Introducción En la industria química hay muchos casos de operaciones unitarias en los que se descarga agua caliente (condensadores o de otros aparatos), donde el valor de esta agua es tal que es más económico enfriarla y volver a utilizarla antes que descargarla como inútil. Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua en grandes volúmenes porque, son el medio más económico para hacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a través de una pared. En el interior de las torres se monta un empaque con el propósito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfría. En las torres se colocan deflectores o eliminadores de 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 pérdida 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 través de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a contracorriente o a flujo cruzado, cruzado, con una temperatura de bulbo húmedo inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfría por transferencia de masa (evaporación ) 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 límite de enfriamiento del agua es la temperatura de bulbo de bulbo húmedo del aire a la entrada de la torre. El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenómeno de evaporación. La evaporación es el paso de un líquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un líquido, un ejemplo es la evaporación del agua de los mares. Las industrias utilizan agua de refrigeración para varios procesos. Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres de enfriamiento para la producción de agua de proceso que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga, así como torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el proceso.
TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO Las torres de enfriamiento se clasifican según la forma de suministro de aire en:
Torres de Circulación natural Atmosféricas: El movimiento del aire depende del viento del efecto aspirante de las boquillas aspersores. Se usa en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire. Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan Chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado. Debido al inmenso tamaño de estas torres (500 pie alto y 400 pie de diámetro), se utilizan por lo general para flujos de agua por encima de 200000 gpm. Son ampliamente utilizadas en las centrales térmicas. Torres de Tiro mecánico: El agua caliente que llega a la torre puede distribuirse por boquillas aspersores o compartimientos que dejan pasar hacia abajo el flujo de agua a través de unos orificios. El aire usado para enfriar el agua caliente es extraído de la torre, en cualquiera de las dos formas siguientes: 1. Tiro Inducido: El aire se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las más utilizadas. 2. Tiro forzado: El aire se fuerza por un ventilador situado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. Estas torres están sujetas particularmente a la recirculación del aire caliente y húmedo que es descargado, dentro de la toma del ventilador, debido a la baja velocidad de descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre. El tiro inducido con el ventilador en la parte superior de la torre evita esto y además permite una distribución interna más uniforme del aire.
Procedimiento experimental Para el comienzo de la práctica se tomaron en cuenta varios aspectos del equipo que se debían ajustar, para que tanto al inicio como en el desarrollo de la práctica no se encontraran variaciones a causa de la mala calibración e inserción del equipo. 1.- Se abrieron las líneas de vapor saturado y agua, las dos corrientes entran directamente a la torre de enfriamiento, dividiéndose en el agua en la torre y el vapor en un intercambiador de calor. 2.- Se identifican las cajas de corriente eléctrica que controlan tanto la bomba de recirculación de agua y el ventilador colocado en la parte posterior a la torre; que está colocado en lo profundo de un ducto protegido para evitar accidentes. 3.- Antes de hacer pasar el agua para calentar en el intercambiador, purgar la línea vapor. 4.-Tener cerradas las válvulas de recirculación para que solo entre el agua caliente en el tanque y se deposite en el fondo de esta. 5.- Se monitoreo a todo momento que el manómetro de bourdon colocado en l a parte superior del intercambiador de calor, observando que tuviera una presión de vapor constante y que no exceda los límites de vapor comprendidos entre 1.5 y 2 kg/cm 2. 6.-En la realización de la práctica, es recomendable variar el gasto. 7.-Es muy importante purgar el agua que circula en la torre (línea del rotámetro pequeño), para evitar que haya concentración de sales.
PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
Antes del proceso
ENTRADA DE AIRE
TBS 22 TBS 27 TBS 21
TBH 19 TBH 16 TBH 19
TBS CORRIDA 28 SALIDA DE 1 AIRE DE LA CORRIDA 28 2 TORRE CORRIDA 27 3
TBH 26 25
25
MEDICIONES DEL VENTILADOR
25.5 cm
Longitud 0 11 17 22
26 cm
Velocidad aire 0.1 7.7 13.2 15.8
del
Longitud 0 10 14 23
Velocidad aire 0 1.2 3.8 13.3
del
Durante del proceso CORRIDA ROTÁMETRO GRANDE 1 2 3
Flujo volumétrico
10
15 20
TEMPERATURA CORRIDA T DEL AGUA A 1 40
CORRIDA TEMPERATURA 1 DE (AGUA DE CORRIDA 2 REPOSICIÓN) CORRIDA 3 CORRIDA T 2 35 CORRIDA T 3 34
T
CORRIDA 24 SALIDA DE 1 AGUA DE LA CORRIDA 24 TORRE 2 CORRIDA 24 3
T 28 T 28.5 T 29
FLUJO MÁSICO AGUA:
̇ ( ) ̇
FLUJO MÁSICO DEL AIRE:
̇ ( ) ̇
CARGA TÉRMICA:
̇ ( ) ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( )
CANTIDAD DE AGUA EVAPORADA:
Donde: E= Cantidad de agua evaporada Gs = Flujo másico del aire = Humedad
) ( ANALISIS DE RESULTADO
Nosotros manipulamos la torre de enfriamiento nuestro objetivo como bien lo sabemos era determinar las entalpias y el balance de energía térmica de la misma. para eso necesitamos de las mediciones de varias variables como la temperatura del agua a la entrada y salida , la presión de vapor, temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco a la entrada y salida, el flujo másico del aire y agua y con todas esas variables que son necesarias determinamos el balance de energía térmica que si bien nuestra experimentación trato de ser lo más acertada a la verdadera practica experimental y pudimos observar que si ay una pequeña desviación en la real pues el resultado si varia y yo creo que el posible margen de error se debe a que nos varió un poco la temperatura cuando determinábamos las mediciones de bulbo seco y bulbo húmedo. Otro posible margen de error pudo ser que las mediciones del ventilador para determinar el flujo másico del aire estén un poco desviadas y por lo tanto la cantidad de flujo másico del aire varié en consecuencia. Otra posible causa puede que haya sido no medir bien las temperaturas de bulbo seco y húmedo por falta de tiempo o por necesitar más tiempo en fin es inmensa las causas de ese desviación en nuestra experimentación pero pues lo que cabe mencionar si es muy aproximada a lo teórico.
CONCLUSIONES Los balances de energía tienen gran importancia y muy amplia utilización en procesos industriales donde es preciso calentar, enfriar o aislar térmicamente. Dentro de estas industrias de procesos los balances de materia y energía son importantes auxiliares en el diseño, control, optimización y evaluación económica de de los procesos existentes, así así como de operaciones operaciones que se presentan a diario, por lo que tienen repercusión directa en la producción y en la situación financiera de las compañías;.
En el inicio de la práctica se nos dificultó manipular la torre de enfriamiento y hacer las primeras mediciones, pero logramos con éxito tener los datos y variables correspondientes de la torre para realizar el balance de materia y energía de la misma. Logramos satisfactoriamente determinar la humedad y la entalpía de la mezcla vapor-agua-aire en la torre de enfriamiento con las temperaturas por bulbo seco y húmedo.
Bibliografía: - Thomson U., y col, Introducción a la Ingeniería Química, John Wiley ando Soñé, México. (1979). - Felder M. R., y Ronald W. R., Elementary Principies of Chemical Processes, Editorial John Wiley & Sons Inc., 2a Edición, U.S.A., (1999).
