LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS FACULTAD DE INGENIERA Experiencia: TORRE DE ENFRIAMIENTO Huber Yesid vila Ros_____________________________ Danitza Rumbo Martnez _____________________________ Laura Luca Snchez Silvera _____________________________ TABLA DE CONTENIDO Figura 1. Intercambiador de calor. Figura 2. Torre de enfriamiento. Figura 3. Calor removido vs rango de temperatura del agua Tabla 1. Temperaturas de entrada y salida del aire y agua en unidades del SI. Tabla 2. Temperaturas de entrada y salida del aire y agua en unidades del Sistema Ingls. Tabla 3. Rango de temperatura del agua. Tabla 4. Calor removido por unidad de tiempo. Tabla 5.Flujo msico de aire. Tabla 6. Temperatura de entrada y salida del aire. Tabla 7. Flujo de agua evaporada. RESUMEN Elpresentetrabajobuscadaraconocerlosresultadosyconclusionesdellaboratorio tituladoTorredeenfriamiento.Duranteestaexperienciasetrabajconunatorrede enfriamiento la cual tiene como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporizacin parcial de sta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y fro que circula por el mismo aparato. Laexperienciaconsistienregistrarlosdatoscorrespondientesalatemperaturade entraday salida del aireen bulbo secoybulbo hmedopara seis corridas, as como la temperaturadeentradaysalidadeaguaparadiferentescaudales.Conestosdatosse procedi a hallar el rango de temperatura de la torre, el calor removido, el flujo de aire y elaguaevaporadaparacadacaso.Loquepermiticoncluirqueelcalortransferido mantieneunarelacindirectamenteproporcionalconelflujodeentradadeagua caliente as como con el flujo de entrada de aire. INTRODUCCIN En los sistemas mecnicos, qumicos, nucleares y otros, ocurre que el calor debe ser transferido de un lugar a otro o bien de un fluido a otro. Para cumplir con dicha tarea utilizamos una serie de dispositivos conocidos como intercambiadores de calor, los cuales consisten en unos equipos utilizadospara enfriar un fluido que est ms caliente de lo deseado, transfiriendo este calor a otro fluido que esta fro y necesita ser calentado. La transferencia de calor se realiza a travs de unaparedmetlicaodeuntuboqueseparaambosfluidos.Lasaplicacionesdelos intercambiadores de calor son muy variadas y reciben diferentes nombres: Intercambiador de calor: Realiza la funcin doble de calentar y enfriar fluidos. Condensador: Condensa un vapor o mezcla de vapores. Enfriador: Enfra un fluido por medio de agua. Calentador: Aplica calor sensible a un fluido. Rehervidor:conectadoalabasedeunatorrefraccionadora,proporcionaelcalorde reebullicin que se necesita para la destilacin.Vaporizador: un calentador que vaporiza parte del fluido. Figura 1. Intercambiador de calor. Las torres de enfriamiento se clasifican segn la forma de suministro de aire en: Torres de circulacin natural. 1. Atmosfricas: el movimiento del aire depende del viento y el efecto aspirante de las boquillas aspersoras.Seusanenpequeasinstalaciones.Dependedelosvientospredominantesparael movimiento del aire. 2.Tironatural:elflujodeairenecesarioseobtienecomoresultadodeladiferenciade densidades,entreelairemsfriodelexterioryelhmedodelinteriordelatorre.Utilizan chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado. Torres de tiro mecnico. 1.Tiro inducido:elairesesuccionaatravsdelatorremedianteunventiladorsituadoenla parte superior de la torre. Son las ms utilizadas. 2. Tiro forzado: el aire se fuerza por un ventilador situado en el fondo de la torre y se descarga porlapartesuperior.Estastorresestnsujetasparticularmentealarecirculacindelaire calienteyhmedoqueesdescargado,dentrodelatomadelventilador,debidoalabaja velocidad de descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre. Otros tipos 1. Torres de flujo forzado: el aire entra a los lados de la torre fluyendo horizontalmente a travsdelaguaquecae.Lascorrientesdeairelaterales se unenenunpasajeinternoydejanlatorre por el tope. Figura 2. Torre de enfriamiento. Paraunsinnmerodeprocesosindustrialesserequieredeunenfriamientoparapermitirla continuidad de la actividad. El enfriamiento se logra con la evaporacin de agua en las torres de enfriamiento en un proceso trmico forzado. Las torres de enfriamiento se utilizan ampliamente para desechar en la atmsfera el calor proveniente de procesos industriales en vez de hacerlo en fuentesdeaguareceptoras(ros,lagos,entreotros);enlareutilizacindeaguadeservicioen procesosdeenfriamientoocondensacinyparadesecharelcalorprovenientedeplantasde fuerzaygeneracindeenerga.Enelmbitoindustrialseaplicanenrelacinconprocesos trmicos de la industria alimenticia, minera y claramente en plantas termoelctricas. PARTE EXPERIMENTAL Latorredeenfriamientoesunintercambiadordecalordeconveccinforzada construidaenmaderayrellenaconplataformatipocontactoconbarrasdemadera. Cuenta en su base con un ventilador. El agua de circulacin proviene de un depsito de aguacalienteprovenientedelosintercambiadoresdecaloresservicio,medianteuna motobombaquedescargaenlapartesuperior.Elaguadesalidaserecogeenun depsito y es enviada nuevamente a los intercambiadores de calor para ser recirculada. La torre cuenta adems con un eliminador de arrastre a la salida del aire en el tope de la torre.El objetivo de la prctica de laboratorio fue conocery relacionar de manera prctica el mecanismodetransferenciadecalorymasainterfacialentredosfluidos,ascomo analizarelcomportamientodelacapacidaddeenfriamientoforzadodelatorre.Para esto se trabaj con agua como fluido caliente y aire como fluido de enfriamiento. El desarrollo de la experiencia consisti en el registro de la temperatura de bulbo seco y bulbo hmedo del aire a la entrada y salida de la torre, el flujo de agua en el sistema y la temperaturadelaguafra.Sehicieron6corridasysetomaronlosdatosdelas temperaturas al momento de variar el flujo de entrada de agua a la torre de enfriamiento. ANLISIS Y DISCUSIN DE LOS RESULTADOS Tabla 1. Temperaturas de entrada y salida del aire y agua en unidades del SI. Corrida Flujo volumtrico

Temperatura de entrada aire (C) Temperatura de salida aire (C) Temperatura salida agua (C) Temperatura entrada agua (C) Bulbo hmedo Bulbo seco Bulbo hmedo Bulbo seco 1552831.528303140 252.527.52927.5293139 350273129303139 4473931.52830.53237.5 535273127.5303237 6302729.52829.53239 Tabla 2. Temperaturas de entrada y salida del aire y agua en unidades del Sistema Ingls. Corrida Flujo volumtricoft3/min Temperatura de entrada aire (F) Temperatura de salida aire (F) Temperatura salida agua (F) Temperatura entradaagua (F)Bulbo hmedo Bulbo seco Bulbo hmedo Bulbo seco 114,529462882,488,782,48687,8104 213,869032781,584,281,584,287,8102,2 313,208602680,687,884,28687,8102,2 412,4160864102,288,782,486,989,699,5 59,2460217980,687,881,58689,698,6 67,9251615380,685,182,485,189,6102,2 Conlasconversionesyarealizadas,secalculelrangodetemperaturasenelcual trabaja la torre de enfriamiento, que result siendo la diferencia entre la temperatura de entrada a la torre del agua y la temperatura de salida de sta (ver Tabla 3). Tabla 3. Rango de temperatura del agua. Flujo volumtrico Temperatura salida agua Temperatura entrada agua T 14,529462887,810416,2 13,869032787,8102,214,4 13,208602687,8102,214,4 12,416086489,699,59,9 9,2460217989,698,69 7,9251615389,6102,212,6 Yaconelrangocalculado,seprocediarealizarseunbalancedeenerga,paraas estimarelcalorremovidodelaguadurantecadacorrida,elcualseplantedela siguiente manera: , , removido agua recibido aireQ Q (1) Dondeseestablecilarelacinparahallarelcalorremovidodelagua,basadosenel cambio de temperatura que sta sufri al pasar por el equipo, esta relacin fue: , , removido agua promedio aguaQ mCp T (2) Donde se tena el flujo volumtrico, en vez del msico, y el rango, adems se estableci una capacidad calorfica constante Cppromedio de 1,0 btu/lbm F 1 y la densidad del agua, paraconvertiraflujomsicoelcaudal,sepromediconelvalorrelacionadodesta paracadatemperaturadeentradasysalidasdelagua,cuyovalorobtenidofue62.053 lbm/ft3, en donde se agreg al trmino un factor de conversin que nos permiti obtener unarazndecalorremovidoporunidaddetiempoenbtu/hora.Entonces,parala primera corrida se tiene que: (

) (

) Esteclculofuerepetidoparalasseiscorridasrestantes,ydichosresultadosfueron condensadosenunatablaparaaspoderrealizarlasdiscusionesalrespecto(verTabla 4). Tabla 4. Calor removido por unidad de tiempo. Flujo volumtrico T Q BTU/h 14,529462816,2117150,742 13,869032714,499400,6292 13,208602614,494667,2659 12,41608649,961178,7206 9,24602179941416,9288 7,9251615312,649700,3146 Figura 3. Calor removido vs rango de temperatura del agua 0200004000060000800001000001200001400000 5 10 15 20CAlor removido BTU/h Rango de temperatura F Calor removido vs Rango de temperatura Para calcular el flujo de aire, se utiliz la ecuacin 1 y 2, de donde se obtuvo que: , , sec* *removido agua aire promedio aire bulbo oQ m Cp T (3) Apartirde3,sedespejelflujodemasadelaireysecalculparacadacorrida, tomandounCppromediodelairede0,24btu/lbmFestosresultadosseorganizaron para el anlisis de los flujos de aire con respecto a los flujos de agua (ver Tabla 5). TABLA 5.Flujo msico de aire TQ Aire lbm/s 2,7117150,74250,2189393 099400,6292- 1,894667,265960,8714415 1,861178,720639,3381691 1,841416,928826,6312557 049700,3146- Comosepuedeobservarenlatabla5sevequeparalacorrida2ylacorrida6 respectivamente, la temperatura a la entrada y a la salida del bulbo seco no vario, por lo queseinfierequeenlatomadeesasdosmedicionesocurriunerror,porendepara esas dos corrientes no fue posible calcular el flujo de aire, sin embargo si observamos en la tabla 4 se observa que la variacin del flujode aire es directamente proporcional a la variacin del flujo de agua. TABLA 6. Temperatura de entrada y salida del aire. Temperatura de entrada aire (F) Temperatura de salida aire (F) Bulbo hmedo Bulbo seco Bulbo hmedo Bulbo seco 82,488,782,486 81,584,281,584,2 80,687,884,286 102,288,782,486,9 80,687,881,586 80,685,182,485,1 Conlastemperaturadelatabla6seprocediaencontrarlashumedadesabsolutasen unacartapsicomtricaenlaliteratura,lasunidadesdehumedadabsolutason , con estas humedades se desea encontrar una diferencia entre losdatosdeentradaydesalida,lacualsemultiplicarconelflujodeaireparacada corrida(Tabla5)ycomoresultadosetendrlamasadeaguaporunidaddetiempo evaporada en el equipo (ver tabla 7). Tabla 7. Flujo de agua evaporada. Flujo (gal/min) H. entrada (lbm agua/lbm aire) H. salida (lbm agua/lbm aire) Cambio de H. (lbm agua/lbm aire) Agua evaporada (lbm/s) 14,52946280,230,2260,0040,20088 13,86903270,2240,2220,002- 13,20860260,210,2460,0362,19137 12,41608640,2360,2380,0020,07868 9,246021790,2420,2220,020,53263 7,925161530,2180,2280,01- Como no se tiene un flujo de aire para las corridas 2 y 6 tambin no es posible calcular el flujo de agua evaporada. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Al finalizar la experiencia se pudo concluir que: Al ser la torre de enfriamiento un ejemplo de intercambiador de calor, al variar flujodeentradadeaguacaliente,elcalorcedidoporestaalaire,esmayor,o menordependiendosilavariacindelflujoespositivaonegativarespectoal flujo inicial. El calor transferido es directamente proporcional al flujo de entrada de aire,ya queentremayorflujodeairesepresenta,mscalorpuedeserabsorbidodel agua caliente. Existeunerrordemedida,ocasionadodurantelatomadetemperatura,esto debidoaqueelgradodedisminucindetemperaturaesmuypequeoyesa variacin no fue medible para el termmetro. Se recomienda el cuidado con la entrada de aire a la torre, y uso de termmetros conintervalos de temperatura ms pequeos. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS [1].YunusA.engel.Transferenciadecalorymasa.3raedicin,McGraw-Hill Interamericana, 2007, Mexico DF.[2].Richard M. Felder, Ronald W. Rousseau. Principios elementales de los procesos qumicos. 3ra edicin, Limusa Wiley ediciones, 2004, Mxico DF.