PRÁCTICA NO. 5 ENFRIAMIENTO DE AGUA CON AIRE

PRÁCTICA NO. 5

ENFRIAMIENTO DE AGUA CON AIRE

OBJETIVO

Determinar experimentalmente el número de unidades de transferencia de una torre de enfriamiento.

INTRODUCCIÓN

El enfriamiento de agua constituye una interacción aire-agua muy importante en las industrias de proceso, ya que existen industrias que descargan agua caliente, por ejemplo proveniente de intercambiadores de calor y condensadores, en las cuales es mucho más económico enfriarla y volver a usarla que simplemente desecharla; los equipos industriales para enfriar el agua caliente con aire atmosférico se denominan torres de enfriamiento de agua.

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, con una temperatura menor a la temperatura del agua, en estas condiciones, el agua se enfría por transferencia de masa (evaporación), originando 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 del aire a la entrada de la torre. Parte del agua que se evapora, causa la emisión de más calor.

El 80 % de dicha transferencia de calor se debe, al calor latente y el 20 % al sensible, por lo tanto es posible eliminar en un balance de entalpías el o los términos del calor sensible con lo que dicho balance quedaría de la siguiente forma:

[pic 1]

Dónde:

tL = Temperatura del líquido °C

G´s = Flujo del aire Kg/seg

CAL = Capacidad calorífica del líquido KJ/Kg °C

L´= Flujo de líquido Kg/seg

H´= Entalpía de la mezcla gas-vapor a la entrada y salida de la torre. KJ/Kg

A la ecuación 1 se le conoce como la ecuación de la línea operante que es posible graficar obteniendo una recta por debajo de la línea de equilibrio.

Para una columna de altura Z, el número de unidades de transferencia totales se obtiene por integración gráfica siguiendo el procedimiento siguiente:

1. A partir de la gráfica de la línea  operante y de equilibrio, se obtendrán los siguientes datos: H', H'*, y 1/(H’* - H') tal como se muestra en la figura 1, en intervalos de tL tales que se obtengan al menos 5 datos y, con estos, calcular los datos solicitados en la tabla de resultados No. 1, 2 y 3.
2. Una vez obtenido estos datos construir una gráfica de 1/(H’* - H') vs. H’ desde H'1 hasta H'2 (ver figura 2).

[pic 2]

Figura 1. Línea de operación de una torre de enfriamiento

[pic 3]

Figura 2. Determinación del número total de unidades de transferencia en una torre de enfriamiento.

MATERIAL Y EQUIPO

• Torre de enfriamiento que consta de las siguientes partes:

1. Cuerpo principal rectangular
2. Ventanillas móviles
3. Rompedor de gotas
4. Charola recolectora
5. Bomba de agua (recirculador)
6. Resistencias eléctricas
7. Ventilador
8. Aparatos de medición
9. Termómetros

• 1 termómetro
• 1 medidor de velocidad del aire
• 1 medidor de humedad relativa

PROCEDIMIENTO

1. Llenar la charola con agua a temperatura  ambiente
2. Prender la bomba de recirculación del agua y fijar un gasto volumétrico mediante la utilización del rotámetro.
3. Verificar que las ventanillas estén totalmente cerradas y que el rompe gotas distribuye uniformemente el agua de tal manera que toda la sección transversal de la columna sea cubierta.
4. Prender las resistencias eléctricas y el ventilador.
5. Esperar el tiempo necesario para que el sistema se estabilice. Lo anterior se logra cuando la temperatura de entrada sea constante.
6. Registre las temperaturas de entrada y salida del agua y del aire, la humedad relativa en la entrada y salida del aire, el flujo volumétrico del agua y la velocidad del aire a la salida del ventilador
7. Varíe el flujo del agua y de nuevo esperar a que el sistema se estabilice para registrar de nuevo los datos del punto anterior.
8. Repetir el proceso 3 veces.

RECOMENDACIONES

1. Registre en dos ocasiones las lecturas de datos para cada corrida dejando transcurrir 5 minutos entre ellas.
2. Realizar las corridas de mayor a menor flujo de agua

REPORTAR

Obtener los datos que se piden en la tabla de resultados 1 y 2

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