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  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL AREA ACADEMICA DE INGENIERIA QUIMICA

    LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

    INFORME N4

    TORRE DE ENFRIAMIENTO

    CURSO : PI 136 B ALUMNOS : AYCHASI NAUPARI DIEGO CLAROS RAMIREZ JOHAN REYES SIFUENTES DANY TORRES ALTAMIRANO JUAN PROFESOR : ING. ALEX PILCO NUEZ 2012-I

  • INDICE

    1. OBJETIVOS 1

    2. INTRODUCCIN 1

    3. FUNDAMENTO TERICO 1

    4. SIMULACIN EN HYSYS 4

    5. CLCULOS Y RESULTADOS 12

    6. CONCLUSIONES 16

    7. BIBLIOGRAFA 16

    8. APNDICE 17

  • 1

    TORRE DE ENFRIAMIENTO 1. OBJETIVOS

    Determinar la curva experimental del empaque, a diferentes velocidades de aire.

    Comprobar los resultados hallados con los resultados del simulador HYSYS V 7.1 2. INTRODUCCIN En todos los casos que involucran a la transferencia de masa, necesariamente debe transferirse tambin calor. Entre las operaciones en donde tanto la transferencia de calor como la de masa afectan a la velocidad, la humidificacin y deshumidificacin son las ms simples y tambin las que tienen una aplicacin ms directa de la teora. Aqu, participan slo dos componentes y dos fases.La fase lquida, que con mucha frecuencia es el agua, es un solo componente, y la fase gaseosa consiste en un gas incondensable, por lo general aire, en donde est presente algo de vapor de la fase lquida. 3. FUNDAMENTO TERICO 3.1 HUMIDIFICACIN: Los procesos de humidificacin pueden llevarse a cabo para controlar la humedad de un espacio o bien, con mayor frecuencia, para enfriar y recuperar agua ponindola en contacto con aire de baja humedad. El agua que ha perdido calor a la atmsfera puede utilizarse una vez ms de esta manera en intercambiadores de calor en toda la planta. De manera alternativa, el agua podra enfriarse en intercambiadores de calor de superficie. La seleccin cae dentro del mbito econmico, con el diseador evaluando la prdida de agua de enfriamiento inherente al contacto aire-agua, contra el costo de suministro y manejo de la fuente de enfriamiento al enfriador de superficie y el mayor costo de las unidades de superficie. 3.2 EQUIPO A medida que el agua de enfriamiento para procesos ha sido ms valiosa, el reenfriamiento y reuso de esta agua se ha vuelto muy comn. Con mayor frecuencia se utilizan torres de enfriamiento de conveccin natural o mecnica, aunque dicho enfriamiento tambin puede realizarse en estanques de aspersin o en grandes estanques de retencin. Las torres de enfriamiento se utilizan con mayor frecuencia, en especial para grandes cargas de enfriamiento, Por lo general, estas torres se construyen de madera con cubiertas mltiples de tablillas. Tambin se han llegado a utilizar materiales tales como aluminio, acero, ladrillo, concreto y tablero de asbesto. El agua se dispersa por encima de la ltima cubierta y desciende a travs de las diversas cubiertas hasta una base de recoleccin en el fondo de la torre. Para evitar la corrosin se utilizan materiales de construccin inertes tales como pino de California, acero inoxidable y porcelana. En las aplicaciones de agua de enfriamiento en tamaos intermedios, se suelen utilizar torres de tiro forzado o inducido. Se prefieren las torres de tiro inducido debido a que evitan la recirculacin del aire hmedo. En estas torres, los ventiladores se colocan en su parte superior.

  • 2

    Fig 1. Vista de la seccin transversal de una torre de enfriamiento de tiro inducido con doble flujo

  • 3

    3.3 DEFINICIONES DE TERMINOS DE HUMEDAD

  • 4

    4. SIMULACIN EN HYSYS

    Se realizaran corridas con velocidades de aire 590.6 ; 427.9; 350.7 pie/min y para cada una de estas velocidades se deber trabajar con cuatro flujos de lquidos de alimentacin, de tal manera que se pueda obtener valores diferentes de L/G , se muestra a continuacin el procedimiento para la determinacin de los flujos de agua con los que trabajo la torre con diferentes tipos de empaques, de esta tesis solo tomaremos un empaque , el cual es empaque laminar.

    4.1 EMPAQUE LAMINAR : en base a una curva caracterstica del empaque ( que relaciona KaV/L con el valor de L/G ) esto para empaques laminares eficientes del tipo Brentwood 1200 de poliestireno y 0.05 mm de espesor para una altura de 4 pies ( 1.22m) proporcionadas por el fabricante se tiene a continuacin las relaciones de flujos msicos ( L/G) para velocidades de aire de aproximadamente 300, 450, 600 pies /min (1.524; 2.286 ; 3.048 m/s) Asi por ejemplo para

    Vaire= 300 pie/min (1.524 m/s) Fagua= 20 gpm (0.074 m3/min)

    Le corresponde una relacin de flujo msico (L/G) Donde : Densidad del agua 1000 Kg/cm3 rea: rea transversal de la torre 0.422m2 aire :densidad del aire 1.1236 Kg/m3 Remplazando L/G = 1.7 Al cual le corresponde segn la curva caracterstica del empaque un valor KaV/L igual a 1.31, el cual ser verificado efectuando el procedimiento que se tiene en el siguiente cuadro

    TABLA 1

    Velocidad del aire Pie/min (m/s)

    Relacin L/G (Lb agua/h)/(lb aire/h)

    Flujo de agua GPM

    Flujo de agua m3/min

    300 (1.524)

    1.7 2.0 2.5 3.0

    19.5 22.9 28.6 34.3

    0.074 0.087 0.108 0.130

  • 5

    4.2 DATOS TEORICOS

    Datos obtenidos del empaque laminar TABLA 2

    Flujo de aire

    (cfm)

    Velocidad del aire

    (pie/min)

    Flujo de agua

    (gpm)

    Temp. del agua ( oC)

    Temp del aire entrada ( oC)

    Temp del aire salida ( oC) Humedad

    entrada (%)

    Temp . bulbo seco entrada

    (oC)

    DP (cm

    H2O) entrada salida bulbo

    hmedo bulbo seco

    bulbo hmedo

    bulbo seco

    2752.5 590.6

    30 27 22 18

    40 40 40 40

    29.2 28.7 28.3 27.8

    21.5 21.5 22.0 22.0

    26.5 26.5 26.5 26.5

    28.2 27.3 26.0 24.6

    28.6 27.8 26.4 25.0

    81 81 84 84

    26 27 27

    27.5

    0.15 0.15 0.15 0.15

    4.3 CUADRO DE RESULTADOS

    Resultados obtenidos para empaques laminares TABLA 3

    Flujo de aire

    (lb/h)

    Flujo de agua

    (lb/h)

    Temp. del agua ( oC)

    Temp del aire entrada ( oC)

    Temp del aire salida ( oC)

    Humedad entrada Humedad salida

    entrada salida bulbo

    hmedo bulbo seco

    bulbo hmedo

    bulbo seco

    lbH2O/lb aire % lbH2O/lb aire %

    11624

    15012.0 13510.8 11008.8 9007.2

    104 104 104 104

    84.56 83.66 82.94 82.04

    70.70 70.70 71.60 71.60

    79.70 79.70 79.70 79.70

    82.76 81.14 78.80 76.28

    83.48 82.04 79.52 77.00

    0.01426 0.01426 0.01503 0.01503

    65.7 65.7 69.1 69.1

    0.02439 0.02302 0.02128 0.01964

    95.7 96.3 97.4 97.2

    Resultados obtenidos para empaques laminares TABLA 4

    Flujo de aire (lb/h)

    Flujo de agua

    (lb/h)

    Rango de enfriamiento

    ( oF)

    Carga calor ( BTU/ h)

    Entalpia de entrada aire

    ( BTU / lb aire seco)

    Entalpia de salida aire

    ( BTU / lb aire seco)

    Carga calor

    ( BTU/ h)

    Relacin L/G

    NUMERO DE UNIDADES KaV/L

    11624

    15012.0 13510.8 11008.8 9007.2

    19.44 20.34 21.06 21.96

    291833.3 274809.2 231845.3 1977981

    27.10 27.10 27.94 27.94

    39.25 37.29 34.75 32.33

    290710.9 268802.1 240548.6 213560.2

    1.291 1.162 0.947 0.775

    1.257 1.321 1.360 1.387

  • 6

    TABLA 5

    VELOCIDAD (cfm)

    Entalpia de entrada aire

    ( BTU / lb aire seco)

    Temperatura de saturacin a la salida

    (oC)

    Temperatura de saturacin a la salida

    (oF)

    590.6

    52.21 50.74 47.89 44.96

    33.7 33.2 32.2 30.8

    92.66 91.76 89.96 87.44

    427.9

    57.01 56.01 54.99 50.46

    35.4 35.0 34.7 33.1

    95.72 95.00 94.46 91.58

    350.5

    58.98 57.48 56.29 54.65

    36.1 35.6 35.1 34.6

    96.98 96.08 95.18 94.28

    4.4 CORRIDA EN HYSYS Debido a que el hysys no posee los mismos anillos que se usaron para humidificar el aire, disearemos una torre de anillos raschig de 1 que cumpla el balance de masa de la primera experiencia y luego compararemos los resultados de las dems experiencias usando la columna diseada en hysys. Se sigue la siguiente secuencia de pasos para la simulacin:

    Creamos un nuevo caso donde nuestros componentes son aire y agua. Debido a que los modelos de coeficiente de actividad se usan en sistemas que contienen sustancias polares a presiones bajas (

  • 7

    Adicionar al PDF un absorbedor. En la paleta de operaciones damos click en .

    Completamos las especificaciones como se muestra en la siguiente figura. Aspen hysys resuelve de forma predeterminada suponiendo que es una columna de platos. Posteriormente veremos cmo se cambia a lecho relleno.

  • 8

    Pasamos a la siguiente pantalla. Especificamos la presin en cabeza y en fondos, en este caso consideramos presin atmosfrica (1 atm).

    La pantalla posterior es para especificar parmetros opcionales. Hacemos click en done (hecho).

    Luego se abre automticamente la pantalla de especificaciones de la columna de absorcin. Vamos a la pestaa performance y hacemos click en run observaremos que las composiciones de los flujos de salida son calculadas (especificamos que deseamos ver composiciones en masa)

    Se observa que la humedad del agua vendra a ser 0.0417/0.9583 =0.0400 lbh2o/lb aire seco; en los datos que tenemos la humedad es 0.02439 lbH2O/lb aire seco; para llegar a esa humedad variamos el nmero de platos y la eficiencia. Para un nmero de platos igual a 1 y una eficiencia de 51%, se o