DISEfiO DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA PARA US0 ...
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DISEfiO DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUA PARA US0 INDUSTRIAL
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DISEfiO DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
DE AGUA PARA US0 INDUSTRIAL
DISERO DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
DE AGUA PARA US0 INDUSTRIAL
PKkVIA A LA 68 fENCION DEL T I T U L O DE
INGEN TERO MECANICO
PRESENTADO POR
ALBERTO ITORRES i---- VALENCIA -
EORESABO DE LA
ESCUELA SUPERIOR POL ITECNICA DEL L ITORAL "J
DISEFIO DE UNA TORRE 5E EMFRIAMIENTO DE AGUA
PARA US0 IMCUSTKI.7L
AUTOR :
CERTIFICADO:
POR
ACEPTADA POR :
ALBERT0 TORRES VALENCIA
INGENIERO MECANICO
EDUARDO R I VADEN E I RA
DIRECTOR DF T E S I S
FREDDY CEVALLOS B .
DIRECTOR DEL DEPARTAMENTO
DE INGENIERIA MECANICA
E L PATRlMONlO INTELECTUAL DE
ESTA T E S l S PERTENECE A LA
ESCUELA SUPERIOR P O L I T E C N I C A
DEL L I T O R A L
DECLARAC l ON EXPRESA:
LA RESPONSABIL IDAD DE LOS HECHOS
IDEAS Y DOCTRINAS EXPUESTAS EN ESTA
TESIS,CORRESPONDEN EXCLUSIVAMENTE
A SU AUTOR r
(ARTICULO SEXTO DEL REGLAMENTO DE
EXAMENES Y T I T U L O S PROFES I ONALES) .
ALBERT0 TORRES VALENCIA
OEOICATORIA
A M I S PADRES
Que con su abnegado car1 Ro y apoyo supieron i n c u l ca r en m i , vo l untad y responsabl l I dad para 1 l e v a r a cabo l a c r l s t a l i z a c l b n de mis ldeales.
A MI ESPOSA Y A M I PEQUERO H I J O ERNEST0 FORTUNATO
Que me pwveen do e re lmpul so v i t a l para d l s f r u t a r y
a f r o n t a r 1 as bondades y adversldad8s de l a vlda.
A M I S QUERIDOS HERMANOS
Que con au car i f lo y acertada o r l sn tac lbn , const i tuyen e l apoyo y l a gufa para e l cumpl irniento de m i 9 prop& 91 tos,
AGRADECIMIENTO
Presento m i s s i nceros agradecimi entos a1 Personal Docente de
l a Escuel a Super ior Pol i tgcn ica del L i t o r a l , en espec ia l a1
D i r e c t o r del Departamento de Ing. Mecdnica, Ing. Freddy Cev?
110s B., y a todos y cada uno de 10s profesores, que me preg
ta ron su v a l i o s a ayuda en todo momento para poder l l e g a r a
l a cu lminaci6n de es te t raba jo .
A m i D i r e c t o r de Tesi s , Ing. Eduardo R i vadenei r a P. , por 1 as
or ien tac iones y observaciones efectuadas durante e l desarro-
110 de l a presente Tesis .
A1 Ing. A u r e l i o Torres V., P ro fesor del Labora tor io de Ope-
raciones U n i t a r i a s de l a Univers idad de Guayaquil , que con
su cooperaci6n se pudo l l e v a r a cab0 l a s experimentaciones
necesarias para es te t raba j o .
SUMARIO
CAPITULO No 1
INTRODUCCION
CAPITULO No 2
GENERALIDADES:
2 , l . - Fundamnto del enfr lamlento por evaporaclbn
- 2 , 2 , = Partes componentes do l a s Torres do En f r l am l rn to
,- 2,3,- C l a s l f l c a c l b n de l a s Torres de Enfr lamlento
2 E f l c l e n c l a de 18s Torres do En f r l am l rn to
2,5,= S r l r c c l b n de l a Torre a d l s a ~ a r s a 2
2,6 ,- Detarml naclbn do 1 as re1 dc l onas fundamental as para rl d ls r f lo
do una Torre da L n f r l a m l r n t o dr t l ro lnducldo, f l uJo an contra-
c o r r l anto
CAPITULO No 3
3.1.- Plantaamlento del problema
L2.m Condl d o n a s da d l 8eno
3 , 3 1 1 C l l c u l o s :
a ) Datarml l~aclbn axpwlmonta l dal v a l o r dal c o r f l c l en ta t o t a l do
t r ans fe renc ia de masa.
b ) Cdlculo de l a a1 t u r a de l a zona empaquetada de l a Torre
c ) Cd lcu la de l a cant idad de agua de compensaci6n
d) Selecc idn del v e n t i l a d o r
e ) Determinaci6n de l a s dimensisnes de l a p i s c i n a
f ) Determinaci6n de l a cant idad de agua a purgarse en e l sistema
CAPITULO No 4
a ) Costo de c o n s t r u c k i h y,
b ) Costo de operaci6n anual
" CAPITULO No 5
APENDICE
A) Tablas
B ) Diagramas
C) Figuras
D) Referencias
Super f f c i e i n t e r f a c i a l po r unldad de volumen de empaquetadura,
2 3 p i e / p i e . 2 3 S u p e r f i c l e i n t e r f a c f a l pare t rans fe renc ia de ce lo r , p i e / p i e . 2 3 Super f f c l e f n t e r f a c l a l para t rans fe renc fe de masa , p i e / p i e ,
Calor ~ ~ p e c r f f c o de l agua a p res ldn constante, BTU/lbOC.
Calor hbmdo,BTU de mszclr a l re-vapor / l b . af r e seco, OF.
2 FluJo m&lco de r i r e , l b de a i r e seco por hora ,p le . FluJo m8slco de e i r e , l b de a l r e seco por hora.
Coe f i c l en te de t rans fe renc le de c a l o r por conveccl6n,
2 BTU / hora.p le . O F .
EntalpFa, BTU / l b . Enta lp ra de una mezcla a i re-vapor, BTU/lb a i r e seco.
EntalpFa de una mezcla saturada a i r e vapor de agua
en e q u i l i b r i o con e l volumen del lFquido,BTU/lb a i m seco.
A1 t u r a de una unidad de t rans fe renc la de en ta lp ra gaseosa,pie.
A l t u r a t o t a l de l a unidad de e n t a l p r a gaseosa, p i e .
Coef i c i e n t e de t tans ferenc ia de masa,
l b de agua t r a n s f e r i d a s l h . p i e 2 . ~ ~ # .
Coef i c len te de t rans fe renc i a de masa,Total , 2 l b de agua t rans fe r i das fh p i e AY'
F l u j o mdsico de agua, l b / hora.
F l u j o m%sico de agua, I b / hora p i e 2
NGmero de Lewis = hG.aH / CS k a - 1. Y M
Aqua de cornpensaci6ni I b de agua por hora.
NtG = N h e r o de unidades de t rans fe renc ia de e n t a l p i a del a l re,
~ O G I N h r o t o t a l dQ unldadas de t ransferencia de en ta lp fa del a i re,
I f l u Jo de t ransferencia de ca lor para ca lo r sensidle,
2 BTU / hora p f e . Carge de ca lo r dfsfpado por l a planta, BTU por hora.
2 Superf ic ie i n t e r f a c i a l , p i e ,
Temperatura, OF.
Temperatura de referencla, 32 OF.
Temperatura del agua, OF.
Temperature de bulbo seco del e l re, OF
Temperature de bulbo hbmedo del a i re, OF.
Temperatura del agua de compensaci8n, OF.
= Temperatura de l Ksrex , OF,
= Temperatura de l a I n t e r f a ~ e , ~ F . - HQmedadabsoluta, l b d e v a p o r / l b d e e i r e s e c o .
P Distancfa, pies.
m Al tu re de l a zone empaqustada, p ies.
Calor la ten te de vaporIzaci8n , BTU por I f b ra . - Calor la tente de vaporizaci6n a i to , BTU por lb. - Densidad del a i r s e s t h d a r , I b por p i e 3
. Re 1 ac ibn de dens I dsdes . Humedadreletiva, %. - Ef lc lenc ia de enfr lamiento. %
DEDlCATORlA
DECLARAC l ON
AGRADECIMIENTO
SUMAR I 0
LlSTA DE SIMBOLOS
CAPITULO N o 1:
L
l NTRODUCC l ON
CAPITULO N o 2:
GENERAL l DADES
2 .1 . - Fundamento del en f r iamiento por evaporacidn
: 2.2 . - Partes componentes de l a t o r r e de e n f r i a - rniento.
a) D i s t r i b u i d o r de agua de entrada de l a t o r r e
b) Ernpaques o re1 1 enos
c) Separadores de gotas
d) Lumbreras de adrnisi6n de a i r e
e) Equ i po rnecdn i co
(1) Vent i lador
(2) Soporte del equi po mecdn i co
( 3 ) Motor y transmisi6n.
(4) D i f usores
, 1' 2.3.- C l a s i f i c a c i d n de l a t o r r e s de e n f r i a m i e n t o
To r re A tmos f6 r i ca
T o r r e de t i r o n a t u r a l o h l p e r b 6 l i ca -
Tor res de e n f r i a m i e n t o de t i r o rnecs '
n i c o
T o r r e de t i r o fo rzado ' Tor re de t i r o induc ido -
F l u j o en c o n t r a - c o r r i e n t e -
F l u j o cruzado /
Q.4.- E f i c i e n c i a de l a s t o r r e s de e n f r i a m i e n t o
2.5.- S e l e ~ c i 6 n de l a t o r r e a d ise i ia rse
'a 2.6.- Determinac i6n de l a s re l ac i ones funda - mentales para e l d isef io de una t o r r e de
e n f r i a m i e n t o de t i r o induc ido, f l u j o en
con t ra -cor r i en t e
a) Determinac i6n de l a f6rmula para c a l c u l a r
l a a l t u r a de l a zona empaquetada
" b) Determinac i6n de l Zrea de l a secc i6n t r a n s
versa1 de l a t o r r e
c) Determinac i6n de l a can t i dad de agua de
compensaci6n
CAPITULO N o 3 :
O l S E R O Y CALCULO
Cdlculos para e l exper
Cdlculos para e l exper
Cdlculos para e l exper
3 .1 . - Planteamiento deJ problema - . <
3 . 2 . - Condiciones de diseAo
3 .3 . - Cdlculos
a) Determtnacidn experimental de l v a l o r de l
c o e f l c i e n t e de t rans fe renc ia de masa
imento NO1
imento N02
lmento N 0 3
b) Cdlculos del drea de l a secci6n t ransver -
sa l de l a t o r r e
c ) Cd lcu lo del f l u j o de a i r e que c i r c u l a r 4
por l a t o r r e
d) C6 1 cu 1 o de 1 a a 1 t u r a de 1 a zona empaque-
tada
e) C6l c u l o de l a cant idad de agua de compen-
sac l 6 n
f ) Selecc idn del v e n t i l a d o r
g) Determinacidn de l a s dlmensiones de l a
p i s c i n a 100
h) Determinacidn de l a cant idad de agua a puy
garse en e l sistema 101
CAPITULO N o 4 :
ESTUD I0 ECONOM l C O
4 . 1 - E s t u d i o econdmico
a. Costo de construcciSn
b . Costo de operaci6n
C CAPITULO N o 5
CAPITULO N o 1
INTRODUCCION
E l uso p r i n c i p a l del agua en l a i n d u s t r i a , es en l a remoci6n del c a l o r pa-
ra condensar y e n f r i s r va r ios productos. E l agua despu6s de haberse usado
en es ta forrna, queda c a l i e n t e y puede ser descargada,? e n f r i ada y luego rs
cirrrwlada.
S i l a p l a n t a i n d u s t r i a l e s t d i e r a s i tuada en l a r i v e r a del r i o , se podrra
usar &ta , como agua de en f r i am ien to previamente f i l t r a d a , per0 co rn es de
suponer 6s ta cont iene cantidades aprec iab les de sales d i sue l tas , l o que i m
p l i c a que e l uso cont inuo de agua del r i o produzca incrustaciones en l a sg
p e r f i c i e de enf r iamiento de 10s equipos, l o que t r a e como consecuencia e l
d e t e r l o r o y aumento de costos en e l mantenirniento i n d u s t r i a l .
Por o t r o lado, como e l agua calentada se l a re torna a1 r i o , se presenta e l
problerna de l a contaminacidn tErmica que puede ser tan grave corn cua lqu ie r
o t r a forma de contaminaci6n, ya que e l agua t i b i a es t imu la e l c rec imiento
anormal de algas, que en c i e r t o modo consumen e l oxigeno de uso animal.
En cambio s i e l ayua usada para e l en f r iamiento (patable) es l a de consumo
humano, es ev idente que l a d i s p o n i b i l i d a d es cada v6z menor a &s que r e l a
tivamente es costosa. Por l o tanto, se ve l a necesidad inmediata a n i v e l
i n d u s t r i a l de econom
il imitado como medio
t r a no p e n i t e que e
deros .
i z a r e l agua; de es ta manera r e s u l t a r i a absurd0 su uso
de enfr iamiento, ya que, l a i n s t i t u c i 6 n que l a suminig
1 agua usada para dstos f i n e s sea descargada a 10s sumi-
En cualquier caso, se ve l a neces idd de optar algu'r: m6toaa que pennita en-
f r i a r agua a menor costo, s i n que se produzcan efectos secundarios; asf , se
podrra e n f r i a r agua u t i t f ~ a n d a ~ equipos de enfr iamiento de contacto indirec-
to, corn en 10s intercambiadores tdrmicos de c i r c u i t 0 cerrado, en donde e l
l l q u i d o a en f r i a r se pasa a t r a v i s de f inas tuberfas con a le tas disipadoras
de ca lo r y exteriormente pasa e l a i r e que absorbe ca lo r del l rqu ido que se -
este enfr iando, en forma s im i l a r a 10s radiadores convencionales de autos,
Otra forma de e n f r i a r agua, se r ia aprovechando l a t i c n i c a del enf r iamiento
por evaporaci6t-1, l a cual se basa en que para e n f r i a r e l agua, se evapora - una,pequefia cantidad de bsta, absorviendo e l ca l o r la ten te del res to del a-
gua l a cual se enf r fa ; l a evaporaci&, se produce poniendo en contacto
d i r e c t o a i r e de humedad r e l a t i v a baja con e l agua ca l i en te a enf r iarse.
Como se ve, dste d t o d o t iene l a ventaja sobre e l an te r io r , en que en es te
caso se ponen dos f l u i dos intimamente en contacto d i r ec to producidndose una
t ransferencia de masa y ca lo r simul aneamente y, l a capacidad de e n f r i a - t
miento exede en mucho a 10s intercambiadores i nd i rectos en donde l a d i -
sipaci6n de ca lo r se produce por t emt rans fC renc ia~pu ra , a m8s que e l fl_u
j o de ca lo r debe vencer las resistgncias que ofrecen 10s mater ia les de 10s
tubos aleteados.
Los d ispos i t i vos que se u t i l i z a n para poner en contacto d i r e c t o e l a i r e con
e l agua,varian desde l as piscinas ab ier tas a1 ambiente hasta l as to r res de
enfr iamiento de t i r o mecdnico, las cuales son usadas cuando se necesita eg
f r i a r cantidades considerables de agua, como usualmente l o es a n i ve l i n - dus t r ia l .
Las t o r r e s de enf r iamiento de tSro mec6nico son l a s mds usadas i n d u s t r i a l
mente y ma's au'n en l a loca l idad, en donde e l comportamiento ,hi a i r e a t - mosf6r ico se presenta como una sustancia de t r a b a j o d e f i c i e n t e .
Una t o r r e de enf r iamiento de t i r o mecgnico, es un d i s p o s i t i v o en donde se \
pone en contacto d i r e c t o a i r e ambiente de humedad r e l a t i v a baja con agua
c a l i e n t e que e f l u y e del proceso i n d u s t r i a l . En Bsta, e l agua i l e g a a un
d i s t r i b u i d o r construi'do de tuber ra galvanizada, l oca l izado en l a p a r t e sy
p e r i o r de l a unidad de donde es atomizada por medio de b o q u i l l a s sobre u-
I na gran zona empaquetada que provee mdxima s u p e r f i c i e de t r a n s f e r i n c i a y,
d e e s t a m a n e r a se poneen c o n t a c t o c o n e l a i r e a t m o s f 6 r i c o q u e c i r c u l a en \ , d i recc l6n c o n t r a r i a por l a acci6n de un v e n t i l a d o r o e x t r a c t o r para ref01 1
zar e l movimiento ascendente del a l r e en e l i n t e r i o r de l a unidad. /'
Por l o tanto, es mot ivo del presente es tud io e l disef iar y c a l c u l a r una t~
r r e de enf r iamiento de agua para uso i n d u s t r i a l , en base a l as considera-
clones anter iormente indicadas; para l o cual se han tomado como re fe renc ia
10s p r i n c i p i o s fundamentales de t rans ferenc ia de masa y de ca lo r , que i n - "
terv ienen en 10s procesos de enf r iamiento de agua con a i r e cuando estdn en
contacto d i r e c t o .
En es te t raba jo , se ha t ra tado de segu i r un proceso de disefio adecuado, pa
ra l o cual , se presenta en e l capi'tulo de general idades(2) un es tud io de
10s fundamentos te6 r i cos de las t o r r e s de enf r iamiento y un a n i i l i s i s del
funcionamiento de las mismas obteniendose de es ta manera, e l d t o d o ana-
l l ' t ico para determinar l as d i ferentes va r iab les que se neces i tan para
. * C a m etaA l a 1 i t e ra tu ra de referGncia< be cuenta con muy pocos dam digponi- ' .
4
bles con respecto el comportarniento de )as to r res de enft iarnlento conrercls . .
les, s* v16 l a nacssidad de daterminar expsrimentalmnte, en un aparato a ' .
e s u l a p l l o to , e l va lo r dal s w f l c i s n t e de transfer6ncia d. nusa to ta l , 4 , _
.,. 3
btnado con e l va lor del drea especrf ica de transferdncfa (a), de l a empe - : . qmtadur?, va lo r que er d i f i s i l ca lsu la r separadamtc, obtmibn&sc 'e l & < ' ' po K a, fac to r de mucha importancia qu t interviene en e l d l s e b , para l o '
Y > ' I
, . cual se prasenta l a t6 tn lca operat iva pare deteminar lo, en cualquier equf,< ',
CAPITULO N o 2
GENERALIDADES
2.1. - FUNDAMENT0 DEL ENFRIAMIENTO POR EVAPORACION
2.2.- PARTES COMPONENTES DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO
a,- DISTRIBUIDOR DE AGUA DE ENTRADA
b.- EMPAQUES 0 RELLENOS
c.- SEPARADORES DE GOTAS
d . - LUMBRERAS DE ADMISION DE A IRE
e. - EQUIP0 MECANICO
2.3. - CLASI FICACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMI ENTO
a. - TORRES DE CIRCULACION NATURAL
b.- TORRES DE TIRO MECAMICO
2.4.- EFICIENCIA DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO
2.5.- SELECCION DE LA TORRE A DISERARSE
2.6.- DETERMIHACION DE LAS RELACIONES FUNDAMENTALES PARA EL DISERO DE
UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO DE TIRO INDUCIDO FLUJO EN CONTRA-CORRIENTE
a. - ALTURA DE L A ZONA EMPAQUETADA ( Z )
b.- AREA DE L A SECCION TRANSVERSAL ( A )
c. - CANTIDAD DE AGUA DE COMPENSACION (M)
d.- FLUJO DE AIRE QUE CIRCULARA POR L A TORRE (Gs)
2 .1 . - FUNDAMENT0 DEL ENFR I AM I ENT'O PO R EVAPO'MC I CN
E l p r i n c l p i o fundamental en que se basa e l enfr iameir r to del agua. par e-
vaporacibn, es en e l que, e l agua pare transformarse en vapor necesita-
c a l o r ( c a l o r l a t e n t e de vapor lzaclbn) , cuyo v a l o r es e l rededor de
1000 BTU/ l b . agua evaporada, v a l o r que pone de manif les t o que pequeRas
cant i dades de agua evapo rada, p roducen a 1 tos e f ectos de enf r i ami en to .
Es te c a l o r es tomado p r i n c l palmente del 1 rquido remanente, l o q k produ-
ce un descenso de su tempera t u ra .
La evaporeci 6n se produce pon lendo en con tac to d i rec to agua ca 1 i en t e con
a i r e a tmos f i r l co amblente de humdad r e l a t i v a baja, en d i s p o s i t i v o s esps
c i a l e s que va r fan en compleJidad desde p isc lnas o lagunas ab ie r tas hasta
las t o r r e s de enfr lamiento de t l r o mecbnlco. *
-*<
Cuando se requ lere enf r i a r r6p ida y contlnuamente grandes cant idades de
ague, l as t o r r e s de enf r l em lsn to son las t i c n l c a s m6s ventajosas y su - func ldn p r l n c l p a l es l a de reduc i r l a temperatura del agua c i r c u l a n t e a
10s valores m6s adecuados, segiin e l t l p o de operacl6n que se tenga.
BBsfcamente, e l funcionamiento de una t o r r e de enf r iamiento convencio-
na l , ed e l s lgu ien te :
E l agua c e l l e n t e l l e g a por tuber las a un d l s t r l b u l d o r s l t u a d o en l a par-
t s super io r ds l a unldad a una temperature t ~ 2 , luego es d i s t r i b u i d a en-
f o r m de pequefles gotas a trav6s de una i n s t a l a c l 6 n compleja de ma te r ia l
do re1 leno de d l fe ren tes t l p o s y ca l ldades, varlando desde maderas Inco-
.*
r r up t i b l es hasta mater ia le i & fibrocemento, F V C (iol i .v i n i 1 , cloruro), - cer&nica, etc. , ios cuates son ubtcados en forma de ma1 )as o en'rejados
que dispersan l a cor r ien te descsnte del li'quido y de esta f o m ahtener
una area maxima de t ransferencla con e l a l r e atmosfir ico, el cud1 entra
por l a par te i n f e r i o r de la t o r r e con una temperatura tG1 de bulbo seco
y de una hundad absoluta y r 1 , l b de vapor de agua/ l b de a i r e seco.
E l enfr iamfento resu l ta mayormente por l a evaporacldn de una par te de l a
cor r len te de ague a l i e n t e ( t ransferencia de rnasa) y s61o en f o m secuc
dar la por l a termotransferencla del agua a1 af r e que c i rcula. En pmnm- ,
eneral podr la deci rse quc a1 rededor d e l 75% del ca lo r t o t a l es remvf - do por l a evaporacf6n del agua (ca lor latsnte) y el 25% por l a t r a n s f e r e ~
c i a de c a l o r (ca lo r sms lb le ) (2) ; por cons fgufente o c u r r l r d una p b d f d a - contrnua de agua por evaporacl6n. Flnalmente, e l agua enf r fada por e l p ro -
case hasta una temperatura tL, O F es recoglda en e l fondo del equlpo esta?
do as l l f s t a para ser reclclada. Esta catda cte temperatura en l a corr len-
t o de agua que c f r cu la se denomlna l1 rango do e n f r f a m l e n t ~ ~ ~ y est6 dada - por l a expreslbn: tL2 - tL1.
Otro fac tor , qu l z l s e l m8s importante de anal l z a r en una t o r r e de enf r i a -
mlento, es e l alcance de l a tempra tu ra de l a sa l lda del agw tL1, es de-
c l r su 11aproxfmac16n11 a l a temperrtura de bulbo hGmdo 5,, O F del a l r e - , entrando, que es l a mfnfma temperatura a l a cual e l agua puede ser e n f r l t
da en una fnrtalac!bn l d e a l d En cualquier t o r r e dada, esta dl ferencfa & &$'
tehperatura conon da cono flTernperatura du ap roxlmacl &I1, var fa con l a to!
p r a t u r a del bulbo hdmdo del a f r e que entra, con e l f l u j o ague qw -
circula y con la carga de calor. Figura 2 , 1 .
y de la aproxfmacidn
4, ~ G v A . a ~ i 6 A ? T €
a.-l D I S T R I B U I W R DE AGUA DE ENTRADA A L A T O R R E -
4 .
PAU GO 9s
~ ~ W b N e u m
E l ague de antrada a Is torre pwde ser distribuida por dor for-
SUTabtd ~o
mas : (1) por f luJo gravltatorlo y (2) por
b b u ~ W A * CI
Q g e i R w ~ A fi
Flgura 2.1 RepresentacIBn esquemdtlca del rango de enfriamlento
0 ksw (1) * - ' ! ~ ~ s n l m POR FLUJO GRA*ATORIO,,.
por gmvedad, comunmnte se emplie un recfpi
Para la dlstrlbucl6n dal ague
ente o colector ubi cedo e n la
parte superior de la unldad, completamente ablerto a1 amblente para fac l l l m-
tar la Inspeccldn, llmpleza y mentenlmiento. Aquf,el egua es bomberda ha?
tr el colector, d e donde Cilwe por gravedad a travbs de boqull lar rem - vlbles qw pueden s e r do pl~Ist tco o porcelana sltuadas en e l fmdo del co-
lector, Como la salide a travclis de las boquillas es en forna de chorros,
tr colocan plator d i mlplcadura en la part. infer& de lor raspectlvos
La funcidn del enpaque, es aumentar l a s u p e r f i c i e de contacto disponible,
ya sea dlstr lbuyendo e l lqquido sobre una gran supe r f i c i e o retardando l a
cards de 1.5 gotas a travgs del aparoto. Idealtnente, sstos deben s e t de
ba jo costo y ds f k i l ins ta lac fbn. I +
Oesde e l punto de v i s t a de disefio, estos deben de proveer: A l t o cmeficien-, ,
t e de t ransferencla de mesa y de ca lor , y baJa res fs tenc ia el f l u j o del "
a t re.
Desde e l punto de v i s t a de les propledades del mater ia l ,deben tene t Ibs '
slgufentes ca rac te r l s t I cas : Gran res is tenc ia mecgnlca, poco peso y r e - s l s t enc la a1 deterforo.
' Los empaques u t I 1 lzados en l a cons t r u c c l h ds tor res de en f r f amlent4 son
de muchas f o r m s y de d l ferentes materlales, pet0 10s pr lnc fpa les re c l a s l -
f l c a n corn a contlnuacfdn se Indlcan: Empaques & salp lcadum y qaques
do contacto lemfnarg
EMPAQUES DE SALP l CADURA
En l a Flgura 2.3 se representan las f o r m s geombttlcas y arreglos de 10s I '
rel lenos mils u t l ltzados.
Les maderas par r construf r 10s re1 lenos son generalmcnte & rtobla,(krafil lo
o Colorado, las cuales son tratadas qutmlcrwncnte para dacles propie&dQr
da res ls tsnc la a1 de te r lo ro y a1 a t a q w & agentes bfoqurnlccm. La prin - r. ..* -
dada, zl grupi; K a g~lat-cia r a l a c i 6 n con I-A a: tu r .3 d e l a rona empzquctada. Y
EMPAQUES DE CONTACT0 LAM l NAR
En l a f i g u r a 2.4 (4 ) y {b) se represehtan 10s empaques de este t l po .
La tt5cnicd d e i can t w t o lami n a r , se basa en aprwechar las propledades
quc utrece a1 Intcrcsmbio da calor y da masa una l h i t ~ a de egua extendi-
dcr lo largo de utla a u p a r f l c i e , Eljtpl as l a reedn que d l 6 orfaen a Ir
i ~ t i 1 i ~ a c l b n de re1 lenoa da cnntrcta laminar. (2 ) ,
E s t a s arnpsques div ider1 a1 f l u j a de agua dn gran eantldad de f lnas polrculw
que f luyen sobre u r ~ d gran breca ernpaquetada, exponlendo dnfma suparf lc l r dt
l r q u t d a s l n qua sa formgin yataG que lmplden el movlmi~nta dal @Ire, La pew
ltcula que P l uye, se niantlena uniforma por trnslBn auperf lclal dal 1 fquldo,
Ent re 10s empaques mbs u t l l i z a d a s se t i enen :
Empaque de l a f i g u r a 2.4 (a) , es te t i p o de empaquetadura e s t d formado
por l a superposfcl6n de t i r a s de madera de secci6n t ransversa l rectan-
gu la r , colocadas de canto en posiciones cruzadas e n t r e p lsos a 9 0 " . Es-
t e t i p o de re l l eno , o f rece mfnima r e s i s t e n c i a a1 f l u j o de a i r e y l e p r o - vee mdxlma s u p e r f i c i e de contacto,
Empaque de l a Ffgura 2.4 (b) : Estos re l l enos en f o r m de paneles de
radlador de car ro , se fab r i can de var los t fpos y t a m e ~ o s ( p l S s t l c o , P ~ ~ ,
asbesto-cemento, e t c . ) , son del orden de l 50 a 60 % d s l l v l a n o s , can-
parados con s lm l la res de madera, La p e l l c u l a de agua se mueve hac la abaJo
y e l a l r e se mueve hacfa a r r i b a a trav€s de o r f f l c l o s de aproximedamn-
t e 3/811 en didmet r o promedio.
Ent re las c a r a c t e r f s t l c a s m8s importantes de estos rellecrcrs se t i ene :
Mdxlma s u p e r f l c i e de contacto en un mrnlmo espacio ocupado y a1 t a res i s -
tenc la a l a temperatura, a l a cor ros ldn , a aguas aclduladas y a todo
t l p o de agdntes b l o q u h f c o s , ya que son fabrlcados a pruaba de fuego y
l a conposfcldn qufmica de 10s mater la les t r a e consigo substancias que
prevfenen e l c rec lmlento de algas, hongos o cua lqu le r c lase de mlcro-
organ fsmos .
Entre las ventefas de su u t l l l z e c l b n se t l ene : Manor a l t u r a de bo@ko, $"
\
con e l corr r rpomdlente ahor ro de rne rg fa , peso y dlmunslones de l a t o r r e
reducldor con l a p o s f b l l l d a d d r l ns ta lac f6n en cua lqu ler lugar qua se
d.-LUMBRERAS DE A D M l S l O N DE A I R E
Las lumbrera~ de admis f6n de a i r e son dfsefiadas para d i s t r i b u i r adecuadamen - t e e 1 a 1 re que ent ra en 1 a un 1 dad y para preven i r 1 as p6rd i das de agua .
Cuando e l a l r e c f rcu la a baja velocidad con minima cafda de presl6n, esze
se d is t r ibuye adecuadamente s i n presentarse e l fendmeno de a acanalamiento ,
en v l r tud de l o cual , se aumenta l a e f i c ienc ia de enfr iamtento y se reduce
- li
l a rec i rculacidn del a i r e exptilsado por e l extractor. En l a f igura 2.6 el
. - 1 , t l p o (a) cor respondeaun arreglo de t l r a s demaderaen u n a s o l a f i l a i n c l i - -.
nedas corn se fndica, para descomponer e l f l u j o de a i re que entra y , al mis-' '. :' L
mo tiempo encauzari las gotas del agua a l a p lsc ina de l a unidad, e l t i p o (b) . ,
, . e s t l formado por o t ro a r reg lo de t l r a s onduladas de di ferentes materfales,
' 1 ',
pudtendo ser de asbesto cement0 o de planchas de h l e r r o galvanf zado.
FI GUM 2.6 FORMAS T I P ICAS DE LUMBRERAS DE ADMlS ION .
E l equipo mechico de una t o r r e de enfr iamiento estd compuesto de las s i -
guientes partes:
Venti lador
Soporte del equipo mecdnlco
Motor y transmis i6n y
D l fusor.
VENT I LADOR
vent l ladores usados en tor res de enfr lamlento d8 t l r o rnednlco de - I _ \
mover grandes volumenes de e l re , a velocldades relat lvaments baJas
(mnores de 2000 ppm), con una carda de presidn menor de una pulgada do
agua (2) .
Los t lpos b8slcos de vanti ladores usados en estas unldadss,se d iv lden I .
en: Vent1 ladores c e n t r l fugos y vent! ledores de f luJo a x i a l . , .
Los ventf ladores usados en torres de enfr lamfento de t l r o forzado son
de f luJo centr l fugo, mientras que para las torres de t l r o lnducido son
de f luJo a x l a l ,
Los ventf ladores csntr f fugos estan formados por un lmpulsor, e l cual
g l ra dent r o de una carcasa en forma de vo l u ta y es forrado a sal i r tan
pronto comq abandona l e paleta. En conclusfdn e l a l r e en t ra en forma ax ia l , I
g i r a en Bngulo rec to a t ravgz d e las a l e t a s y es desped idb en forma ra-
Los vent i ladores de f l u j o a x i a l , estdn cornpuestos po r pa le tas de secci6n
t ransversa l de a l a de avi6n, es d e c l r son anchas, to rc ldas y aplanadas, - las cuales proveen una veloc ldad de a i r e u n i f o r m a l o la rgo del impulsor
y de es ta manera minlmizan e l ru ido y l a v lb rac l6n . E l f l u j o de a i r e a - t rav€z del v e n t i l a d o r es pr4ctj/samente p a r a l e l o a1 e j e del impulsor. En
estos t i p o a de vent i ladores se pueden alcanzar rendimientos de 80% a un
90% (13) . E l paso d i rec to de a1 r e a travCs del rnlsrno, permi t e a1 vent i-
lador se r montado directamente sobre l a unldad. Corm se puede aprec iar ,
e l s lstema de conducci6n es mds s lmple que en e l caso de 10s v e n t i ladores
cent r f fugos, 10s cuales est4n conectados a 90" en l a p a r t e i n f e r i o r ( a d -
mlsibn) de las to r res de t i r o fotzado. Haciendo comparaclones se ha
encontrado que e l tamaRo de un ven t i l ado r de f l u j o a x i a l es menor que e l
de un v e n t i l a d o r centr i fugo,para e l m i s m efec to G t i 1 ( 1 3 ) .
/ E l diseAo y tamaRo de las a le tas son importantes, e l n d m r o de las pa le - - tas usadas n o e s m u y s i g n i f i c a t i v o , as i un ndmeropequeRo d e p a l e t a s an - 'j 1
chas es equivalente a un gran nGmero de paletas estrechas. E l volumen de
a l r e que c i r c u l a , es func i6n del dngulo de inc idenc ia de l a a l e t a , en t a l
v i r t u d , se puede obtener una gama de volumenes para veloc idad y didmetro
-dad- para d i ferentes dngulos de inc idencia.
Las a le tas son generalmente de mater ia les res is ten tes a l a cor ros i6n , t a les
como ; aluminio, p l S s t i c o , acero inoxidable y m n e l .
C . *
-Se ha obsarvado que las ca rec te r i r t l ca r de cargo y dewarg C QJ --
dal v rn t l l ador , son preducldas par a1 al lnaamlrnto d. Irs aletas con algOpq.$ L - :,. mlunbm ec t ruc tu ra l ublcado en l a part. I n f a r l o r dal vent1 lador, on t a l . ' >: ..I - forma quo en un l n r t r n t e dado, l a l cng l tud enter. ds la a l e t a .st& bloque$> <.-A
ds ds l a co r r len ta de a l r e , ' ,g 4 .&
-*
2.- SOPORTE DEL EQUIPO MECANICO.
La es t ruc tu ra del soporte Dara e l motor y e l reductor de velocldad para
e l ventf lador,Flgura C-4 . constste en una dobls vlga sspaclada,colocada
de t a l rnanera que en e l ins tante en qua 11 a la ta b s t j al lneada a1 oaporte , esta se encuentra aproximadamante a unor tm ples(2) sobre las vlgas.
De es t a manera 10s efectos de cargcl y dr r carga qua por a 11 ne4mlmt.o de I as .
aletas con l a viga, se producan en e l v s n t l l r d o r , son minlmfzadm,
Esta est ruc tura debe ser r rg lda para contrslrr Ir vlbracibn, erpeclalmente
cuando l a t o r r e es grande. E s f a ~ emtructuras debsn ser muy raslstentes y I
m n cunstruldas por unlones solda&a s omprrnrdas pars asegurar un e l l n r - .;
m len to contfnuo de todas las parfso r s t r t s r l s s , Una vez conatrufda la 2 :
estructura debe de ser t ra tada superf l el qlmnte (galvanizada, plnteda,etc)
para para preveni r l a corrosibn, ya que esta expuesta a1 paso de un f l u - i
Jo de a1 re a1 tamente saturado, % ..
8.0 MOTOR Y TRANSMIS ION.
a' ' Lg transmis idn del movimiento del motor a1 vsn t i lador puede ser d l recta,l)t,
se monte e l ven t f l ado r sobre e l e j e tiel motor o i r i d i rec ta , s i e l movimien-
t o se transrni t e por medio de bandas en V " o por un reductor de v e l o c i - dad de engranages . Los mgs comunmen t e usados en es tas t o r r e s , son 10s reduc-
tores de v s l o c l dad de engranages acoplados en dngulo r e c t o con e l motor
montado hor fzonta lmente , Flgura (C-3j , en donde e l motor es t6 . cerrahe
y loca l izado j u s t o a un lado de l a c o r r i e n t e de e i r e que sa le . E l montaje
del eJe de trensmls 16n se efectr ja p o r medio de acoples f l e x i b l e s : uno cerca
del motor y o t r o cerca del reductor de veloc idad , para minimizar 10s efec-
tos de desal ineamiento debido a un pos ib le asentamiento o to rs im ien to que
s u f r i e r a l a base del equip0 mc%n ico .
\ 4. - D l FUSORES.
E l uso de 10s d l fusores en las to r res de enf r iamiento de t i r o inducido t i e -
ne t r e s propds i t o s p r i n c i p a l e s : (1) ayuda a d i i m i n a r l a tu rbu lenc ia de l a i -
r e en e l area de l a garganta; (2 ) Produce un e f e c t o de chimenea en e l ai-
re que s a l e y, s i e l dufusor es l o suf ic ientemente a l t o ; (3) actGa cuno
p r o t e c t o r del v e n t i l a d o r para reduc i r l a r e c i r c u l a c i d n , Figura <-5 .
Los dl fusores usados en las tomes de enf r iamiento de t i r o inducido son
generalmente 10s representados con las l e t r a s c, d y e, con l a base co-
locada adecuadamnte para minimizar las pgrdidas a l a entrada . !
E l df
vent f
de l a
sePlo y construcci6n co r rec t0 de 10s d l fusores mejora l a e f i c fenc ia de l
l ado r y del en f r iamiento t o t a l . Los d i fusores a l t o s como 10s b y e
F lgura C-5 descargan e l a f re a a1 turas mayores que l o normal y el
a i r e atmosf6rico que circula sebre 10s d i f a s ~ r e s , a r ras t ra 37 a i r e satura-
do que sa le de 1 a torre y reduce de esta manera 1 a recircul x i 6 n .
CLASIFICACION DE LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO
Las torres de enfriamiento se clasif ican de acuerdo con 10s rnedios por 10s
que se les suministra el a i re . Todas emplean pisos horizontales de material
de relleno para surninistrar gran superficie de contact0 entre 10s f lujos de
ai re y de agua.
En general , 1 as torres de enfriamiento se d i viden en: ?
\
a.- Torres de circulacidn natural y,
b e - Torres de t i ro mecbni co
a*- Las torres de circulacidn natural, son de dos tipos: (1) Atmosf6rica
y ( 2 ) de t i r o natural.
( 1) TORRE ATMOSFERICA
7p La tor re atmosf4rica aprovecha l a s corrientes a tmsf6r icas del a l r e . El
r n d ai re penetra a trav4s de las l umbreras en una sola direccibn, cambiando con
la estacidn del aRo y l a s condiciones atmosf4rlcas. En 1 ugares expuestos
que tienen vientos con velocidades del erden de 5 a 6 mph. l a torre atmos-
fgrica puede s e r l a miis econbml ca.
Puesto que las corr ienfes atmosf6ricas penetrar; a rodo l a encho de l a tor re ,
estas se construyen muy angostas y bas tante l a r g a s en,: comparacidn con otros
t fpos de t o m s dc lgual capacidad. Las pCrdidas por a r ras t r c se m n i f i e s - tan a todo l o la rgo y son mayores que en otros t ipos de to r res . Es t e t l p o
usa los potenc l~r les dlsponlbles mas fneficientemente, ya que opera en f l u - Jo cruzado, y e s t i demostrado que e l uso rnds e fec t l vo es a contra-corr ien - t e (8) , adeds, cuando se desea agua a una temperatura c e r c m a a l a tempe-
ra tura de bulbo hflmedo, es te t i p o de t o r r e es incapan de produci r l a . Pas
to r res a tms f6 r fcas tienen, consecuentemnte un costo i n i c i a l bastante a1 t o
debfdo a su tamailo y cuendo hay v iento en c a l m deben deJar de operer,Figu-
re 2.7.
Por o t r r parta, eatar torras t l r n r n l a v m t a j a ) d e que ellmlnan el costo de
oparrclbn d, lrr torres do t l r o n#clnico,res tierclr el costo do enargra que
sa u t l l l r r r r a p r r r mvtar 10s vantf lrdorarr.
(2) TORE DE T I M NATURAL 0 HIPERBOLICO.
LH to rma do t l ro n r t u r r l , oparrn do 1r m l r m r manorr qua unr chlmenar de
un horno, E l rlrr aa c r l l a n t r an l a t o r n por a1 rgur ca l lante con e l qua
a n t n rnc contacto, da Mnar r qua r u danrfdrd b r f r , La dl farancla antra l a
donridad dot a t n on lr to r ra y an a1 ax tar lo r o r l g l n r un f luJo n r t u r r l da
a l r r f r l o on l a par ta fn fa r l o r y una axpulr lbn da r l ra c r l lanta mnor dan-
r o on I a par to rupor lbr , Lar tor rar da t t r o natural daban r a r r l tar p r r r
prolllovor a r t 0 afacto y daban trnblan tanar raccfbn t r r n r v a r r r l grrnda dr - I
btdo a ta baJa voloctdad con qra a1 r l r a c f r c u l r comparrdr con I ra t o - ' rrur do t l r o m d n l c o , Catar tormr,conrurmn mlr potanclr p r r r a1 bonrbao,
r l n M a r g o , 01 fmlnan a1 cor to da lr potancfr dal an t r r c to r y puadon r a r
dr aeonrrJablar r n rlgunar l o a l tdador,qur Ira torrar r t m o r f l r l a r ,
t n l a r to r ro r do t l r o n r t u r r ) , drbr tomrrra muy an curnt r p r r r mu dlaafio
I a t q a r a t u r a do bulbo hQnndo v lr huwdrd l v l r t l v r dal r l r a ,
Cwndo a l toa f luJor da rgua da anfr
l n l c l r l r r y crrgoa f l J o r ron r l g o r
rrrnor r on u t 1 1 1 radar , raronrr por lo curlar pr r rca qua aatrn antrrndo
famlanto ton macor4ttrdor, lor cortor
l toa, rdamlr da quo grandma r r a r r dr ta-
an doruro, Lr f o r m da r u b r ra or of r o y l r r y lor parf l lo r dal corta var - t l c r l do forma h lparbbl fcr , Darda r l punto da v l r t r do r u conrtruccldn lr
' - ' form dr lr t o r r r no nrcrrrr f rmanta drba r a r h lp r rbb l l c r , p w r podr t r r o r L
c i l f n d r i c a , pero desde e l momento de l a
vena contracta c w a s d i mensl ones varfan
entrada del a i m , este forma una * , ~
con re lac ibn del dfbmetro de I8 . .- ' .t
t o r y a 1 a a1 tura, en consecuencia e l d l sefio de l a carcasa siguiendo 1 a f; <
forma do l a vena contracta, produce considerable economfa en l a u t l l lq
c idn de mater la les. Adembs, su forma h lperb6 l lca construfda de concd-
t o (Perm-cemento), l e da mbs es tab i l l dad contra l a s fuerzas producldas
por e l v lento, Flgura 2.8.
s a l l d a de a l r e
an Pada do a f ro rntrada d e a l r e
a n t rad; do agua
Flgura 2.8 t o r r o do t I ro natural o hlparbbl l ca
b.- TORRES DE ENFRIAMIENTO DE T I RO MECANl CO
Ertar tor rar u r rn ventl l rdorer para mover e l @!re en vez de depender del
tf ro natural o do !a velocldad dm1 v1anto en e l a t t1o en que esten funcio - nando, Como r e rpmc la , el hacho dm u t l l I z w vent! ladoras, perm1 t e can-
t r o l r r 1r damrnda de af ra rsquarfdr p r r r un determfnado procsro ds en f r l f
Lra torma dm t l r o mreinlco r a gubdlvldan en I (1) tor rar ds t l r o forzado
y (11 to r ra r dm t l r o fnducldo, ragdn qua a1 a l r a r a force por un vent l la-
dor @ ltuado an lr p r r t a l n f a r l e r e t a rucclona madlrnte un ext ractor r l t u r
do on l a p a r t r muparlor, rorpactlvrnmnta,
trsdn do1 r h o , l a vlbracldn y a1 ruldo
oqufgor madnlaog am mnfedgrr carca da
bra unr iundiefdn maclre. Como el vanrl
i
bn a1 t l po da t l r o Qeraedo, e l v rn t l l sdor a r t 4 ublcado en a1 r l t l o do an-
son mlnlmlrrdm, puarto qua lor
1s p r r to I n f o r l o r dm 1r to r re to-
1 ado r muava a l ?a dr baJ n h m d r d , ler p~oblamnr d8 e o ~ r e r l d n ds 1s aletns del van t l l r ds r y do 11 condanar*
eldn do 1s h~rnadad qn l e a@Je d d mductnr de volocldcd, oon pract.lcamg
te nuler, Cane dr8vanf~Jn 08 Imp~rrunfe anotsr qua l a Ql8tr lbucldn dal-
del s t re ere peret l vamante pobrs, puseta que e l erl ra daba dmr un 01 ro da
98; 18 qua pr@du~@ quo @ s t @ r e densargue a brJe v d ~ d d a d 1 t r ~ v 1 1 de - unr grsn nbsrture en l e p a ~ & ~UPIPIQP de l a terro, en aotrs condlclsnar
e l a l re e lme unr bade valeeldad y tfanda n emntrrsa para r 4 r c u l r r por
l a reglbn de baja presfdn do sntrada de allre, esto s l g n f f l c a que l a s u e
c ldn do a l r e fresco se~cont rmlna ton e l re p a r c l e l m n t e seturado que ya
ha parado a travds de l a to r re . Este fendmeno conocldo corn I1recl rcula-
c16n" reduce l a capacldrd da t raba jo de lag tor res de enfr lemfento. FI-
gura 2.9.
(2) .- TORRES DE ENFRl AM1 ENTO DE T l RO l NDUCl DO
Estas to r res se c l a s l f l c a n segdn e l f l u f o da a l r e en dos t lpos:
(m) FluJo an con t ra - co r r l r n t r
(b) FluJo cruzmdo
(a) ,- TORRE DE ENFRlAMlENTO DE TlRO INDUCIDO FLUJO EN
CONTRA- CORRl ENTE
E m t r t f p o do t o m n p r r m r n t r d r an l a f f g u r r (2,101, t f r n a un axtrmcm-
t o r r f t u r d o an l a par t8 muprrlor do 10 unfdrd, r l cum1 muccfonr a1 r l r a
v r r t l o r l n m n t r r trrvilm dr lr rang rmprqurtada y l o rwpulmr r r l tr v d o c f =
dad,
LI b r l no lpa l v r n t a J ~ dc a m t ~ torrrm r l t d an qw d rpur ?ria an 14 part.
I n f r r l o r n r gonr r n aantacta can r l d rr qua r n t r a ( b r j r humrdrd rrlrthr)
y 81 tgur c d f r n to qua r n t r ~ , n r pone an oontrcte con 81 r l rr hdmado qua
@ a h I n as tor rqulpom, 18 rrel roulaafdn rara vrr or un problrrm purr ta a
qua, o l afrr n r t u r rdo as rnpu lmdo r rltr v r loo ld rd , dr mrnarr qua mr pro-
Plgurr 0110 Perrra dal rnf r l rmlento dr t h o Indualdo, flufo
an o m t rr-eer r l anla
yec te hac ia a r r f b a , IeJos de l as lumbreras de admlsl6n de l a t q r r e y de
e s t a manera sea a r ras t rada po r l as co r r i en tes na tu ra les de a l r e que e v l -
t a n su asentamlento p o s t e r i o r . S in embargo, las t o r r e s de e s t e t l p o pre-
sentan una carda de p res idn en l a - t o m de a1 r e de l e x t r a c t o r , l o que pro-
ducen un aumento de 10s requerlmlentos t o t a l e s de enrgra y adem6s l a a l t a
ve loc ldad de descarga del e x t r a c t o r produce a lgo de p6rdldas de agua p o r
gotas quo son ar ras t radas p o r l a c o r r i e n t e de a i r e a t ravds de l a unldad.
En t re
(10) :
las c a r a c t e r r s t i c a s de dlseflo para las t o r r e s de es te t i p o se t i e n e :
La ve loc ldad del a i r e es t5 en e l rango de 4 a 7 pps
( 6 ; - 1200 a 2100 ~ b / ( h ) ( ~ l e ~ )
E l cabezal de bombeo v a r r a de 11 a 50 p i e s .
E l f l u J o de agua en l a mayorfa de las t o r res de en f r l am ien to de e s t e
2 t l p o e s t 6 1 imttada hasta 6 galones/(mlnuto)(ple )
( La = 500 a 3000 1 b / (h) (p ie2)
La caTda de pres i6n a t ravgs de l a unldad es ord lnar lamente menor que
una pulgada de agua.
b.- TORRES DE ENFRIAMIENTO DE T I RO INDUCl DO FLUJO CRUZADO
En es te t i p 0 de to r res , e l a i r e f l u y e hor izonta lmente mientras que el agua
cae a t rav6s de empaquetaduras.
Las unldades m6s usadas en l a I n d u s t r i a son de doble f l u j o , en e s t e t i p ,
FAN GUARD
F L L DECKS
WMP, OVERFLOW MARLEY SlUL - - . - -. ,
A N 0 MAKE UP VALVE ARE F I l R N l M D W I T H WOOD BASIN
Figura 2.11 Torre de enfriamiento de tiro inducido, flujo cruzado
e l e x t r a c t o r e s t d l oca l i zado en l a p a r t e super lo r de una cdmara de succi6m
Figura (2.11). Los separadores
que devren e l f l u j o de a l r e acc
t o qua como hay menor res i s tenc
t r e son menores. E ~ t o s dlseRos
c e n t r a l que t lene a ambos lados , las respect 1 vas c e l das de enf r iamtento,
de gotas se disponen de t a l forma para - lonado po r e l e x t r a c t o r hac la a r r i b a , pues-
l a a1 f l u J o de a i r e , las p6vdldas po r arraz
permi ten l a construccidn de aparatos de bs
Ja a l t u r a y en consecuencla baJo cabezal de bombeo, po r estas razones se
e s t h u t l l izando mucho ult imamente. K
2.4. - EFI CIENC I A DE LAS TORRES DE ENFRI AM1 ENTO
La e f l c i e n c l a de enf r lamiento de estas unldades, e s t d dada en general p o r
I l a s l g u i e n t e re lac fdn ( 2 :
t
Enf r iamiento rea l
E - x 100 Enf r lamiento idea l
E l e n f r l r m l e n t o r e a l , e s t d dado po r e l rango de en f r l am len to y e l e n f r i s -
mlento Idea l es t6 dado por l a suma del rango de enf r iamlento y l a eproxi -
mac 1 6n.
E l rango de en f r i am ien to es = tL2 - tL1 F y l a aproximaclbn es - t L l - t w c ( O
que reemplazados en l a expresi6n propuesta quedard :
- Es t r Gl t lma expresi6n pone de mani f ies to que e l rango de enf r iamlento y f ;* f&
1 a apmximaci 6n defi nen 1 os 1 imi tes del rend1 mi ento de una tor re dada ,es
decir que s i e l agua se enfriara en una instalaci6n idea l , l a mfnima tem-
peratura que podria alcanzar serfa l a temperatura del bulbo hbmedo, es dg
c i r tL1 . = t ~ l con lo que se obtendrra una ef iciencia maxima, por e s t a
razdn es perfectamente posible en f r i a r agua a valores de tL1 rnenores que
l a temperatura de bul bo seco tG1 del a i r e que entra. En 30s diselios de
torres de enfriamiento de es te t ip0 el valor de l a aproximaci6n estd es-
pecificado entre 10s valores de 5 a 10 O F . ( 2 ) .
La ef iciencia de enfriamiento puede s e r mejorada aumentando el tiempo de
#' contacto del agua con el a i r e , lo cual s e logra aumentando:
a.- Lacant ldaddeempaquetadura ,
b .- La a1 tura de 1 a torre y
c.- El area de 1 a secci6n f-ransversal .
Por o t ra parte, l a eficiencia de enfriarniento de cualquier tor re dada ,
varfa con el f lujo especifico del agua que circula ( L ' ) . Se ha determi-
nado experimental mente que el mdximo contacto y rendimi ento son obteni - dos en una tor re por l a que circula un f lu jo especTfico de 2 a 3 galo-
2 nes de agua por rninuto y por pie .
Una vei anal izados 10s tipos de torres de enfriarniento, se puede concl u i r
que, el t ipo inducido permi t e mejor distribuci6n del a i r e y mayor eficien-
cia de enfriamiento. El t i ro forzado permi t e el uso de ventiladores menos
costosos y de faci l rnantenirniento. El f l ujo cruzado permite bajas a1 turas
y menor costo de bombeo de agua y , el f lu jo en contra-corriente provee $.
, .. $ , . -.... " " I . .... . .
I ' I. . , , . ,. . 7 , : , . * ", , I . , ' . . ad
, . . b '
. ' , ' . '
. , . . ' . '
> . . .
mayor e f i c i e n c i a de enfr lamiento.
2.5.- SELECCION DE LA TORRE A DISERARSE _ I
La selecctbn de una t o r r e de enfr iamtento, depende de una variedad de fac-
a,- FluJo de agua a ser enf r lada L .'
b.- Rango de en f r ian len to ( tL2-tkl ) e F
I d . - Local izaci4n de l a t o r r e y
\ e,- Limt taciones de espacio y caberal de bombeo. ,\
Del estudio efectuado de 10s t i p a de tor res de enfrtamtento, se obt iene
un buen c r l t e r i o de selecctBn. De esta manera se efectuard una revfsi6rr
. de la factores de diseflo para J u s t l f i c a r l a seleccibn:
FLUJO DE AGUA A SER ENFRIADA: E l f l u j o de agua a ser enf r iada es
del orden de 150.000 1 bs . de agua por hora, va lo r que estd compren-
d ido en e l grupo de procesos d is t r ibu ldos principalmente por torres
empaquetadas, para las cuales e l f l u j o especl f ico de diseRo va r i a rd
2 de 1 a 6 ~alones/(rninuto) ( p i e ) .
RANGO DE ENFRIAMIENTO: E l rango de enfr iamiento estQ en e l orden
de 10s 20 O F . S i se toma en considefaci6n 10s rangos indtcados por
l a tab la 2.1 , se apreciar6 que para e l disefio, e l rango caer6 en '
-.+ - - , A + , -+.r.- - J . e - 7 -;:y, ')i:CI,Y ' I ' P : ~ * . P < I I J .-- ' P - -I- $%.' '>&* . "- , - ? +,. * r t : . - > . 3 , : ' b + " . ' * . , , , a k ' .', . . '-
. . 32 ' ' ' 4 ; ; . ..' , t
I , ' 4 .r'
e l * v a l o r promedio de equipos para enfr iamiento de condensadores o para
va r ios procesos i n d u s t r i a l e s .
TABLA 2.1
RANGO DE ENFRl AM1 ENTO USADOS EN PROCESOS INDUSTRIALES - Rango de Usados en procesos de :
en f r iamiento
6 a 20 Slstemas de re f r i ge rac i6n y acondicio-
namlento de at re.
10 a 20 Sistemas de enf r famiento
de m6quinas Dfesel.
12 a 20 Condensadores de vapor
15 a 30 Varios procesos i n d u s t r i a l e s .
APROXIMACION: Este v a l o r estS comprendidoentre 10s valores usa - dos en t o r r e s de enfr iamiento de t i r o inducldo f l u J o en contra-co - r r i e n t e , es d e c i r tL1-twl = 10 O F (7 ) .
LOCALiZACt ON DE LA TORRE: En e l planteamiento de l problema se in -
d i ca que l a torre,serS ubicada en e l p a t i o de una p l a n t a de l a l o -
ca l idad, contBndose con s u f i c i e n t e espacio en 10s alrededores.
CABEZAL DE BOMBEO: Este v a l o r es tornado en consideracidn para frn-
poner una r e s t r i c c i 6 n l i m i t a n t e a l a a l t u r a de l a t o r r e . Para este
caso se tomardn en consideraci6n valores comprendidos e n t r e 11 y
P S i se toma en consideraci6n l a loca'(riraci6n,' (dal,tura sobre e l n i v e l del
mar, comportamiento del a i re atmosf8ric0, velocidad del v lento , etc.1 pa-
ra e l dlseRo de una t o r r e de enfr lamlento con mayor e f l c ienc ia , se t iene
que p a r t i r de l an61 1sis del comportamiento del a i r e atmosfQrico en el me- I
d i o c i rcundante, para l o cual l a tab la A-5 i nd ica que las ca rac te r rs t i--
cas p s i c r o d t r i c a s del a i r e e n 10s meses de inviemm)corresponden a usa '
substancla de t raba jo de baja ca l ldad -( a1 t a humedad r e l a t lva, temperatu-
ra de bulbo seco del orden de 10s 90 O F ) y adernds las direcclones del - v len to que varran con las estaciones del aRo con velocidades promedio de
6 mph, con direcciones prevaleciente SO.
En v i r t u d de todos estvs factores, siempre y cuando mayor e f l c i e n c i a de
enfr iamiento sea requerida, l a tdcnlca d s adecuada ser ta l a selecci6n de
una t o r r e de enfr iamiento que opere independientemnte de l a velocidad y
d i recc i6n del v iento, para que de esta forma se pueda cont ro lar l a deman-
da de a i r e con velocidad seleccionada en 10s requerimlentos de un proceso
dado, Los t ipos de d lspos i t l vos que cumplen con €stas carecter fs t icas,
son las tor res de enfr lamiento de t i r o mecfinico, para las cuales ex i s t e
disponible en l a local idad, energia e l e c t r i c a para mover 10s equipos meci
n i cos .
SegGn l o indicado, l a selecci6n cae dentro de 10s t r es t ipos de tor res de
t l r o mecSnico:
a, - Torre de t i r o f a h a d o
b.- Torre de t i r o inducldo f l u j o en contra-corr iente y
c.- Torre de t i r o inducido f luJo cruzado
bQs~fortunrdamsnte, haclsnda unr mvl9 ibrs b l b l logrdf l ca m ancuentre eon ,
gm oc l r tan pocos detos dlsponfblrs sobra el wrblfg[r dr au comportrmlrn-
to, l o qua es natural, ya que a lnformacloner son u s u r l n n t e s c n f l d q I
La pr r fo rdnc l r hac l r lqa torres da or to tfp ha r l d o muy pronuncladr an * , .
s r r . j . ,
la Q l t l m o a , p b r t o qua on r u uao hay vvntrJrr quo oxcodon r to& , A &
la otroo t l p o c , oxcrpto on oondlcloner my e c p c l a l r r , por o t m lado, ir7i;
y o r h do 108 lnvorttgqdoros qua ro drdfctron el an# l l r l s d r l funcfmrmt~-,; , - i
to 6 torroc da m f r l m l r n t o d. t l m mcln lco , part loron d. mdrlas do t6. , . I
rrra da t l ro I nducf ds, o r r r c lrndo 8uf 1 ctentan pub 1 I crclonrr c o n c r r t w .(w*'
tudfos da torros d@ W@ t o tl po fm ron hrehm per oi lnbror f nvrr t fwdorn ,t#' ,.
2.6. - DETERMI NAClON DE LAS RELACI ONES FUNDAMENTALES PARA EL D l SE-
fm DE UNA TORRE DE EUFRIAMI ENTO DE TRO INDUCI DO FLUJO EN CONTRA-
CORRl ENTE .
Pera e l dtseiio de t o r r e s de enf r iamiento de es te t i p o , se necesi t an de - te rminar 10s s igu ien tes pararnetros:
a,- A l t u r a t o t a l de lazonaempaquetada Z , p ies .
b.- Area de l a secci6n t ransversa l de l a t o r r e A, p ies 2
c . - Cantidad de agua decompensacidn M, l b p o r h o r a . y i
d.- F l u j o de a i r e c i r cu lando por l a t o r r e G , l b po r hora. s
A cant inuac i6n se i n d i c a e l metodo para l a d e t e r m i n a c i b de cada una de
estas re lac lones de disei io.
a,- DETERMI NACl ON DE LA FORMULA PARA CALCULAR LA ALTURA TOTAL DE LA
ZONA EMPAQUETADA (z) .
Para determiear l a ecuaci6n que permi ta h a l l a r e l v a l o r de l par6metro Z,
se t i e n e que cornenzar haciendo un ana ' l i s is de las condiciones de t r a b a j o
de las t o r r e s de enf r iamiento de es te t i p o , para l o cual , en l a F igura 2.12
se representa esquemzt i camente una t o r r e de Qrea t ransversa l uni t l r i a
2 a t rav6s de l a cual c i r c u l a un f l u j o de a i r e G; ( I b l h p i e ) hac ia a r r i -
ba y un f l u j o de agua L" (1b por hora por p i e cua drado) haci a abajo.
Sea Z l a a l t u r a de l a zona empaquetada a determ i* .
inarse, tomada a par-
t l r de l a base con 2.0, y en e l tope con z=Z. Sea tG O F l a temperatura
de l e l r e en un punto cua lqu lera de l a a1 t u r a z can humedad absoluta Y * -
1b de vapor do ague po r 1b de e i r e seco.
E l agua en t re an l a rona de c o n t r o l de a l t u r a dx , a una r a 6 n de L4+dL'
y con bmperatura tL+dtL,
En es ta zona de c o n t r o l , las co r r l en tes Je a f r e y agua in t t rcamblen ma - sa y c a l o r y salon l lgeramente cambiadas, En 1s i n te r face s i re-agur, r e
asume qua e l a l r e es tb saturado a l a temperatura de l a i n t e r f e c e t f " F
con humedad absolute Y; ( 1 b dc vapor po r l b de a l r e sew) .
Para es te anal I s f s , es lmportante tomar en consideracldn 18s s fgu len tes
r e r t r l c c l o n e s (10) :
* Operaclbn ad labe t l ca en e l slstema,
* La raz6n de t rans fe renc ia de masa es pequefia,
* La gredfente de temperaturas e n t r e l a s faces es r e l a t i v a n e n t c
peq uefla ,
* Para e l sistema aire-agua, e l grupo hG / k C - r l ( r e l a c i 6 n Y S
de Lewle).
Segdn es to , l a ecuacli in general de l a energra para operaciones adtab6 - t l c a s , que est3 representada por l a expresi6n,
puodo r e r s lmpl l f lcada haclendo aproxlmrcloms rqzonablss, en erte f o r -
ma, r I l o r tdrmlnor dr c r l o r s o n r f b l r dr o r t r scureldn son despmcfa-
blaa ob comprrrcldn con l o r tdrrnfnor d8 c r l o r I r t e n t r , r o t lsno:
Intmgrrndo e r t r acurclbn sn t ra l o r puntor ln fe r to r (1 ) y aupor lor(2) ,
raumlando adamla qua L' or oa8nc l r lmont~ con8 tant8 por Ir p8qwRr 8vrm
porrolbn qua a8 p roduc l r r r , a8 t Ian81
I a t a b r l rnaa d8 an t r lp l ' r pu8de mar raprarontada g r r f l c r m n t e an un d l #
g r 4 1 ~ a n t r l p h d d rfrr Y' contra l a t rmp r r r t u r r d d rpur tL , Flgu-
In a r t 8 g r l f l o o , l a l l n e r ON ragrraanta I@ ecurc
tr8vda d8 l o r puntoa r a p r a r r n t r t f ves de 181 oondl o
don flul'doa,
Mlantrra L i L i ara un valor muy p q u ~ o an comprrrulbn con l', l a
I lnaa d8 opwra ldn ON bar4 raa t r y eu psndlanta 8r trrl drdr par lr - wqrw Idn L'CAL / 0; , Lr ourv l dr 8qu l l l b r l o a0 raprraantr an a r tr
f I gu ra pzra I;s condiciones d e i d i r e aa l a incerrar~ a i r . , ,;. % 2 , osea,
l a e n t a l p i a del a i r e saturado p a r a cada ternperatura d e l agua.
t'c 4 2 rempcratura del liquido, 'F
Figura 2.13 D iagram de operaci6n para enfr iamiento de agua.
La ecuaci6n (2.3) no inc luye tgrminos que defi'nan l a a l t u r a de l a ionaeZ,
por l o que se t i e n e l a necesidad de i n t r o d u c i r c i e r t a s re lac iones de t rans - f e r e n c i a de masa y c a l o r que contengan l a v a r i a b l e Z , para to r res empa-
tadas.
La raz6n de t rans fe renc ia de masa en un elemento de volumen con secci6n
t ransversa l u n i t a r i a y a l t u r a dz se obt iene haciendo un balance de l i - quido en l a f l g u r a 2.12, e s t o es :
o s f el coeftctente de t r a n s f e r e n c l a dc rnasa es introducido,para e l ca - 1 1 so en que l a rszbn' de transferencia ds rnasa sea muy pequefio cow usua l - 1
Y ' I humdarl abso lu te , Tb de vapor por lb do a l r e seco,
dz d f f e r e n c i a l do a l t u r a empaquetada, pies
dLi I d f f e r r n c i e l do f l u j o mdsfco do ague, lb /h ,p fe 2
dP; d f f o r e n s i r l da f luJo J s l c o do air., lb /h .p fe 2
rrrmplrrando, e r tas unldrdos on 11 ecuacldn (2 ,5 ) re v e r l f l c c
que em tr ecusc tbn or dlmens lsnelmen te eorrect r ,
La rrzdn de t r r n r f r r r n c i a de ca lor ant re l a fn t r r face y e l r l r e r r t a dr-
reemplazando l a s unidades respect ivas en l a ecuecidn (2.6) se v e r i f i c a
que es t e ecuacidn es dimens inalmente co r rec ta ,
F l n s l m n t e ,
La raz6n de t r a n s f e r e n c f a de c a l o r entre a1 l f q u i d o y l a I n t e r f a c e es:
Corn ~e oprecfa en las eeuaciones a n t e r i o r e s , los faetores aM y aH
son las braes eqpacrflcas dc t r ans fe renc ia de masa y calor,respect ivamen-
t a qua provfenan da t o m r en coslderacldn e l d f f e r c n c l s l de s u p e r f l c i e
i n t e r f a s i r 1 dS, donda dS 4s la g u m da todas las alreas super? l c l a-
las del ague en contact0 con el r i r s , an un volumen de l a t o r r e de Brea
t rc lnevsrssl un l t rb r la y de alfuri.1 dz . SsgQn a a t o , en r e l s c l d n a as ta - nornrnclstura, 0 1 Bres t s p a c f f l e a da t r ans fe ranc la serd: a = dS/dV en
donde dS e r t d r n g les cuadradas y dV en p l s s cdblcos, y a1 d l f e r a n c l a l
do volumen dV m Arne u n l t d r l a x d % 1 x dz ~ $ 2 , y de r c t a menera dz
r r p r a r s n t c unalamento ds vslumsn, F lgura 2 .12 y e l b r r a e r p r c r f i c a - do t r a n r f e r s n c l e s r r d f l n a l m n t e e m dSlde y d S m adz,
SI l a empequatsdura no rstki compler~mnts mJslds ps r a1 rrgua,lcr r u p e r f l -
e l @ aspec lb lca do t r r n r f @ r e n s i a do m.9. arrd a,, l a c u r l r e r l n rno r =
qur 11 @ u p a r f l c l a rspecrflca da t r r n c f a r @ n z l s de mlor r H , tormndc en
cuenta l e t r r n r f e r r n c l s da c n l a r qug e c u r r l rt'n ent ro l a ~ m p l q u e t r d u r a
y loa f l u r d e r c l retr lsntag,
Para e l l m l n a r hG sa usa l a r c l a c i 6 n de Lewis qua es : r=h a /C k a G H s y M ,
de donde,. hGaH - rC k tl s y M :
rrrmplazando es te v a l o r en l a ecuacldn ( 2 , 8 ) , e s t a queda:
Para es te caso en que ral ( r a l e c l b n que sa c h l d e r a co r rec ta beJo las
condlclones prevalecfentea en t o r r e s de anfrfamlento,est~blacrdo por
Markel barados on rs tud fos tedrleor y exper lmn te les ) (14), l a eacue -
Lor termlno8 a n t r a p a r r n t b r i s const l tuysn Ias s n t r l p r a s del a l r e drdas
an l a tab la A - 1 , La condlclQn d r qua 1 requfare quo a1 M m r o de
L w l r L,-1 (para a1 caro d r c m t a c t o r l ra -agua) , y qus an m a,, r - ( r r t o r r r l v r rdadr ro s o l o p r r a ampaquas da t o r r r s completamrntr I r r l g a -
dor) ,
Para unr poslc l6n en e l aqufpa eorreepormdienta a1 p u n t o U de
.I21
l a l i nea
de operacldn de l a Flgura 2.13 , el punto T represents 1as condlclones
en l a In te r face y l e d f s t ~ n c f a TR l a fuer ra frnpulsora ant61plca Hi-HI
d m t r o de l a face gsseoga, Puedan ohtener'ss 10s correspondlentes va-
loras rea l lzando cons t rucc ionas ane logas a1 t r t engul o RTU en dlversos
lugrres a l o largo de l a llnsa de operaci6n.
t e n d r d : ,)
E l I n tegra l d r l a ecuec~bn (2 .13) guede ser eveluado graflcamente para
rsr cc lcu la r l a a l t u r r de 1s xonr ampaquetada Z, Este in tegra l d c -
r n t a l p t a tamblan pusde gar repreaentado an o t ra formr:
Dondo Ntp mldr 1 . d l f l c u l t d d@ t r r n f a r s n c l r dr m t r l p f r , denanlnudo
r l nbmaro do unldrdre dss t rans fe remfa do r n t r l p r a grrooaa I t , POP l o
tanto:
Donde l a a l t u r a de l a unidad de t rans fe renc ia de m e a l p f a gaseosa eS-.
/k a , Se p r e f i e r e frecuehlemente usar H t ~ 's y t~
en vez de k a co - Y
mo una medlda de 1 comportamlento de l a ernpaquetadura ya que depende en
menor grado de 10s regrmenes de f 1 uJo y t i ene 1 as dirnens iones s imp les de
l o n g l tud.
Por o t r o lado, puede usarse una fue r ra fmpulsora t o t a l (10) representante
de l a d l f e renc ta de e n t a l p t a para les faces globales, per0 expresada en - t6rrninas de H i , tal corn l a d l s t a n c l a v e r t i c a l S U en l a F lgura 2.13.
Esto requiem u t i l l r a r un coaflclsnta t o t a l carrespondiente y conduce a
nfmeros t o t a l e s y a 1 turas t o t a l s s de un i dades de t ransferencla:
v a l o r de CAL para e l agua
CONCLUS I ON : E l uso ds
i g u a i a
l a ecuac 16n ( 2 . 1 5 ) es s a t l s f a c t o r l o s o l o s f l a cur
ve de e q u l l t b r i o de e n t a l p l a de l a f l g u r a 2,13 fuare reeta, l o cue1 e s t r l z
t m n t e no l o eg o s l l a exprer ldn hLa fuera D n f l n l t o , de m d o qus l a tern
pera tura de l a I n te r face t l igua le a l a tempsratura de l a masa 1 Tqulda - tL para que e l coef ic rente do t rans ferenc is de mesa k a sea constante.
Y
AdemQs es pract lcamente fmpsslble obtener valores experimentales del grupo
' *, k a en l a In ter face, par estop rnotlvos no se puede u t f l l x a r l a ecueclbn . - Y
(2.15) ; en csmblo, valorss da K a y HtOG, para empaques de to r res de Y
enfr lamfento s l ex l s ten d lsponlb les y se pueden determiner experimentalmen-
t e por medlo de equlpos a escala p l l o t o o p o r medlo de ecuaclones em - p ~ r l c a s , e n c o n s e c u e n c f a e l u s o d e lasecuac iones ( 2 . 1 6 ) o (2.17) cs
mas ade cua do.
Cuando la l l n e a de operacidn de l a Ffgura 2.13 toca en un punto a l a cur -
va 0 1 ) r e s u l t e en ese punto una fuer ra lmpulsore nula ( H? - H I . 0) t
l o que equ lva le f l s lcsmente a l a e x l s t e n c l a de una s u p e r f l c l e Dnter fac le l
i n f l n l t a o a1 caso de una a l t u r a l n f l n l ta, para 1 levar a cab0 un cunblo
de temperature dado en e l l rqu ido; en consecuencla l a l l n s a de operacibn
tendrd una pendiente mexlma que es te r6 dada po r :
Ests sandlc i6n r e p r e s e n t a r i a l a re lac ldn l l m l t e pa rm ls lb le d e l ~ l / G;) ,
por esta razdn serd necesario d ismtnuir l a re lac idn de agua a c ? i r e seco,
medlante una operacfdn de menor pendiente t a l como la N3. En e l dlseiio de
esta t o r r e se u t l l fzar6 e l fac tor de 1,5 veces el v a l o r del f l u j o esperf
f l c o mlnlmo (G; mln ) (10) aunque puede tomarse cuelquler o t r o v a l o r .
b, - DETERMINACION DEL AREA OE LA S E C C l O N TRANSVERSAL DE LA TORRE
En l a construccldn de torres de enfr iamlcnto de t l r o inducldo f l u J o e n - contra-corr fante, se ha datcrmlnado experlmantalmante que el f l u J o especl-
f l c o ds ague qus r s c i c l a varra desde uno hasta sc ls galones por minuto
y por p l e cuedrrdo(2), ds donde, pa ra obtsner e l 6raa de l a seccli ln trans-
varsal de l a un ldrd do anfrlamlentq, sa proceder i a d l v l d l r e l f l u J o t o t a l
2 quo c l r c u l r por e l slstema ( L lb/h 1 , pcrra e l f l u f o espect f lco ( L I lb /hple )
a1 c u r l es obtenldo a p a r t l r ds l a FTgura 8 . 2 ( 7 ) . - ---
FluJo t o t a l de agur ( lb/h) Por l o tanto : Area t o t a l - - ples 2
FluJo especff 1 co ( ~ b / h . ~ l e ~ )
( 2-19)
c,- DETE RM l NAC l ON DE LA CANT l DAD DE AGUA DE COMPENSAC l ON
Conslderrndo e l d iagram C,2 , e l qua consta de une t o r r e de en f r l rm len to
oparrndo con une fuente de ca lo r en c l r eu l t o cerrado, an donde e l rgua del
dapds 1 t o de 1 a t o r r s es bornbead. a travds de un condrnradw y aumanta su
tamperrtura, E l aguo csl len te rcsprese r l a t o r r e Junto con e l rgur de corn
panrrcfdn, l e que r e usa para r e s t l t u t r 1r p6rdlda por nvaporacldn en e l
alrtamr, debldo e l a r r t u r & c l b n del a t r e eal pasnr por l a to r re ,
Para obtener l a ecuacidn que permi ta determinar l a 'cant idad de agua que
se p ie rde po r evaporaci6n ~ ( a ~ u a de compensacid~) , sse t i e n e que hacer un
balance t o t a l de c a l o r y de masa en t re 10s puntos 1 y 2 de l a base y
p a r t e super io r d e . l a t o r r e , respectivamente, F igura C.2 y luego, de l -
sistema de ecuaciones que se obtenga, se despeja e l v a l o r de M.
Haciendo un bal'ance de c a l o r , se t i ene :
Q + MC ( t - t ) + G S H i = G S H i AL M 0
reordenando t e r m i nos,
Q + MCAL(tM-to) = GS(Hi-Hi)
Haciendo un balance de rnasa en t re e l aguar y e l aire,se t iene:
En es ta par te, es importante anotar, que es necesar io asumir, para e f e c t o
de c8 lcu l0 , que l a humedad absoluta con que sa le e l a i r e de l a t o r r e 2'
se encuent ra satura rada , segGn es t o : Y i = Y t S
(8) . Reemplazando e l v a l o r de Y.j po r Y 1 , se t i e n e :
S
Despejando e l v a l o r de G de l a ecuacidn (2.20), s
Reemplazando e l v a l o r de Gs en l a e c u a c i h ( 2 . 2 1 ) , se t i e n e :
Expresando toda l a ecuaci6n en funci6n de M, I
- Div id iendo numerador y denominador po r ( Y - , l a ecuacidn ( 2 . 2 4 ) queda:
d . - DETE RM l NAClON DEL FLUJO DE Al RE QUE C l RCULA POR LA TORRE
Para obtener l a expresi6n que permi ta c a l c u l a r e l v a l o r del f l u j o m5sico
GS, se p a r t e de l a n a l i s i s a n t e r i o r .
S i en l a ecuaci6n (2 .21 ) se s u b s t i t u y e e l v a l o r de M obtenido po r l a ecua-
ci6n (2 .25)
De l a ecuac
y luego se despeja G se ob t iene l o deseado: s '
i b n ( 2 . 2 1 ) , se t i e n e que: G = M
S , Y reemp (Y;-Y;) ,
lazando M queda
CAPITULO No 3
DISERO Y CALCULO
I 3.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
3.2 CONDICIONES DE D I S E i O
3.3 CALCULOS :
a. DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL VALOR DEL COEFICIENTE
TOTAL DE TRANSFERENCIA DE MASA.
b. CALCULO DE L A ALTURA DE L A ZONA EMPAQUETADA DE L A TORRE . c. CALCULO DE L A CANTIDAD DE AGUA DE COMPENSACION.
d. SELECCION DEL VENTILADOR.
e. DETERMINACION DE LAS DIMENSIONES DE L A P I S C I N A .
f. DETERMINAC~ON DE L A CANTIDAD DE AGUA A PURGARSE EN E L
S I STEMA.
3.1 PLANTEAMI ENTO DEL PROBLEMA
Se desea diseRar una t o r r e de enf r iamiento de t i r o inducldo f l u j o en con - t ra-cor t lervte, para una p lan ta l n d u s t r i a l de l a loca l idad, en l a ci lal e l
agua de enf r tamiento va a c i r c u l a r a travds de 10s condensadores de su - 1
equipo de d e s t i l a c i h , de donde debe remover 55b00 BTU por minuto.
E l agua asT calentada pasard po r l a unidad para ser en f r l ada y luego se r
r e c i clada.
F l u j o de agua a s e r en f r i ada
Calor removido del condensador
Tmpera tu ra del agua que s a l e del conden-
sador para e n t r a r a l a t o r r e .
Temperatura de 1 agua requer i da
despues de l en f r iamiento
Temperatura de bulbo hdmedo de
diseilo, de l a i r e que ent ra
Ternperatura de bu lbo seco del
a i r e que en t ra
Temperatura de l agua de a l i m e ~
t a c i 6 n de l a l i n e a
Para que l a a1 t u r a de l a t o r r e no resu l t e exce-
s i v a u t i l i z a r e una raz6n de f l u j o G = 1,5 veces S
L = 300 GPM.
BTU Q = 55000 ",in.
e l f l u j o m i n i m obtenido ( G ~ 1 (10)
3.3 CALCULOS
Con 10s datos suministrados po r las condlciones de diseiio y siguiendo e l
&todo para determinar l as re lac iones funde%ntales, a cont inuacidn se - proceders a e fec tua r los cAlculos necesarlos para obtener 10s s igu ientes
I
va lores : .
Determinaci6n experimental del v a l o r del c o e f l c l e n t e t o t a l de - ' t ransferdochasde masa, K a.
Y C5lculo de l area de l a secci6n t ransversal de l a t o r r e , A
1 Cdlculo del f l u j o de a i r e que c i r c u l a r s por l a t o r r e , G S .
CBlculo de l a a l t u r a de l a zona empaquetada, Z.
Calculo de l a cant idad de agua de cony~ensaci6n, M.
Seleccidn del v e n t i l a d o r
Determlnacidn de las dimensiones de l a p i s c i n a
Determinacidn de l a cant ldad de agua a purgarse de l slstema.
t
DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL VALOR DEL COEFlClENTE TOTAL
DE TRANSFERENCIA DE MASA.
OBJETl VO DEL EXPERIMENT0
E l o b j e t i v o de es te experimento, cons l s t e bds icamente en obtener un m6-
todo para l a determinacidn de l grupo K a para a p l i c a r l o a1 dQseRo de Y
to r res de enfr iamiento, en func idn de 10s p r i n c i p i o s fundamentales de en -
f r i a m i e n t o ya anal izados.
l NTRODUCCION
En e l e s t u d i o del a n a l i s i s del fu~ ic ionamiento de una t o r r e de en f r i am ien to I
de t l r o induc ido g u j o en con t ra -co r r i en te se v i 6 que l a a l t c r a de l a zo-
na empaqyetada (2) se ob tenta por l a ecuaci6n:
En es ta e c u a c i h , e l segundo miembro cont iene las condiciones termodin6 - micas para e l proceso de en f r i am ien to en func i6n de l as propiedades de en - t rada y s a l i d a de l a i r e . E l lado izqu ierdo es independiente de las con
d ic iones termodindmicas de l a t o r r e y como se aprec ia e l Cnico f a c t o r
que no se puede obtener por medio de 10s datos de las condiciones de d i se - no, es e l grupo K a.
Y
E l v a l o r de l grupo K Y
a puede obteners 6 i g u i e .n tes procedimientos:
1. P o r e 1 u s o d e re lac isnesempf ' r lcasbasadasendatos e x p e r l m n t a l e s
t o m d a s ~ d e ~ j e ~ o t p o s ' e s p e c t a lmentew5rist I i d o para es t e f i n , Y
2. P o r l a o b t e n c i 6 n d e d a t ~ s e n u n e q u i p o p i l o t o , s e a e s t e u n e q u i p o -
de tamaiio i n d u s t r i a l de diseRo modern0 o de un equipo de l a b o r a t o r i o .
Aunque l a obtenci6n de datos po r e l procedimiento (2) i rnpl ica un t r a b a j o
muy labor ioso, presenta l a ven ta ja de que 10s valores que se obt ienen del
grupo K a son bastantes prec isos. Y
Es importante recordar , que e l v a l o r del grupo K a dsycnde, de m t r e o Y
t r a s va r iab les , p r i n c i p a l m e ~ l t e d e ' l a geometrTa y d i s t r i b u c i d n de l a e m p w
quetadura, por es ta raz6n se ensayar6n t r e s a r reg los di? e~npaquetadurds y
con l a que se obtenga e l m y o r v a l o r nurndrico de 1.; a ser6 sclecionada - Y
para e l disef io de l a t o r r e en rnencibn.
Para obtener e l v a l o r d e ~ grupo K a es necesario conocer: Y
Temperatura da l agxa s l a entrada de l a t o r r e , t ~ 2 O F
Ternperatur-a d e l q u a a 12 sa l i da de l a t o r r e t ~ l O F
F l u j o mas i c a de agua,. L I b p o r h o r a
Ternperatura de klulbo scco riel a i r e entrando, t ~ l O F
Temperatura de bulbo hcrnedo del a i r e que sa le , tw2 O F
Temperatura de bulbo hfmedo de l a i r e que en t ra O F . * t w l -
Temperatura de l agua de l a 1 i nea(compensaci6n) , tM O F
Area t ransve rsa l d e l a t o r r e , A p i e 2
A l t u r a de l a zona empaquetada , Z p ies
A r reg lo de l a enipaquetadura.
Con estos datos se puede obtener, i n d i r e c t a m n t e e l diagrama de operaci6n
del equipo experimental y a p a t - t i r de es te ,e l diagrjma de i n teg rac idn - g r s f i c a para obtener e l valor- de l a i n t e g r a l de l a ecuaciBn (2.17). F i - nalmente,se reemplazan 10s valores conocidos en d icha ecuaci6n y se o b t i e
ne e l v a l o r de K a que se u t i l i z a r d en e l disei io. Y
Se u t i l i z 6 l a unidad de enf;iamiento(equipo ~ i l c t o ) de l Labora to r i o de -
Operaclones U n i t d r i a s de l a Facul tad de I n g e n i e r i a Quirrilca cie i a i i i ~ lve :
s i dad de Guayaqu i 1 .
w, Esta unldad consta de l as s fgu fen tes par tes , P'lgura C . l
'
1. Tor rs de enf- r iamiento
2. Bomba para agua
3. Bomba para kerex
4. Baterl'a de lntercambfedores de ca lo r .
5 , Inst rumentacldn ad fc iona l :
* ROtBmetro para madIcl6n del f l u J o de agua
* Rot6metro para medlc l6n de l f l u J o de kerex
* P s l c r 6 d t r o
TECN l CA OPE RAT I VA
Se efectuaron t r e s ensayos con 10s ar reg los de las empaquetaduras de ma-
dera ( amar t 1 l o ) representadas esquemat I camente en cada experimento.
Con 10s datos que se ob tuv ie ron en cada uno de 10s ensayos r e ca l cu la ron
10s va lo res de l grupo K a , e l mayor v a l o r n u d r i c o que se obtuvo se- Y
r d u t i l l z a d o en 10s cd lcu los de l a a l t u r a de l a zona empaquetada ( 2 ) del
diseiio.
Procedimiento a segu i r en 10s ensayos:
a.- Se pane en f u n c i o n m i e n t o la banba de agua para produci r l a r e c i r -
c u l a c i 6 n d e l lTqu ido a t r avds de l a un idad, abr iendo l a s v a l v u l a s
cor respond i e n t e s ;
b.- Se hace r e c i r c u l a r e l f l u i d o a c a l e n t a r s e (ke rex ) a t r av6s de l a
b a t e r i a de in te rcambiadores de c a l o r , de donde e l agua va a r e - . mover e l c a l o r ;
c.- Una vez e s t a b i l i z a d o s 10s f l u j o s d e l agua y de l kerex, se a j u s - t a n l a s l e c t u r a s determinadas p o r 10s ro t5met ros co r respond ien tes ;
d.- Se pone en func ionamien to e l e x t r a c t o r de l a t o r r e ;
e.- Se hace f l u i r vapor a t r avds d e l c a l e n t a d a r de l kerex, para i n i - c i a r e l proceso de ca len tam ien to t raba jando a una p r e s i 6 n cons-
t a n t e determinada, has ta a l canza r cond ic iones de r6gimen e s t a c i g
n a r i o ;
f.- Con 10s instrument05 a d i c i o n a l e s se toman l a s s i g u i e n t e s med ic io -
nes :
1. con e l ps i c r6me t ro se rniden l a s temperaturas d e l a i r e ; tempe-
r a t u r a de bu lbo seco (t,.,) y l a s temperaturas de bu lbo hGmedo
t ~ l y tW2 cor respond ien tes a l a i r e de en t rada y de s a l l d a de
l a t o r r e ;
2. Con un term6metro se miden l a temperatura de en t rada d e l a-
gua a l a t o r r e , tL,; La temperatura a l a que s a l e e l agua de l a
t o r r e , tL2 y l a temperatura de l agua de l a l i n e a , tM;
3. Con un f l ex6me t ro se mide l a a l t u r a de l a zona empaquetada,el
l a r g o y ancho ,de l a secc i6n t r a n s v e r s a l de l a t o r r e y l a s d i
mensiones d e l a s t i r a s de re1 leno.
CALCULOS PARA EL EXPERIMENT0 N o 1
DATOS, Figura 3.1.
A1 t u r a de 1 a zona empaquetada
Area de l a secclBn t ransversal de l a
t o r r e (50" x 40" )
F l u j o mgsico de agua c a l i e n t e
Temperatura de l agua a l a entrada - de l a to r re ,
Temperatura del agua a 1 a sa 1 ida de
l a t o r r e ,
Temperatura de bulbo seco del a l r e - que ent ra ,
Temperatura de bulbo hdmedo del a l r e
que entra,
Temperatura de bulbo hdmedo del a i r e
que sale,
Temperatura del agua de compensaciBn,
Capacidad volum6tr ica de l a p i s c i n a ,
dimensiones: 52 x 42 x
Carac te r i s t i cas y ar reg
quetadura, Figura 3.2.
2 A = 2000 pulg.
L = 7200 lb /h
3 V = 21840 pulg.
F I G U R A N o 3-1 : DIAGRAMA D E L S I S T E M A PARA E X P E R I M E N T 0 No 1
Flgurr 3 - 2
CALCULO O I L CACOR RRMOVl OO POR E L AQUA D E L l NTERCAMB IAOOR DE CALOR,
Lr orntldrd dr cnlar ramovfda por rl q u o drl Intarcrmblsdor dr e ~ l o r e a t 6
drda por lr acurcl8n1
ln donda, Clgurr C , 1
c~~ 1 I T U per 1 lbrr pnr g ~ r d o F ,
ILI I 1 0 0 'F
3r 2 ~ 1 88 'f
L 7200 I b por k w s ,
Q = 7200(1) ( 100-88) = 86400 BTU po r hora.
CALCULO DE LA HUHEDAD ABSOLUTA DEL AlRE QUE ENTRA, Y; .
De l a c a r t a ps i c rom6 t r i ca , F igura B . l , en t rando con 10s va lo res de,t =87"I G 1
y tW1 = 78 O F , se o b t i e n e :
Y ' = 0,0185 Ib de vapor de agua po r l b de a i r e seco. 1
CALCULO DE LA ENTALPIA DEL A l R E QUE ENTW A LA TORRE, H ' . 1
De l a Tabla A.l se, t i e n e que:
H ' = (0,24+0,45 ~ ; ) ( t ~ ~ - 3 2 ' ) + 107598 y; 1
En donde:
Y; = 0,0185 l b de vapor de agua po r l b de a i r e seco.
Reernplazando es tos va lo res :
ti' = 0,24+0,45(0,0185) (87-32) + 1075,8(0,0185) 1
H; = ( 0,24833) (55) + 19,903
H I = 13,658 + 19,903 1 = 33,561
H i = 33,b BTU p o r l b dc a i r e seco.
CALCULO DE LA HUMEDAD ABSOLUTA DEL A l R E QUE SALE DE LA TORRE, Y ' . 2
De l a c a r t a p s i c r o m g t r i c a , F igura B . l con 10s va lo res de, tW2 = 93 ' F
y 0 = 95 % , se o b t i e n e :
Y ' = 0,033 l b de vapor de agua po r l b de a i r e . 2
CALCULO DE LA ENTALPIA DEL AlRE QUE SALE, H i .
De l a t a b l a A.1 se t i e n e que:
H I = (0,24 + 0 , 4 5 ~ i ) ( tW2-32) + 1075,8 Y; 2
En donde:
Y i = 0,033 l b de vapor po r l b de a i r e seco.
Y - t ~ 2 - 93 " F.
Reemplazando es tos va lo res :
H i = [0,24 + 0,45(0,033)] (94-32) + 1075,8(0,033)
H!, = 0,25485(62) +35,5014 51.,3021
DETRMINAC
L
H i = 5 1 , 3 BTUpor l b d e a
ION DEL COEFlClENTE DE TRANSFERENC
De l a ecuaci6n (2.17) se t i e n e que:
Corn
i r e seco.
IA DE MASA.
en donde:
L ' = L / A
Z = 6 p i e s
p rec ia , e l 6n i co v a l o r que f a l t a po r de te rminar es e l de l i n t e -
g r a l de l a ecuac i6n (2.17), para l o cua l se segu i rd e l s i g u i e n t e proce - d im ien to :
a.- Con 10s va lo res ob ten idos y con l a ayuda de l a Tabla A.3, se cons
t r u y e 3 e l diagrama de operac i6n de en f r i am ien to , F i gu ra 3.3.
b.- De e l diagrama de operac i6n de en f r i am ien to , se ob t i enen 10s va-
f;
l o r e s de HI-HI e ~ / ( H " - H ' ) , ~ a b l a 3.1.
c.- C o n l o s d a t o s de ternperatura de l agua ( t L ) en absc isas y con
f l / ( H 1 - H I ) en ordenadas, se cons t ruye e l diagrama para e f e c t u a r
l a i n t e g r a c i 6 n g r s f i ca , F igura 3.4.
d.- Se e f c c t f a l a i n t e g r a c i d n g r d f i c a , con l o que se o b t l e n e e l v a l o r
d e l i n t e g r a l , e l cua l se reemplaza en l a ecuac i6n (2.17) y se ob
t i e n e e l v a l o r de l grupo K a , Y
TABLA N o 3.1 /
tL O F hr) (HI* -HI) I/(HI*-HI) curva de 1 i nea cle
e q u i l i b r i o operac idn
d' De l a F igu ra 3.4 se encuentra que e l a'rea b a j o l a curva es de. 0,.883.
Reernplazando e s t e v a l o r en l a ecuaci6n(2.17) se t i e n e :
514,3 K a = x 0,883 = 75,69 I b de aqua t r a n s f e r i d a
Y 6 hora.p ie3 A Y I
Temperatura del agua O F
Figura 3 . 3 Diagrama de operaci6n de enfr iamiento de agua.
Temperatura d e l agua
Figura 3.4 Diagrama de integraci61-1 grdfica
CALCULO DEL FLUJO DE AIRE, G s Y DE LA CANTIDAD DE AGUA DE COMPENSACION M. 1 r
Haciendo un balance de e n t a l p i a en l a F lgura 3.1, se t i e n e :
En donde: Q = 86400 BTU por hora
- t~ - 83 " F
- Hi - 33,6 BTU por I b de a i r e seco
- H i - 51,3 BTU po r I b de a i r e seco
Reemplazando es tos va lo res :
de donde: 17.7 Gs - 86400
M = 5 1
Haciendo uri ba lance t o t a l de l i q u i d 0 en l a F igu ra 3.1.
M = G (Y;-Y;) S
(2.21)
En donde:
Y; = 0,033 I b de vapor de agua por I b de a i r e seco.
Y i = 0.0185 l b de vapor de agl;a por l b de a i r e seco.
Reemplazando es tos va l o r e % :
M = Gs(0.033-0,0185) = 0.0145 G s
(2.21-8)
Subs t i tuyendo (2.20-A) en (2.21-A) , se t iene:
17,7 G s - 86400 0,0145 G =
S 5 1
(17,7 - 0,7395) Cis = 86400
16,9605 G S i = 86400 9
Gs = 5094,1894 1b de alre seco por hora.
E l vglor de M (agua de compensaci6n) s e obt iene substituyendo el va lo r
de Gs en l a ecuaci6n (2 .21-A) ,
M = 0,0145 x 5094,19 = 73,86 l b de agua por hora.
CALCULOS PARA EL EXPERIMENT0 No 2
M f O S , F igura 3-5
A1 tufa de l a m a eqmquetade
Area de la seccf6n transversal de 'a
torre (50" x 40" )
Flujo d s i c o be agw caliente
T-ratura de\ agua a l a entrada - de la torre,
Tarnperatura del agua a l a salida de
l a & - r e ,
femperatura de b u l b seco del a i re - que entra,
Temperatura de b u l b hiirsedo del a i re
que entra,
Temperature de b u l b hiimedo del a i re
que sale,
T q r a t u r a del agua de cmpensacibn,
Capacidad v o l ~ t r i c a de l a piscina ?
d i ~ s i o n e s : 52 x 42 x 10
Caracteristicas y arreglo de l a empa-
quetadura, Figura 3.6
FIGURA N o 3.5 DIAGRAMA DEL SISTEMA PARA EL EXPERIMENT0 No 2
CARACTERISTICA DE LA EMPAQUETADURA
F igura 3-6
CALCULOS
CALCULO DEL CALM REMOVIDO POR EL AGUA DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR.
La can t fdad de c a l o r removida por e l agua de l in tercambiador de c a l o r
e s t d dada po r l a ecuaci6n:
En donde, F igura C.1
'AL" 1 BTU por I b por grado F.
~ 2 ' 97 ,2 OF -1.
t;,= 8 5 , 3 OF
L = 8160 1 b de agua por hora.
Reemplazando es tos v a l o r e s en l a ecuaci6n ( 3 . 1 ) , se t i e n e que:
CALCULO DE LA HUMEDAD ABSOLUTA DEL AIRE QUE ENTRA, Y; .
De l a c a r t e psicrom6tr ica, Flgura 0 . 1 , entrando con 10s valores de
tG1 = 86 ' F y tW1 w 76 O F , se obtfans:
Y i 0,0167 l b de vapor de agua por l b de a i r e seco.
CALCULO DE LA ENTALPIA DEL Al RE QUE ENTRA A LA TORRE, H i
De l a Tabla A . 1 sc t i e n e que:
H i a (0,24+0,45 Y { ) ( t G 1 - 3 2 ) + 1075,8 Y {
En donde:
Y i - 0,0167 i b do vapor ds agua por l b da a l r e seco.
Y = 87 " F .
Rssmplaxando estob vdlurcs:
H i o.24+0,45(0,0167) (86-32) + 1075,8(0,0167)
H i 3 i , 3 3 BTU par I b do r lrr reco.
CALCULO DE LA HVMFOAO A B F O L l J M DEL A I R E QUE SALE DE LA TORRE, Y i .
CALCULO DE LA ENTALPlA DEL AIR€ QUE SALE, H i .
Do la t a b l a A . l se t iene quo: I
Hi - (0,24 + 0 ,45y i ) ( tW2 - 32) + 1075,8 Y!,
En donde:
Y i - 0,033 l b de vapor por l b de a l r e seco.
Keemplazando estas valores:
ti!, - 51 ,3 BTU por l b de a l r a seso.
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA.
En dondu:
rgua/h p i e 2
Corn en el caso an ter la r , el dnlca valor qua Belte per drtermlnar ss e l del
Integral de l a ecuaci6n (2 ,17) , para I s cual se ssgulrs el olgulente proce-
d4rniento:
a.- Con 10s valoees obtenidos y can la nyuds ds 18 tabla A , 3 , se cons-
t r u y e e l diagrams de operacldn de en f r~amlen to ,F igu ra 3.7 . Oe e l diagrema da operaci i jn de B9f r lamlent0 , se obt ienen l os va-
r4 l o r c r de HI'-HI y d 1 H I ) a 3.2 . Con l o s da tor da l e temperetura do1 q u a ( t ) an absclsas y con
* L l / ( H 1 ' -HI) an ordenadas, se construye el dlagrema pare e fec tua r
l a I n teg rac i6n g r g f l c a , F lgurs 3 . 8 .
Se efectGa l a i n teg rac l6n g r a f l c a , con l o que se ob t i ene e l v a l o r
del i n t e g r a l , e l cual se reemplaza en l a ecuaci6n (2.17) y se oh
t i m e e l v a l o r del grupo K a, Y
TABLA N e 3 . 2
" F H ' i'c CURva de e q u i l i b r i o
De la F i y u r a 3.8 se encuentre qua e l area baJo Ir curva es ds 1,156.
Reemplazando es te v a l o r en l a ecuaciBn (2.17) 6e tlsne:
8168 I b da agua t r a n s f e r l d a K a = a
Y x 1,156 = 114 ----.
1 4~5 ,958 hora. pie3 A Y I
CALCULO D E L F L U J O DE A l R E G y DE LA CANTIDAD DE AGUA DE COMPENSACION M. s
Haciendo un balance de e n t a l p i a en l a Figura 3.5 , se t i e n e :
Q * M c A L ( t M - t o ) = Gs(H;-Hi)
En donde:
Q = 93024 BTU por hora
CAL=!- 1 BTU por I b por OF
t~ = 85 O F
H; = 51,30 BTU por l b de a l r e seco
H i 5 31,33 I I I I
reemplazando estos valores:
Haciendo un balance t o t a l de lfquida en Is Flgura 3 . 5 ,,
E n donde:
Y; 3 0 , 0 3 3 1b de vapor por I b de s l r e seco.
Y ; = 0,0167 I II I I I I I
rssmplazando estos veloras:
Substltuysndo la ecurcldn ( 2 , 2 0 1 ~ ) en l a ( 2 , 2 1 - A ) , se t lene:
El valor de H se obtlens substltuysndo el valsr de GS en l a eeuaci6n
(2.21-A) :
M 1 0 ,0163(4866 ,84) = 79.36 1s de agua pQr b r a .
CALCULOS PARA EL EXPERIMENT0 NQ 3
DATOS, Frgura N' 3.9
A1 ture d 6 la rona ampaquetada
Area da l a secciSn transversal de l a
torre (50'' x 40'' j
Flujo Gslcs de q u a callente
It:rnpt?rat~rr;l h i agua d l a entrada - Aa I & tot ie ,
1emfieratrrt.d rlal dgua s l a salida de
Tmperatura de bul bo sew del ai re - qrle erltra,
l'emperatura de bul bo hiimedo d e l a l FB
que entra,
Tmperatura de bulbo hihedo 4sJ qlre
que sale,
Temperatura del agcre de cumpansaclbn,
Capacldad v o l u d t r i c a de l a plscina , dimnsiones: 52 x 42 x 10
Caracter ist icas y arreglo de 15 erqpa-
quetadura, Flgura 3 . 10,
FIGURA r4'3.9 : DIAGRANA DEL S I S T E f t A PAPA E X P c R I P E N T O N ' 3
C A R A C T E R I S T I C A DE L A EMPAQUETADURA
F i y u r a 3.10
r A I C I I L O DEL CALOR REMOVIOO PQR EL AGUA DEL VNTERCAMBIADOR DE CALOR
Ld idrrb.lddd de calar removiclo por el agua del in tarc~mbfador da c a l ~ r sst6
dada pot la ecuaci6n:
Figura E.1
reempld2c:rldo es t o s v a l o ra i i s
1 81U pot I h por
100,2 " F
14,6 " F
10380 l b d e agua p ~ r hora.
en la e c u a i , i G n ( j . l ) , se t i e n e que:
Q = 1 0 3 8 0 ( 1 ) ( 1 0 0 , 2 - 8 4 , 6 ) = 161928 BTU por hora.
CALCULO DE LA HUMEDAD ABSOLUTA DEL A l R E QUE ENTRAj Y ;
De l a c a r t a p s l c r o d t r l c a , Figura 8.1 , entrando con 10s valores de - = 84 ' F y twl - 74 " F ss obt lene que :
Y; = 0,016 l b de vapor de agua por l b d e a l r e seco.
CALCULO OE LA EMTALPIA DEL A l R E QUE ENTRA A LA TORRE, H i .
Oe 13 t a b l a A . l se t lene qua:
Hi ( 0 , 2 4 + 0 , 4 5 ~ i ) ( t ~ ~ - t ~ ) + 1 0 7 5 8 8 Y ; *
CALCULO Dh LA HUMEDAD ABSOLUTA PEL A l R E QUE SALE DE LA TORRL , Y i
Ds l a c a r t a p s i c r o m l f r i c a , Flgura B . 1 con 10s va1or.r do , tM2 93°F
y B = 95 % , se ebtlans :
Y; r O , Q 3 h l b dc vapor d e agua por l b de a l r e reco.
CALCULO DE L A ENTALPIA DEL AlRE QUE S A L E , H i .
Do l a t a b l a A . 1 ss t lenc quo:
H; - (0,24 + 0 , 4 5 y 1 ) ( t W 2 - 3 2 ) + 1 0 7 5 , ~ Y;: 2
En donde:
i = 0,034 I b de vapor par l b de a i r e seco.
Y t ~ 2 1D 94 O F .
rsemplazando estos va lores:
H; = 0,24 + 0.45(0,034) (94-32) + 1075,a(0 ,034)
H i - O,24 + 0.01 53) (62) + 36,5172.
H i = 52,4058 6TU pot- 1 b de a I re seco.
aP
DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE MASA.
Cono en 10s rasos a n t e r i o r e s , e l 4nico v a l o r qua fgilta por determiner es
el del irrtagral d e l a acuaciBn ( 2 . 1 7 ) . para l o cual rr a e g u l r l el elguien
ta proced i m i ento:
Con 10s valores obtenidos y con la ayuda de l a t a b l a A . 3 , se con:
truye el diagrama de oparacidn da anfrlamiento,Figura 3 , 1 1 . Da el dlagrama de operaclfin de enfrlamlento, sc obtlenen 10s va -
Con lor datoc do 14 temperaturr del agua(tL) an abrclras y con - 1 /(Hf-HI) en ordenadas, re conrtruye el dlaprama para efectuar la
lntegracl6n grbf lca, Flgurr 3.12 . S s fectda le lntsgrrcldn grbflca, con lo qua so obtlsne el valor
II)
del i n rsyra l , el cual se reemplaza en la ecuacidn (2 .17 ) y se
obt:fens el valor d e l grupo K a . Y
Figur
' . . .... , : ! c , ' , .
. . . . . . .~. . ! . *
i
Temperatura d e l aqua O F
-a 3 , 1 1 i a ~ r a r n a de operac i5n de enf r i amienta _?* ags.;z
Figura 3.12 Diagrarna de i n t e g r a c i 6 n g r S f i c a
741,43 I b de agua t ransfer ida K a = x 1,361 168,2
Y 6 hora. p i e 3 4YD
CALCULO DEL FLUJO DE A l R E G Y DE LA CANTIDAD DE AGUA DE COMPENSACION M . S
Hai2lSndo un balance do e n t o l p r a en l a f i gura 3 . 9 , se t i m e :
Q * M cAL ( tn - t$ =!I, G~ (H;-H;) (2 .20)
En donde:
Q = 161928 BTU por hora
%L= 1 BTU por l b por O F .
t~ = 80 O F
H i = 5 2 , 4 BTU por I b . a i r e seco
Hi = 3 0 , l BTU por Ib a i r e seco.
reemplazando estos valoresl- 1
Haciendo un b a l h c e t o t a l de l i q u i d 0 en l a Figura 3 .9 ,
M = c&u;-Y;)
En donde:
Y ' = 0,034 l b de vapor por l b de a l r e seco. 2
racmplarando estos valores:
Substiyuyendo l a ecuacldn ( 2 . 2 0 ~ ~ ) en l e (2.21-A) , se t i e n e :
G 7554 l b de a i r e seco por hora. S
E l v a l o r de M se obt lene subs t i tuyendo e l v a l o r de G en l a ecuaci6n s
(2.21-A) :
M = 0,018 G = 0,018(7554) = 135,97. S
M = 136 5 de agua por hora.
De 10s t r e s experimentos efectuados, e l sxperirnsnto N" 3 provee e l mayor
v a l o r de l c o e f i c i e n t e de t rans fe renc la de masa, y sere u t i l l z a d o en e l d l
sell0 de l a t o r r e en estudio. Eoto era de esperar , ya que se u t i l l z d una em - #
paquetadura del t i p o de "contacto laminar1' que e s t l formada por un ernparr!
l l a d o de t i r a s de madera(amaril10) de 3" x 1" de secci6n, F i g u ~ a 3.10 . que o f rece mdxima s u p e r f i c i e de contacto con l o que ss reduce c o n s i d e r a b l ~
mente l a i l t u r a y e s p a c i o a ocuparse(2) .
b . - CALCULO DEL AREA DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA TORRE, A .
Para c a l c u l a r e l Area da l a seccldn t ransversa l de l a t o r r e , es necesa-
r i a en pr lmer lugar determlnar el f l uJo espec f f l co de rgua, L ' que t i e n e
2 como unldades ( l b de agua par hora por p i e de area da seccidn t ransver-
sal de la t o r re ) , va la r que se u t l l h a r d en e l diseno,
Para determlnar es te v a l o r se u t i l i z a l a Figura B.2 , en l a cual se apre
c i a que L ' es func idn del rango de e n f r l a m i e n t o ( t - t 1. y de l a tempe- L2 L1
ra t u r a de bu l bo humedo, tW1 .
Entrando a1 g r 6 f i c o con 10s valores dados: tL2 - l lO°F, tL1 390 OF y
tW1 = 80°F, se encuentra qua:
2 L1 = 3 galones por minuto y por p l e .
Es b g r a f i c o no se u t i l iza wando e l v a l o r de l a aproximacidn ( t L 1 - tW1)
es menor que 5°F. Experimentalmente se ha encontrado que, e l contac t0 y
resu l tado mdximo, se consigue en una t o r r e que tenga un f l u j o especFflco
de agua de 2 a 3 galones por mlnuto y por p i e 2 * de l r e a de seccidn t rans-
2 versa l , Con e l v a l o r de 3 galones par minuto y por p i e para la6 cond ic io
nes dadas, se obt iene que l a t o r r e resul t a r i a muy a l ta , por es ta razdn se
2 ve l a conveniencia de tomar el minirno = 2 galones por minuto y por p i e p?
ra r e d u c l r l a a l t u r a , dando ampl i tud de a'rea. \
Una vez as / es tab lec ido e l f l u j o espec i f i co del agua de L ' = 2 galoner
p o r minuto y por p ie2, e l drea de l a secci6n t ransversa l de l a t o r r e a d j
seiiarse puede ser calculada, d i v id iendo e l f l u j o de agua que va a c i r c u l a r
por l a unidad L, para e l f l u j o espec f f i co seleccionado L ' .
De es ta manera: L
A =- L '
En donde:
L = 300 galones por minuto
L ' = 2 galones por minuto por p i e 2
reempl azando es tos valores:
300 galones por minuto A =
2 galones por minuto por p i e 2
2 A = 150 p ies =
c.- CALCULO DEL FLUJO DE A l R E QUE C IRCULARA POR LA TORRE, GS
E l metodo a segu i r serd corn a cont inuaci6n se i nd i ca :
Con 10s datos de las condiciones de diseiio, representados en l a Figura
3.13, se procede a c a l c u l a r l a hurnedad absoluta, Y; y l a e n t a l p i a del a i r e
en t rando, H; .
CALCULO DE LA HUMEDAD ABSOLUTA DEL A l RE QUE ENTRA, Y;
De l a c a r t a ps ic rom6t r ica de l a Figura 8.1, entrando con 10s valores de
F i g u r a N o 3 . 1 3 Diagrama d e l sistema p a r a e l Disefio
t ~ l a 90°F Y twl = 8 0 ° ~ , se encuentrs que: I
Y 1 = 0.02 lbs. de vapor de agua/lb de a l r e seco .
I
CALCULO DE LA ENTALPIA DEL AlRE QUE ENTRA A LA TORRE, H1
De l a tab la A.1 de las re lac iones ps ic rom6t r lcas para e l sistema aire-agua
s e obt iene que:
En donde
Y; = 0,02 l b de vapor por l b de a i r e seco.
tG1 = 90 OF.
Reemplazando estos va lores :
H i = 0,24 + 0,45(0,02) (90-32) + 1075,8(0,02)
H i = (0,249)(58) + 21,5 = 36.
H i = 36 BTU por l b de a i r e seco.
Con 10s datos an te r io res se construye e l diagrama de operaci6n para
para es ta t o r r e de enf r iamiento representado en l a Figura 3.14 , con
10s va lores de e n t a l p i a de l a mezcla a i re-vapor de agua como orde - nadas y valores de temperatura del agua e n t r e tL1 y tL2 como abg
c isas , aqui se representa l a curva de e n t a l p i a para e l a i r e saturado,
H" , l a cual es constru ida a p a r t i r de 10s datos obtenidos de l a T i .
b l a A.3 con temperaturas comprendidas en t re 90" F y 110" F a in -
t e rva los de 5 ' F.
Para obtener l a l i n e a de operaci6n sobre es te diagrama, se ubtca e l punto
N que representa l a s condiciones en l a entrada d e l a t o r r e ,esto es , - ti,= 90 O F y H i = 36 BTU po r l b de a i r e seco.
La l i n e a de operaci6n pasard por e l punto N y terminard en a lgdn punto
s & r e l a ordenada trazada por e l punto tLp=l 10 O F . Para e l n f n i m v a l o r
de GS , l a 1 inea de operacidn t e n d r l l a mayor pendiente y tocara tan - gencialmente a l a curva de e q u i l f b r i o , por l o tan to , pasard a travBs de l
I
punto 0 , en donde Hi = 85 BTU por 1 b de a i r e seco.
SegGn l o a n t e r i o r , l a pendlente de l a l i n e a O ' N sera por l o t an to :
2 0 Gs,min.
= 150000 x -= 61224,4 l b de a i r e seco por h. 49
Para una raz6n de f l u j o de a i r e de 1,5 veces e l G (10) , se t i e n e s mfn.
que :
G s rea l
= 1,s x 61224,4 = 91836.
G = 91836 1 b de a i r e seco por hora. s rea l
Una vez determinado e l v a l o r de G , se puede h a l l a r e l v a l o r de l a r e l a - S
c i dn de f l u j o s e n t r e e l agua y e l a i r e que c i r c u l a n :
r e l a c i 6 n de f l u j o s = L / G = 150000/91836 = 1,63. S
Como ya se t i e n e e l v a l o r de l a pendiente de l a 1 inea de operaci6n(L/G)
qu, f e va a u t i l i z a r para e l diseilo, f a l t a r f a solamente determinar e l v$ .
l o r de l a ordenada del punto de in tersecc ldn e n t r e l a l i n e a de operaci6n
y l a v e r t i c a l trazada por e l punto tL2 - 110 O F .
CALCULO DE LA ENTALPIA DEL AlRE QUE SALE, H: .
Despejando H ' 2 '
En donde:
Reemp 1 azando es tos va 1 ores :
h = 1 '63 x 20 + 36 = 32'60 + 36 * 68,6
H i = 68,6 BTU por l b de a i r e seco.
Con 10s va lores de tL2= 110 O F y H i = 6 8 ' 6 B€U por l b a i r e seco se
puede representar e l punto 0 y f inalmente l a l i n e a de operaci6n serd
l a l a ON representadaen l a Figura 3.14.
d.- CALCULO DE LA ALTURA DE LA ZONA EMPAQUETADA, Z .
i
Para c a l c u l a r l a aQkora Be l a zona empaquetada, se usar5 l a ecuac ibn :
K a Z Y
en donde:
lones po r m inu to po r p
1b de agua por hora
K a= 1 6 8 , ~ l b de agua t r a n s f e r Y hora. p i e 3 . ~ y 1
i e e
por p i e 2
i da -
El v a l o r de K a a u t i l i z a r s e es, e l ob ten ido en e l exper iment0 3 para Y
e l co r respond ien te a r r e g l o de l a ernpaquetadura, F igura 3.10.
€ o m se a p r e c i a en l a ecuac i6n (2.17), para ob tener - e l v a l o r de l a a1 - t u r a de l a zona empaquetada ,Z , fa1 t a r i a solamente de te rminar e l v a l o r
de l i n t e g r a l de l a ecuac i6n propuesta, e l cua l puede ser ca l cu lado por
dos focmas:
.L
(1) A n a l i t i c a m e n t e , s i s e c o n o c e l a r e l a c i d n f ( t L ) =Hi-HI, Y
(2) Por i n t e g r a c i 6 n g r S f i c a .
_I_
Como no se t i e n e l a r e l a c i d n f ( t L ) = H P - H I , se usard e l mgtodo de i p
t e g r a c i d n g r s f i c a , para l o cua l de l diagrama de operac idn de l a F igu ra
3.14 , se ob t i enen 10s v a l o r e s de H* y H I para l a s d i f e r e n t e s tem-
pe ra tu ras comprendidas en e l rango de e n f r i a m i e n t o a i n t e r v a l o s de 5°F.
t y de aqui, 10s va lo res de H I - H I Y I / (HP-HI ) , 10s cua 1 es estan represen t a -
dos en l a Tabla 3.4.
- TABLA No 3.4
Cuadro de l po tenc ia l de en ta lp fas (HI-HI) para e l c d l c u l o de l a
i n teg rac i6n g r 6 f Ica, representado a i n t e r v a l o s de temperatura de
5' F ob ten ido a p a r t i r de l a F igura 3.14 y de l a Tabla A-3.
t~ O F 9
curva de equi l i b r i o
9 0 48,6
9 5 55,8
100 64,O
105 74,2
110 84,7
H I H+-H I / (H+-H 1 )
1 inea de ope rac i 6n
36 12,60 0 , 0793
44,2 11,60 0,0862
52,3 11 p70 0,0854
60,6 13,60 0,0735
68,6 16,lO 0,0621
Con 10s datos obtenidos de l a Tabla 3.4 se construye e l d i a g r a m para
e f e c t u a r l a in tegrac i 6n g r 4 f i ca, ten iendo como ordenadas 10s va lo res & *
l ( H H y como abscisas 10s va lo res de l a s temperaturas del agua
e n t r e tL1 y tL2 , Figura 3.15.
Por e l &todo de i n teg rac i6n g r b f i c a , se ob t i ene que e l v a l o r del 5 rea b a j o l a curva de l a F igura 3.15 es de 1,582.
Scbst i tuyendo es te v a l o r en la ecuaci6n (2.17) se t i e n e que:
- [ y ~ l 1 [J?* d tL I = [ 1000 ] Z =
K a H$-H ' x 1 , 5 8 2 ~ 9,4 pies.
168,2
'lo d
Temperatura de l agua O F
F i g u r a 3.14 D i a g r m a de operac i6n d e e n t r - i a m i e c t o dz agua.
Temperatura de l agua " F
F i gu ra 3.15 Diagrama de In tegrac l ihn q!.&.i ' ica.
e.- CALCULO DE LA CANTIDAD DE AGUA DE COWENSACION, M .
Haciendo un balance de entalpfa en l a Flgura 3.13 , se tiene:
Q + n c,, (t,-to) = G~ ( H ~ - H ; )
En donde:
BTU por hora
BTU por I b por O F .
O F
O F
BTU por l b de a i r e seco
BTU por 1 b de a i re seco
. Reemplazendo estos vrlores se tfene:
de donde :
Haciendo un balance to ta l de lTquido en 'la Figura 3 .13 , se tiene:
C m se aprecia en esta ecuacl6n , e l valor de Y i no as conocido.
P a a determinerlo es necesario asumir que e l a i r e que sale de l a t o r r e
e s t l saturrdo (10) y su hunvdad Y; debars rer la del a i r e saturado pa-
ra H i - H i - 68,6 BTu por l b de a l r e seco.
Por l o tento, antrando con e l va lor do H i - 68,6 BTU por 1 b de a I re saco
r l a tab la p s l c r d t r f e a , Figure 0.1 , se encuentra que:
Y i - 0,047 l b de vapor de ague por l b de a i r e saco.
Reemplatando e r t s va lo r en l a ecuaclbn (2.21) se t lene:
Corm Gs se ca lcu id eon e l rupuesto de que L2-L1 (1 lnea de operacldn e.5
ta) es dec l r qua l a evaporaclbn no fud tomada en cuenta, l o mejor es
e l lmlnar Gs en l a ecuacl6n (2.20-A) y obtener d l r e c t a n n t e e l va lor
Procedlendo sagGn l o indlcado se t i m e :
Igualendo estas dos ecuaclones:
y f lm lmente :
G = 3'300*000 a 105.874,4 l b de .ire por hora. s 31,169
Reamplazando este va lo r en l a ecuscl6n (2.21-A), se t iene:
M r 0,027 x 105.874,4 1 2858,6 I b do agua por hora.
Valor guc sera tomado an cumta para determlnar el costo de operecldn de
l a to r re ,
P,- SELECCION DEL VENT1 LADOR .
Para selecclonar e l vent i lador para l a t o r r e de enfr iamiento es necesario
conocer 10s s lguientos datos;( l ) f l u Jo de e i r s que c l r cu la rb par l a to-
r re , en ples cdblcos por mlnuto, y ( 2) l a presldn es td t l ca o presl6n de
de resfs tenc la contra l a que debe opersr e l vent l lador , expresada en pu!
gadas de agua.
Como se v l b anteriormsnte, e l t i p o de vent i ladores a u t l l i z a r s e en t o - r res de enfr iamlento de t i r o Inducida, f lu jo en cgntra-corr iente es de
f l u j o a x i a l con var ias ale tas , pudiendo ser estas f i j a s o de dngulo de
inc l inac i6n var iable.
E l f l u j o de a i r e que c i r cu la r4 por l a tar re , se determlnd y es de :
GI = 91836 l b de a i r e seco por kora
= 1531 I b de a i r e seco por mlnuto.
Para determinar 10s pies c i ib i tps por minuto(pcm) de a i r e que salen a t r a -
vbs del extractor, sa d lv lde Ias I l b r a s de a i r e seco por mlnuto , para
l a densfdad dal a l r e a l a temperatura da oprec l6n :
G ( l b jmr minuto) pcrn - s
dens Idad a l a tanperatura da operacibn.
Para detennlnar l a dant ldrd dal a l r e a l a tmperatura de o p r a c l b n , es
nacesarlo ce lcutar l a ternperatura a l a que sale e l a l r a de l a torre.
Para esto. conoclendo conoclendo e l va lor de l a humdad absoluta Y i
l b de vapor ds agua por l b de a l r e seco, con que sale e l a l re , y asu - mlendo que e l a l r e se encuentra cercanmente saturado, B - 95% , se
puede en t ra r a l a car ta p s l c r d t r l c a Flgura B.1 y determinar dicha
tempera t u ra . Y i = 0,047 I b d. vapor de agua por 1 b de a I r e seco
a m 9 5 %
En 1s car te p r l c d t r i c a se encuentra que l a tempsratura dal a l r e a
l a sa l ida de l a tor re , ser fa de 103 " F.
Con este valor, en l a Figura 8.4 & encusntra que la re leci6n de clan.-
sided &l aire(RDA) a 103 O F y a1 n l ve l del mar es do 1.06.
f ' * = , D A - dens I dad de1 a I r e eh cond l clones es tdndar demsidad del a l r e en condiciones de operaci6n
De donde :, - 0,075
a 0,0707547 l b por p i e 3 P 1 0 3 ° ~ 1,06
Y f inalmente:
PCM
PCM
l b de a i r e seco por minuto( tS) 3
densidad del a i r e a 103OF
1531 l b a i r e seco por minuto. - - 0,0707547 1b a i r e seco por p i e 3
Con respecto a l a caida de presi6n e s t s t i c a , contra l a que debe operar
e l ven t i l ador , se v i 6 que en to r res de es te t i p 0 era ordinariamente me
nor que una pulgada de agua(lO), por l o tanto, tomando en consideraci6n
l a res i s tenc ia o f rec ida a1 paso del a i r e por l a zona empaquetada y 10s
separadores de gotas, se considera s u f i c i e n t e u t i l i z a r e l va lo r de 0,s
pulgadas de agua ( 15 ) , va lo r que es td dentro del rango de carda de I I
presiones para es te t i p o d e vent i ladores( 0,3 hasta 1 de agua.)
Una vez conocidos 10s valores de PCM de a i r e c i rcu lando y l a pres idn
cont ra l a que debe operar e l ven t i lador, se en t ra a l a Tabla A-4 y
se encuentran 10s s igu ientes valores caracter i 's t icos para e l ven t i l ador
a usarse ( 9 ) :
D i b e t r o del ven t i l ador - - 72 pu 1 gadas.
p ies cdbicos por minuto de a i r e a c i r c u l a r = 28000 (PCM)
nGmero de a le tas
revoluciones por minuto (rpm)
P e n c i a del motor (HP)
Como 10s motores e l i c t r i c o s cerrados, para t o r r e s de enf r lamiento v ie -
nen con 1760 rpm , se tendrd que u t l l i z a r un reductor de velocldad
de 1760 a 498 rpm, es deci r una re lac idn de reduccidn de 3,53/1
e l cual serB movido por una transmisi6n acoplada a1 motor(acop1es f l e x i
b les ) . Todo e l equipo mecdnico debere e s t a r montado sobre una es - t r u c t u r a r l g l d a , Figuras C 3 y 4.
g.- DETERMINACION. DE LAS D l M E N S l O N E S DE LA PISCINA
Para determinar las dimensiones de l a p i sc ina para l a t o r r e de e n f r i a - . miento, se debe conocer e l tiempo, que dernora e l agua en c l r c u l a r a t r a -
v i s del condensador y re to rna r a1 d i s t r i b u i d o r de agua ca l i en te .
S i se asume que e l c i c l o demora un minuto, se pa r te del dato de que l a
p i sc ina debere tener una capacidad mayor de 300 galones para e v i t a r que
ds ta quede s i n l i q u i d o , adem6s se requiere que l a misma p isc ina s i r v a de
base para soportar e l peso de l a t o r r e con sus accesorios. Como se aprs
c i a , e l problema cons is te en seleccionar dimensiones para l a p isc ina, que
p r o d a n mayor economia y aseguren un bu in funcionamiento. Segdn esto, se
considera s u f i c i e n t e una p i s c i n a de las s igu ientes dimensiones: 12.
Ancho
Largo
14 p ies
14,s p ies
P r o f und l dad 1,s p i e s
Volumen de l a p i s c i n a = 14 x 14,s x 1,s = 304,5 p i e s 3
3 F l u j o de agua que c i r c u l a r 3 = 300 GPM x 1 p i e /7,48 galones
3 = 40,l p i e s / rninuto.
S i e l n i v e l de l agua se l o mant iene 0,5 p i e s de l borde de l a p i s c i n a , e l
volumen de agua de e n f r i a m i e n t o d i s p o n i b l e s e r i a :
3 Volumen de agua d i s p o n i b l e = 14 x 14,s x 1 = 203 p i e s .
E l agua de a l imen tac i6n serd agua p o t a b l e y e l n i v e l de un p i e de p ro fun-
d i dad e s t a r d con t ro l ado p o r una va ' lvu la accionada por un f l o t a d o r conecta-
da a l a l r n e a de a l imentac idn .
b. - DETERMINACION DE LA CANTIDAD DE AGUA A PURGARSE DEL SISTEMA
Como l a mayor p a r t e de l c a l o r d i s i pado en una , t o r r e de e n f r i a m i e n t o se p ro -
duce p o r l a evaporac i6n de una p a r t e del agua que c i r c u l a ; es ev iden te que
l a concen t rac i6n de l a s sa les conten idas en e l agua aurnentard s i no se e l i -
mina p a r t e de l agua en e l s is tema. La pgrd ida de e s t a pequefia can t i dad de
agua que se l a descarga a1 desague se l a denomina "purga". Para de te rminar
l a can t i dad de agua que se debe purgar en %, para mantener l a concen t rac i6n
de l a s sa les en e l agua que c i r c u l a , se usar6 l a s i g u i e n t e t a b l a ( 5 ) :
j o l a s u p e r f i c i e del agua, l a s igu ien te tab la da 10s didmetros i n t e r i o
res de l a tuber ra correspondiente a1 f l u j o de agua a purgarse:
TABLA No 3.6
F l u j o de agua a purgarse en funci6n del didmetro de tube r ia .
Didmetro i n t e r i o r 114 1/2 5/8 3 /4 7/8 1 del tub0 (pulgadas)
0,21 0,86 1,35 1,94 2,65 3,46 Purga (ga lones por m i nuto)
Para es te caso, s e r l s u f i c i e n t e u t i l i z a r una tube r la de 13/16" de
digmetro i n t e r i o r . En l a F igura se aprecian 10s d e t a l l e s de l a
p i sc ina .
RESULTADOS
* D e t a l l e de l a t o r r e :
A l t u r a t o t a l de l a t o r r e
A l t u r a de l a zona empaquetada I I
Area de l a secci6n t ransversal (12 x12,5 )
F l u j o de agua a e n f r i a r s e
Rango de enf r iamiento ( 1 1 0 " ~ - 9 0 O F )
Aproximaci6n ( 90°F - 80 OF)
* D e t a l l e de l a p i sc ina :
Area de l a secci6n t ransversal ( 1 4 ' ~ 14,5')
Profund i dad
Volumen t o t a l
* Equipo mecbnico:
Potencia del motor ( HP )
Dismetro del v e n t i lador
RPM
N6mero de a le tas
PCM
Re1 aci6n de reducc i6n / l
- -- -- 20,5 p i e s
9,) pies
150 p ies 2
300 GPM
20 O F
203 p ies 2
1,s p ies
304,s p ies 3
4,05
72 pulg.
498
6
28000
3,53
CAPITULO No 4
ESTUDIO ECONOMIC0
a, COSTO DE CONSTRUCCION
b. COSTO DE OPERACION.
E l e s t u d i o econ6mico basicamente se resume a a n a l i z a r una eva luac i6n
de cos tos .
Para ob tener un c o s t o aproximado de l equipo, se debe e f e c t u a r un anB-
1 i s l s de gastos, para l o cual se r e q u i e r e determinar 10s s i g u i e n t e s
v a l ores :
a. Costo de cons t rucc i6n de l equipo o cos to i n i c i a l , y
b . Costos de operac ihn anua l .
a . COST0 DE CONSTRUCC I ON.
Los cos tos de cons t rucc i6n toman en cons iderac i6n e l presupuesto de
l a cons t rucc idn misma, que ser6 determinada segdn c o t i zac iones
l o c a l e s de 10s d i s t r i b u i d o r e s de equipos importados y de mate
r i a l e s de cons t rucc i6n , con l o que se de te rn ina rsn 10s s i g u i e n t e s da tos :
( 1 ) M a t e r i a l de re1 l eno o empaquetadura,
(2) Cuerpo de l a t o r r e ( e s t r u c t u r a ) ,
( 3 ) Cerramiento de l a unidad,
( 4 ) D i s t r i b u i d o r de agua
( 5 ) Equipo mecdnico
(6) P i s c i n a de agua
(-7) I n s t a l a c i 6 n y monta je .
1.- MATERIAL DE RELLENO 0 EMPAQUETADURA
AnalTt icemente se c a l c u l d que e l d rea de l a secc i6n t r ansve rsa l de l a
un idad e r a de 12 x 12.5 p i e s - 150 p i e s 2 y que l a a l t u r a de l a zona
empaquetada e r a de 9,4 p i e s . Con estos datos y conoclendo l a d l s t r i b !
c16n de l a empaquetadura,representada en l a F igura 3.10 , en l a que
se ap rec fa que l a zona empaquetada es t 5 formada por un emparr i 1 l ado de I1 I1
t l r a s de madera (amarf 1 l o ) , de 3 x 1 de secc idn t r ansve rsa l , d ispues tas
en f i l a s perpend lcu la res e n t r e s i , de donde se puede c a l c u l a r e l n h e r o
de t i r a s a u t i 1 i z a r s e y en consecuencia e l vd l umen de madera requer ido .
E l nGmero de p l sos en l a zona empaquetada serb :
N.P = A l t u r a de l a zona empaquetada/al t u r a de ceda t i r e .
En donde:
I I I I I
A l t u r a de l a zona empaquetada = 9,4 x 12 = 112,8
A l t u r a de cada t i r a
Reemp 1 azando :
N.P =112,8/3 = 37,6 - aproximando 38.
E l nemero de t i ras po r p iso , e s t 5 dado po r :
N.T/P = Long i t ud de l a T o r r e / D i s tanc ia e n t r e t i r a s .
En donde :
Long i tud de l a t o r r e = 12,s
I I
S i sc deJa 2 de d i s t a n c i a a cada l ado de
d l s t a n c i a en que se d i s t r i b u i r h l as t i r a s
as paredes, se t i e n e que l a I I
sera de 150 - 4 146 .
I I
Coma l a d i s t a n c t a c n t r e cen t ros de l a s t i r a s , es de 4 ( F i g u r a 3.10).
el ndmero de t i r a s p o r piso ser8 :
E l ndmero t o t a l de t i r a s ser4:
30 p i s o s x 38 t i r a s por plso - 1444 t i r a s .
E l vblumen de madera a u t i l i z a r s e sera :
V v6lumen de una t i r a x ndmero de t i r e s ,
En donde: I I I I I I
vSlumen de una t I r a = 3 xl x 150 450 pulgadas 3
= 450 x (1/1728) = 0,26 pies J
ndmero de t i r a s = 1444.
De donde: Vdlumen t o t a l = 0,26 x 1444 - 375.44
5 1 e l de arnari 1 l a e u s r t a 1 2 sucres,
12 s u s ~ e s / ~ l e ~ x 375,44 p i e s 3 = 4505.30 sucres.
2 .- MATERIAL A UTl LlZARSE EN LA ESTRUCTURA DE LA TORRE.
De l a f i g u r a C-7 se ob t i ene la l i s t a de m a t e r i a l e s a u t i l i z a r s e en
M a t e r i a l : P e r f l l e s de acero e s t r u c t u r a l SAE 1010 ( es fuerzo a l a f l u e n
2 c i a 36000 l b / p u l g ) ,
can t i dad t i p 0 de p e r f i l d i m e n s i o n s
2 0 v a r i 1 l a s 0 = 5/8"x201
P.T.
TOTAL s/. 21 595; 00
3 . - CERRAMIENTO LATERAL DE LA TORRE.
Se u t i 1 i z a r z asbesto cemen to (e te rn i t ) corrugado. En e l mercado se en - I I I I
cuent ran planchas para techados de l a s i g u i e n t e dimensi6n, 4 x8 x3/32.
E l 6 rea a c u b r i r s e e s t d dada p o r :
Area a c u b r i r s e = pe r ime t ro x a l t u r a de l a t o r r e .
En donde:
1 I
p e r i m e t r o de l a t o r r e = 2(12,5 x12 ) = 49 p i e s .
a l t u r a de l a t o r r e = 16 p i e s .
reemplazando es tos va lo res s e t i e n e :
Area a c u b r l r se = 49 x 16 784 p i e s cuadrados.
De donde e l ndmero de planchas a u t i l l z a r s e , ser4:
NGmero de planchas = 784132 25 p lanchas.
S i cada p lancha cuasta 130 Sucres, se t i e n e :
5 ,d_Q 1 05PO 25 planchas x 130 sucres/plancha = 3250 sucres .
4.- MATERIACES Y A C C E S O R I O S A USARSE EN EL DlSTRlBUlDOR DE AGUA.
De l a F igura C-6 se o b t i e n e l a l i s t a de es tos m a t e r i a l e s :
can t i dad
Boqui 1 l a s de atomizac i6n
neplos ga lvanizados
neplos ga lvanizados
un i ones
tubos
codos
nep 1 o
j uego de b r i das
d imens i ones P.U P.T
dngulo de 100 - 2 if, 1
3/811 8 x 12" 7 - 462
3/8" 0 x ,311 (330 '
TOTAL s/ . 7284,oo
5 . - COST0 DEL EQU l PO MECAN 1 CO.
cant 1 dad denoml nac lbn dimcnslones P . T
1 motor e14ctr I C Q HPm 4,85
1 roporta drl aqulpe maa in l co , l f s to
I
rc ina son 1 4 ~ ~ 1 4 , ~ . Tomando sn cone 1 ds r a w
a v@a va a actuep carno bnae da In tarve,ea ve Ir
5 1 e l p i e 3 da concreto c w s t a S / . 40,00 , e l casto t o t a l d e l conc r r to
a usr r s a sorb:
156 p l e s 3 x $ / . 4 0 , 0 0 / p i e 3 P 6240,00 sucres.
S f pOr cad@ p i e ' da concrsto ss deb= uaar 5,55 l b de h l e r r o e s t r u c t u r a l ,
Ir e r n t f d a d da h l e r r o a usarsc s s r l :
cant
$ 1 e
Total 13583,gQ
COST0 DE CONSTRUCCION DE LA TORRE
Bmba da agua ds 320 GPM ds 3 5 ' ds cabsral y 7HP 8000,06
Madera para zona empaquetade, 1 I s t a para usersa,
tomando en cuanta qua a1 p l a 3 de medsra cuer ta S/.12,00. 4505.30
Est ruc tura de p e r f f l ss de acero SAE 1010(as t ruc tura l ) 21595,W
Cerramlsnto l a tepa l de l a t o r r e 3250,OO
Slrtsma de d l e f r l b u c l b n de agua
Equlpo lascdnlco (1 l s t o e i ns ta la rsa )
Lumbrerar dr admlslbn de a l r e
P lsc lna dehormlgdn
Cub ler ta r u p r r l o r con barandas y escalera 2%?0,00 %..--. .
I n r t a l r c l b n y montrJe r l 3 4 % del t o t a l S / , 31171,tM
b . - COST0 DE OPERAC l ON
Para detrrnlnar e l cor to de opsracldn anuiP se t lenen quo tomar en conr l .. l o r r l g u l e n t r r valorra:
Costo t o t a l do l a torre(lnsts1ada)
Conrumo t o t a l dr agua en e l 8lsterna, agua da compenarclbn y r gu r
r dracrrga rar (purgr)
Tlempo an &Hoe an quo ra devaluard el aqulpo.
lca por lor rqulpoa mscinlcoa.
Unr vor datrrmlnrdoa eator vr lorea, e l c i l c u l o so purds hrsar da l a a lgu l rn-
t o mrnarr ( 1 6) :
coato da oparrc l@ anurl - mantenlmlento+drprecla~ldn+coato de podar
o l o que a i l o mlamo:
A coa t o da operac 16n anur 1
M' rnrntenfmlanto
C m coato d r l equlpo Inat r lado
t - tfompo en anos dr vfdr a r t lmrdr do1 equlpo,
P r coato dr poder/aPlo conaumldo por l a b m b r
y a1 van t l l r do r , g& -- ..
E l costo de l a t o r r e se detennin6 y es: C = 135118,30 sucres.
Para datermlnar e l consumo de agua por afio (agua de compensacibn), se
p a r t e del dato obtenldo en e l Disefio, de donde se o b t l s n e qua I s cant!
dad de agua que se perdfa por evaporaci6n c s :
M 0 2858 1 l b ras de agua por hora.
S f se asume que l a t o r r e opere 24 horas a1 d l a durante 36D d i s s el ano,
se t l e n e que l a can t l dad de agua consumida Par ano, sets :
M = 16815,60 Sucres por aRo.
Para determinar e l consumo de agua purgada por ano, se p a r t e axno en
el caso a n t e r i o r de l dato obtenido del disefio:
Cant ldad de agua a purgarse del sistema = 2.25 galones/ rnlnuto.
Purga 0 2.25 g a l o n d m i nuto x 60 rninutod/h x 24 h /d la x360 dfas/afic
I 3 Purga - 1 166400 Galones/a?io x l m /264,2 Galones x 1 ,50 sucres/m 3
Purga - 6622.25 Sucres p o t afio
De donde:
Costo t o t a l dc agw cmsurntda pot- dto:
P o r a g u r q u e s e p u r g a d e l slstema ,........ SI. 6622,25
Total S/. 23437,85
E l tfsmpo estfmado en que se devaluarg e l equlpo se cunstlera su - f l c l e n t e a 1 5 anos(16), e r dectr t IS am,
Para datennlnar crl consum de energfa e l i c t r l c r por Mo, re p~ocmla
Cmto da godrdano m Costo do1 K w h x 24 h/dlr x 960 d fn / rCk
r I rl corto <kl Ib por,hora 0s do S/ , 0,66 an la locallckd,~. tl- qurr
MUI~, acme ra lndlcr an lr r lgulent@ tabla.
Mantenfmfento p a r c l a l ( . a l . . s . d e C) ..... S/. 4053,55
C o n s w de agua por aRo 23437,85
Contlngenclas a1 2% de C 2702,36
MANTE1( IMIENTO TOTAL POR ARO ( M ' ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S/. 32226,OO
Para detennlnar 10s Kw consurnldos por aAo por 10s equlpos
mecdnlcos, se c a l c u l a e l HP de 10s equlpos y se reemplaza.
en l a s l g u l e n t e formula:
Kw - HP x 0,746 /(0,88) e f l c l e n c l r del motor.
HP - Potencla del v e n t l l a d o r + potencla de 18
bomba.
HP- 4,05 + 7 - 11,05
r e m p 1 azando :
Kw m 11,05 x 0,746/0,88 - 9,37 Kw.
SI e l Kw/aflo cuesta S / . 5702,40
E l costp tie poder/aAo - 5702,40 x 9,37 53431,50
COST0 DE PODER POR ARo(P) , . . . . . . S/. 53k31 ,SO
De donde, e l cos to de operac l6n anua 1 ser6 :
Ramp lazando:
APENDI CE P
TABLA N o 1 Reiaciones p s i c r o m 6 t r i c a s para e l s i s tema a i r e ( 0 )
y agua ( A ) a una atmdsfera de p r e s i 6 n r e f e r i d a
a 3 2 " F.
TABLA N o 2
TABLA N o 3
Datos obten idos de 10s t r e s exper imentos,
E n t a l p r a de una mezcla sa tu rada a i r e - vapo r de agua
en e q u i l i b r i o con e l volurnen de l l i ' qu ido a d i f e r e n - tes tempe r a t u r a s .
TABLA N o 4 Tab l a para de te rm
l ado r de f l u j o a x
lmas las dimensiones de un ven t iS ,
i a l con pa le tas rn6v[ les .
TABLA N o 5 C a r a c t e r i s t i c a s de l a i r e a tmosf i5r ico y d i r e c c i 6 n
de l a ve l oc i dad de l v i e n t o en l a c iudad de Guaya-
q u i l .
TABLAN0 1
PELACl ONES PS 1 CROMETPI CAS PARA E L S ISTEMA AI R E ( B ) Y AGUA (A )
ATMOSFERA DE PRES ION REFERIDA A 32' F.
18,02 (peso mo lecu la r d e l agua)
28,97 (peso mo lecu la r d e l a i r e )
0 ,622 p 1 H2° / ('-'H20 l b de vapor por l b de a i r e seco.
0,24 + 0,45 Y ' , BTU para l a mezcla p o r 1b de a i r e p o r OF
1075,85 BTU / l b , c a l o r l a t e n t e de vapo r i zac i dn de agua,32OF.
(0.24 + 0,45y1) ( tG-32) + 1075.85 Y 1 , en ta l p ra r e l a t i v a ,
BTU para mezc la l l b a i r e , r e f e r i d a a a i r e gaseoso y agua
l i q u i d a sa tu rada a 32 O F .
DATOS
A l t u r a Z , p i e s 6
F l u j o m 5 s i c o de ag::n,lb por hora 7200
Temperatura de l agua q u e e r ~ t r a t en o F L 2 100
Ternperatut-a d e l agua que s a l e de l a t o r r e " ~ ( t ~ , ) 89
Temperatura de bu lbo hGmedo de l a i r e que e n t r a t ~ l
" F 7 8
Temperatura de b u l b o hdmedo de l a i r e que s a l e tW2 ' O F 9 3
Temperatu r a de bu lbo seco de l a i r e que m t r a , t ~ l
" F 8 7
Temperatura de l agua e n t rando a1 i n t e r cambiador de c a l o r i n f l m nc iada p o r t.=t;! " F
I.( L l 8 8
Temperat u r a de l agua de l a l i n e a tM ," F 83
Humedad r e l a t i v a d e l sire EI
l a s a1 i d a de l a tor t -e @ , ( % ) g 5 A
EXPEBIMENTO NUMERO
* r e f e r e n c i a : Donald Q. Kern .
TABLA N o 3
ENTAL P I A DE UNA MEZCLA SATURADA AIf$E-VAPOR DE AGUA EN E Q U l L l B R l O CON
E L V O LUMEN DEL L IQU I D 0 A D l FERENTES TEMPERATURAS.
tempera t u ra Enta lp ia del a i r e
s a t u rado (BTU/ 1 b)
TABLA No 4
TABLA PAR A DETERM
PALET AS MOVILES
I N A R LAS D l MENS l ONES DE UN VENT I LADOR DE FLUJCl AX IAL COB(
C A R A C T E R I S T I C A S DEL A l R E A T M O S F E R I C O Y D l R E C C l O N DC LA
V E L O C I D A O DEL V I E N T O E N L A C l U U A D DE G U A Y A Q U I L *
- ARO 1,972 NESClS
Enero l e Fabllrrro 5 Mrrto 2
Abrll %1 Mlnyo 2
Junlo 1" Jullo 12
Agar to 5 Saptlr. 30 Octu. l o Nov, 29 Dlc , 26
T E M P E R A T U R A
-- HUHE DAD % RELATIVA ,
DIAGRAMA N o 1 c a r t a Psicrom6tr ica para a i re-vapor de agua a una atmdsfera absol uta.
DlAGRAMA N o 2 Gr5 f i ca para determinar e l f l u j o e s p e c l f i c o de a- gua( lb por hora por p i e cuadrado) en to r res de t i - r o inducido f l u j o en contra-co r r i e n t e .
DIAGRAMA N o " 3 GrSf ica para determi nar l a potencia de l v e n t i lador lad pie cuadrado) para una t o r r e de enfr iarn iento de t i r o inducido, f l u j o 'en con t ra -co r r i en te .
D I A G R A M A N o 4 GrBf ica para d e t e r d n a r l a r e l a c i d n de densidades p * en funcidn de l a ternperatura y l oca l l zac i6n .
D I A G R A MA No 5 GrEjfica para determinar l a cant idad de agua eva- porada M (agua de cornpensaci6n).
DIAGRAMA N o 6 GrBf lca para determinar e l f l u J o r n k i c o en f u n c l h de l a l e c t u r a de l rotSmetro en %.
((I =I
en ((I
Diagram N02 GrSfica para deterninar el f l u j o especifico de agua ( I b por h w a por p i c cuatfr.ido)
para una torre de enfriamimto de t i m indncido, f l u j o en contra-corriente.
TEMPERATURE 'F
Diagram W04 Grsfica para determinar 1. rclaci6n de dcnsidades p * en func ib de la
t-ratura y local izaci6n.
Diagrama Na6 Gr5f icq para determianr e l f l u j o d s i c o en fun-
c idn de l a lectura d e l rotSmetro en %.
F I G U M No 1 : Dlagrama de f l u j o de l a unidad de enfr iamiento
FIGURA No 2:
F I G U M No 3:
Biqgrama de f l u j o
Equ i po mecdn i co
FIGURA N O 4: Soporte del equlpo mecdnico
FIGURA No 5 : D i fusores usados en tor res de enf r iamiento
FIGURA No 6: D e t a l l e del d i s t r i b u i d o r de agua
FlGURA No 7: Torre de enfr iamiento
TORRE
D E
EkFE I A q I ENTO
I- fiT-Th ,: E j e propul sor
-.. ace del motor
FIGURA No 3 Equi po mec6nl co
FIGURA No 5 DIFUSORES USADOS EN TORRES DE ENFRIAMIENTO
Figura ND 6 SI* D E ' D ~ ~ W C I O N DE &UA
Escala 1 an = I pie
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