UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAFACULTAD DE INGENIERA E.A.P. INGENIRIA EN ENERGIA.

CURSO : PLANTAS GENERADORAS DE ENERGIA

PROFESOR :

ING. ROBERT GUEVARAING. HUGO CALDERON

TITULO : ENSAYOS EN TORRES DE ENFRIAMIENTO

INTEGRANTES :

JULIO DEL 2012

TORRES DE ENFRIAMIENTOI. OBJETIVOS:1.1.- OBJETIVOS GENERALES:Aplicar los fundamentos de la psicometra en un prototipo experimental de Torre de Enfriamiento de tiro forzado1.2.- OBJETIVOS ESPECFICOS: Realizar un balance de materia y energa en una torre de enfriamiento, determinando su performance. Hacer uso y leer correctamente los diagramas psicromtricos Reconocer las partes de una torre de enfriamiento de tiro forzado. Investigar acerca de las aplicaciones industriales de las torres de enfriamiento en nuestra localidad a travs de una visita tcnicaII. TIEMPO: 3 horasIII. FUNDAMENTO TERICOUna torre de refrigeracin es un equipo que extrae calor del agua mediante evaporacin o conduccin.Las industrias utilizan agua de refrigeracin para varios procesos. Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres de enfriamiento para la produccin de agua de proceso que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga.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.

Se recomienda el tratamiento del agua a enfriar, agregando lcalis, algicidas, bactericidas y floculantes; y, realizar un anlisis peridico tanto de dureza como de iones cloro ya que stos iones son causantes de las incrustaciones y de la corrosin en los elementos de la torre.

Teora del termmetro de bulbo hmedo.

Con el objeto de cuantificar el fenmeno de evaporacin se hace el siguiente experimento:A un termmetro cuyo bulbo de mercurio se cubre con un lienzo saturado de agua y se introduce en una corriente continua de aire que fluye a gran velocidad, le ocurre lo siguiente:

Como el aire no est saturado el agua se evapora y se transfiere al aire, inicialmente el agua utiliza su calor latente para su evaporacin lo que provoca su enfriamiento, este proceso continua, pero cada vez menos intenso, ya que al enfriarse el agua se genera un gradiente de temperatura, que da la posibilidad de transferir calor del aire al agua y ser empleado para suministrar la energa para la evaporacin, entonces el agua se enfra cada vez menos hasta llegar a un punto en que toda la energa proviene del aire y ya no del lquido, en este instante el agua alcanza una temperatura estacionaria y se le llama temperatura de bulbo hmedo.

El fenmeno que ocurre en el termmetro de bulbo hmedo se aprovecha para comprender el proceso del enfriamiento de agua.Diseo y Tipos de Torres de Enfriamiento

De Circulacin Natural1. AtmosfricaEl movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de las boquillas aspiradoras. Se usan en pequeas instalaciones. Dependen de los vientos predominantes para el movimiento del aire.2. De tiro naturalEl flujo del aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades entre el aire mas frio del exterior y hmedo del interior de la torre.Diseados para usar chimeneas grandes e introducir aire por la parte media. Debido al gran tamao de esas torres (500 pies de altura y 400 pies de dimetro en la base), generalmente se usan para flujos por encima de 200 000 gal/min. Se usan para estaciones de alta potencia. De circulacin forzada1. Tiro Forzado o MecnicoEl aire se fuerza con un ventilador ubicado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. Son las que mas se usan.Utilizan grandes ventiladores para forzar aire a travs del agua circulante. El agua cae en forma de ducha, lo cual ayuda a tener un mayor contacto entre el agua y el aire. Generalmente tienen varios cuerpos llamadas celdas, (cada uno con su propio ventilador).2. Tiro InducidoEl aire se succiona a travs de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre.Son las que mas se usan. Utilizan grandes ventiladores para forzar aire a travs del agua circulante. El agua cae en forma de ducha, lo cual ayuda a tener un mayor contacto entre el agua y el aire. Generalmente tienen varios cuerpos llamadas celdas, (cada uno con su propio ventilador).

Figura 1. Tipos de torres de enfriamiento

TIRO INDUCIDOTIRO FORZADO

ATMOSFRICA

TIRO NATURAL

Figura 2. Torre de enfriamiento de tiro natural

IV. EQUIPOS Y MATERIALES 01 Torre de enfriamiento de tiro forzado 01 ventilador con motor elctrico de 12V 01 Transformador de 220 v/ 12V CC/CA 02 termistores: uno para TBH y otro para TBS. Para el aire. 02 termistores para temperatura de agua caliente y agua fra. 01 Diagrama psicromtrico 01 Lnea de agua caliente (incluye generacin y ductos de agua caliente a enfriar) 01 Bandeja o sistema de recepcin de agua enfriada

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS POR CONSIGNAR.

1. Preparar correctamente el equipo, verificando que la torre de enfriamiento se encuentren en buen estado.2. Verificar el funcionamiento del ventilador de tiro forzado, encendindolo, dejar operando unos 3 minutos antes del ingreso de agua caliente.3. Ingresar agua caliente a travs de los rociadores, dejando que el proceso de adicin de vapor al aire hmedo tenga un rgimen permanente, por lo menos 5 minutos.4. Tomar datos de la temperatura por cada tramo de la torre cada 10 minutos hasta que se encuentre el equilibrio de temperatura.

VI. RESULTADOS

Tiempo (min)T a1 (C)Ta2 (C)T1 (C)T2 (C)T3 (C)T4 (C)T5 (C)

046205143424038

1044194534323026

2041204233302926

3035203630262521

4034203531262621

5033193431272622

6033203431282622

AguaAire

Mw (kg/s)Tw1 (C)Tw2 (C)TBS1 (C)TBS2 (C)TBH1 (C)TBH2 (C)H1 %H2 %

0.393422203317.530.57884

VII. CALCULOS

El balance de materia para el agua ser:

El balance de energa para el volumen de control

Luego tenemos que:

....... (&)

Reemplazando (&) en la ecuacin de balance de energa para el volumen de control

Luego tenemos que:

......... (&)

Reemplazando (&) en la ecuacin de Balance de Energa para el volumen de control

Reduciendo convenientemente:

.......... (*.*)

6.- Seguidamente debemos determinar los valores de los parmetros ledos, as tenemos: Mw1 :Masa de agua caliente tw1 :Temperatura de ingreso del agua a la torre tw2 :Temperatura de salida del agua a la torre ta1BS :Temperatura de ingreso del aire (Bulbo Seco) ta1BH :Temperatura de ingreso del aire (Bulbo Hmedo) ta2BS :Temperatura de salida del aire (Bulbo Seco) ta2BH :Temperatura de salida del aire (Bulbo Hmedo) P :Presin atmosfrica = 101.4 Kpa 1:Humedad relativa de ingreso del aire 2:Humedad relativa de salida del aire

Para lo cual se tom la lectura promedio de 3 valores para obtener un valor caracterstico, los valores son presentados en la Tabla N 1

VIII. CUESTIONARIO

1.- Determinar los valores de X1 y X2 (humedades absolutas en funcin a Ps) (Presiones de saturacin en los estados 1 y 2)SolucinSabemos que:

y j

; Asimismo

Finalmente

De la tabla N 1, determinaremos X1 y X2, para las temperaturas de

17.5 C le corresponde una Pw= 2.001 Kpa

30.5 C le corresponde una Pw= 4.371 Kpa

Y la Presin total es de 101.325 Kpa

Luego:

2. Hallar los valores tericos de hw2, hw1, h1, h2

Solucin

De las tablas de vapor:

A T= 34 Cpw1= 4.178 KJ/KgC

Entonces: y

A T =22C Cpw2 =4.181 KJ/KgC

Entonces: y

De tablas de aire:

Cpaire = 1.007 KJ/KgK

3. Calcular el valor de la masa de aire aplicando la frmula (*.*)

4.- Determinar tericamente el valor de la masa que se evapora

El balance de materia para el agua es:

Entonces:

Reemplazando datos, tenemos:

mw2 = 0.36 kg/s

Determinando la masa que se evapora:

Sabemos que:

Luego para la masa que se evapora, ser:

........... (*)

Reemplazando datos:

Finalmente la masa evaporada es:

mv =0.14528 g /s

5. Describir que es un proceso de deshumidificacin y humidificacin

DESHUMIDIFICACIN:La deshumidificacin es una operacin que consiste en reducir la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa, mediante una condensacin parcial del vapor, que se separa.

HUMIDIFICACIN:La humidificacin es una operacin que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a travs de un lquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusin y en la interfase hay, simultneamente, transferencia de calor y de materia.

6. Dimensionar una torre de enfriamiento si es que se tiene el siguiente requerimiento.Produccin: 300 lts / hora

ESTIMACIN DE LA CARGA DE AGUA

Para la carga total de agua se considera una carga total de 5 litros por minuto, entonces tenemos:

Para el agua tenemos que: = 1 Kg/lt

Entonces la carga total de agua ser:

CLCULO DE LA CARGA DE AGUA

Para calcular la carga de agua, primero debemos de contar con el rea de la torre.

Siendo:b = 40 cm = 0.40 mh = 40 cm = 0.40 m

Entonces el rea total de la torre de enfriamiento:

At = 0.40 x 0.40 = 0.16 m2 At = 0.16 m2

Sabemos que: = 300 kg/hr

CLCULO DE LA CARGA DE AIRE

Consideremos lo siguiente:

Elegimos un factor de diseo: fd = 0.55Variacin de temperatura : T = 12 C

Entonces tenemos:

CLCULO DE LA ALTURA DE LA EMPAQUETADURA

La temperatura de ingreso del aire es: T1 = 20 C.

De la carta psicromtrica obtenemos un valor de H1 = 57,5 KJ/Kg aire seco

Clculo de la temperatura de salida del aire, asumimos que Qaire = Qagua

1.0035 x (T2 20) = 1.8723 (10)

T2 = 38.65 C

Entonces el valor de H2 ser igual a 150,3 KJ/K

CLCULO DEL VOLUMEN DE LA EMPAQUETADURA

CLCULO DEL FACTOR DE TRANSFERENCIA DE CALOR

CLCULO DE LAS UNIDADES DE DIFUSIN

Para el clculo de las unidades de difusin se utilizar la ecuacin (3), entonces se obtiene lo siguiente:

CLCULO DE LA ALTURA DE LA EMPAQUETADURA

, Entonces

Agregando un factor de seguridad del 20% tenemos:

Z = 95.8 mm

CLCULO DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO EN LA TUBERA

IX. GRAFICOS TEMPERATURA DE INGRESO VS. TIEM PO

TEMPERATURA DE SALIDA VS. TIEM PO

En ambos grficos se distingue la tendencia de disminucin de la temperatura debido al ingreso del agua en la torre de enfriamiento.Se nota que hay una mayor cada de temperatura a la salida de la torre.

X. CONCLUIONES

Podemos decir que lastorres de refrigeracinson estructuras para refrigerar agua y otros medios a temperaturas muy altas. Se calculo que la masa evaporada es mv =0.14528 g /s Para el uso principal de grandes torres de refrigeracin industriales es el de rebajar la temperatura del agua de refrigeracin utilizada en los procesos industriales. La masa de aire que se encarga de enfriamiento del agua es de 1.674 Kg/s

XI. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Daniel Herencia: Refrigeracin y aire acondicionado. Donald Kerm: Transferencia de Calor.