Practica 6 Torres de Enfriamiento

Laboratorio de Operaciones de Separación Práctica No: 6 “Torre de enfriamiento”

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA I.Q. JUAN ANTONIO ARZATE SALGADO EQUIPO 6 INTEGRANTES: BAUTISTA PICHARDO EDGAR HERNÁNDEZ DÍAZ CHRISTIAN MIRANDA VILLATORO ULISES SALINAS TAVIRA ARMANDO SÁNCHEZ TAVIRA ARTURO

Torres de Enfriamiento Laboratorio de Operaciones de Separación

ÍNDICE

OBJETIVO…………………………………………............................................3 INTRODUCCIÓN…...……………………………………………………………..3 METODOLOGÍA…………………………………………………………………..4 MATERIAL…………………………………..……………………………………..6 DIAGRAMA DE EQUIPO…………………………………………………………6 DATOS EXPERIMENTALES……………………..……………………………...7 MEMORIA DE CÁLCULO………………………………………………………..7 RESULTADOS…………………………………………………………………..11 ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………………….11 CONCLUSIONES…………………………………………………………….….11 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………......11 HOJA DE DATOS EXPERIMENTALES.

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TORRE DE ENFRIAMIENTO

OBJETIVOS Mediante la operación de una torre de tiro inducido, determinar experimentalmente el número de unidades de transferencia entálpica del aire, la altura de una unidad de transferencia entálpica y el coeficiente global de transferencia de masa para la fase gaseosa (aire).

INTRODUCCIÓN En una torre típica para enfriamiento de agua, el agua caliente fluye a contracorriente del aire. Por lo general, el agua caliente entra por la parte superior de una torre empacada y cae en cascada a través del material de empaque, y sale por el fondo. El aire entra por la parte inferior de la torre y fluye hacia arriba, a través del agua descendiente.

Figura 1. Diagrama de torre de enfriamiento.

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Torres de Enfriamiento Laboratorio de Operaciones de Separación La entalpia Hy es:

(

)

(

)

(

)

( )

Muchas veces se utiliza el coeficiente global de transferencia de masa para el cálculo de la altura de la torre:

∫ Donde HOG es la altura de una unidad de transferencia de entalpia gaseosa en metros y el término integral recibe el nombre de número de unidades de transferencia. El valor de Hy* se determina desplazándose verticalmente desde el valor de Hy hasta la línea de equilibrio.

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METODOLOGÍA

1.- Medir el flujo del líquido con una probeta en la tubería de salida del agua fría de la torre de enfriamiento.

2.- Colocar los psicrómetros la entrada del aire y en la salida del ducto del aire con sus respectivos termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo.

3.- Revisar el nivel de las fosas de almaenamiento de agua.

4.- Preparar el servicio de vapor en la línea que lo lleva a la torre de enfriamiento.

5.- Bombear agua de la fosa fría a través de todo el sistema del laboratorio de Ingeniería Química y corroborar que regrese a la fosa de agua caliente.

6.- Bombear de la fosa agua caliente hacia el tanque de mezclado.

7.- Alimentar vapor en el tanque de mezclado para calentar el agua que entra a la torre de enfriamiento.

8.- Verificar que la instrumentación de la torre de enfriamiento esté funcionando.

9.- Regular la cantidad de vapor al tanque de mezclado de acuerdo a la temperatura que se desea alcanzar.

10.- Estabilizar la temperatura del agua en la línea de alimentación y regular un flujo constante de agua.

11.- Tomar y registrar lecturas de temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo del aire a la entrada y a la salida.

12.- tomar y registrar lectura de la velocidad del aire de salida al final del ducto con ayuda del aerómetro.

13.- Realizar otra corrida manteniendo el flujo de alimentación de agua, pero veriando la temperatura.

14.- Realizar una serie de corridas experimentales controlando y registrando las variables de flujo de alimentaicón de agua y temperatura del agua.

15.- Tomar datos promedios para la realización de los cálculos correspondientes.

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MATERIAL Bata 2 psicrómetros 2 termómetros de mercurio Anemómetro Rotámetro 1 gasa 1 vaso de 25 ml

DIAGRAMA DE EQUIPO

Figura 2. Torre de enfriamiento

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DATOS EXPERIMENTALES TL2=30°C t(s)

TL1=22°C

Entrada Tbs(°C) Tbh(°C) 6.38 12 6.03 12 6.36 12 6.15 12 6.3 12

Salida Tbs(°C) Tbh(°C) 10 22 10 22 10 22 10 22 10 22

20 20 20 20 20

TL2=25°C Entrada Tbs(°C) Tbh(°C) 11 11 11 11 11

TL1=19°C Salida Tbs(°C) Tbh(°C) 20 20 20 20 20

18 18 18 18 18

t(s) 5.63 5.52 6 5.69 5.58

9 9 9 9 9

V(L) 9 9 9 9 9

V(L)

MEMORIA DE CÁLCULO Datos.

Primero se calcula la densidad del gas a las condiciones de 1 atm y 12°C:

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9 9 9 9 9

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(

)(

(

) (

)(

(

)

)

)

Después, con base a las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo se lee de la tabla psicométrica la humedad relativa de la entrada y la salida del aire: ( )

(

12 22

)

(

)

10 20

0.006 0.016

Se prosigue a investigar los datos de equilibrio en el sistema agua-aire (Procesos de transporte y principios de procesos de separación, Christie John Geankoplis, 2009).

Datos de Equilibrio T(°C) Hy(J/kg de aire seco) 15.6 43680 26.7 84000 29.4 97200 32.2 112100

Se calculan las entalpias de entrada y salida del sistema con la siguiente formula: (

)

(

( (

( ( (

( (

)) ))

)

(

)

)

(

)

(

)

(

) )

Se grafican la línea de equilibrio y la línea de operación:

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)

( )

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HY(J/KG DE AIRE SECO)

Curva de equilibrio y Linea de operación 125000 115000 105000 95000 85000 75000 65000 55000 45000 35000 25000 21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

T(°C)

El número de unidades de transferencia entálpica está definido como: ∫ La integral se resuelve por método del trapecio dividiendo la curva de operación en segmentos iguales y prolongando cada segmento verticalmente hasta cruzar con la línea de operación para obtener los valores de :

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Método del Trapecio 145000

HY(J/KG DE AIRE)

125000 105000 85000 65000 45000 25000 21.8

22.8

23.8

24.8

25.8

26.8

27.8

28.8

29.8

T(°C)

n

T(°C)

0 1 2 3 4 5

22 23.6 25.2 26.8 28.4 30

Hy*

Hy

h

(Hy*-Hy)^-1

66500 72500 78090 84600 91320 100600

27201.36 34200 41000 48000 55800 62787.76

1 2 2 2 2 1

2.54462E-05 5.22193E-05 5.39229E-05 5.46448E-05 5.63063E-05 2.64465E-05 0.000268986

∫ (∑

)

(

)

Para obtener la altura por unidad entálpica (conociendo la altura de la torre z=0.9m) nos valemos de la siguiente expresión:

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Por último el coeficiente global de transferencia de masa para la fase gaseosa es:

(

)(

)(

)

RESULTADOS (

) 30 25

(

) 22 19

( ) 0.9569 0.8591

0.9405 1.0476

(

)

2.7326E-06 2.4532E-06

ANÁLISIS DE RESULTADOS Los valores de los coeficientes globales de transferencia de masa demuestran que dependen proporcionalmente de la temperatura. La altura de las unidades de transferencia son muy similares, prácticamente se transfiere una unidad en la torre. Los resultados se ven afectados debido al escaso rango de temperaturas en ambos experimentos debido a la ineficiencia en el calentamiento del agua inicial.

CONCLUSIONES

-

-

La comparación entre las humedades de entrada y salida dentro de la torre muestran que la humedad de salida es mayor que la humedad de entrada estos e debe a que el aire que entra en la torre al ponerse en contacto con el agua se humidifica. El cálculo de las unidades de transferencia entálpica y la altura de la unidad se realizan de manera eficiente y rápida con el conocimiento de las temperaturas de bulbo seco y húmedo del aire.

BIBLIOGRAFÍA o Geankoplis, Christie J. (2009). Procesos de transporte y principios de procesos de separación. México: Patria. Pags: 661-668

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