) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 40 11, como un enfriador de admisión para el enfriamiento del aire de combustión o de admisión suministrado de un motor térmico alternativo o de una máquina hidrodinámica térmica, en particular de una turbina de gas.

13. Sistema de turbina de gas con un compresor, una cámara de combustión y una turbina de gas, donde al compresor se antepone un enfriador evaporativo (2), del lado de admisión, de acuerdo 45 con una de las reivindicaciones 1 a 11.

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