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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, Decana de Amrica)
FACULTAD DE QUMICA, INGENIERA QUMICA
Escuela Acadmico-Profesional de
Ingeniera Qumica
DEPARTAMENTO ACADMICO DE OPERACIONES UNITARIAS
LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA II
TORREDE ENFRIAMIENTO
PROFESOR : Ing. Ricardo Felipe Lama Ramrez Ph.D.
ALUMNOS : CASTILLO RODRGUEZ, David Felipe 06070045GARCA VALVERDE, Elvia Mara 06070074GUILLN MORALES, Julio Manuel 06070127LOPEZ ROJAS, Octavio
GRUPO N : 4
FECHA DEREALIZACIN : 21 de setiembre del 2010
FECHA DEENTREGA : 16 de diciembre del 2010
Ciudad Universitaria, noviembre del 2010
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TABLA DE CONTENIDO
pg.
RESUMEN 3
I. INTRODUCCION 4
II. PRINCIPIOS TEORICOS 5
III. DETALLES EXPERIMENTALES 14
IV. TABULACION DE DATOS Y
RESULATADOS
16
V. DISCUSION DE RESULTADOS 18
VI. CONCLUSIONES 19
VII. RECOMENDACIONES 20
VIII. BIBLIOGRAFIA 21
IX. APENDICE I: EJEMPLO DE CALCULO 22
X. APENDICE II: GRAFICOS 35
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RESUMEN
El presente informe corresponde a la prctica de Torre deenfriamiento, las condiciones ambientales en las que se llevo a cabo la
experiencia fueron 20C y 756 mmHg de presin atmosfrica. La torre de
enfriamiento usada es del tipo denominado Tiro mecnico inducido, el
empaque que tiene est compuesto por listones de madera dispuesto
horizontalmente y paralela.
Se hicieron dos pruebas variando el flujo msico del agua, la primeraa 0.67 kg/s y la segunda a 0.94 kg/s, midindose e la temperatura de
bulbo seco (TBS) y temperatura de bulbo hmedo (TBH), con los cuales se
calcularon la humedad absoluta (H) y luego la entalpia (Hy) del flujo de
aire.
Los flujos de aire que se obtuvieron fueron: 2.73 y 1.92 kg/s.m 2 para
la primera corrida y segunda corrida respectivamente.
Finalmente, teniendo como dato el flujo de aire y la altura del
empaque se calcularon los coeficientes de transferencia globales
obtenindose 1.60 x 10-7 Kmol / m3 s Pa (corrida 1) y 1.64 x 10-7 Kmol / m3
s Pa (corrida 2). Para calcular los coeficientes de pelcula se uso el mtodo
de Mickley obtenindose 5.51 x 10-7 Kmol / m3 s Pa (corrida 1) y 5.70 x 10 -7
Kmol / m3 s Pa (corrida 2).
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I. INTRODUCCIN
Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar
agua en grandes volmenes porque son el medio ms econmico parahacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los
intercambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a travs de una
pared.
En el interior de las torres se monta un empaque con el propsito de
aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la
enfra.
El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederoso por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible.
El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a travs de la torre,
se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a
contracorriente o a flujo 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 delagua descienda.
El objetivo de esta experiencia es determinar los coeficientes de
transferencia de masa y su relacin con los flujos y temperara de agua y
aire
http://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/contracorriente.swfhttp://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/cruzado.swfhttp://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/contracorriente.swfhttp://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/cruzado.swf7/28/2019 Informe - Torre de Enfriamiento 1
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II. PRINCIPIOS TEORICOS
Humedad de aire: La humedad H de una mezcla aire-vapor de
agua se define como los kg de vapor de agua por Kg de aire seco (AS),esta definicin de humedad solo depende de la presin parcial P A del
vapor de agua en el aire y de la presin total (PT) atmosfrica, si el peso
molecular del agua es 18.02 kg/kmol y del aire es 28.97 kg/kmol entonces
tenemos:
El aire saturado: es aquel en el cual el vapor de agua est enequilibrio con el agua lquida en las condiciones dadas de temperatura y
presin. En esta mezcla la presin parcial de vapor de agua en la mezcla
aire-agua es igual a la presin de vapor PAS del agua pura a la temperatura
establecida por consiguiente, la humedad de saturacin Hs es:
Punto de roco: de una mezcla de aire y vapor de agua: es latemperatura a la cual cierta mezcla de aire y vapor de agua est saturada
se llama temperatura de punto de roci.
Calor hmedo: En una mezcla de aire y agua: El calor hmedo Cses la cantidad de calor en J (o kJ) requerido para elevar la temperatura de
un kilogramo de aire seco ms el vapor de agua presente en 1 K o 1 C.
Las capacidades calorficas del aire y el vapor de agua se puede suponer
constantes en el intervalo normal de temperaturas e iguales a 1.005 kJ/kg
AS K y 1.88 kJ/ kg H2O K, respectivamente. Por consiguiente, paraunidades SI
Cs (kJ/kg aire seco K) = 1.005 + 1.88 H (3)
(En algunos casos, cs se expresa como (1.005 + 1.88 H)x103 J/kg. K.]
Entalpa total de una mezcla de aire y vapor de agua: Laentalpa total de 1 kg de aire ms su vapor de agua es HY(J/kg o Kg/kg de
aire seco). Si T0 es la temperatura base seleccionada para ambos
componentes, la entalpa total es el calor sensible de la mezcla aire-vapor
de agua ms el calor latente 0 (J/kg o kJ/kg de vapor de agua), del vapor
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de agua a T0. [Obsrvese que (T T0) C = (T T0) K y que estas entalpas
se refieren al agua lquida.]
HY (kJ/kg aire seco) = cs (T - To) + H 0
HY (kJ/kg aire seco) = (1.005 + 1.88H)( T T0 C) + H 0
Si la entalpa total se refiere a una temperatura base T0 de 0 C, la
ecuacin para Hy se convierte en
HY (kJ/kg aire seco) = (1.005 + 1.88H) (T 0C) + 2501.4H(4)
Temperatura del bulbo hmedo (TBH): Es la temperatura lmitede enfriamiento alcanzada por una pequea masa de lquido en contacto
con una masa mucho mayor de gas hmedo.
La determinacin de esta temperatura se efecta pasando con
rapidez el gas por un termmetro cuyo bulbo se mantiene hmedo con el
lquido que forma el vapor en la corriente gaseosa. Por lo general el bulbo
del termmetro se envuelve en una mecha saturada. Durante este
proceso si el gas no est saturado, se evapora algo de lquido de la mecha
saturada hacia la corriente gaseosa en movimiento, llevndose el calor
latente asociado. La eliminacin de calor latente da lugar a una
disminucin en la temperatura del bulbo del termmetro y la mecha,producindose una transferencia de calor sensible hacia la superficie de la
mecha por conveccin desde la corriente gaseosa y por radiacin desde
los alrededores. La temperatura de bulbo hmedo es la que se obtiene a
estado estable con un termmetro expuesto a un gas que se mueve con
rapidez.
Para medir con precisin la temperatura del termmetro hmedo es
preciso tomar tres precauciones: (1) la gasa debe estar completamente
mojada de forma que no existan reas de la gasa secas en contacto con elgas; (2) la velocidad del gas ha de ser suficientemente grande para
asegurar que la velocidad de flujo de calor por radiacin desde los
alrededores ms calientes hacia el bulbo es despreciable; (3) el agua de
reposicin que se suministra al bulbo ha de estar a la temperatura
hmeda. Cuando se toman estas precauciones la temperatura del
termmetro hmedo es independiente del de la velocidad del gas para un
amplio intervalo de velocidades de flujo.
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TORRES DE ENFRIAMIENTO
En una torre tpica para enfriamiento de agua, el agua caliente fluye
a contracorriente del aire. Por lo general, el agua caliente entra por la
parte superior de una torre empacada y cae en cascada a travs del
material de empaque, y sale por el fondo. El aire entra por la parte inferior
de la torre y fluye hacia arriba, a travs del agua que desciende.
Clasificacin de torres de enfriamientoLas torres de enfriamiento se clasifican de acuerdo con los medios
por los que se suministra el aire.
Torres de tiro mecnico Tiro inducido: El aire se succiona a travs de la torre mediante un
abanico situado en la parte superior de la torre.
Tiro forzado: El aire se fuerza por un abanico en el fondo de latorre y se descarga por la parte superior.
Torres decirculacin natural Atmosfricas: Aprovecha las corrientes atmosfricas de aire, este
penetra a travs de rompe vientos en una sola direccin
Tiro natural: Operan de la misma manera que una chimenea de unhorno. La diferencia entre la densidad del aire en la torre y en el
exterior originan un flujo natural de aire fro en la parte inferior y
una expulsin del aire caliente menos denso en la parte superior.
Partes internas de las torres de enfriamiento y funcin delempaque
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Si el agua pasa a travs de una boquilla capaz de producir
pequeas gotas, se dispondr de una gran superficie para el contacto de
agua-aire. Puesto que la interfase agua-aire es tambin la superficie de
transferencia de calor, el uso de la boquilla permite alcanzar buenosniveles de eficiencia por m3 cbico de aparato de contacto.
En la torre de enfriamiento, debido a los requerimientos de grandes
volmenes de aire y pequeas cadas de presin permitidas, es costumbre
usar largueros de madera de seccin rectangular o triangular, que dejan la
torre sustancialmente sin obstruir. El empaque, es casi exclusivamente
fabricado en cualquiera de las dos formas y su propsito es interrumpir el
descenso del lquido.
El agua no puede enfriarse por debajo de su temperatura de bulbo
hmedo. La fuerza impulsora de la evaporacin del agua es,
aproximadamente, la presin de vapor de agua menos la presin de vapor
que tendra a su temperatura de bulbo hmedo. El agua slo se puede
enfriar hasta la temperatura de bulbo hmedo, y en la prctica se enfra a
unos 3K o un poco ms por encima de dicha temperatura. La evaporacin
en la torre de enfriamiento slo provoca pequeas prdidas de agua.
Como el calor latente de vaporizacin del agua es de aproximadamente
2300 kJ/kg, un cambio tpico de unos 8 K en la temperatura del agua
corresponde a una prdida de evaporacin de ms o menos 1.5%.
Teora y clculo de las torres de enfriamiento con agua
Se efecta un balance total de calor para una seccin de una torre y se
obtiene la lnea de operacin:
L = flujo de agua, kg de agua/s m2 (lbm/h . pie2)
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TL = temperatura del agua, C o K (F)
G = flujo de aire seco, (kg/seg m2) (lbm/h pie2)
TY = temperatura del aire, C o K (F)
H = humedad del aire, kg de agua/ kg de aire seco (Ib de agua/lb de aire
seco)HY = entalpa de la mezcla de aire-vapor de agua, J/kg de aire seco (btu/
lbm de aire seco)
Se considerar una torre empacada para enfriamiento de agua con
aire que fluye hacia arriba y agua a contracorriente hacia abajo, en la
torre. El rea interfasial total entre las fases aire y agua se desconoce,
puesto que el rea superficial del empaque no es igual al rea interfasial
entre las gotas de agua y el aire. Por consiguiente, se define una cantidad
a, que es m2 de rea interfasial por m3 de volumen de seccin empacada,o m2/m3. Esto se combina con el coeficiente de transferencia de masa de
la fase gaseosa kgen kg mol/seg-m2 Pa o mol/seg m2 atm, para obtenerun coeficiente volumtrico kgaen (kg mol/seg .m3 Pa) o (kg mol/seg m3
atm ) (Ib mol/h pie3 atm).
Al efectuar un balance de calor para una diferencial de altura dz de
la columna y despreciar los trminos de calor sensible en comparacin con
el calor latente:
La transferencia total de calor sensible del volumen del lquido a la interfaz
es
Donde es el coeficiente volumtrico de transferencia de calor de la
fase liquida en W/m3 K y Ti es la temperatura de interfaz.
Para una transferencia adiabtica de masa, la velocidad de transferencia
de calor debida al calor latente en el vapor de agua que se est
transfiriendo:
Donde est en W/m2; MB es peso molecular del aire; es un
coeficiente volumtrico de transferencia de masa en el gas en kmol/s m3
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Pa; P es la presin atmosfrica en Pa, es el calor latente del agua en J/
kg de agua, es la humedad del gas en la interfaz en kg de agua/ kg de
aire seco; y es la humedad del gas en la fase gaseosa masiva en kg deagua/kg de aire seco.
La velocidad de transferencia de calor sensible en el gas es
Donde se da en W/m2 y es un coeficiente volumtrico de
transferencia de calor en el gas en W/m3
K.
Ahora la ecuacin (8) debe ser igual a la suma de las ecuaciones (9) y (10)
La definicin de calor hmedo:
Sustituyendo por :
Esta ecuacin se sustituye en la ecuacin que suma las ecuaciones de
calor sensible y latente:
.. (13)
Sumando y restando en los corchetes:
. (14)
Los trminos dentro de las llaves son y tenemos:
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Al integral obtenemos la ecuacin para calcular la altura de la torre:
Igualando la ecuacin de transferencia sensible
Con la ecuacin obtenida:
Donde es la pendiente de la lnea de interfase o fuerza impulsora.
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TEMPERATURA Y HUMEDAD DE LA CORRIENTE DE AIRE EN LATORRE
La formacin de niebla en la fase vapor es una limitante para el
intervalo de condiciones prcticas de operacin.
La niebla se formara cuando la fase gaseosa global alcanza la
supersaturacion. La niebla representa un inconveniente serio ya que lasprdidas de agua son elevadas en una operacin de enfriamiento de agua
y en una operacin de deshumidificacion se frustra el objetivo principal.
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METODO DE MICKLEY
El mtodo Mickley es un mtodo grfico para la obtencin de las
condiciones de la interfase. Se basa en una grfica de entalpas de la fasegaseosa frente a las temperaturas de la fase lquida.
La velocidad de transferencia de calor sensible en el gas es:
Combinando con:
Se genera:
Si se conocen las condiciones de la fase gaseosa en cada extremo
de la columna, es posible usar un mtodo de etapas para trazar la curva
de las condiciones de la fase gaseosa a travs de la torre.
El procedimiento se muestra en la siguiente figura
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III. DETALLES EXPERIMENTALES
Materiales y equipos Termmetros
Psicmetro
Cronmetro
Balanza
Rotmetro
Recipiente
Flujo de agua caliente
Aire
Equipos Torre de enfriamiento
Caldera
Intercambiador de calor de doble tubo
Procedimiento
Se suministra un flujo de agua caliente de 40 L/min a una temperatura de
38C aproximadamente proveniente del sistema caldera-intercambiador.El flujo entra por la parte superior de la torre de enfriamiento.
Al mismo tiempo entra aire a la temperatura ambiental por la parte
inferior de la torre, el aire es impulsado por un ventilador colocado en la
parte superior de la torre.
La temperatura de entrada y salida del agua caliente, la temperatura de
bulbo hmedo y temperatura de bulbo seco del aire, y el flujo de agua se
midieron cuando las temperaturas permanecieron constantes.
Con estos datos se calculan el coeficiente global de transferencia Kga,
coeficientes de pelcula kga y hLa, flujos mnimos de aire y porcentaje deagua que se evapora.
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ESQUEMA DEL SISTEMA
TL2 TBS 2
TL1 TBS 1
TBH 1
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IV. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS
Tabla N1: datos de laboratorio
Presin atmosfrica(mm Hg)
75
6T (C) 20
Tabla N2: Dimensiones de la torre de enfriamientoMaterial Cemento , ladrillo
Seccin interna (mm) 982 x 961Altura de empaque
(mm)
1900
EmpaqueMaterial Listones de madera
Dimensiones prom
(mm)961 x 9 x 4
DisposicinParalelas intercaladas con la cara ancha
perpendicular al flujo (28 filas)Alimentacin de flujo
de agua
Sistema compuesto por tubos en paralelos
perforados parte superior
Tabla N3: Datos experimentales
Corrida
Caudal
(LPM)
Entrada Salida
TL2(
C)
TBS
1
(
C)
TBH
1
(C
)
TL1(C
)
TBS
2
(
C)
TBH
2
(C
)1 40 38 17 16 26 21 20
2 55 38 17 1628.
623 22
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DATOS DE OPERACIN
Tabla N4: datos evaluados para determinar la curva de operacin
CORRIDA 1
CORRIDA 2
L (kg H2O/s) 0.67 0.94
(C) 26 28.6
(C) 38 38
HY1 (kJ/ kgAS)
47.96 47.96
HY2 (kJ/ kg
AS)61.07 68.48
H1 (kg H2O /kg AS)
0.0122 0.0122
H2 (kg H2O /kg AS)
0.0157 0.0178
RESULTADOS
Tabla N5: flujos de aire seco calculadosCORRID
A 1CORRID
A 2L (kg H2O/
s)0.67 0.94
L(kg H2O/m2 s)
0.71 1.0
G (kg AS /m2 s)
2.73 1.92
G min (kgAS / s)
0.33 0.36
Tabla N6: coeficientes calculadosCORRID
A 1CORRID
A 2Coef.global Kga (Kmol / m3
s Pa)Coef. De pelcula kga (Kmol
/ m3 s Pa)Coef. De pelcula kga (Kg /
m3 s)
Coef. De pelcula hLa ( W /m3 C)
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Tabla N7: porcentajes de ErrorParme
troCorrida 1 Corrida 2
%Error
1.9%3.1%
8.5%
8.3%
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V. DISCUSION DE RESULTADOS
Para el clculo de los flujos de lquido en cada corrida se utiliza una curva
de calibracin. El rotmetro con el que cuenta el equipo no es uninstrumento confiable, por esta razn se realiza una calibracin previa
tomando volmenes de agua para un determinado tiempo, esto se realiza
para cada lectura del rotmetro y luego graficando los flujos reales versus
los flujos ledos en el rotmetro, obtenindose as una recta de calibracin
(Grfica N 1). Para fines prcticos el eje de las abscisas muestra la lectura
del rotmetro y el eje de las ordenadas el flujo de lquido en Kg/s.
En la Grfica N 2 se observan dos curvas, una curva de equilibrio y una
curva de operacin. La curva de operacin de obtiene de los datos deentrada y salida de agua y aire a la torre de enfriamiento. Esta grfica
tambin sirve para tomar lecturas de Hy*; para esto se ubica un punto en
la curva de operacin, se proyecta este punto hasta la que intercepte a la
curva de equilibrio y a partir de la interseccin medir en la horizontal el
valor de Hy* correspondiente al valor en la curva de operacin. Con los
datos de Hy* se construye la Grfica N3, que es til para el clculo del
coeficiente global de transferencia de masa.
En esta prctica se realizan dos corridas de experimentos de enfriamiento,la primera se realiza a un flujo msico de agua de 0.67 kg/s y la segunda a
0.94 kg/s, obteniendo flujo de aire hmedo de 1.92 y 2.73 kg/m2s
respectivamente, se aprecia que al incrementar el flujo de agua se
incrementa el flujo de aire. El clculo del flujo de aire se hace
analticamente (Grficas N7 y N13), no pudindose corroborar
experimentalmente este clculo porque el equipo no cuenta con un
dispositivo que mida la cantidad de aire que ingresa.
La Grfica N4 muestra el desarrollo del mtodo de Mickley para el clculo
del coeficiente de pelcula kga. A partir del punto (TL1.HY1) se traza una
lnea suponiendo una pendiente hacia la curva de equilibrio y se procede
al desarrollo del mtodo. Si al final del mtodo, la temperatura de salida
TG2 coincide con la experimental, se trabaja con la pendiente asumida, en
caso contrario se debe asumir otra pendiente y volver a desarrollar el
mtodo. La pendiente obtenida por prueba y error es de 1.93x103.
Con la pendiente calculada, se procede a trazar paralelas a la primera
lnea para conocer los valores de HYi (en la curva de equilibrio y su
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correspondiente valor de Hy en la curva de operacin. Este procedimiento
se aprecia en la Grfica N5. Se construye la Grfica N6 con estos
valores, esta grfica ser til para el clculo de la integral en la frmula
del coeficiente de pelcula.
Finalmente se calcula el flujo mnimo de aire que debe ingresar a la
columna para realizar la operacin. La forma del clculo se representa en
la Grafica N7
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VI. CONCLUSIONES
[1] El coeficiente global de transferencia de masa es de
para la primera corrida y de para la segunda corrida,
siendo estos valores muy cercanos entre s pudiendo dar un valor
promedio de .
[2] El coeficiente de pelcula calculado es de para la
primera corrida y de para la segunda corrida y de
manera similar a lo anterior se puede dar un valor promedio de
.
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VII. RECOMENDACIONES
El mantener constante la temperatura de entrada de lquido es de
suma importancia para asegurar el estado estacionario y poder realizar
a cabalidad la experiencia.
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VIII. BIBLIOGRAFIA
Geankoplis C.J., Procesos de transporte y operaciones unitarias, Continental SA de
C.V. Mxico, tercera edicin, 1998, pg. 671- 679.
Foust A.; Wenzel L., Principios de las Operaciones Unitarias, Editorial CECSA, Mxico,
1961, pg.: 426-457.
Perry, R. H., Manual del Ingeniero Qumico, Quinta edicin (segunda edicin en espaol)
Volumen I, Tomo II, Editorial Hispana Americana Mxico 1974, pg. 1225-1238, 1260.
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APENDICE: EJEMPLO DE CALCULOS
1. ELABORACION DE LA CURVA DE EQUILIBRIO AGUA AIRE
Calculo de la Humedad
Para 20C le corresponde segn la tabla de presin de vapor del
agua una presin de vapor (PA) igual a 17.535 mmHg.
Datos:
PA = Pv (20C) =17.535 mmHg
Ptotal (atmosfrica) = 756 mmHg
Luego:
Para los dems datos se procedi de la misma forma
Calculo de la entalpia (HY)
Se usa la ecuacin:
Para los dems datos se procedi de la misma forma y realiz la curva deequilibrio entalpia vs temperatura (bulbo seco).
2. ELABORACION DE LA CURVA DE OPERACIN
Corrida N1:
Para el aguaSe tienen los datos de la Tabla N3.
Entrada:
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Para un flujo volumtrico de agua: 40 L/min en el rotmetro; Se halla
la densidad del agua a la temperatura de entrada (TL2), y luego el flujo
msico de entrada L2 (kg/s):
El flujo msico para 40 L/min se obtiene al reemplazar este valor en laecuacin de calibracin del rotmetro.
Para el aireHaciendo uso de la carta psicomtrica hallamos la humedad (kg
H2O/kg AS) a la temperatura de bulbo hmedo y temperatura de bulbo
seco correspondiente, obteniendo:
Para la salida del aire se obtuvo:
Con estos valores se determinaron las entalpias del aire
Para la salida se obtiene
Finalmente se grafican los puntos (TL1, HY1) y (TL2, HY2), se ajusta con unalnea recta y se obtiene:
Y = 1.09 X + 19.55
3. CALCULO DEL FLUJO DE AIRE G (Kg/m2s)De la relacin
Tenemos:
CL = 4.187 KJ/Kg-K
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Velocidad msica del agua por unidad de rea L (Kg/m2 s)
Pendiente de lnea de operacin = 1.09 KJ/Kg-K
4. DETERMINACION DEL COEFICIENTE GLOBAL Kga
De la relacin:
Despejando Kga:
Tenemos:
Z = 1.9 m
MB (PM de aire) = 28.97 Kg/Kmol
P = 756 mmHg = 100807 Pa
G = 2.73 Kg / m2-s
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28
Para la integral, primero se hallan los HY y sus correspondientes H*Y para
elaborar la grfica 1/(H*Y HY) vs HY y obtenemos (Grfica N3)
TL
Hy(J/kg)
H*Y 1/(H*Y -HY)
2
6
47942 8084
3
3.04E-05
2
7
49034 8533
3
2.75E-05
2
8
50126 9002
4
2.51E-05
2
9
51218 9492
9
2.29E-05
3
0
52310 1000
56
2.09E-05
3
1
53402 1054
17
1.92E-05
3
2
54494 1110
32
1.77E-05
3
3
55586 1169
08
1.63E-05
3
4
56678 1230
61
1.51E-05
3
5
57770 1295
08
1.39E-05
3
6
58862 1362
62
1.29E-05
3
7
59954 1433
41
1.20E-05
3
8
61046 1507
66
1.11E-05
De la grafica se obtiene una curva con ecuacin:
Que no es otra cosa que:
Luego la integral queda:
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29
Reemplazando:
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5. CALCULO DEL COEFICIENTE DE PELICULA
Para determinar el coeficiente de pelcula se usa el mtodo de
Mickley. Se tiene la temperatura de entrada y salida, del aire y del aguafra respectivamente, la altura de la torre, tenemos las siguientes
relaciones:
El procedimiento consiste en graficar (Grfica N 4) el punto
correspondiente a la temperatura del aire hmedo TBS1= 17C y Hy1=
47.96 kJ/kg, se asume un valor de (que es la pendiente) y se procede
a ubicar la temperatura de salida del aire TBS2, esta debe coincidir con la
TBS2 que obtenemos en la prctica; si no concuerda, se asume otro valor de
, hasta que coincida. Luego de hallar la pendiente se procede a
desarrollar la integral , de aqu se obtiene y posteriormente
Luego de varias pruebas y error se obtuvo un valor de
obtenindose una temperatura de salida de aire TBS2 =
20.9 (cercana a 21C)
Con la pendiente hallada, se extraen datos del grfico para resolver
la integral:
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Hy(J/kg)
Hyi1 / (HYi -
HY)
4794259000
9.04E-05
50500635
00
7.69E-05
5400069500
6.45E-05
5750077000
5.13E-05
5900080500
4.65E-05
6104684500
4.26E-05
Graficando obtenemos la siguiente relacin: (Grfica N 6)
Esta grfica no es otra cosa que:
Al integrar esta ecuacin dentro del os limites y
Calculo de kga:
0.827
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Calculo de hLa:
Calculo del flujo mnimo (Grfica N7)
De la grafica obtenemos:
CL = 4.187 KJ/Kg-K
L = 0.67 Kg/ s
Evaluando:
Corrida N2:
Para el agua
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Se tienen los datos de la Tabla N3.
Entrada:Para un flujo volumtrico de agua: 55 L/min en el rotmetro; Se halla
la densidad del agua a la temperatura de entrada (TL2), y luego el flujo
msico de entrada L2 (kg/s):
El flujo msico para 55 L/min se obtiene al reemplazar este valor en la
ecuacin de calibracin del rotmetro.
Para el aireHaciendo uso de la carta psicomtrica hallamos la humedad (kg
H2O/kg AS) a la temperatura de bulbo hmedo y temperatura de bulbo
seco correspondiente, obteniendo:
Para la salida del aire se obtuvo:
Con estos valores se determinaron las entalpias del aire
Para la salida se obtiene
Finalmente se grafican los puntos (TL1, HY1) y (TL2, HY2), se ajusta con una
lnea recta y se obtiene:
Y = 2.183 X - 14.47
6. CALCULO DEL FLUJO DE AIRE G (Kg/m2s)De la relacin
Tenemos:
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CL = 4.187 KJ/Kg-K
Velocidad msica del agua por unidad de rea L (Kg/m2 s)
Pendiente de lnea de operacin = 2.183 KJ/Kg-K
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7. DETERMINACION DEL COEFICIENTE GLOBAL Kga
De la relacin:
Despejando Kga:
Tenemos:
Z = 1.9 m
MB (PM de aire) = 28.97 Kg/Kmol
P = 756 mmHg = 100807 Pa
G = 1.92 Kg / m2-s
Para la integral, primero se hallan los HY y sus correspondientes H*Y para
elaborar la grfica 1/(H*Y HY) vs HY y obtenemos (Grfica N9)
TL
Hy(J/kg)
H*Y1/(H*Y -
HY)28
466549002
42.31E-05
29 48837 94929 2.17E-05
30
510201000
562.04E-05
31
532031054
171.92E-05
32
553861110
321.80E-05
33
575691169
081.69E-05
3
4 59752
1230
61 1.58E-0535
619351295
081.48E-05
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36
36
641181362
621.39E-05
37
663011433
411.30E-05
3
868484
1507
661.22E-05
De la grafica se obtiene una curva con ecuacin:
Que no es otra cosa que:
Luego la integral queda:
Reemplazando:
8. CALCULO DEL COEFICIENTE DE PELICULA
Para determinar el coeficiente de pelcula se usa el mtodo de
Mickley. Se tiene la temperatura de entrada y salida, del aire y del agua
fra respectivamente, la altura de la torre, tenemos las siguientes
relaciones:
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El procedimiento consiste en graficar (Grfica N 10) el puntocorrespondiente a la temperatura del aire hmedo TBS1= 17C y Hy1=
47.96 kJ/kg, se asume un valor de (que es la pendiente) y se procede
a ubicar la temperatura de salida del aire TBS2, esta debe coincidir con la
TBS2 que obtenemos en la prctica; si no concuerda, se asume otro valor de
, hasta que coincida. Luego de hallar la pendiente se procede a
desarrollar la integral , de aqu se obtiene y posteriormente
Luego de varias pruebas y error se obtuvo un valor de
obtenindose una temperatura de salida de aire TBS2 =
23C
Con la pendiente hallada, se extraen datos del grfico para resolver
la integral:
Hy(J/kg) Hyi
1 / (HYi -HY)
4796463000
6.65E-05
5211267000
6.72E-05
5473171000
6.15E-05
5844276000
5.70E-05
61935810
00
5.25E-05
6521085500
4.93E-05
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6848489000
4.87E-05
Graficando obtenemos la siguiente relacin: (Grfica N 12)
Esta grfica no es otra cosa que:
Al integrar esta ecuacin dentro del os limites y
Calculo de kga:
1.214
Calculo de hLa:
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Calculo del flujo mnimo (Grfica N13)
De la grafica obtenemos:
CL = 4.187 KJ/Kg-K
L = 0.67 Kg/ s
Evaluando:
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Porcentajes de error:
Parme
tro Corrida 1 Corrida 2
%Err
or1.9%
3.1%
8.5%
8.3%
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Grfica N1Curva de Calibracin del Rotmetro
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Grfica N2Curva de equilibrio y Curva de operacin para la Corrida N1 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)
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Grfica N3
Curva versus Determinacin de la ecuacin para el clculo de la
integral utilizando coeficientes globales de transferencia de masa para la
Corrida 1.
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Grfica N4
Mtodo de Mickley para calcular el coeficiente de pelcula para la corrida 1
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Grfica N5
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Lectura de los valores de utilizados en el clculo de la integral para calcular el coeficiente de pelcula para
la corrida 1
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Grfica N6
Curva versus Determinacin de la ecuacin para el clculo de la
integral utilizando coeficientes de pelcula para la Corrida 1.
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Grfica N7
Determinacin del Flujo de mnimo de aire Corrida N1 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)
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Grfica N8Curva de equilibrio y Curva de operacin para la Corrida N2 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)
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Grfica N9
Curva versus Determinacin de la ecuacin para el clculo de la
integral utilizando coeficientes globales de transferencia de masa para la
Corrida 2.
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Grfica N10
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Mtodo de Mickley para calcular el coeficiente de pelcula para la corrida 2
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Grfica N11
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Lectura de los valores de utilizados en el clculo de la integral para calcular el coeficiente de pelcula para
la corrida 2
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Grfica N12
Curva versus Determinacin de la ecuacin para el clculo de la
integral utilizando coeficientes de pelcula para la Corrida 2.
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Grfica N13
Determinacin del Flujo de mnimo de aire Corrida N2 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)
7/28/2019 Informe - Torre de Enfriamiento 1
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