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Universidad Nacional Experimental del Tchira
Vicerrectorado Acadmico Departamento de Ingeniera Mecnica Ncleo
de Termofluidos
Laboratorio de Plantas de Potencia
Prctica N 5
Proceso de refrigeracin en una Torre de Enfriamiento (TE)
Trabajo realizado por: Profesor Orlando Prez
San Cristbal, junio 2014
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2
1 Introduccin
En esta prctica el estudiante analizar una Torre de Enfriamiento
(TE), la cual es en algunos casos uno de los componentes auxiliares
ms importantes de una planta de vapor. La TE usada es una torre
bsica de refrigeracin didctica, diseada para dar a los estudiantes
una apreciacin de la construccin, el diseo y las caractersticas de
operacin de un sistema moderno de enfriamiento evaporativo. La
unidad constituye tambin un ejemplo excelente de un sistema abierto
a travs del cual fluyen dos fluidos a diferentes temperaturas (agua
y aire), entre los cuales se produce una transferencia de masa y
calor. Se obtienen convincentes balances de energa y masa,
permitiendo a estudiantes investigar rpidamente los efectos de:
caudal de aire, caudal de agua, temperatura del agua, carga de
refrigeracin, densidad de relleno, entre otros, sobre el
rendimiento de la TE. Por otro lado, el estudiante podr comparar
las partes y la operatividad de la torre didctica y la utilizada en
la prctica anterior referente a la planta de vapor.
2 Objetivos
Identificar los distintos componentes de la TE didctica del
laboratorio. Conocer los principios bsicos del proceso de
enfriamiento del agua, utilizando la TE. Determinar la capacidad de
refrigeracin de la TE en funcin del flujo de aire para
distintas carga de refrigeracin. Evaluar el efecto del flujo de
agua y de aire sobre la temperatura del agua a la salida de
la TE al determinar su rendimiento. Determinar el porcentaje de
agua evaporada (agua de reposicin) en la TE.
3 Qu es una Torre de Enfriamiento?
En muchos procesos industriales se necesita extraer calor de
productos en elaboracin o fluidos, para lo cual se emplea agua como
refrigerante; sta se calienta a medida que adsorbe energa a los
productos o fluidos. Si se dispone de poca agua, es necesario
enfriarla y poder reutilizarla nuevamente como refrigerante, es en
este proceso de refrigeracin de agua es donde participan las torres
de enfriamiento. En tal sentido, las torres de enfriamiento son
equipos que se utilizan para enfriar agua utilizando aire
atmosfrico, transfiriendo calor y masa a ste. Funcionan mayormente
por evaporacin y, en menor medida, por conveccin; esto es, parte
del agua que recorre la torre se evapora, tomando calor en parte de
ella misma, logrando as bajar su temperatura: El sistema de TE no
constituye un sistema cerrado de circulacin, por lo contrario es
abierto, ya que el agua que se evapora se debe reponer.
4 Tipos de torres de enfriamiento
Existen varios tipos de torres, entre estos se tiene: 4.1 Torres
de circulacin natural Atmosfricas: El movimiento del aire depende
del viento y del efecto aspirante de las
boquillas aspersores. Se usan en pequeas instalaciones. Depende
de los vientos predominantes para el movimiento del aire.
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3
Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como
resultado de la diferencia de densidades, entre el aire ms fro del
exterior y, el hmedo del interior. Utilizan chimeneas de gran
altura para lograr el tiro deseado.
4.2 Torres de tiro mecnico Tiro inducido: El aire se succiona a
travs de la torre mediante un ventilador situado en
la parte superior de sta. Son las ms utilizadas. Tiro Forzado:
El aire se fuerza a pasa por la torre por un ventilador situado en
el fondo
de la torre y se descarga por la parte superior. Tiro combinado:
En algunas aplicaciones, existen torres de enfriamiento que
tienen
una seccin en tiro forzado y otra en tiro inducido. Las torres
de tiro mecnico operan en contra-flujo. Las de tiro forzado tienen
la ventaja de que los ventiladores mueven aire seco, y son
generalmente ms accesibles para mantenimiento. Su principal
desventaja es la baja velocidad de descarga del aire hmedo, que se
presta a recirculacin de aire caliente y hmedo, lo que reduce la
efectividad de la torre. Otra desventaja inherente al tiro forzado,
es el ensuciamiento o incrustacin de las aletas de los
ventiladores, al entrar en contacto con el aire usualmente cargado
de impurezas. En cambio en el tiro inducido, el aire entra primero
en contacto con el agua, que ejerce un efecto de lavado,
manteniendo las aletas limpias, por otro lado, con el ventilador en
la parte superior de la torre, se logra una distribucin interna ms
uniforme del aire. En la figura 1 se ilustra el esquema de una TE
en contra-flujo de tiro forzado. Actualmente, casi la totalidad de
las torres nuevas que se fabrican son a contra-flujo y tiro
inducido, por su mayor eficiencia, ventajas tcnicas y econmicas.
Tienen aspersin a
Aire atmosfrico, baja humedad y
temperatura T1(s) y T2(h)
Aire atmosfrico, alta humedad y temperatura
T3(s) y T4(h)
Figura 1 Torre de enfriamiento de tiro forzado
Agua lquida a alta temperatura, (T5)
Agua lquida a baja temperatura, (T6)
Ventilador
Aspersores
Empaquetado
o relleno
Aire atmosfrico, baja humedad y
temperatura T1(s) y T2(h)
Aire atmosfrico, alta humedad y temperatura
T3(s) y T4(h)
Figura 1 Torre de enfriamiento de tiro forzado
Agua lquida a alta temperatura, (T5)
Agua lquida a baja temperatura, (T6)
Ventilador
Aspersores
Empaquetado
o relleno
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presin por medio de boquillas y, como su nombre lo indica, en
ellas el aire fluye verticalmente hacia arriba y, el agua
verticalmente hacia abajo, es decir, los flujos se mueven a contra
corriente tal y como se coment. 4.3 Otros tipos Torres de flujo
cruzado: El aire entra a los lados de la torre fluyendo
horizontalmente a
travs del agua que cae. Las corrientes de aire laterales se unen
en un pasaje interno y dejan la torre por el tope. Las torres de
flujo cruzado requieren ms aire y tienen un costo de operacin ms
bajo que las torres a contracorriente.
5 Conceptos bsicos de Psicrometra 5.1 Evaporacin Es un proceso
en el cual ocurre un cambio de fase de lquido a vapor,
fundamentalmente en la interface lquido-vapor debido a que la
presin parcial del vapor, Pv, en el aire atmosfrico, es menor a la
presin de saturacin, Pg, del lquido a la temperatura
correspondiente. Este gradiente de presiones es el que induce la
transferencia de masa desde el agua hacia el aire atmosfrico. 5.2
Humedad absoluta Mide la relacin de la masa de vapor de agua, mv,
presente en una masa unitaria de aire atmosfrico, entre la masa
unitaria de aire seco, ma. Con la ecuacin 1, se determina la
humedad absoluta de una corriente de aire atmosfrico.
vo
v
a
v
a
v
PP
P0,622
P
P0,622
m
m
(1)
Donde:
, humedad absoluta del aire atmosfrico, en kgvapor/kgaire mv,
masa de vapor, en kg ma, masa de aire, en kg Pv, presin parcial de
vapor, en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa
5.3 Humedad relativa
Esta propiedad termodinmica es una de las ms importantes en los
procesos de enfriamiento en un TE. Mide la relacin de masa de vapor
de agua que tiene el aire atmosfrico, entre la masa de vapor que
tendra el aire si estuviese saturado a la misma temperatura. En la
figura 2 (a) se ilustra el gradiente de presiones que define la
humedad relativa en un estado termodinmico. Con la ecuacin 2, se
determina la humedad relativa de una corriente de aire
atmosfrico.
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5
g
o
g
v
g
v
P0,622
P
P
P
m
m
(2)
Donde:
, humedad relativa, adimensional mv, masa de vapor, en kg mg,
masa de vapor en el estado saturado, en kg Pv, presin parcial de
vapor, en kPa Pg, presin de saturacin a la temperatura respectiva,
en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa , humedad absoluta del aire
atmosfrico, en kgvapor/kgaire
Mientras menor sea la presin parcial, Pv, respecto a la presin
de saturacin, Pg, mayor capacidad de absorber agua tiene el aire
atmosfrico por estar menos saturado. 5.4 Temperatura de punto de
roco
Es la temperatura a la cual se inicia la condensacin si el aire
atmosfrico se enfra a presin parcial constante; en la figura 2 (b)
se indica el proceso de enfriamiento de T1 a T2 = Tr (este proceso
es a presin parcial constante). Si se contina el enfriamiento, el
estado permanece
saturado ( = 1) para distintas temperaturas de roco con una
disminucin progresiva de la presin parcial. 5.5 Temperatura de
bulbo seco, Tbs
Es la temperatura que se logra con un censor de temperatura que
tiene el extremo (bulbo) seco, cuando est expuesto directamente al
aire atmosfrico. 5.6 Temperatura de bulbo hmedo, Tbh Es la
temperatura que se logra con un censor de temperatura que tiene el
extremo (bulbo) envuelto en un pao de algodn empapado de agua. Al
proporcionarle una corriente de aire, el agua se evapora ms o menos
rpidamente, dependiendo de la humedad relativa del aire
12
PvPg
s
T
T
(a)
2, 2 = 1
Pv
s
T
Tr
(b)
1, 1 < 1
Figura 2 (a) Gradiente de presiones que define la humedad
relativa; (b) proceso de
enfriamiento a presin parcial constante desde T1 a la
temperatura de roco
T1
12
PvPg
s
T
T
(a)
2, 2 = 1
Pv
s
T
Tr
(b)
1, 1 < 1
Figura 2 (a) Gradiente de presiones que define la humedad
relativa; (b) proceso de
enfriamiento a presin parcial constante desde T1 a la
temperatura de roco
T1
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atmosfrico y la temperatura que registra el censor es menor a la
de bulbo seco. La temperatura de bulbo hmedo, es aproximadamente
igual a que se logra en un saturador adiabtico manteniendo ciertas
condiciones especficas. 5.7 Determinacin de la humedad absoluta,
conociendo Tbs y Tbh La humedad absoluta se determina fcilmente
conociendo la temperatura de bulbo seco y la temperatura de
saturacin adiabtica (temperatura de bulbo hmedo). Bajo ciertas
condiciones de temperatura, presin y velocidad del aire, se puede
aproximar la temperatura de saturacin adiabtica con la de bulbo
hmedo. En este caso, las ecuaciones 3 y 4 periten determinar la
humedad absoluta de una corriente de aire atmosfrico:
bhf,bsg,
bhf,bhg,bh bsbhp
hh
hhT-Tc
(3)
bhg,o
bhg,
2PP
P622,0
(4)
Donde:
, humedad absoluta del aire atmosfrico, en kgvapor/kgaire cp,
calor especfico del aire seco a presin constante, en kJ/kgC Tbh,
Temperatura de bulbo hmedo, en C Tbs, Temperatura de bulbo seco, C
bh, humedad absoluta evaluada a las condiciones de bulbo hmedo,
kgvapor/kgaire hg,bh, entalpa del vapor de agua a la temperatura de
bulbo hmedo, en kJ/kg hf,bh, entalpa del agua lquida a la
temperatura de bulbo hmedo, en kJ/kg hg,bs, entalpa del vapor de
agua a la temperatura de bulbo seco, en kJ/kg Pg,bh, presin de
saturacin del agua a la temperatura de bulbo hmedo, en kPa Po,
presin absoluta del aire atmosfrico, en kPa
5.8 Entalpa especfica del aire atmosfrico Se expresa en trminos
de la entalpa del aire y la del vapor por cada kilogramo de aire
seco, la ecuacin 5 se utiliza en este caso:
gairep
hTch , en osecaire
kg
kJ (5)
Donde: h, entalpa del aire atmosfrico, en kJ/kgaire seco cp,
calor especfico del aire seco a presin constante, 1005 J/kgC T,
Temperatura de bulbo seco, C , humedad absoluta del aire
atmosfrico, en kgvapor/kgaire hg, entalpa del vapor de agua a la
temperatura de bulbo seco, en kJ/kg
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7
5.9 Entalpa especfica del agua lquida
El agua al pasar por la TE est a la presin atmosfrica, Po, valor
que es superior a la presin de saturacin a la temperatura
correspondiente, lo cual implica que el agua est ligeramente
sub-enfriada; en tal sentido, la entalpa del agua se puede
determinar con la ecuacin 6:
satof
P-Pvhh (6)
Donde: h, entalpa del agua sub-enfriada, en kJ/kg hf, entalpa
del agua como lquido saturado a la temperatura correspondiente, en
kJ/kg v, volumen especfico del agua como lquido saturado a la
temperatura correspondiente,
en kJ/kg Psat, presin de saturacin del agua a la temperatura
correspondiente, en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa
5.10 Intervalo de refrigeracin
Para una TE, el intervalo de refrigeracin se define como la
diferencia de la temperatura del agua, entre la entrada y la salida
de sta. Esta diferencia de temperatura est inducida por la carga de
refrigeracin o trmica de la torre. 5.11 Carga de refrigeracin Este
es uno de los parmetros ms importantes en una TE, se define como la
velocidad a la cual se extrae la energa del agua entre la entrada y
la salida. La carga de refrigeracin se expresa en vatios, W. Si se
analiza una torre de enfriamiento como la indicada en la figura 1,
aplicando la primera ley al agua entre la entrada y la salida del
empaquetado, se tiene la ecuacin 7:
2g12a
.
121
.
hhmhhmQ .
(7)
Donde:
.
Q , velocidad a la cual pierde energa el agua al pasar por la
TE, en W
1.
m , flujo msico de agua lquida a la entrada del empaquetado, en
kg/s
a.
m , flujo msico de aire seco que circula por el empaquetado, en
kg/s
2, humedad absoluta del aire atmosfrico a la salida de la TE, en
kgvapor/kgaire 1, humedad absoluta del aire atmosfrico a la entrada
de la TE, en kgvapor/kgaire h2, entalpa del agua lquida a la salida
de la TE leda a T6, en kJ/kg h1, entalpa del agua lquida a la
entrada de la TE leda a T5, en kJ/kg hg, entalpa del vapor de agua
a la salida de la TE leda a T3, en kJ/kg
-
8
5.12 Flujo msico de aire seco que circula por la TE
Para determinar el flujo msico de aire seco que circula a travs
de la TE, el fabricante de la unidad experimental, propone utilizar
la ecuacin 8:
aB
v)(1
x0,0137
.ma
(8)
Donde:
.
ma, flujo msico de aire seco, en kg/s x, diferencia de altura en
el manmetro, en mm de H2O va, volumen especfico del aire seco que
sale de la TE, en m
3/kg
B, humedad especfica del aire atmosfrico que sale de la TE, en
kgagua/kgaire
En la figura 3, se ilustra el manmetro diferencial que permite
obtener la distancia x.
El volumen especfico del aire seco, viene dado por la ecuacin
9:
go
a
a
aa
PP
TR
P
TRv
(9)
Donde: va, volumen especfico del aire seco, en m
3/kg Ra, constante del aire, 0,287 kJ/kgK
x
Diferencia de presiones del aire a la salida
del empaquetado y la presin atmosfrica
Figura 3 Manmetro diferencial para evaluar la altura x,
requerida para
estimar el flujo de aire atmosfrico a travs del empaquetado
x
Diferencia de presiones del aire a la salida
del empaquetado y la presin atmosfrica
Figura 3 Manmetro diferencial para evaluar la altura x,
requerida para
estimar el flujo de aire atmosfrico a travs del empaquetado
-
9
T, temperatura de bulbo seco a la salida de la TE, en K Pa,
presin parcial del aire, en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa ,
humedad relativa del aire atmosfrico a la salida de TE Pg, presin
de saturacin del agua a temperatura de bulbo seco a la salida de la
TE, en
kPa
5.13 Rendimiento de la TE
El rendimiento de una TE es uno de los parmetros ms importante
para evaluar su operatividad bajo condiciones de operacin
determinadas; conceptualmente ste se define como la relacin entre
el calor real cedido por el agua (entre la entrada y la salida de
la TE) y el calor mximo posible que tericamente pudiese ceder sta
misma agua. Para definir el calor mximo se bebe tener en cuenta que
el agua intercambia calor y masa con el aire, en tal sentido lo
ideal en una TE es que el agua a la salida de sta tuviese la
temperatura de bulbo hmedo del aire atmosfrico a la entrada, este
caso, el agua perdera el mximo calor posible.
En la figura 4 se ilustra los gradientes de temperatura real y
mximo que el agua experimentara y entra la entrada y la salida de
la TE, tambin se muestra el proceso de
Entrada Salida
Temperatura del
agua a la entrada, T5
Temperatura del
agua a la salida, T6
Temperatura de
bulbo hmedo del
aire a la entrada, T2
T
x
Agua caliente Agua fra
Figura 4 Gradientes de temperatura real y mximos para el
agua al pasar por la TE
T mximo
Proceso de
enfriamiento ideal
T real
Proceso de
enfriamiento real
-
10
enfriamiento ideal que tendra el agua si se enfriara hasta la
temperatura de bulbo hmedo. De acuerdo a la nomenclatura que se
indica en la figura, el rendimiento de la TE ser:
25
65
TT
TT
T
T
mximocalor
realcalor
mimo
real
(10)
6 Descripcin del equipo
La unidad experimental Torre de Enfriamiento didctica se ilustra
en la figura 5, para realizar la descripcin de esta unidad siga el
trazado de recorrido de cada circuito en la figura.
Ventilador
Temperatura del aire a
la entradaT2 T1
Empaquetadura de
lminasConexin,
cada de
presin
en el
relleno
Sistema de
distribucin
de agua
Conexin, registro de la presin
diferencial del orificio
Temperatura del aire a
la salidaT4 T3
Tanque de
adicin
Calentadores
500 W 1000W
Flotador
Temperatura del agua
a la salida, T6
Cmara de
distribucin de aire
Bomba Flujmetro
Manmetro
Indicador de temperatura
Interruptores
Termostato
Temperatura del agua
a la entrada, T5
Figura 1 Esquema de la torre de enfriamiento
Salida del aire
atmosfrico
Entrada de aire
atmosfrico
Ventilador
Temperatura del aire a
la entradaT2 T1
Empaquetadura de
lminasConexin,
cada de
presin
en el
relleno
Sistema de
distribucin
de agua
Conexin, registro de la presin
diferencial del orificio
Temperatura del aire a
la salidaT4 T3
Tanque de
adicin
Calentadores
500 W 1000W
Flotador
Temperatura del agua
a la salida, T6
Cmara de
distribucin de aire
Bomba Flujmetro
Manmetro
Indicador de temperatura
Interruptores
Termostato
Temperatura del agua
a la entrada, T5
Figura 1 Esquema de la torre de enfriamiento
Salida del aire
atmosfrico
Entrada de aire
atmosfrico
Figura 5
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11
6.1 Trazado del circuito de agua
Una bomba (marcadamente centrfuga con impulsor cerrado) impulsa
el agua desde el tanque de carga hasta la cubierta de la columna a
travs de una vlvula de control y un flujmetro. Despus de medirse la
temperatura del agua, T5, se distribuye uniformemente por tres
canales sobre el empaquetado y escurre por las placas, formando una
delgada pelcula que se expone a la corriente de aire en contra
flujo. Durante su descenso, su temperatura disminuye,
fundamentalmente a causa de la evaporacin de una fraccin de flujo.
El agua sale del empaquetado y cae al depsito, donde se mide su
temperatura, T6. Luego en el tanque de carga, se vuelve a calentar
para recorrer nuevamente el circuito. La temperatura del agua a la
salida del tanque de carga, se controla con un termostato bimetlico
que acta sobre las resistencias elctricas, prendindolas o
apagndolas tal sea el caso. Como consecuencia de la evaporacin, hay
que restablecer el nivel de agua en el tanque de carga. Para ello
el flotador colocado en la parte superior del tanque, deja pasar
agua del tanque de adicin o de reposicin hacia el depsito de carga.
6.2 Trazado del circuito de aire
El dispositivo de regulacin del ventilador controla la cantidad
de aire que entra a la unidad. El ventilador pasa el aire a la
cmara de distribucin y atraviesa los termmetros de bulbo seco, T1,
y bulbo hmedo, T2, antes de entrar a la columna del empaquetado. A
medida que el aire asciende por los niveles del empaquetado, su
humedad aumenta mientras que el agua se enfra (debido a la
evaporacin). Al salir el aire por la parte superior, atraviesa el
dispositivo de retencin de gotas y las devuelve al empaquetado.
Antes de ir a la atmosfera, el aire atraviesa nuevamente los
termmetros de bulbo seco, T3, y bulbo hmedo, T4. 6.3 Columna de
empaquetado o relleno
La unidad consta de cuatro columnas de empaquetado (A, B, C y D)
de dimensiones 150 mm x 150 mm x 600 mm. La cubierta de cada
columna es transparente para observar el recorrido del agua. En la
Tabla 1 se muestran las caractersticas de cada cubierta. Tabla 1
Caractersticas fsicas de los empaquetados A, B, C y D
Caracterstica A B C D
Nmero de niveles 8 8 8 -
Nmero de placas por cubierta 7 10 18 -
rea del empaquetado, m2 0,83 1,19 2,16 -
Densidad del empaquetado, rea/Volumen, m2/m
3 77 110 200 -
Altura del empaquetado, m 0,48 0,48 0,48 -
6.4 Sistema de calentamiento El sistema de calentadores de agua
est formado por dos resistencias elctricas de 500 W y 1.000 W en
una tensin de 240 V. Estas resistencias simulan la carga de
refrigeracin. Con las dos resistencias en paralelo se puede
disponer de una potencia total de 1.500 W. Estas resistencias estn
controladas por un termostato, de tal manera de poder fijar una
-
12
temperatura en el tanque de carga. En el tablero frontal,
existen luces pilotos para indicar si las residencias estn o no
energizadas. 6.5 Sistema de alimentacin de agua
Integrado por un tanque de carga, tubera de succin, bomba de
alimentacin (Pelec 100 W), vlvula de control de flujo, flujmetro (0
a 25 gr/s) y tubera de distribucin. 6.6 Ventilador centrfugo con
compuerta reguladora de flujo El ventilador centrfugo impulsa el
aire atmosfrico a travs de la cmara de distribucin y luego por el
empaquetado, para que finalmente sea impulsarlo hacia el exterior.
El ventilador debe ser capas de vencer las prdidas que experimenta
el aire a travs de su recorrido. El sistema de regulacin consiste
en una compuerta que permite restringir la entrada del aire al
ventilador. 6.7 Sistema de control de la unidad TE Integrado por un
sistema de monitoreo de temperaturas mediante termopares tipo
K,
para el aire y el agua a la entrada y salida del empaquetado.
Cada temperatura se observa en un indicador de digital mediante un
selector central ubicado en la parte frontal de la unidad. En la
Tabla 2 se muestra la secuencia y ubicacin de los termopares.
Tabla 2 Identificacin de los termopares de la unidad Torre de
Enfriamiento Temperatura Lugar
T1 y T2 Temperatura de bulbo seco y hmedo del aire atmosfrico a
la entrada del empaquetado respectivamente
T3 y T4 Temperatura de bulbo seco y hmedo del aire atmosfrico a
la salida del empaquetado respectivamente
T5 y T6 Temperatura del agua a la entrada y salida del
empaquetado respectivamente
Por otro lado, en la parte frontal se encuentran tres
interruptores: El principar energiza
la unidad, los dos restantes permiten encender las resistencias
de 500 W y 1.000 W. El manmetro diferencial permite registrar la
cada de presin del aire en el
empaquetado. Su capacidad se encuentra entre 0 a 40 mm de agua.
Su valor permite determinar el flujo de aire seco que circula por
el empaquetado con la ecuacin 8.
6 Puesta en marcha de la unidad Tenga en cuenta que la unidad TE
es didctica, y que requiere de cuidados en su operacin. Para ello
sea cuidadoso con el siguiente procedimiento: a) Verifique que la
Unidad este conectada al suministro elctrico, tensin 220 V. b)
Compruebe que la unidad tenga agua, de lo contrario, cierre la
vlvula de drenaje ubicada
en la parte posterior del tanque de carga. Tome agua destilada y
llene el tanque de carga, para ello vierta cerca de 3 litros;
asegrese que el nivel de agua en el tanque est por encima del nivel
mnimo. Por otro lado llene el tanque de adicin hasta su nivel
mximo.
c) Cierre la compuerta del ventilador y la vlvula de control del
flujmetro.
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13
d) Asegrese que la cubierta de tela de los termmetros T2 y T4
estn hmedos con agua destilada, de lo contrario llene el pozo
contenedor con agua destilada utilizando una jeringa.
e) Tenga en cuenta que el empaquetado est fijo de manera
adecuada a la base. f) Energice el tablero principal con el
interruptor identificado con MAINS. Automticamente
se pondr en marcha la bomba y el ventilador. g) Fije un caudal
de agua, para ello manipule la vlvula de control del flujmetro.
Inmediatamente el agua circulara por el empaquetado. h) Abra la
compuerta del ventilador y fije un diferencial de altura en el
manmetro, x. i) Energice las resistencias de calentamiento con los
interruptores de 0,5 kW y/o 1,0 kW. j) Permita que la unidad se
estabilice; esto ocurrir cuando la temperatura T5 se mantenga
estable en el tiempo. k) Tenga cuidado de que el nivel de agua
en el tanque adicin, no este por debajo del nivel
mnimo. 7 Procedimiento experimental
Fije el caudal de agua en un gasto de volumtrico de 15 gr/s.
Ajuste la compuerta del ventilador para lograr un diferencial de
altura en el manmetro, x = 8 mm de agua. Espere que las
temperaturas se estabilicen y registre las temperaturas indicadas
en la Tabla 3. Repita el procedimiento para las dems condiciones
indicadas en la tabla. Tabla 3 Datos tomados para diferentes cargas
y distintos flujos de agua y aire
Prueba
1
(W)
Diferencial de altura en el manmetro, x1 = 8 mm Temperatura (C),
masa de agua 7 gr/s Temperatura (C), masa de agua 15 gr/s T1 T2 T3
T4 T5 T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6
1 500 2 1.000 3 1.500
Prueba 2
(W)
Diferencial de altura en el manmetro, x2 = 15 mm Temperatura
(C), masa de agua 7 gr/s Temperatura (C), masa de agua 15 gr/s
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6
1 500 2 1.000 3 1.500
Otra posibilidad de estudio en esta experiencia, es estudiar el
efecto del tipo de empaquetado sobre las variables descritas. Se
sugiere al estudiante realizar esta actividad. 8 Resultados
Para cada una de las pruebas (12 en total), determinar la carga
de refrigeracin, previamente calculando los parmetros
psicrometritos necesarios. Haga un anlisis de los resultados y
explique.
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14
Represente grficamente como vara la temperatura del agua a la
entrada y a la salida de la TE en funcin de la carga de
refrigeracin, para cada flujo msico de aire y de agua. De igual
manera, determine la temperatura de punto de roco e indquela en la
grfica. 9 Bibliografa
- Prodel, S. A. Manual de Instrucciones, Funcionamiento y
Prctica. Entrenador Torre de Refrigeracin.
- William C. Whitman y William M Johnson. Tecnologa de la
Refrigeracin y Aire Acondicionado. Aparatos Domsticos y Sistemas
especiales. 2000.
- Yunus A. Rengel y Michael A. Boles. Termodinmica. Tomo II.
Segunda Edicin. 1996.
-
15
10 Anexos 10.1 Carta Psicomtrica a 1 atm
10.2 Tabla de datos termodinmicos para agua saturada
T (C)
P (kPa) vf (m
3/kg) vg (m3/kg) hf (kJ/kg) hg (kJ/kg)
0,01 0,6113 0,001000 206,14 0,01 2501,4
5 0,8721 0,001000 147,12 20,98 2510,6
10 1,2276 0,001000 106,38 42,01 2519,8
15 1,7051 0,001001 77,93 62,99 2528,9
20 2,339 0,001002 57,79 83,96 2538,1
25 3,169 0,001003 43,36 104,89 2547,2
30 4,246 0,001004 32,89 125,79 2556,3
35 5,628 0,001006 25,22 146,68 2565,3
40 7,384 0,001008 19,52 167,57 2574,3
45 9,593 0,001010 15,26 188,45 2583,2
50 12,349 0,001012 12,03 209,33 2592,1
55 15,758 0,001015 9,568 230,23 2600,9
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Esta informacin fue compilada por el profesor Orlando Prez
Fotografa de la unidad Torre de EnfriamientoFotografa de la
unidad Torre de Enfriamiento
