Practica torre de enfriamiento

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES

ARAGÓN

Tabla de datos para graficar la curva característica

INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS

Práctica no. 4: “Torre de enfriamiento”

Alumno: David Ricardo Fernández Cano V.

Fecha de realización:

Fecha de entrega:

Concepto Símbolo Unidades ValorEntalpías Aire en la entrada H 1 kJ/h 65

Aire en la salida H 2 kJ/h 105Agua en la entrada H 1H 2O

kJ/h 334.88Agua en la salida H 2H 2O

kJ/h 83.72Temperaturas Bulbo húmedo del aire en la

entradaT bh1 °C 19

Bulbo húmedo del aire a la salida

T bh2 °C 29

Agua a la entrada T 2H 2O°C 80

Agua a la salida T 1H 2O°C 20

Tabla de lecturas

Concepto Entrada Salida

Caudal másico de aguakg/h m2H 2O 104.35 m1H 2O 100.5

Temperatura del agua °C T 2H 2O 80

T 1H 2O 20

Temperatura de bulbo seco °C T bs1 27.5 T bs2 32

Temperatura de bulbo húmedo °C T bh1 19 T bh2 29

Caudal volumétrico del aire a la entrada m3/h V 372Presión atmosférica del lugar mbar Patm 800

Desarrollo de la práctica

I.- Método de la teoría de los estados finales

1.- Presión parcial del vapor de agua del aire en la entrada

Interpolando de la tabla B-1A para obtener Ps1 @ T bh1=19° C, se tiene:

Ps1= (.0236−.01713 ) ¿̄(20−15 ) °C

(19−15 )° C+.01713 ¿̄ .022306 ¿̄ ¿

Conversión de unidades:

.022306 ¿̄

Pv 1=22.306mbar−800mbar ×6.66×10−4 °C−1 (27.5−19 ) °C=17.7772mbar

2.- Presión parcial del vapor de agua del aire a la salida

Interpolando de la tabla B-1A para obtener Ps2 @ T bh2=29° C, se tiene:

Ps2= (.0429−.0319 ) ¿̄(30−25 ) °C

(29−25 )° C+ .0319 ¿̄ .0407 ¿̄ ¿


.0407 ¿̄

Pv 2=40.7mbar−800mbar×6.66×10−4° C−1 (32−29 )° C=39.1016mbar

3.- Humedad relativa del aire en la entrada

Interpolando de la tabla B-1A para obtener Ps1 @ T bs1=27.5° C, se tiene:

Ps1=( .0429−.0319 )b ar

(30−25 )°C(27.5−25 )° C+.0319 ¿̄ .0374 ¿̄


.0374 ¿̄

φ1=17.7772mbar /37.4mbar×100 %=47.5326 %

4.- Humedad relativa del aire a la salida

Interpolando de la tabla B-1A para obtener Ps2 @ T bs2=32° C, se tiene:

Ps1= (.05796−.0429 ) ¿̄(35−30 ) °C

(32−30 )° C+.0429 ¿̄ .048924 ¿̄ ¿


.048924 ¿̄

φ2=39.1016mbar /48.924mbar×100 %=79.9231 %

5.- Presión del aire seco a la entrada

Pa1=(800−17.7772 )mbar=782.2228mbar

6.- Presión parcial del aire seco a la salida

Pa2=(800−39.1016 )mbar=760.8984mbar

7.- Humedad específica del aire a la entrada

ω1=.622 (17.7772mbar /782.2228mbar )=.01414

8.- Humedad específica del aire a la salida

ω2=.622 (39.1016mbar /760.8984mbar )=.032

9.- Flujo másico del aire en la entrada

ma1=78222.28 Pa (372m3/h )/ (287.1 J / (kg° K )×300.65 )=337.1157 kg /h

10.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la entrada

mv 1=337.1157 kg/h ( .0141 )=4.7654 kg /h

11.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la salida

mv 2=337.1157 kg/h (.032 )=10.7755 kg /h

Balance de masa

12.- Pérdida de evaporación del agua teórica

ET=(104.35−98.3399 ) kg/h=6.0101 kg/h

13.- Pérdida del agua medida (real)

Er=(104.35−100.5 )kg /h=3.85 kg/h

Comparación de las pérdidas por evaporación del agua

Er<ET=3.85 kg/h<6.0101kg /h

Balance de energía

15.- Cambio de energía en el aire

Interpolando de la tabla B-1B para obtener H g1 @ Pv 1=17.7772mbar, se tiene:

H g1=(2533.5−2525.3 )kJ /kg

( .02−.015 ) ¿̄ ( .0177772−.015 ) ¯+2525.3 kJ /kg=2529.8546 kJ /kg¿

Interpolando de la tabla B-1B para obtener T s1 @ Pv 1=17.7772mbar, se tiene:

T s1=(17.5−13.03 )°C

( .02−.015 ) ¿̄ (.0177772−.015 ) ¯+13.03 ° C=15.5128° C ¿

Interpolando de la tabla B-1B para obtener H g2 @ Pv 2=39.1016mbar , se tiene:

H g2=(2554.4−2545.5 ) kJ /kg

( .04−.03 ) ¿̄ ( .0391016−.03 ) ¯+2545.5 kJ /kg=2553.6004 kJ /kg¿

Interpolando de la tabla B-1B para obtener T s2 @ Pv 2=39.1016mbar se tiene:

T s2=(28.96−24.08 ) °C

( .04−.03 ) ¿̄ ( .0391016−.03 ) ¯+24.08 ° C=28.5216 °C ¿

H v 1=2529.8546 kJ /kg+1.86 kJ / (° Ckg ) (27.5−15.513 ) °C=2552.1508 kJ /kg

H v 2=2553.6004 kJ /kg+1.86kJ / (°Ckg ) (32−28.5216 )° C=2560.0702kJ /kg

∆ Ea=337.1157 kg/h (1.005 kJ / (°Ckg ) ) (32−27.5 )° C+ (107755 kg /h )2560.0702 kJ /kg−4.7654 kg/h (2552.1508 kJ /kg )+9.81m /s2 (1.34m) (337.1157−10.7755 ) kg /h=¿21521.6992 kJ /h¿

Cambio de energía en el agua

H 1H 2O=4.186 kJ / (°Ckg ) 20 °C=83.72 kJ /kg

H 2H 2O=4.186 kJ / (°Ckg )80 °C=334.88 kJ /kg

∆ EH 2O=104.35 kg /h (334.88 kJ /kg )−100.5 kg/h (83.72 kJ /kg )+9.81m /s2 (1.34m) (104.35 kg /h )=27902.5905 kJ /h

Balance de energía

∆ Ea<∆ EH 2O=21521.6992 kJ /h<27902.5905 kJ /h

II.- Método de la carta psicrométrica

2.- Flujo másico del aire a la entrada

ma1=372m3/h/1.145m3/kg=324.8908kg /h

3.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la entrada

mv 1=324.8908 kg /h (.0148 )=4.8084 kg/h

4.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la salida

mv 2=324.8908 kg /h (.033 )=10.7214 kg /h

Balance de masa

5.- Pérdida de evaporación del agua teórica

ET=324.8908 kg /h ( .033−.0148 )=5.913 kg /h

6.- Pérdida real del agua medida

Er=(104.35−100.5 )kg /h=3.85kg/h

7.- Comparación de las pérdidas por evaporación del agua

ET >Er=5.913 kg/h>3.85 kg /h

8.- Cambio de energía en el aire

∆ Ea=324.8908 kg /h (117−65 ) kJ /kg=16894.3231 kJ /h

9.- Cambio de energía en el agua

∆ EH 2O=104.35 kg /h (334.88 kJ /kg )−98.3399 kg/h (83.72kJ /kg )=26711.7085kJ /h

10.- Balance de energía

∆ EH 2O>∆ Ea=26711.7085kJ /h>16894.3231 kJ /h

Tabla de resultados

Concepto Símbolo Unidades Método de los estados finales

Método de la carta psicrométrica

Humedad relativa del aire

en la entrada

φ1 % 47.5326 49

Humedad relativa del aire

en la salida

φ2 % 79.9231 82

Humedad especifica del

aire en la entrada

ω1 .01414 .0148

Humedad especifica del

aire en la salida

ω2 .032 .033

Flujo másico del aire en la entrada

ma1 kg /h 337.1157 324.891

Flujo másico de vapor de agua en el aire de entrada

mv 1 kg /h 4.7654 4.808

Flujo másico de vapor de agua en el aire de salida

mv 2 kg /h 10.7755 10.721

Pérdida de evaporación de

agua teórica

ET kg /h 6.0101 5.913

Pérdida real de agua medida

Er kg /h 3.85 3.85

Comparación de las pérdidas por evaporación del

agua

Er<ET kg /h 3.85<6.0101 5.91>3.85

Cambio de energía en el aire

∆ Ea kJ /h 21521.6992 16894.32

Cabio de energía en el agua

∆ EH 2O kJ /h 27902.5905 26711.71

Balance de energía

∆ Ea<∆ EH 2O kJ /h 21521.6992<27902.590516894.32<26711.71

Gráficas

Carta psicrométrica

Curva característica de la torre de enfriamiento

Conclusiones y recomendaciones

Mediante la carta psicrométrica se pudo comprobar que el proceso realizado en la torre de enfriamiento corresponde con el de calentamiento y humidificación, esto se debe a que el agua le transfiere energía al aire y además debido a la perdida de calor latente por parte del agua el aire se humedece en el interior de la torre.

Con respecto a los métodos empleados para calcular los balances de masa y energía se pueden observar resultados similares. En ambos casos mostraron que la perdida de agua (debido a la evaporación), es mayor teóricamente que la pérdida real medida. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la pérdida real medida se calculo obteniendo el promedio de flujo de agua a la salida, con un vaso de precipitados y un cronómetro, a partir de tres mediciones; por lo que no muestran directamente una medición real de las perdidas y es posible que están tengan un valor más cercano a las calculadas teóricamente.La diferencia de resultados más notable entre ambos métodos se dio en el cambio de energía en el aire, pero debido a que este cálculo se obtiene de las entalpías en la grafica por el método de la carta psicrométrica, esta diferencia puede deberse a que al leer la carta no se tienen valores tan exactos como los que se obtienen en el método de los estados finales y no se tiene la posibilidad de interpolar a diferencia de cuando se ocupan las tablas de vapor saturado. Por lo tanto, se concluye que el método más conveniente para calcular los balances de materia y energía en la torre de enfriamiento, es el método de los estados finales.Al igual que en los cálculos, en la gráfica de la curva característica de la torre, se comprueba que el cambio de energía en el agua es notoriamente mayor que en el aire. Esto puede deberse a que probablemente el agua también cedió parte de su energía a la estructura interna de la torre la cual contiene laminas de aluminio.Como conclusión queda que la mayor parte de calor perdido por el agua corresponde con calor sensible, ya que de lo contrario, la perdida de agua por evaporación seria mayor; además de que se observa por la marcada disminución de temperatura del agua en el límite uno.Para obtener mayores conclusiones acerca de su eficiencia es necesario hacer más cálculos que comparen el trabajo suministrado a través de la bomba con el cambio de temperatura en el agua. Por lo obtenido hasta ahora se puede afirmar que la torre de tiro forzado produce una notable disminución de temperatura en el agua. Igualmente sería útil comparar estos resultados con los cálculos sobre una torre de circulación natural para tener una mejor idea acerca de su eficiencia.Para que no haya lugar a dudas se deben indicar las unidades del volumen específico, la entalpía y la entropía en las tablas B-1A y B-1B. En este reporte se toman como sus unidades correspondientes m3/kg, J / g y J / (g° K ).Las unidades que muestran la tabla de datos para graficar la curva característica son erróneas en las entalpías, ya que deberían indicarse en kJ /kg.

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