Cálculos Torre de Enfriamiento de Laboratorio

8/19/2019 Cálculos Torre de Enfriamiento de Laboratorio

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Práctica #3 - Humidifcación

Torre de Enfriamiento

Objetivos

Se pretende realiar un !alance de masa " ener$a aplicado a la torre deen%riamiento& Se utiliarán datos de la práctica #3 'Humidifcación(&

Se pretenden calcular los valores de No " Ho " la altura teórica " secomparará con la altura real para determinar la efciencia Ht)Hr&

Introducción

La evaporación es clave en la ma*imiación de la efciencia& Cuando aire pasaa través de una torre de en%riamiento+ éste induce a la evaporación del aua&Para ,ue el aua evapore primero de!e consumir una ran cantidad de ener$apara cam!iar de estado de l$,uido a as& Esto es conocido como calor latentede vaporiación& Por lo cual+ incluso el más pe,ueo porcenta.e de evaporación,ue ocurre en la torre disminu"e sinifcativamente la temperatura del aua desalida&

Con el !alance de ener$a se pretende demostrar 'teóricamente( ,ue laener$a proporcionada por el aua es la misma cantidad de ener$a ,ue reci!eel aire& /demás+ con el !alance de masa es posi!le sa!er la cantidad de aua,ue %ue evaporada&

El o!.etivo de la práctica " del reporte es la realiación de !alance de ener$a "masa para este sistema&

Fundamento teórico

La misma operación utiliada de 0umidifcar el aire+ puede ser empleada paraen%riar el aua& Ha" muc0os casos prácticos en los ,ue se descara auacaliente1 es más económico en%riarla " volverla a utiliar+ ,ue descartarla& Esteen%riamiento se lora poniendo el aua en contacto con aire no saturado !a.ocondiciones tales ,ue el aire se 0umidifca " el aua llea casi a la temperaturade !ul!o 02medo& Este método es aplica!le solo cuando la temperatura de!ul!o 02medo del aire esté por de!a.o de la temperatura deseada para el auade salida& Ha" tres tipos de aparatos en los ,ue eso se lora los estan,ues depulveriación+ las torres de en%riamiento de circulación natural+ " las torres deen%riamiento de circulación mecánica

4odos los métodos de en%riamiento de aua por contacto con aire involucran elproceso de su!dividir el aua de manera ,ue presente la ma"or superfcie alaire& Esto puede lorarse de la manera más simple+ por espreamiento del aua&

Las torres de en%riamiento de circulación natural pueden ser de dos tipos5 dec0imenea " de circulación atmos%érica& 6n e.emplo se muestra en la 7i& 3& Loslados de una torre de este tipo están totalmente cerrados e*cepto unasentradas de aire cerca del %ondo& El material tipo re.illa+ ,ue distri!u"e el aua+está confnado a una sección relativamente corta en la parte in%erior de latorre+ " la ma"or parte de la estructura es necesaria para la producción del tiro&


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6na desventa.a es la altura necesaria para producir el tiro " ,ue el aua de!eser más caliente ,ue la temperatura de !ul!o seco del aire+ de manera ,ue elaire se caliente " produca el tiro& Las torres de circulación mecánica usan

ventiladores para 0acer circular el aire& 6sualmente se conocen como de8circulación %orada8 si los ventiladores están en el %ondo+ " de 8circulacióninducida8 si están en la parte superior& Estas 2ltimas se preferen por,ue evitanel rereso del aire saturado a la torre+ lo cual ocurre con la circulación %orada&

Procedimiento

Las condiciones a las ,ue se realióla práctica %ueron 9:; mmH

medidos con !arómetro " las ta!lasde datos contienen las condicionesde temperatura& El amperes&

Las caracter$sticas del aire semidieron con psicrómetros " lascondiciones del e,uipo son5

• /ltura >Bcm&

• Lonitud del empa,ue =B cm =Bcm&

• El e,uipo conten$a ?@: !arras de =B cm @&3 cm como empa,ue&


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Para la operación de la torre de en%riamiento se procedió de la siuientemanera5

• Se alimentó con aua la torre " se encendió la resistencia de

calentamiento&• Se encendió el ventilador " la !om!a de aua&

• Se operó adia!áticamente la torre&

• Se tomaron lecturas de la temperatura del aua antes " después del

espreado&• Se tomaron lecturas de la temperatura de !ul!o 02medo " seco del aire

a la entrada " a la salida de la torre&

Resultados

De la e*perimentación se o!tuvieron los siuientes datos& Se realiaron un totalde @@ corridas con duración de 3 minutos cada una e iniciando con una corridaa tiempo cero+ dando un total de 3; minutos de e*perimentación&

La ta!la se presenta a continuación5

TORRE DE ENFRIAMIENTO G!"!#$%G&'

(ORRIDA

Aire A)uaEntrada 'alida * !"!#+

,)&st -min. Tbs Tb/ Tbs Tb/ Te Ts

0 ; ?A @B ?? @> ?@ @>1 3 ?A @B ?3 @B ?:&= ?@&=+ 9 ?A @B ?3 @B ?:&= ?@&=2 B ?A @B&3 ?3 @B&= ?= ?@&=3 @? ?A @B&= ?3 ?; ?= ??# @= ?A @B&= ?: ?; ?= ??4 @> ?A&@ @B ?: ?; ?=&= ??&=$ ?@ ?A @B ?: ?; ?=&= ??&=5 ?: ?9&B @B ?: ?;&= ?9 ?3

0! ?A ?9&B @B ?: ?@ ?9 ?300 3; ?9&B @B ?: ?; ?9 ?3

6Tem7eraturas en 8(


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9alances de Ener):a ; Masa

An


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0=G2hgas, 2+ Lhliq ,2−G1hgas, 1− L1h liq,1

0=G(hgas,2−hgas ,1)+( L1− Levaporado )hliq ,2− L1 hliq, 1

*Potter, M.C. and C.W. Somerton, Schaum’s Outlines Thermodynamics

for Engineers; Mcra!"#ill, $e! %or&, $.%., '(().

Ejem7lo de cAEntrada 'alida

t -min. Tbs Tb/ Tbs Tb/ Te Ts0! ?A ?9&B @B ?: ?@ ?9 ?3

Para encontrar el aua evaporada se usa el !alance de masa de la %ormasiuiente5

L1− L

2=G (Y 2−Y 1 )= Levaporado

Para encontrar L? es necesario conocer F de entrada " salida&

Se recurre a la calculadora por parte de /merican Societ" o% Heatin+Re%rieratin and /ir-Conditionin Enineers'0ttp5))III&da"tonas0rae&or)ps"c0rometrics&s0tml(

• H@ aire G 9;&=B JK) aire seco

• H? aire G 9>&:9 JK) aire seco

• F@ G ;&;@3@= vapor) aire seco

• F? G ;&;@A:? vapor) aire seco

• H@ li,& Entrada G @;B&;B9 JK)• H? li,& Salida G B9&=:B9 JK)

L2= L

1−G (Y 2−Y 1 )

L2=0.063

kgagua

s −

0.068 k g a . s .

s (0.01742−0.01315 )

kgagua

k g a .s . =¿ ;&;9?A;B9: )s

http://www.daytonashrae.org/psychrometrics.shtmlhttp://www.daytonashrae.org/psychrometrics.shtml


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Para conocer el


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0! ?A ?9&B

@B 9;&=B ;&;@3@= ?: ?@ 9>&:9 ;&;@A:?

00 3; ?9&B

@B 9;&=B ;&;@3@= ?: ?; 9:&:> ;&;@=>=

(orrida Te ? li=

0Ts ? li=

1*1

-salidaa)ua.

*eva7or

ado

9alance deener):a -%.

0 ?@ >>&@>?=

@> A=&9?9>

;&;9?B=9:>

:&3=?E-;=

-@&;3?B>;:

1 ?:&= @;?&>?3

?@&= B;&?A:=

;&;9?>>A@?

;&;;;@@?B

-;&AB3?9=A

+ ?:&= @;?&>?3

?@&= B;&?A:=

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;&;;;@@?B

-;&AB3?9=A

2 ?= @;:&B

@:

?@&= B;&?A

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A?

;&;;;@3

33

-;&>A=@9;3

3 ?= @;:&B@:

?? B?&3993

;&;9?>3=::

;&;;;@9:9

-;&999B>:B

# ?= @;:&B@:

?? B?&3993

;&;9?>9: ;&;;;@39

-;&9993>9B

4 ?=&= @;A&;;=

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;&;9?>@;B9

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-;&=:3ABA3

$ ?=&= @;A&;;=

??&= B:&:=>

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;&;;;@>93

-;&=:3=:;:

5 ?9 @;B&;B9

?3 B9&=:B9

;&;9?A9339

;&;;;?399

-;&:@:AB;A

0! ?9 @;B&;B9 ?3 B9&=:B9 ;&;9?A;B9: ;&;;;?B;: -;&?>3?BA3

00 ?9 @;B&;B9

?3 B9&=:B9

;&;9?>@9:

;&;;;@>39

-;&=:39?BA

6Tem7eraturas en 8(6? de aire en %B&%) aire seco6@ en ,) va7& ,) aire seco6? l:=uido en %B&,)6Datos 7sicromCtricos obtenidos de calculadora 7or 7arte deAmerican 'ociet; of ?eatin) Refri)eratin) and Air(onditionin)En)ineers0ttp5))III&da"tonas0rae&or)ps"c0rometrics&s0tml

(


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G-7ies&minuto.

*-lts&min

.

rea seccional ft1 Densidad de airede salida ,)&m+

=>= 3&> ;&?= ;&BB

G-ft+&/or

a.

G-lb&/o

ra.

' -AA= =:A&>;=A

3&A:9B@A ;&;9?:?>

*-lb&/rft1.

G-lb&/rft1.

@3:&@A:3;B @:9&?;@A@A

6Datos tomados del convertidor de unidades de Goo)le ; de tabla dedatos de la 7r


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"og=G/# Kya

/demás5

$ = "og∗ !og

Entonces se constru"e un e,uili!rio 4-H para o!tener valores de H " o!tenerráfcamente la interal ,ue defne a No& Esto mediante el uso de datostermodinámicos para H " con la siuiente ta!la5

La temperatura de !ul!o seco es ar!itraria " la entalpia se o!tiene en ele,uili!rio es decir con 0umedad @;;& Los datos se toman de5

0ttp5))III&da"tonas0rae&or)ps"c0rometricsOsi&0tml#start

Tabla +T bulboseco 8(

Ental7: a

%B&,)03 :A&@904 =3&A05 9;&>@10 9>&==1+ AA13 >9&?:

14 B9&3915 @;A&:9

El e,uili!rio se ráfca 'siuiente páina+ tamao completo(5

http://www.daytonashrae.org/psychrometrics_si.html#starthttp://www.daytonashrae.org/psychrometrics_si.html#start


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E=uilibrio


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@= @A @B ?@ ?3 ?= ?A ?B:=

==

9=

A=

>=

B=

@;=

@@=

E,uili!rio 4-H Sistema aua aire

4emperatura del l$,uido C

Entalp$a J.)J !

/0ora se constru"e una l$nea operante con coordenadas T*0 ?0 ; T*1 ?1"


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Los datos vienen dados por las temperaturas de entrada " salida de aua+ "por las condiciones de entrada " salida del aire medido " o!tenido en la ta!lade datos para corrida @;&

Tabla 2

corrida0!?-%B&,).

T -(.

9;&=B ?3

9:&:> ?9

?-%B&,). ?6-%B&, ).

0&-?6?.

9;&=B AA ;&;9;B3>:=

9@&9?A33

33

>@ ;&;=@9@B

@?9?&99:999A

>:&B ;&;::BA3:A

93&A;? >B ;&;3B=?>>?

9:&:> B@ ;&;3AA;A3B

Para la l$nea operante se relacionan los datos intermedios mediante "Gm*!+datos re%eridos anteriormente& Se ane*a la %orma ráfca para o!tener H&

m b T-(.@&?B99999A

3;&A99999A

?3

?3&>?:&9

?=&:

?9


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@= @A @B ?@ ?3 ?= ?A ?B

:=

==

9=

A=

>=

B=

@;=

@@=

E,uili!rio 4-H Sistema aua aire

4emperatura del l$,uido C

H 'JK)J!(


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9; 9;&= 9@ 9@&= 9? 9?&= 93 93&= 9: 9:&= 9=;

;&;@

;&;?

;&;3

;&;:

;&;=

;&;9

;&;A

Cálculo de área !a.o la curva

H 'JK)J(

@)'H-H(

Entonces se /ace un )r


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/s$ el No)5

!og=0.045 (64.48−40.59)=0.17505

Para ?o)5

"og=G/# Kya

= (547.81lb /hr)/(3.75 t 2) Kya

Para %;a5

Kya=1.828∗10−4G2.41 L−0.0304=1.828∗10−4(146.202.41)(134.17−0.0304 )

Kya=6.8lb

hr t 3

"og=G/# Kya= (547.81lb /hr )/(3.75 t 2)

6.8lb

hr t 3

=21.49 t

/s$ para esta corrida5

$ = !og∗ "og=21.49 t ∗(0.175 )=3.76 t =1.15m

Qediante esta técnica se repiten las @; corridas " se o!tiene5

Las condiciones del aire no cam!ian por tanto J" es constante " HM tam!ién5

Tabla 3

%;a

lb

hr t 3

?o) t

#"$!155311

?@&:B;A>9:

No)

t

!"!!## ;&@:@>3B@B

!"!!## ;&@:@>3B@B

!"!3+!4 @&@:;=@9;:

!"01#2$ ?&A@>@=:


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9A

!"01!# ?&=B@A>>>:

!"00!33 ?&3A=>;9::

!"0523 :&@ABB=AB9!"14321 =&B@>BB?

:!"+5+3 >&:=99?:

:9!"043!3 3&A9@B9?

@9

/s$5

$promedio=3.143 t =0.96m

Por 2ltimo+ la efciencia5

"t

"r =

0.96m

0.89m=1.079

Discusión de resultados ; conclusiones

Del !alance de masa se puede o!servar el comportamiento del aua ,ue esevaporada en los intervalos de tiempo correspondientes a cada n2mero decorrida& Se o!serva ,ue esta aua es una cantidad mu" pe,uea 'por lo cual sepuede considerar como mecla con concentración diluida(& Por ende+ el


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niean las pérdidas de aua ,ue son arrastradas por el ventilador 'tam!iénconocido como el DR74(&

Concerniente a los cálculos de altura+ los resultados o!tenidos sonsatis%actorios& Esto se de!e directamente a ,ue el promedio %ue !ueno+ esdecir+ las evoluciones de los datos en las corridas de la práctica indican ,ue los

datos fnales son más esta!les& Sin em!aro+ se o!serva cómo es ,ue 0a"variación en los valores de la altura para cada corrida+ tomando desde valoresaltos 0asta valores !a.os1 lo cual nos refere a ,ue la esta!ilidad del procesodepende de muc0os %actores5 mediciones precisas+ condiciones am!ientales+correcto uso del psicrómetro " so!re todo la o!tención de datos confa!les'caso de J"a( donde la investiación muestra una confa!ilidad mu" alta& Ca!emencionar ,ue 0a!r$a muc0as %ormas de calcular el coefciente " los demásparámetros1 sin em!aro+ se puede apreciar ,ue la metodolo$a en el cálculode altura propuesta en este tra!a.o es satis%actoria&

Se de!e tener especial cuidado en la medición de los datos " en la operación

del e,uipo& Para ,ue+ de esta %orma+ se pueda tener un comportamiento real "confa!le+ del e,uipo en cuestión+ e*presado en términos numéricos&

Referencias

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