OPERACIONES Y PROCESOS UNITARIOS.

INGENIERA INDUSTRIAL.

ELABORADO POR:GISA SALAZAR, NILTON CESAR.ALBUJAR AURIS, SANTIAGO ARTURO.CALDERN CHVEZ, IVN.VALENCIA CHIRINOS, JULIO.

PRESENTADO A:ING. ROBERT CONTRERAS

TEMA:LA HUMIDIFICACIN.

ESPEL

-2015-DEDICATORIA

DEDICADO AL PROGRESO CONSTANTE DE TODO SER Y EL MOTIVO QUE A EL LO IMPULSA

NDICE

DEDICATORIA2NDICE3INTRODUCCIN4FUNDAMENTOS DE LA HUMIDIFICACIN6CLASIFICACIN DELA HUMIDIFICACIN.8TRATAMIENTO DE LA HUMIDIFICACIN.11CARTA O GRAFICA DE LA HUMEDAD.13TEMPERATURA DEL BULBO HMEDO23TORRES DE ENFRIAMIENTO.25TEORA DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO A CONTRA CORRIENTE43CONCLUSIONES GENERALES53BIBLIOGRAFA54

INTRODUCCIN

En las operaciones bsicas controladas por la transferencia de materia y de calor se da simultneamente estas dos; hay, por tanto, dos fuerzas impulsoras separadas que pueden ir en el mismo sentido o en sentidos opuestos. Las operaciones bsicas ms importantes son: el acondicionamiento de gases o enfriamiento de lquidos (fases presentes lquido/gas); y el secado (fases presentes slidos o lquidos/gas).El acondicionamiento de gases es una operacin que tiene por objeto modificar las condiciones de humedad de una corriente de aire por interaccin con una corriente de agua; se conoce como humidificacin o des humidificacin, se puede aplicar a cualquier sistema gas/lquido aunque la aplicacin ms extendida es al sistema aire/agua. Industrialmente tiene gran importancia el enfriamiento de una corriente de agua por interaccin con aire.La humidificacin como una operacin unitaria en la cual se da una transferencia simultnea de materia y calor sin la presencia de una fuente de calor externa, tiene lugar cuando un gas se pone en contacto con un lquido puro, en el cual es prcticamente insoluble.Este fenmeno nos conduce a diferentes aplicaciones adems de la humidificacin del gas, como son su des humidificacin, el enfriamiento del gas (acondicionamiento de gases), el enfriamiento del lquido, adems de permitir la medicin del contenido de vapor en el gas. Generalmente la fase lquida es el agua, y la fase gas el aire. Su principal aplicacin industrial es el enfriamiento de agua de refrigeracin.En la des humidificacin, agua fra se pone en contacto con aire hmedo. La materia transferida entre las fases es la sustancia que forma la fase lquida, que dependiendo de cmo estemos operando, o se evapora (humidificacin), o bien se condensa (des humidificacin.)Existen diferentes equipos de humidificacin, entre los que destacamos las torres de enfriamiento por su mayor aplicabilidad. En ellas, el agua suele introducirse por la parte superior en forma de lluvia provocada, y el aire fluye en forma ascendente, de forma natural o forzada. En el interior de la torre se utilizan rellenos de diversos tipos que favorecen el contacto entre las dos fases.

FUNDAMENTOS DE LA HUMIDIFICACIN

DEFINICIN DE HUMIDIFICACIN Y DES HUMIDIFICACINHUMIDIFICACIN La humidificacin es una operacin que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a travs de un lquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusin y en la interface hay, simultneamente, transferencia de calor y de materia.A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operacin de humidificacin es el siguiente:Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con bajo contenido en humedad), normalmente aire atmosfrico.Parte del agua se evapora, enfrindose as la interface.El seno del lquido cede entonces calor a la interface, y por lo tanto se enfra.A su vez, el agua evaporada en la interface se transfiere al aire, por lo que se humidifica.DES HUMIDIFICACIN La des humidificacin es una operacin que consiste en reducir la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa, mediante una condensacin parcial del vapor, que se separa.APLICACIN DE LA HUMIDIFICACIN DES HUMIDIFICACINAPLICACIN GENERAL La principal aplicacin de la humidificacin y de la des humidificacin es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspecto de inters relacionado con esta operacin bsica es el enfriamiento de aguas despus de un proceso industrial, con el fin de poder ser utilizada nuevamente; el equipo utilizado tiene forma de torre en la que el agua caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de enfriamiento. APLICACIN EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS El conocimiento de los procesos de humidificacin y des humidificacin, as como sus clculos implicados en ella, sern tiles en el diseo y anlisis de diferentes sistemas de almacenamiento y procesado de alimentos. As mismo, resulta imprescindible conocer las propiedades de las mezclas aire vapor de agua en el diseo de sistemas tales como equipos de aire acondicionado para conservar alimentos frescos, secaderos de granos de cereal y torres de enfriamiento en plantas de procesado de alimentos.

PROCESO DE HUMIDIFICACION

Operacin unitaria de transmisin simultnea de materia y energa. Al poner en contacto aire seco fro con agua caliente se transfiere vapor de agua desde el lquido al aire, debido a que la presin parcial del vapor de agua en el aire es menor que la que le correspondera en la saturacin. Esta evaporacin de agua se hace a costa de la propia energa del agua, con lo cual sta se enfra.

La faceta industrialmente ms importante de esta operacin es el enfriamiento de corrientes de agua. Los dispositivos empleados son las denominadas torres de enfriamiento, provistas en su parte superior de distribuidores de agua. Ofrecen una gran superficie interfacial. El aire asciende por la torre por tiro natural o forzado.

DISEO

TIPOS DE HUMIDIFICACION1.- Humidificacin isotrmicaEl vapor saturado suministrado ya se encuentra en estado gaseoso debido a la energa provista por el humidificador (corriente elctrica, gas, carbn, etctera), y, por lo tanto, se mezcla con el aire sin ninguna dificultadDurante el proceso de la humidificacin, a medida que la humedad relativa aumenta, la temperatura se mantiene constante

Sistemas isotrmico:stos son frecuentemente utilizados en instalaciones familiares y comerciales. Tienen dos componentes principales: la unidad que genera el vapor y el dispositivo que distribuye el vapor en la corriente de aire. Estos humidificadores pueden ser:1. Elctricos, por medio de resistencias2. A electrodos sumergidos3. A gas4. Calderas centrales generadoras de vapor

2.- Humidificacin adiabticaDurante el proceso de humidificacin, a medida que la humedad relativa va en aumento, la temperatura disminuyeSe entrega al ambiente agua atomizada y, aunque se encuentre extremadamente atomizada, an su estado es lquido (la energa, para pasar del estado lquido al gaseoso, es suministrada por el aire con la consecuente reduccin en la temperatura)

Sistemas adiabticos Estos dispositivos crean una gran superficie de interfase entre el aire y el agua en estado lquido, donde se forma una fina capa de vapor saturado, con una presin parcial igual a la presin de saturacin a la temperatura del lquido. Se utilizan frecuentemente en aquellas instalaciones en donde el aire de alimentacin deba ser enfriado y humidificado, o donde haya calor sensible en exceso en el aire de retorno que pueda ser utilizado para la evaporacin.En estos sistemas el tamao de la gota influye directamente sobre la eficacia del sistema, pues entre ms chica sea la gota, ms rpida va a ser su evaporacin, disminuyendo de esta manera los riesgos de condensacin. En estas situaciones, los costos de operacin sern notablemente inferiores a los de una humidificacin isotrmica.Los humidificadores adiabticos ms usados son:1. Centrfugos2. Atomizadores con aire comprimido3. Atomizadores con agua presurizada4. Ultrasnicos

TRATAMIENTOS Y USOS Se usa especialmente para restaurar el nivel de humedad relativa cuando en verano el aumento de temperatura produce una disminucin de sta.

Humidificador ultrasnicoBsicamente existen tres tipos de humidificadores: Fros (ultrasnicos); Calientes (electrodos); Calientes (evaporacin).

Los humidificadores ultrasnicos, producen una nebulizacin del agua a travs de vibraciones de muy alta frecuencia, son silenciosos, con caudal regulable y de muy bajo consumo (tpicamente de 20W a 35 W). Por otra parte slo puede utilizarse agua y est absolutamente prohibido el uso de cualquier aditivo. Su uso tpico es la restauracin de la humedad relativa durante largos perodos de tiempo. Es necesario limpiarlos convenientemente cada cierto tiempo.

Los humidificadores de electrodos generan vapor mediante la ebullicin del agua del depsito calentada a travs de la corriente que pasa directamente por el agua. Son ms peligrosos (el vapor que expulsa lo hace a alta temperatura), y tienen un consumo elevado. El caudal de salida no es regulable y depende mucho de la dureza del agua. A mayor contenido de sales del agua mayor es la conductividad elctrica y por tanto mayor la intensidad que circula, lo que a su vez implica un mayor caudal. Por otra parte, se les pueden aadir aceites balsmicos a la salida del vapor (nunca en el agua) lo que los hace especialmente tiles para las situaciones de corta duracin por motivos patolgicos dificultades puntuales respiratorias, mucosidades de difcil expulsin, y muy especialmente cuando esto es con nios pequeos.

Los humidificadores por evaporacin generan un caudal menor, no regulable y deben funcionar slo con agua destilada. Su funcionamiento es mediante una mecha que se mantiene hmeda por capilaridad y que a su vez es calentada mediante un calefactor elctrico. Si el agua contiene sales, la mecha se obtura con relativa facilidad. Pueden usarse con aceites balsmicos a la salida del vapor, pero su eficiencia en esto es muy inferior a la de los electrodos. Es el tipo menos usado.

CARTA O GRFICA HUMEDAD

Llamadas Cartas Psicromtricas

Una carta psicromtrica, es una grfica de las propiedades del aire, tales como temperatura, hr, volumen, presin, etc. Las cartas psicromtricas se utilizan para determinar, cmo varan estas propiedades al cambiar la humedad en el aire.Las propiedades psicromtricas del aire que han sido recopiladas a travs de incontables experimentos de laboratorio y de clculos matemticos, y son la base para lo que conocemos como la Carta Psicromtrica.Aunque las tablas psicromtricas son ms precisas, el uso de la carta psicromtrica puede ahorrarnos mucho tiempo y clculos, en la mayora de los casos donde no se requiere una extremada precisin.Como se mencion al inicio de este prrafo, la carta psicromtrica es una grfica que es trazada con los valores de las tablas psicromtricas; por lo tanto, la carta psicromtrica puede basarse en datos obtenidos a la presin atmosfrica normal al nivel del mar, o puede estar basada en presiones menores que la atmosfrica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar.Existen muchos tipos de cartas psicromtricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para el rango de media temperatura y otras para el rango de alta temperatura.A algunas de las cartas psicromtricas se les ampla su longitud y se recorta su altura; mientras que otras son ms altas que anchas y otras tienen forma de tringulo. Todas tienen bsicamente la misma funcin; y la carta a usar, deber seleccionarse para el rango de temperaturas y el tipo de aplicacin.

En este texto, utilizaremos una carta psicromtrica basada en la presin atmosfrica normal, tambin llamada presin baromtrica, de 101.3 kPa 760 mmHg. Esta carta cubre un rango de temperaturas de bulbo seco (bs) de -10oC hasta 55oC, y un rango de temperaturas de bulbo hmedo (bh) desde -10oC hasta 35oC. se muestra una carta psicromtrica bsica. Est hecha con datos basados a la presin atmosfrica normal de 101.325 kPa, y las unidades son las del Sistema Internacional, S.I. equivalencias entre. Las temperaturas estn en grados centgrados; el volumen en m/kg; la humedad relativa en porcentajes; el contenido de humedad en g/kg aire seco; la entalpa y la entropa estn en kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Un kJ/kg = 0.239 Kcal/kg = 0.430 btu/lb.

En una carta psicromtrica se encuentran todas las propiedades del aire, de las cuales las de mayor importancia son las siguientes:

1. Temperatura de bulbo seco (bs).2. Temperatura de bulbo hmedo (bh).3. Temperatura de punto de roco (pr)4. Humedad relativa (hr).5. Humedad absoluta (ha).6. Entalpa (h).7. Volumen especfico.

Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire, las otras pueden determinarse a partir de la carta.

1. Temperatura de Bulbo Seco.- En primer trmino, tenemos la temperatura de bulbo seco. Como ya sabemos, es la temperatura medida con un termmetro ordinario.Esta escala es la horizontal (abcisa), en la parte baja de la carta, segn se muestra en la figura 13.12.Las lneas que se extienden verticalmente, desde la parte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman lneas de temperatura de bulbo seco constantes, o simplemente lneas de bulbo seco. Son constantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas lneas, corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala de la parte baja. Por ejemplo, en la lnea de 40oC, cualquier punto a lo largo de la misma, corresponde a la temperatura de bulbo seco de 40oC.

2. Temperatura de Bulbo Hmedo.- Es la segunda propiedad del aire de nuestra carta psicromtrica. Corresponde a la temperatura medida con un termmetro de bulbo hmedo. Como ya se explic en la seccin anterior, es la temperatura que resulta cuando se evapora el agua de la mecha, que cubre el bulbo de un termmetro ordinario.La escala de temperaturas de bulbo hmedo, es la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la figura 13.13. Las lneas de temperatura de bulbo hmedo constantes o lneas de bulbo hmedo, corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, en un ngulo de aproximadamente 30o de la horizontal. Tambin se les dice constantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas lneas, estn a la misma temperatura de bulbo hmedo.

3. Temperatura de Punto de Roco.- Es otra propiedad de aire incluida en una carta psicromtrica. Esta es la temperatura a la cual se condensar la humedad sobre una superficie. La escala para las temperaturas de punto de roco es idntica que la escala para las temperaturas de bulbo hmedo; es decir, es la misma escala para ambas propiedades. Sin embargo, las lneas de la temperatura de punto de roco, corren horizontalmente de izquierda a derecha, como se ilustra en la figura 13.14, noen forma diagonal como las de bulbo hmedo (ver figura 13.13). Cualquier punto sobre una lnea de punto de roco constante, corresponde a la temperatura de punto de roco sobre la escala, en la lnea curva de la carta.

4. Humedad Relativa.- En una carta psicromtrica completa, las lneas de humedad relativa constante, son las lneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en porciento, y este valor se indica sobre cada lnea. Como ya hicimos notar previamente, la temperatura de bulbo hmedo y la temperatura de punto de roco, comparten la misma escala en la lnea curva a la izquierda de la carta. Puesto que la nica condicin donde la temperaturaDe bulbo hmedo y el punto de roco, son la misma, es en condiciones de saturacin; esta lneaCurva exterior, representa una condicin de saturacin o del 100% de humedad relativa. Por lo tanto, la lnea de 100% de hr, es la misma que la escala de temperaturas de bulbo hmedo y de punto de roco.Las lneas de hr constante, disminuyen en valor al alejarse de la lnea de saturacin hacia abajo y hacia la derecha, como se ilustra en la figura 13.15

5. Humedad Absoluta.- La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. Tambin se le conoce como humedad especfica. La escala de la humedad absoluta, es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicromtrica, como se indica en la figura 13.16.Los valores de esta propiedad se expresan, como ya sabemos, en gramos de humedad por kilogramo de aire seco (g/kg), en el sistema internacional, y en granos porLibra (gr/lb), en el sistema ingls. Las lneas de humedad absoluta, corren horizontalmente de derecha a izquierda, y son paralelas a las lneas de punto de roco y coinciden con stas. As pues, podemos ver que la cantidad de humedad en el aire, depende delPunto de roco del aire.

Figura 13.16 - Lneas de humedad absoluta en gramos/kg.

6. Entalpa.- Las lneas de entalpa constantes en una carta psicromtrica, son las que se muestran en la figura 13.18. Debe notarse que estas lneas, son meramente extensiones de las lneas de bulbo hmedo; puesto que el calor total del aire, depende de la temperatura de bulbo hmedo. La escala del lado izquierdo lejana a la lnea curva, da el calor total del aire en kJ/kg (kilojoules por kilogramo) de aire seco, en el sistema internacional o en btu/lb de aire seco, en el sistema ingls. Esta escala aumenta de -6 kJ/kg a la temperatura de -10oC de bulbo hmedo, hasta aproximadamente 115 kJ/kg a 33oC deBulbo hmedo.

Figura 13.18 - Lneas de entalpa en kJ/kg de aire seco.

7. Volumen Especfico.- En la figura 13.19, se muestran las lneas del volumen especfico constante en una carta psicromtrica. Estas lneas estn en un ngulo aproximado de 60o con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha. Por lo general, el espacio entre cada lnea, representa un cambio de volumen especfico de 0.05 m/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas lneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Si se desea saber la densidad del aire a cualquier condicin, como ya sabemos, se debe dividir uno entre el volumen especfico, puesto que la densidad es la inversa del volumen especfico y viceversa. Debido a que la mayora de los clculos en trabajos de aire acondicionado, se basan en el peso del aire en lugar del volumen de aire, se recomienda el uso del volumen especfico (m/kg de aire)En vez de la densidad (kg/m de aire).

Figura 13.19 - Lneas de volumen especfico en m/kg de aire seco

TERMMETRO DE BULBO HMEDO

Bsicamente, un termmetro de bulbo hmedo no es diferente de un termmetro ordinario, excepto que tiene una pequea mecha o pedazo de tela alrededor del bulbo. Si esta mecha se humedece con agua limpia, la evaporacin de esta agua disminuir la lectura (temperatura) del termmetro. Esta temperatura se conoce como de bulbo hmedo (bh). Si el aire estuviese saturado con humedad (100% hr), la lectura de la temperatura en el termmetro de bulbo hmedo, sera la misma que la del termmetro de bulbo seco. Sin embargo, la hr normalmente es menor de 100% y el aire est parcialmente seco, por lo que algo de la humedad de la mecha se evapora hacia el aire. Esta evaporacin de la humedad de la mecha, provoca que la mecha y el bulbo del termmetro se enfren, provocando una temperatura ms baja que la del bulbo seco. Mientras ms seco est el aire, ms rpida ser la evaporacin de la humedad de la mecha. As que, laLectura de la temperatura del bulbo hmedo, vara de acuerdo a qu tan seco est el aire. La precisin de la lectura del bulbo hmedo, depende de qu tan rpido pase el aire sobre el bulbo. Las velocidades hasta de 1,500 m/min (90 km/hr), son mejores pero peligrosas, si el termmetro se mueve a esta velocidad. Tambin, el bulbo hmedo deber protegerse de superficies que radien calor (sol, radiadores, calentadores elctricos, calderas, etc.). Se pueden tener errores hasta del 15% si el movimiento de aire es muy lento, o si hay mucha radiacin presente. Cuando la hr es de 100% (saturacin), las temperaturas de bulbo seco, bulbo hmedo y del punto de roco son todas la misma. Abajo de 100% de hr, la temperatura del bulbo hmedo es siempre algo menor que la del bulbo seco y mayor que el punto de roco. En la figura 13.7, se ilustran los termmetros de bulbo seco y bulbo hmedo. "A" representa la temperatura de bulbo seco, "B" la temperatura de bulbo hmedo y "C" la mecha que envuelve al bulbo hmedo. Ntese que la temperatura mostrada en el termmetro de bulbo hmedo, es considerablemente menor que la del termmetro de bulbo seco. Tambin, la temperatura de bulbo hmedo vara de acuerdo a la temperatura del cuarto; as que, es afectada tanto por el calor sensible del aire en el cuarto, como por el calor latente de la humedad del aire. Por lo tanto, la temperatura de bulbo hmedo, es una indicacin del calor total en el aire y la humedad.

VI TORRES DE ENFRIAMIENTO Las operaciones de transferencia de masa, energa y cantidad de movimiento ocurridas en sistemas de contacto lquido y vapor, constituyen un enfoque generalizado que han contribuido a lo largo del tiempo al mejoramiento e implementacin de nuevos dispositivos mecnicos dentro de los procesos industriales actuales. Siendo as, herramientas verstiles en el estudio de la fenomenologa para la transferencia de energa y materia simultnea. Tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporizacin parcial a travs del intercambio calrico latente y sensible de una corriente de aire seco y fro que circula por el mismo equipo. Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar agua y otros medios a temperaturas prximas a las ambientales; en grandes volmenes (extraen calor del agua mediante evaporacin o conduccin). Su uso se da en plantas de energa, refineras de petrleo, plantas petroqumicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales. Las torres de enfriamiento usan la evaporacin del agua para rechazar el calor de un proceso tal como la generacin de energa elctrica. Las torres de enfriamiento varan en tamao desde pequeas a estructuras muy grandes que pueden sobrepasar los 120 metros de altura y 100 metros de longitud. Torres ms pequeas son normalmente construidas en fabricas, mientras que las ms grandes son construidas en el sitio donde se requieren. Los sistemas de enfriamiento industrial de centrales trmicas, refineras de petrleo y plantas petroqumicas; y de acondicionamiento de aire en hospitales y centros comerciales; necesitan evacuar calor residual de sus procesos, utilizando para ello a menudo un flujo de agua a baja temperatura a travs de intercambiadores de calor. Ese flujo de agua, una vez calentado, puede desecharse al ambiente, con lo cual ser necesario contar con una masa elevada de agua disponible para el proceso y en condiciones ptimas de utilizacin (desmineralizada, sin slidos en suspensin, etc.) bien podr recircularse nuevamente al proceso una vez refrigerada, con lo cual los costes de operacin disminuirn en gran medida COMO FUNCIONA LAS TORRE DE ENFRIAMIENTO En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de enfriamiento mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre. A fin de mejorar el contacto aire-agua, se utiliza un entramado denominado relleno. El agua entra en la torre por la parte superior y se distribuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un contacto ptimo entre el agua y el aire atmosfrico. El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre el agua y el aire. Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire, tiene lugar una cesin de calor del agua hacia el aire. sta se produce debido a dos mecanismos: la transmisin de calor por conveccin y la transferencia de vapor desde el agua al aire, con el consiguiente enfriamiento del agua debido a la evaporacin. En la transmisin de calor por conveccin, se produce un flujo de calor en direccin al aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperaturas entre ambos fluidos. La tasa de enfriamiento por evaporacin es de gran magnitud en las torres de enfriamiento; alrededor del 90 % es debida al fenmeno difusivo. Al entrar en contacto el aire con el agua se forma una fina pelcula de aire hmedo saturado sobre la lmina de agua que desciende por el relleno. Esto es debido a que la presin parcial de vapor de agua en la pelcula de aire es superior a la del aire hmedo que circula por la torre, producindose una cesin de vapor de agua (evaporacin). Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente de vaporizacin del propio lquido. Este calor latente es cedido al aire, obtenindose un enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire. La diferencia de temperaturas del agua a la salida y la temperatura hmeda del aire se llama acercamiento o aproximacin, ya que representa el lmite termodinmico de enfriamiento al que puede llegar el agua.Para crear flujo hacia arriba, algunas torres de enfriamiento contienen aspas en la parte superior, las cuales son similares a las de un ventilador. Estas aspas generan un flujo de aire ascendente hacia la parte interior de la torre de enfriamiento. El agua cae en un recipiente y se retraer desde ah para al proceso de produccin Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados. Cuando un sistema es cerrado, el agua no entra en contacto con el aire de fuera. Como consecuencia la contaminacin del agua de las torres de enfriamiento por los contaminantes del aire y microorganismos es insignificante. Adems, los microorganismos presentes en las torres de enfriamiento no son eliminados a la atmsfera. El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenmeno de evaporacin. La evaporacin es el paso de un lquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un lquido, un ejemplo es la evaporacin del agua de los mares. Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de s misma el calor que necesita, esto origina que el agua se enfre y por lo tanto que su temperatura disminuya.

CLASIFICACIN DE TORRES DE ENFRIAMIENTO

- ATMOSFERICAS- TIPO NATURAL

CIRCULACION NATURAL

TIRO INDUCIDOTIRO FORZADO ( SOLO CONTRAFLUJO)- CONTRAFLUJO- FLUJO CRUZADOTIRO MECANICO

TORRES DE CIRCULACION NATURALTorres de circulacin natural Se clasifican, a su vez, en torres atmosfricas y en torres de tiro natural. Las torres atmosfricas utilizan las corrientes de aire de la atmsfera. El aire se mueve de forma horizontal y el agua cae verticalmente (flujo cruzado). Son torres de gran altura y pequea seccin transversal. Deben instalarse en lugares muy despejados, de forma que ningn obstculo pueda impedir la libre circulacin de aire a travs de la torre. Tienen un costo inicial alto debido a su gran tamao, pero el costo de mantenimiento es reducido, al no existir partes mecnicas mviles. Una torre de este tipo puede ser una solucin muy econmica para determinadas necesidades de refrigeracin si se puede garantizar que funcionar habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales o superiores a los 8 km/h. Si la velocidad promedio del viento es baja, los costos fijos y de bombeo aumentan mucho en relacin a una torre de tiro mecnico y no compensan el ahorro del costo de ventilacin. Actualmente, las torres atmosfricas estn en desuso. torre de tiro natural es aquella en la que el aire es inducido por una gran chimenea situada sobre el relleno. La diferencia de densidades entre el aire hmedo caliente y el aire atmosfrico es el principal motivo por el cual se crea el tiro de aire a travs de la torre. La diferencia de velocidades entre el viento circulante a nivel del suelo y el viento que circula por la parte superior de la chimenea tambin ayuda a establecer el flujo de aire. Por ambos motivos, las torres de tiro natural han de ser altas y, adems, deben tener una seccin transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente. Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua. Al igual que las torres atmosfricas, no tienen partes mecnicas. La velocidad media del aire a travs de la torre suele estar comprendida entre 1 y 2 m/s. Las torres de tiro natural no son adecuadas cuando la temperatura seca del aire es elevada, ya que sta debe ser siempre inferior a la del agua caliente. No es posible conseguir un valor de acercamiento pequeo y es muy difcil controlar exactamente la temperatura del agua. En las torres de tiro - natural no se pueden utilizar rellenos de gran compacidad, debido a que la resistencia al flujo de aire debe ser lo ms pequea posible. Estas torres son muy utilizadas en centrales trmicas; muy pocas veces son aplicables a plantas industriales debido a la fuerte inversin inicial necesaria.

TORRES DE TIRO MECNICO Las torres de tiro mecnico proporcionan un control total sobre el caudal de aire suministrado. Se trata de torres compactas, con una seccin transversal y una altura de bombeo pequeas en comparacin con las torres de tiro natural. En estas torres se puede controlar de forma precisa la temperatura del agua de salida, y se pueden lograr valores de acercamiento muy pequeos (hasta de 1 o 2 C, aunque en la prctica acostumbra a ser de 3 o 4 C). Si el ventilador se encuentra situado en la entrada de aire, el tiro es forzado. Cuando el ventilador se ubica en la zona de descarga del aire, se habla de tiro inducido. torres de tiro forzado : El aire se descarga a baja velocidad por la parte superior de la torre. Estas torres son, casi siempre, de flujo a contracorriente. Son ms eficientes que las torres de tiro inducido, puesto que la presin dinmica convertida a esttica realiza un trabajo til. El aire que se mueve es aire fro de mayor densidad que en el caso de tiro inducido. Esto tambin significa que el equipo mecnico tendr una duracin mayor que en el caso de tiro inducido, ya que el ventilador trabaja con aire fro y no saturado, menos corrosivo que el aire caliente y saturado de la salida, Como inconveniente debe mencionarse la posibilidad de que exista recirculacin del aire de salida hacia la zona de baja presin, creada por el ventilador en la entrada de aire.

torre de tiro forzado Torres de Tiro Inducido: El aire se succiona a travs de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las ms utilizadas

TORRE DE FLUJO A CONTRACORRIENTE Y TIRO INDUCIDO.Torres tiro inducidoPueden ser de flujo a contracorriente o de flujo cruzado. El flujo a contracorriente: significa que el aire se mueve verticalmente a travs del relleno, de manera que los flujos de agua y de aire tienen la misma direccin pero sentido opuesto. La ventaja que tienen este tipo de torres es que el agua ms fra se pone en contacto con el aire ms seco, logrndose un mximo rendimiento. En stas, el aire puede entrar a travs de una o ms paredes de la torre, con lo cual se consigue reducir en gran medida la altura de la entrada de aire. Adems, la elevada velocidad con la que entra el aire hace que exista el riesgo de arrastre de suciedad y cuerpos extraos dentro de la torre. La resistencia del aire que asciende contra el agua que cae se traduce en una gran prdida de presin esttica y en un aumento de la potencia de ventilacin en comparacin con las torres de flujo cruzado. las torres de flujo cruzado: El aire circula en direccin perpendicular respecto al agua que desciende Estas torres tienen una altura menor que las torres de flujo a contracorriente, ya que la altura total de la torre es prcticamente igual a la del relleno. El mantenimiento de estas torres es menos complicado que en el caso de las torres a contracorriente, debido a la facilidad con la que se pueden inspeccionar los distintos componentes internos de la torre. La principal desventaja de estas torres es que no son recomendables para aquellos casos en los que se requiera un gran salto trmico y un valor de acercamiento pequeo, puesto que ello significar ms superficie transversal y ms potencia de ventilacin, que en el caso de una torre de flujo a contracorriente.

Torre de flujo cruzado (tiro inducido)FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE MASA Una torre de enfriamiento puede ser considerada como un intercambiador de calor de contacto directo, en el cual el agua y el aire estn en rgimen pelicular. El uso de un coeficiente de transferencia de calor conectivo para la descripcin del proceso de transferencia de energa en este sistema es complicado, ya que no existe un mtodo estndar para calcular exactamente la superficie total de contacto entre el agua y el aire . Adicionalmente, resulta difcil obtener soluciones analticas rigurosas debido al acoplamiento de transporte de cantidad de movimiento, energa y masa. Es por eso que, comnmente, se hace necesario la realizacin de un estudio experimental acompaado de un anlisis adimensional para la determinacin del coeficiente de transferencia de masa global del empaque, lo que permite el diseo de equipos especficos Teora de Merkel La investigacin temprana en los dispositivos de enfriamiento se ha visto enfrentada a lidiar con las restricciones y consideraciones surgidas a partir de la transferencia simultnea de materia y energa dentro de los dispositivos de enfriamiento. La teora de Merkel sobrelleva estas limitaciones fenomenolgicas combinando las dos resistencias en un nico proceso basado en el Potencial Entlpico . Merkel desarroll una teora para torres de enfriamiento referente a la transferencia de masa (evaporacin de una pequea porcin de agua) y la transferencia de calor sensible entre el aire y el agua en un equipo de enfriamiento en contracorriente. La teora considera el flujo de masa y energa del volumen de agua en la interfase y desde la interfase hacia los alrededores de la masa de aire. El flujo cruza estos dos lmites, cada uno representando una resistencia debida a los gradientes de temperatura, entalpa y relacin de humedad. Merkel demostr que la transferencia total de calor es directamente proporcional a la diferencia entre la entalpa del aire saturado a la temperatura del lquido (agua), y la entalpa de aire en el punto de contacto con el agua OPTIMIZACIN DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Funcin: Las Torres de Enfriamiento llevan a cabo la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con la finalidad de disipar el calor a la atmsfera ; el costo de operacin de una torre de enfriamiento estar en funcin del costo de transformacin del agua y el aire.Maximiza la cantidad de calor liberado a la atmsfera por unidad de costo de operacin invertido. Basado en el control de las temperaturas de suministros y retorno de agua.Procesos:Las variables a manipular para lograr el control ptimo de temperaturas, son el flujo de aire y agua; la manipulacin de esos flujos pueden llevarse a cabo mediante el uso de variadores, tanto en las bombas de carga, como en los ventiladores de enfriamiento. Funcionamiento: En los ventiladores es necesario conocer el punto de suministro de agua a la temperatura mnima econmica, la cual est en funcin de la temperatura de bulbos hmedo (twb) del aire; la torre de enfriamiento no puede generar agua a una temperatura menor a esta, pero puede aproximarse. La aproximacin es la diferencia de temperatura de bulbos hmedo (twb) del aire y la temperatura del agua a la salida de la torre. Cuando el diferencial de temperatura se incrementa, los costos de operacin de la torre de enfriamiento ventilacin y bombas se ven igualmente incrementados. Solucin: DELTA V regula las PRM de los ventiladores de enfriamiento a fin de mantener la operacin de la torre de enfriamiento en el punto ptimo. DELTA V ajusta la operacin de los ventiladores evitando que estos trabajen al 100% de su capacidad cuando no se considere necesario. Beneficios: Con el ajuste de las RPM de los ventiladores ya sea por modificacin en la carga de agua a la torre o un cambio en la temperatura de bulbos hmedos, SE GENERN CONSIDERABLES AHORROS EN CONSUMO ENERGTICO.

COMPONENTES DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO Los componentes bsicos de una torre de enfriamiento incluyen la carcasa y su estructura, relleno, cuenca de agua fra, eliminadores de roco o separadores de gotas, entrada del aire, persianas, boquillas y ventiladores como se describe a continuacin. Estructura y carcasa En su mayora las torres poseen formas estructurales que soportan la instrumentacin adicional en la carcasa (motores, ventiladores y otros 20 componentes), en algunos diseos ms pequeos, tales como algunas unidades de fibra de vidrio, la carcasa debe ser esencialmente el mismo marco. Relleno En su mayora las torres emplean rellenos (fabricados de plstico o madera) para facilitar la transferencia de calor, maximizando el contacto directo entre el agua y el aire, existen a su vez dos tipos de rellenos: RELLENO TIPO SALPIQUE: El agua cae continuamente sobre sucesivas capas de barras horizontales, rompindose en pequeas gotas, mientras que humedecen la superficie del relleno. Rellenos plsticos tipo salpique favorecen la transferencia de calor mucho mejor que los fabricados en madera.

RELLENO FLMICO: consiste en unas delgadas y cercanamente espaciadas superficies plsticas (PVC) sobre las cuales el agua es dispersada formando una pelcula en contacto con el aire. Estas superficies pueden ser planas, corrugadas en forma de colmena (honeycomb) o de otros patrones de configuracin y disposicin, la eficiencia de ste tipo de relleno es mayor debido a la uniformidad para la transferencia de calor y adems disminuye el volumen. Cuenca o depsito de agua enfriada sta es localizada en o cerca al fondo de la torre, recibiendo el agua enfriada que fluye hacia abajo a lo largo del relleno. Usualmente posee un sumidero o punto bajo para la conexin de descarga de agua fra.Eliminadores de roco Estos capturan las gotas de agua atrapadas en el flujo de aire que de otro modo seran prdidas en la atmosfera. Persianas y boquillas Las persianas son canales laterales cuyo propsito en el diseo del equipo es ecualizar el flujo de aire dentro del relleno, muchos diseos en contra corriente no requieren persianas. Las boquillas dispersan el aire para humedecer el relleno, una distribucin uniforme de agua en el relleno es esencial para alcanzar la apropiada humidificacin de toda la superficie del relleno, las boquillas pueden ser fijadas y repartidas en patrones cuadrados o circulares o ser parte de un montaje rotacional como pilar en algunas torres de seccin transversal circular.Ventiladores Estos pueden ser de tipo axial y centrfugo y han sido empleados en torres de enfriamiento, a fin de introducir dentro de la misma el flujo de aire requerido para su funcionamiento. Un ventilador no automtico de hojas ajustables puede ser usado en un amplio rango de potencias (kW) debido a que el ventilador puede ajustarse para enviar el flujo deseado de aire al ms bajo consumo de energa o potencia de trabajo, los ventiladores automticos pueden cambiar las condiciones de agua,DESEMPEO DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Los factores ms importantes a fin de determinar el desempeo de las torres de refrigeracin o enfriamiento son: Rango: Es la diferencia entre la temperatura del agua a la entrada de la torre y la temperatura a la salida Acercamiento: Es la diferencia entre la temperatura del agua a la salida de la torre y la temperatura de bulbo hmedo del ambiente, ste es un mejor indicador del desempeo de la torre de enfriamiento. El mnimo acercamiento usado comercialmente es de 3 C. No debe usarse un valor inferior. Eficiencia: Es un valor porcentual, la razn de el rango de enfriamiento y el rango ideal de enfriamiento, es decir: Rango/ (Rango+Acercamiento) Capacidad de enfriamiento: hace referencia al intercambio calrico entre el agua y el aire en kJ/h como resultado de la velocidad de flujo de agua, calor especfico y la diferencia de temperaturas. Prdidas por evaporacin: Es entendida como el flujo volumtrico de agua evaporado por la carga calrica transferida en la torre de enfriamiento , tericamente por cada 1000000 kcal liberadas, la cantidad evaporada es de 1.8 m3 . Una relacin emprica es usada con frecuencia como sigue: . 3 = 0,00085 1,8 3 Relacin Lquido/Gas: Es la relacin existente entre el flujo de agua y aire que circulan a lo largo del circuito de enfriamiento, es la base fundamental para la determinacin de la curva caracterstica de una torre de enfriamiento y por la cual los parmetros de diseo son establecidos, un cambio en esta condicin requiere el ajuste y adecuacin de todo el dispositivo a fin de asegurar la mayor eficiencia del dispositivoDesde el punto de vista de la termodinmica y el equilibrio de fases, el calor removido del agua debe ser equivalente al calor absorbido por el aire en los alrededores, este principio define la lnea operacional de una torre de enfriamiento Temperatura de bulbo hmedo: La temperatura de bulbo hmedo del aire entrando a la torre de enfriamiento determina los niveles de temperatura operativa dentro de una planta, proceso o sistema, es tambin la temperatura mnima que se puede alcanzar dentro del circuito de enfriamientoINFLUENCIAS EXTERNAS SOBRE EL FUNCIONAMIENTO DE LA TORRERECIRCULACIN La recirculacin en las torres de enfriamiento se define como una adulteracin de la atmsfera de entrada a la torre por la atmsfera de salida de la misma. El efecto de la recirculacin se ve en un inesperado aumento de la temperatura de bulbo hmedo del aire que entra a la torre de enfriamiento (por encima de la temperatura de bulbo hmedo del aire ambiente) , y un correspondiente incremento en la temperatura del agua que sale de la torre.Dependiendo del grado de recirculacin la temperatura del agua fra puede incrementarse hasta en 5 grados o ms. A lo mejor esto tambin ocasiona que el sistema opere por encima de los parmetros de diseo. Todas las torres ofrecen un potencial riesgo de recirculacin, la extensin de esta depende de las velocidades de entrada y salida del aire. Altas velocidades de entrada incrementan el potencial para la recirculacin, mientras que elevadas velocidades de salida disminuyen el riesgo de recirculacin.Restriccin del flujo de Aire A una determinada carga de calor, un flujo determinado de agua y una temperatura de bulbo hmedo particular la temperatura del agua fra producida por una torre de enfriamiento es totalmente dependiente de la cantidad de aire de entrada. Una disminucin en la cantidad de aire y la temperatura del agua se incrementar. Debido a la importancia del flujo de aire, los fabricantes se preocupan en disear correctamente los ventiladores y sus motores, puesto que estos son los que mueven el aire contra la presin esttica encontrada dentro de la torre.La presin esttica es una medida de la resistencia del sistema para un determinado flujo de aire, esto resulta de las restricciones en el sistema (lo cual incrementa la velocidad del aire) y de los cambios en la direccin del flujo de aire.

VIENTO Dependiendo de su velocidad y direccin, tiende a incrementar el potencial de la torre de enfriamiento a la recirculacin. No solamente la curvatura creada por el aire de salida en la direccin del flujo del viento, tambin se crea una zona de baja presin en la cual puede formarse una porcin de niebla, si la admisin de aire a la torre esta en esa direccin, entonces puede contaminarse el aire de entrada con esa niebla. El grado al cual puede afectar la direccin del viento aumenta dependiendo de la relacin de la velocidad de descarga de la torre (Vj) respecto a la velocidad del viento (Va)

Interferencia: Sumideros de calor ubicados cerca de una torre de enfriamiento pueden Interferir con el desempeo trmico de la misma. Estas interferencias pueden ser causadas por otras instalaciones de la planta u otros equipos. Muchas veces consisten de contribucin trmica del efluente de otra torre de enfriamiento cercana.

CONDICIONES NORMALES DE CIRCULACION DEL AGUA El pH entre 6 y 8 El Contenido de cloruro (como NaCl) por debajo de 750 ppm El Contenido de sulfato (SO4 ) por debajo de 1200 ppm El Contenido de bicarbonato de sodio por debajo de 200 ppm Ningn contaminante apreciable Si se utiliza cloro debe aadirse de manera intermitente, con una cantidad libre residual que no exceda 1 ppm, mantenido por cortos periodos de tiempoOTROS CALCULOS EN LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Velocidad de evaporacin de agua. Perdidas por arrastre de agua por parte del aire, purga , fugas. Ciclos de concentracin definidos como la relacin de reposicin a purgado. Tiempos por ciclo definidos como la capacidad de la torre entre la velocidad de recirculacin. Vida media capacidad/ Purga. Reposicin. Velocidad de evaporacin de agua DT(F)/1000 REPOSICION = Evaporacin + Perdidas. PERDIDAS = Purga+ Arrastre + Fugas CICLOS = Reposicin/Purga PURGA = Evaporacin/(Ciclos-1) TIEMPOS POR CICLO = Capacidad / Velocidad de Recirculacin VIDA MEDIA = Capacidad / Purga *(1/60) REPOSICION = Evaporacin *Ciclos/(Ciclos-1)

TEORA Y PRINCIPIOS DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTOPRINCIPIOS Los procesos de enfriamiento del agua se cuentan entre los ms antiguos que se conocen. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque. El proceso de transferencia de calor comprende : La transferencia de calor latente debido a la evaporacin de una porcin pequea de agua. La transferencia de calor sensible debido a la diferencia de temperatura entre el agua y el aire. La posible eliminacin terica de calor por libra de aire circulado en una torre de enfriamiento depende de la temperatura y el contenido de humedad del aire. La temperatura de bulbo hmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, esta es la temperatura terica ms baja a la que puede enfriarse el agua.TEORIA DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTOLa teora del proceso de transferencia de calor en una torre de enfriamiento, es la que desarroll Merkel. Este anlisis se basa en la diferencia del potencial de entalpa como fuerza impulsora. Se supone que cada partcula de agua esta rodeada por una pelcula de aire y que la diferencia de entalpa entre la misma y el aire circundante proporciona la fuerza impulsora para el proceso de enfriamiento . En la figura siguiente se ilustran las relaciones del agua y el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de contraflujo, en donde el aire fluye en sentido paralelo, pero siguiendo una direccin opuesta al flujo del agua

La lnea de operacin del agua est representada por la lnea AB y se especifica por medio de las temperaturas del agua de la torre en la entrada y salida. La lnea de operacin del aire principia en C, verticalmente por debajo de B, y en un punto que tiene una entalpa correspondiente a la temperatura de entrada de bulbo hmedo. La lnea BC, representa la fuerza impulsora inicial (h- h). El aire que sale de la torre se representa por medio del punto D y la gama de enfriamiento es la longitud proyectada de la lnea CD sobre la escala de temperaturas7.3 Operacin De una torre de enfriamiento Acondicionamiento del agua Los requisitos de acondicionamiento para una torre de enfriamiento consisten en la suma de las prdidas de evaporacin, prdidas por arrastre y prdidas a causa del viento. Potencia del ventilador.- Cuando se lleva a cabo un anlisis del costo de una torre de enfriamiento y los costos de operacin de la misma, uno de los factores ms significativos debe ser el establecimiento de la potencia del ventilador. La potencia del ventilador de la torre de enfriamiento puede sufrir una reduccin sustancial a causa de un decrecimiento en la temperatura de bulbo hmedo del ambiente, cuando se emplean motores de doble velocidad en los ventiladores. Potencia de bombeo.- Otro factor importante en el anlisis de la torre de enfriamiento, en especial para torres de tamao mediano y grande, es la parte de la potencia de la bomba atribuida directamente a la torre de enfriamiento. Cuando se trata de torres de enfriamiento con boquillas de aspersin, la carga esttica de bombeo ser igual a la ascensin esttica mas la prdida de presin de las boquillas.Abatimiento de neblina y bruma.- Un fenmeno que ocurre con frecuencia en la operacin de una torre de enfriamiento es la formacin de neblina, que produce una bruma muy visible y con posibilidades muy altas de formacin de hielo. La formacin de neblina es ocasionada como resultado de la mezcla de aire caliente que abandona la torre, con aire ambiente de enfriamiento. En algunas ocasiones utilizan chimeneas en los ventiladores para reducir la neblina en la parte inferior de la torre. En los ltimos tiempos el aspecto ambiental a recibido mayor atencin, aunque an existen personas que creen, en forma equivocada, que las descargas de las torres de enfriamiento son dainas.METODOLOGIAEl diseo tanto operativo como conceptual de una torre de enfriamiento involucra una serie de etapas que permiten establecer las relaciones empricas, metodolgicas que definen el desarrollo del modelo operacional del dispositivo en funcionamiento, los parmetros de diseo se basan conforme a los postulados del Cooling Tower Institute. como se describe esquemticamente a continuacin.

DISEO DE LA ALTURA

DESCRIPCION OPERACIONAL ( PRACTICA DE LABORATORIO)

DISEO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR

SELECCION DE MATERIALES E INSTRUMENTOS

DIMENSIONAMIENTOS DE ACCESORIOS DE VENTILADOR

DETERMINACION DE LA POTENCIA PRA BOMBEO

Diagrama bloques del proceso de diseo.

Dentro del circuito de enfriamiento se plantea a su vez el diseo de un intercambiador de calor tipo tubos y carcasa, debido a la necesidad de suministrar agua caliente en el tope de la torre de enfriamiento.MTODO DE DISEO DE LA ALTURA DEL EMPAQUE Demanda de la torre y nmero de Merkel La demanda de la torre define la capacidad de la misma dentro del rango de enfriamiento previamente establecido y tambin las condiciones lmites dentro del dispositivo, por medio de los resultantes nmeros adimensionales que relacionan las variables para la transferencia de masa y calor. (Reynolds, Prandtl, Schdmit y Lewis) Como paso preliminar a ste diseo se escogi el material y tipo de relleno, usando como criterio favorecer las dimensiones adecuadas para la unidad de laboratorio . La velocidad de transferencia de masa, expresada a travs de Diseo de la Altura empacada Diseo del Intercambiador de Calor Dimensionamiento de Accesorios y Ventilador Determinacin de la Potencia para Bombeo Seleccin de Materiales e Instrumentacin Descripcin Operacional (Prctica de Laboratorio) 24 los coeficientes para el tipo de empaque, determina a su vez la demanda trmica y la relacin lquido a gas (L/G). Se analizaron las caractersticas de varios tipos de relleno conforme a la informacin obtenida en la literatura. Se seleccion relleno flmico de PVC de arreglo hexagonal tipo colmena (honeycomb) debido al amplio uso que se ha dado a ste arreglo en el diseo y construccin de torres de enfriamiento en la industria nacional, lo cual facilita su adquisicin y disposicinEn base a la seleccin del tipo de relleno se define la curva caracterstica, determinada por la relacin adimensional establecida por Merkel, que relaciona la fuerza impulsora o gradiente que favorece la transferencia de masa del vapor de agua en el aire con el coeficiente de transferencia caracterstico del tipo de relleno [, como describe la siguiente ecuacin: = 2 1

El coeficiente de transferencia Kxa y la cada de presin en el relleno son determinados por medio de correlaciones reportadas por Goshayshi y Misenden para este tipo de empaque . [ 2 ] = 1,98 ( ) 0,45 ( ) 0,6 = 27,8 ( ) 0,35 ( ) 0,55 Las cuales son vlidas para un flujo de agua por unidad de rea L de (0,45- 2,22) kg/m s2. La curva caracterstica se resolvi numricamente con el mtodo de integracin de Simpson 1/3 para un total de 45 segmentos en el rango de enfriamiento preestablecido y una tolerancia de 1x10-04 . Se escogi arbitrariamente un rango de 15C para un temperatura de entrada del agua caliente en el tope de la torre de 43 C y en el fondo de 28 C con el fin de asegurar condiciones operativas y determinar la capacidad nominal de la torre (1 tonelada nominal se entiende como la capacidad para enfriar 3 gpm desde los 35 C hasta los 29,4C y es una referencia que identifica las torres de enfriamiento en la industria). Las condiciones atmosfricas, de presin y de temperatura se estimaron para una altura promedio de la ciudad de Bucaramanga de 1200 msnm, una temperatura de bulbo hmedo (TBH) de 19,7 C y condiciones de humedad relativa del aire a la entrada entre el 75-80%, estableciendo una temperatura de bulbo seco (TBS) de 22,2 C. La psicrometra fue usada para estimar las condiciones de bulbo hmedo, mediante pruebas iterativas tomado como primera estimacin la TBS de convergencia por medio de la ecuacin psicomtrica, que mide la temperatura de saturacin del ambiente, es decir 100% de humedad relativa = ( )El flujo msico de agua de alimentacin se fijo en 0,55 kg/s ya que ste ser regulado por la apertura de las vlvulas para tuberas de 1 de dimetro interno y es caracterizado por el nmero adimensional de Reynolds, en rgimen turbulento medio, debido a que se plantea un flujo promedio de lquido dentro del laboratorio una vez llenada la cuenca de agua . La variacin de las propiedades termodinmicas se asumen constantes debido a que no existe una diferencia significativa en el intervalo de temperatura de aplicacin, a excepcin del calor latente de vaporizacin w . El flujo msico de aire entrante fue establecido para un factor de diseo de 2,4 en el punto de corte en donde la lnea de operacin y curva de equilibrio determinan el flujo mnimo de gas.MTODO DE DISEO DEL INTERCAMBIADOR DE CALORMtodo de diferencia media logartmica LMTD Para cualquier tipo de intercambiador de calor a disear, la incgnita es el rea de intercambio, que finalmente fija el tamao del equipo, su peso en material, y el nmero de tubos. El clculo de rea de transferencia fue efectuado por el mtodo LMTD o diferencia de temperatura media logartmica de sus siglas en ingls: = Tml El parmetro U describe la tasa de transferencia de calor global y depende de la naturaleza de los flujos, Tml, es la temperatura media logartmica y A, el rea de transferencia de calor buscada, y son determinados en ste diseo por medio de las ecuaciones (6) y (7) para: -Tubos de 1 de dimetro interno en acero inoxidable AISI 304. -El fluido primario es el agua que entra a 28 C -El fluido secundario vapor de agua provisto por una caldera piro tubular de 30 BHP ubicada en el Laboratorio de Procesos y Operaciones Unitarias de la Escuela de Ingeniera Qumica, para un flujo msico de diseo de 0,29 kg/s de vapor saturado a 171,8 C. 1 = 1 u + ln 1 1 =1 + 1 La variacin de temperatura logartmica Tml representa la diferencia media en Kelvin lo cual presenta un factor de correccin Fc, cuyo valor depende del intercambiador y que en nuestro caso se halla grficamente para el tipo de configuracin 1-2 de intercambiador de calor de paso simple, a partir de los valores X y Z

= T1T2 /ln T2 T1 T1 = Tc1 -Tf1 y T2 = Tc2 -Tf2

Para cada caso, conociendo la capacidad calorfica del fluido a calentar, su masa y la temperatura a la cual se desea llevar, se puede calcular la potencia a entregar en kW para lograr el aumento de temperatura, as: = T Igualando este flujo de calor de la ecuacin (10) en las corrientes fras (f) y calientes (c), se determina la temperatura a la salida del vapor y finalmente el rea de transferencia de la cual se deduce la longitud de tubos al interior de la carcasa. Los coeficientes locales ho y hn fueron calculados por medio de la correlacin de Dittus- Boel ter para las condiciones determinadas por las relaciones adimensionales de Nusselt, Prandtl y Reynolds dentro del respectivo intervalo de validacin, mediante la ecuacinNu = hoK Di = 0,023 (Pr) 1 3 (Re) 4 5 ; Re> 10000 ^ 0,6