balance de materia y energia en una torre de enfriamiento de agua.

Laboratorio de Ingeniería Química / Facultad de Química, UNAM
BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA EN UNA TORRE DE
ENFRIAMIENTO DE AGUA.
PROBLEMA:
4.7 l/min. de agua se enfrían a contracorriente con 200 m3 /h de aire, en una torre de enfriamiento,
durante el proceso el agua perdida por arrastre no debe ser mayor del 1% del agua alimentada.
¿Qué cantidad de agua se evapora y se transfiere al aire en Kg de agua/h?.
¿Qué cantidad de calor de evaporación se necesitó en Kcal/h?.
TECNICA EXPERIMENTAL
1 Arranque
a) Verifique si los interruptores, del calentador y motor del ventilador, están en la posición
de apagado (off).
b) Abra las válvulas V3, V5 y V6 o verifique que estén abiertas.
c) Cierre la válvula V7 de control de flujo de aire hacia el cañón psicrométrico.
d) Revise los termómetros: Ajuste las mechas el bulbo de mercurio debe quedar en medio de
las ventanas de los depósitos.
e) Llene el depósito de un termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colóquelo en la
entrada de aire a la torre, en su respectivo termopozo.
f) Coloque un termómetro de bulbo seco a la entrada de aire en la torre.
g) Llene el depósito de otro termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colóquelo en
la salida de la torre.
h) Coloque otro termómetro de bulbo seco en la salida de la torre.
i) Abra la válvula V1 y V2 de suministro de agua para que se llene el tanque de
alimentación. Si el agua no llega hasta las válvulas V1 y V2, abra la válvula de suministro
de la red general del Laboratorio. La descarga de agua hacia el drenaje le indicará tanque
lleno. Fije una descarga moderada de agua hacia el drenaje, para mantener una presión
constante en el suministro.
j) Abra la válvula V3 de control de flujo de agua hasta obtener el flujo
recomendado.(Posición 26 en el rota metro)
k) Mantenga abiertas la válvulas V4, V5 y V6 hasta eliminar las burbujas de aire atrapadas
en las tuberías de la torre.
l) Cierre la válvula V3 de purga de agua.
m) Abra o cierre la válvula V5 de descarga de agua coloque el nivel de agua cerca de la
marca de los 4kg. Este nivel produce un sello, que evita el escape de aire y cubre el
elemento sensible del termómetro bimetálico de salida.
n) Colóque en su lugar los 4 fusibles del calentador eléctrico.
ñ) Colóque en la posición de encendido (ON), los interruptores del calentador y del motor
del ventilador.
o) Cierre la purga del ventilador para evitar la recirculación de aire saturado.
p) Arranque el ventilador. Para ajustar el flujo de aire,indicado abra o cierre la persiana del
ventilador.
q) Encienda el número necesario de interruptores de las resistencias de calentamiento para
calentar el agua alimentada a la torre.(se recomienda hacer tres corridas,con 2,3 y 4
resistencias respectivamente).
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2 Operación
a) Ajuste durante aproximadamente, 10 minutos los controles de los flujos de alimentación,
antes de empezar a registrar los datos.
b) Llene el registro con los datos experimentales solicitados cada diez minutos, (desde el
tiempo inicial hasta el tiempo dónde la operación alcance las condiciones estables).
c) Controle periódicamente los flujos alimentados para evitar modificaciones en las
condiciones iniciales de operación.
Después de completar el registro de datos, haga lo siguiente para medir el flujo de agua a la
salida de la torre.
d) Abra la válvula del drenaje V5, hasta que el tanque de agua FB-1 se vacíe.
e) Cierre rápida y completamente la válvula V5. Observe la elevación del nivel de agua en el
tubo correspondiente. Arranque el cronómetro, cuando el nivel del agua coincida con la
marca inferior de calibración.
f) Detenga el cronómetro cuando el nivel del agua coincida con la marca superior de
calibración. Registre el tiempo.
g) Abra la válvula V5 y permita que el tanque se vacíe nuevamente.
h) Repita las instrucciones del inciso d) al g) y obtenga de tres a cuatros lecturas de tiempos
3 Paro
a) Apague los interruptores de los calentadores de agua.
b) Quite todos los termómetros.
c) Cierre la válvula V4, del flujo de agua a la torre
d) Cierre la válvula V2, del flujo de agua al tanque de alimentación.
e) Cierre la válvula V1.
f) Abra la válvula V3.
g) Retire todos los fusibles.
h) Deje funcionar el ventilador durante unos 10 minutos más, para secar el empaque.
i) Pare el ventilador
j) Ponga en la posición de apagado (OFF), los interruptores del calentador y motor del
ventilador.
PARA CADA EXPERIMENTO CONTESTA EL SIGUIENTE
CUESTIONARIO:
1. Representa mediante un diagrama de flujo de proceso el enfriamiento de agua
2. ¿Cuál es el flujo de aire corregido a las condiciones de presión y temperatura de la Cd. de
México.
3. Compara el flujo de agua a la entrada y a la salida de la torre, ¿es igual o diferente?
4. Compara la humedad absoluta del aire a la entrada y a la salida de la torre,¿es igual o diferente?
5. En base a lo observado, explica ¿como ocurre el enfriamiento de agua?
6. ¿Cuántos grados centígrados se enfrió el agua?
7. ¿Cómo nombrarías a la diferencia entre la temperatura de entrada y salida del agua?
8. Para éste experimento,¿cuál es la temperatura mínima a la que se puede enfriar el agua?.
9. ¿Cuántos grados le faltó enfriarse al agua para acercarse a ésa temperatura mínima?
10. ¿ Qué cantidad de vapor de agua en Kg./h se transfirió a la corriente de aire?
11. ¿ Cuál es la pérdida total de agua experimental en Kg./h ?(agua evaporada más agua de arrastre)
12. Qué porcentaje del agua alimentada se evaporó?..
13. ¿Qué porcentaje de agua alimentada se perdió por arrastre?
Mediante el balance de energía calcula ,la temperatura de salida del agua
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14. Compara la temperatura de salida del agua experimental con la calculada en 14.y explica las
diferencias
15. Calcula el calor total perdido por el agua en Kcal./h
16. Calcula el calor total ganado por el aire en Kcal./h
17. Calcula el calor de evaporación en Kcal./h
18. Para las diferentes corridas prepara dos gráficas: Una de temperatura de alimentación del agua
contra el agua evaporada y otra de calor de evaporación contra agua evaporada.
19. Realiza un análisis de los resultados obtenidos y presenta tus conclusiones
20. Para la corrida en la que se obtuvo el 1% del agua alimentada, como arrastre solicitado ¿ cuanto
fué el agua evaporada?¿Cuánto fué el calor de evaporación?.
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