Practica torre de enfriamiento

laboratorio de maquinas termicas

1. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
ARAGÓN



























INGENIERÍA MECÁNICA




LABORATORIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS







Práctica no. 4: “Torre de enfriamiento”






Alumno: David Ricardo Fernández Cano V.




Fecha de realización:

Fecha de entrega:

2. Tabla de datos para graficar la curva característica
Concepto Símbolo Unidades Valor
Entalpías Aire en la entrada ??????
1 kJ/h 65
Aire en la salida ??????
2 kJ/h 105
Agua en la entrada ??????
1??????2?????? kJ/h 334.88
Agua en la salida ??????
2??????2?????? kJ/h 83.72
Temperaturas Bulbo húmedo del aire en la
entrada
??????
�ℎ1 °C 19
Bulbo húmedo del aire a la
salida
??????
�ℎ2 °C 29
Agua a la entrada ??????
2??????2?????? °C 80
Agua a la salida ??????
1??????2?????? °C 20

Tabla de lecturas
Concepto Entrada Salida
Caudal másico de agua
kg/h

??????
2??????2??????
104.35
??????
1??????2??????
100.5
Temperatura del agua °C ??????
2??????2?????? 80

??????
1??????2?????? 20
Temperatura de bulbo seco °C ??????
��1 27.5

??????
��2 32
Temperatura de bulbo húmedo °C ??????
�ℎ1 19 ??????
�ℎ2 29

Caudal volumétrico del aire a la entrada ??????
3
/ℎ V 372
Presión atmosférica del lugar mbar ??????
��?????? 800

Desarrollo de la práctica
I.- Método de la teoría de los estados finales
1.- Presión parcial del vapor de agua del aire en la entrada

3. Interpolando de la tabla B-1A para obtener ??????
�1 @ ??????
�ℎ1=19°??????, se tiene:
??????
�1=
(.0236−.01713)���
(20−15)°??????
(19−15)°??????+.01713���=.022306���
Conversión de unidades:
.022306���(
1000??????���
1���
)=22.306??????���
??????
??????1=22.306??????���−800??????���×6.66×10
−4
°??????
−1
(27.5−19)°??????=17.7772??????���
2.- Presión parcial del vapor de agua del aire a la salida
Interpolando de la tabla B-1A para obtener ??????
�2 @ ??????
�ℎ2=29°??????, se tiene:
??????
�2=
(.0429−.0319)���
(30−25)°??????
(29−25)°??????+.0319���=.0407���
Conversión de unidades:
.0407���(
1000??????���
1���
)=40.7??????���
??????
??????2=40.7??????���−800??????���×6.66×10
−4
°??????
−1
(32−29)°??????=39.1016??????���
3.- Humedad relativa del aire en la entrada
Interpolando de la tabla B-1A para obtener ??????
�1 @ ??????
��1=27.5°??????, se tiene:
??????
�1=
(.0429−.0319)���
(30−25)°??????
(27.5−25)°??????+.0319���=.0374���
Conversión de unidades:
.0374���(
1000??????���
1���
)=37.4??????���
??????
1=17.7772??????���37.4??????���×100%=47.5326%⁄
4.- Humedad relativa del aire a la salida
Interpolando de la tabla B-1A para obtener ??????
�2 @ ??????
��2=32°??????, se tiene:
??????
�1=
(.05796−.0429)���
(35−30)°??????
(32−30)°??????+.0429���=.048924���
Conversión de unidades:
.048924���(
1000??????���
1���
)=48.924??????���

4. ??????
2=39.1016??????���48.924??????���×100%=79.9231%⁄
5.- Presión del aire seco a la entrada
??????
�1=(800−17.7772)??????���=782.2228??????���
6.- Presión parcial del aire seco a la salida
??????
�2=(800−39.1016)??????���=760.8984??????���
7.- Humedad específica del aire a la entrada
??????
1=.622(17.7772??????���782.2228??????���⁄ )=.01414
8.- Humedad específica del aire a la salida
??????
2=.622(39.1016??????���760.8984??????���⁄ )=.032
9.- Flujo másico del aire en la entrada
??????
�1=78222.28??????�(372??????
3
/ℎ)(287.1�(????????????°�)×300.65⁄ )=337.1157????????????/ℎ⁄
10.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la entrada
??????
??????1=337.1157????????????/ℎ(.0141)=4.7654????????????/ℎ
11.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la salida
??????
??????2=337.1157????????????/ℎ(.032)=10.7755????????????/ℎ
Balance de masa
12.- Pérdida de evaporación del agua teórica
??????
??????=(104.35−98.3399)????????????ℎ⁄=6.0101????????????ℎ⁄
13.- Pérdida del agua medida (real)
??????
�=(104.35−100.5)????????????ℎ⁄=3.85????????????ℎ⁄
Comparación de las pérdidas por evaporación del agua
??????
&#3627408479;<??????
??????=3.85????????????ℎ⁄<6.0101????????????ℎ⁄
Balance de energía
15.- Cambio de energía en el aire
Interpolando de la tabla B-1B para obtener ??????
??????1 @ ??????
??????1=17.7772??????&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;, se tiene:
??????
??????1=
(2533.5−2525.3)??????&#3627408445;????????????⁄
(.02−.015)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;
(.0177772−.015)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;+2525.3??????&#3627408445;????????????⁄=2529.8546??????&#3627408445;????????????⁄

5. Interpolando de la tabla B-1B para obtener ??????
&#3627408480;1 @ ??????
??????1=17.7772??????&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;, se tiene:
??????
&#3627408480;1=
(17.5−13.03)°??????
(.02−.015)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;
(.0177772−.015)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;+13.03°??????=15.5128°??????
Interpolando de la tabla B-1B para obtener ??????
??????2 @ ??????
??????2=39.1016??????&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;, se tiene:
??????
??????2=
(2554.4−2545.5)??????&#3627408445;????????????⁄
(.04−.03)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;
(.0391016−.03)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;+2545.5??????&#3627408445;????????????⁄=2553.6004??????&#3627408445;????????????⁄
Interpolando de la tabla B-1B para obtener ??????
&#3627408480;2 @ ??????
??????2=39.1016??????&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479; se tiene:
??????
&#3627408480;2=
(28.96−24.08)°??????
(.04−.03)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;
(.0391016−.03)&#3627408463;&#3627408462;&#3627408479;+24.08°??????=28.5216°??????
??????
??????1=2529.8546??????&#3627408445;????????????⁄+1.86??????&#3627408445;(°??????????????????)(27.5−15.513)°??????=2552.1508⁄ ??????&#3627408445;????????????⁄
??????
??????2=2553.6004??????&#3627408445;????????????⁄+1.86??????&#3627408445;(°??????????????????)(32−28.5216)°??????=2560.0702⁄ ??????&#3627408445;????????????⁄
∆??????
&#3627408462;=337.1157????????????ℎ⁄(1.005??????&#3627408445;(°??????????????????)⁄ )(32−27.5)°??????+(107755????????????ℎ⁄)2560.0702??????&#3627408445;????????????⁄
−4.7654????????????ℎ⁄(2552.1508??????&#3627408445;????????????⁄)
+9.81??????&#3627408480;
2
(1.34??????)(337.1157−10.7755)????????????ℎ⁄=⁄ 21521.6992??????&#3627408445;ℎ⁄
Cambio de energía en el agua
??????
1??????2??????=4.186??????&#3627408445;(°??????????????????)20°??????=83.72??????&#3627408445;????????????⁄⁄
??????
2??????2??????=4.186??????&#3627408445;(°??????????????????)80°??????=334.88??????&#3627408445;????????????⁄⁄
∆??????
??????2??????=104.35????????????ℎ⁄(334.88??????&#3627408445;????????????⁄)−100.5????????????ℎ⁄(83.72??????&#3627408445;????????????⁄)
+9.81??????&#3627408480;
2
⁄(1.34??????)(104.35????????????ℎ⁄)=27902.5905??????&#3627408445;ℎ⁄
Balance de energía
∆??????
&#3627408462;<∆??????
??????2??????=21521.6992??????&#3627408445;ℎ⁄<27902.5905??????&#3627408445;ℎ⁄
II.- Método de la carta psicrométrica
2.- Flujo másico del aire a la entrada
??????
&#3627408462;1=372??????
3
ℎ⁄1.145??????
3
????????????=324.8908????????????ℎ⁄⁄⁄
3.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la entrada
??????
??????1=324.8908????????????ℎ⁄(.0148)=4.8084????????????ℎ⁄
4.- Flujo másico de vapor de agua en el aire a la salida
??????
??????2=324.8908????????????ℎ⁄(.033)=10.7214????????????ℎ⁄
Balance de masa

6. 5.- Pérdida de evaporación del agua teórica
??????
??????=324.8908????????????ℎ⁄(.033−.0148)=5.913????????????ℎ⁄
6.- Pérdida real del agua medida
??????
&#3627408479;=(104.35−100.5)????????????ℎ⁄=3.85????????????ℎ⁄
7.- Comparación de las pérdidas por evaporación del agua
??????
??????>??????
&#3627408479;=5.913????????????ℎ⁄>3.85????????????ℎ⁄
8.- Cambio de energía en el aire
∆??????
&#3627408462;=324.8908????????????ℎ⁄(117−65)??????&#3627408445;????????????⁄=16894.3231??????&#3627408445;ℎ⁄
9.- Cambio de energía en el agua
∆??????
??????2??????=104.35????????????ℎ⁄(334.88??????&#3627408445;????????????⁄)−98.3399????????????ℎ⁄(83.72??????&#3627408445;????????????⁄)=26711.7085??????&#3627408445;ℎ⁄
10.- Balance de energía
∆??????
??????2??????>∆??????
&#3627408462;=26711.7085??????&#3627408445;ℎ⁄>16894.3231??????&#3627408445;ℎ⁄

Tabla de resultados
Concepto Símbolo Unidades Método de los
estados finales
Método de la carta
psicrométrica
Humedad
relativa del aire
en la entrada
??????
1 % 47.5326 49
Humedad
relativa del aire
en la salida
??????
2 % 79.9231 82
Humedad
especifica del
aire en la entrada
??????
1 .01414 .0148
Humedad
especifica del
aire en la salida
??????
2 .032 .033
Flujo másico del
aire en la entrada
??????
&#3627408462;1 ????????????ℎ⁄ 337.1157 324.891
Flujo másico de
vapor de agua en
el aire de entrada
??????
??????1 ????????????ℎ⁄ 4.7654 4.808
Flujo másico de
vapor de agua en
el aire de salida
??????
??????2 ????????????ℎ⁄ 10.7755 10.721
Pérdida de ??????
?????? ????????????ℎ⁄ 6.0101 5.913

7. evaporación de
agua teórica
Pérdida real de
agua medida
??????
&#3627408479; ????????????ℎ⁄ 3.85 3.85
Comparación de
las pérdidas por
evaporación del
agua
??????
&#3627408479;<??????
?????? ????????????ℎ⁄ 3.85<6.0101 5.91>3.85
Cambio de
energía en el aire
∆??????
&#3627408462; ??????&#3627408445;ℎ⁄ 21521.6992 16894.32
Cabio de energía
en el agua
∆??????
??????2?????? ??????&#3627408445;ℎ⁄ 27902.5905 26711.71
Balance de
energía
∆??????
&#3627408462;<∆??????
??????2?????? ??????&#3627408445;ℎ⁄ 21521.6992
<27902.5905
16894.32<26711.71


Gráficas
Carta psicrométrica

8. Curva característica de la torre de enfriamiento

9. Conclusiones y recomendaciones

Mediante la carta psicrométrica se pudo comprobar que el proceso realizado en la torre de
enfriamiento corresponde con el de calentamiento y humidificación, esto se debe a que el agua le
transfiere energía al aire y además debido a la perdida de calor latente por parte del agua el aire se
humedece en el interior de la torre.
Con respecto a los métodos empleados para calcular los balances de masa y energía se pueden
observar resultados similares. En ambos casos mostraron que la perdida de agua (debido a la
evaporación), es mayor teóricamente que la pérdida real medida. Sin embargo, debe tenerse en
cuenta que la pérdida real medida se calculo obteniendo el promedio de flujo de agua a la salida,
con un vaso de precipitados y un cronómetro, a partir de tres mediciones; por lo que no muestran
directamente una medición real de las perdidas y es posible que están tengan un valor más cercano a
las calculadas teóricamente.
La diferencia de resultados más notable entre ambos métodos se dio en el cambio de energía en el
aire, pero debido a que este cálculo se obtiene de las entalpías en la grafica por el método de la carta

10. psicrométrica, esta diferencia puede deberse a que al leer la carta no se tienen valores tan exactos
como los que se obtienen en el método de los estados finales y no se tiene la posibilidad de
interpolar a diferencia de cuando se ocupan las tablas de vapor saturado. Por lo tanto, se concluye
que el método más conveniente para calcular los balances de materia y energía en la torre de
enfriamiento, es el método de los estados finales.
Al igual que en los cálculos, en la gráfica de la curva característica de la torre, se comprueba que el
cambio de energía en el agua es notoriamente mayor que en el aire. Esto puede deberse a que
probablemente el agua también cedió parte de su energía a la estructura interna de la torre la cual
contiene laminas de aluminio.
Como conclusión queda que la mayor parte de calor perdido por el agua corresponde con calor
sensible, ya que de lo contrario, la perdida de agua por evaporación seria mayor; además de que se
observa por la marcada disminución de temperatura del agua en el límite uno.
Para obtener mayores conclusiones acerca de su eficiencia es necesario hacer más cálculos que
comparen el trabajo suministrado a través de la bomba con el cambio de temperatura en el agua. Por
lo obtenido hasta ahora se puede afirmar que la torre de tiro forzado produce una notable
disminución de temperatura en el agua. Igualmente sería útil comparar estos resultados con los
cálculos sobre una torre de circulación natural para tener una mejor idea acerca de su eficiencia.
Para que no haya lugar a dudas se deben indicar las unidades del volumen específico, la entalpía y
la entropía en las tablas B-1A y B-1B. En este reporte se toman como sus unidades
correspondientes ??????
3
/????????????, &#3627408445;/?????? y &#3627408445;/(??????°&#3627408446;).
Las unidades que muestran la tabla de datos para graficar la curva característica son erróneas en las
entalpías, ya que deberían indicarse en ??????&#3627408445;/????????????.