Operaciones Unitarias

LABORATORIO Nro. 1
DETERMINACION DE KY × a EN UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA

1.-INTRODUCCION.-
En muchas instalaciones el agua utilizada en condensadores e intercambiadores de calor es enfriada mediante una corriente de aire en torres de enfriamiento con tiro natural o forzado. El agua caliente puede enfriarse con aire siempre que la temperatura del agua caliente sea superior ala temperatura de termómetro húmedo del aire .si el agua y el aire fluyen en contracorriente, teóricamente el agua puede enfriarse hasta la temperatura de termómetro húmedo del aire de entrada.
2.- OBJETIVO.-
Determinar el valor de Ky × a en una torre de enfriamiento de agua en contracorriente para un flujo másico de agua y aire seco.
3.- FUNDAMENTO TEORICO.-
En el enfriamiento de agua,esta pierde calor sensible y calor latente en todo el recorrido a través de la torre.
TORRE DE ENFRIAMIENTO INDUSTRIAL DE TIRO INDUCIDO:
Un balance de calor simplificado puede realizarse de la siguiente forma:
dqsensible = h×a×tL - t× A × dz
Gs × A × Y - Y1 = Ky × a × Yi - Y ×A × dz
dqlatente = λ×Ky× a ×Yi - Y× A × dz
H= C × t + λ0 × Y
C = Cpg + Cpv × Ydqlatente = Ky× a ×Hi - H- C × tL - t× A × dz
dqTotal=dqsensible + dqlatente=a×h×tL - t + Ky Hi - H-C ×tL - t×A×dz
dqTotal=dqsensible + dqlatente=Ky×a×hKy-C tL - t + Hi - H×A×dz
dqTotal=dqsensible + dqlatente=Ky×a×Hi - H×A×dz
dqTotal= Gs × dH
Gs ×dH = Ky×a×Hi - H×A×dz

z = GsKy × a × dHHi - H

V = GsKy × a × dHHi - H
Donde
C = calor específico medio delaire húmedo.
⅄ = calor latente de vaporización medio del agua en la torre.
Ky × a = coeficiente volumétrico de transferencia de materia.
Yi = humedad en la interfase del aire correspondiente a la temperatura del agua, tL
h = coeficiente de transferencia de calor por convección
4.- DESCRIPCION DEL EQUIPO.-
La torre de enfriamiento esta construida con un material metálico de seccióncuadrada. Como relleno se utilizan láminas onduladas de plástico de forma que alternen ondulaciones horizontales y verticales. El aire se impulsa por la base de la torre mediante un pequeño soplante. Antes de hacer pasar el aire a través de la torre de enfriamiento éste pasa a través de un tamiz o filtro.

Torre de enfriamiento del laboratorio de procesos químicos
Tanto a la entrada como a lasalida del aire de la torre se deberán medir las temperaturas de termómetro seco, termómetro húmedo y la humedad relativa.
El agua fría se extrae de la torre con una bomba centrífuga. El agua caliente entra a la torre por la parte superior a través de tuberías de plástico perforadas. La temperatura de entrada y salida del agua de la torre se mide con termómetros. La velocidad del aire se mide a lasalida de la torre con un anemómetro.
5.- METODOLOGIA EXPERIMENTAL.-
Se llena el depósito con agua procedente de la conducción exterior, lavando inicialmente la torre mediante la apertura de la válvula inferior. Se deberá tener cuidado con retirar la tapa superior de la torre de enfriamiento antes de realizar el experimento, para que una vez concluido el ensayo se tape la cúspide de la torre.Luego se pone en funcionamiento la bomba que impulsa el agua a la parte superior de la torre. Se comienza a inyectar aire con el soplante. El sistema se mantiene así durante 10 minutos para que se alcance el régimen estacionario. Conseguido esto, se realiza el experimento, tomándose lecturas de temperaturas, velocidades y humedades. El soplante no puede estar en operación por mas de 20 minutos.
6.-TABULACION DE DATOS.-
Datos necesarios
VT = Volumen de la torre de enfriamiento.
z = Altura de relleno.
a = Superficie específica del lecho.
Gs = Velocidad másica del aire seco.
Gs = Flujo másico del aire seco.
L = Flujo másico del agua.
tL2 = Temperatura del agua caliente a la entrada.
tL1 = Temperatura del agua fría de salida.
t1 = Temperatura del aire a la entrada de la...