Torres de Enfriamiento Hiperbólicas (Grupo 15, Retiro)

Trabajo realizado por estudiantes
Título	Torres de Enfriamiento Hiperbolicas Grupo 15
Asignatura	Teoría de Campos
Curso	2025-26
Autores	Miguel Cervigón, Ernesto Irazabal, Alejandro Barranquero, Guillermo Monreal
Este artículo ha sido escrito por estudiantes como parte de su evaluación en la asignatura

1 Introducción a las torres de enfriamiento hiperbólicas

Las torres de enfriamiento constituyen un elemento distintivo en el ámbito energético global, teniendo como principal objetivo la disipación de calor producido por centrales termoeléctricas y nucleares. La forma hiperbólica hace que la refrigeración se produzca mediante un tiro natural, aspirando el aire frio y expulsando el calor, sin necesidad de ventiladores, su geometría ofrece ademas una gran resistencia al viento.

2 Modelo geométrico del hiperboloide

Las torres de enfriamiento siguen una forma de hipérbole de revolución de una hoja, dicha superficie esta definida por la siguiente ecuación:
[math]\frac{x^2 + y^2}{a^2} - \frac{(z - z_0)^2}{c^2} = 1[/math]

Teniendo parámetros típicos de altura H = 150 m, radio máximo R_max= 55 m en la base y radio mínimo R_min = 30 m alcanzando a una altura h = [math]\frac{2}{3}[/math]H, los valores a,c y Z₀ >0 son parámetros que se determinan en función de la geometría de la torre.

2.1 Presión del viento

El viento ejerce una presión lateral sobre la torre, la velocidad varía con la altura según la ley de la potencia:
[math] V(z) = V_0 \left( \frac{z}{z_{\text{ref}}} \right)^\alpha [/math] donde:

• V(z) = velocidad del viento a altura Z
• V₀ = 18 m/s (velocidad de referencia)
• Z_ref = 10 m (altura de referencia)
• α = [math]\frac {1}{7}[/math] (exponente de perfil para terreno abierto)

La ley de la potencia describe cómo la velocidad del viento aumenta con la altura.

La presión dinámica del viento esta definida por:
[math]P(z) = \frac{1}{2} Q_{\text{aire}} V_0^2 \left( \frac{z}{z_{\text{ref}}} \right)^{2\alpha}[/math]
donde Q_aire es la densidad del aire estándar.

El campo vectorial de fuerza por unidad de superficie queda definido por: [math] \vec{F}(x, y, z) = -P(z) \vec{n} [/math]
donde [math] \vec{n} [/math] es el vector normal a la superficie (apuntando hacia el exterior)

2.2 Campo de velocidad

El aire caliente asciéndelas por la torre por la convección natural se modela el campo de velocidad del aire como:
[math] \tilde{\mathcal{U}}(\rho, z) = \upsilon_{z}(\rho, z)\tilde{e}_{z}[/math]
donde la componente vertical es:
[math] v_z(\rho, z) = v_{\max} \left( 1 - \frac{\rho^2}{\rho_{\text{torre}}(z)^2} \right) \left( \frac{z}{H} \right)^{0.6} [/math]
con v_max=4m/s la velocidad máxima en el eje central en el tope, y [math] \rho_{\text{torre}}(z)[/math] es el radio de la torre a altura z.