DISEÑO DE TORRE DE ENFRIAMIENTO. ECUACIONES CARACTERÍSTICAS

La transferencia de energía entre el aire y el agua se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

Donde:

L: Flujo másico de agua en kg/h

T1 y T2: temperatura de entrada y salida del agua de la torre en ºC

G: Flujo másico de aire en kg/h

h1 y h2: Entalpía de entrada y salida del aire en Kcal/kgºC

Cp: Calor específico del agua, puede tomarse como Cp=1 kCal/kgºC

Es posible evaluar el anterior balance de energía en forma diferencial entre dos puntos internos de la torre de tal manera que

Al interior de la torre existe un volumen efectivo de transferencia, compuesto tanto por los rellenos como por los espacios vacíos por los que fluye el agua y el aire y define un área total de transferencia conocida como a. Con base en ésta área puede calcularse la transferencia de energía de la siguiente forma:

Donde:

K: Parámetro experimental común al agua y al relleno definido por el fabricante

ha: Entalpía del aire en cada punto calculada con base en la temperatura de bulbo húmedo.

hw: Entalpía del aire saturado a la temperatura del agua en cada punto de la torre.

De la ecuación anterior se obtiene por integración dos expresiones independientes:

y

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La primera ecuación se conoce como Característica termodinámica y la segunda ecuación de Merkel. Se define una curva característica del fabricante que relaciona el valor de KaV/L, con la relación agua-aire L/G, su cálculo se efectúa de manera experimental. Existe otra curva denominada característica requerida, que expresa el término ECN como función de L/G.

En la figura a se observan ambas curvas.

En muchos casos la curva característica se obtiene con base en ecuaciones y coeficientes que brinda el fabricante sobre el tipo de relleno, en la figura b se presentan algunos valores de estos coeficientes. Con dichos coeficientes puede construirse el término KaV/L como función de L y G y de esta forma graficarlos en el diagrama. La característica requerida se grafica como función del acercamiento y se encuentra en literatura de diseño de torres, en la figura c se presenta una tabla típica para varios valores de acercamiento.

En la sección 11.6 se presenta un ejemplo práctico donde se emplean las curvas y adicionalmente se evalúa el rendimiento de una torre de tiro mecánico mediante el método de la curva característica. Mediante un balance de masa es posible obtener una expresión para el agua de reposición, valor importante cuando se desean evaluar los costos de operación de la torre, la reposición se calcula como:

donde w2 y w1 son las humedades específicas del aire a la salida y la entrada de la torre respectivamente.

En el archivo adjunto se presenta el cálculo de una torre de enfriamiento a partir de datos de campo comunes (Ver figura d).

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