RESUMEN EDISON BOLIVAR BERNAL PESANTEZ

Transcripción

1 1 RESUMEN Un torre de enfrimiento es un equipo destindo enfrir gu cliente procedente de l refrigerción de un proceso con ire circulndo en flujo contrcorriente o cruzdo, mbos fluidos moviéndose trvés de un relleno y produciéndose un trnsferenci de clor y ms, dico intercmbio tiene lugr en l superficie de contcto entre ls dos fses y se reliz por dos procesos físicos: (1) Trnsferenci de clor ltente pr psr el gu de l fse liquid l fse de vpor, y trnsferenci de ms pr que entre l fse de vpor en el ire. (2) Trnsferenci de clor sensible, pr clentr l fse gseos. Ls torres de enfrimiento eliminn el exceso de energí clóric l mbiente, minimizn los costos de eliminción de este clor, demás de l conservción del gu. Pr lcnzr un buen funcionmiento de un torre el gu debe ser finmente pulverizd, o bien que forme un fin películ muy extendid, con el fin de logrr en mbos csos el máximo contcto posible gu-ire que fvorezc el fenómeno de trnsferenci. El tipo de torre de enfrimiento es escogid de cuerdo con el volumen de gu enfrir demás de l cntidd de clor retirr de dic ms de gu; un Torre de enfrimiento de tiro mecánico inducido en contrcorriente con relleno lminr permite un myor crg de gu, rellenos más compctos y, por lo tnto, torres más pequeñs y ms eficientes.

2 2 INDICE Pg. Resumen. 1 INDICE. 2 Crtul. 8 Agrdecimiento. 9 Dedictori. 10 CAPITULO I TORRES DE ENFRIAMIENTO 11 Introducción. 12 Clsificción. 14 Torres de enfrimiento con tiro nturl. 14 Torres de enfrimiento con tiro mecánico. 15 Torres de tiro mecánico forzdo. 17 Torres de tiro mecánico inducido. 17 Torres de contrcorriente. 17 Torres de tipo cruzdo. 18 Torres tmosférics. 18 Selección de l torre en función del cudl enfrir. 19 Torre de enfrimiento de tiro mecánico inducido en contrcorriente con relleno lminr. 20 Celds. 20 Prtes Constituyentes. 21 Número de celds. 21 Sección trnsversl de l celd. 22 Concentrción Del Agu. 22

3 3 Form de l sección trnsversl. 23 Estudio del relleno pr un celd 23 Relleno. 23 Rellenos Lminres. 23 Relleno de slpicdur. 24 Crcterístics técnics de los rellenos de Slpicdurí. 24 Número de elementos de trnsferenci disponible. 25 Número de elementos de trnsferenci requeridos. 30 Tempertur del ire mbiente. 30 Presión totl. 30 Presión de Sturción del vpor de gu en el ire. 30 Humedd Reltiv. 30 Presión de vpor de gu l tempertur del ire. 31 Tempertur del bulbo úmedo. 31 Tempertur del gu l slid de l torre. 32 Tempertur de enfrimiento y proximción en l torre. 32 Tempertur del gu l entrd de l torre. 33 Entlpí del ire seco. 34 Entlpí del vpor. 34 Cntidd de vpor de gu en el ire. 35 Relción másic: vpor de gu-ire seco 35 Entlpí del vpor. 36 Entlpí de sturción 36 Número de elementos de trnsferenci requeridos pr eliminr el clor en un torre de enfrimiento. 37

4 4 Rect de operción. 38 Pendiente de l rect de operción. 39 Estudio de l ltur del relleno y cudles de proceso. 45 Condición de Merkel. 45 Cudl másico de vpor de gu en el ire l entrd. 47 Cudl másico de ire seco en el ire l entrd. 47 Cudl másico de ire l slid de l torre. 47 Cálculo de l umedd de sturción. 49 Cudl másico de vpor en el ire l slid de l torre. 49 Cudl de ire l slid. 49 Cudl másico gu evpord y/o gu de reposición. 50 Cudl másico de gu que ce l piscin. 50 Estudio del sistem de distribución de gu. 50 Boquills tomizdores. 50 Número de boquills. 51 Distribución de ls boquills. 52 Distnci de tomizción. 52 Diámetro de tuberís. 54 Velocidd del gu. 54 Cudl de gu. 54 Estudio de l Cámr de rocido y zon de niebl. 55 Estudio del seprdor de gots. 57 Estudio de l piscin. 58 Cnlón. 59 Sistem Mecánico. 60

5 5 Cálculo Del Ventildor. 60 Cilindro de slid de ire (Cimene). 65 Diámetro. 65 Altur de l cimene. 66 CAPITULO II ESTUDIO TÉCNICO PRÁCTICO. 67 CAPITULO III MANTENIMIENTO. TRATAMIENTO QUIMICO 92 Fundmentos del Trtmiento en Torres de Enfrimiento. 93 Introducción. 93 Economí en l trnsferenci de clor. 94 Trnsferenci de clor. 94 Monitoreo. 100 Corrosión. 102 Fctores que influyen el proceso corrosivo. 104 Tipos de corrosión. 105 Pitting. 106 Desgste selectivo. 107 Corrosión Glvánic. 108 Influenci Microbiológic sobre l corrosión. 111 Control de l corrosión. 113 Generliddes. 113 Uso de Crbonto de Clcio. 114 El Índice de Sturción de Lngelier (LSI). 114 El Índice de Estbilidd de Ryznr (RSI). 118 Desireción Mecánic y Químic. 120 Inibidores de corrosión. 120

6 6 Efecto de l Conductividd, ph, y oxigeno disuelto. 123 Considerciones Práctics. 124 Depositción. 125 Depósito. 125 Incrustciones. 126 Solubilidd. 126 Depósitos incrustntes. 127 Control Opercionl de ls incrustciones. 128 Aditivos químicos. 129 Ensucimiento. 130 Dispersntes. 130 Surfctntes. 131 Control Microbiológico en torres de enfrimiento. 132 Problems cus del ensucimiento Microbiológico. 132 Microbiologí del gu de enfrimiento. 132 Crecimiento Microbiológico. 134 Progrm de Control de lodos. 135 Biocid Activo. 136 Selección de biocid. 138 Control Microbiológico. 139 Considerciones práctics. 141 Cálculos básicos en sistems de recirculción biert. 142 Ciclos de concentrción. 142 Monitoreo y Control de un trtmiento. 148 Herrmients de control. 148

7 7 Cupones. 150 Aplicción Práctic Sistem de enfrimiento. 153 Equipos y métodos nlíticos. 155 Reportes. 160 CONCLUCIONES 163 BIBLIOGRAFIA 164

8 8 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA Tesis previ l obtención del Titulo de INGENIERO QUIMICO TEMA: Diseño y mntenimiento de torres de enfrimiento de tiro mecánico inducido en contrcorriente. AUTOR: Edison Bolívr Bernl Pesntez. DIRECTOR: Dr. Sixto Bolívr Bernl Brvo

9 9 AGRADECIMIENTO Agrdezco l sbidurí y enseñnzs de mis mestros, en especil l director de este trbjo y su idel de perfección... que por muco no lcnzo.

10 10 DEDICATORIA Dedico este trbjo : Mis pdres por su mor, pcienci y bendiciones. A mi ijos, pues de ellos es el futuro de mi ser. A Lourdes, pues de ell es el presente.

11 11 CAPITULO I T0RRES DE ENFRIAMIENTO

12 12 I.1 Introducción. Un torre de enfrimiento es un equipo destindo enfrir el gu cliente procedente de l refrigerción de un proceso, con ire circulndo en flujo contrcorriente o cruzd, mbos fluidos moviéndose trvés de un relleno y produciéndose un trnsferenci de clor y ms. El ire mbiente que est formdo por ire seco y que lo representmos con el subíndice ( S ) y gu en estdo de vpor que lo representremos con el subíndice ( V ), este ultimo represent l umedd del ire. El ire con poc umedd (no sturdo de umedd) tiene l cpcidd de bsorber ms umedd, st lcnzr ls condiciones de sturción. 1 Kg. de Aire seco 1 Kg. de Aire seco Vpor de gu. Humedd necesri pr sturrse Prcilmente Sturdo 1 Kg. de Aire seco Vpor de gu. Sturdo El intercmbio de clor y ms que tiene lugr en l superficie de contcto entre ls dos fses, líquido y gseoso; se reliz por dos procesos físicos. 1. Trnsferenci de clor ltente pr psr el gu de l fse liquid l fse de vpor, y trnsferenci de ms pr que entre l fse de vpor en el ire.

13 13 2. Trnsferenci de clor sensible, pr clentr l fse gseos. Pr lcnzr un buen funcionmiento de l torre el gu debe ser finmente pulverizd, o bien que forme un fin películ muy extendid, con el fin de logrr en mbos csos el máximo contcto posible gu-ire que fvorezc el fenómeno de trnsferenci. Aproximción Rngo Tempertur del gu cliente l torre Tempertur del gu frí de l torre Tempertur de bulbo úmedo Existen dos términos que yudn en l definición de l eficienci de un torre de enfrimiento: proximción y rngo. temperturs de gu cliente y l de gu frí. Aproximción es l diferenci entre l tempertur de gu frí y l tempertur de bulbo úmedo del ire. El rngo de un torre de enfrimiento es l diferenci entre ls En estos equipos debe cumplirse l condición de Merkel que dice: El número de uniddes de trnsferenci disponibles por el relleno debe ser igul l numero de uniddes de trnsferenci requeridos pr enfrir el gu. ( UDT ) Dip. = ( UDT ) Re q K V w, out G w w, in dw * (1)

14 14 I.2 Clsificción. Ls torres de enfrimiento se clsificn según su tiro, como indicmos continución: Torres de enfrimiento Con Tiro Nturl Mecánico Forzdo Inducido Sin Tiro: Torres tmosférics Contrcorriente Cruzds I.2.1 Torres de enfrimiento con tiro nturl. Están tienen un grn cimene cuy misión es inducir el tiro trvés del relleno Fig L corriente de ire se estblece por l diferenci de tempertur entre el ire en condiciones tmosférics y ls condiciones del ire l slid de l envolvente iperbólic de l torre. Est diferenci de temperturs provoc un diferenci de densiddes que induce un corriente de ire trvés del sistem. Se utilizn pr enfrir grndes volúmenes de gu, que llegn ls m 3 /, y un superiores. I.2.2 Torres de enfrimiento con tiro mecánico. Ests torres utilizn dispositivos mecánicos pr el movimiento del ire, lo que permiten un myor crg de gu, rellenos más

15 15 compctos y, por lo tnto, torres más pequeñs, l vez que pueden logrr un myor proximción l tempertur de bulbo úmedo. Ests torres son de dos clses: Tiro mecánico forzdo y tiro mecánico inducido. Detllmos un resumen de comprción entre los dos tipos de torres, TIRO NATURAL Y TIRO MECANICO: Tiro Nturl Bjos costos opercionles Mntenimiento mínimo. Solo se mueven válvuls pr generr el bypss y limpir el sistem. Poc tendenci l dispersión No y ruido de ventildores Tiro mecánico. Bjos costos de inversión. Cpcidd de controlr l cntidd de ire pr l tempord invernl y regulción de l tempertur. Bjo tmño Se puede umentr l cpcidd. No y recirculción y no y interferenci.

16 16 Esquems de los diferentes tipos de torres. Fig.1.1 Torre de tiro nturl Fig. 1.2 Torre de tiro mecánico forzdo Fig. 1.4 Torre de tiro mecánico inducido en corriente cruzd Fig. 1.3 Torre de tiro mecánico inducido en contrcorriente

17 17 I Torres de tiro mecánico forzdo. Son quells que forzn l ire psr trvés del relleno, medinte ventildores colocdos en l prte bj de l torre, creándose en el interior de l mism un presión myor que l tmosféric Fig En ests torres el gu discurre trvés del relleno en contrcorriente con el ire. Este tipo se utilizn en csos muy específicos, y que los vpores que se descrgn l tmósfer, tienden recirculr ci l spirción de los ventildores, pudiendo reducir el rendimiento de l torre st un 20%. I Torres de tiro mecánico inducido. Son quells que forzn l ire psr trvés del relleno, medinte ventildores colocdos en l prte superior de l torre, creándose en el interior de l mism un presión menor que l tmosféric. En ests torres el sentido de ls corrientes ire-gu pueden ser cruzd o en contrcorriente. I Torres de contrcorriente. En ests torres el ire ce un recorrido verticl scendente, en contrcorriente con el gu que ce Fig. 1.3.

18 18 I Torres de tipo cruzdo. En ests torres se produce un corriente orizontl de ire inducido sobre un cámr de solución que ctú de plenum Fig I.2.3 Torres tmosférics. Agu cliente Ests torres trbjn en función de l velocidd del viento Fig Agu frí Aire Fig Torre tmosféric Cudro comprtivo de los tipos de torres de cuerdo l flujo de iregu. Flujo Cruzdo Contrcorriente Tipo de relleno. Slpicdurí o lminr Fílmico, sujeto ensucimiento. Eficienci. Bj eficienci debido l Más eficienci ire eldo ire eldo en contcto en contcto con gu frí. con el gu cliente. Potenci de Requiere poc Alt potenci. ventildor. potenci. Velocidd del Alt. Bj.

19 19 ire. Cntidd de ire Alto volumen. Poco volumen. Atque biológico. Formción de musgo y Poco musgo. lgs. Problems de depósitos. Depósitos por musgo en ls áres expuests. Depósitos de musgo que disminuyen l trnsferenci de clor. Recirculción de Muy probble. Poco probble. ire sturdo. Ensucimiento Muy probble. Poco probble. I.3. Selección de l torre en función del cudl volumétrico enfrir. Atendiendo l cudl de gu enfrir, el cmpo norml de utilizción de los diferentes tipos de torres es: Tiro nturl: m 3 Tiro inducido contrcorriente: Tiro inducido cruzdo: m 3 Tiro forzdo: m 3 m 3

20 20 I.3.1 Torre de enfrimiento de tiro mecánico inducido en contrcorriente con relleno lminr. Fig. 1.6 Torre de Enfrimiento de Tiro mecánico inducido en Contrcorriente con relleno lminr I Celds. Un sistem de enfrimiento puede estr formd por un o vris celds que trbjn en form independiente.

21 21 Fig. 1.7 Celds que trbjn en form independiente I Prtes Constituyentes de un celd. Est torre const de ls siguientes prtes que son: Relleno, Sistem de distribución de gu, Cámr de rocido y zon de niebl, Sistem mecánico, Elimindor de gots, Persins y estructur, y Piscin. I Número de celds N c. El número de celds es un función del áre de terreno que disponemos pr estos equipos. Cudl volumétrico por celd Q w, c. El cudl volumétrico de gu pr cd celd Q w, c es igul l cudl totl de gu utilizr. Q w dividido por el número de celds que quiere Q Q = w w, c (2) N c

22 22 Donde: Q, = Cudl volumétrico por cd celd en litros minuto w c Q w =Cudl volumétrico totl enfrir en N =Número de celds c litros minuto I Sección trnsversl de l celd. I Concentrción Del Agu C w. Definición y recomendción de C w.- L velocidd de pso del gu trvés de l torre tom el nombre de concentrción del gu C w en 2 litros minuto / metro de sección de torre, y es igul l cudl volumétrico del gu Q w en 2 litros minuto dividido por l sección trnsversl A en metros. Pr el buen funcionmiento de un torre de enfrimiento, este vlor debe mntenerse dentro de ciertos rngos específicos pr cd torre. C Qw A W = (3) Despejndo el áre, tenemos: A Donde: Q w, c = (4) C w 2 A = Sección trnsversl de l celd metros Q, = Cudl volumétrico por cd celd en litros minuto w c 2 C = Concentrción del gu en litros minuto / metro w

23 23 L recomendción Técnic pr los sistems de relleno es: Tipo de relleno C W litros / min uto / metro Slpicdurí Lminr I Form de l sección trnsversl. Se recomiend que est sección trnsversl se cudrd, pr lo cul el ldo será: L = A (5) I Estudio del relleno pr un celd I Relleno. Existen dos tipos básicos de relleno que son: Lminres y Slpicdur. I Rellenos Lminres. En estos rellenos el gu se extiende en un infinidd de lmins de grn superficie, sin necesidd de trnsportrlo en gots, y tienen un myor rendimiento por metro cudrdo de superficie ocupd, por eso son ls ms costoss del mercdo.

24 24 Los mteriles utilizdos pr fbricr este tipo de relleno son: minto, plástico, cero glvnizdo y luminio. Generlmente en form de cps ondulds y lingotes ls cules se disponen en l torre de mner compct como se explic en l figur 1.8 Fig. 1.8 Relleno lminr en form de lingotes I Relleno de slpicdur. Estos están formdos por prrills constituids por listones de diversos mteriles: mder, luminio, poli estireno, polietileno, cerámic. I Crcterístics técnics de los rellenos de Slpicdurí. Se puede observr ls diferentes dimensiones del relleno de Slpicdurí, en cmbio ests medids se pierden en el relleno lminr, pues son puests en un solo bloque en el áre de l torre.

25 25 Relleno de slpicdur Mteril: Listones de mder. Form rectngulr Fig. 1.9 Distribución Seprción verticl: W = 9 Seprción Horizontl: H = 8 Seprción orizontl intermedi: S = 4 Tmño 2 ( 3 8) Fig I.4 Número de elementos de trnsferenci disponible o crcterístic de l torre que nos d este relleno. El relleno de un torre constituye lo que se llm l crcterístic de l torre de enfrimiento y nos d el número de elementos de trnsferenci disponibles (UDR) DISP, que posee est torre. Este vlor es obtenido sin el conocimiento de ls condiciones del ire ni del gu. Su cálculo se reliz medinte el primer miembro de l ecución de Merkel.

26 26 Su vlor numérico usulmente es obtenido de dtos experimentles, bjo form de tbls, gráficos, o fórmuls dds por los investigdores y ls css constructors, como un función de l relción de ls velociddes de Trnsferenci de ms. Así Tenemos: K V G w n = Ww Wg λ (6) Donde: M K = Coeficiente de trnsferenci de ms 2 L θ V = Áre de interfse gu-ire por unidd de volumen A [ L ] 1 = V =Volumen efectivo de relleno por unidd de áre pln de relleno A = V [ L]. G w = Velocidd másic del líquido M θ L 2 ( UDT ) Dis = K V G w = Numero dimensionl [ 1 ] λ y n = Constntes que dependen de: 1. Relleno: mteril, form, distribución de montje, tmño y tipo. 2. Altur del relleno = Z

27 27 Pr Rellenos de Slpicdur = p ( N 1) Z β (7) Donde: β = seprción entre pisos. N = numero de pisos. p Pr Rellenos Lminres Z = Np En l tbl 1 se dn ls ecuciones recomendds pr clculr el número de uniddes disponibles en un torre de enfrimiento con relleno de slpicdur, pr ls crcterístics indicds en l fig.1.9 y 1.10 K V G w n = Ww λ Wg 0 N.Pisos Z en, m UDT. λ n ( ) DISPONIBLES ,794 0, ,2589 0, ,6788 0, ,1544 0, ,1622 0,5536 K V G w K V G w K V G w K V G w K V G w = = = = = W W W W W W w w w W W W W w w (8) (9) (10) (11) (12) Tbl 1: Ecuciones pr clculr el número de uniddes de trnsferenci disponibles pr torres con relleno de slpicdurí.

28 28 En l Fig.1.11 se indicn los lugres geométricos correspondientes ls ecuciones (8), (9), (10), (11) y (12) en función de l relción ( W w W ) y el número de pisos. Fig.1.11 Uniddes de trnsferenci En l tbl 1A, se dn ls ecuciones recomendds pr clculr el número de uniddes disponibles en un torre de enfrimiento con relleno lminr pr ls crcterístics técnics en l fig. 1.8

29 29 Z en, m n K V = Ww λ G w Wg UDT. λ n ( ) DISPONIBLES ,794 0, ,2589 0, ,6788 0, ,1372-0, ,1522 0,5536 K V G w K V G w K V G w K V G w = = = = W W W W W W w w w W W w K V Ww = G w W Tbl 1: Ecuciones pr clculr el número de uniddes de trnsferenci disponibles pr torres con relleno lminr (8) (9) (10) (11) (12) En l fig.1.11, Se indicn los lugres geométricos correspondientes ls ecuciones (8), (9), (10), (11), (12) Fig.1.11 Uniddes de trnsferenci disponible pr torres de relleno lminr

30 30 I.5 Número de elementos de trnsferenci requeridos. I.5.1 Tempertur del ire mbiente. I.5.2 Presión totl. Suponiendo que el comportmiento de l mezcl cumple con ls leyes de los gses ideles, l presión totl ejercid por l mezcl será igul l sum de ls presiones prciles del ire seco y del vpor de gu en condiciones de sturción, pr este trtdo esto equivle 760 mm Hg. o 1tm. 760 (13) = P v + P I.5.3 Presión de Sturción del vpor de gu en el ire. * L presión P v del vpor de gu es un función de l tempertur del mbiente. 11, , ,5 ( 1.8 t ) * p = 760 e (14) V I.5.4 Humedd Reltiv. Es l relción entre l Presión de vpor que contiene un ms de ire y l que tendrí si estuviese sturdo l mism tempertur. H R P V = * V P Pr esión. de. vpor Pr esión. de. vpor. de. sturcion = (15)

31 31 Este vlor se determin insito con el equipo llmdo HIGROMETRO I.5.5 Presión de vpor de gu l tempertur del ire. P v. Est presión es clculd despejndo de l relción que existe entre l presión de vpor y l presión de sturción, relción que tiene el nombre de Humedd reltiv. P V = H R P * V (16) I.5.6. Tempertur de bulbo úmedo t wb. Es l tempertur límite de enfrimiento lcnzd por un pequeñ ms de líquido en contcto con un ms muco myor de ire úmedo. Est tempertur se puede obtenerse de dos forms: ) Puede medir insito con un equipo llmdo Psicrómetro que const de dos termómetros comunes de mercurio montdos en un soporte provisto de un mngo que se utiliz pr cer girr el prto. Los termómetros cumplen cd uno un función distint, uno de ellos nos mide ls temperturs del mbiente, denominds en este prto temperturs de bulbo seco t bs ; el otro tiene un bulbo envuelto en un pño bien mojdo con gu, y

32 32 ls temperturs que en el se leen l gitr el prto se denomin tempertur de bulbo úmedo t bw. b) Utilizndo l ecución Psicométric. * ( P ) V P wb v t wb = t (16) 0.5 Ecución que se resuelve por tnteo, puesto que no conocemos l tempertur del bulbo úmedo t wb. I.5.7 Tempertur del gu l slid de l torre t w, out. L tempertur del gu l slid de l torre est corde con l eficienci de l torre, el diseño de l mism y ls condiciones mbientles. I.5.8 Tempertur de enfrimiento y proximción en l torre. Un torre puede enfrir el gu st un tempertur t E tres 0 C myores l tempertur del bulbo úmedo t wb. t t + 3 (17) E = wb

33 33 L diferenci entre l tempertur de slid del gu t w, out y l del bulbo úmedo t wb se conoce con el nombre de proximción de l torre T, y su vlor debe ser igul o myor 3 0 C. Ver pág. 3. [ = ( t t )] 3 T (18) w, out wb I.5.9. Tempertur del gu l entrd de l torre t w, in. El vlor numérico de l tempertur del gu cliente obtiene de l Fig.1.12, en función de los siguientes prámetros: t w, in, se 2 C w = Concentrción del gu en litros minuto / metro = Tempertur del gu frí en 0 C t w, out t wb = Tempertur del bulbo úmedo en 0 C Su lectur se ce de l siguiente form: encuentre el punto de intersección entre l tempertur de bulbo úmedo y concentrción del gu. Trácese un rect uniendo el punto encontrdo con l tempertur del gu frí o tempertur de slid del gu de l torre, y prolongue dic líne st l líne de tempertur de gu cliente o tempertur de entrd del gu l torre de enfrimiento.

34 34 CONCENTRACIÓN DEL AGUA PARA TORRES CON RELLENO DE SALPICADURIA lts/min/m CONCENTRACIÓN DEL AGUA PARA TORRES CON RELLENO FILMICO lts/min/m 2 Fig Concentrción del gu I.5.10 Entlpí del ire seco ( Kcl Kg) 0 S d = t CpS 0 dt (19) S = 0, 24 t (20) I.5.11 Entlpí del vpor en ( Kcl Kg). Pr este cálculo se consider que l tempertur de sturción del vpor de gu ( t SV sturción es: ) es de cero grdos centígrdos y su presión de

35 35 11, ,9 ( 1.8 0) * + 421,5 p V = 760 e = 4, 62mmHg (21) Lo que nos indic que el vpor presente en el ire es un vpor sobreclentdo. Est condición indicmos en l Fig VS = fg t + Cp 0 V dt (22) VS = + Cp t (23) fg V = 597,2 + 0, 46 (24) VS t t p s = 4, 62mmHg t 0 SV = 0 C g t fg V VS Fig1.13 Condiciones del vpor de gu en el ire I.5.12 Cntidd de vpor de gu en el ire. I.5.13 Relción másic: vpor de gu-ire seco Η m = * M VW Pv = * M S 760 Pv kg. vpordegu kg. ireseco (25)

36 36 * 18 Pv Pv * PV = 0, P = m * * V H (26) p * V = 760 e 11, , ,5 ( 1.8 t ) I.5.14 Entlpí del vpor en kg kg VW S (,2 + 0, ) Η m = (27) VS t I.5.15 Entlpí de sturción * = + H (28) S VS m * P 760 P * V 0,24 t + [ 597,2 + 0,46 t ] 0,62 (29) = * V kcl kg kg kcl kg kcl VW + = S kg S VW kg S Donde: * P V = Presión de sturción del vpor de gu en el ire en mmhg t = Tempertur del ire en 0 C = Entlpí del ire seco en ( Kcl Kg) S = Entlpí del vpor de gu en ( Kcl Kg) v

37 37 Η m = Relción másic de concentrción entre l ms de sturción del vpor de gu y l ms de ire seco en ( Kg VW Kg S ) * = Entlpí del ire sturdo de vpor de gu en Kcl Kg ire sec o I.5.16 Número de elementos de trnsferenci requeridos pr eliminr el clor en un torre de enfrimiento ( UDT ) Re q. Pr este cálculo utilizmos el segundo miembro de l ecución de Merkel, y resolvemos por el método de Ceysew. win, wout, dw * = win, wout, (30) 4 Donde: W = Entlpí del gu en estdo liquido en Kcl Kg * = Entlpí del ire sturdo de vpor de gu Kcl Kg ire sec o = Entlpí del ire no sturdo lo lrgo de l torre. Llmd tmbién entlpí de operción, vlor que obtenemos de l rect de operción en Kcl Kg ire sec o, = Entlpí del gu en estdo liquido l entrd en Kcl Kg W in, = Entlpí del gu en estdo liquido l slid en Kcl Kg W out

38 38 ( t t ) * 1 = pr t1 = tw, out + 0, 1 W, in W, out (31) ( t t ) * 2 = pr t2 = tw, out + 0, 4 W, in W, out (32) ( t t ) * 3 = pr t3 = tw, in 0, 4 W, in W, out (33) ( t t ) * 4 = pr t4 = tw, in 0, 1 W, in W, out (34) t w, in = Tempertur de entrd del gu en 0 C t w, out = Tempertur de slid del gu en 0 C I Rect de operción. Est rect nos indic el comportmiento del ire y del gu lo lrgo de l torre. Se inici en l prte inferior de l torre y se termin en l prte superior de l mism. Su ecución se obtiene en función de ls entlpís, y los pres ordendos correspondientes estos puntos están indicdos en l Fig

39 39, out W, in Rect de operción Superior, out Inferior, in W, out W, in W, out W, in Fig.1.14 Rect de operción y pres ordendos Prte inferior Slid de gu y entrd de ire Pr ordendo ( ) W, out ;, in Prte superior Entrd de gu y slid de ire Pr ordendo ( ) W, in ;. out. L ecución de l rect que ps por estos puntos es: ( ), in, out, in = w w, out w, out w, in (35) I Pendiente de l rect de operción. Relizndo un blnce de clor l sistem tenemos: El clor perdido por el gu debe ser igul l clor gndo por el ire. 0 0 w ( w, in w, out, out, in W ) = W ( ) (36)

40 40 Pendiente= W = 0 W = w, out w, in, out, in w. in, out (37) w, in w, out 0 L ecución tomr l form: 0 W ( w w, out ) + in w 0, = (38) W de pso. Pero el cudl másico es igul l velocidd másic por el áre Por lo tnto: 0 W = G A, G A ( W W, out ) + in W, G A = (39) G ( w w, out ) + in = (40) w, G Pr l solución de est l ecución, Merkel recomiend: 1.- Que, in se l entlpí del ire sturdo con vpor de gu l tempertur de bulbo úmedo ( * ) wb in * ( PV ) wb ( ) ( ) + twb P = 0.24 t wb * 760 V wb, (41) Ls ecuciones y tomn l form:

41 41 0 W ( w w out ) + ( ) Kcl Kg S w = 0, W wb (41A) G ( w w out ) + ( ) Kcl Kg S w =, (41B) G 2.- Suponer un vlor pr ( G G w ). Este vlor será tl que permit * obtener vlores de siempre menores que, pr ls temperturs t, y t propuests en l solución de l ecución. 1 t2, t3, 4 En l Fig.1.16 se indic en form gráfic l solución del integrl que permite obtener el ( UDT ) Re queridos. Este integrl nos d el áre comprendid entre l curv de sturción y l rect de operción, en el intervlo de trbjo. Como no podemos obtener el vlor de conocemos l pendiente de l rect de operción ( G G w ) w qued en función de dic pendiente. =f ( * w ) G G w, in w, out por cunto no w, in, el * El conocimiento de est función nos yudr resolver l condición de Merkel. d w, out d w

42 42 w, in w, out d * Fig.1.15 Grfico de l función d * = G f G W G G W w, in w Los vlores del encontrdos en función de ( * w ) G G, son w, out d grficdos, obteniéndose el lugr geométrico que se indic en l Fig.1.15.

43 43 * ; W, in d W * W, out Curv de equilibrio 4 Rect de operción Pendiente = W w W * 4 1, out * * 2 * 1 * wb, in 1 2 t wb t w, out = w, out t ; w w t 1 t 2 t 3 t 4 t w, in = w, in Fig.1.16 Número de uniddes de trnsferenci

44 44 ; Curv de * equilibrio * W, out W, in d W Pr diferentes rects de operción * 4, out * * 2 * 1 * wb, in 1 2 t ; w w t wb t w, out = w, out t 1 t 2 t 3 t 4 t w, in = w, in Fig Clculo del integrl de Merkel pr diferentes pendientes de l rect de operción.

45 45 I Estudio de l ltur del relleno y cudles de proceso I Condición de Merkel. Los dos miembros de l ecución de Merkel n sido clculdos pr lgunos vlores de ( ) ( ) w w W W G G & & =. Los dos miembros serán igules pr un solo vlor de ( ) ( ) w w W W G G & & =, que puede ser encontrdo por l intersección de ls curvs. = w w G G d in w out w ϕ,, * Y = w w G G f G V K * * Así tenemos pr rellenos de slpicduri en l fig.1.18, y pr relleno lminr en l fig W W W & & win wout d,, * G W V K = W W W W d in W out w & & ϕ,, = W W W W G V K & & ϑ Fig.1.18 Condición de Merkel pr torres con relleno de Slpicduri

46 46 Con el vlor tomr pr ( G w G ), se cen dos estudios. 1.- El primero será l ltur del relleno en función del número de pisos correspondiente l isolíne selecciond como indic l fig.1.18, o directmente l ltur como indic fig.1.18ª. 2.- El segundo será el cudl másico de ire que entr l torre. Con el vlor tomr pr ( G w G ), despejmos el cudl màsico del ire que entr l torre. Est líne est compuest de ire seco (componente inerte) y vpor de gu (componente ctivo); cuyos vlores clculremos continución. Fig Condición de Merkel pr Torres con relleno Fílmico

47 47 I.6.1 Cudl másico de vpor de gu en el ire l entrd. Componente ctivo. Cálculo de l umedd inicil 0 W VW, in = 0 W + H, in 1 m, inicil PV P V (42) I.6.2 Cudl másico de ire seco en el ire l entrd Componente inerte W S W A, in W VW, in = (43) I.6.3. Cudl másico de ire l slid de l torre. Cálculo de l tempertur de slid del ire. Pr un relción G G del ire l slid será Fig.1.19: w escogid técnicmente, el vlor entálpico G ( w, in w, out ) in w, uot +, G = (44)

48 48, out, out = * ( ) t, out, in t W, out t, out t W. in Fig.1.19 Tempertur de slid del ire Según Merkel este ire estrá sturdo de umedd, por lo tnto, * * P V ( ) 0,24 * t, + ( 597,2 + 0,46 * t, )* 0,62 =, out t, out out out 760 P = (45) * V t, out De l ecución del de l torre t, out. despejmos l tempertur del ire l slid t, out P * V, out 370,26 * 760 P V t, out = (46) * P V 0,24 0,46 * 760 P V t, out Ecución que se debe resolver por tnteo:

49 49 t = t, out Sup * p v t 10, = t, out cl t s = t c SI Terminr t = out s t C NO t, I.6.4 Cálculo de l umedd de sturción * PV = 0, P Η m, S * V (47) I.6.5 Cudl másico de vpor en el ire l slid de l torre 0 0 W S W VW. F H m, Finl 1 = (48) I.6.6 Cudl de ire l slid & = & + & (49) W, out WS WVW, F

50 50 I.6.7 Cudl másico gu evpord y/o gu de reposición. L cntidd de gu evpord es igul l cudl másico de ire l slid ( W, out ) menos el cudl másico de ire l entrd ( W, in); recordndo que el componente inerte (ire seco) permnece constnte W repos. W. out W. in = (50) I.6.8 Cudl másico de gu que ce l piscin. L cntidd de gu que ce l piscin es igul l cudl másico de gu que entr ( ( W W, evpord); W W, int ) menos el cudl másico de gu evpord W Pis. W W, in W W, evpor = (51) I.7 Estudio del sistem de distribución de gu I.7.1 Boquills tomizdores. Ests boquills deben ser diseñds pr trbjr presiones bjs comprendids entre 2 PSI y 7 PSI. El diámetro de l boquill y el cono que form, deben estr de cuerdo con el cudl envir y el áre cubrir.

51 51 TABLA 2 Crcterístics Técnics De Un Boquill Atomizdor Tipo de boquill Tubo pr conexión 1/2 CH 1/2 NPT Diámetro interno del cuerpo 7/16 Diámetro de orificio 3/8 Angulo de tomizción α = 68 Cudl en litros por minuto 9,7 11,25 12, Presión en librs por pulgd cudrd En l tbl tenemos ls crcterístics técnics de un boquill tomizdor. Pr otrs boquills se debe consultr ctálogos. I Número de boquills N B. El número de boquills se obtiene con l siguiente ecución: N B Q w, c = (52) Q b Donde: N B = Número de boquills Q, = Cudl volumétrico por cd celd en litros minuto w c Q = Cudl volumétrico por cd boquill en litros minuto, este vlor es B un función de l presión.

52 52 Se recomiend que este vlor se un cudrdo perfecto, o tomr el cudrdo perfecto próximo. Esto permitirá un distribución cudrd de ls boquills. I Distribución de ls boquills. El áre de l celd se divide en tnts prtes igules (cudrdos) como indic el numero de boquills, en el centro de cd prte se coloc un boquill Fig L distnci entre boquill y boquill, viene constituir el pso de boquill P B. Este vlor nos permite clculr el diámetro de tomizción d, medinte ls siguientes ecuciones Fig. 1.20: P = 1, 25 B d P = B L N B P = 1, 25 B d (53) d 0,25 d PB d = 1,25 (54) Fig.1.20 Distnci entre boquills I Distnci de tomizción Z. Es l distnci existente entre, el relleno y ls boquills. Est distnci debe ser l necesri, pr obtener el diámetro de tomizción requerido. De l Fig vemos que:

53 53 Fig Distnci de tomizción 2 α Z d 2 d Z d tg = 2 2 α (55) = 2 2 tg d Z α (56) L P B d Fig.1.22 Distribución De Ls Boquills

54 54 I.7.2 Diámetro de tuberís D. El áre de pso pr un tuberí es: 2 A = π D Cudl v Q pso = 4 velocidd u = (57) 4 Q D = π u (58) Donde: D = Diámetro de l tuberí en m Q = Cudl volumétrico de gu en u = Velocidd en m seg m 3 seg I Velocidd del gu u. L velocidd del gu en l tuberí debe ser de: u = 1, 4 metros seguno I Cudl de gu. El cudl volumétrico de gu es de dos vlores: 1. El que v por l tuberí principl Q w, que nos drí el diámetro de l líne principl.

55 55 2. El que v por los rmles Q w, r boquill N B, r, que será igul l cudl de cd Q B multiplicdo por el número de boquills de ese rml. Este cudl nos permite clculr el diámetro de l tuberí secundri. I.8 Estudio de l Cámr de rocido y zon de niebl. Est dos prtes de l torres de enfrimiento, pueden estr unids o seprds por ls tuberís de distribución de líquido. Estrán unids cundo ls boquills de tomizción estén dirigids ci rrib, en este cso l ltur necesri pr ests prtes tendrá un vlor de 2,4 metros 2,7 metros. Ver Fig Estrán seprdos cundo ls boquills de tomizción estén dirigids ci bjo. En este cso l cámr de rocido será de l ltur correspondiente los cálculos pr l seprción entre el relleno y ls boquills, y l zon de niebl entre 1metro y 1,4 metros de ltur. Ver Fig

56 56 Seprdor de gots 2,4_ 2,7m Zon de niebl y cámr de rocido Entrd de gu Relleno Fig Zon de niebl y cámr de rocido junts Seprdor de gots Z 1 _ 1,4m Zon de niebl Cámr de rocido Entrd de gu Relleno Fig Zon de niebl y cámr de rocido

57 57 I.9 Estudio del seprdor de gots. El diseño de est prte est bsdo en cutro principios fundmentles que son: 1. Conservción del gu. 2. Retención de los químicos que se utilizn en el trtmiento del gu. 3. Prevenir l decolorción por ditivos químicos como cromtos. 4. Permitir ls regulciones mbientles. En l Fig.1.25 se indic el diseño de un seprdor de gots de tres psos, que es el más utilizdo: 50 cm Aire Gots de gu Fig Diseño de un seprdor de gots de tres psos

58 58 I.10. Estudio de l piscin. Ls funciones de l piscin son: - Permitir l Fundción pr l torre. - Tener un volumen suficiente pr reserv de gu. - Tener un zon de circulción lent pr el gu, lo que permite l decntción de l mteri orgánic. - Tener un zon de mezcl pr l buen distribución de los productos químicos. - Debido que ls torres de enfrimiento trbjn en form continu, en su diseño se debe prever un líne de purg que permit un limpiez fácil y totl de l mism. Agu frí de m l clidd Agu fri de buen clidd Pr bom b Fundición pr l estructur de l torre Cnl Nivel bjo Nivel de control Fig.1.21 P iscin Fig Piscin

59 A re d e c j d e b o m b 59 - En bse ests recomendciones técnics, l prtes que formn l piscin son: L piscin en si mismo, el cnlón y fos pr l bomb. En l Fig.1.26 se indic ests prtes. I.10.1 Cnlón. El diseño del cnlón merit un plnificción muy cuiddos. Lo idel es dividir en vrios psjes, cd uno proximdmente de 75x75 cm pero no myores que 90x90 cm, cd psje tendrá un set de tmices de ierro, los poros del tmiz serán lo suficiente pr detener culquier pedzo de mder (stills). C lo rin c io n T r t m ie n to q u ím ic o L d o d e l c o rrie n te y u d n te d e filtr c ió n P l c s d e fle c to r s Á r e d e p is c in Fig. F CCnlón n n A l entrd de cnlón debe ber un vertedero del ldo de l piscin, pr detener los sólidos sedimentdos que entrron l sistem.

60 60 Este vertedero debe ser diseñdo con lturs vribles pr logrr un buen limentción de gu l fos de l bomb. Ver Fig I.11 Sistem Mecánico. I.11.1 Cálculo Del Ventildor. Fig Ventildor Este equipo nos permite introducir l torre de enfrimiento l cntidd de ire necesrio pr que se produzc el proceso de umidificción, y de est mner enfrir el gu. Pr este cálculo debemos tomr ls crts técnics que nos proporcionn ls css constructors de estos equipos y en función de ells cer los cálculos correspondientes. L cs MOORE nos present ls siguientes crts técnics pr seleccionr un ventildor y los psos seguir. Ver Fig. 1.28

61 61 DATOS: - Pr El Lugr De Montje: Tempertur. En grdos Freneit 0 F Altur. En pies Ft - Pr El Aire: Cudl volumétrico. En estándr pies cúbicos por minuto SCFM - Pr El Ventildor: Presión estátic. En pulgds de gu H 2 O- Velocidd. En revoluciones por minuto RPM Diámetro del ventildor = 12 pies 1. Relción de densiddes. Con los dtos de l tempertur del ire y l ltur, podemos encontrr l relción de densiddes en el Cudro 1. Pr lo cul colocmos l tempertur en l escl de temperturs, y l ltur en l escl de ls lturs, luego unimos estos dos puntos y leemos l relción de densiddes en l escl centrl 2. Actul pies cúbicos por minuto ACFM. Con los dtos del cudl volumétrico que necesitmos y de l relción de densiddes, podemos encontrr el cudl volumétrico ctul en pies cúbicos por minuto del Cudro 2. Pr lo cul colocmos l relción de densiddes en l escl de relción de densiddes y el estándr cudl volumétrico en l escl correspondiente. Luego unimos estos dos puntos con un rect y leemos el ctul cudl volumétrico en l escl centrl.

62 62 3. Velocidd del ventildor en FPM. Este vlor obtenemos del Cudro 3. Pr lo cul colocmos en l escl superior el ctul cudl volumétrico en pies cúbicos por minuto ACFM, en l escl intermedi colocmos el diámetro del ventildor en pies, unimos estos dos puntos con un rect que se prolong st l líne inferior y leemos en est escl l velocidd del ventildor en pies por minuto. 4. Presión cinétic en pulgds de gu. L presión cinétic es obtenid del Cudro 4. En l escl superior colocmos l relción de densiddes, en l escl inferior colocmos l velocidd del ventildor en pies por minuto, unimos estos dos puntos con un rect y leemos en l escl centrl l presión cinétic en pulgds de gu. 5. Presión totl en pulgds de gu. Se obtiene l presión totl sumndo l presión estátic con l presión cinétic, como se indic en el Cudro Potenci del ventildor en BHP.En el Cudro 6. Colocmos en l escl superior l presión totl en pulgds de gu, en l escl inferior colocmos el cudl volumétrico ctul en pies cúbicos por minuto, unimos estos dos puntos con un rect y leemos en l escl intermedi l potenci del ventildor en brks HP.

63 63 7. Presión por blde en pulgd de gu. L máxim presión que puede desrrollr un blde un velocidd dd es obtenid en el Cudro 7. Pr lo cul colocmos en l escl superior l relción de densiddes, en l escl inferior colocmos l velocidd del ventildor en pies por minuto, unimos estos dos puntos con un rect y leemos en l escl centrl l presión del blde en pulgds de gu. 8. Número de bldes. En el Cudro 8. Coloque en l escl superior l presión totl en pulgds de gu, en l escl inferior coloque l presión por blde en pulgds de gu, un estos dos puntos con un rect y le en l escl centrl el número de bldes. 9. Pitc en ub diámetros. Pr determinr l deflexión en el ub, es necesrio encontrr el pitc en que l unidd est trbjndo, este vlor obtenemos en el cudro 9. En l escl superior coloque l velocidd del ventildor en pies por minuto, en l escl inferior coloque l revoluciones por minuto, un estos dos puntos con un rect y le en l escl centrl el pitc ub diámetro. 10. Deflexión del ub. Este vlor obtenemos del Cudro 10. En l escl superior colocmos el pitc ub, en l escl inferior colocmos el número de bldes y en l escl centrl leemos el ángulo de inclinción.

64 64 Fig Potenci del ventildor

65 65 Sin vlores.- Cundo no tiene vlores en l figur 1.29, se puede usr l figur 1.30 pr el cálculo de l potenci del ventildor. Su lectur se reliz uniendo el punto correspondiente l 100 por cien del resultdo norml de l torre con el punto de concurrenci y encontrmos que necesitmos 0,448 HP por metro cudrdo de áre efectiv y rel de l sección de l torre. Multiplicndo este vlor por el áre rel de l torre, se encontrr los HP necesrios en el ventildor pr relizr el enfrimiento necesrio. 0, ,30 0, Porcentje del resultdo del funcionmiento norml de l torre 90 Fig.1.30 Potenci del ventildor Punto de concurrenci 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 CV. por metro cudrdo de áre de l torre I.11.2 Cilindro de slid de ire (Cimene). I Diámetro. El diámetro de cilindro se clcul en función de l velocidd del ire, siendo sus vlores recomenddos de 1,55 3,55 m seg.

66 66 π D A = W = u ρ D = 0 4 W π u ρ (59) Donde: D =Diámetro de ls cimene en m W 0 =Cudl másico del ire en Kg u = Velocidd del ire en m seg 3 ρ = Densidd del ire en Kg m I Altur de l cimene. L ltur recomendd es de 1,2 m, pudiendo en dic ltur construir un vénturi pr fcilitr l slid del ire.

67 67 CAPITULO II ESTUDIO TÉCNICO PRÁCTICO.

68 68 Aplicdo l sistem de enfrimiento de gu de proceso en plnt Continentl Generl Tire (Llnter) II.1. Clculo Del tipo de torre. & W ρ = 1000 Kg m 3 W WW = Kg Q W 0 W = ρ W W = = 270 m Q w = 4500lit min 1200GPM Cudl ctul enfrido en ls torres de Continentl Generl Tire. Tomremos un torre de tiro inducido en contrcorriente con relleno de slpicdur y relleno lminr. II.2. Clculo del número de celds. Tomremos un celd Equipo Seprd or de gots Distribuidor de gu Rellen Aire Aire Fig. 2.1 Celd Agu

69 69 II.3. Sección trnsversl de l celd. ltr min m Relleno Cw 2 Qw A = = Cw = m = 115 Slpicduri = 169 Lminr II.3.1 Sección trnsversl de form cudrd. Relleno L = A = m Slpicduri L = = Lminr L = = II.4 Cálculo del número de elementos de trnsferenci disponible o crcterístic de l torre. Dremos un rngo de vlores pr Ww entre 0.5 y 3, pr obtener el vlor de ls uniddes de trnsferenci disponibles y llr su lugr geométrico. W

70 70 - Pr relleno de slpicdurí. W& W& w K V = G w ( UDT ) DISP N p = 11 N p = 19 N p = 27 N p = 35 N p = Z= Z= 7.77 Z= 6.00 Z= 4.11 Z= Pr torre s con rellen o Fílmi co. Fig. 2.2 Uniddes de trnsferenci disponibles pr torres conrelleno de Slpicduri

71 71 W& W& w K V = G w ( UDT ) DISP Z = 0.38 Z = 0.70 Z = 1.01 Z = 1.31 Z = Z= 1.76 Z= 1.31 Z= 1.01 Z= 0.70 Z= 0.38 Fig. 2.2 Uniddes de trnsferenci disponibles pr torres con relleno Lminr

72 72 II.5 Cálculo del número de uniddes de trnsferenci requerids ( UDT ) Re q. II.5.1 Cálculo de ls temperturs de proceso II.5.2 Tempertur del ire mbiente t = 15 0 C Presión totl PT = 760mm Hg. II.5.3 Presión de Sturción del vpor de gu en el ire. 11, ,9 ( ) * + 421,5 p V = 760 e = 12, 879mmHg II.5.4 Humedd Reltiv H R = 80% II.5.5 Presión de vpor de gu l tempertur del ire. P v p v = 0,8 x 12,879=10,3032 mmhg II.5.6 Tempertur del bulbo úmedo ( t wb ) Sup =13 0 C

73 73 * p V = 760 e 11, ,9 ( ) + 421,5 =11,3154 mmhg t wb 11, ,3032 = =13 0 C II.5.7 Tempertur del gu l slid de l torre t w, out. t w. out = 20 0 C t wb = 13 0 C [ T = ( t t )] 3 w, out wb II.5.8 Tempertur del gu l entrd de l torre t w, in. Relleno Cw tw out tw b tw in Slpicduri Lminr II.5.9 Cálculo de ls entlpís de proceso II Cálculo de l entlpí del ire no sturdo lo lrgo de l torre. 0 W ( w w, out ) + in w = 0, W

74 74 II Cálculo de l entlpí del ire l entrd l torre, in. Este vlor es igul l entlpí del ire sturdo con vpor de gu l tempertur de bulbo úmedo ( * ) wb t 0 wb = 13 C, in * ( PV ) wb ( ) ( ) + twb P = 0.24 t wb * 760 V wb * ( ) 8, Kcl Kg S 7784, in = = wb 0 W w = W ( w w, out ) + 8, Kcl Kg S II.5.10 Propieddes del gu tw in. = 30 0 C in W, = 30 Kcl Kg t, = 20 W out 0 C out W, = 20 Kcl Kg 0 W w = W ( w 20) + 8, Kcl Kg S II.5.11 Clculo de ls temperturs pr el integrl de Merkel 0 0 = ,1 ( 30 20) = C t = 30 0,4 ( 30 20) = C t = ,4 ( 30 20) = C t = 30 0,1 ( 30 20) = C t

75 75 Integrl de Merkel pr un pendiente = Ww = ( w 20 ) + 8, ,50 W& * Tempertur W 1. in W d, out * Nº T C ,2784 5,2946 0, ,7784 6,4958 0,1539 1, ,7784 7,4964 0,1333 2, ,2784 9,3417 0,1070 & Integrl de Merkel pr un pendiente = 0,75 * Tempertur W Nº T 0 C W& w = w W& ,5284 5,0446 0, ,7784 5,4958 0, ,2784 5,9964 0, ,5284 7,0917 0, ( 20 ) + 8, 7784 W 4. in d, out * 2,5 1,7199 Integrl de Merkel pr un pendiente Ww = ( w 20 ) + 8, 7784 = 1,00 W& * Tempertur W 1 Nº T C ,7784 4,7946 0, ,7784 4,4958 0, ,7784 4,4968 0, ,7784 4,8417 0,2065 & W 4 2,5. in d, out * 2,1497

76 76 Integrl de Merkel pr un pendiente = 1,25 W& W& w = w ( 20 ) + 8, 7784 Tempertur * W 1 W 4. in d, out * Nº T 0 C ,0284 4,5446 0, ,7784 3,4958 0,2860 2,5 3, ,2784 2,9964 0, ,0284 2,5921 0,3857. Integrl de Merkel pr un pendiente = 1,50 W& W& w = w ( 20 ) + 8, 7784 Tempertur * W 1 W 4. in d, out * Nº T 0 C ,2784 4,2946 0, ,7784 2,4958 0,4006 2,5 10, ,7784 1,4964 0, ,2784 0,3417 2,9265

77 77 * ; W, in d W * W, out Curv de 0 0 m = W W w m = m = 1.25 m = 1 m = m = , out t ; w w Fig. 2.3 Integrl de Merkel pr diferentes rects de operción w, in dw En l figur se indic l vrición del integrl w, out función de l relción de ls velociddes másics W& G G o W W W& * en

78 , d w 20 * 9 6 1, ,064 2,149 1, , 0,75 1,0 1,25 1,5 Fig. 2.4 Vlores numéricos del integrl de Merkel W& W& W II.6 Cálculo de l condición de Merkel Fig. 2.5 Condición de Merkel pr un torre con relleno de Slpicduri

79 79 Z= 1.76 Z= 1.31 Z= 1.01 Z= 0.7 Z= 0.38 Fig. 2.5 Condición de Merkel pr un torre con relleno Lminr El nálisis de l Fig. 2.5 nos indic, que podemos utilizr torres de diferentes pisos, con relleno de slpicduri en ls cules se cumple l condición de Merkel, estos vlores indicmos en l tbl 4: Tbl 4. Vlores numéricos pr l condición de Merkel pr un relleno de Slpicduri. Número de pisos W W w (UDT) DISP (UDT) REQ El vlor tomr pr l pendiente ( ) w G G = W w = 1 0 W 0

80 80 En el cso concreto de l figur 2.5, explic que podemos utilizr un torre con relleno de diferente tmño y que cumple con l condición de Merkel, y que se explic en l tbl 4. Tbl 4. Vlores numéricos pr l condición de Merkel pr un relleno Lminr. Z W W w (UDT) DISP (UDT) REQ II.7 Cálculo de los cudles de operción II.7.1 Cudl másico de ire l entrd l torre &, = Kg W in Est líne est compuest de ire seco (componente inerte) y vpor de gu (componente ctivo); cuyos vlores clculremos continución. II.7.2 Cálculo del cudl de vpor de gu. Componente ctivo

81 81 II.7.3 Cálculo de l umedd inicil Dtos del ire: 0 t in,. C =15 * p v.mmhg =12,79 Η R.% =80 p v. mmhg =10,3032 Η PV = 0, P m, inicil H m, inicil = 0,62 = 0, KgVW Kg S V Un kilogrmo de ire seco form 1, Kilogrmos de ire úmedo. 1,00852 Kg de ire = 1 Kg de ire seco + 0,00852 Kg. de vpor de gu 0 W, in W 0 VW. I.? II.7.4 Cudl másico de vpor gu en el ire l entrd 0 0 W, in W VW, in = H m, inicil 1, VW, in 0, , 96 W = 1,00852 = Kg VW II.7.5 Cudl másico de ire seco en el ire l entrd. Componente inerte W S = W A, in W VW, in

82 82 0 W S = ,96 = Kg S II.7.6 Cálculo del cudl másico de ire que sle de l torre. II.7.7 Cálculo de l tempertur de slid del ire. II.7.8 Entlpí del ire l slid G ( w, in w, out ) in w, uot = +, G ( 30 20) + 8, , Kg S 7784 Kcl, uot = 1 = Según Merkel este ire estrá sturdo de umedd, por lo tnto * * P V ( ) = 0,24 * t, + ( 597,2 + 0,46 * t, )* 0,62 =, out t, out out out 760 P * V t, out, out, out = * ( ) t, out 8, t, out 40 Fig. 2.5 Tempertur de slid del ire

83 83 De l ecución despejmos l tempertur del ire l slid del de l torre t, out t, out =, out * PV 370, P * PV 0,24 0, P * V * V t, out t, out t, out * PV 18, , P = * P V 0,24 0,46 * 760 P V * V t, out t, out t sup uet = 26,4 Presión de sturción = 25,32 t clculd = 26,4 Tempertur de slid del ire t, =26,4 out II.7.9 Cálculo de l umedd de sturción Dtos del ire 0 t in,. C = 26,4 * p v.mmhg = 25,32 Η R.% = 100

84 84 II.7.10 Humedd de sturción * PV = 0, P Η m, S * V Η 25, ,32 m, S = 0,62 = 0,02086 Kg VW Kg S Un kilogrmo de ire seco form 1,02086 Kilogrmos de ire úmedo 1,02086 Kg. de ire = 1 Kg. de ire seco + 0,02086 Kg. de vpor de gu 0 W S W VW. F 0.? II.7.11 Cudl másico de vpor en el ire l slid de l torre. 0 0 W S W VW. F = H m, Finl 1 0 VW. F = 0,02086 = 5584, 6 W Kg VW II.7.12 Cudl de ire l slid W, out = W S + W VW, F 0, out = ,6 = , 6 W Kg II.7.13 Cudl másico gu evpord y/o gu de reposición W repos. = W. out W. in 0 W repos. = ,

85 85 0 repos. = 3303, 6 W Kg W II.7.14 Cudl másico de gu que ce l piscin. L cntidd de gu que ce l piscin es igul l cudl másico de gu que entr ( ( W W, evpord); W W Pis W W, in W W, evpord W, int ) menos el cudl másico de gu evpord 0 = W Pis = , 6 W Pis = , 4 Kg 0 W W,out =273303,6 W w,in = WS,o= Ww,ev= W,s= W,in = Wvw,in= W w,rep = W w,pis = Fig. 2.6 Blnce de Ms en l torre clculd.

86 86 II.8 Sistem de distribución de gu. Presión pr l boquill = 5 PSI Cudl por cd boquill = 12,75 litros/minuto N B N B Q = w QB = 361 = 4500 = 12,75 352,94 II.8.1 Distribución de ls boquills. Pso de boquill Relleno de Slpicdurí Relleno Lminr L 6,25 L 5.16 PB = = = 0, 3289metros PB = = = 0, 2715metros N 361 N 361 B B Diámetro de tomizción Relleno de Slpicdurí Relleno Lminr PB 0,32889 PB 0,2715 d = = = 0, 2631metros d = = = 0, 2172metros 1,25 1,25 1,25 1,25

87 87 II.8.2 Distnci de tomizción Z. Relleno de Slpicdurí d 0,2631 Z = = = 0, 2224metros α 68 2 tg 2 tg 2 2 Relleno Lminr d 0,2172 Z = = = 0, 161metros α 68 2 tg 2 tg ,9 263, Fig. 2.7 Distribución De Ls Boquills pr un torre con relleno de Slpicduri

88 Fig. 2.7 Distribución De Ls Boquills pr un torre con relleno Lminr

89 89 II.8.3 Diámetro de tuberís D. Pr l tuberí principl: D = 4 Q π u w = 4 0,075 π 1,4 = 0,261metros D = 10 pulgds IPS Pr los rmles: Q w, r = QB N B, r D = 4 QB N B, π u r = 4 0, π 1,4 = 0,0434metros D = 1,75 pulgds IPS II.9 Cámr de rocido y zon de niebl. Seprdor de gots Zon de Entrd de gu Zon de 3817 Rellen Fig. 2.8 Cámr de rocido y zon de niebl pr un torre con relleno de Slpicduri

90 90 Seprdor de gots Zon de niebl Entrd de gu Zon de rocido 3817 Relleno Fig. 2.8 Cámr de rocido y zon de niebl pr un torre con relleno Lminr II.10. Clculo del sistem mecánico Potenci del ventildor DATOS: -Pr El Lugr Altur: A = 8200 ft Tempertur: T 0 = 55,4 F -Pr El Aire Cudl másico de ire por celd 0 W = N, out cel = = Kg 1 Densidd del ire P = R T = 1, ( ) = 1,23 Kg m 3

91 91 Cudl volumétrico por celd 0 W = = ρ = ,19 m = ,8 ft 3 1,23 min - Pr El Ventildor Presión estátic = 45 pu lg ds. deh 2O Revoluciones por minuto = 260 Diámetro del ventildor = 12 ft CALCULOS Con los dtos indicdos no tenemos vlores pr los gráfico 6.2. Utilizremos el grfico 6.3 Potenci del ventildor por celd HP 2 = ,06m = 17,42HP 2 m Clculo del diámetro de l cimene W 0 = Kg = 75 Kg seg u = 3,55 m seg 3 ρ = 1,23 Kg m 4 75 D = π 3,55 1,23 D = 4,67 m

92 92 CAPITULO III MANTENIMIENTO. TRATAMIENTO QUIMICO

93 93 III.1 Fundmentos del Trtmiento en Torres de Enfrimiento. III.1.1 Introducción. El gu fresc es un invlorble recurso que debe ser protegido trvés de un propido mnejo, conservción y uso. Un eficiente remoción de clor es un requerimiento económico en el diseño y operción de un sistem de enfrimiento. L trnsferenci de clor desde un fluido durnte un proceso d como resultdo un scenso de tempertur, o veces un cmbio de estdo en el gu de enfrimiento. Este incremento de tempertur en el gu de enfrimiento, modific sus propieddes y los componentes solubles presentes pueden ser corrosivos, incrustntes y desrrollr crecimientos microbiológicos Estos efectos y el control de ls condiciones que mntiene dicos efectos son l bse pr este estudio, el cul tom como ejemplo, Continentl Generl Tire.

94 94 III.1.2 Economí en l trnsferenci de clor. En el diseño de un sistem de trnsferenci de clor, el costo de construcción puede ser lto comprdo con el costo de operción y mntenimiento. Pero un importnte costo que se debe considerr es el de un trtmiento químico que se requiere pr prevenir los efectos del gu sobre dico sistem como son, l corrosión, l incrustción, los depósitos y el crecimiento microbiológico. Estos problems pueden fectr serimente l trnsferenci de clor y dejr fuer de servicio los equipos. III Trnsferenci de clor. En este tem repsremos ls complejs considerciones que envuelven el diseño de un intercmbidor de clor, en este equipo, el fluido cliente y el fluido frió están seprdos por un pred metálic Ls prtes de estos equipos son: l corz, los tubos, los crretes, ls plcs deflectors, los espejos, ls tps y boquills. En el tmño del intercmbidor se consider un blnce entálpico que nos d l cntidd de clor perdid por el fluido cliente y l gnd por el gu si como su cudl másico.

95 95 & ( ) = W ( ) (60) q = W & 1 2 c c2 c1 Donde: q W & c =Cntidd de clor gndo o perdid =Cudl másico del fluido frió (gu). c1 =Entlpí del fluido frió l entrd (gu). c2 =Entlpí de del fluido frió l slid (gu). W & 1 =Cudl másico del fluido cliente frió. =Entlpí del fluido cliente l entrd. 2 =Entlpí de del fluido cliente l slid. L energí clóric trnsferid entre los dos fluidos est dd por l ecución q Donde: q T m = (61) R T =Cntidd de clor trnsferido. T m = fuerz impulsor R T = resistenci totl L fuerz impulsor presente es l diferenci de temperturs, entre el fluido cliente y el frió; myor fuerz impulsor result en un myor velocidd de trnsferenci. Su cálculo se obtiene de l siguiente formul:

96 96 T2 T1 Tm = Tml = (62) T ln 2 T1 Donde: T ml = Diferenci medi logrítmic de temperturs T 1 = cercmiento de temperturs en el extremo 1 T 2 = cercmiento de temperturs en el extremo 2 t 1 t c2 Fluido Fluido frío t c1 T 1 t 1 t c2 t 2 T 2 t 2 t c1 Fig. 3.1 Tm Pr un Enfridor de contrcorriente Longitud del enfridor Figur 3.2 Resistencis Individules

97 97 L resistenci totl l flujo de clor, es l sum de ls diferentes resistencis individules, esto se muestr en l figur 3.2 y se expres mtemáticmente continución: R T r + = (63) 1 + r2 + r3 + r4 r5 R T = 1 A + 1 A d ew + K A W ml + 1 A c dc + 1 A c c (64) Donde: R T =Resistenci totl l flujo de clor. 1 r 1= A =Resistenci l flujo de clor de l películ en el ldo cliente. 1 r 2 = A d =Resistenci l flujo de clor por el depósito del ldo cliente. r 3= K W e W A ml =Resistenci l flujo de clor por l pred del tubo. 1 r 4 = Ac dc frío. =Resistenci l flujo de clor por ensucimiento en el ldo 1 r 5= Ac c =Resistenci l flujo de clor de l películ en el ldo frío. L resistenci l flujo de clor de l películ en el ldo cliente, y del ldo frío, depende de:

98 98 Ls crcterístics físics químics de los fluidos: viscosidd, clor específico, conductividd térmic. etc. L geometrí del equipo y ls velociddes de los fluidos. L resistenci l flujo de clor por ensucimiento en el ldo cliente, y en ldo frío, depende de crcterístics físico químics de los contminntes que están presentes en los fluidos y que generron el ensucimiento. L resistenci de un tubo l trnsferenci de clor depende únicmente del mteril de construcción y no tiene cmbio con el tiempo. Ls predes del tubo pueden ser tcds por l corrosión o l incrustción pero pierde poc resistenci, pero esto no signific cmbio. L ecución pr l resistenci totl l trnsferenci de clor podemos escribir de l siguiente form R T = 1 A U (65) Donde: R T = resistenci totl U = Coeficiente globl de trnsferenci de clor. A = Áre de trnsferenci de clor.

99 99 El coeficiente globl de trnsferenci de clor U, represent l fcilidd de trnsferenci de clor. A más lto el vlor de U, más fcilidd de trnsferenci de clor. Est fcilidd es el inverso de l resistenci. En el gráfico 3.3 indico el coeficiente globl de trnsferenci de clor como un función de l velocidd del gu en los tubos del intercmbidor. Aunque el ensucimiento se mnteng en un mínimo, no se puede tener control sobre el coeficiente globl de trnsferenci de clor U, por lo tnto los niveles térmicos comienzn disminuir, el flujo clórico no es el decudo y el equipo pierde eficienci y es potencilmente ineconómico. U Figur EDISON 3.3 BOLIVAR Velocidd BERNAL del PESANTEZ gu vs.u.

100 100 El clor trnsferido tom Aor l form: q = U A (66) T ml Donde: q = Cntidd de clor trnsferido. U = Coeficiente globl de trnsferenci de clor. A = Áre de trnsferenci de clor. ml T = Diferenci medi logrítmic de temperturs III Monitoreo. Ls ecuciones de trnsferenci de clor q = U A (67) T ml & ( ) = W ( ) (68) q = W & 1 2 c c2 c1 Son usdos pr mntener un monitoreo de: L eficci del diseño del intercmbidor. L eficci del progrm de trtmiento. L resistenci del tubo es constnte, l geometrí del sistem es constnte. Si ls velociddes del flujo se mntuviern constntes tnto en el ldo cliente como en el ldo del gu de enfrimiento, ls resistencis de películ tmbién se pudiern considerr constntes.

101 101 Ls vriciones en l medid del coeficiente de trnsferenci de clor U, son usdos pr estimr l cntidd y el lugr en el que se encuentr el ensucimiento. Si el coeficiente de trnsferenci de clor U no sufrido vrición, no y ensucimiento en dico punto o no lcnz un su punto critico. El ensucimiento de un intercmbidor se demuestr con un descenso del coeficiente globl de trnsferenci de clor U, y demás nos prevé de informción necesri pr efectur l limpiez o un progrm de trtmiento químico. El uso de un fctor de ensucimiento puede servir pr evlur l situción de un intercmbidor, durnte el servicio, pr ls condiciones de diseño. El fctor de limpiez ς f es un porcentje que se obtiene: U Sucio ς f = 100 (69) U lim pio L resistenci que produce el ensucimiento, o fctor de ensucimiento trnsferenci de clor inicil R d, es un relción entre el coeficiente globl de U L y el coeficiente globl de trnsferenci de clor durnte el servicio del intercmbidor U D expresdo: R f 1 1 U U = (70) L D

102 102 Los intercmbidores de clor comúnmente son designdos con fctores de ensucimiento que están entre 2 0 ft F 0,001 0,002, BTU dependiendo de l efectividd de trnsferenci de clor que exist en el proceso entre el gu de enfrimiento y el fluido enfrir. III.2 Corrosión III.2.1 Corrosión Corrosión puede ser definid como l destrucción de un metl por un rección químic o electroquímic con su medio mbiente. En sistems de enfrimiento l corrosión cus dos problems básicos: 1. Fll de los equipos provocndo dño con el obvio resultdo de prds inesperds o emplzmiento lo que conllev pérdids económics. 2. Descenso en l eficienci en l trnsferenci de clor de l plnt. El ensucimiento de un intercmbidor de clor es producto de l cumulción de los productos de l corrosión. L corrosión ocurre en el ánodo, donde el metl se disuelve. A menudo este est seprdo por un distnci físic del cátodo, donde un rección de reducción tiene lugr. Un potencil eléctrico existe entre estos dos lugres, y un corriente fluye trvés de l solución del

103 103 ánodo l cátodo. Este es compñdo por el flujo de electrones del ánodo l cátodo trvés del metl. L Fig. 3.4 ilustr este proceso. Fig. 3.4 Celd clásic de corrección Pr el cero, l típic rección de oxidción nódic es: Fe = Fe + e Est rección es compñd por l siguiente 2+ Fe + OH = ( ) 2 2 Fe OH El idróxido ferroso Fe ( OH ) 2 luego se combin con el oxigeno y gu pr producir idróxido férrico Fe ( OH ) 3, que lleg ser el oxido férrico cundo se desidrt Fe O. 2 3 L primer rección ctódic en sistems de enfrimiento es: 1 2 O H 2O + 2e = OH

104 104 L producción de iones idroxilo provoc un elevdo ph loclizdo en el cátodo, proximdmente 1 2 uniddes de ph myores que el ph del seno de l ms de gu. El oxígeno disuelto lcnz l superficie por difusión, como indic l líne onduld en l Fig L rección de reducción del oxígeno control l ts de corrosión en sistems de enfrimiento; l ts de difusión de oxigeno es usulmente el fctor limitnte. Otr importnte reducción ctódic es: + 2H + 2e = H 2 Pr vlores de ph neutrles o myores l concentrción de iones + H es bj, por lo tnto est rección no contribuye significtivmente en l ts totl de l corrosión. Sin embrgo como el ph decrece est rección lleg ser muy importnte, st que un ph cerc de 4, est lleg ser l rección predominnte en el cátodo. III Fctores que influyen el proceso corrosivo. El inicio de un tque corrosivo y l velocidd con que continur depende de fctores como lt tempertur, diferenci de mteriles en el sistem, bj velocidd de flujo, contminntes presentes en el gu, oxigeno y ierro disueltos, gses corrosivos, etc.

105 105 L formción de lugres nódicos y ctódicos necesrios pr que se produzc l corrosión, pueden ocurrir por lgun de ests rzones: (1) Impurezs en el metl, (2) Esfuerzos loclizdos, (3) Tmño del grno metálico o composición diferente, (4) Discontinuiddes en l superficie, (5) Diferencis en el mediombiente locl, (tempertur, concentrción de oxígeno, concentrción de sles, etc.). III.2.2 Tipos de corrosión. L Corrosión uniforme se produce cundo, ls diferencis locles no son muy grndes y los sitios nódicos y ctódicos pueden moverse de un lugr otro lugr en l superficie del metl (ver Fig.3.5). Esto d lugr un destrucción uniforme del metl, el problem es grve y produce flls en los equipos. Fig. 3.5 Corrosión uniforme en un cupón

106 106 L corrosión loclizd ocurre cundo el sitio nódico permnece estcionrio, es el más serio problem en l industri. Ls forms de corrosión loclizd son: (1) El pitting, (2) Desgste selectivo, (3) Corrosión glvánic, (4) Influenci microbiológic. Por erosión. Este tipo de corrosión no ce dentro de corrosión uniforme ni loclizd. III Pitting. El pitting (Fig.3.6) es un de ls ms destructivs forms de Corrosión y tmbién un de ls ms difíciles de predecir en los nálisis del lbortorio. El pitting ocurre cundo los sitios nódicos y ctódicos llegn ser estcionrios debido un lt diferenci en ls condiciones de l superficie. Est es generlmente promovid por velociddes bjs o condiciones de estncmiento y por l presenci de iones cloro. Un vez formdo el l solución interior es isld del seno del medio mbiente y lleg ser cd vez ms corrosiv con el tiempo. Fig. 3.6 Corrosión por pitting en un cupón de cero l crbono