Torre de Enfriamiento Jg.correccion.100%

UNIVESIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA

FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA Departamento Académico de Operaciones Unitarias LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II Nº DE PRÁCTICA 6 REPORTE

Facultad de Química e Ing. Química

Dpto. Académico de Operaciones Unitarias

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TABLA DE CONTENIDO

pág. RESUMEN

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DETALLES EXPERIMENTALES EXPERIMENTALES

4

TABULACION DE DATOS Y RESULATADOS

6

DISCUSION DE RESULTADOS

9

CONCLUSIONES

10

RECOMENDACIONES

10

BIBLIOGRAFIA

10

2



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1. RESUMEN El presente informe corresponde a la práctica de “Torre de enfriamiento”, las condiciones ambientales en las que se llevo a cabo la experiencia fueron 20ºC y 756 mmHg de presión atmosférica. La torre de enfriamiento usada es del tipo denominado “Tiro mecánico inducido”, el empaque que tiene está compuesto por listones de madera dispuesto horizontalmente y paralela.

Se hicieron tres pruebas variando el flujo másico del agua, la primera a 1.122Kg/s, la segunda a 0.762 Kg/s y la tercera a 0.402 Kg/s, midiéndose la temperatura de bulbo seco (TBS) y temperatura de bulbo húmedo (TBH), con los cuales se calcularon la humedad absoluta (H) y luego la entalpia (Hy) del flujo de aire. Los flujos de aire que se obtuvieron fueron: 7.62, 3.49 y 2.00 kg/s.m2 para la primera, segunda y tercera corrida respectivamente.

3



2. DETALLES EXPERIMENTALES Materiales y equipos Termómetros Psicómetro Cronómetro Balanza Rotámetro Recipiente Flujo de agua caliente Aire        

Equipos Torre de enfriamiento Caldera Intercambiador de calor de doble tubo   

Procedimiento

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3. TABLAS DE DATOS Y RESULTADOS Tabla Nº1: Datos de laboratorio Presión (mmHg) Temperatura (°C) 756

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Tabla Nº2: Dimensiones de la Torre de Enfriamiento Material Cemento , ladrillo Sección interna (mm) 930 x 1000 Altura de empaque (mm) 1350 Empaque Material Listones de madera Dimensiones prom (mm) 930 x 9 x 4 Paralelas intercaladas con la cara ancha perpendicular al flujo Disposición (27 filas) Alimentación de flujo de Sistema compuesto por tubos en paralelos perforados parte

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DATOS DE OPERACIÓN Tabla Nº4: Datos evaluados para determinar la curva de operación CORRIDA 1 CORRIDA 2 CORRIDA 3 L (kg H2O/s) 1.122 0.762 0.402 29 28 28  (ºC) 40 33 35  (ºC) HY1 (kJ/ kg AS) 50.81 50.81 51.07 HY2 (kJ/ kg AS) 54.12 57.69 61.01 0.0124 H1 (kg H2O / kg AS) 0.0125 0.0125

̅ ̅

H2 (kg H2O / kg AS)

0.0134

0.0144

0.0153

RESULTADOS Tabla Nº5: Flujos de aire seco calculados CORRIDA 1 CORRIDA 2 CORRIDA 3 L (kg H2O/ s) 1.122 0.762 0.402 2 L’(kg H2O/ m s) 1.206 0.819 0.432 G’ (kg AS / m2 s) 7.62 3.49 2.00

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Tabla Nº9: Datos para la Curva de Equilibrio T Pv H (Kg H2O/KgAS) (ºC) (mmHg)

Hy (KJ / Kg)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

4.926 5.294 5.685 6.101 6.543 7.013 7.513 8.045 8.609 9.209

0.004 0.004 0.005 0.005 0.005 0.006 0.006 0.007 0.007 0.008

11.217 12.999 14.831 16.717 18.658 20.662 22.732 24.873 27.086 29.378

11

9.844

0.008

31.749

12

10.518

0.009

34.207

13 14 15 16

11.231 11.987 12.788 13.634

0.009 0.010 0.011 0.011

36.754 39.398 42.144 44.995

30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46

31.824 33.695 35.663 37.729 39.898 42.175 44.563 47.067 49.692 52.442 55.324 58.345 61.504 64.800 68.260 71.882 75.650

0.027 0.029 0.031 0.033 0.035 0.037 0.039 0.041 0.044 0.046 0.049 0.052 0.055 0.058 0.062 0.065 0.069

100.056 105.417 111.032 116.908 123.061 129.508 136.262 143.341 150.766 158.552 166.727 175.316 184.329 193.774 203.732 214.213 225.192

47

79.600

0.073

236.778

48

83.710

0.077

248.934

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4. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Para el cálculo de los flujos de líquido en cada corrida se utiliza una curva de calibración. El rotámetro con el que cuenta el equipo no es un instrumento confiable, por esta razón se realiza una calibración previa tomando volúmenes de agua para un determinado tiempo, esto se realiza para cada lectura del rotámetro y luego graficando los flujos reales versus los flujos leídos en el rotámetro, obteniéndose así una recta de calibración (Gráfica N° 1). Para fines prácticos el eje de las abscisas muestra la lectura del rotámetro en (lpm) y el eje de las ordenadas el flujo de líquido en Kg/s. En la Gráfica N° 2, 3 y 4 se observan dos curvas, una curva de equilibrio y una curva de operación. La curva de operación de obtiene de los datos de entrada y salida de agua y aire de la torre de enfriamiento. Esta gráfica también sirve para tomar lecturas de H y*; para esto se ubica un punto en la curva de operación, se proyecta este punto hasta la que intercepte a la curva de equilibrio y a partir de la intersección medir en la horizontal el valor de H y* correspondiente al valor en la curva de operación. Con los datos de H y* se construye la Gráfica N°8, que es útil para el cálculo del coeficiente global de transferencia de masa. En esta práctica se realizan tres corridas de experimentos de enfriamiento, la primera a

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5. CONCLUSIONES [1] Los coeficiente globales de transferencia de masa son 1.09 x 10 -6 Kmol / m3 s Pa (caudal de 65 lpm)), 6.60 x 10-7 Kmol / m3 s Pa, (caudal de 45 lpm) y 4.49x 10-7 Kmol / m3 s Pa (caudal de 25 lpm), siendo estos valores no muy cercanos entre sí. El promedio es  Kmol / m3 s Pa. 7.33

 

 

 Kmol / m3 s Pa para el primer [2] El coeficiente de película calculado es de 1.29  Kmol / m3 s Pa para el segundo caudal de 45 lpm y caudal de 65 lpm, de  Kmol/ m3 s Pa, para el tercer caudal, para lo cual el valor promedio es 5.87  Kmol / m3 s Pa. 9.10

   



6. RECOMENDACIONES El mantener constante la temperatura de entrada de líquido es de suma importancia

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8. APÉNDICE 8.1 ELABORACION DE LA CURVA DE EQUILIBRIO AGUA – AIRE Calculo de la Humedad Para 20ºC le corresponde según la tabla de presión de vapor del agua una presión de vapor (PA) igual a 17.544 mmHg. Datos: PA = Pv (20ºC) =17.544 mmHg Ptotal (atmosférica) = 756 mmHg Luego:

)  (  ) (     )  (  )   (      

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Para un flujo volumétrico de agua: 65 L/min en el rotámetro; Se halla la densidad del agua a la temperatura de entrada (T L2), y luego el flujo másico de entrada L 2 (kg/s): El flujo másico para 65 L/min se obtiene al reemplazar este valor en la ecuación de calibración del rotámetro. De la gráfica N°1.

        Para el aire Haciendo uso de la carta psicométrica hallamos la humedad (kg H2O/kg AS) a la temperatura de bulbo húmedo y a la temperatura de bulbo seco correspondiente, obteniendo:

    Para la salida del aire se obtuvo:

   

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CL = 4.187 KJ/Kg-K Velocidad másica del agua por unidad de área L’ (Kg/m 2 s)

   

               

Pendiente de línea de operación = 0.662 KJ/Kg-K

                      8.4 DETERMINACION DEL COEFICIENTE GLOBAL K ga De la relación:

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Para la integral, primero se hallan los H Y y sus correspondientes H* Y para elaborar la gráfica 1/(H*Y – HY) vs HY y obtenemos (Gráfica Nº2) TL

Hy(J/kg)

H*Y

1/(H*Y - HY)

28

50810

89770

2.57E-05

29

51472

94530

2.32E-05

30

52134

99510

2.11E-05

31

52796 104710

1.93E-05

32

53458 110160

1.76E-05

33

54120 115860

1.62E-05

De la grafica se obtiene una curva con ecuación:



Que no es otra cosa que:

  

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8.5 CALCULO DEL COEFICIENTE DE PELICULA Para determinar el coeficiente de película se usa el método de Mickley. Se tiene la temperatura de entrada y salida, del aire y del agua fría respectivamente, la altura de la torre, tenemos las siguientes relaciones:

                 El procedimiento consiste en graficar (Gráfica Nº **) el punto correspondiente a la temperatura del aire húmedo T BS1= 19ºC y H y1= 50.81 kJ/kg, se asume un valor de

 (que 

es la pendiente) y se procede a ubicar la temperatura de salida del aire T BS2, esta debe coincidir con la T BS2 que obtenemos en la práctica; si no concuerda, se asume otro valor de

 , hasta que coincida. Luego de hallar la pendiente se procede a desarrollar la integral  ∫ 

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 y                

Al integrar esta ecuación dentro del os limites

 Calculo de kga:

           

                     

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De la grafica obtenemos:

CL = 4.187 KJ/Kg-K L = 1.1281 Kg/ s


    

-

   

Evaluando:

                                           De igual forma para los caudales de 45 y 25 LPM.

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GRÁFICAS

1.6 1.4 1.2 ) s / g K ( l a e R o j u F

1

0.8 0.6 0.4 y = 0.0181x - 0.0484 R² = 0.9963

0.2 0 0

10

20

30

40

50

60

Flujo del Rotámetro (LPM)

Gráfica N°1 Curva de Calibración del Rotámetro

Laboratorio de Ingeniería Química II

Práctica N° 06: Torres de Enfriamiento

70

80



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3.00E-05

2.50E-05

2.00E-05 ) y H y * H ( / 1

y = -3E-09x + 0.0002 R² = 0.9906

1.50E-05

Series1 Linear (Series1)

1.00E-05

5.00E-06

0.00E+00 50500

51000

51500

52000

52500

53000

53500

54000

54500

Hy

Curva

versus

Gráfica N°8 – Determinación de la ecuación para el cálculo de la integral utilizando coeficientes globales de transferencia de masa para Caudal 65 lpm.





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3.50E-05 3.00E-05 2.50E-05 ) y H i y H ( / 1

y = -3E-09x + 0.0002 R² = 0.9954

2.00E-05 Series1

1.50E-05

Linear (Series1)

1.00E-05 5.00E-06 0.00E+00 50500 51000 51500 52000 52500 53000 53500 54000 54500 Hy (J/Kg)

Gráfica N°9 Curva

versus

– Determinación de la ecuación para el cálculo de la integral utilizando coeficientes de película para Caudal de 65 lpm.



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