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International Journal of Advanced Engineering Research and Studies E-ISSN22498974IJAERS/Vol. I/ Issue III/April-June, 2012/26-29Research ArticleDiseo trmico de torres de enfriamiento.Ronak Shah, Trupti RathodDirecciones por correspondencia.

1 estudiante, 2 asistente Prof., Mechanical Engineering, L.D.R.P. Institute of Technology and Research, Gandhinagar,Gujarat Technological University, IndiaRESUMENLas torres de refrigeracin son equipos de uso comn para disipar el calor de las unidades de generacin de energa, refrigeracin por agua enfriada, aire acondicionado y procesos industriales. Las torres de refrigeracin ofrecen una excelente alternativa especialmente en lugares donde suficiente agua de refrigeracin no puede obtenerse fcilmente a partir de fuentes naturales o donde la preocupacin por el medio ambiente impone algunos lmites en la temperatura a la cual el agua de refrigeracin puede ser devuelta al medio ambiente. Algunas tcnicas se refieren a los diferentes mtodos utilizados para aumentar el rendimiento trmico de la torre de enfriamiento. El presente trabajo es una metodologa detallada para el diseo trmico de la torre de enfriamiento. Los datos tcnicos se toman para el proyecto de la torre de refrigeracin mecnica.Palabras clave: Torre de enfriamiento, Diseo trmico, Diferentes tipos de prdidas.

INTRODUCCINUna torre de enfriamiento es un dispositivo semi-cerrado de refrigeracin por evaporacin de agua por contacto con el aire. Se trata de una estructura de madera, de acero o de hormign; y las superficies onduladas, deflectores o bandejas perforadas se proporcionan dentro de la torre para la distribucin uniforme y una mejor atomizacin del agua en la torre. El agua caliente que sale del condensador alimenta a la torre en la parte superior y se atomiza en forma de gotas finas. El aire fluye desde la parte inferior de la torre o perpendicular a la direccin del flujo de agua y luego se drena a la atmsfera despus de una refrigeracin eficaz. Para evitar el escape de partculas de agua con el aire, los proyectos de eliminadores se proporcionan en la parte superior de la torre.

PURGABOMBARELLENOPERDIDAS DE DERIVASEPARADORES DE GOTASFLUJO DE AGUAEVAPORACIONEQUIPO

Figura 1 Diagrama esquemtico de un sistema de agua de enfriamiento.ENFRIADOR DE PROCESOBOMBATORRETINASISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO

Figura 2Sistema torre de enfriamientoDonde,C = Recirculacin agua de enfriamiento.E = Agua evaporada.W = Perdidas por desvo o goteoM = Agua de rellenoD = Agua de drene o limpiezaEn el dibujo de arriba, el agua bombeada desde el depsito de la torre es el agua de refrigeracin encaminada a travs de los enfriadores de proceso y condensadores en una instalacin industrial. El agua fra absorbe el calor de las corrientes de proceso caliente que necesitan ser enfriadas o condensadas y el calor absorbido calienta el agua de recirculacin (C). El agua caliente vuelve a la parte superior de la torre de enfriamiento y se escurre hacia abajo sobre el material de relleno dentro de la torre. Como se escurre hacia abajo, se pone en contacto con el aire ambiente se levanta a travs de la torre, ya sea por tiro natural o de tiro forzado con ventiladores de gran tamao en la torre. Este contacto hace que una pequea cantidad del agua se pierda como el arrastre del viento ( W) y algunos de los agua ( E ) que se evapora. El calor necesario para evaporar el agua se extrae de la propia agua, que enfra el agua de nuevo a la temperatura de agua de la tina original y el agua esta entonces lista para recircular . El agua que se evapora deja detrs sus sales disueltas en la mayor parte del agua que no se ha evaporado, aumentando as la concentracin de sal en el agua de refrigeracin que circula . Para evitar que la concentracin de sal del agua llegue a ser demasiado alta , una parte del agua se extrae ( D ) para su eliminacin . El agua dulce de relleno ( M ) se suministra al depsito de la torre para compensar la prdida de agua evaporada , la prdida por arrastre de agua del viento y el agua de extraccin.TEMPERATURA AGUA CALIENTE (ENT)

Evaluacin de la torre de enfriamientoALCANCETEMPERATURA BULBO HUMEDO (AMBIENTE)

TEMPERATURA AGUA FRIA (SAL)

RANGO(ENT) ENTRADA A LA TORRE(SAL) SALIDA DE TORRE

Figura 3Rango y alcance de la torre de enfriamiento.Rango.Esta es la diferencia entre la temperatura de entrada de agua de la torre de enfriamiento y la temperatura de salida. Un rango alto de CT significa que la torre de enfriamiento ha sido capaz de reducir la temperatura del agua efectivamente, y por lo tanto est funcionando bien. La frmula es:

Alcance.Este es la diferencia entre la temperatura de salida de la torre del agua fra de refrigeracin y la temperatura de bulbo hmedo ambiente. Aunque, tanto alcance y rango deben ser controlados, el 'Rango' es un mejor indicador del rendimiento de la torre de enfriamiento.

Eficacia.Esta es la relacin entre el rango y el rango ideal (en porcentaje), es decir, diferencia entre la temperatura de entrada del agua de refrigeracin y la temperatura de bulbo hmedo ambiente, o en otras palabras, es = Rango / (Alcance+ Rango de enfoque).ESPECIFICACIONES TCNICAS

Datos de tablas phisiometricas de vapor

Calculo de diseo

Alcance de la torre de enfriamiento -COOLING TOWER APPROACH (CTA)

CTA = T2 WBT = 32 29 = 30 C

Rango de la torre de enfriamiento-COOLING TOWER RANGE (CTR)

CTR = T1 T2 = 38 32 = 60 C

Ahora, La masa de agua recirculada en la torre de enfriamiento.

Mw1 = Volumen del agua recirculada x masa de la densidad del agua

Mw1 = 30 x 1000Mw1 = 30000 Kg / hr

Perdidas de calor del agua-HEAT LOSS BY WATER (HL)

HL = Mw1 x Cpw x (T1 T2)HL = 30000 x 4.186 x (38 - 32)HL = 753480 KJ / hr

Volumen de aire requerido (V)

V = (HL x Vs1) / [(Ha2 Ha1) - (W2 W1) x Cpw x T2]V = (753480 x 0.842) / [(73 - 50) (0.018 0.0118) x 4.186 x 32]V = 28617.25 m3 / hr

Calor Ganado por el aire-HEAT GAIN BY AIR (HG)

HG = V x [(Ha2 Ha1) - (W2 W1) x Cpw x T2] / Vs1HG = 28617.25 x [(73 - 50) (0.018 0.0118) x 4.186 x 32] / 0.842HG = 634430.05 /0.842HG = 753480 KJ / hr

Masa de aire requerido-MASS OF AIR REQUIRED (Ma)

Ma = Volumen de aire requerido / Volumen especifico del aire a la temperatura de entradaMa = V / Vs1Ma = 33987.23 Kg / hr

Cantidad de agua de relleno (Mmak)

Mmak = V x (W2 W1) / Vs2Mmak = 28617.25 x (0.018 0.0118) / 0.875Mmak = 202.7736 Kg / hr

Ahora, calcule las perdidas por evaporacin

Mmak = 202.7736 x [1 + (1.44 / 100)]Mmak = 205.70 Kg / hrMmak = 205.70 / 60Mmak = 3.43 Kg / min

Velocidad del agua en la tuberia (VW)

El volumen del agua transferida a travs de la torre de enfriamiento por hora es 30 de m3 / hr. Por lo tanto la velocidad del agua a travs de la tuberia es

Vw = 30 / Area transversal tuberia

As, el rea transversal de la tuberia est dado por

a = (I / 4) x a = (I / 4) x a = 0.00785 m2So, Vw = 30 / 0.00785Vw = 3821.65 m / hrVw = 1.06 m / s

Longitud de tuberia de agua requerida (L)

HL = 2IKL (T1 T2) / log (ro /ri) (1.1)

El material de la tuberia usado en la torre de enfriamiento es Acero inox, Por lo tanto la conductividad trmica para el material de acero es 40 W / m-deg. So, K = 40 W / m-deg

Poniendo el valor de K en la ecuacin (1.1)

753480 = 2I x 40 x L x (38 - 32) / log (0.06 /0.05)753480 = 19045 x LL = 39.60 m

Numero de vueltas requerido (N)

Altura de la torre de enfriamiento = 2.3 m.Las tuberas de agua son usadas en un perfil circular debido a que el perfil de la torre de enfriamiento es circular y la figura circular es tambin benfica para un flujo suave.Considere que el espacio entre dos tuberas adyacentes es de 0.2 m.Paso de la tuberia de agua = 2 x 0.2 = 0.4 mDesde el tope de la torre de enfriamiento, deje 0.3 m de espacio para mantenimiento y otros trabajos.Altura asequible para tuberas de agua = 2.3 -0.3 = 2 m

Por lo tanto, Numero de vueltas requerido (N)

N = 2 / 0.4N = 5

Caracterstica de la torre de enfriamiento

Merkel nos da la ecuacin caracterstica de la torre de enfriamiento como

(KaV / mw1) = [(T1 T2) / 4] x {(1 /K h1) + (1 / Kh2) + (1 / Kh3) + (1 / Kh4)} (1.2)

Donde,K = Coeficiente de transferencia de masa (Kg / hr m2)a = Area constante (m2)V = Volumen active de enfriamiento (m3)mw1 = Masa de agua (Kg / hr)T1 = Temperatura de agua caliente ( C)T2 = Temperatura de agua fria ( C)

Now,Mh1 = Valor de Hw - Ha a T2 + 0.1 (T1 T2)Mh2 = Valor de Hw - Ha a T2 + 0.4 (T1 T2)Mh3 = Valor de Hw - Ha a T1 - 0.4 (T1 T2)Mh4 = Valor de Hw - Ha a T1 - 0.1 (T1 T2)

Calculo para 3H1

= T2 + 0.1 (T1 T2)= 32 + 0.1 (38 - 32)= 32.600 C

Valor de Hw a 32.600 C es 136.11 KJ / KgValor de Ha a 32.600 C es 89 KJ / Kg

Mh1 = Hw - HaMh1 = 136.11 89Mh1 = 47.11 KJ / Kg

Calculo para 3H2= T2 + 0.4 (T1 T2)= 32 + 0.4 (38 - 32) = 34.400 CValor de Hw a 34.400 C es 144.47 KJ / KgValor de Ha a 34.400 C es 105 KJ / KgMh2 = Hw - HaMh2 = 144.47 105Mh2 = 39.47 KJ / KgCalculo para 3H3= T1 - 0.4 (T1 T2)= 38 0.4 (38 - 32)= 35.600 CValor de Hw a 35.600 C es 148.65 KJ / KgValor de Ha a 35.600 C es 111.80 KJ / KgMh3 = Hw - HaMh3 = 148.65 111.80Mh3 = 36.85 KJ / Kg

Calculo para 3H4= T1 - 0.1 (T1 T2)= 38 0.1 (38 - 32)= 37.400 CValor de Hw a 37.400 C es 157 KJ / KgValor de Ha a 37.400 C es 122.50 KJ / KgMh4 = Hw - HaMh4 = 157 122.50Mh4 = 34.50 KJ / KgAhora ponga todo arriba en el valor de la ecuacin (1.2)(KaV / mw1) = 0.1540

Eficiencia de la torre de enfriamientoN = (T1 T2) / (T1 WBT)N = (38 - 32) / (38 - 29)N = 66.67 %

Eficacia de la torre de enfriamientoP = (T1 T2) / (T1 Ta1)P = (38 - 32) / (38 - 20)P = 0.33

Diferentes tipos de perdidas

Perdidas por deriva-DRIFT LOSSES (DL)Las prdidas por deriva son generalmente tomadas como 0.10 a 0.20% del agua circulada.DL = 0.20 x mw1 / 100DL = 0.20 x 30000 / 100DL = 60 Kg / hr

Perdidas por viento-WINDAGE LOSSES (WL)Las prdidas por viento son generalmente tomadas como 0.005 del agua circulada.WL = 0.005 x mw1WL = 0.005 x 30000WL = 150 Kg / hr

Perdidas por evaporacin-EVAPORATION LOSSES (EL)Las prdidas por evaporacin son generalmente tomadas como 0.00085 del agua circulada.EL = 0.00085 x mw1 x (T1 T2)EL = 0.00085 x 30000 x (38 - 32)EL = 153 Kg / hr

Perdidas por dren o purga-BLOW DOWN LOSSES (BL)El nmero de ciclos requeridos para la torre de enfriamiento estn dados porCiclos = XC / XMDonde,XC = Concentracin de slidos en agua circulanteXM = Concentracin de slidos en agua de rellenoLa ecuacin de balance de agua para la torre de enfriamiento esM = WL + EL + DLM = 150 + 153 + 60M = 363 Kg / hrXC / XM = M / (M - EL)XC / XM = 363 / (363 - 153)XC / XM = Cycles = 1.7286Por lo tanto, perdidas por dren o purgaBL = EL / (Cycles - 1)BL = 153 / (1.7286 - 1)BL = 210 Kg / hrCONCLUSIONEl diseo de la torre de refrigeracin est estrechamente relacionado a la caracterstica de la torre de enfriamiento tipos caractersticos y los diferentes tipos de prdidas generadas. A pesar de que las prdidas que se generan en la torre de enfriamiento, el enfriamiento se logra debido a la transferencia de calor entre el aire y el agua.

En condiciones ideales, la prdida de calor por el agua debe ser igual a la ganancia de calor por el aire; pero en la prctica real no es posible a causa de algn tipo de prdidas. El rendimiento de la torre de enfriamiento se incrementa con el aumento del flujo de aire y la caracterstica decrece con el aumento de la relacin de agua a la masa de aire.

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