UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y TEXTIL

Universidad Nacional de IngenieraFacultad de Ingeniera Qumica y TextilLABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS IIPI-136/A

INFORMETorre de EnfriamientoAlumnos: GARCILAZO IVAN CARREO LEON GUSTAVOCASTRO HUAMAN ERICK

Fecha: 13 de noviembre del 2013Profesor: Ing. Pedro Pizarro

Lima PerSemestre acadmico 2013-2

TORRE DE ENFRIAMIENTO

I. OBJETIVOS

Determinacin del nmero de unidades de difusin o transferencia para condiciones determinadas en una torre de enfriamiento, as como la determinacin de la cada de presin correspondiente a travs de la torre.

II. FUNDAMENTO TEORICOLas torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua en grandes volmenes porque, son el medio ms econmico para hacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a travs de una pared. En el interior de las torres se monta un empaque o relleno con el propsito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfra.En las torres se colocan deflectores o eliminadores de gotas o niebla que atrapan las gotas de agua que fluyen con la corriente de aire hacia la salida de la torre, con el objeto de disminuir la posible prdida de agua. El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible.

El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a travs de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye acontracorrienteo aflujo cruzado, con una temperatura de bulbo hmedo inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfra por transferencia de masa (evaporacin ) y por transferencia de calor sensible y latente del agua al aire, lo anterior origina que la temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura lmite de enfriamiento del agua es la temperatura de bulbo hmedo del aire a la entrada de la torre.

La evaporacin como causa de enfriamientoEl enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenmeno de evaporacin. La evaporacin es el paso de un lquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un lquido, un ejemplo es la evaporacin del agua de los mares. Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de s misma el calor que necesita, esto origina que el agua se enfre y por lo tanto que su temperatura disminuya.

III. DATOS Y CALCULOS:VARIABLE MEDIDAELEMENTO DE MEDICIONCAUDAL BAJO (gpm)CAUDAL MEDIO (gpm)CAUDAL ALTO (gpm)

123456789

FLUJO VOLUMTRICO DE ENTRADA DE AGUAROTMETRO (gpm)202020252525303030

TEMPERATURA DE ENTRADA DEL AGUA (C)TERMMETRO METLICO404040404040404040

TEMPERATURA DE SALIDA DEL AGUA (C)TERMMETRO DE VIDRIO32.033.032.134.034.534.534.534.034.0

PRESIN DEL VAPOR DEL CALDEROMANMETRO INDUSTRIAL (Psig)777970667869647673

TEMPERATURA DE ENTRADA DEL AIRE (C)TERMOCUPLA21.021.521.022.022.021.521.521.522.0

HUMEDAD RELATIVA DEL AIRESENSOR DE HUMEDAD 0.7790.7350.7160.7060.6920.6870.6880.6810.691

TEMPERATURA DE SALIDA DEL AIRE (C)TERMMETRO METLICO36.038.036.037.035.538.036.037.037.0

CADA DE PRESIN EN EL EMPAQUE (mmH2O)MANMETRO DIFERENCIAL1.01.01.01.01.01.01.01.01.0

CADA DE PRESIN EN EL EMPAQUE Y ATRAPAGOTASMANMETRO DIFERENCIAL1.51.51.51.01.01.01.51.51.5

3.1 Establecemos el balance en el sistema:L2L1G2

Por Balance de masa de la humedad en el sistema se tiene :

L2 + GS*Y1=L2 + GS *Y2Asumiendo que no hay transferencia de masa por parte del agua a irse tiene que L1=L2

Se tiene:0 =GS(Y2 Y1)Y2 = Y1Ya que la humedad total es igual, con estos valores ingresamos a la carta psicomtrica para obtener la entalpia:

VARIABLE MEDIDACAUDAL BAJO (gpm)CAUDAL MEDIO (gpm)CAUDAL ALTO (gpm)

123456789

HUMEDAD RELATIVA DEL AIRE0.7790.7350.7160.7060.6920.6870.6880.6810.691

TEMPERATURA DE ENTRADA DEL AIRE (C)21.021.521.022.022.021.521.521.522.0

Entalpia KJ/kg aire seco51.052.047.052.052.049.049.049.052.0

TEMPERATURA DE ENTRADA DEL AIRE (C) - Bulbo Hmedo18.018.217.118.118.217.517.517.518.2

TEMPERATURA DE SALIDA DEL AIRE (C)36.038.036.037.035.538.036.037.037.0

Entalpia KJ/kg aire seco110.0117.0106.0111.0103.0112.0103.0108.0108.0

TEMPERATURA DE SALIDA DEL AIRE (C) - Bulbo Hmedo32.033.031.03230.532.530.531.531.5

De lo cual se obtiene:Flujo de Agua, L (Kg/s)Tentrada CTsalida CCp (Tprom)Tliq

CAUDAL BAJO 1.1344032.374.1787.63

CAUDAL MEDIO 1.5754034.334.1785.67

CAUDAL ALTO 1.894034.174.1785.83

Por balance de Energa se tiene:

Suponiendo que no hay prdidas de calor:L2*HL2 + GS*HG1 = L1*HL1 + GS*HG2 ..(1)Considerando la cantidad de agua evaporada despreciable:L2 = L1L*( HL2 - HL1) = GS * (HG2- HG1)L*Cp*T = GS * H (2)

Entonces se obtiene:TliqHG1(KJ/Kg) HG2(KJ/Kg) Gs=L.Cp.T/H (Kg/s)G = Gs*(Y+1)

CAUDAL BAJO 7.6350.0111.000.591.03

CAUDAL MEDIO 5.6751.0108.670.651.10

CAUDAL ALTO 5.8350.0106.330.821.38

Calculo de la recta de operacin:

De la ecuacin de balance de energa (ecuacin 2) se tiene:

*Cp*T + HG1 = HG2Dnde:m= *CpDe los datos se tiene:CAUDAL BAJO CAUDAL MEDIO CAUDAL ALTO

T (C)HGT (C)HGT (C)HG

Entrada agua40111.0040108.6740106.33

Salida agua32.3750.034.3351.034.1750.0

Tenemos los valores de Hsat a partir de ecuaciones, con Hr = 100%Temperatura(C)Entalpas de Equilibrio(H*) KJ/Kg

2057.5

2576.5

30100

32110

34123

36136

38149

40164

42184

44204

De la se tiene las siguientes graficas:

3.2 Hallando el nmero de unidades de difusin de la siguiente expresin:

Dnde:

K : constante de transferencia de masa

L : flujo de lquido, kg/s

V : volumen de la cmara de enfriamiento, m3

Cpw : calor especfico del agua

Hg* : entalpa en la pelcula del aire, entalpa de saturacin

Hg : entalpa del aire en su seno, ambiente

Entonces a partir de la ecuacin de balance y de la curva de equilibrio (saturacin), tabulando datos, procedemos al clculo de las unidades de transferencia:CAUDAL BAJO

Temperatura(C)Entalpas de Equilibrio(H*)Entalpas de operacin1/(hg*-hg)

3211047.070.015890672

3412363.050.016680567

3613679.040.01755618

3814995.020.01852538

401641110.018867925

Calculamos una ecuacin que relacione Temp. Y 1/(hg*-hg):

Integramos esta ecuacin para hallar el nmero de unidades de difusin y obtenemos:NUD= 0.598

Calculamos de igual forma para los dems caudales:CAUDAL MEDIO:NUD= 0.548CAUDAL ALTO:NUD= 0.4513.3 Discusin y conclusiones:- La pendiente de la recta de operacin es y como no se modific la velocidad del extractor por lo tanto los flujos de gas son parecidos, en consecuencia se debera de esperar que al aumentar el caudal de lquido la pendiente de la recta de operacin tambin aumente, lo cual cumple con comparando los caudales 20 y 25Gpm.- Para los clculos se consider que los flujos que entran a la torre de enfriamiento son iguales los flujos que salen del mismo.

3.4 Calculo de la curva caracterstica del empaque:

Para el clculo de la curva caracterstica del empaque se utilizara el valor de G=4 debido a que el flujo de aire depende principalmente del extractor antes que de la resistencia

L (Kg/s)L/GNd

CAUDAL BAJO 1.1341.0971518450.598

CAUDAL MEDIO 1.5751.4370075290.548

CAUDAL ALTO 1.891.3704113860.451

Graficamos:

3.5 Discusin y conclusiones: La relacin de flujos Liquido/ Gas Seco varia de manera inversa al nmero de unidades de difusin Nd necesario para producir el cambio de temperatura del agua. Para el calcula de , se hizo una ecuacin que relaciona 1/(hg*-hg) con la temperatura, con lo cual se calcul por simple integracin el nmero de unidades de difusin.

3.6 Curva caracterstica para la cada de presin de:H (cm)Cada de Presin (Pa)

EmpaqueAtrapagotasEmpaqueAtrapagotasTotal

CAUDAL BAJO 10.59.814.90514.715

CAUDAL MEDIO 109.8109.81

CAUDAL ALTO 10.59.814.90514.715

Comparando con el laboratorio de desorcin:CAUDAL (Kg/s)Cada de Presin (Pa)

8.31730.185

3.7 Calcular el flujo de vapor:

En la figura anterior, realizamos un balance de masa:Ahora, un balance de energa:Definiendo como temperatura de referencia TR=0 y combinando las dos ecuaciones, se obtiene los flujos Fo y F1. Dnde:

Fo (Kg/h):Flujo msico de vapor al tanque de mezclado.F1 (Kg/h):Flujo msico de alimentacin al tanque de mezclado.De aqu: Fo = 0.70 Kg/s3.8 Estimacin de la elevacin del nivel de lquido en la poza.Del balance de masa L2 es mayor que F1 y su diferencia corresponde al vapor condensado y que es almacenado en la poza. Por lo tanto:

Donde,

Este volumen, dividido entre el rea transversal de la poza, hallamos la altura o incremento de nivel en la poza (h).

IV. BIBLIOGRAFA:1. Robert Treybal,Operaciones de Transferencia de Masa,Mc Graw Hill Interamericana de Mxico,Segunda Edicin.2. Perry_s Chemical Engineers_ Handbook 8th Ed 2008

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