TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA
1.- 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 50°C. Se desea conocer el flujo de aire ambiental en kg / que se debe alimentar para enfriarla enfriarla a !"°C# as$ como el valor del coeficiente coeficiente volum%trico volum%trico global ! a & en kg de agua transferida / m 'kg (!) / kg *S+ para este flujo de aire 2.- Par"e e#$erimen"al E%&i$o
,orre de enfriamiento de agua 2.1 Ma"erial ne'e(ario $ara la e#$erimen"a'i)n
-. Cuatro fusibles de -5 amperes !. Un psicrmetro con termmetros de mercurio &. Un psicrmetro digital ". Una carta psicrom%trica 5. Un termmetro de bulbo seco para la torre de enfriamiento . Un termmetro de bulbo 1medo para la torre de enfriamiento 2. Una piseta 2.2 *&("an'ia(
*gua *ire 2.3 *er+i'io( a&#iliare(
3nerg$a el%ctrica *gua de servicio *ire ambiental 2.4 De('ri$'i)n ,el e%&i$o E%&i$o
,orre de enfriamiento
9entilador de aire
ara'"er("i'a(
,orre marca (4,)6# tipo tiro forzado de &0 cm de anco# !.&5 m de altura. a altura del empaque es de -.!2 m 7 est8 construido de aluminio esponjado anodinado# con un total de 52 rejillas 7 5 secciones para toma de datos a lo largo de la torre 9entilador tipo centr$fugo# de una sola etapa 7 de & (:# con persianas para el control de aire de entrada 7 una capacidad de "&0 m & / a -; °C
Calentador de agua
" resistencias con una capacidad de calentamiento de de !.5 k j / s :laca de orificio :rovoca la ca$da de presin del aire de entrada Convertidor de
>iagrama de partes principales
a torre de enfriamiento trabaja a condiciones est8ndar definidas como? , @ !;°C @ ;! °A a una densidad de -.-5 kg aire / m & @ 0.02-2 lb de aire / ft & sea a '!;°C 7 - bar+ *ltura del empaque B @ -.!2 m rea transversal de la torre * @ 0.0D m! 2. Me,i,a( ,e i0iene (e0&ri,a,
a+ 3vite derrames de agua# si esto ocurre# seque de inmediato b+ *l utilizar la escalera de aluminio# uno de los alumnos deber8 sujetar la parte inferior de la escalera# mientra el otro estudiante toma los datos de temperaturas 7 umedades del aire de salida en la parte superior de la torre. c+ *l colocar los " fusibles vidrio de -5 amperes en el cuerpo de la columna los apagadores no deber8n estar activados con energ$a el%ctrica. d+ 6o permitir que la torre se inunde# abr8 que estar atentos en mantener la v8lvula abierta del tanque contenedor del agua fr$a en la parte inferior de la columna 'pregunte a su profesor+. 2. De(arrollo e#$erimen"al 5Pre$ara'i)n6 o$era'i)n $aro7 Pre$ara'i)n ,el e%&i$o
-. 9erifique que est% abierta la v8lvula de suministro de agua de la red general del laboratorio al equipo. !. Coloque los " fusibles del calentador el%ctrico.
&. Coloque en la posicin de encendido ')6+# los interruptores del calentador 7 del motor del ventilador. 4. 4nstale el termmetro de bulbo seco en la entrada de aire a la torre# en su respectivo termopozo. 5. *bra las v8lvulas 9- 7 9! de suministro de agua al tanque de alimentacin. a descarga de agua acia el drenaje por la l$nea de purga le indicar8 que el tanque superior de la torre est8 lleno. Controle una descarga moderada de agua acia el drenaje# para mantener una presin constante en la alimentacin. 9erifique que no a7a burbujas de aire en la l$nea de agua. . *bra la v8lvula del control de flujo de agua 9& asta obtener el flujo de agua que se especifica en el problema ':osicin en el rot8metro+ 7. Controle en el medidor de nivel del tanque receptor de agua ubicado en la parte inferior de la torre# a una altura intermedia de agua con la v8lvula 9". 3ste nivel produce un sello# que evita el escape de aire 7 cubra el sensor del termmetro bimet8lico de salida. O$era'i)n ,el e%&i$o
-. *rranque el ventilador 7 elija el flujo de aire 'entre D0 7 &!0 m &/+ abriendo o cerrando la persiana del ventilador. !. *ctive tres o cuatro resistencias de calentamiento del agua para alcanzar una temperatura cercana a la especificada en el problema. :recaucin? cuide que la temperatura no pase de 50 0 C &. (umedezca la meca del termmetro de bulbo 1medo del psicrmetro 7 mida las temperaturas de bulbo seco 7 bulbo 1medo del aire ambiental. ". :ermita que la torre alcance el r%gimen permanente. 5. etenga el cronmetro cuando el nivel del agua coincida con la marca superior de calibracin. =egistre el tiempo d+ *bra la v8lvula 9" 7 permita que el tanque se vac$e nuevamente. . Controle nuevamente el medidor de nivel del tanque receptor de agua ubicado en la parte inferior de la torre# a una altura intermedia de agua con la v8lvula 9". 3ste nivel produce un sello# que evita el escape de aire 7 cubra el sensor del termmetro bimet8lico de salida.
2.
-. *pague los calentadores de agua 7 el ventilador. !. Fuite todos los termmetros 7 los fusibles. &. :onga en la posicin de apagado ')AA+# los interruptores del calentador 7 motor del ventilador. ". 3spere a que el termmetro de entrada de agua marque temperatura ambiente 7 cierre las v8lvulas 9-# 9! 7 9& de suministro 7 control de agua a la torre. 2.8 In9orma'i)n e#$erimen"al Tabla ,e ,a"o( e#$erimen"ale( 6o de corrida
,iempo de llenado entre marcas
Alujo de agua en la salida
Alujo de agua en la entrada
Alujo de aire de entrada
min
kg
kg/min
/min
m& / a !;°C 7 - bar D0 -20 !20 &&0
! & "
&.; &.; &.; &.;
, *gua de entrada
, agua de salida
,GS en la entrada
°C
°C
°C
:
6o de corrida
! & "
,G( en la entrada
H* umedad absoluta en la entrada
,GS en la salida
,G( en la salida
°C
kg (!0 vapor / kg *S
°C
°C
Hr I en la salida
H* umedad absoluta en la salida
kg (!0 vapor / kg *S
3.- &e("ionario 1.- Cu8ntos grados cent$grados se enfri el agua desde su temperatura de
entrada a la torre asta la temperatura de salida en cada corrida eEperimental# JComo se le llama a %stas diferencias de temperaturasK# presente sus resultados en una tabla comparativa. 2.- JCu8les son las diferencias num%ricas de temperaturas 7 umedades
absolutas entre las corrientes de aire 7 salida de la columna en cada corrida eEperimentalK# presente sus resultados en una tabla comparativa. 3.- J3Eplique cu8l es el fenmeno f$sico 7 las causas del enfriamiento del agua
calienteK 4.- Utilice un diagrama interfacial 7 eEplique el efecto simult8neo que sufre el
aire 7 el agua de entrada a la columna. .- :lantear el balance de materia del lado del agua considerando la
evaporacin 7 el arrastre del agua .- :lantear el balance de calor en funcin de las entalp$as 7 calcular el que se pierde a trav%s de las paredes del equipo .- ,razar la l$nea de operacin junto con la l$nea de equilibrio en un diagrama ( 9s. ,# para calcular el n1mero de unidades de transferencia de masa de acuerdo a la siguiente ecuacin de diseLo reportada por ,re7bal en espaLol !/e p8gina !22?
8.- JFu% representa la pendiente de la l$nea de operacinK ;.- JCu8l es el significado f$sico del n1mero de unidades de transferencia de
masaK 1<.- JCu8l es el significado f$sico de la altura de la unidad de transferencia de
masaK
11.- =eportar las siguientes gr8ficas para las " corridas eEperimentales 7
describir el significado de los perfiles trazados? Or,ena,a(
Ab('i(a(
6U,
M 'kg aire que entra /+
(U, 'm+
M 'kg aire que entra /+
NH a 'kg de agua transferida / m& 'kg (!) / kg *S+
M 'kg aire que entra /+
12.- JCu8l es flujo de aire ambiental en kg / que se debe alimentar a la torre
de enfriamiento de agua para enfriar una corriente de servicio de agua caliente de 50°C a !0°C# reportar el valor del coeficiente volum%trico global ! a en kg de agua transferida / m & 'kg (!) / kg *S+ para este flujo de aire# as$ como la altura 7 n1mero de unidades de transferencia el (U, 7 6U,. 4.- Nomen'la"&ra
t @ ,iempo de llenado entre marcas del tanque inferior de la torre 'min+ < @
-. C.O. Meankoplis. :rocesos de ,ransporte 7 0peraciones Unitarias &/e. 3ditorial Continental# S.*. de C.9.# >.A. !. =obert 3. ,re7bal.
