Desde la planta nuclear de Springfield hasta las «dobles triples» de la Estación Didcot en Inglaterra (que ya fueron demolidas), estas instalaciones se han destacado por la forma de sus torres de refrigeración. El término formal para describirlas es «hiperboloide», pero la verdadera duda es: ¿Por qué no son más rectas y adoptan la configuración de una chimenea tradicional? El punto está en la palabra «refrigeración», y el último vídeo de Practical Engineering lo explica a la perfección.
Las centrales termoeléctricas pueden utilizar diferentes tipos de combustibles, pero su objetivo general suele ser el mismo: Convertir el agua en vapor, que luego es inyectado/transferido a una serie de turbinas para generar energía. Ahora, en este sitio obedecemos las leyes de la termodinámica (!), y las centrales termoeléctricas también. Todo ese vapor debe ser enfriado de algún modo para repetir el ciclo, y consumir energía excesiva en el proceso no tiene sentido.
Algunas centrales aprovechan ciertas características locales como ríos y lagos (el estado de Texas ofrece varios ejemplos), pero el resto debe construir torres de refrigeración. Existen muchos diseños con un perfil más «tradicional» por así decirlo, sin embargo, Grady del canal Practical Engineering decidió enfocarse en el concepto de torre hiperboloide, y crear un modelo a escala en su hogar. ¿Por qué la torre tiene «esa» forma?
(N. del R.: Subs en inglés. No es ideal, pero se deja ver.)
Torre hiperboloide de tiro natural: ¿Cómo funciona?
Uno de los primeros detalles es que la base de la torre no está cerrada. El modelo de Grady posee varios agujeros, y son fáciles de encontrar en las versiones reales. El aire frío ingresa a la torre y entra en contacto con el agua, pero eso no es suficiente: Un sistema de pulverización combinado con una capa de material que incrementa la superficie del líquido permite optimizar todo el proceso.
Aquí es cuando pasamos a la sección más compleja del vídeo. Grady utiliza un diagrama psicrométrico para explicar algo que no todo el mundo recuerda: El aire caliente asciende… y lo mismo sucede con el aire húmedo. Si la temperatura y la presión se mantienen constantes, pero aumentamos la humedad del aire, su densidad baja. Las moléculas de agua (18.01528 g/mol) son más livianas que el nitrógeno y el oxígeno en el aire (28.96 g/mol, incluye otros gases), lo que nos arroja al fascinante mundo de la transferencia de calor por convección.
El agua caliente transfiere su calor al aire. A su vez, se vuelve más boyante, se desplaza hacia arriba en la torre, y permite el ingreso de aire fresco por la base, pero una parte del agua caliente se evapora, eliminando aún más calor del líquido, y haciendo al aire aún más boyante. Lo más impresionante es que las torres habilitan este proceso con una cantidad mínima de componentes (bombas, sistemas de control, etc.). En otras palabras, las torres son básicamente «máquinas de nubes».
En cuanto a las razones para el diseño hiperboloide, son varias. En primer lugar, una base amplia permite un mayor ingreso de aire, el «cierre» en su centro acelera el flujo ascendente, y la apertura ancha en la sección superior estimula la mezcla del aire caliente y húmedo con el aire frío del exterior. Sin embargo, la principal ventaja es estructural: En términos relajados, cuanto más grande es la torre, mejor funciona, pero también necesita paredes delgadas, que optimizan el flujo de aire y reducen los costos. Un cilindro alto y con paredes delgadas es débil (ej., una lata de gaseosa sin presión), mientras que la curva doble del hiperboloide refuerza la estructura frente a cargas verticales (su propio peso) y horizontales (viento).
El vídeo de Grady finaliza con otros ejemplos de refrigeración, pero agrega que la adopción de la torre hiperboloide en centrales atómicas responde a su escala: Con una operación de 50 años en promedio, los ahorros de construcción y funcionamiento a largo plazo son significativos. Además, son más estables, reduciendo cualquier posibilidad de falla en algo tan delicado como el sistema de refrigeración de una planta nuclear.
