INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS ACADEMIA DE OPERACIONES UNITARIAS PROCESOS DE HUMIDIFICACIÓN POR CONTACTO CONTINUO PRACTICA No.1 “ENFRIAMIENTO DE AGUA POR HUMIDIFICACIÓN DE AIRE” GRUPO: 3IM83 PROFESOR: LINO GARCÍA DEMEDECES EQUIPO 1: ● DEL VALLE JIMENEZ OSCAR ● MISAEL SOLIS CRUZ ● RODRIGUEZ MEZA VALERIA ● ROBERTO RAMIREZ TRINIDAD INTRODUCCIÓN Los procesos de enfriamiento de agua son algunos de los más antiguos desarrollados por el hombre. Por lo común el agua se enfría exponiendo su superficie al aire. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque, otros son agua en la superficie de un estanque, otros son comparativamente rápidos, por ejemplo, el rociado de agua comparativamente rápida, por ejemplo, el rociado de agua hacia el aire. Todos estos procesos implican la exposición del agua al aire en diferentes grados. Las torres de enfriamiento son columnas de gran diámetro con empaques especiales que permiten un buen contacto gas-líquido con una baja caída de presión, generalmente están constituidas con diversos materiales como la madera, plásticos, etc. formando estructuras de puntos múltiples, también se emplean estructuras de aluminio, ladrillo, concreto o asbesto. los empaques son para que el agua genere una capa llamada película la cual hace que el aire pueda enfriar de manera mas rápida el agua. en cuestión al agua esta debe de estar en buenas condiciones ya que si trabajamos con agua muy sucia corremos el riesgo de que la columna se tape debido a las incrustaciones de las sales producidas en el proceso. MARCO TEÓRICO PROCESO ENFRIAMIENTO DE AGUA En la industria química hay muchos casos de operaciones unitarias en los que se descarga agua caliente (condensadores o de otros aparatos), donde el valor de esta agua es tal que es más económico enfriar y volver a utilizarla antes que descargarla como inútil. Este enfriamiento se efectúa poniendo en contacto el agua con aire sin saturar en condiciones tales que el aire se humidifica y el agua se enfría aproximadamente a la temperatura del termómetro de bulbo húmedo. Este método se utiliza únicamente en el caso en que la temperatura del termómetro húmedo para el aire es más baja que la temperatura que se quiere que alcance el agua que sale. Existen varios tipos de aparatos en los que puede efectuarse esta operación: los principales son los de tiro natural, y las torres enfriadoras de tiro forzado. Todos los métodos para enfriar el agua por el procedimiento de ponerla en contacto con aire, entrañan la subdivisión del agua en forma tal que presente la mayor superficie posible. Esto puede efectuarse con la mayor sencillez por simple pulverización del agua por medio de pulverizadores. Estos pulverizadores deben estar situados sobre un estanque o pileta que recoge el agua pulverizada. FUNCIONAMIENTO El agua no puede enfriarse por debajo de su temperatura de bulbo húmedo. La fuerza impulsora de la evaporación del agua es, aproximadamente, la presión de vapor de agua menos la presión de vapor que tendría a su temperatura de bulbo húmedo. El agua sólo se puede enfriar hasta la temperatura de bulbo húmedo, y en la práctica se enfría a unos 3 K o un poco más por encima de dicha temperatura. La evaporación en la torre de enfriamiento sólo provoca pequeñas pérdidas de agua. Como el calor latente de vaporización del agua es de aproximadamente 2300 kJ/kg, un cambio típico de unos 8 K en la temperatura del agua corresponde a una pérdida de evaporación de más o menos 1.5%. Por lo general, se supone que el flujo total de agua es constante al efectuar los cálculos del tamaño de la torre. En la humidificación y deshumidificación se necesita un contacto íntimo entre la fase gaseosa y la líquida para velocidades grandes de transferencia de masa y de calor. La resistencia de la fase gaseosa controla la velocidad de transferencia. Se usan torres empacadas o torres con rociadores para obtener áreas interfaciales extensas y promover la turbulencia de la fase gaseosa. TORRES DE ENFRIAMIENTO Una torre de enfriamiento es una máquina térmica utilizada para enfriar agua, mediante la evaporación de un pequeño porcentaje de la misma agua que se enfría (enfriamiento evaporativo). Dicha evaporación se estimula con una corriente de aire y con la atomización del agua recirculada. La cantidad de calor extraído para enfriar el agua depende de las condiciones climáticas del sitio de operación (altura sobre el nivel del mar, temperatura de bulbo seco y temperatura de bulbo húmedo. PARTES DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO Tanque de agua: • Su función es recoger el agua que ha sido enfriada. • Deben ser de poco volumen, para no incrementar el peso del equipo inoficiosamente. • Se debe tener cuidado en controlar la formación de materia orgánica y de vórtices. Persianas: • Deben evitar la entrada directa de los rayos del sol. • Impedir la salida de gotas de agua ocasionadas por salpique al exterior. • Deben tener una muy baja caída de presión de aire. Relleno: • Se recomienda ser fabricado en PVC auto extinguible. • Dispersan y aumentan el tiempo de residencia del agua en la torre de enfriamiento. • La temperatura estándar de operación. Sistema de distribución de agua: • Árbol de rociado en PVC, hasta 100 psi. • Sistema de distribución por boquillas, sin partes móviles que puedan obstruirse • Boquillas de una muy baja caída de presión, entre 1.5 y 2 psig Eliminadores de rocío • Evitan la salida de agua de la torre por arrastre del ventilador. • Su eficiencia en evitar el escape de agua es equivalente al 0.002% del agua recirculada. • Baja caída de presión. Ventilador: • Estructura en acero para máxima protección contra corrosión en ambientes húmedos y salinos. • Motores alta eficiencia. • Sistema de transmisión por poleas y bandas • Ángulos de ataque variable para ajustar la capacidad en sitio. • Aspas fabricadas en fibra de vidrio, con mayor resistencia a la corrosión y menos peso TIPOS DE TORRE DE ENFRIAMIENTO Según su diseño, podemos encontrarnos distintos tipos de torres de refrigeración o enfriamiento. La diferencia fundamental entre unas y otras radica en la forma en la que introducen el aire en la torre para refrigerar el agua, que puede ser de forma natural o forzada mediante ventiladores. Torres de enfriamiento de tiro natural: En las torres de tiro natural, tipo chimenea están fundadas en el hecho de que el aire se calienta por el agua y de esta forma se produce una corriente de convección ascensional. Los lados de una torre de este tipo van completamente cerrados, desde el fondo hasta la parte superior, llevando dispuestas entradas de aire cerca del fondo. El material de tipo rejilla, que distribuye el agua, está confinado en una parte relativamente poco alta de la sección inferior de la torre, y la mayor parte de la estructura es necesaria para producir el tiro. En las torres de este tipo la resistencia al flujo de aire debe reducirse al mínimo y, por tanto, el llenarlas de tablas planas como en las torres de circulación atmosférica, no es posible Torres por tiro forzado: En estas se utilizan ventiladores para producir la circulación del aire. Si el ventilador está situado en la parte superior de la torre se denomina de “tiro inducido” y si está en el fondo, “de tiro forzado”. El primero es el tipo preferido porque evita el retorno del aire saturado al interior de la torre, lo que sucede con las de tiro forzado. Las torres son similares en su parte inferior a la representada, y la parte superior que actúa como chimenea no es necesario que sea tan larga. VENTAJAS Y DESVENTAJAS FLUJO CRUZADO Ventajas: ● Menor altura de la torre. ● Fácil mantenimiento (Inspección sencilla de componentes internos) Desventajas: ● No recomendable cuando se requiere un gran salto térmico y un valor de acercamiento pequeño, se necesita más superficie transversal y ,más potencia de ventilación, FLUJO CONTRA CORRIENTE Ventajas: ● Máximo rendimiento (agua más fría contacto con aire más seco) ● Reducción de la altura de entrada del aire. Desventajas: ● Hay arrastre de suciedad debido a la velocidad tan alta con la que entra el aire. ● Gran pérdida de presión estática, aumento de potencia de ventilación. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES TEMPERATURA EN LA TORRE DE ENFRIAMIENTO TEMPERATURA DE ENTRADA TEMPERATURA DE SALIDA Tw1: 18°C Tw2: 20°C Tg1: 20°C Tg2: 22°C TEMPERATURA EN EL TABLERO TEMPERATURA DE ENTRADA TEMPERATURA DE SALIDA 40°C 34.7°C IZQUIERDA CENTRO DERECHA 2.1 2.3 0.7 VELOCIDAD (m/s) Gv (L/min) TABLA DE RESULTADOS 35 OBSERVACIONES Hizo falta más agitación en el termómetro para poder tomar una mejor lectura de temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco. Algo con lo que se pudo trabajar de manera correcta, fueron las variables como caudal, temperatura o presión, ya que en otras ocasiones con otros equipos estos factores tienen una gran variabilidad, lo cual esto no sucedió. Misael Solis Cruz En cuestión a la torre se tuvo que poner en funcionamiento el ventilador ya que el aire que llegaba a la torre era casi nulo ya que la columna se encontraba dentro del laboratorio por lo cual no se vio la diferencia cuando trabaja la columna con el ventilador y sin él. En la práctica las temperaturas de bulbo húmedo no variaron tanto que las de bulbo seco, una posible razón pudo haber sido que no se mojo bien la gasa, o pudo haber sido que no se agito bien el termómetro en las mediciones de las temperaturas. El equipo esta muy completo y se puede trabajar bien el profesor explico muy bien tanto la teoría como la experimentación para que nosotros pudiéramos entender el funcionamiento la importancia las partes de este tipo de torres. Roberto Ramirez Trinidad Los empaques que se encuentran dentro de la columna de enfriamiento son de plástico,y la forma de estos empaques tienen la forma de la base donde se rocía el agua. Las velocidades con las que corre el aire puede que el porcentaje de error hayan sido altos ya que el anemómetro tenía una de las hélices del ventilador rota y eso puede hacer que la medición no sea exacta. Para el cálculo de la temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco se debió haber girado el termómetro con mayor fuerza ya que las temperaturas variaron ambas solo 2 grados y esto experimentalmente no es común pero esto no afectó a los cálculos. Rodriguez Meza Valeria Al hacer la medición de la temperatura del bulbo húmedo y el bulbo seco se debió de haber tomado más cerca de la torre de enfriamiento para así tener una medición más precisa o haber agitado más vigorosamente el termómetro Oscar Del Valle Jimenez CONCLUSIONES Como se vio durante la experimentación es evidente la falta de altura y de flujo de aire para poder mejorar una transferencia. Todo influye en relación de gasto alimentado vs la altura vs el flujo de aire para mejorar el enfriamiento ya que podemos tener un gran gasto de líquido en la alimentación pero si no tenemos el suficiente flujo de aire o altura no se puede tener un buen coeficiente de transferencia. En la experimentación se pudo mejorar la transferencia ya que la temperatura de bulbo húmedo nos indica que se puede llegar a una menor temperatura a la salida del líquido, pero por las condiciones de proceso en las que se operó no benefició para lograr esta temperatura, aún que no es parte de los objetivos pero sirve para tener una base de la temperatura a la que se puede llegar con estas condiciones de proceso. Misael Solis Cruz De esta practica podemos concluir que las torres de enfriamiento de agua son muy importantes ya que para todo proceso se ocupa el agua por lo tanto se debe mantener de la mejor forma posible esta. En la experimentación nos percatamos que se necesita mas tiempo que el aire este en contacto con el agua para poder enfriarla tal vez teniendo la columna mas arriba haya mas tiempo de contacto del aire y enfrié más rápido y de esta forma igual reducir el costo de energía que el ventilador necesita para funcionar. En cuanto a los cálculos nos dieron dentro del rango aun con el valor de nuestras temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo que no varían mucho en el desarrollo de los cálculos. Roberto Ramirez Trinidad Uno de los procesos más importantes en la industria es el de el enfriamiento de agua, ya que en muchos procesos se usa el agua como medio de transferencia de calor, sin embargo es importante que una vez que se obtiene en agua caliente del proceso muchas de las industrias tienen un sistema de enfriamiento de agua para poder después reutilizarla en el mismo proceso, para llevar a cabo este fenómeno se hace pasar una corriente de agua caliente sobre una columna y con ayuda de un ventilador se suministra otra corriente de aire, esto puede ser de manera paralela y contracorriente, las torres de enfriamiento tienen unos empaques los cuales debido a su forma ayuda a que haya mayor contacto entre el aire y el agua y así aumente la transferencia de masa entre ambos fluidos. Los empaques puede ser de diferente material, se recomienda que el material no sea poroso para que no haya acumulacion de sales del agua y generar menos resistencia a la transferencia. La transferencia de masa se da debido a las presiones de vapor del agua y del aires decir, viene de la diferencia de temperatura que hay entre el agua y el aire. Rodriguez Meza Valeria De acuerdo a los objetivos de la práctica se determinó el coeficiente volumétrico de transferencia de masa llegando a la conclusión que a mayor entrada de aire se va a tener un mejor coeficiente de transferencia, ya que si la entrada de aire es poca va a tener un menor coeficiente de transferencia, otro factor importante que influye es el gasto que se alimenta a la torre, ya que si se alimenta mucho gasto volumétrico se necesitara tener una mayor cantidad Oscar Del Valle Jimenez
