PRÁCTICA N° 04: ENFRIAMIENTO DE AGUA POR EVAPORACION (HUMIDIFICACIÓN) I. OBJETIVOS 1.1 Objetivos generales: Conocer los principios básicos de los procesos de enfriamiento del agua, utilizando una torre de enfriamiento. 1.2 Objetivos específicos: Determinar la variación de flujo del agua (L) Determinar el flujo del aire (G) Calcular el coeficiente de transferencia de masa Evaluar el enfriamiento experimental a diferentes flujos de aire y agua. II. FUNDAMENTO TEÓRICO Los procesos de enfriamiento del agua se cuentan entre los más antiguos que se conocen. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque. El proceso de transferencia de calor comprende: La transferencia de calor latente debido a la evaporación de una porción pequeña de agua. La transferencia de calor sensible debido a la diferencia de temperatura entre el agua y el aire. La posible eliminación teórica de calor por libra de aire circulado en una torre de enfriamiento depende de la temperatura y el contenido de humedad del aire. La temperatura de bulbo húmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, esta es la temperatura teórica más baja a la que puede enfriarse el agua. TEORÍA DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO y en un punto que tiene una entalpía correspondiente a la temperatura de entrada de bulbo húmedo. verticalmente por debajo de B. pero siguiendo una dirección opuesta al flujo del agua. Torres De Tiro Mecánico . Se supone que cada partícula de agua esta rodeada por una película de aire y que la diferencia de entalpía entre la misma y el aire circundante proporciona la fuerza impulsora para el proceso de enfriamiento. es la que desarrolló Merkel. Este análisis se basa en la diferencia del potencial de entalpía como fuerza impulsora.h). En la figura siguiente se ilustran las relaciones del agua y el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de contraflujo. La línea de operación del aire principia en C. La línea BC. en donde el aire fluye en sentido paralelo.La teoría del proceso de transferencia de calor en una torre de enfriamiento. El aire que sale de la torre se representa por medio del punto D y la gama de enfriamiento es la longitud proyectada de la línea CD sobre la escala de temperaturas. La línea de operación del agua esta representada por la línea AB y se especifica por medio de las temperaturas del agua de la torre en la entrada y salida. representa la fuerza impulsora inicial (h’. En la actualidad se emplean dos tipos de torres de tipo mecánico. Después de determinar la concentración de agua necesaria. El funcionamiento de enfriamiento de cualquier torre que tiene una profundidad dada varia con la concentración del agua. El fabricante de las torres de flujo transversal puede reducir con eficacia la característica de torre a acercamientos muy bajos incrementando la cantidad de aire para proporcionar una razón L/G mas baja. El tiempo de contacto entre el agua y el aire se dictamina en mayor grado por el tiempo necesario para que el agua se descargue por las boquillas y caiga a través de la torre hasta el depósito. entre la concentración del agua expresada en gal/(min)(ft2). la ventaja de ubicar el ventilador y el motor propulsor fuera de la torre. En la torre de tiro Forzado. sino sobre todo alargando la torre para aumentar el área de corte transversal para el flujo de aire. ningún incremento en la relación aire agua generará el enfriamiento deseado. un ventilador se monta en la base y se hace entrar el aire y se descarga a baja velocidad por la parte superior. el área de la torre se calcula dividiendo los gal/min que circulan. La torre de tiro inducido es el tipo que se emplea con mayor frecuencia en Estados Unidos. obteniendo así el potencial máximo de entalpía. la configuración a contraflujo es más eficaz . Si el tiempo de contacto es insuficiente. pero debido a la escasa velocidad del aire de salida. El problema de calcular el tamaño de una torre de enfriamiento. la torre se somete a una recirculación . el de tiro forzado y el de tiro inducido. ya que el agua más fría entra en contacto con el aire más frío. El aumento en el flujo de aire no se logra necesariamente incrementando la velocidad del mismo. la cual se divide en torres de contraflujo y de flujo transversales. consiste en determinar la concentración apropiada de agua que se necesita para alcanzar los resultados deseados. Desde el punto de vista termodinámico. . por lo que no se somete a corrosión . también la temperatura del gas de salida (parte superior de la torre) cada 30 segundos. Tomar datos de la temperatura del agua antes de ser vertida. Compresor de 10 galones de capacidad Cocinilla eléctrica 2 termómetros 2 depósitos de agua (baldes pequeños) Manómetro . controlando el tiempo. Llenar el compresor y fijar la cantidad de aire con el manómetro. (Medir la temperatura de esta muestra). calentar previamente el agua. Con un termómetro fijar la temperatura del ambiente En la cocinilla eléctrica. Colocar el segundo depósito a la salida de la torre de enfriamiento para recibir el flujo de agua saliente. Matraz Método de Trabajo: Instalar el equipo (torre de enfriamiento tipo banco). Verter racionalmente el agua del primer depósito por la parte superior de la torre. Medir también lo que indica el manómetro al final del proceso para poder determinar la cantidad de aire empleado. . y colocarlo en uno de los depósitos del agua. luego tomar un volumen de 1 L.20 m de altura. y la temperatura del flujo de agua inferior.III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DATOS DEL EQUIPO: Torre de enfriamiento experimental de 8” diam. y 1. Al mismo tiempo abrir las válvulas del compresor y hacer circular el aire a través de la torre. 95 2. . CÁLCULOS Y RESULTADOS Base de datos: Datos del Experimento: Tiempo (seg.1 2. No existen pedidas de calor en toda la columna. Se hace un tratamiento de gas ideal para el aire. IV.3 3. Y medir el volumen de agua que se recepcionó en el segundo balde.5 Datos tomados en la práctica: Temperatura ambiente: 28C Volumen de agua inicial: 1000mL Volumen de agua Final: 967mL Tiempo de la operación: 3 minutos 4 segundos. Al terminar de verter el agua.5 6.7 5 4. anotar el tiempo total del proceso. Temperatura inicial del agua caliente: 42ºC Temperatura final del agua caliente: 32ºC Suposiciones para el desarrollo de los cálculos: El aire a la salida de la torre sale como un aire saturado.) P(Bar) 0 30 60 90 120 150 180 220 7.5 5. ESQUEMA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO tL1=42°C L1=0.315Kg/min ( ) ( ) ( ) MOLES DE AIRE AL INICIO DE LA OPERACIÓN ( ) ( ) .326Kg/min TG1=36°C TG2=28°C tL2=32°C L1=0. ( ( ) ) MOLES DE AIRE AL FINAL DE LA OPERACIÓN ( ( ) ( ) ) ( ) ( ( ) ) MEDIANTE EL USO DE LA CARTA DE HUMEDAD CALCULAMOS LOS SIGUIENTES DATOS: En la entrada a la torre: Tbs =28°C y Tbh = 24°C - Calculamos la Humedad inicial - Calculo de la entalpia en la entrada: ( ) . ( - ) En la salida de la torre: Calculamos la humedad tomamos como aire saturado Calculo de la entalpia: Según cartas psicormetricas FLUJO DE MASICO DE AIRE SECO Convertimos todo a minutos ( ) ( ) . 967L= 0.118 9 5 8 9 1.146 0.139 0.125 82 91 9 0.111 90 96 6 0.118 0.168 1.062 N=3.i 1/ i* .967Kg de agua ) ( ) CALCULO DEL FACTOR DE ENFRIAMIENTO ( ( - ) ) Ahora hallamos el Kga: i i* i* . FLUJO DE AGUA ( 1L= 1Kg de agua ) ( ( ) ( ) ( ) 0.i 72 80 8 0.695 1.062 0.167 96 114 104 123 8 9 0.111 Hallamos Kga: Valor medio Intervalo Integral 0.987 .125 0. ⁄ ⁄ = 37. entonces: ⁄ ⁄ - Hallamos nH : Si es vapor saturado - Calor absorbido por el aire: ( ) ( ) ( ) .63 Encontramos área DIAMETRO=10cm ( ) Lo dividimos entre el aire. ) Caudal Prom.h) 72 Tabla Nº 04 – Evaluación de la Torre.) P(comp. RESULTADOS Tabla Nº 01 – Lectura de Datos Ex p 1 Aire Agua P(man. Exp 1 Flujo de aire (G) ⁄ Entalpía del aire (KJ/Kg aire seco) Entrada Salida Coeficiente de transferencia de masa Kg (Kg/m3.5bar Aire Hr t (tiempo) 70% 3. T1 T2 t1 t2 28° C 36°C 42C 32°C 7.5bar Tabla Nº 02 – Cálculo de Humedad de aire. Experiencia Agua (kg) Flujo de agua Humedad del ) aire( 1 Entrada Salida 1 0. ⁄ .967 Entrada Salida Entrada Y2 Salida Y1 Tabla Nº 03 – Cálculo del Coeficiente de Transferencia de Masa (Kg).0667 min H2O 2. el cual no toda la masa de agua fue transferida a la corriente de aire q salió por la cabeza de la torre. VI. esto se presenta porque para hacer los cálculos se hizo la suposición que la mezcla de aire sale saturada. RECOMENDACIONES . existió una fracción de agua q se perdió por por incorrectas prácticas de medición y otra pequeña fracción quedo en los rellenos interiores de la torre de enfriamiento. Se determinó que la temperatura del agua disminuyó de 42 a 32 °C.0667 minutos. lográndose el objetivo de la práctica.Capacidad GPM de líquido Carga de calor (Kcal/min) Factor de enfriamiento L/G Eficiencia 1 V. lo cual nos indica que existio una elevada transferencia de calor dentro de la torre. el cual se hizo porque al no contar con más equipos para poder determinar todas las características del aire de salida no hubiera sido posible el cálculo del coeficiente de transferencia de masa. El flujo de aire (G) u fue . el enfriamiento del agua por evaporación. Un caso particular es el de la eficiencia en la torre la cual si nos damos cuenta es la unidad. CONCLUSIONES Se registró un gasto de 33 ml en un tiempo de 3. el cual se determinó haciendo un análisis de gas ideal a las condiciones de presión y temperatura tomadas en la práctica. Para este proceso se pudo determinar el coeficiente de transferencia de masa: ⁄ . Maus. BIBLIOGRAFÍA VIII.E. R. Mc.A. C. Wenzel. etc.C. Problemas de Ingeniería Química. GrawHill. Editorial Reverté. McCabe-Smith. Operaciones Básicas de Ingeniería Química.S. Pues estos datos mientras más exactos sean nos dará un resultado más real. Andersen (1979) “Principios de operaciones unitarias” Ed. Se recomiendo ser muy cuidadoso al momento de realizar las mediciones ya sea de presión. Ocon tojo. Operaciones Unitarias. volumen. Foust. temperatura. (1980) “Operaciones de transferencia de masa” Ed. 1978. ANEXOS COMPRESORA . Treybal. VII.E. Clump. TORRE DE ENFRIAMIENTO . Lectura Periódica del Manómetro .