RESUMENRESUMENEn la siguiente prctica de laboratorio, observaremos el funcionamiento de una torre de enfriamiento, en lacual se tendra en cuenta, diferentes datos experimentales para poder realizar clculos y asi determinar losobjetivos propuestos.Se tendra en cuenta el dimetro de la tuberia, se tomara una altura para determinar cada caudal, se registrarantemperaturas de entrada y salida del agua y del vapor, como tambin su porcentaje de humedad del bulbo.Las torres de enfriamiento son ms usadas en industrias para refrigerar el agua y otros mediosa temperaturas prximas a las ambientales.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL*Implementar los conocimientos adquiridos en torres de enfriamiento en su funcionamientoOBJETIVO ESPECIFICOS* Calcular los balances de materia y energa generados durante la etapa de enfriamiento.*Hallar la entalpa generada a la entrada y la salida de la torre de enfriamiento* Analizar las diferencias obtenidas en ambos tipos de torre de enfriamiento Natural e Inducida*Calcular la eficiencia de la torre de enficiencia*Calcular el rango de la Torre

MARCO TERICOMARCO TEORICOLas torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua en grandes volmenes porque, son el medio ms econmico para hacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a travs de una pared. En el interior de las torres se monta un empaque o relleno con el propsito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfra. En las torres se colocan deflectores o eliminadores de gotas o niebla que atrapan las gotas de agua que fluyen con la corriente de aire hacia la salida de la torre, con el objeto de disminuir la posible prdida de agua. El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posibleEl enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a travs de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye acontracorrienteo aflujo cruzado, con una temperatura de bulbo hmedo inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfra por transferencia de masa (evaporacin ) y por transferencia de calor sensible y latente del agua al aire, lo anterior origina que la temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura lmite de enfriamiento del agua es la temperatura de bulbo hmedo del aire a la entrada de la torre.Se recomienda el tratamiento del agua a enfriar, agregando lcalis, algicidas, bactericidas y floculantes; y, realizar un anlisis peridico tanto de dureza como de iones cloro ya que stos iones son causantes de las incrustaciones y de la corrosin en los elementos de la torre.En el mbito industrial una torre de enfriamiento es utilizada como un intercambiador de calor, que enfra el agua caliente proveniente de un proceso, esto se realiza con el fin de recircular el agua y/o evitar la contaminacin trmica por su vertimiento al ambiente. En la transferencia del calor en una torre de enfriamiento, existe generacin de calor sensible y calor latente, al entrar en contacto el agua caliente con el aire.La masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporizacin del lquido, el cual es cedido al aire obtenindose el enfriamiento del agua y el aumento de la temperatura del aire. A pesar que Walkel (1923) en su libro Principles of Chemical Engineering, fue el primero en proponer balances sencillos de masa y energa para torres de enfriamiento (Khan et al., 2003), es Merkel (1925) con su trabajo Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure, quien estructur la teora bsica de estas (Khan et al., 2003).El modific lo expuesto por Walker, relacionando el calor sensible y el calor latente en los balances de masa y energa. Webb (1989), en su trabajo Design of Cooling Towers by the Effectiveness-NTU Method, mostr que la eficiencia y las unidades de difusin en una torre, son consistentes con las usadas en otros intercambiadores de calor (citado en Khan et al., 2003). Nimr (1999), present un modelo que describe el comportamiento de una torre, para ello tuvo en cuenta el empaque o relleno en la torre. Milosavjevic (2001), determin un modelo en ecuaciones diferenciales ordinarias, para describir la transferencia de masa y calor en una torre de enfriamiento mecnica, l utiliz datos experimentales en un equipo piloto para analizar con una simulacin, el comportamiento de la torre con diferentes empaques. Kloppers y Krger (2005a; 2005b), evaluaron el nmero de Lewis (relacin entre el coeficiente de transferencia de masa y calor, con el calor hmedo) en una torre de enfriamiento y encontr que la relacin disminuye, cuando el aire entra relativamente hmedo y caliente en la torre. Kloppers y Krger (2005a; 2005b) plantearon un modelo matemtico en ecuaciones diferenciales ordinarias para determinar la transferencia de masa y energa en una torre de enfriamiento, us el mtodo de Poppe para el calcular diferencialmente la integral de Merkel, la solucin numrica la obtuvo con el mtodo Runge-Kutta de cuarto orden y alcanz buenos resultados. Fisenko y Brin (2007), describen la transferencia de masa y calor en una torre, acopla un modelo ecuaciones diferenciales parciales (para la temperatura del aire y del agua), con uno en ecuaciones diferenciales ordinarias (para el crecimiento de una gota de agua). Kranc (2007), desarroll un modelo computacional para simulacin, tuvo en cuenta la distribucin no uniforme del agua en el empaque.La evaporacin como causa de enfriamiento.El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenmeno de evaporacin.La evaporacin es el paso de un lquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un lquido, un ejemplo es la evaporacin del agua de los maresCuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de s misma el calor que necesita, esto origina que el agua se enfre y por lo tanto que su temperatura disminuya.TORRES DE CIRCULACIN NATURAAtmosfricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de los aspersores. Se utiliza en pequeas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aireTiro natural: El flujo del aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire ms fro del exterior y hmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para obtener el tiro deseado. Debido a las grandes dimensiones de estas torres se utilizan flujos de agua de ms de 200000gpm. Es muy utilizado en las centrales trmicas. A continuacin se muestra el funcionamiento de una torre de enfriamiento con tiro natural:Torres de tiro mecnicoEl agua caliente que llega a la torre es rociada mediante aspersores que dejan pasar hacia abajo el flujo del agua a travs de unos orificios. El aire utilizado en la refrigeracin del agua es extrado de la torre de cualquiera de las formas siguientes:Tiro inducido:el aire se succiona a travs de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las ms utilizadas. A continuacin se muestra el funcionamiento de las torres de tiro inducido:Tiro forzado: el aire es forzado por un ventilador situado en la parte inferior de la torre y se descarga por la parte superior. A continuacin se muestra el funcionamiento de las torres de tiro forzado:Otros tipos: Torres de flujo cruzado. El aire entra por los lados de la torre fluyendo horizontalmente a travs del agua que cae. Estas torres necesitan ms aire y tienen un coste de operacin ms bajo que las torres a contracorriente. A continuacin se muestra el funcionamiento de las torres de flujo cruzado:DESEMPEO DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTOLos factores ms importantes a fin de determinar el desempeo de las torres de refrigeracin o enfriamiento son: Rango: Es la diferencia entre la temperatura del agua a la entrada de la torre y la temperatura a la salida. Acercamiento: Es la diferencia entre la temperatura del agua a la salida de la torre y la temperatura de bulbo hmedo del ambiente, ste es un mejor indicador del desempeo de la torre de enfriamiento.El mnimo acercamiento usado comercialmente es de 3C. No debe usarse un valor inferior. Eficiencia: Es un valor porcentual, la razn del rango de enfriamiento y el rango ideal de enfriamiento, es decir:Rango / (Rango + Acercamiento) Capacidad de enfriamiento: hace referencia al intercambio calrico entre el agua y el aire en kJ/h como resultado de la velocidad de flujo de agua, calor especfico y la diferencia de temperaturas. Prdidas por evaporacin: Es entendida como el flujo volumtrico de agua evaporado por la carga calrica transferida en la torre de enfriamiento, tericamente por cada 1000000 kcal liberadas, la cantidad evaporada es de 1.8 m3. Una relacin es usada con frecuencia como sigue:

MATERIALESMATERIALES1. Torre de enfriamiento2. Cronometro3. Higrmetro4. Psicrometro5. Agua caliente6. Carta psicomtrica

TABLA DE DATOSaguaAIREENTRADASALIDACaudalT agua calienteT agua fraT bulbo hmedoT bulbo secoT bulbo hmedoT bulbo secotiempoEntalpia (h) de la TDensidad del aguaDensidad del aguaEntalpia (h) de la T(C)(C)(%)(C)(%)(C)(S)Agua caliente (kj/kg)caliente (kg m3)fra (kg/m3)Agua fra (kj/kg)171366120462539.24297.269.78E+029.94E+02150.81269346120452533.96288.879.78E+029.94E+02142.45370356120472534.1293.079.78E+029.94E+02146.63469356120492529.63288.829.78E+029.94E+02146.63570346120502527.24293.079.78E+029.94E+02142.45670356120502531.87293.079.78E+029.94E+02146.63INDUCIDO175592010512550.05314.039.75E+021.00E+0342.021273592011542750305.649.76E+021.00E+0346.216369592010543052288.879.78E+021.00E+0342.02148559209522753356.019.68E+021.00E+0337.835586592011472236360.229.68E+021.00E+0346.216

RESULTADOSAguaSalida del aireEntrada del aireBalance de materiaBalance de energiaFlujo Masico Kg/s agua (F.C)(kg/m3)Caudal (m3/s)Temperatura de Entrada Agua Caliente (F.C)Temperatura de salida Agua Frio (F.F)Temperatura de Bulbo SecoTemperatura de Bulbo HumedoHumedad relativa de Salida del ventiladorContenido de humedad (kg de agua/kg de aire seco)h entalpia de la temperatura del agua calienteh1s entalpia con el bulbo seco y humedoTemperatura de Bulbo SecoTemperatura de Bulbo HumedoHumedad relativa de Salida Fluido Frio (F.F)Contenido de humedad (g/kg) de aire secoh entalpia de la temperatura del agua frah2s entalpia con el bulbo seco y humedoW1 - W0Flujo msico (kg/s)G1s = G2sL1 * h1h2s - h1sCantidad de agua que se evaporo en el procesoFlujo Masico de aire humedo que entra Kg/sFlujo Masico de aire humedo que sale Kg/sCalor que pierde el agua en el proceso de enfriamientoRango de la torreEficiencia de la torreL1T1t1W0h1h1sWIh2h2sL2G1G2RT=(T1-T2)E= (T1-T2)/(T1-TBH1)Natural12E+031E+033E+007E+014E+013E+015E+015E+012E-033E+022E+012E+016E+016E+012E-022E+023E+012E-023E+031E+007E+059E+004E+011E+001E+004E+054E+01-4E+0023E+031E+033E+007E+013E+013E+015E+015E+012E-033E+022E+012E+016E+016E+012E-021E+023E+012E-023E+031E+008E+051E+015E+011E+001E+004E+054E+013E+0033E+031E+033E+007E+014E+013E+015E+015E+013E-033E+022E+012E+016E+016E+012E-021E+023E+012E-023E+031E+008E+058E+005E+011E+001E+004E+054E+012E+0043E+031E+033E+007E+014E+013E+015E+015E+013E-033E+023E+012E+016E+016E+012E-021E+023E+012E-023E+031E+009E+056E+005E+011E+001E+005E+053E+012E+0054E+031E+034E+007E+013E+013E+015E+016E+011E-023E+023E+012E+016E+016E+012E-021E+023E+017E-034E+031E+005E+006E+014E+013E+0063E+031E+033E+007E+014E+013E+015E+016E+011E-023E+023E+012E+016E+016E+012E-021E+023E+017E-033E+031E+009E+055E+005E+011E+001E+004E+054E+012E+00Inducido12E+031E+032E+008E+011E+013E+015E+016E+011E-023E+023E+012E+016E+016E+012E-024E+013E+015E-032E+036E+053E+004E+010E+000E+005E+057E+01-7E+0022E+031E+032E+007E+011E+013E+015E+016E+012E-023E+023E+012E+016E+016E+012E-025E+013E+011E-032E+031E+006E+056E+00-2E+001E+001E+005E+056E+01-7E+0032E+031E+032E+007E+011E+013E+015E+016E+012E-023E+023E+012E+016E+016E+012E-024E+013E+01-1E-032E+031E+006E+053E+00-5E+001E+001E+005E+056E+01-6E+0042E+031E+032E+009E+019E+003E+015E+016E+012E-024E+022E+012E+016E+016E+012E-024E+013E+012E-032E+031E+007E+057E+002E+011E+001E+006E+058E+01-7E+0052E+031E+032E+009E+011E+012E+015E+016E+011E-034E+022E+012E+016E+016E+012E-025E+013E+012E-022E+031E+007E+059E+006E+011E+001E+006E+058E+01-8E+00G1S=Flujo de aire seco que entra a la torreG2S=Flujo de aire seco que sale dela torreG1S=G2SEn este caso son IgualesWi=Humedad absoluta del aire a la EntradaLos valores se obtiene con carta PsicometricaW0=Humedad absoluta de aire a la SalidaH1S=Entalpia del agua a temperatura de EntradaH2S=Entalpia del agua a temperatura de Salida

FORMULAS

ANALISIS DE RESULTADOSANALISIS DE RESULTADOSDe acuerdo alos resultados obtenidos se puede observar que la eficiencia del equipo tanto en tiro inducido como natural ses muy pequea, esto se puede deber a una mala toma de datos o procedimientos relizados inadecuadamente en el laboratorio. Por otro lado tambiem se pueden presentar problemas en el funcionamiento del equipo tales como problemas en los eliminadores que posiblemente por secciones rotas, doblasdas o faltantes; no cuentan con sellos de aire; inadecuada instalacin de los eliminadores, tambien pueden ser secciones con estructura desgastada desprendimiento u oxido. La solucin es la instalacin de secciones daadas, revisin periodica del equipo.

CONCLUSIONESCONCLUSIONES**Las torres de enfriamiento son equipos que se utilizan para enfriar agua en grandes volmenes, y tiene una gran ventaja, que esta operacin es poco costosa.**Las torres de tiro inducido succionan aire por medio de la torre a partir de un abanico en la forma superior.**Las torres de tiro natural tienen una funcin muy similar a una chimenea de un horno. La diferencia entre la densidad del aire en la torre en el exterior y originan un flujo natural de aire frio en la parte de abajo y expulsin de aire caliente menos denso en la parte de arriba