Lab Termodinamica torre de enfriamiento

8/19/2019 Lab Termodinamica torre de enfriamiento

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Universidad Central de Venezuela

Facultad de Ingeniería

Escuela de ingeniería mecánica

Departamento de energéticaLaboratorio de termodinámica II

Preparador: Gonzalo Ramírez

INFORME DE LABORATORIO

PRÁCTICA N°1: TORRE DE ENFRIAMIENTO

INTEGRANTES:

ANGULO, Diorlen CI. 20638826 (SecciónBracamonte)

ARIZA, Karina CI. 19334837(SecciónHerrera)

MONTERO, Klay CI. 24221430(SecciónBracamonte)

Caracas, Marzo de 2016


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Universidad Central de Venezuela

Facultad de Ingeniería

Escuela de ingeniería mecánica

Departamento de energéticaLaboratorio de termodinámica II

Preparador: Gonzalo Ramírez

INFORME DE LABORATORIO

PRÁCTICA N°1: TORRE DE ENFRIAMIENTO

INTEGRANTES:

ANGULO, Diorlen CI. 20638826

ARIZA, Karina CI. 19334837

MONTERO, Klay CI. 24221430

RESUMEN

En el presente informe se explicara, el principio de funcionamiento de las torres deenfriamiento. La práctica consiste en la visita de las torres de enfriamiento delsistema de refrigeración del edificio de la biblioteca central de la UniversidadCentral de Venezuela, dichas torres se encuentran ubicadas en la parte exteriordel edificio, justo enfrente del pasillo de las banderas. Se explicaron de maneradetallada las partes o elementos que conforman el proceso y se realizaronmedidas puntuales para obtener los resultados de transferencia de calor y la masade reposición de agua que tiene como objetivo el laboratorio. Las medidasrealizadas se obtienen mediante un instrumento denominado tri-sen que nos

permite obtener valores de humedad relativa, velocidad y temperatura del aire enlos puntos de expulsión e inyección del sistema, así como un termómetrobimetálico para obtener la temperatura del agua de expulsión dentro de la torre.Esta agua, se dirige al depósito subterráneo o reservorio para luego ser utilizadoen el proceso de refrigeración.

Palabras claves: Refrigeración, humedad, velocidad, temperatura, agua, aire.


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INTRODUCCIÓN

Las máquinas y los procesos industriales generan enormes cantidades decalor que deben ser disipadas de manera continua si se quiere que estos procesosoperen eficientemente. Aunque los intercambiadores finales son los ríos, lagos einclusive océanos; el proceso natural de evaporación los hace muy efectivosaunque sin control. Las torres de enfriamiento regulan el proceso de enfriamientomediante la evaporación controlada, reduciendo así la cantidad de aguaconsumida.

El propósito de estudio en las torres de enfriamiento es un análisis detransferencia de calor por convección, que se refiere al transporte de energía promedio externo, en este caso el aire y el agua. Ésta transferencia se da porcontacto directo del aire-agua y se caracteriza por la difusión de calor y vapor de

agua al aire en la interface que existen entre ambos. Debido a estas situaciones ypor el intercambio continuo de temperatura que se produce a través de las torresde enfriamiento, se tienen dos tipos de transferencias:

A) Transferencia de calor latente debido a la evaporación de una pequeñaporción de agua

B) B)Transferencia de calor sensible debido a la diferencia de temperaturaentre el aire y el agua

En términos generales, podemos decir que la capacidad de enfriamiento deuna torre es una combinación de todas las variables involucradas en el diseño y

selección de la misma y nos indica la cantidad de agua que enfría en condicionesde operación comparada con las condiciones de diseño, esto es entonces, elequivalente de la eficiencia térmica. La mayor parte de la información disponiblepara las torres de enfriamiento es de selección, no de diseño y el cliente no puedenunca determinar "a priori" si una torre está bien o mal diseñada y si a esto se leagrega que en mayor o menor grado las torres siempre enfrían, entendemos el porqué la dificultad para evaluar éstos equipos.


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OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Conocer y estudiar de forma detallada el funcionamiento de las torres deenfriamiento del edificio de la biblioteca central de la Universidad Central deVenezuela.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Calcular la transferencia de calor que se tiene en el sistema.- Calcular la masa de reposición de agua.


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MARCO TEÓRICO

Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua en

grandes volúmenes, extrayendo el calor del agua mediante evaporación oconducción. El proceso es económico, comparado con otros equipos deenfriamiento como los cambiadores de calor, donde el enfriamiento ocurre a travésde una pared.

El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o porboquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible. El enfriamientoocurre cuando el agua, al caer a través de la torre, se pone en contacto directocon una corriente de aire que fluye a contracorriente o a flujo cruzado con unatemperatura menor a la temperatura del agua, en estas condiciones, el agua seenfría por transferencia de masa (evaporación), originando que la temperatura delaire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; latemperatura límite de enfriamiento del agua es la temperatura del aire a la entradade la torre. Parte del agua que se evapora, causa la emisión de más calor, por esose puede observar vapor de agua encima de las torres de refrigeración.

Para crear flujo hacia arriba, algunas torres de enfriamiento contienenaspas en la parte superior, las cuales son similares a las de un ventilador. Estasaspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre deenfriamiento. Además, en el interior de las torres se monta un empaque con elpropósito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire quela enfría.

Como ya hemos dicho, el enfriamiento de agua en una torre tiene sufundamento en el fenómeno de evaporación. La evaporación es el paso de unlíquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un líquido, unejemplo es la evaporación del agua de los mares.

Las industrias utilizan agua de refrigeración para varios procesos. Comoresultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres deenfriamiento para la producción de agua de proceso que solo se puede utilizar unavez, antes de su descarga, así como torres de enfriamiento de agua que puedereutilizarse en el proceso. Para enfriar y recircular agua en procesos industrialesde refrigeración o en instalaciones de aire acondicionado.


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Con relación al mecanismo utilizado para la transferencia de calor losprincipales tipos son:

- Torres de refrigeración húmedas funcionan por el principio de evaporación.

- Torres de refrigeración secas funcionan por transmisión del calor a travésde una superficie que separa el fluido a refrigerar del aire ambiente.

En una torre de refrigeración húmeda el agua caliente puede ser enfriada auna temperatura inferior a la del ambiente, si el aire es relativamente seco.

Con respecto al tiro del aire en la torre existen tres tipos de torres derefrigeración:

- Tiro natural, que utiliza una chimenea alta.

- Tiro inducido, en el que el ventilador se coloca en la parte superior de latorre (impulsan el aire creando un pequeño vacío en el interior de la torre).

- Tiro mecánico (o tiro forzado), que utiliza la potencia de motores deventilación para impulsar el aire a la torre (colocándose en la base).

Bajo ciertas condiciones ambientales, nubes de vapor de agua (niebla) sepueden ver que salen de una torre de refrigeración seca.

Las torres de enfriamiento usan la evaporación del agua para rechazar elcalor de un proceso tal como la generación de energía eléctrica. Las torres deenfriamiento varían en tamaño desde pequeñas a estructuras muy grandes que

pueden sobrepasar los 220 metros de altura y 100 metros de longitud. Torres máspequeñas son normalmente construidas en fábricas, mientras que las másgrandes son construidas en el sitio donde se requieren.


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MARCO METODOLÓGICO

La práctica consiste en la toma de forma experimental de los datos de entrada de

salida del aire y agua del sistema; utilizando instrumentos para esta toma demedidas, un termómetro biometálico para las temperaturas del agua y el Tri-Senpara la toma de datos de humedad, velocidad y temperatura de aire:

- Inyección de aire, se toman medidas aleatorias a lo largo de la pared quese encuentra de lado derecho de la torre. Se tomara en cuenta valores dehumedad relativa y temperatura.

Ubicación Humedad relativa Temperatura (°C)Derecha 54,9 25Centro 55,7 25,4

Izquierda 56,4 25,8

- Expulsión de aire, se toman medidas en la parte superior de la torre deenfriamiento. En el ventilador tomaremos los valores de velocidad ytemperatura y humedad.

Ubicación Velocidad (m/s) Temperatura (°C) Humedad relativaCentro 2,09 24,5 76,6Medio 13,20 23,6 87,6Extremo 10,7 24,9 89,6

- El valor de la temperatura de agua en la parte superior de la torre es de25,5.

- Temperatura del agua dentro de la torre

Ubicación Temperatura (°C)Derecha 20Centro 19Izquierda 19


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Resultados

Cálculos tipo

Humedad absoluta

ω1

= 0.622

∗(°)

−(°) = 0.622

.∗.

.−(.∗.) = 0.0071

⁄Entalpia por Kg de aire seco

ḣ1= ℎ ∗ ℎ = 291.306 (0.0071 ∗ 2533.56) = 309.29 ⁄

Flujo de aire

ṁ2= . . = 8.663 ∗ ((1.2)) ∗ 1.192 = 46.71

⁄

Flujo de aire seco

ṁa= ṁ+ = .+. = 45.972 ⁄

Flujo de agua de reposición

ṁR= ṁ(2 1) = 45.972 ∗ (0.0162 0.0071) = 0.418

⁄

Flujo de agua

ṁagua= ṁ[(ḣ−ḣ)+(−)]

− =

.[(.−.)+(.−.)(.)]

.−. = 51.32 ⁄

Transferencia de calor

Q= ṁ(ℎ ℎ) = 51.32(106.286 80.3376) = 1331.67 ⁄

Estados 1(entrada aire) 2(salida aire) 3(entrada agua) 4(salida agua)

Presión(kPa) 101,49 101,49

Temp(°C) 18 24,33 25,5 19,33

Presión sat(kPa) 2,06938 3,05233Humedad rel.(%) 55,667 84,6

Humedad abs.(Kg/Kg aire) 0,0071 0,0162

Entalpia aire(KJ/Kg) 291,306 297,66

Entalpia agua (KJ/Kg) 2533,56 2545,1 106,286 80,3376

Entalpia por aire seco(KJ/Kg aire) 309,29 338,99


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Análisis de resultados

Las torres de enfriamiento tienen como objetivo extraer de un entorno calora través de una tubería y expulsarlo al ambiente por un ventilador, según los datosobtenidos y los estados termodinámicos de ellos se puede apreciar que lahumedad absoluta en la entrada de aire (0.0071) es menor a la de la salida de latorre (0.0162), esto se debe a que parte del agua que entra a la torre se evapora yhumedece el aire dentro de ella. La transferencia de calor en el sistema es de1331.67 kW, esta transferencia se puede observar intuitivamente en latemperatura de entrada y de salida del agua en la torre (la temperatura de entradaes mayor que a la salida). La tasa de reposición de agua es 0.418 Kg/s, es0.0081% el flujo de agua que se necesita para que la torre de enfriamientofuncione correctamente, es una cantidad muy pequeña que verifica que es unmétodo viable de extracción de calor por su eficiencia.


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CONCLUSION

Luego de la realización de la práctica se puede concluir que los resultados

obtenidos tuvieron la tendencia esperada; por lo que se logró cumplir con losobjetivos planteados, así como también se logró afianzar los conocimientosteóricos previos acerca de este proceso de refrigeración realizando los cálculoscorrespondientes al flujo de aire y agua, también se pudo observar la variación dela temperatura del aire durante el proceso y se verificó la estructura teoría de lastorres con la visita de campo realizada. La eficiencia no fue la esperada y esto sepuede deber al clima o en errores de medición por parte de la persona que realizolas mediciones.

Se resalta la importancia del clima en la realización de las mediciones yaque el clima afecta directamente en el rendimiento de la torre.


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BIBLIOGRAFÍA

Miranda, A. & Rufes, P.; Torres de Refrigeración; Ediciones CEAC; 1997 Eurovent/Cecomaf - Grupo de trabajo 9. Estándares Europeos y programa

“La mejor tecnología obtenible”. Tor res de Enfriamiento. www.eurovent-cecomaf.org

Miranda, A.L. y Rufes, P. Torres de Refrigeración. Ed. Ceac. Pizzeti, C. Acondicionamiento de aire y refrigeración. Edit. MBH. Van Wylen; Fundamentos de termodinámica; Editorial LIMUSA, S.A.; 2012.

2da. Edición.
http://www.eurovent-cecomaf.org/http://www.eurovent-cecomaf.org/http://www.eurovent-cecomaf.org/http://www.eurovent-cecomaf.org/http://www.eurovent-cecomaf.org/

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