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• Cristhiam Flores Zavala

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Modelamiento de una Torre de enfriamiento de tiro inducido con software de ingeniería Cristhiam Flores Zavala, Bruno Huayta Rodriguez, Milagros Mamani Huamani, Lucciano Palma Salinas Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica, Mecánica Eléctrica y Mecatronica,Universidad Católica Santa María Arequipa, Peru cristhiamfloreszavala@g mail.com [email protected] [email protected] [email protected]

Resumen— Las torres de enfriamiento son columnas de gran diámetro con empaques especiales que permiten un buen contacto gas-líquido con una baja caída de presión. Creamos un modelamiento con software, amigable, de una torre de enfriamiento de tiro inducido que permita dimensionar y dar parámetros en tiempo real de cálculos de transferencia de calor y enfriamiento. Se creó un modelamiento en Matlab con una interfaz HMI muy amigable y fácil de usar. Logramos que la interacción con el software sea en tiempo real y con datos muy precisos. Obtendremos los gráficos comparativos y curvas características del sistema. Consideramos parámetros reales como eficiencia y constantes que hacen mucho más real el estudio de nuestro modelamiento.

Palabras clave— Torre de Enfriamiento, Modelamiento, Matlab, Eficiencia, Software. Interfaz HMI, Sistema.

I. INTRODUCCIÓN Las torres de enfriamiento son estructuras utilizadas para refrigerar grandes cantidades de agua y otros medios que se encuentran a temperaturas muy altas. Su uso se centra principalmente a la refrigeración industrial con grandes torres de enfriamiento para rebajar la temperatura del agua de refrigeración en las plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones. En la actualidad una parte muy esencial de la producción de energía es economizar costos en el proceso, dando como ejemplo una central térmica, o refinerías donde se utiliza torres de enfriamiento ya que antes de volver a utilizar el agua para el enfriamiento en la refinería, se ha de eliminar el calor absorbido durante el paso de intercambiadores de calor. Esto se consigue haciendo circular agua en cascada, a través de una serie de rejas, en una torre de enfriamiento. Es por esto y la necesidad del ahorro y reutilización del agua en estos tiempos, que nos llevan a desarrollar el siguiente proyecto.

El desarrollo del proyecto permitio diseñar e implementar una Torre de Enfriamiento con materiales de bajo costo y ofrecerá ventajas en su implementación y estudio. Cabe resaltar que el presente proyecto podrá ser herramienta de estudio y análisis por parte de los alumnos, docente y personas interesadas a la ingeniería, no obstante, podrá ser expuesta a críticas constructivas que colaboren con el mejoramiento del proyecto.

II. OBTENCION DEL AIRE El flujo del aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Para ello se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Este tipo de torres son las mas utilizadas.

III. CALCULOS TEORICOS Primero se hace un balance de masa en aire seco con lo cual se encuentran los flujos que entran o salen de los compartimientos de la torre de enfriamiento, en nuestro proyecto solo se tiene 3 flujos de entrada con dos ventiladores en la parte superior y una entrada de agua mediante una bomba, con lo cual se tiene 3 flujos de entrada de masas 2 de aire y una de agua.

II. PROPIEDADES DEL

La tasa de flujo de masa de aire seco a través de la torre se mantiene constante, pero la tasa de flujo de masa de agua líquida disminuye en una cantidad igual a la cantidad de agua que se evapora en la torre durante el proceso de enfriamiento. La pérdida de agua por evaporación se debe hacer más tarde en el ciclo para mantener un funcionamiento estable. La aplicación de la masa y balances energéticos rendimientos. SISTEMA

Balanceo de la masa del agua:

Como siempre el balance de energía, la cual no cambia:

Entonces para toda forma de entrada y salida de los componentes de refrigeración (agua e aire) se obtiene la ecuación:

Las propiedades del sistema Presión total: La evaporación es más rápida a bajas presiones o en el vacío y más lenta a presiones altas. Área de contacto (A). La masa de agua evaporada es proporcional a la superficie en la cual se efectúa la evaporación. Coeficiente de transferencia de calor (h) el cual depende entre otras variables, de la velocidad del aire. La evaporación se acelera a mayor velocidad de las corrientes de aire, el viento desplaza las capas de aire sobre la superficie de evaporación y arrastra consigo la humedad. Diferencia de temperatura (DT) entre el agua y el aire.Efecto difusional de masa Humedad del aire: La evaporación es más rápida, cuanto más seco esté el aire o menos saturado de vapor.

El agua que se deberá reponer se halla mediante el flujo de masa que se toma del aire a temperatura ambiente y la diferencia de humedades que se da dentro del sistema:

En la superficie de contacto agua - aire el calor total que gana el aire (Q) esta dado por la relación: Q = A h DT

Presión de vapor. Conductividad térmica del agua (k).La alta conductividad térmica favorece la evaporación.

Criterios de diseño: Resulta antieconómico diseñar torres basándose en la temperatura de bulbo húmedo del aire que interacciona con la corriente de agua a la salida o sea para el caso de TEC corresponde con la tbh del aire entrante y para las TEA con la tbh de la corriente de aire saliente, debiendo llegarse a un compromiso entre las condiciones máximas y medias.

IV. CALCULOS TEORICOS [1] Se logró construir satisfactoriamente una torre de enfriamiento por tiro inducido con 2 ventiladores para el flujo de aire y una entrada de agua mediante una pequeña bomba. [2] Pero al ver que la obtención de aire era demasiado pequeño para una refrigeración deseada, se optó con la incorporación de un solo ventilador el cual era capaz de satisfacer el aire del ambiente requerido para la práctica. [3] Las torres de enfriamiento son equipos que permiten transferir calor del agua que las atraviesa al medio ambiente. Esto es, parte del agua que recorre la torre se evapora, se toma calor del agua que no se evapora siguiendo su curso. Por lo tanto se cumple que: Para que funcione debe condensar ("gastar") agua. [4] Existen sistemas de enfriamiento abiertos y cerrados. Cuando un sistema es cerrado, el agua no entra en contacto con el aire de fuera. [5] Así, el sistema de Torre de enfriamiento NO constituye un sistema cerrado de circulación, sino abierto. El agua que se evapora se repone con agua corriente o de pozo que contienen sales disueltas. [6] Esta torre de enfriamiento tendrá un determinado número de utilización sin pérdida de eficiencia, re queriendo mantenimiento ya que el aumento de presión por parte de la bomba ocurrirá una posible ruptura en las cavidades o un menor presión de su parte ara que no llegue el nivel de agua requerido. [7] La cantidad disminuida de temperatura del agua en todo el procedimiento es bastante considerable aunque está este al inicio solo en su punto de ebullición y al final cerca de la medida del ambiente. [8] Se debe cuidar que el mantenimiento cumpla para evitar un elevado consumo de energía eléctrica, aunque esta sea mínima en esta ocasión, para próximas demostraciones y otras pérdidas económicas.

V. BIBLIOGRAFIA

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Torre_de_refrigeraci%C3 %B3n [2] http://www.ecured.cu/index.php/Torres_de_enfriamien to [3] webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/csalas/OPIV/torres1. pdf [4] www.gstriatum.com/torres_enfriamiento1.pdf [5] S FOUST, L. A. WENZEL, C. W. CLUMP, LOUIS MAUS Y L. B. ANDERSEN, Principios de Operaciones Unitarias, Editorial CECSA. [6] J.H. PERRY, Manual del Ingeniero Químico, Editorial UTEHA. [7] http://www.monografias.com/trabajos10/toen/toen.sht ml [8] www.buenastareas.com › Página principal › Ciencia [9] torresdeenfriamiento.blogspot.com/.../torres-deenfriamientoundohvacr.com.mx/mundo/2009/03/torres -de-enfriamiento [10] www.sc.ehu.es/nmwmigaj/Torre.htm https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/35912/mod_reso urce/content/0/Presentaciones_Teorico/GeneradoresDe VaporIntroduccion.pdf

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