UNIVERSIDAD NACIONAL AUTNOMA DE MXICO

FACULTAD DE QUMICA

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA III

TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA

EQUIPO:

TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA

Problema Una corriente de agua de servicio de 3.24 L/min que proviene de la zona de cambiadores de calor se alimenta a una torre de enfriamiento de agua a 50C. Se desea conocer el flujo de aire ambiental en kg / h que se debe alimentar para enfriarla a 24C, as como el valor del coeficiente volumtrico global KY a en kg de agua transferida / h m3 (kg H2O / kg AS) para este flujo de aire

TORRES DE ENFRIAMIENTOLas torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y fro, que circula por la torre.El agua caliente puede caer en forma de lluvia y al intercambiar calor con el aire fro, vaporiza una parte de ella, eliminndose de la torre en forma de vapor de agua.Las torres de enfriamiento se clasifican segn la forma de subministramiento de aire en:-Torres de circulacin natural-Atmosfricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de los aspersores. Se utiliza en pequeas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.-Tiro natural: El flujo del aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire ms fro del exterior y hmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para obtener el tiro deseado. Debido a las grandes dimensiones de estas torres se utilizan flujos de agua de ms de 200000gpm. Es muy utilizado en las centrales trmicas.-Torres de tiro mecnico

El agua caliente que llega a la torre es rociada mediante aspersores que dejan pasar hacia abajo el flujo del agua a travs de unos orificios.El aire utilizado en la refrigeracin del agua es extrado de la torre de cualquiera de las formas siguientes:-Tiro inducido:el aire se succiona a travs de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las ms utilizadas.-Tiro forzado: el aire es forzado por un ventilador situado en la parte inferior de la torre y se descarga por la parte superior.-Otros tipos: Torres de flujo cruzado. El aire entra por los lados de la torre fluyendo horizontalmente a travs del agua que cae. Estas torres necesitan ms aire y tienen un coste de operacin ms bajo que las torres a contracorriente.

Metodologia

Tabla de datos experimentales

NodecorridaTiempodellenado entre marcasMasade agua fra acumula-daFlujo de agua en lasalidaFlujo de aguaen la entrada

Flujo de airede entradaTAgua de entrada

T agua de salidaTBSen la entrada

minkgkg/minL/minm3 / ha 28C y1 barCCC

11.1243.57143.490502843

21.1643.44823.4170502641

31.343.07693.4270502437.5

41.1543.47823.4330502436

NodecorridaTBHen la entradaYAhumedadabsolutaen la entradaTBSen la salidaTBHen la salidaYr %en la salidaYAhumedadabsolutaen la salida

Ckg H20 vapor /kg ASCCkg H20 vapor /kg AS

1250.0184618100.009

2290.0294319150.011

3300.03839.418200.013

4290.03138.219220.015

Cuestionario1.- Cuntos grados centgrados se enfri el agua desde su temperatura de entrada a la torre hasta la temperatura de salida en cada corrida experimental, Como se le llama a stas diferencias de temperaturas?, presente sus resultados en una tabla comparativa. CorridaT

122

224

326

426

A esta diferencia de temperaturas se le llama gradiente de temperaturas.2.- Cules son las diferencias numricas de temperaturas y humedades absolutas entre las corrientes de aire y salida de la columna en cada corrida experimental?, presente sus resultados en una tabla comparativa. T=Gradiente de temperatura

# de corridaBulbo secoBulbo humedoabsolutas

121250.009

214220.018

39.419.50.025

49.2170.016

3.- Explique cul es el fenmeno fsico y las causas del enfriamiento del agua caliente?El enfriamiento del agua se da debido a la transferencia de masa desde una corriente de agua hacia una corriente de aire. La evaporacin del agua requiere energa que toma del aire (caliente) y de la misma agua provocando la disminucin de la temperatura por la prdida de calor y aumentando la humedad en el aire.4.- Utilice un diagrama interfacial y explique el efecto simultneo que sufre el aire y el agua de entrada a la columna. El agua entra a una temperatura superior a la del aire, por lo que cuando entran en contacto, se empieza a dar una transferencia de energa del agua hacia el aire, haciendo que el aire suba su temperatura, y el agua disminuya su temperatura, intentando llegar al equilibrio trmico. Tambin el agua lquida que se encuentra fluyendo, tiene una capa de vapor saturado que el aire va retirando poco a poco cuando se encuentran en contacto, esto hace que el agua para mantener esta capa de vapor saturado, pase de fase lquida a vapor saturado, por su alta capacidad calorfica slo con un poco de agua que se evapore baja ms su temperatura, y al final esto crea que aparezca agua evaporada o vapor de agua en la corriente de aire, como se puede ver en el diagrama interfacial. Aparte de esto, el aire es capaz de contener agua lquida en su seno (humedad), el aire que se inyecta a la torre de enfriamiento no tiene humedad al cien por ciento, por lo que puede arrastrar agua lquida por medio de la transferencia de masa, aumentando as su humedad, este ltimo efecto no contribuye con el balance de energa pero si con el balance de materia. Todo esto haciendo que al final el flujo de agua al fondo de la torre sea menor que el flujo de entrada, y que el aire aumente su temperatura y el agua disminuya la suya.

5.- Plantear el balance de materia del lado del agua considerando la evaporacin y el arrastre del agua.

Donde L2, es el agua que se est suministrando a la torre de enfriamiento, L1 el agua que est saliendo del fondo de la torre de enfriamiento, Levaporacin, el agua que se est evaporando gracias a que se quita la saturacin de agua y sale como vapor, y Larrastre, el agua que sale arrastrada por el aire como humedad.6.- Plantear el balance de calor en funcin de las entalpas y calcular el que se pierde a travs de las paredes del equipoHL1L1+HG2G2=HL2L2+HG1G1HL=CPL(TL-To)CPL(TL-To)L1+ HG2G2=CPL(TL2-To)L2+ HG1G1

Aire

EntradaSalidaEntalpia Gas

TemperaturaHumedadCsTemperaturaHumedadCsEntradaSalida

430.0181.064180.0091.05564.146615.1123

410.0291.075190.0111.05789.691321.1547

37.50.0381.084180.0131.059108.538625.0831

360.0311.077190.0151.06189.337731.1295

Agua

TemperaturaEntalpia del Liquido

EntradaSalidaEntradaSalida

5028253

5026251

502425-1

502425-1

CorridaAguaAirePerdida

EntradaSalidaEntradaSalida

FlujoEntalpiaEnergiaFlujoEntalpiaEnergiaFlujoEntalpiaEnergiaFlujoEntalpiaEnergiaB.M.B.E.

13.4025.0085.003.573.0010.711.7664.15113.001.7815.1126.86-0.19235.57

23.4025.0085.003.451.003.453.3389.69298.433.3621.1571.16-0.08-308.82

33.4025.0085.003.08-1.00-3.085.28108.54573.595.3525.08134.280.25-527.38

43.4025.0085.003.48-1.00-3.486.4689.34577.036.5631.13204.08-0.18-461.43

7.- Trazar la lnea de operacin junto con la lnea de equilibrio en un diagrama H Vs. T, para calcular el nmero de unidades de transferencia de masa de acuerdo a la siguiente ecuacin de diseo reportada por Treybal en espaol 2/e pgina 277:

AguaT (C)HmNUTzHUTLpromKyAGaire

EntradaSalidaEntradaSalidammkg/hkg de agua transferida/hm3(kgH2O/kgAS)kg aire entrada/h

5028253-12.3921.2700.531209.1430.007105.692

5026251-11.2831.2700.990205.4480.013199.641

502425-1-10.2991.2704.247194.3080.057317.077

502425-1-10.6361.2701.997206.3480.025387.539

Problema50200-14.6402.7840.6003.2400.483129.980

8.- Qu representa la pendiente de la lnea de operacin?Es cambio de entalpia/cambio de temperatura del lquido.9.- Cul es el significado fsico del nmero de unidades de transferencia de masa?Es la dificultad que se presenta para llevar a cabo el proceso.10.- Cul es el significado fsico de la altura de la unidad de transferencia de masa?Nos muestra la eficiencia del empaque.11.- Reportar las siguientes grficas para las 4 corridas experimentales y describir el significado de los perfiles trazados:OrdenadasAbscisas

NUTG (kg aire que entra /h)

HUT (m)G (kg aire que entra /h)

KY a (kg de agua transferida / h m3 (kg H2O / kg AS) G (kg aire que entra /h)

A mayor flujo de aire aumenta los NUT.

Existe un aumento de la altura de las etapas al aumentar el flujo del aire. Se requiere de menos etapas de contacto en una torre con altura constante si se disminuye el flujo de aire.

KyA aumenta al aumentar el flujo de aire de entrada.

12.- Cul es flujo de aire ambiental en kg / h que se debe alimentar a la torre de enfriamiento de agua para enfriar una corriente de servicio de agua caliente de 50C a 20C, reportar el valor del coeficiente volumtrico global KY a en kg de agua transferida / h m3 (kg H2O / kg AS) para este flujo de aire, as como la altura y nmero de unidades de transferencia el HUT y NUT.TemperaturaNUTzH UTLpromKyAGaire

EntradaSalidammkg/hkg de agua transferida/hm3(kgH2O/kgAS)kg aire entrada/h

Problema50204.6102.7660.6003.2400.483126.918

CONCLUSIONESPodemos observar que la torre es eficiente, sin embargo tiene prdida de calor. sta la podramos reducir utilizando aislantes en la torre. Si no se consideran el agua por arrastre ni el agua evaporada, parecera que tenemos perdida de materia, sin embargo sta si existe, aunque se elimina por alguno de estos fenmenos. Como vemos, el flujo de aire de 270 m3/h cumple con el objetivo de enfriar el agua a 24C.BIBLIOGRAFAhttp://depa.fquim.unam.mx/procesos/PDF/asesoriacalculos.pdf