TORRE DE ENFRIAMIENTO DE TIRO FORZADO (HUMIDIFICACIÓN)
PROPÓSITOS •
Diseñar y construir una torre de enfriamiento para determinar el coeficiente
•
global de transferencia de masa. Comprender y aprender el funcionamiento de una torre de enfriamiento y determinar su eficiencia.
MARCO TEÓRICO Posiblemente la aplicación más notable de un aparato que opera con contacto directo entre un gas y un líquido, es la torre de enfriamiento. Las torres de enfriamiento se emplean para poner en contacto agua caliente que proviene de los sistemas de enfriamiento de procesos con aire para el propósito de enfriar el agua y poder poder usarl usarla a de nuev nuevo o en el proc proceso eso.. na na torre torre de enfri enfriam amie ient nto o redu reduce ce ordinariamente los requerimientos de enfriamiento de agua por cerca de !"#, aun cuando $ay alguna contaminación natural causada por la saturación del aire con el vapor de agua %&ern, '!!!(. )l aire y el agua son sustancias de ba*o costo, y cuando se deben de mane*ar vol+menes grandes, como en muc$as operaciones de enfriamiento de agua, es esencial el equipo de costo inicial ba*o y de costo de operación tambin reducido. )n algunos lugares, la arma-ón y el empaque interno son de abeto de Douglas, o bien de pino, material que es muy durable cuando se tiene un contacto continuo con agua. Las torres torres de enfriamiento se utili-an con mayor mayor frecuencia, en especial para grandes cargas de enfriamiento %oust y col. /001(.
Los procesos de $umidificación %enfriamiento( forman parte muy importante en las plantas industriales. 2on parte de diferentes aplicaciones que van desde el enfriamiento de agua en po-os petrolíferos, $asta la aplicación en centrales nucleares y termoelctricas. )n la mayoría de los procesos donde se requiera suministrar o retirar cierta cantidad de calor, contacto de la corriente de líquido con gas seco y3o $+medo plantea una solución al proceso. )n la $umidificación se transfiere calor y liquido $acia el gas. Puede llevarse a cabo para controlar la $umedad presente dentro de un espacio, o más frecuentemente, para enfriar y recuperar el agua de los sistemas de enfriamiento.
CLASIFICACIÓN DE TORRES DE ENFRIAMIENTO Las torres de enfriamiento se clasifican de acuerdo con los medios por los que se suministra el aire. 4odas emplean $ileras $ori-ontales de empaques para suministrar gran superficie de contacto entre el aire y agua.
•
Tiro inducido: )l aire se succiona a travs de la torre mediante un abanico situado en la
Torres de iro !ec"nico •
•
Torres de circu'%cin n%ur%' •
Tiro #or$%do: )l aire se fuer-a por un abanico en el fondo de la torre y se descarga
A!os#&ric%s: 5provec$a las corrientes atmosfricas de aire, este penetra a travs de rompe vientos en una sola dirección, cambiando con las estaciones del año y las condiciones atmosfricas. Tiro n%ur%': 6peran de la misma manera que una c$imenea de un $orno. La diferencia entre la densidad del aire en la torre y en el e7terior originan un flu*o natural de aire frio en la parte inferior y una e7pulsión del aire caliente menos denso en la parte superior.
%&ern, '!!!(. Las torres de tiro mecánico pueden ser del tipo de tiro for-ado %figura.'.(, en donde el aire se empu*a en la torre mediante un ventilador en el fondo. )stas torres están su*etas particularmente a la recirculación del aire caliente y $+medo que es tiro for-ado debido a la ba*a velocidad de descargado, dentro de igura.'. la toma4orre deldeventilador,
descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre. )n el tipo de tiro for-ado %figura '( el aire entra a travs de una abertura circular mediante un abanico, y debido a esto se debe suministrar una altura de torre y su volumen correspondiente de relativa inefectividad, que se usa como entrada de aire %4reybal, '!!8(.
COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA Los fenómenos de transporte tienen lugar en aquellos procesos, conocidos como procesos de transferencia, en los que se establece el movimiento de una propiedad % masa, momentum o energía( en una o varias direcciones ba*o la acción de una fuer-a impulsora. 5l movimiento de una propiedad se le llama flu*o. Los procesos de transferencia de masa son importantes ya que la mayoría de los procesos químicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos. Para esto en general, se utili-an las operaciones de transferencia de masa. La transferencia de masa cambia la composición de soluciones y me-clas mediante mtodos que no implican necesariamente reacciones 9uímicas y se
caracteri-a por transferir una sustancia a travs de otra u otras a escala molecular. Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente composición, la sustancia que se difunde abandona un lugar de una región de alta concentración y pasa a un lugar de ba*a concentración. Para la obtención de la altura de la -ona empaquetada %-( se obtiene por la siguiente ecuación: T L 2
k y az dt L = L ´ T H ´ ∗− H ´
∫
%'(
L 1
)n esta ecuación, el segundo miembro contiene las condiciones termodinámicas para el proceso de enfriamiento en función de las propiedades de entrada y salida del aire. )l lado i-quierdo es independiente de las condiciones termodinámicas de la torre y como se aprecia el +nico factor que no se puede obtener por medio de los datos de las condiciones de diseño, es el grupo
Para obtener el valor del grupo k y a • • • • • • • •
k y a .
es necesario conocer:
4emperatura del agua a la entrada de la torre 4emperatura del agua a la salida de la torre lu*o másico de agua 4emperatura de bulbo seco del aire a la entrada 4emperatura de bulbo $+medo del aire a la salida 4emperatura del bulbo $+medo del aire a la entrada ;rea transversal de la torre 5ltura de la -ona empaquetada
Con estos datos se puede obtener, indirectamente el diagrama de operación del equipo e7perimental y a partir de este, el diagrama de integración
k y a
EFICIENCIA DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO La eficiencia de enfriamiento de estas unidades, está dada en general por la siguiente relación: ∈=
enfriamiento real x 100 enfriamientoideal
)l enfriamiento real, está dado por el rango de enfriamiento y el enfriamiento ideal está dado por la suma del rango de enfriamiento y la apro7imación. )l rango de enfriamiento es =
T L 2−T L 1 ( ℃ )
y la apro7imación es =
T L 1−T w 1 ( ℃ ) que reempla-ados en la e7presión propuesta quedara: ∈=
T L 2 −T L 1 T L 2−T L 1 + T L 1−T w 1
x 100=
T L 2−T L 1 T L 2− T w 1
x 100 >%/(
)sta +ltima e7presión pone de manifiesto que el rango de enfriamiento y la apro7imación definen los límites del rendimiento de una torre dada, es decir que si el agua se enfriara en una instalación ideal, la mínima temperatura que podrá alcan-ar seria la temperatura del bulbo $+medo, es decir se obtendría una eficiencia má7ima.
MATERIALES
T L 1=T w 1 con lo que
Para esta práctica es necesario disponer de una instalación de una torre de enfriamiento que se encuentra en el laboratorio de ?ngeniería 9uímica. Probeta graduada de /@0 ml. Cronómetro. le7ómetro. vernier. Psicrómetro. 5nemómetro. 4ermómetro. Aesistencia elctrica. Bangueras.
REACTIOS * SERICIOS AU+ILIARES, • •
5gua. 5ire.
SECCIÓN DE RECOMENDACIÓN, Para el desarrollo de esta práctica tienen que coordinarse de manera adecuada, ya que $ay que medir diversas variables en la torre. Para que esta práctica se desarrolle de una manera adecuada, el agua debe ser calentado a la temperatura de 0<@
℃
al tomar medidas de temperaturas en el tanque con el
termómetro tener cuidado con el agua, para evitar cualquier tipo de accidentes.
)s importante que para $acer una buena práctica procurar formar un sello $idráulico en el fondo de la torre, para evitar que el aire se diri*a $acia la parte de aba*o. Aeali-ar la práctica rápidamente para evitar que se caliente el aire en el compresor, ya que tendríamos datos erróneos, y por consecuencia resultados malos.
PROCEDIMIENTO Earemos el e7perimento con un solo caudal de agua y un mismo caudal de aire. '. Ferificar que el aspersor y el tanque de almacenamiento de agua se encuentren limpias para evitar que se tape la boquilla. /. Ferificar que la llave de paso est completamente cerrado y llenamos el tanque con agua al !0
'0.2i no se logran tomar todas las mediciones, volver al paso Ho. / y reali-ar todo el procedimiento. ''. 5 lo largo de la e7perimentación, $emos de vigilar que la temperatura del agua no ba*e de los 0 grados centígrados. '/.na ve- finali-ado la práctica, cerrar la llave de paso.
SECCIÓN ILUSTRATIA igura./.
igura.8.
igura.. Enr%d% de %-u%
S%'id% de %ire
Zon% e!.%/ue%d%
Enr%d% de %ire
TA0LAS DE RESULTADOS
S%'id% de %-u%
TA0LA, 1, DIMENSIONES DE LA TORRE Z %m( Di %m( A% m ( 2
TA0LA,2, DATOS DE LA CORRIDA DE LA TORRE DE T L 1 ( ℃
T L 2 ( ℃
ENFRIAMIENTO T W ( T W ( ℃ ) T G ( ℃ 1
2
L
T G 2( ℃ )
1
L
(¿¿ h ) ¿
TA0LA,3, CALCULOS O0TENIDOS CON LOS DATOS DE LAS TA0LAS 1 * 2 Y ´ 2
(4-54-
Y ´ 1
H ´ 2
H ´ 1
(4-54-)
(4654-)
(4654-)
∈
K Y a ( kg / hr.m
) )
3
)
(7
