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Determinación de la característica disponible de una torre de enfriamiento y cálculo de coeficientes de transferencia de calor por convección
Alberto Juan Ravera José María Bados
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
Este trabajo consta de los siguientes puntos: 1) Teoría y descripción de 1a torre. 2) Trabajo experimental y mejoras introducidas. 3) Apreciación de lo resultados y cálculo de coeficientes de transmisión del calor por convección. 1.- Teoria y descripción de la torre Puede considerarse a F. Merkel comoel iniciador de los estudios de los fenómenos que ocurren en una torre de enfriamiento. Suponiendo una gota de agua rodeada de aire, se producirá una evaporación paulatina. La cantidad de agua evaporada (dL) se podrá expresar como: dL. = K (Ks-X).a.dV donde K (kg/h.m2) es el coeficiente de transmisión de masa; a la superficie por unidad de volumen V de torre y (Xs-X) es el potencial de humedades absolutas. (humedad absoluta del aire que rodea a la gota comosi estuviera saturado a la temperatura de ésta menos la humedad absoluta del aire circundante). En base a esta ecuación y utilizando algunas hipótesis simplificativas Merkel obtiene la ecuación diferencial: L.dtw = K (i"-i').a.dV Separando variables de modo que: dtw/i"-i'=(K.a.dV)/L e integrando de modo que los factores del 2° miembro sean independientes de V. Lichtenstein obtiene la ecuación: (tw2)∫tw1 de dtw/i"-i'= K.a.V/L El 2° miembrode ésta solo depende de las caracteristicas constructivas de la torre en ensayo: K depende del material utilizado como relleno, "a" de 1a forma del mismo, "V" depende de las dimensiones de la torre y "L" se fija de acuerdo con ciertos limites para cada tipo de torre. Por esta razón se designa a esta expresión (K.a.V/L) con el nombre de "caracteristica de torre" o "Característica disponible" de la torre. Con los datos que se obtuvieron en los ensayos, o sea con la temperatura de bulbo húmedo y seco a la salida y entrada de la torre, temperatura del agua en los mismos puntos y caudal de agua y aire puede obtenerse (K,g.V)/L mediante la expresión: (K.a.V)/L = (G(X1-X2))/L∆Xm donde ∆Xm(media logaritmica del potencial de humedades absolutas) es igual a: ∆Xm= ((Xil-Xl)-Xi2-X2)/ (Log e (Xil-Xl)/(Xi2-X2)) siendo Xl-X2 las humedades absolutas del aire a la salida y entrada de 1a torre respectivamente y Xil la humedad absoluta del aire saturado en la superficie de contacto con el agua a la temperatura de ésta a su entrada y X12 lo mismo a la salida. Los valores de las humedades absolutas fueron determinados por medio del diagrama psicrométrico. Las relaciones que permiten el cálculo de α figuran en el punto N° a. La torre en ensayo fué construida en chapadur y se utilizó como relleno chapas de fibrocemento con una inclinación de 20° con respecto a la vertical. Estas chapas van colocadas en bandejas y cada una de estas se colocó rotada en 90° con respecto a la anterior. Tiene una altura útil (sin chimenea) de 6,40 m. y una sección de 1,10 x 1,10 m. Posee un ventilador en la parte superior y en la inferior una batea recolectora de la cual se extrae el agua por medio de una bomba. E1 caudad de agua se mide mediante un manómetro y el de aire utilizado un anemómetro colocado en la chimenea. 2.-Trabajo experimental y mejoras introducidas. La temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco del aire a la entrada se midió con un psicrómetro onda cuyos termómetros permitían apreciar la décima de grado. Temperatura del agua a la salida: se tomó una muestra para cada determinación (aproximadamente 2 litros) en lugar de la termorresistencia que se usó en trabajos anteriores ya que ésta solo daba la temperatura del agua a una altura fija en la batea. La temperatura de la muestra se midió con un termómetro con la misma exactitud que los anteriores. Tambiénse mejoraren las lecturas de 1a temperatura de entrada del agua y de bulbo húmedo y seco del aire a la salida utilizando un pirómetro más sensible donde se apreciaba la décima de grado. La temperatura de bulbo húmedo del aire a la salida se media por medio de una termorresistencia de platino sumergida en un baño de aceite contenido en una vaina de bronce y ésta estaba envuelta en un paño húmedo.De esta manera habia dificultad en registrar las escasas diferencias de temperaturas existentes lo que se solucionó envolviendo directamente la termocupla con el paño y calibrando con el psicrómetro. 3.-Apreciación de los resultados y cálculo del coeficiente de transmisión del calor por convección. Los valores de G.∆i (aumento de entalpia del aire) son menores que los obtenidos para L.∆tw (calorias perdidas por el agua. Las diferencias observadas son en la gran mayoria de los casos menores que el 10% y deben atribuirse a la imprecisión con que se midió el caudal de aire. Característica disponible: (KaV/L) En las planillas de cálculo puede observarse que hay 20 valores de la caracteristica para cada caudal de agua . De estos 20 valores se obtuvo graficamente el valor más probable y su error. El valor más probable obtenido concuerda con la teoria de las torres de enfriamiento ya que disminuye con el aumento del caudal de agua (L). *Ver tabla de datos en la tesis* α Coeficiente de transmisión del calor por convección Se calculó en base a un balance de energia entre el calor ganado por el aire y el perdido por el agua ; G.∆i= α.∆t.S+G.(X2-X1).r Siendo: G: Caudal de aire. ∆i: Diferencia entre la entalpia del aire de salida y la entalpia del aire de entrada. α.- coeficiente de transmisión del calor por convección. ∆t :diferencia media logaritmica entre el aire y el agua a la entrada y salida de la torre. S: 81,52 m2. : superficie del relleno. X1: humedad absoluta del aire a la entrada. X2: humedad absoluta del aire a la salida. r: calor de vaporización del agua a 25°C : 582 Cal/Kg. Solo pudo calcularse α cuando se mantuvo la temperatura de salida del agua mayor que la de entrada del aire (tws>tl) ya que cuando esto no ocurría se obtenían valores erróneos de t∆. Con los valores obtenidos se calculó también el valor más probable y se obtuvo: *Ver tabla de datos en la tesis* Conclusiones: los valores obtenidos para (KaV/L) deben considerarse correctos ya que concuerdan con la teoria de las torres de enfriamiento y son aproximados a los obtenidos por otros experimentadores que trabajaron en condiciones semejantes. El cálculo de α solo puede ser aproximado ya que se efectúa tomandoa "S" comola superficie de contacto aire-agua, sin tener en cuenta la superficie de las gotas lo que se compensa al considerar que toda la superficie del relleno es mojado por el agua. Los valores de α están dentro del orden de magnitud de los dados por otros experimentadores y sólo serán válidos cuando se trabaje con una torre semejante y la misma distribución del relleno.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
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Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 1959 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
1959
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