Datos Técnicos — Torre de Enfriamiento Industrial
1. Descripción del sistema
Tipo: Torre de enfriamiento industrial de tiro inducido.
Función: Disipar el calor del agua de un circuito industrial mediante enfriamiento evaporativo. El agua caliente entra a la torre desde los equipos aguas arriba, se enfría por contacto con aire y vuelve a recircular.
Componentes principales
- Torre de enfriamiento (relleno, ventilador de tiro inducido)
- Bomba de recirculación
- Intercambiador de calor
- Sistema de dosificación de biocida
- Control de purga (blowdown)
- Sensores: pH, conductividad, temperatura, caudal, presión diferencial
Target operacional: La temperatura de salida del agua debe ser ≤ 32 °C para enfriar correctamente los equipos aguas abajo.
Contexto industrial: Torres de enfriamiento son equipos críticos en plantas industriales chilenas (minería, energía, alimentos).
2. Datos operacionales — Serie temporal semanal
Serie de 7 días con degradación progresiva. Se entrega al estudiante sin contexto previo ni instrucciones de análisis.
| Día | T_entrada (°C) | T_salida (°C) | pH | Conductividad (μS/cm) | Caudal recirc. (m³/h) | ΔP intercambiador (kPa) | Biocida (kg/d) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L | 42 | 31 | 7.8 | 1850 | 320 | 28 | 12 |
| M | 42 | 32 | 7.9 | 1980 | 315 | 32 | 14 |
| X | 42 | 33 | 8.0 | 2150 | 308 | 37 | 16 |
| J | 42 | 34 | 8.2 | 2380 | 298 | 44 | 18 |
| V | 42 | 35 | 8.4 | 2640 | 285 | 53 | 21 |
| S | 42 | 36 | 8.5 | 2920 | 270 | 63 | 25 |
| D | 42 | 37 | 8.7 | 3200 | 252 | 75 | 30 |
3. Contexto técnico
Variables y umbrales críticos
| Variable | Rango normal | Valor crítico | Interpretación |
|---|---|---|---|
| T_salida | ≤ 32 °C | > 34 °C | Sistema no enfría adecuadamente |
| pH | 7.5–8.0 | > 8.3 | Favorece incrustación (CaCO₃) y reduce eficacia biocida |
| Conductividad | < 2000 μS/cm | > 2500 μS/cm | Ciclos de concentración excesivos; riesgo de incrustación |
| Caudal | 300–320 m³/h | < 280 m³/h | Obstrucción en intercambiador o tuberías |
| ΔP intercambiador | 25–35 kPa | > 50 kPa | Incrustación severa en superficies de intercambio |
| Biocida | 10–14 kg/d | > 20 kg/d | Sistema fuera de control; biocida no alcanza a controlar |
Diagnóstico técnico completo
Problema principal: Degradación progresiva por dos mecanismos paralelos (análogos al caso de la piscina):
1. Incrustación física (análogo a obstrucción del filtro)
- Evidencia: conductividad creciente (1850 → 3200 μS/cm) + ΔP creciente (28 → 75 kPa) + caudal decreciente (320 → 252 m³/h)
- Mecanismo: purga insuficiente → ciclos de concentración suben → sales precipitan en superficies de intercambio
- Consecuencia: menor transferencia de calor → T_salida sube
2. Pérdida de control biológico (análogo a pérdida de desinfección)
- Evidencia: consumo de biocida creciente (12 → 30 kg/d) + pH creciente (7.8 → 8.7)
- Mecanismo: la incrustación genera biofilm protector → biocida no penetra → se necesita más dosis → pH sube más → ciclo se retroalimenta
- Consecuencia: proliferación de Legionella y otros patógenos; riesgo sanitario
Cadena causal completa
Purga insuficiente → Conductividad ↑ → Sales disueltas ↑
↓
Precipitación en superficies (CaCO₃)
↓
ΔP ↑ + Caudal ↓ → Transferencia térmica ↓ → T_salida ↑
↓
Biofilm se forma sobre incrustación
↓
Biocida no penetra → Dosis ↑ → pH ↑↑
↓
Eficacia biocida ↓ → Proliferación microbiológica
↓
Riesgo de Legionella + Pérdida de rendimiento térmico
4. Analogía estructural con el caso de la piscina
| Aspecto | Caso Piscina (Clases 1–4) | Caso Torre (Clase 5) |
|---|---|---|
| Dominio | Hidráulico + tratamiento de agua | Hidráulico + tratamiento de agua |
| Subsistema 1 | Filtro obstruido | Intercambiador incrustado |
| Subsistema 2 | Desinfección comprometida | Control biológico fallido |
| Variable de flujo | Caudal ↓ + ΔP filtro ↑ | Caudal ↓ + ΔP intercambiador ↑ |
| Variable química | ORP ↓ + pH ↑ | Conductividad ↑ + pH ↑ |
| Consecuencia | Turbidez + irritación ocular | T_salida ↑ + riesgo Legionella |
| Contexto | Recreativo | Industrial |
| Escala temporal | 14 horas | 7 días |
| Patrón abstracto | Dos subsistemas degradándose en paralelo | |
5. Lo que se mide en Clase 5
No es la calidad del análisis per se, sino si el estudiante reconoce el patrón abstracto sin que nadie se lo señale:
- ¿Identifica los dos subsistemas degradándose en paralelo?
- ¿Aplica la misma estructura de análisis (señal/ruido, cadena causal, decisión con riesgo)?
- ¿Usa las herramientas conceptuales de las Clases 1–4 de forma espontánea?
Indicador de transferencia exitosa: El estudiante produce un análisis estructuralmente equivalente al de Clase 4 sin haber recibido instrucciones sobre cómo hacerlo.
6. Notas para uso en Clase 5
- Entregar SOLO la descripción del sistema y la tabla de datos
- NO mencionar la analogía con la piscina
- NO dar instrucciones sobre qué pasos seguir
- Si el estudiante pregunta "¿es parecido al caso anterior?", responder: "Eso lo descubres tú"
- El docente NO interviene con pistas técnicas
- Tiempo de trabajo autónomo: 60 minutos
Ver también: caso principal (piscina) para Clases 1–4.