Torre Enfriamiento.docx

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán CAMPO 1 INGENIERÍA QUÍMICA Laboratorio Experimental Multidisciplinario (LEM) Profesor Silva Escalona Celestino Profesora Martínez Estrado Abigail Alumno: Alejandro Garcia Garcia Previo experimental VIII: Balance de materia y energía en una torre de enfriamiento GRUPO 2202 SEMESTRE 2019-I

28 de Septiembre del 2018

CONOCIMIENTOS PREVIOS 1-¿Por qué el agua se enfría en una torre de enfriamiento? El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a través 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 húmedo inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfría por transferencia de masa (evaporación ) 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 2-¿Cómo se mide la temperatura del bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco? La temperatura del bulbo seco o húmedo hace referencia a la temperatura que marca un termómetro de mercurio en dos situaciones diferentes. La temperatura del bulbo húmedo es indicada por un termómetro que tiene su bulbo humedecido e inmerso en una corriente de aire. Cuando se han suprimido todas las inexactitudes de medida el termómetro señala una temperatura que es realmente la del agua sobre el bulbo. La forma en que se puede obtener es colocando una gasa húmeda en el bulbo de un termómetro de mercurio, al encontrarse húmeda la gasa, la evaporación de esta agua provoca que la gasa y el bulbo del termómetro se enfríen, provocando una temperatura más baja que la del bulbo seco, varía de acuerdo a que tan seco este el aire. Para medir correctamente la temperatura de bulbo seco, simplemente se coloca el termómetro de mercurio sin modificar en una zona con sombra para evitar el sobrecalentamiento producido por el sol. De esta manera, se obtendrá el valor de temperatura en grados centígrados que haga en ese momento. 3-¿Cómo se utiliza la carta psicométrica para determinar la humedad y entalpia en una mezcla vapor-gas? Se tiene que verificar a que presión está construida la carta psicométrica; a 760mmHg en condiciones estándar o a la presión de Cuautitlán Izcalli de 585 mmHg. Se deben tener un par de datos para poder realizar las lecturas y ubicarlos en la carta. En este caso y a través de la experimentación se conocerá la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo. Primero se localizan los puntos de las líneas de las temperaturas de bulbo seco (TBS) y de bulbo húmedo (TBH), después se corren estas líneas hasta que estas se intersecten en un punto. En el punto de la intersección se encuentra representada la línea de humedad relativa en porcentaje (%), después el punto de la intersección se corre hacia la horizontal, de esta forma se encuentra la humedad absoluta del aire.

Para obtener el valor de la entalpia se corre la línea del punto de intersección de la TBS y TBH hacia los valores de Entalpia

4-Dibuje el diagrama de flujo de la torre de enfriamiento indicando válvulas e instrumentos requeridos para realizar la experimentación y lleve a cabo las actividades de los siguientes incisos. a) Realice el balance total de agua en la torre.

b) Realice el balance total de agua en la torre El balance total de agua para la torre de enfriamiento es el siguiente: humedad entrada F 1 + humedad entrada 6 humedad salida = Agua sale en F3 + en F7 + Agua de salida en 𝐹5 1 + humedad salida + Agua de purga en 𝐹4

Agua entra en F1 + Agua entra en F2 +

Se remplazan en la ecuación todos los flujos por la fracción de agua. 𝐹1 𝑋𝐻2𝑂 + 𝐹2 𝑋𝐻2𝑂 + 𝐹6 𝑋𝐻2𝑂 = 𝐹3 𝑋𝐻2𝑂 + 𝐹7 𝑋𝐻2𝑂 + 𝐹5 𝑋𝐻2𝑂 + 𝐹4 𝑋𝐻2𝑂

c) Realice el balance de dureza de agua El agua que está siendo enfriada en la torre sigue un proceso de circulación en el cual el mismo fluido pasa por el equipo varias veces, generando así concentración de sales no solubles, es decir, el agua adquiere cierta dureza. Para evitar esto, se

abre una válvula de purga en donde se desecha el agua con exceso de sales insolubles. Un balance de dureza en la torre de enfriamiento está dada por: 𝑀𝑥𝑚 = (𝐵 + 𝑊)𝑥0 Donde: W = pérdida de arrastre, kg/h. B = velocidad de eliminación, kg/h. M = rapidez de compensación, kg/h. xc = fracción peso de dureza en el agua circulante. XM = fracción peso de dureza en el agua de compensación.

d) Escriba la ecuación de carga térmica de la torre Para poder escribir la ecuación de carga térmica de la torre, es decir, el calor que el agua cede al agua es necesario emplear un balance de energía. 1 1 1 (𝐻1 + 𝑔𝑧1 + 𝑉12 ) 𝑚 − (𝐻2 + 𝑔𝑧2 + 𝑉22 ) 𝑚 + 𝑄 − 𝑊 = (𝐻 + 𝑔𝑧 + 𝑉 2 )𝑎𝑐𝑢𝑚 𝑚 2 2 2 𝑒𝑛𝑡 𝑠𝑎𝑙 Considerando: El Se

sistema

es

desprecia

1

(𝐻 + 𝑔𝑧 + 2 𝑉 2 )𝑎𝑐𝑢𝑚 𝑚 = 0

estacionario: la

energía

Se desprecia la energía El sistema está a volumen constante: 𝑊 = 0

cinética: potencial:

1

1 𝑉2, 𝑉2 2 1 2 2

=0

𝑔𝑧1 , 𝑔𝑧2 = 0

La ecuación de carga térmica es de la siguiente forma: (𝐻1 − 𝐻2 ) 𝑚 = −𝑄 Obtenemos lo siguiente: 𝑄 = (𝐻2 − 𝐻1 )𝑚 Dado que desconocemos la entalpía específica del agua, se usa la capacidad calorífica de esta a presión constante, la ecuación es: 𝑄 = 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝𝑎𝑔𝑢𝑎 ∫ ∆𝑇

e) Realice el balance de entalpia El balance de entalpia de la torre de enfriamiento está dado por: 𝐻 = 𝐶𝑠 (𝑇𝑦 − 𝑇0 ) + 𝑦 ` 𝜆0 Donde 𝐶𝑠 es el calor húmedo, 𝑇𝑦 es la temperatura de bulbo seco, 𝑇0 es la temperatura inicial, 𝑦 ` es la humedad absoluta y 𝜆0 es el calor latente.

5-Indique las variables a medir para poder efectuar los balances de materia y energía Temperatura ºC Agua fría Agua caliente Agua reposición. Vapor

Flujo (L/min)

Presión (Kg/cm2)

de

TBH

TBS

Agua de entrada Agua de salida

Bibliografía Perry, R. y Green, D.,(2001), Manual del ingeniero quimico, Mexico D.F., Mexico, 7 Edicion, Uteha. Treybal, R. E., Mass Transfer Operations, 3rd Edition, New York, Mac Graw-Hill, 1980.

Cibergrafia https://comunidad.leroymerlin.es/t5/BricopediaClimatizaci%C3%B3n/C%C3%B3mo-medir-la-temperatura-del-bulbo-seco-y-delbulbo-h%C3%BAmedo/ta-p/157150