TORRE DE ENFRIAMIENTO, INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO E INTERCAMBIADOR DE TUBO Y

CORAZA

Liz Celedón, Jorge Ortega, Sandra Prada, Jesús Reyes, Leinis Sará

Facultad de Ingeniería Ing. Agroindustrial

Universidad del Atlántico.

Resumen Los equipos de intercambio de calor se pueden clasificar de acuerdo a diferentes criterios: tipo de contacto entre corrientes fluidas, relación área de transferecna de alor a volumen ocupado, numero de fluido involucrados, de acuerdo al servicio, tipo de construcción, etc. En las experiencias que tuvimos en el CELTI tratamos con varios de estos equipos como torre de enfriamiento, intercambiador tubo coraza y doble tubo, en la experiencia de torre de enfriamiento se tiene como objetivo realizar el respectivo balance de materia y energía de una torre de enfriamiento, Este se realizó mediante 7 mediciones la cuales llamaremos corridas, cada una con un diferente flujo volumétrico (caudal). Durante el experimento se tomaron diferentes muestras de temperatura, con las cuales se pudo calcular las transferencias de masa y calor a partir de las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco, en la entrada y salida del equipo. A través de todos estos cálculos realizados en nuestra práctica también logramos determinar la eficiencia del equipo además de su trascendencia actual en la industria. En la experiencia de tubo coraza se realizaron 6 mediciones

Palabras clave: Flujo volumétrico, torre de enfriamiento, temperatura.

AbstractThis experience aims to make the respective balance of matter and energy of a cooling tower, which was held in the university laboratory CELTI . This was done by the measurements which call 7 runs, each with a different volumetric flow (flow). During the experiment, samples of different temperature, which could calculate the mass and heat transfers from the wet bulb temperature, dry bulb, the input and output equipment were taken. Through all these calculations in our practice we also determine the efficiency of the equipment as well as its current importance in the industry

Keywords: Volumetric flow, cooling tower, temperature.

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de los intercambiadores de calor es variado y de amplia gama de tamaños y tecnología como plantas de potencia de vapor, plantas de procesamiento químico, calefacción etc en los intercambiadores de calor como tubo y coraza la transferencia de calor de realiza fundamentalmente por conducción y convección desde un fluido caliente a otro frio que está separado por una pared metálica, en los sistemas de enfriamiento se hicieron varias reformas con el uso del agua, antes esta pasaba por los equipos sólo una vez y, luego, es desechada, repercutiendo en la economía del proceso, ya que este líquido es costoso y provoca, además, una fuerte contaminación térmica. Por eso es que se necesitó de otro método que proporcionara el agua de enfriamiento sin tener que tirarla en una sola pasada; este método es el sistema cerrado de enfriamiento, que no es más que hacer recircular el agua de enfriamiento.

El enfriamiento de agua en una torre de enfriamiento tiene su fundamento en el fenómeno de evaporación. Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de sí misma el calor que necesita, esto origina que el agua se enfríe y por lo tanto que su temperatura disminuya.

Por medio del siguiente informe se busca dar a conocer la cantidad de aire que entra a la torre de enfriamiento para extraer el calor al agua caliente proveniente del intercambiador de calor de tubo y coraza bajo las condiciones de temperatura y humedad relativa del aire, tanto a la entrada como a la salida de la torre.

Determinar la cantidad de agua que se evapora durante el proceso de enfriamiento que sufre el agua caliente también es propósito de informe, y la importancia de conocer el valor de este flujo de masa radica en que a partir de éste, se conocerá también la cantidad de agua necesaria para reposición.

Los intercambiadores de calor de coraza y tubo están compuestos en esencia por tubos de sección circular montados dentro de una coraza cilíndrica con sus ejes paralelos al aire de coraza. Los intercambiadores liquido-liquido pertenecen en general a este grupo, sin muy adecuados en las aplicaciones en las cuales la reacción entre los coeficientes de transferencia de calor de dos superficies o lados opuestos es generalmente del orden 3 a 4 y los valores absolutos son en general menores que los correspondientes a los intercambiadores de calor liquido-liquido en un factor de 10 a 100, por lo tanto se requiere un volumen mucho mayor para transferir la misma cantidad de calor

OBJETIVOS

Objetivo general: Realizar un balance de energía en una torre de enfriamiento, y así poder determinar las cantidades de aire para extraer el calor al agua caliente que proviene del intercambiador de tubo y coraza.

Hacer un análisis descriptivo de la transferencia de calor en un intercambiador de calor que utiliza el arreglo de contraflujo y paralelo internamente a través de los cambios de temperatura que los fluidos experimentan.

Efectuar balances para los intercambiadores y calcular las pérdidas de calor

Calcular los coeficientes totales de transferencia de calor para los intercambiadores de tubo y coraza

Objetivos específicos:

Evaluar la tasa de flujo másico de aire necesaria para extraer el calor del agua que entra a la Torre de Enfriamiento.

Evaluar la tasa de flujo másico de agua evaporada como indicador de la cantidad de agua de reposición al sistema.

Identificar y operar un intercambiador de calor de tubo y coraza Conocer las aplicaciones prácticas de las torres de enfriamiento, su principio de

funcionamiento y uso. Efectuar balances de calor para los intercambiadores que operan como calentado

y enfriador

MARCO TEÓRICO

TORRE DE ENFRIAMIENTO

Las torres de enfriamiento son equipos de transferencia de calor y masa entre el aire atmosférico y el agua caliente procedente de los procesos industriales En éstos, el contacto entre el aire y el agua es directo, para lo cual se utilizan rellenos que mejoran el tiempo de residencia del fluido dentro de la torre y se logra una mayor área de contacto entre ambos fluidos. [2]

El agua entra por la parte superior y se distribuye uniformemente en el interior de la torre mediante el uso de pulverizadores. El contacto directo del aire atmosférico con el agua provoca la evaporación de una fracción de agua, la cual requiere calor de cambio de fase que es tomado del agua circundante, logrando su enfriamiento.

El uso de estos sistemas de enfriamiento se justifica cuando es necesario disipar grandes cantidades de calor a bajo costo y cuando las temperaturas que se requieren de enfriamiento no son muy lejanas de la temperatura ambiental.

El análisis de enfriamiento de agua mediante el uso de torres requiere la aplicación de los conceptos de la psicrometría. Éstos están relacionados con las propiedades termodinámicas de las mezclas de vapor de agua con el aire.

Es conocido que la proporción de vapor de agua en el aire es baja (Porcentaje de vapor de agua en el aire es inferior al 5%); sin embargo, la presencia de esa cantidad de agua afecta de manera apreciable el comportamiento de las características físicas del aire. [3]

El aire atmosférico es una mezcla de gases compuesta principalmente por Nitrógeno y oxígeno, sin embargo existen otros gases como el vapor de agua y otros. En este sentido el aire seco consiste en la mezcla de gases con ausencia de agua, el aire saturado corresponde a la mezcla con la cantidad máxima de agua que es posible estar en la fase de vapor. Cuando el aire se encuentra saturado con agua, no es capaz de recibir más agua en forma de vapor y por lo tanto, cualquier intento en ello provocaría la condensación del

vapor, generándose la lluvia. De allí la importancia de conocer los principales parámetros que rigen el comportamiento de esta mezcla, entre ellos:

Temperatura de bulbo seco: Es la temperatura medida con un termómetro cuyo bulbo o sensor se encuentra en contacto directo con el sistema, se expresa en ºC o ºF.

Temperatura de bulbo húmedo: Es la temperatura medida con un termómetro cuyo bulbo o sensor se encuentra cubierto de un material humedecido con agua. El paso del aire en contacto con el termómetro cuyo bulbo está húmedo, provoca la evaporación del agua hasta que se logra la saturación del aire. La temperatura que registra dicho termómetro es inferior a la observada en un termómetro de bulbo seco, debido a que la evaporación del agua en el bulbo húmedo requiere calor que se toma del termómetro logrando su enfriamiento.

Temperatura de Rocío: Es la temperatura del aire en condiciones de saturación. Se evalúa determinando la temperatura de saturación a la presión de vapor en la mezcla. Cuando ocurre la saturación la temperatura de bulbo húmedo, seco y punto de rocío tienen el mismo valor.

Presión parcial: Según la ley de Dalton, en una mezcla de gases se denomina presión parcial de un componente a la presión que éste ejercería si ocupara todo el volumen que ocupa la mezcla. En el aire atmosférico se tiene que:

P Total = P vapor + Paire seco

Normalmente la fracción de presión del vapor de agua no supera el 5% de la presión total, sin embargo esa pequeña fracción es determinante en las condiciones del aire.

Humedad Absoluta: Es la relación entre la cantidad másica de vapor de agua y la cantidad másica de aire seco contenida en una muestra. Se define como:

Tiene unidades de kg de agua / kg de aire seco.

Humedad relativa: Es la relación que existe entre la presión del vapor en la mezcla y la presión de saturación del vapor de agua a la temperatura de bulbo seco en que se encuentra la mezcla. Puede definirse también como la relación entre la masa de vapor de agua de la muestra y la máxima cantidad de vapor de agua posible a las condiciones dadas. Se expresa como:

Tiene unidad de fracción o porcentaje y varía entre el 0 y el 100%.

Entalpía: Es el contenido energético de cierta sustancia. Para el caso del aire atmosférico es la suma de la energía asociada al aire seco y la energía asociada al vapor de agua, se expresa por unidad de kg de aire seco y viene dado por:

Donde has es la entalpía del aire seco que se calcula como , w es la humedad específica y hv es la entalpía del vapor de agua.

INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO

Los intercambiadores de calor de doble tubo o tubo concéntricos son los más sencillos y los más utilizados, están constituidos por 2 tubos concéntricos de diámetros diferentes en donde fluyen dos fluidos a diferentes temperaturas en este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones: paralelo y contraflujo. En paralelo los dos fluidos entran por el mismo extremo y salen por el otro fluyendo en el mismo sentido y en contraflujo entran en sentido opuesto.

Los intercambiadores de doble tubo se arman en longitudes de 4, 5 o 7 m. aproximadamente para cada juego, siendo su longitud efectiva en donde sobre la cual ocurre transferencia de calor, por lo tanto excluye las uniones o codos en U de los tubos interiores.

Estos equipos son muy útiles, cuando la superficie de transferencia de calor es relativamente pequeña y se emplean pocos juegos. Al emplearse bastantes juegos, las pérdidas por fricción en los fluidos son muy altas, no existe una distribución uniforme en los flujos y los riesgos de incrustación son muy altos, con sus consiguientes efectos perniciosos en la transmisión de calor. [4]

El aseo es complicado y desarmar los aparatos es muy engorroso, lo que limita su uso para superficies totales de transferencia de calor entre 10 y 20 m2 como máximo.

Ventajas y desventajas del intercambiador de tubos concéntricos.

Ventajas.

Diseño: Es muy fácil realizar sus partes estándar para un posterior montaje.

Montaje: Se puede ensamblar en cualquier taller de plomería.

Costos: Proporciona superficies de transferencia de calor a bajo costo.

Desventajas.

Transferencia: La principal desventaja es la pequeña superficie de transferencia de calor contenida en una horquilla simple.

Fugas: Cuando se usa con un equipo de destilación se requiere gran número de horquillas y en cada horquilla existe la posibilidad de fugas debido a las conexiones.

INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CORAZA

Los intercambiadores de calor se pueden clasificar en muchas formas diferentes. Una Forma consiste en basar la clasificación en las direcciones relativas del flujo del flujo de los fluidos calientes fríos en: Paralelo, contracorriente y cruzados. Otra manera de clasificar los intercambiadores de calor, es mediante la estructura uso de los mismos.

En general el intercambiador coraza (carcaza) y tubo, consiste en una serie de tubos lineales colocados dentro de un tubo muy grande llamado coraza y representa la necesidad de una gran transferencia de calor.

El intercambiador de tubo y coraza Con el fin de incrementar el área para la convección relativa al volumen del fluido, es común diseñar intercambiadores con múltiples tubos dentro de un simple intercambiador. Con múltiples tubos es posible arreglar el flujo de manera que una región estará en paralelo y otra región en contracorriente.

Figura 1. Intercambiador de calor de tubo y coraza

En las industrias de procesos la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre se lleva a cabo en intercambiadores de calor. El tipo más común es uno en el cual el fluido caliente y el frio no entran en contacto directo el uno con el otro si no que están separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva. La transferencia de calor se efectúa en tres etapas:

Por convección desde el fluido caliente a la pared o la superficie de los tubos a través de la pared de tubos o placa, luego por convección al fluido frio.

Cuando se manejan fluidos un área de transferencia de calor es grande se usa un intercambiador de tubos coraza. Los flujos de estos intercambiadores son continuos. Se usan muchos tubos en paralelo con uno de los fluidos circulando en su interior. Los tubos, distribuidos en forma de manojo están cerrados en una sola coraza el otro fluido fluye por el exterior de los tubos, dentro de la coraza. La única desventaja que presenta ese tipo de

equipos es la presencia de lodos los requerimientos de flujo vertical. En esos intercambiadores se debe tener en cuenta la corrosividad de los fluidos. [5]

Balance de calor para la sección de calentamiento

En el primer intercambiador se presenta una condensación del vapor que se suministra al sistema proveniente de la caldera. Mientras que el agua proveniente de otra reserva es conducida por tubos para elevar su temperatura. El tipo de calor transferido por el vapor es un calor latente u corresponde a la energía necesaria para cambiar de fase vapor a estado líquido.

En ese caso, y aunque la coraza esa aislada se tiene en cuenta las pérdidas de calor a los alrededores, de modo que todo el calor cedido por el vapor para condensarse es igual al calor sensible que necesita el agua líquida que pasa por los tubos para aumentar su temperatura, más las perdidas. Al hacer un balance en ese intercambiador de calor obtenemos la siguiente expresión:

M ⅄=WCp (T 1−T 3 )+Perdidas

Dónde:

M: El cambio del flujo másico de condensación del vapor.

⅄: Calor latente de condensación del vapora presión de saturación p1.

W: El cambio del flujo másico de agua a calentar.

Cp: Calor especifico del agua a calentar evaluado en un valor promedio entre las temperaturas T 1−T 3.

T1: temperatura de salida del agua que fue calentada. Es decir temperatura de salida del fluido de proceso.

T3: temperatura de entrada del agua, es decir temperatura de entrada del fluido del proceso.

APLICACIÓN INDUSTRIAL.

Son muchos los usos que le pueden acreditar para los diferentes intercambiadores son usados para recuperar calor entre dos corrientes en un proceso. Quizás el tipo más común de intercambiador de calor sea casco y tubo. Debido a que estos constituyen la parte más importante de los equipos en transferencia de calor.

El intercambiador de coraza y tubo se usa con más frecuencia para los líquidos, para altas presiones y cuando la industria se requieren superficies grandes de transferencia de calor.

Figura 2. Partes de un intercambiador de tubo y coraza

1. Carcaza

2. Tubos.

3. Placa de tubos.

4. Deflectores

5. Deflectores longitudinales.

6. Cabezal posterior.

7. Cabezal fijo.

8. Boquilla de la carcaza

9. Boquilla para los tubos.

METODOLOGÍA

TORRE DE ENFRIAMIENTO

MATERIALES Y EQUIPOS.

Torre de enfriamiento 2 termómetros Escaleras Mota de algodón Banda elástica

Procedimiento

Luego de la estabilización del equipo se procedió a determinar:

La temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire a la entrada en un punto distante del ventilador.

Temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire a la salida, la cual se toma en el tope de la torre.

El flujo volumétrico del agua mediante un rotámetro.

La temperatura del agua en la entrada y salida del proceso de enfriamiento.

INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO

MATERIALES Y EQUIPOS:

El fluido caliente puede ser vapor saturado de la caldera o agua caliente, la cual se acondiciona en el equipo y el fluido frío, agua a temperatura ambiente proveniente de la torre de enfriamiento.

Equipo:

Son 5 tubos denominados doble tubo (tubo y carcasa) de cobre y el sexto e de cobre corrugado, enfriado por aire, todos están sin aislar.

El paso inferior (1) es un trayecto común de retorno para los otros cinco. Este paso y el segundo constituyen un intercambiador de calor estándar horizontal de dos pasos. E l paso (3) utiliza un tubo de acero para propósitos de comparación. El paso cuatro (4) contiene un tercer tubo perforado y localizado dentro del tubo interior de cobre; este tercer tubo genera alta turbulencia y dirige el fluido en una combinación de flujo cruzado y paralelo. El paso cinco (5) está configurado para introducir en el lado de la carcasa flujo cruzado laminar y turbulento. El paso (6) es un tubo flexible corrugado expuesto a la atmósfera y provee enfriamiento por convección libre con aire y flujo del tipo de remolino y pulsaciones dentro del tubo.

Las medidas se realizan en el estado estacionario, para 2 tipos de operaciones experimentales de fluidos:

Agua caliente – Agua fría

Vapor – Agua fría

Las condiciones experimentales de flujo que pueden presentarse son:

a) En contracorriente en los montajes de tubo y carcasa.b) En paralelo en los montajes de tubo y carcasa.c) Cruzado en serie con flujo paralelo o en contracorriente en montaje de tubo y carcasa.d) Cruzado con alta turbulencia en el lado del tubo con flujo paralelo o en contracorriente

en el lado de la carcasa.e) De pulsaciones en torbellino con diámetro hidráulico (en tubo corrugado) no fijo de

flujo dependiente.f) Cruzado de convección libre al aire para tubos únicos horizontales o verticales.

Instrumentos auxiliares

Termómetro digital Guantes de carnaza

Cubetas Probeta graduada Cronómetro

INTERCAMBIADOR DE TUBO Y CORAZA

MATERIALES Y EQUIPOS.

Intercambiador de calor de tubo y coraza

Procedimiento

Abrir la válvula de alimentación Abrir válvula cerca a la trampa de vapor Abrir válvula de intercambiador Ajustar los caudales Abrir parcialmente la válvula de alimentación y esperar que se ajuste la presión

del sistema Tomar los datos con los diferentes caudales

RESULTADOS

Los datos obtenidos a través de cada una de las 7 corridas que se realizaron se encuentran tabulados a continuación:

Tabla 1. Datos tabulados de las corridas

Entrada del aire Salida del airecorridas TBSe(°C) TBHe(°C) TBSs(°C) TBHs(°C) TDf(°C) TDc(°C) Q(L/min)1 32 27 31 30 35 37,78 552 31 23 31 30 33 43,33 503 33 27 32 30 36 44,44 454 32 28 31 29 35 46,66 405 32 28 33 29 33 47,77 35

6 32 27 32 29 36 48,88 307 31 27 32 29 36 49,44 25

Donde:

TBSe: temperatura de bulbo seco en la entrada

TBHe: temperatura de bulbo húmedo en la entrada

TBSs: temperatura de bulbo seco en la salida

TBHs: temperatura de bulbo húmedo en la salida

TDf: temperatura del depósito frío (salida de agua de la torre)

TDc: temperatura del depósito caliente (agua entrante a la torre)

Inicialmente se debe calcular el flujo másico del agua de entrada (agua caliente) a la torre de enfriamiento. Para esto, utilizamos la relación con la densidad 1000 Kg/m3

m1=ρ∗V cal

Tabla 2. Flujo másico del agua de entrada.

Corrida Caudal (L/min)

Caudal (m3/s)

M agua (kg/s)

1 55 0,000916 0,9162 50 0,000833 0,8333 45 0,000750 0,7504 40 0,000666 0,6665 35 0,000583 0,5836 30 0,000500 0,5007 25 0,000410 0,410

Ahora para hallar el calor en esta operación, podemos inferir que el calor que pierde el agua es equivalente al calor que gana el aire obteniendo la siguiente ecuación a la cual llamaremos [Ec1]:

Q perdido por elagua=Qganado por elaire

Ahora, si nos remontamos a la fórmula del calor tenemos que:

Q perdido=m(h1−h2)

Pero tenemos que ΔH = Cp (T1 – T2) reemplazando nos queda:

Q perdido=m CP(T 1−T2)

El Cp va en función de la temperatura con la que se esté trabajando, y para poder hallarlo se hace necesario el uso de tablas que nos indiquen las capacidades caloríficas de las sustancias, nosotros hallamos un Cp promedio con el cual fue que se trabajó.

Los valores del calor presentan signo negativo ya que este corresponde al calor que pierde el agua durante la transferencia y que a su vez gana el aire.

Tabla 3. Calor transferido del agua al aire durante las corridas.

Corridas M (kg/s) ΔT (ºk) Cp (J/Kg*K) Q (J/s)1 0,916 2,78 4179 -10641,72 0,833 10,33 4179 -35959,83 0,750 8,44 4179 -26453,04 0,666 11,66 4179 -32452,25 0,583 14,77 4179 -35984,96 0,500 12,88 4179 -26912,77 0,410 13,44 4179 -23027,9

Ahora debemos buscar la cantidad de aire empleada en la operación, para esto retomamos la ecuación [Ec 1]:

Q ganadopor el aire=maireCP (∆T )

Tomando para el ∆T las temperaturas de bulbo seco

A partir de la ecuación anterior es posible hallar la masa del aire despejando la ecuación la cual quería de la siguiente forma:

m aire=Q perdido por elagua

CP(∆T )

En las corridas 2 y 7 presentaban la misma temperatura de bulbo seco tanto a la entrada como a la salida del aire lo cual hacía que al momento de calcular el delta de temperatura este se hiciera 0 y por consiguiente la masa del aire se hiciera 0, esta peculiaridad la atribuimos a algun error al momento de tomar las temperaturas tanto a la entrada como a la salida del aire.

Tabla 4. Masa del aire durante las corridas.

Corridas Cp aire a 30ºC (J/Kg*K)

ΔT (ºk) m aire (Kg/s)

1 1007 1 10,563 1007 1 26,26

4 1007 1 32,225 1007 1 35,737 1007 1 22,86

Conociendo el flujo másico del aire podemos determinar la cantidad de agua que se evapora producto del intercambio de calor:

maguaevaporada=maire (wentrada−wsalida )

Donde Wentrada y Wsalida son humedades específicas a la entrada y salida del aire y se calculan a partir de la siguiente ecuación

w=0.622φPsat

(P−φP sat )

P= presión atmosférica de 101.3 kPa

Psat= presión de saturación a la temperatura de bulbo seco del aire

Tabla 5. Cantidad de agua evaporada durante las corridas

Corrida Magua

(kg/s)Agua evaporada (kg/s)

1 0,9163 0,7504 0,6665 0,5837 0,410

INTERCAMBIADOR DE DOBLE TUBO

Inicialmente se tabularon todos los datos recogidos en las mediciones tanto en el arreglo de tuberías cobre-cobre como en las tuberías cobre-acero obteniendo los siguientes valores:

Tabla 6. Datos obtenidos en el intercambiador de calor de doble tubo (cobre-cobre).

Arreglo cobre – cobre (contracorriente)Agua Vapor

T1 (C) T6 (C) Q1 (Ft3/h) T7 (C) T11 (C) T4(C) Q1 (Ft3/h)

Q2 (Ft3/h)

100,4 96,8 36 246,2 147,2 246,6 39 0,814

Tabla 7. Datos obtenidos en el intercambiador de calor de doble tubo (cobre-acero).

Arreglo cobre – acero (contracorriente)Agua Vapor

T1 (C) T6 (C) Q1 (Ft3/h) T7 (C) T11 (C) T4(C) Q1 (Ft3/h)

Q2 (Ft3/h)

100,4 96,8 45 242,6 147,2 239 45 0,683

Para empezar planteamos la ecuación del balance de energía teniendo que:

Qv=Ql

Por lo tanto

mvCpv∆T=mlCpl∆T

Donde:

mv = Flujo másico del vapor.

Cpv =Calor especifico del vapor

ml = Flujo másico del líquido

Cpl= Calor especifico del líquido.

Calor latente de vaporización tabulado ( Tabla A-4E, termodinámica Cengel 6th edición. Ver anexos).

M hfg+Cpv∆T=mCpl∆T

m=36 ft3

h∗62017.08 Lb

Ft3

m=2232614.9 lbh

Todos los resultados obtenidos se encuentran a continuación en la siguiente tabla:

Tabla 7. Flujos másicos de agua y vapor

Agua Vapor

Q1 (Ft3/h) Densidad (lb/ ft3)

M (lb/h) Q2 (Ft3/h) Densidad (lb/ ft3)

M (lb/h)

Cobre – cobre

36 62017,08 223614,9 0,814 60249,6 49042,6

Cobre - acero

45 62017,08 2790768,6 0,683 60292,1 41179,5

Ahora procedemos a realizar el cálculo de calor del fluido frio:

Ql=(1 BtulmºF )(2232614.9 Lmh ) (100.4−96.8ºF )

Ql=8037413.6Btuh

Para el fluido caliente debemos agregar el calor latente de vaporización teniendo que:

Qv=(1043.3 Btuh )(49042.6 Lmh )+(1.0046 BtulmºF ) (147.2−246.6 ºF )

Qv=51171148.7Btuh

Los resultados son expresados en la tabla número 8 y 9

Tabla 8. Calor ganado por el agua fría?

AguaCp (btu/ lb ºF) M (lb/h) ∆T ºF Q (btu/h)

Cobre - cobre 1 2232614,9 3,6 8037413,6Cobre - acero 1 2790968,6 3,6 10046766,9

Tabla Nro.8. Cálculos realizados para determinar el calor del fluido frio.

Tabla 9. Calor en cedido por el vapor?

VaporCp (btu/ lb

ºF)M (lb/h) ∆T ºF Hfg (btu/lb) Q (btu/h)

Cobre - cobre

1.0046 49042.6 -99.4 1043.4 51171148.7

Cobre - 1.0044 41179.5 -91.8 1041.9 42904492.3

acero

DISCUSIÓN

Es importante destacar que la mayor parte de los valores que se obtuvieron en esta experiencia son acordes a las bases teóricas que nos brinda la literatura, por ejemplo las temperaturas de bulbo seco siempre fueron mayores a las temperaturas de bulbo húmedo en la entrada del aire, lo cual se debe a un fenómeno llamado desorción, el cual es el responsable de hacer que el agua contenida en el algodón que recubría el bulbo del termómetro absorbiese la energía térmica del termómetro para evaporarse cuando la humedad de los alrededores permita aun agua suspendida.

Por otra parte en la salida del aire, encontramos que la variación de temperaturas tanto de bulbo seco como de bulbo húmedo no era tan pronunciada como ocurría a la entrada de aire, esto se le atribuye a que en este punto la humedad relativa es casi del 100% lo cual no favorece al fenómeno de desorción, ya que el aire no puede mantener mucha más agua suspendida que la que ya tiene, circunstancia que si se presentaba a la entrada del aire en la torre y en este caso ocasionó que las lecturas del termómetro en este punto fueran algo “similares”.

También es importante mencionar que al momento de calcular la masa de aire durante las corridas 2 y la corrida 7 estas presentaban los mismo valores en las temperaturas de bulbo seco tanto a la entrada como a la salida del aire, lo cual tenía como consecuencia que al momento de calcular la masa de aire, esta se hiciera 0, lo cual es completamente ilógico y no va acorde con la literatura. Esto pudo haberse ocasionado por no mantener los termómetros en una posición favorable para que tuvieran un contacto adecuado con el aire, o por una mala lectura de los termómetros pasados los tiempos de exposición de estos al aire de entrada y salida del equipo

CONCLUSIÓN

Las torres de enfriamiento son actualmente uno de los equipos más usados a nivel industrial para lograr reducir las temperaturas de aguas que son utilizadas como medio de transferencia de calor en los diversos procesos que se pueden llevar a cabo. Podemos decir que en esta práctica pudimos ver como ocurrían algunos de los fenómenos que se ven implicados y representarlos en forma cuantitativa usando balances de materia y de energía, además de las posibles variaciones que se pueden presentar al cambiar los flujos de aire y agua en el equipo.

Intercambiador de doble tubo

Obtuvimos diferentes coeficientes de transferencia de calor globales de los intercambiadores, ocurre ya que se encuentran sometidos a varias condiciones de operación, todos ellos salen diferentes. La diferencia existente entre los intercambiadores de flujo paralelo y contraflujo, es principalmente su gradiente de temperatura con el paso de los fluidos por su interior. Instrucciones antes de iniciar la práctica

Intercambiador de tubo y coraza

ANEXOS

Carta psicrométrica

Tabla A-4E, Propiedades de agua saturada.

Calores específicos del agua a diferentes temperaturas.

BIBLIOGRAFÍA

[1] http://procesosbio.wikispaces.com/desorci%C3%B3n

[2] CENGEL, Yunus; GHAJAR, Afshin; Transferencia de calor y masa: fundamentos y aplicaciones; 4ta Edición; Editorial McGraw-Hill; Bogotá; 2011.

[3] Kern, Donald Q. (1965) PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. Compañía editorial continental

[4]http://www.portalhuarpe.com/Medhime20/Talleres/TALLERES%20SECUNDARIOS%20UNSJ/Industrial/08Intercambiadores%20de%20Calor/Navegable/explicaciontuberiadoble.html

[5] https://mariacrom.files.wordpress.com/2011/01/guia_tubos_coraza_2010012.pdf

[6]

[7]