El paso a paso o código que verás en este artículo es la solución más eficiente y válida que hallamos a esta duda o dilema.
Solución:
Una torre de enfriamiento tiene una forma parabólica para mejorar las capacidades de enfriamiento. Las torres de enfriamiento actúan como un gran radiador para enfriar el agua utilizada para enfriar las turbinas, como un radiador en su automóvil.
En el interior, cerca de la base de la torre de enfriamiento, hay un sistema de distribución de agua que distribuye uniformemente el agua caliente de las turbinas impulsadas por vapor. A medida que el agua se distribuye y cae a un estanque debajo, calienta el aire. Como todos sabemos, el calor sube. El aire calentado transporta una gran cantidad de vapor de agua a través de la torre de enfriamiento. La gran abertura en la base permite que entre un gran volumen de aire en la torre. A medida que sube el aire caliente húmedo, la velocidad del aire aumenta debido a la constricción creada por la forma parabólica de la torre de enfriamiento. Esto se llama el Efecto Venturi. Actúa como el carburador de su automóvil.
A medida que el aire húmedo y calentado viaja a mayor velocidad, se produce una reducción de la presión a través de la constricción. Por encima de la constricción, el diámetro de la torre de enfriamiento se expande. A medida que el aire caliente húmedo acelerado ingresa al espacio más grande, el aire húmedo se expande rápidamente. Esto provoca una disminución de la temperatura y enfría la humedad o el contenido de agua en el aire. Al igual que el evaporador de su aire acondicionado. El agua más fría cae a través de la torre de enfriamiento hacia la piscina de abajo para ser reutilizada para enfriar la turbina. A medida que el aire caliente sale por la parte superior de la torre de enfriamiento, también lleva consigo una cantidad de vapor de agua causada por la rápida expansión del aire. Por lo tanto, cuando vea una columna de vapor de agua que sale de la torre de enfriamiento, puede estar seguro de que la turbina está en uso y produce electricidad de la que todos dependemos para nuestra vida diaria.
En otras palabras, un gran volumen de aire caliente sube por la torre de refrigeración llevándose consigo una gran cantidad de humedad y vapor de agua. La forma parabólica provoca una restricción en el flujo de aire a través de la torre de enfriamiento. Esto provoca un aumento de la velocidad del aire. A medida que el aire se eleva por encima de la constricción, se expande rápidamente y provoca la evaporación. La evaporación enfría el aire y enfría la humedad y el vapor de agua. El agua más fría es más pesada y vuelve a caer en la piscina de abajo para ser reutilizada una y otra vez para enfriar las turbinas impulsadas por vapor.
El resto de las respuestas aquí son informativas; para obtener una imagen completa, probablemente sea útil leer algo sobre la historia del diseño de estas torres.
Como han mencionado otros, las torres se construyen de esta manera porque brindan un buen equilibrio entre la facilidad de construcción, las propiedades de enfriamiento y la tolerancia a las cargas y los vientos. Esa es la respuesta simple. La respuesta larga es: las formas son el resultado de muchas décadas de análisis y prueba y error, como es una historia común en ingeniería.
Este artículo de Harte ofrece una descripción general del diseño y la construcción de estas torres en Alemania durante la década de 1990. Este artículo anterior de Krivoshapko fue uno de los primeros en hacer un modelo físico de paredes delgadas de estas estructuras. Este artículo bien citado de 2002 entra en un alto nivel de detalle en el diseño de una torre de enfriamiento de 200 metros en Niederaussem, profundizando mucho en la optimización de la forma. Notarás que en este caso la estructura ‘óptima’ en realidad no es un hiperboloide, es más como un cilindro encima de un cono. No hay un área ‘divergente’.
Desafortunadamente, sería difícil dar una respuesta simple y correcta en unos pocos párrafos; para aprender cómo están diseñados, es necesario entrar en un poco de detalle sobre el diseño y la ingeniería. Pero la respuesta básica de ‘es una buena forma tanto para el enfriamiento como para las propiedades estructurales’ es probablemente una destilación fina.
En primer lugar, no solo las centrales nucleares tienen torres de refrigeración. A continuación se muestra una imagen de la “planta de carbón Jax” en Jacksonville, Florida:
¿Por qué las centrales eléctricas necesitan torres de refrigeración? Bueno, en el caso de una planta de carbón como la planta de Jax, liberan mucho calor quemando todo ese carbón. El calor tiene que tener algún lugar a donde ir, por lo tanto, la planta necesita refrigeración. Lo mismo se aplica a las plantas de energía nuclear: calientan el agua y ese calor debe ir a alguna parte para que no se acumule a niveles peligrosos dentro de la planta. Por lo tanto, las plantas nucleares también tienen torres de enfriamiento.
¿Por qué las torres de enfriamiento tienen esa forma específica? Bueno, deben ser lo más anchos posible para aumentar el área de la superficie; si fueran súper angostos, tendrías un chorro de vapor muy poderoso que atravesaría la constricción y eso podría ser peligroso y causar una presión innecesaria en la torre de enfriamiento.
¿Por qué no hacerlos anchos pero rectos en lugar de curvos? La forma hiperboloide es estructuralmente más sólida. Si esto no tiene un sentido intuitivo para usted, lea el artículo de Wikipedia sobre la estructura hiperboloide o busque en Google.
Comentarios y valoraciones
Si para ti ha sido provechoso nuestro post, sería de mucha ayuda si lo compartieras con más juniors y nos ayudes a extender este contenido.