Universidad Nacional Experimental del Tchira
Vicerrectorado Acadmico Departamento de Ingeniera Mecnica Ncleo de Termofluidos
Laboratorio de Plantas de Potencia
Prctica N 5
Proceso de refrigeracin en una Torre de Enfriamiento (TE)
Trabajo realizado por: Profesor Orlando Prez
San Cristbal, junio 2014
2
1 Introduccin
En esta prctica el estudiante analizar una Torre de Enfriamiento (TE), la cual es en algunos casos uno de los componentes auxiliares ms importantes de una planta de vapor. La TE usada es una torre bsica de refrigeracin didctica, diseada para dar a los estudiantes una apreciacin de la construccin, el diseo y las caractersticas de operacin de un sistema moderno de enfriamiento evaporativo. La unidad constituye tambin un ejemplo excelente de un sistema abierto a travs del cual fluyen dos fluidos a diferentes temperaturas (agua y aire), entre los cuales se produce una transferencia de masa y calor. Se obtienen convincentes balances de energa y masa, permitiendo a estudiantes investigar rpidamente los efectos de: caudal de aire, caudal de agua, temperatura del agua, carga de refrigeracin, densidad de relleno, entre otros, sobre el rendimiento de la TE. Por otro lado, el estudiante podr comparar las partes y la operatividad de la torre didctica y la utilizada en la prctica anterior referente a la planta de vapor.
2 Objetivos
Identificar los distintos componentes de la TE didctica del laboratorio. Conocer los principios bsicos del proceso de enfriamiento del agua, utilizando la TE. Determinar la capacidad de refrigeracin de la TE en funcin del flujo de aire para
distintas carga de refrigeracin. Evaluar el efecto del flujo de agua y de aire sobre la temperatura del agua a la salida de
la TE al determinar su rendimiento. Determinar el porcentaje de agua evaporada (agua de reposicin) en la TE.
3 Qu es una Torre de Enfriamiento?
En muchos procesos industriales se necesita extraer calor de productos en elaboracin o fluidos, para lo cual se emplea agua como refrigerante; sta se calienta a medida que adsorbe energa a los productos o fluidos. Si se dispone de poca agua, es necesario enfriarla y poder reutilizarla nuevamente como refrigerante, es en este proceso de refrigeracin de agua es donde participan las torres de enfriamiento. En tal sentido, las torres de enfriamiento son equipos que se utilizan para enfriar agua utilizando aire atmosfrico, transfiriendo calor y masa a ste. Funcionan mayormente por evaporacin y, en menor medida, por conveccin; esto es, parte del agua que recorre la torre se evapora, tomando calor en parte de ella misma, logrando as bajar su temperatura: El sistema de TE no constituye un sistema cerrado de circulacin, por lo contrario es abierto, ya que el agua que se evapora se debe reponer.
4 Tipos de torres de enfriamiento
Existen varios tipos de torres, entre estos se tiene: 4.1 Torres de circulacin natural Atmosfricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de las
boquillas aspersores. Se usan en pequeas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.
3
Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire ms fro del exterior y, el hmedo del interior. Utilizan chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado.
4.2 Torres de tiro mecnico Tiro inducido: El aire se succiona a travs de la torre mediante un ventilador situado en
la parte superior de sta. Son las ms utilizadas. Tiro Forzado: El aire se fuerza a pasa por la torre por un ventilador situado en el fondo
de la torre y se descarga por la parte superior. Tiro combinado: En algunas aplicaciones, existen torres de enfriamiento que tienen
una seccin en tiro forzado y otra en tiro inducido. Las torres de tiro mecnico operan en contra-flujo. Las de tiro forzado tienen la ventaja de que los ventiladores mueven aire seco, y son generalmente ms accesibles para mantenimiento. Su principal desventaja es la baja velocidad de descarga del aire hmedo, que se presta a recirculacin de aire caliente y hmedo, lo que reduce la efectividad de la torre. Otra desventaja inherente al tiro forzado, es el ensuciamiento o incrustacin de las aletas de los ventiladores, al entrar en contacto con el aire usualmente cargado de impurezas. En cambio en el tiro inducido, el aire entra primero en contacto con el agua, que ejerce un efecto de lavado, manteniendo las aletas limpias, por otro lado, con el ventilador en la parte superior de la torre, se logra una distribucin interna ms uniforme del aire. En la figura 1 se ilustra el esquema de una TE en contra-flujo de tiro forzado. Actualmente, casi la totalidad de las torres nuevas que se fabrican son a contra-flujo y tiro inducido, por su mayor eficiencia, ventajas tcnicas y econmicas. Tienen aspersin a
Aire atmosfrico, baja humedad y
temperatura T1(s) y T2(h)
Aire atmosfrico, alta humedad y temperatura
T3(s) y T4(h)
Figura 1 Torre de enfriamiento de tiro forzado
Agua lquida a alta temperatura, (T5)
Agua lquida a baja temperatura, (T6)
Ventilador
Aspersores
Empaquetado
o relleno
Aire atmosfrico, baja humedad y
temperatura T1(s) y T2(h)
Aire atmosfrico, alta humedad y temperatura
T3(s) y T4(h)
Figura 1 Torre de enfriamiento de tiro forzado
Agua lquida a alta temperatura, (T5)
Agua lquida a baja temperatura, (T6)
Ventilador
Aspersores
Empaquetado
o relleno
4
presin por medio de boquillas y, como su nombre lo indica, en ellas el aire fluye verticalmente hacia arriba y, el agua verticalmente hacia abajo, es decir, los flujos se mueven a contra corriente tal y como se coment. 4.3 Otros tipos Torres de flujo cruzado: El aire entra a los lados de la torre fluyendo horizontalmente a
travs del agua que cae. Las corrientes de aire laterales se unen en un pasaje interno y dejan la torre por el tope. Las torres de flujo cruzado requieren ms aire y tienen un costo de operacin ms bajo que las torres a contracorriente.
5 Conceptos bsicos de Psicrometra 5.1 Evaporacin Es un proceso en el cual ocurre un cambio de fase de lquido a vapor, fundamentalmente en la interface lquido-vapor debido a que la presin parcial del vapor, Pv, en el aire atmosfrico, es menor a la presin de saturacin, Pg, del lquido a la temperatura correspondiente. Este gradiente de presiones es el que induce la transferencia de masa desde el agua hacia el aire atmosfrico. 5.2 Humedad absoluta Mide la relacin de la masa de vapor de agua, mv, presente en una masa unitaria de aire atmosfrico, entre la masa unitaria de aire seco, ma. Con la ecuacin 1, se determina la humedad absoluta de una corriente de aire atmosfrico.
vo
v
a
v
a
v
PP
P0,622
P
P0,622
m
m
(1)
Donde:
, humedad absoluta del aire atmosfrico, en kgvapor/kgaire mv, masa de vapor, en kg ma, masa de aire, en kg Pv, presin parcial de vapor, en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa
5.3 Humedad relativa
Esta propiedad termodinmica es una de las ms importantes en los procesos de enfriamiento en un TE. Mide la relacin de masa de vapor de agua que tiene el aire atmosfrico, entre la masa de vapor que tendra el aire si estuviese saturado a la misma temperatura. En la figura 2 (a) se ilustra el gradiente de presiones que define la humedad relativa en un estado termodinmico. Con la ecuacin 2, se determina la humedad relativa de una corriente de aire atmosfrico.
5
g
o
g
v
g
v
P0,622
P
P
P
m
m
(2)
Donde:
, humedad relativa, adimensional mv, masa de vapor, en kg mg, masa de vapor en el estado saturado, en kg Pv, presin parcial de vapor, en kPa Pg, presin de saturacin a la temperatura respectiva, en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa , humedad absoluta del aire atmosfrico, en kgvapor/kgaire
Mientras menor sea la presin parcial, Pv, respecto a la presin de saturacin, Pg, mayor capacidad de absorber agua tiene el aire atmosfrico por estar menos saturado. 5.4 Temperatura de punto de roco
Es la temperatura a la cual se inicia la condensacin si el aire atmosfrico se enfra a presin parcial constante; en la figura 2 (b) se indica el proceso de enfriamiento de T1 a T2 = Tr (este proceso es a presin parcial constante). Si se contina el enfriamiento, el estado permanece
saturado ( = 1) para distintas temperaturas de roco con una disminucin progresiva de la presin parcial. 5.5 Temperatura de bulbo seco, Tbs
Es la temperatura que se logra con un censor de temperatura que tiene el extremo (bulbo) seco, cuando est expuesto directamente al aire atmosfrico. 5.6 Temperatura de bulbo hmedo, Tbh Es la temperatura que se logra con un censor de temperatura que tiene el extremo (bulbo) envuelto en un pao de algodn empapado de agua. Al proporcionarle una corriente de aire, el agua se evapora ms o menos rpidamente, dependiendo de la humedad relativa del aire
12
PvPg
s
T
T
(a)
2, 2 = 1
Pv
s
T
Tr
(b)
1, 1 < 1
Figura 2 (a) Gradiente de presiones que define la humedad relativa; (b) proceso de
enfriamiento a presin parcial constante desde T1 a la temperatura de roco
T1
12
PvPg
s
T
T
(a)
2, 2 = 1
Pv
s
T
Tr
(b)
1, 1 < 1
Figura 2 (a) Gradiente de presiones que define la humedad relativa; (b) proceso de
enfriamiento a presin parcial constante desde T1 a la temperatura de roco
T1
6
atmosfrico y la temperatura que registra el censor es menor a la de bulbo seco. La temperatura de bulbo hmedo, es aproximadamente igual a que se logra en un saturador adiabtico manteniendo ciertas condiciones especficas. 5.7 Determinacin de la humedad absoluta, conociendo Tbs y Tbh La humedad absoluta se determina fcilmente conociendo la temperatura de bulbo seco y la temperatura de saturacin adiabtica (temperatura de bulbo hmedo). Bajo ciertas condiciones de temperatura, presin y velocidad del aire, se puede aproximar la temperatura de saturacin adiabtica con la de bulbo hmedo. En este caso, las ecuaciones 3 y 4 periten determinar la humedad absoluta de una corriente de aire atmosfrico:
bhf,bsg,
bhf,bhg,bh bsbhp
hh
hhT-Tc
(3)
bhg,o
bhg,
2PP
P622,0
(4)
Donde:
, humedad absoluta del aire atmosfrico, en kgvapor/kgaire cp, calor especfico del aire seco a presin constante, en kJ/kgC Tbh, Temperatura de bulbo hmedo, en C Tbs, Temperatura de bulbo seco, C bh, humedad absoluta evaluada a las condiciones de bulbo hmedo, kgvapor/kgaire hg,bh, entalpa del vapor de agua a la temperatura de bulbo hmedo, en kJ/kg hf,bh, entalpa del agua lquida a la temperatura de bulbo hmedo, en kJ/kg hg,bs, entalpa del vapor de agua a la temperatura de bulbo seco, en kJ/kg Pg,bh, presin de saturacin del agua a la temperatura de bulbo hmedo, en kPa Po, presin absoluta del aire atmosfrico, en kPa
5.8 Entalpa especfica del aire atmosfrico Se expresa en trminos de la entalpa del aire y la del vapor por cada kilogramo de aire seco, la ecuacin 5 se utiliza en este caso:
gairep
hTch , en osecaire
kg
kJ (5)
Donde: h, entalpa del aire atmosfrico, en kJ/kgaire seco cp, calor especfico del aire seco a presin constante, 1005 J/kgC T, Temperatura de bulbo seco, C , humedad absoluta del aire atmosfrico, en kgvapor/kgaire hg, entalpa del vapor de agua a la temperatura de bulbo seco, en kJ/kg
7
5.9 Entalpa especfica del agua lquida
El agua al pasar por la TE est a la presin atmosfrica, Po, valor que es superior a la presin de saturacin a la temperatura correspondiente, lo cual implica que el agua est ligeramente sub-enfriada; en tal sentido, la entalpa del agua se puede determinar con la ecuacin 6:
satof
P-Pvhh (6)
Donde: h, entalpa del agua sub-enfriada, en kJ/kg hf, entalpa del agua como lquido saturado a la temperatura correspondiente, en kJ/kg v, volumen especfico del agua como lquido saturado a la temperatura correspondiente,
en kJ/kg Psat, presin de saturacin del agua a la temperatura correspondiente, en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa
5.10 Intervalo de refrigeracin
Para una TE, el intervalo de refrigeracin se define como la diferencia de la temperatura del agua, entre la entrada y la salida de sta. Esta diferencia de temperatura est inducida por la carga de refrigeracin o trmica de la torre. 5.11 Carga de refrigeracin Este es uno de los parmetros ms importantes en una TE, se define como la velocidad a la cual se extrae la energa del agua entre la entrada y la salida. La carga de refrigeracin se expresa en vatios, W. Si se analiza una torre de enfriamiento como la indicada en la figura 1, aplicando la primera ley al agua entre la entrada y la salida del empaquetado, se tiene la ecuacin 7:
2g12a
.
121
.
hhmhhmQ .
(7)
Donde:
.
Q , velocidad a la cual pierde energa el agua al pasar por la TE, en W
1.
m , flujo msico de agua lquida a la entrada del empaquetado, en kg/s
a.
m , flujo msico de aire seco que circula por el empaquetado, en kg/s
2, humedad absoluta del aire atmosfrico a la salida de la TE, en kgvapor/kgaire 1, humedad absoluta del aire atmosfrico a la entrada de la TE, en kgvapor/kgaire h2, entalpa del agua lquida a la salida de la TE leda a T6, en kJ/kg h1, entalpa del agua lquida a la entrada de la TE leda a T5, en kJ/kg hg, entalpa del vapor de agua a la salida de la TE leda a T3, en kJ/kg
8
5.12 Flujo msico de aire seco que circula por la TE
Para determinar el flujo msico de aire seco que circula a travs de la TE, el fabricante de la unidad experimental, propone utilizar la ecuacin 8:
aB
v)(1
x0,0137
.ma
(8)
Donde:
.
ma, flujo msico de aire seco, en kg/s x, diferencia de altura en el manmetro, en mm de H2O va, volumen especfico del aire seco que sale de la TE, en m
3/kg
B, humedad especfica del aire atmosfrico que sale de la TE, en kgagua/kgaire
En la figura 3, se ilustra el manmetro diferencial que permite obtener la distancia x.
El volumen especfico del aire seco, viene dado por la ecuacin 9:
go
a
a
aa
PP
TR
P
TRv
(9)
Donde: va, volumen especfico del aire seco, en m
3/kg Ra, constante del aire, 0,287 kJ/kgK
x
Diferencia de presiones del aire a la salida
del empaquetado y la presin atmosfrica
Figura 3 Manmetro diferencial para evaluar la altura x, requerida para
estimar el flujo de aire atmosfrico a travs del empaquetado
x
Diferencia de presiones del aire a la salida
del empaquetado y la presin atmosfrica
Figura 3 Manmetro diferencial para evaluar la altura x, requerida para
estimar el flujo de aire atmosfrico a travs del empaquetado
9
T, temperatura de bulbo seco a la salida de la TE, en K Pa, presin parcial del aire, en kPa Po, presin atmosfrica, en kPa , humedad relativa del aire atmosfrico a la salida de TE Pg, presin de saturacin del agua a temperatura de bulbo seco a la salida de la TE, en
kPa
5.13 Rendimiento de la TE
El rendimiento de una TE es uno de los parmetros ms importante para evaluar su operatividad bajo condiciones de operacin determinadas; conceptualmente ste se define como la relacin entre el calor real cedido por el agua (entre la entrada y la salida de la TE) y el calor mximo posible que tericamente pudiese ceder sta misma agua. Para definir el calor mximo se bebe tener en cuenta que el agua intercambia calor y masa con el aire, en tal sentido lo ideal en una TE es que el agua a la salida de sta tuviese la temperatura de bulbo hmedo del aire atmosfrico a la entrada, este caso, el agua perdera el mximo calor posible.
En la figura 4 se ilustra los gradientes de temperatura real y mximo que el agua experimentara y entra la entrada y la salida de la TE, tambin se muestra el proceso de
Entrada Salida
Temperatura del
agua a la entrada, T5
Temperatura del
agua a la salida, T6
Temperatura de
bulbo hmedo del
aire a la entrada, T2
T
x
Agua caliente Agua fra
Figura 4 Gradientes de temperatura real y mximos para el
agua al pasar por la TE
T mximo
Proceso de
enfriamiento ideal
T real
Proceso de
enfriamiento real
10
enfriamiento ideal que tendra el agua si se enfriara hasta la temperatura de bulbo hmedo. De acuerdo a la nomenclatura que se indica en la figura, el rendimiento de la TE ser:
25
65
TT
TT
T
T
mximocalor
realcalor
mimo
real
(10)
6 Descripcin del equipo
La unidad experimental Torre de Enfriamiento didctica se ilustra en la figura 5, para realizar la descripcin de esta unidad siga el trazado de recorrido de cada circuito en la figura.
Ventilador
Temperatura del aire a
la entradaT2 T1
Empaquetadura de
lminasConexin,
cada de
presin
en el
relleno
Sistema de
distribucin
de agua
Conexin, registro de la presin
diferencial del orificio
Temperatura del aire a
la salidaT4 T3
Tanque de
adicin
Calentadores
500 W 1000W
Flotador
Temperatura del agua
a la salida, T6
Cmara de
distribucin de aire
Bomba Flujmetro
Manmetro
Indicador de temperatura
Interruptores
Termostato
Temperatura del agua
a la entrada, T5
Figura 1 Esquema de la torre de enfriamiento
Salida del aire
atmosfrico
Entrada de aire
atmosfrico
Ventilador
Temperatura del aire a
la entradaT2 T1
Empaquetadura de
lminasConexin,
cada de
presin
en el
relleno
Sistema de
distribucin
de agua
Conexin, registro de la presin
diferencial del orificio
Temperatura del aire a
la salidaT4 T3
Tanque de
adicin
Calentadores
500 W 1000W
Flotador
Temperatura del agua
a la salida, T6
Cmara de
distribucin de aire
Bomba Flujmetro
Manmetro
Indicador de temperatura
Interruptores
Termostato
Temperatura del agua
a la entrada, T5
Figura 1 Esquema de la torre de enfriamiento
Salida del aire
atmosfrico
Entrada de aire
atmosfrico
Figura 5
11
6.1 Trazado del circuito de agua
Una bomba (marcadamente centrfuga con impulsor cerrado) impulsa el agua desde el tanque de carga hasta la cubierta de la columna a travs de una vlvula de control y un flujmetro. Despus de medirse la temperatura del agua, T5, se distribuye uniformemente por tres canales sobre el empaquetado y escurre por las placas, formando una delgada pelcula que se expone a la corriente de aire en contra flujo. Durante su descenso, su temperatura disminuye, fundamentalmente a causa de la evaporacin de una fraccin de flujo. El agua sale del empaquetado y cae al depsito, donde se mide su temperatura, T6. Luego en el tanque de carga, se vuelve a calentar para recorrer nuevamente el circuito. La temperatura del agua a la salida del tanque de carga, se controla con un termostato bimetlico que acta sobre las resistencias elctricas, prendindolas o apagndolas tal sea el caso. Como consecuencia de la evaporacin, hay que restablecer el nivel de agua en el tanque de carga. Para ello el flotador colocado en la parte superior del tanque, deja pasar agua del tanque de adicin o de reposicin hacia el depsito de carga. 6.2 Trazado del circuito de aire
El dispositivo de regulacin del ventilador controla la cantidad de aire que entra a la unidad. El ventilador pasa el aire a la cmara de distribucin y atraviesa los termmetros de bulbo seco, T1, y bulbo hmedo, T2, antes de entrar a la columna del empaquetado. A medida que el aire asciende por los niveles del empaquetado, su humedad aumenta mientras que el agua se enfra (debido a la evaporacin). Al salir el aire por la parte superior, atraviesa el dispositivo de retencin de gotas y las devuelve al empaquetado. Antes de ir a la atmosfera, el aire atraviesa nuevamente los termmetros de bulbo seco, T3, y bulbo hmedo, T4. 6.3 Columna de empaquetado o relleno
La unidad consta de cuatro columnas de empaquetado (A, B, C y D) de dimensiones 150 mm x 150 mm x 600 mm. La cubierta de cada columna es transparente para observar el recorrido del agua. En la Tabla 1 se muestran las caractersticas de cada cubierta. Tabla 1 Caractersticas fsicas de los empaquetados A, B, C y D
Caracterstica A B C D
Nmero de niveles 8 8 8 -
Nmero de placas por cubierta 7 10 18 -
rea del empaquetado, m2 0,83 1,19 2,16 -
Densidad del empaquetado, rea/Volumen, m2/m
3 77 110 200 -
Altura del empaquetado, m 0,48 0,48 0,48 -
6.4 Sistema de calentamiento El sistema de calentadores de agua est formado por dos resistencias elctricas de 500 W y 1.000 W en una tensin de 240 V. Estas resistencias simulan la carga de refrigeracin. Con las dos resistencias en paralelo se puede disponer de una potencia total de 1.500 W. Estas resistencias estn controladas por un termostato, de tal manera de poder fijar una
12
temperatura en el tanque de carga. En el tablero frontal, existen luces pilotos para indicar si las residencias estn o no energizadas. 6.5 Sistema de alimentacin de agua
Integrado por un tanque de carga, tubera de succin, bomba de alimentacin (Pelec 100 W), vlvula de control de flujo, flujmetro (0 a 25 gr/s) y tubera de distribucin. 6.6 Ventilador centrfugo con compuerta reguladora de flujo El ventilador centrfugo impulsa el aire atmosfrico a travs de la cmara de distribucin y luego por el empaquetado, para que finalmente sea impulsarlo hacia el exterior. El ventilador debe ser capas de vencer las prdidas que experimenta el aire a travs de su recorrido. El sistema de regulacin consiste en una compuerta que permite restringir la entrada del aire al ventilador. 6.7 Sistema de control de la unidad TE Integrado por un sistema de monitoreo de temperaturas mediante termopares tipo K,
para el aire y el agua a la entrada y salida del empaquetado. Cada temperatura se observa en un indicador de digital mediante un selector central ubicado en la parte frontal de la unidad. En la Tabla 2 se muestra la secuencia y ubicacin de los termopares.
Tabla 2 Identificacin de los termopares de la unidad Torre de Enfriamiento Temperatura Lugar
T1 y T2 Temperatura de bulbo seco y hmedo del aire atmosfrico a la entrada del empaquetado respectivamente
T3 y T4 Temperatura de bulbo seco y hmedo del aire atmosfrico a la salida del empaquetado respectivamente
T5 y T6 Temperatura del agua a la entrada y salida del empaquetado respectivamente
Por otro lado, en la parte frontal se encuentran tres interruptores: El principar energiza
la unidad, los dos restantes permiten encender las resistencias de 500 W y 1.000 W. El manmetro diferencial permite registrar la cada de presin del aire en el
empaquetado. Su capacidad se encuentra entre 0 a 40 mm de agua. Su valor permite determinar el flujo de aire seco que circula por el empaquetado con la ecuacin 8.
6 Puesta en marcha de la unidad Tenga en cuenta que la unidad TE es didctica, y que requiere de cuidados en su operacin. Para ello sea cuidadoso con el siguiente procedimiento: a) Verifique que la Unidad este conectada al suministro elctrico, tensin 220 V. b) Compruebe que la unidad tenga agua, de lo contrario, cierre la vlvula de drenaje ubicada
en la parte posterior del tanque de carga. Tome agua destilada y llene el tanque de carga, para ello vierta cerca de 3 litros; asegrese que el nivel de agua en el tanque est por encima del nivel mnimo. Por otro lado llene el tanque de adicin hasta su nivel mximo.
c) Cierre la compuerta del ventilador y la vlvula de control del flujmetro.
13
d) Asegrese que la cubierta de tela de los termmetros T2 y T4 estn hmedos con agua destilada, de lo contrario llene el pozo contenedor con agua destilada utilizando una jeringa.
e) Tenga en cuenta que el empaquetado est fijo de manera adecuada a la base. f) Energice el tablero principal con el interruptor identificado con MAINS. Automticamente
se pondr en marcha la bomba y el ventilador. g) Fije un caudal de agua, para ello manipule la vlvula de control del flujmetro.
Inmediatamente el agua circulara por el empaquetado. h) Abra la compuerta del ventilador y fije un diferencial de altura en el manmetro, x. i) Energice las resistencias de calentamiento con los interruptores de 0,5 kW y/o 1,0 kW. j) Permita que la unidad se estabilice; esto ocurrir cuando la temperatura T5 se mantenga
estable en el tiempo. k) Tenga cuidado de que el nivel de agua en el tanque adicin, no este por debajo del nivel
mnimo. 7 Procedimiento experimental
Fije el caudal de agua en un gasto de volumtrico de 15 gr/s. Ajuste la compuerta del ventilador para lograr un diferencial de altura en el manmetro, x = 8 mm de agua. Espere que las temperaturas se estabilicen y registre las temperaturas indicadas en la Tabla 3. Repita el procedimiento para las dems condiciones indicadas en la tabla. Tabla 3 Datos tomados para diferentes cargas y distintos flujos de agua y aire
Prueba
1
(W)
Diferencial de altura en el manmetro, x1 = 8 mm Temperatura (C), masa de agua 7 gr/s Temperatura (C), masa de agua 15 gr/s T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6
1 500 2 1.000 3 1.500
Prueba 2
(W)
Diferencial de altura en el manmetro, x2 = 15 mm Temperatura (C), masa de agua 7 gr/s Temperatura (C), masa de agua 15 gr/s
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1 T2 T3 T4 T5 T6
1 500 2 1.000 3 1.500
Otra posibilidad de estudio en esta experiencia, es estudiar el efecto del tipo de empaquetado sobre las variables descritas. Se sugiere al estudiante realizar esta actividad. 8 Resultados
Para cada una de las pruebas (12 en total), determinar la carga de refrigeracin, previamente calculando los parmetros psicrometritos necesarios. Haga un anlisis de los resultados y explique.
14
Represente grficamente como vara la temperatura del agua a la entrada y a la salida de la TE en funcin de la carga de refrigeracin, para cada flujo msico de aire y de agua. De igual manera, determine la temperatura de punto de roco e indquela en la grfica. 9 Bibliografa
- Prodel, S. A. Manual de Instrucciones, Funcionamiento y Prctica. Entrenador Torre de Refrigeracin.
- William C. Whitman y William M Johnson. Tecnologa de la Refrigeracin y Aire Acondicionado. Aparatos Domsticos y Sistemas especiales. 2000.
- Yunus A. Rengel y Michael A. Boles. Termodinmica. Tomo II. Segunda Edicin. 1996.
15
10 Anexos 10.1 Carta Psicomtrica a 1 atm
10.2 Tabla de datos termodinmicos para agua saturada
T (C)
P (kPa) vf (m
3/kg) vg (m3/kg) hf (kJ/kg) hg (kJ/kg)
0,01 0,6113 0,001000 206,14 0,01 2501,4
5 0,8721 0,001000 147,12 20,98 2510,6
10 1,2276 0,001000 106,38 42,01 2519,8
15 1,7051 0,001001 77,93 62,99 2528,9
20 2,339 0,001002 57,79 83,96 2538,1
25 3,169 0,001003 43,36 104,89 2547,2
30 4,246 0,001004 32,89 125,79 2556,3
35 5,628 0,001006 25,22 146,68 2565,3
40 7,384 0,001008 19,52 167,57 2574,3
45 9,593 0,001010 15,26 188,45 2583,2
50 12,349 0,001012 12,03 209,33 2592,1
55 15,758 0,001015 9,568 230,23 2600,9
16
Esta informacin fue compilada por el profesor Orlando Prez
Fotografa de la unidad Torre de EnfriamientoFotografa de la unidad Torre de Enfriamiento