CL25_A00_Torre_Enfriamiento_Purga_071214_V0.doc

1 de 4

Torres de Enfriamiento Balance de materia para el vapor en el volumen de control 1 2S SR G Y P A G Y+ = + + (1) ( )2 1SR P A G Y Y= + + − (2) ( )2 1SE G Y Y= − (3) R P A E= + + (4) Donde: R es el caudal másico de reposición (kg/s) P es el caudal másico debido a la purga (kg/s) A es el caudal másico debido al arrastre (kg/s) E es el caudal másico debido a la evaporación (kg/s) Si el agua del sistema contiene sólidos no volátiles disueltos, a medida que se evapore agua en el proceso de enfriamiento los sólidos se concentrarán continuamente hasta alcanzar valores altos que pueden ocasionar oclusiones o corrosión en los equipos de la planta. Para mantener la concentración de sólidos en valores recomendables se debe purgar parte del inventario de agua del sistema de enfriamiento. Se llaman ciclos de concentración a la relación entre la concentración de sólidos en el sistema y la concentración de los mismos en el agua de reposición. Para determinar la cantidad de agua que se debe purgar se hace un balance de los sólidos disueltos. R P A ER x P x A x E x= + + (5) Como el sólido es no volátil la corriente evaporada no contendrá sólido y la composición de la corriente purga y la evaporada serán iguales entre sí R P PR x P x A x= + (6)

Gs Y2 HG2

TG2

L2 HL2 TL2

Gs Y1 HG

TG

L1 HL1 TL1

Arrastre Evaporación

Purga

Reposición

CL25_A00_Torre_Enfriamiento_Purga_071214_V0.doc

2 de 4

R P PP A E x P x A x⎡ ⎤+ + = +⎣ ⎦ (7) ( )R P P R RP x x A x E x A x− = − − (8) ( ) ( )P R R P RP x x E x A x x− = − − (9)

( )

R

P R

xP E Ax x

= −−

(10)

1

1P

R

P E Axx

= −⎛ ⎞

−⎜ ⎟⎝ ⎠

(11)

( )

R

P R

xR E A A Ex x

= − + +−

(12)

( )

R

P R

xR E Ex x

= +−

(13)

( )

1R

P R

xR Ex x

⎡ ⎤⎢ ⎥= +

−⎢ ⎥⎣ ⎦ (14)

( )( )

R P R

P R

x x xR E

x x

⎡ ⎤+ −⎢ ⎥=

−⎢ ⎥⎣ ⎦ (15)

( )

p

P R

xR E

x x=

− (16)

1

p

R

p

R

xxR E

xx

=⎛ ⎞

−⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

(17)

Se define como ciclo de concentracion a la relación entre la concentración de la corriente de la purga y la concentración de la corriente de reposición.

p

R

xCC

x= (18)

CL25_A00_Torre_Enfriamiento_Purga_071214_V0.doc

3 de 4

( )

11

P E ACC

= −−

(19)

( )1

CCR ECC

=−

(20)

En general se puede estimar que las pérdidas por arrastre se encuentran entre el 0.2% y el 0.5% del caudal de circulación. El caudal de circulación se calcula en base a la cantidad de calor que hay que eliminar del proceso QP y del rango (temperatura de ingreso del agua a la torre (agua caliente) – temperatura de egreso del agua (agua fría)) y del calor específico del agua. Las pérdidas por evaporación se calculan en base a QP y al calor de evaporación del agua ( )P L C FQ Cm Cp T T= − (21) ( ) 0L C FCm Cp T T E λ− = (22) Donde:

PQ es la cantidad de energía que se debe eliminar por unidad de tiempo (J/s) Cm es el caudal másico de agua que se debe circular por el proceso (kg/s)

LCp es el calor específico del agua (J/kg K)

CT es la temperatura del agua que ingresa a la torre (K)

FT es la temperatura del agua que egresa de la torre (K) E es el caudal másico de agua que se evapora (kg/s)

0λ es el calor de evaporación del agua (J/kg) Recordando que

0λ = 2502300 J/kg

LCp = 4187 J/kg K

0

LE CpCm T λ

=Δ

(23)

4187 0.0016732502300

ECm T

= =Δ

(24)

*0.1673 %E TCm

= Δ (25)

CL25_A00_Torre_Enfriamiento_Purga_071214_V0.doc

4 de 4

por cada grado que se enfríe el caudal de agua de proceso de evaporará el 0.167 % del mismo.

6

1.00 %T

ECm

Δ =

= (26)

Por cada 6 grados centígrados que se requiera enfriar una masa de agua se debe evaporar el 1.00 % de la misma. Datos: El subíndice A corresponde al agua, el B al aire. PMA = 18.02 kg/mol PMB = 28.97 kg/mol HAbs=0.622*PA/(Ptot- PA) kg agua/kg aire HAbsSat=0.622*PvA/(Ptot- PvA) kg agua/kg aire VH =(0.00283+0.00456*Habs)*(TempCelsius+273) m3 mezcla/kg aire CS =1005 + 1884*Habs J / kg aire °C hG/kY = 950 J/kg K