Bienvenidos Stemians retomando el tema anterior que explique la importancia que tiene el saber todo lo relacionado con el Banco de Motor Diésel, hoy le voy explicar sobre La Torre de Enfriamiento, en el área de termodinámica.
Una torre de enfriamiento es una máquina diseñada cuya función es reducir las temperaturas del agua mediante los métodos de transferencia de calor y masa que son evaporación o conducción. La torre de enfriamiento trabaja con aire y agua, existen varias torres de enfriamiento como la de circulación natural y torres de tiro mecánico. La que voy explicar es de tiro mecánico es de tiro mecánico porque utiliza ventiladores para mover el aire mientras que la de circulación natural como su nombre lo dice depende de la condiciones climáticas.
Esquema simplificado de una torre de enfriamiento
Cómo funciona la torre de enfriamiento
El agua de la red entra a la torre, previamente calentada por unas resistencias eléctricas por la parte superior y fluye hacia el fondo de la torre por gravedad. A lo largo de la torre el agua se vaporiza, permitiendo que se enfrié. El caudal de agua se regula manualmente y se mide a través de un medidor de caudal para líquidos. La temperatura a la entrada se regula mediante el control de resistencias. El aire a condiciones ambientales entra a la torre por el fondo y es forzado a circular en contracorriente mediante un ventilador. Su caudal se registra mediante un medidor para gases, a lo largo de la torre el aire absorbe la masa de agua evaporada, saliendo por el tope de la torre en condiciones de saturación.
En el tope y el fondo de la torre se encuentra los termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo, a fin de medir las condiciones del aire. La temperatura de agua entrante y saliente tiene sus respectivos medidores.
Los objetivos de este post son :
1.-Analizar los procesos termodinámicos que interviene en una torre de enfriamiento.
2.-Determinar la transferencia de masa que ocurre en el interior de una torre de enfriamiento.
Torre de Enfriamiento
Encendido del equipo:
1.-Asegúrese que todos los termómetros están correctamente colocados en su sitio.
2.- Abrir las válvulas de alimentación de agua, ubicadas en la parte posterior del equipo.
3.- Pase los interruptores, ubicados en la parte posterior del equipo, en el siguiente orden estricto:
-Interruptor 1:gírelo a la derecha.
-Interruptor 2: gírelo a la derecha.
4.- Regule el caudal de agua
5.- Prenda el ventilador
6.- Regule el caudal de aire en el valor mínimo
7.- Prender las resistencias 1 y 2 en el estricto orden indicado
Apagado del equipo:
1.- Apague las resistencias en el orden inverso en que fueron encendidas y espero unos minutos.
2.- Apague el ventilador.
3.- Una vez que el indicador de temperatura de la entrada del agua a la torre indique la temperatura ambiente, desconecté los interruptores en el orden inverso en que fueron conectados.
4.-Cierre la válvula de entrada de agua a la torre y posteriormente a la válvula de la red.
5.-Vacíe el tanque de las resistencias a través de la llave de purga situada en la parte inferior del equipo.
Procedimiento
Una vez que nos familiarizamos con la torre de enfriamiento se procedió a mantener un caudal fijo de agua de 144kg/h al igual que se mantuvo fijo un flujo volumétrico de aire de 280m^3/h con dos resistencias encendidas. Luego se tomaron las lecturas de temperaturas de entrada y salida del agua a la torre de enfriamiento; y las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo de la entrada y salida del aire. Luego se aumentó el flujo de aire a 370m^3/h y se midieron las temperaturas antes mencionadas nuevamente. .
Datos
Dos resistencias encendidas:
Tres resistencias encendidas:
Calculos
Q°a=280m3/h
P=101.325KPa
m°w=144Kg/h
m°vs=m°wehwe-m°wshws+m°a(hae-has)/hvs.
hwe=hf|50°c=209.33KJ/Kg.
hws=96.518KJ/KG .
hae=309.19KJ/KG.
has=303.20KJ/KG.
hvs=hf|30°c=129.39KJ/KG
Sustituyendo en la ecuación obtenemos
m°vs=117.415Kg/h.
Para el caso I
Q°a=280m3/h
m°a=327.14Kg/h
m°w=144Kg/h
hwe=259.502Kj/Kg
hws=104.89Kj/Kg
hae=302.202Kj/Kg
has=308.23Kj/Kg
m°vs= m°we hwe – m°ws hws +m°a (hae- has)/hvs
Sustituyendo en la ecuación obtenemos
m°vs=65.83Kg/h
Gráfica de eficiencia térmica vs. flujo másico de aire
Análisis de los Resultados.
Estos resultados nos permiten observar que la relación de flujo de masa de aire seco a través de la torre permanece constante, no podemos decir lo mismo del la relación de flujo de masa del agua líquida que disminuye en una cantidad proporcional de agua que se evapora en la torre durante el proceso de enfriamiento.Es importante resaltar que el agua que se pierde por evaporación debe ser sustituida de nuevo para garantizar la continuidad del proceso de enfriamiento como tal.
Referencias Bibliográficas
1.-Van Wylen (2002). Fundamentos de Termodinámica. 2da. Edición
Editorial Limusa. México. 340 pp
2.-Wark, Kenneth y Donald E. Richards (2001). Termodinámica. 6ta. Edición.
Editorial Mc Graw-Hill. Interamericana de España. Madrid. 450 pp
3.-Burghartdt, David (1992). Ingeniería Termodinámica. 2da. Edición. Editorial Harla. México.
