Ravera, Alberto Juan

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Tesis de Posgrado

Determinación de la característica Determinación de la característica

disponible de una torre de disponible de una torre de enfriamiento y cálculo de enfriamiento y cálculo de coeficientes de transferencia de coeficientes de transferencia de

calor por convección calor por convección

Ravera, Alberto Juan

1959

Tesis presentada para obtener el grado de Doctor en Ciencias Químicas de la Universidad de Buenos Aires

Este documento forma parte de la colección de tesis doctorales y de maestría de la Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir, disponible en digital.bl.fcen.uba.ar. Su utilización debe ser acompañada por la cita bibliográfica con reconocimiento de la fuente.

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Cita tipo APA:

Ravera, Alberto Juan. (1959). Determinación de la característica disponible de una torre de enfriamiento y cálculo de coeficientes de transferencia de calor por convección. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires.

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Ravera, Alberto Juan. "Determinación de la característica disponible de una torre de enfriamiento y cálculo de coeficientes de transferencia de calor por convección". Tesis de Doctor. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 1959.

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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

FACULTAD D11. CIHJCIAS 12‘

Determinación de la caracteristiga disponible de una torre de enfriamiento y calculo de coo:

ficicnte de transferencia de calor.

Tesis presentada por Alberto Juan Ravera par: optar al título de Doctor en Química.

-Resumen­

-- BUEFOS AIRES -­

1959

í/ïmg 72m, 1013

Este trabajo consta de los siguientes puntos:

1) Teoría y descripción do-1a torre.

2) Trabajo experimental y mejoras introducidas.

3) Apreciaci6n de lo resultados y cálculo de coeficientes de transmisión del calor por convección.

1.- Teoria z descripción de la torre

Puede considerarse a F. Merkel comoel iniciador de los estu­

dios 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 (EB__) es el coeficiente de transmisión de masa; a la supe ficie por uÏÏdad de Volumen1 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 hume­

dad absoluta del aire circundante).

En base a esta ecuación y utilizando algunas hipótesis simpli­

ficativas Merkel obtiene la ecuación diferencial:

L.dtw = K (i"-i').a. dV Separando variables de modo que:

dt _ K¡g.dV

L

t__-¡_a '­

e integrando de modo que los factores del 29 miembro sean indepen­

dientes de V. Lichtenstein obtiene la ecuación:

tw2

dtu _ K.a.V

ÉL? L

twl

El 29 miembrode ésta solo depende de las caracteristicas construc­

tivas de la torre en ensayo: E_ depende del material utilizado comc

relleno, a de 1a forma del mismo, Z depende de las dimensiones de la torre y L se fija de acuerdo con ciertos limites para cada tipo de to­

rre.

Por esta razón se designa a esta expresión (5¿¿_1) con el nom­

bre de "caracteristica de torre" o "Característica ditponible" de la torre.

Con los datos que se obtuvieron en los ensayos, e sea con la tem­

peratura de bulbo húmedoy seco a la salida y entrada de la torre, tem­

peratura del agua en los mismos puntos y caudal de agua y aire puede obtenerse K,g.V mediante la expresión:

L

K.Q¡V: G ‘g-XZ)

L Ldmm

dondeAXm(media logariünica del potencial de humedades absolutas) es

igual a:

AXm JW

Loge 222439 XiZ-Xz

siendo Xl-XZlas humedadcsabsolutas del aire a la salida y entrada de 1a torre respectiVamente y Xil la humedadabsoluta del aire satura­

do 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 deo( figuran en el punto

N9 3.

J La torre en ensayo fué construida en chapadur y se utilizó como relleno chapas de fibrocemento con una inclinación de 209 con respecto a la vertical. Estas chapas van colocadas en bandejas y cada una de es­

tas se colocó rotada en 909 con respecto a la anterior.

Tiene una altura útil (sin chimenea) de 6,40 m. y una sec­

ción 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 manó­

metro y el de_gég; utilizado un anemómetro colocado en la chimenea.

Trabajo experimental y mejoras introducidas.

La temperatura de bglbg húmedox bulbg seco del aire a la e1­

trggg 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 ca­

da detenminación (aproximadamente2 litros) en lugar de la termorre­

sistencia 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 húmedoz seco del gire a la salida utilizando un pirómetro más sensible donde se apreciaba la décima de grado.

La tgmgeraturg de bulbo húmedogel 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 envolvien­

do directamente la termocupla con el paño y calibrando con el psicró­

metro.

Para permitir una lectura cómoday efectuar un control

constante sobre el caudal de agua se bajó la válvula y el manómetro a 1,60 m. de altura (se encontraban a 5,45m.). Esto es muy impor­

tante si se tiene en cuenta que hay variaciones imprevistas de di­

cho caudal debido a que el agua es provista de varias plantas;

v lo id del se midió con un anemómetro de paletas más pequeñas que el utilizado antes y fué calibrado por el Servicio heteorológico Nacional para su uso en forma horizontal.

d t i c' se fijó de acuerdo al tiem­

po que tardaban en estabilizarse las temperaturas de bulbo húmedoy de bulbo seco del aire a la salida, determinadas por el pirómetro.

Se observó que esto ocurría en un tiempo no mayor de 15 minutos por lo que las lecturas so efectuaron entre los 15 y 20 minutos después de Variar el caudal de agua.

Todas las determinaciones seefectuaron manteniendo constante el caudal de aire y variando el de agua. Este último se fijó en 5.000, 6.000, 7.000, 8.000 y 9.000 lts/hora.

sión del calor por convección.

Losvalores de G.Ai (aumento de entalpia del aire) son meno­

res que los obtenidos para L. ¿»tw (calorias perdidas por el agua.

Las diferencias obser*adas son en la gran mayoria de los casos meno­

res que el 10%y deben atribuirse a la imprecisión con que se midió el caudal de aire.

Caractggigtica disponible: (5%1)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 alor más probable y su error. El valor más probable obtenido concuerda con la teoria de las torres de enfriamiento ya que dismin ye con el aumento del caudal de agua (L).

L (caudal) Ef!

' LTS.-Zhora c

oc. .h.

5.ooo...1,591'o,085 6.000 ...1,44.+. 0,1 7.000...1,331 0,1 8.000 ...1,19: 0,051 9.000...1,13= 0,03

Se calculó en base a un balance de energia entre el calor ganado por el aire y el perdido por el agua 5

G.Ai = «.435 + G. (¡g-X). r

siendo:

G: Caudal de aire.

¿liz Diferencia entre la entalpia del aire de salida y la

entalpia del aire de entrada.

K.- coeficiente de transmisión del calor por convección.

Am: diferencia media logaritmica entre el aire y el agua a la

entrada y salida de la torre.

: 81,52 m2. : superficie del relleno.

rá humedadabsoluta del aire a la entrada.

X: humedadabsoluta del aire a la salida.

r: calor de vaporización del agua a 259 C : 582 Cal/Kg.

Solo pudo calcularsetx cuando se mantuvo la temperatura de sa­

lida del agua mayor que la de entrada del aire (tws >>tl) ya que cuan do esto no ocurría se obtenían valores erróneos de At.

Conlos valores obtenidos se calculó también el valor más pro­

bable y se obtuvo:

L (caudadl K

__.C¿aL__

ltg¿ho;a

0.00.00...

h.DC. m2.

Goooooooouaooao.

loco-tono. _soon-nooo.

t 0,9

tooo-.000. 3]-’2 t

ngglgsigngg: los valores obtenidos para (Ef?) deben considerarse correctos ya que concuerdan con la teoria de las torres de enfria­

miento y son aproximados a los obtenidos por otros experimentadores que trabajaron en condiciones semejantes.

El cálculo de N solo puede ser aproximado ya que se efectúa tomando a fi_ comola superficie de contacto aire-agua, sin tener en cuenta la superficie de las gotas lo que se compensaal considerar que toda la superficie del relleno es mojado por el agua.

Los valores de x_están dentro del orden de magnitud de los

3. ­

dados por otros experimentadores y sólo serán válidos cuando se tra­

baje con una torre semejante y la mismadistribución del relleno.

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Dedlooeste trabajo al Ingeniero

José ¡aria nados ano cuya direc­

ción fue realizado.

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Descripción: Corte de la torre

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