IDENTIFICAR ALGUNAS CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONAMIENTO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO INSTALADA EN EL LABORATORIO

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Para efectos prácticos, se manipuló la temperatura de entrada a la torre de enfriamiento manteniendo esta constante, con la finalidad de que todos los estudios realizados se mantuvieran en las mismas condiciones y poder evaluar el comportamiento del enfriamiento del fluido (agua) de manera más apreciativa y controlada.

TABLA 1.5: Parámetros característicos de la Torre de Enfriamiento

Caudal ( Q± 5) gpm

Rango

(R±0,5) °C

Temperatura de acercamiento (Tacer ±0,8) °C

Capacidad (C±0,02) adim

5

8,5

-0,5

0,06

10

7,5

0,5

20

5,8

2,3

25

4,8

3,5

35

2,2

6,0

Presión ambiente: (717,68 ± 0,05) mmHg

Temperatura ambiente: (30,0 ± 0,5) ºC

El rango una torre de enfriamiento se define como la diferencia entre la temperatura del agua a la entrada de la torre y la temperatura a la salida (Campos, 2011).

En la tabla 1.5 se observa el comportamiento de este parámetro característico, que a medida que el caudal aumenta el rango de temperatura es menor y esto se debe a que cuando el caudal es menor, el fluido al entrar a la torre de enfriamiento tiene más tiempo de permanencia en ella, incluso, mas contacto con el aire, lo cual hace que el fluido caliente (agua) le ceda más energía en forma de calor al aire y por tanto se enfrié mas.

El segundo parámetro evaluado es la temperatura de acercamiento. La temperatura de acercamiento es la diferencia entre la temperatura del agua a la salida de la torre y la temperatura de bulbo húmedo del ambiente (Campos, 2011).

Los resultados experimentales representan un comportamiento de temperatura de acercamiento creciente a medida que se incrementa el caudal de operación. La máxima temperatura que puede alcanzar el agua de salida de la torre es la de temperatura de bulbo húmedo puesto que es la temperatura máxima que el fluido frio (aire) puede brindarle al fluido caliente. El caudal mínimo de agua de trabajo muestra un comportamiento que sobrepasa lo ideal, es decir, ese valor negativo significa que la temperatura de salida del agua fue menor que la temperatura de bulbo húmedo lo cual es ilógico apoyándonos en la siguiente referencia: la temperatura de bulbo húmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, desde un punto de vista ideal, esta es la temperatura teórica mas baja a la que se puede enfriar el agua. (Perry, 2001)

Es posible que a la hora de realizar la toma de datos se cometan ciertos errores, el cual, uno de ellos es el error de paralaje. Este pudiese ser un factor influyente en la toma de datos y además, en los resultados obtenidos. Para los otros caudales de trabajo se observó un comportamiento más lógico.

La capacidad, el ultimo parámetro estudiado, hace referencia al calor que intercambio el agua con el aire, este, se determina mediante métodos gráficos pero en la experiencia práctica debido a errores de cálculo o experimentales al graficar todos los valores del NUT contra la relación liquido-gas no se logro la intercepción de la curva, por lo cual, solo se graficaron los valores correspondientes a los dos primeros caudales de enfriamiento (ver grafico 1.2)

[pic 5]

Figura 1.2 Curvas de NUT en función de la relaciones líquido-gas

[pic 6]

Figura 1.3 Curvas relaciones líquido-gas contra el flujo másico de agua

Objetivo 6. Estimar el calor transferido al aire, tanto por convección como por difusión así como el calor total transferido por el agua y compararlos con lo establecido en la literatura.

El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenómeno de evaporación, aproximadamente el 80% de la transferencia de calor se debe al latente y el 20% al sensible. La evaporación es el proceso mediante el cual un líquido absorbe calor sensible suficiente como para cambiar de fase y volverse un vapor, este cambio de fase ocurre solo en la superficie libre del líquido, cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de sí misma el calor que necesita. [1]

La transferencia de calor en una torre de enfriamiento depende de la temperatura y el contenido de humedad del aire. La temperatura de bulbo húmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, desde un punto de vista ideal, ésta es la temperatura teórica más baja a la que se puede enfriar el agua, es decir, el calor total transferido por el agua a nivel teórico es el calor que absorbe el aire ya que se considera una torre enfriamiento adiabática del tipo aire inducido en contracorriente. Merkel demostró que la transferencia total de calor es directamente proporcional a la diferencia entre la entalpía del aire saturado a la temperatura del agua y la entalpía del aire en el punto de contacto con el agua. [2]

TABLA 1.3 CALOR TRANSFERIDO AL AIRE, TANTO POR CONVECCIÓN COMO POR DIFUSIÓN

Caudal de agua en el rotámetro

(Q ± 5 ) gpm

Transferencia de calor por Difusión

(QDif ± 0,02) kJ/s

Transferencia de calor por Convección

(QConv ± 0,01) kJ/s

5

10

20

25

35

0,74

8,92