El chiller o torre de enfriamiento opera bajo el principio del ciclo de Carnot, donde el proceso es reversible, estos quiere decir que es continuo donde tenemos un intercambiador o chiller que absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente aplicando un trabajo.
Torres de enfriamiento funcionamiento
Dando origen a una ciclo isotérmico y adiabático teniendo Expansión Isotérmica T1, una expansión adiabática Q=0, una compresión isotérmica T2 y por ultimo una compresión Adiabática Q=0, con este principio hablaremos del tema torre de enfriamiento basado sobre el principio de Carnot. En la imagen expuesta presento el funcionamiento.
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Torre de enfriamiento calculos
Torres de enfriamiento funcionamiento luego de conocer el principio del Carnot ahora abordaremos el tema que nos compete torre de enfriamiento o Chiller para agua helada proceso, calculo y uso Parte 1. Primero debemos saber cuales son nuestras necesidades, que uso se le dará al equipo, en este caso sera usado para enfriar agua potable a 15 Grado celsius para dotar una empresa de 900 empleados.
Vista isométrica de la red de agua fría
calculo redes distribucion agua potable
Red de agua (circuito primario) Dimensiones.
Para el análisis y calculo de la de agua según la normativa existente es necesario considerar los siguientes datos, los caudales mínimos de cada accesorio instalado en la red, el coeficiente de proporcionalidad (k) de cada accesorio para poder calcular las pérdidas de carga del sistema, las longitudes de los tramos de tuberías, la velocidad del fluido. Chiller para agua helada proceso, calculo y uso Parte 1
tablas de consumo de agua.
Consumo de agua de la empresa Industrial
Consumo de agua de la empresa Industrial
| Consumo de Agua Fría a 15 °C | ||||||
| Personal | A-Consumo unitario (Lit/dia) | B-Consumo acumulado (Lt/dias ) | C-Consumo acumulado (Lt/min ) | D-Consumo acumulado (gal/dia) | E-Consumo propuesto (m³/hora) | |
| 900 | 2.5 | 2250 | 1.5625 | 595.2380952 | 1 | |
Los cálculos fueron realizados para 900 personas que laboran en tres turnos de 8:00 horas de trabajo. Esta empresa trabaja de forma continua de lunes a Domingo, es decir 24 horas diaria los 7 dias de la semana.
Cantidad de bebederos instalados.
| Agua Fría a 15 °C | |||
| Equipos | Cantidad | Consumo unitario (Lit/min) | Consumo acumulado (Lt/min) |
| Bebedero | 17 | 5 |
85 |
Los cálculos fueron realizados para 900 personas que laboran en tres turnos de 8:00 horas de trabajo. Esta empresa trabaja de forma continua de lunes a Domingo, es decir 24 horas diaria los 7 dias de la semana.
capacidad de bombas de agua en hp
Cálculos de la Red de Suministro y Bombas de Agua torre de enfriamiento:
Realizaremos el calculo de la potencia que suministrara la bomba al sistema con una eficiencia de 90 %, conociendo el flujo volumetrico de 1 (m³/h) y una velocidad del flujo de 1.5 m/s, calcularemos también el diámetro de la tubería que sera de acero inoxidable con una longitud total 231 mts. El agua circulara a 15 °C, y llegara hasta cada punto de consumo. La Linea de succión es de 2 pulg. Cédula 40 de acero inoxidable y 50 cm de largo. Chiller para agua helada proceso, calculo y uso Parte 1
Para realizar Chiller para agua helada proceso, calculo y uso Parte 1 debemos realizar el cálculo de la bomba y las tuberías usaremos la ecuación de Bernoulli. Todos los cálculos serán desarrollado con el USO de la calculadora Texas Instrumet, de la serie TI-nspire Cx-CAS, encontraran mas información de la calculadora al final del capitulo.
Ecuacion de Bernoulli
Ecuación de la Energía:
1- 
2- P1= 0, esta expuesto a la atmósfera
3- Z1= 0, el punto 1 esta a nivel de la superficie
4- V1=0, no hay velocidad en la superficie
5- Hp=? Bomba del sistema
6- P2=0 , esta expuesto a la atmósfera
7- Z2= 4m
8- V2=0, no hay velocidad en la superficie
Sustituyendo
Hp=4+HL
Calcularemos HL:
HL= hlsuccion + hldescarga
Ecuacion de bernoulli ejercicios resueltos
Cálculos de la Energía Perdida en la Línea de Succión:
Se requiere la carga de velocidad en las líneas de succión.
Se requiere el calculo de la velocidad en la succión para ello usaremos la siguiente ecuación: conocemos ej flujo volumetrico Qs= 0.000278 (m³/s) y el flujo del área para la tubería de succión con un diámetro 2.0 pulg.
Que es el siguiente:
2.168*10^(−3)
Con los valores encontrados iniciaremos el cálculo de la energía perdida en la succion.
Calculo de la Energia Perdida en la Entrada:
torre de enfriamiento
Está dada por la formula para la perdida en la entrada.
Donde: K= 0.5 para entradas cuadradas
Perdida en la valvula check = hls₂= Esta dada por la formula, para hallar
las perdidas en la valvula check.
Ver tabla 4.2 para ftd y 4.3 para LC/D.
Perdida en la union universal = Hls₃
Para hallar las perdidas es las union universal,ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para LC/D.
Pérdida por fricción en la línea de succión Hls4
Para determinar las pérdidas de energía por fricción en las líneas de succión y las pérdidas menores en esta última, se necesitan el número de Reynolds, la rugosidad relativa y el factor de fricción para la tubería de diametro 2.0 pulgadas. torre de enfriamiento
Para el agua a 15 °C, p = 1000 kg/rn3 y n = 1.52 X 10^ (−3) Pa-s. (Tabla
Debemos de calcular el factor de fricción fs. El mismo depende de número de Reynolds (NR) y la velocidad.
Velocidad (v) = 0.128229 m/s
Diametro (D) = 0.0525 m
Densidad (p) = 1000 kg/m3 (table 606)
Viscosidad dinámica (η) = 1.15 X 10^−3 Pa-s (pag 606)
Para tubo de acero, e = 4.6 x 10^-5 m, nos dara la rugosidad de la tuberia (tabla 4.5)
Como el flujo es turbulento, porque NR>4000, el valor de fs debe evaluarse a partir de la Ec. P. K. Swamee y A. K. Jain.
Sustituiremos los valores:
Buscamos el valor de LC/D.
Ahora, se encuentra la perdida en la succión Hls4.
Pérdidas en la Linea de Succion de la Bomba |
||||||
| Simbolo | Componentes | Qty. | Resultado | Total | Unidad | |
| Hls₁ | Entrada | 1 | 0.000419 | 0.000419 | m | |
| Hls₂ | Valvula Chech | 1 | 0.000245 | 0.000245 | m | |
| Hls₃ | Union universal | 1 | 0.005413 | 0.005413 | m | |
| Hls₄ | Linead de succion | 1 | 0.00029 | 0.00029 | m | |
| hls | Energia total perdida en la entrada | 0.006367 | m | |||
Calculos de la energía perdida en la línea de descarga
Se requiere la carga de velocidad en las lineas descarga.
Se requiere el calculo de la velocidad en la descarga para ello usaremos la siguiente ecuación: conocemos el flujo volumetrico Q= 0.000278 (m³/s).
Debemos de hallar el diametro de la tuberia de descarga, usaremos la siguiente ecuacion Q=A.ν donde Q= 0.000278 m³/s es el flujo volumetrico, ν= 1.5 m/s es la velocidad promedio del flujo y A es area de la seccion del tuberia. A=Q/ν
Partiendo del A, encontraremos el diámetro de a tubería a utilizar en la descarga
Pasaremos los datos encontrados de m a mm= 15.348. El diámetro de la tubería es de 0.5 pulg. Y el flujo de área 1.960 X 10~4 (table 4.1).
Con los valores encontrados iniciaremos el cálculo de la energía perdida en la descarga.
Perdida en la union universal = Hld₁
Para hallar las perdidas es la unión universal, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para LC/D.
Perdida en la válvula globo = Hld₂
Para hallar las perdidas es las válvula globo, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para LC/D.
Perdida en los codos = Hld₃
Para hallar las perdidas es los codos, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para
Perdida en la T= Hld₄
Para hallar las perdidas es las tes, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para
Pérdida por fricción en la línea de distribuccion tuberias Hld₅
Para determinar las pérdidas de energía por fricción en las líneas de succión y las pérdidas menores en esta última, se necesitan el número de Reynolds, la rugosidad relativa y el factor de fricción para la tubería de diámetro 0.5 pulgadas. Para el agua a 15 °C, p = 1000 kg/rn3 y n = 1.52 X 10^ (−3) Pa-s. (Tabla).
Se debe calcular el factor de fricción fs. El mismo depende de número de Reynolds (NR) y la velocidad.
Donde:
Velocidad (v) = 1.41837 m/s
Diametro (D) = 0.0153 m
Densidad (p) = 1000 kg/m3 (table 606)
Viscosidad dinámica (η) = 1.15 X 10^−3 Pa-s (pag 606)
Donde:
Para tubo de acero, e = 4.6 x 10^-5 m, nos dara la rugosidad de la tuberia (tabla 4.5)
Como el flujo es turbulento, porque NR>4000, el valor de fs debe evaluarse a partir de la Ec. P. K. Swamee y A. K. Jain.
Se sustituirán los valores:
Se busca el valor de LC/D.
Ahora, encontramos la perdida en la línea de distribución tuberías Hld₅
Perdida en la salida Hld₆
Pérdidas en la Línea de Descarga de la Bomba |
|||||||
| Simbolo | Componentes | K | Qty. | Resultado | Total | Unidad | |
| Hld₁ | Union universal | 1 | 0.94129 | 0.94129 | m | ||
| Hld₂ | Valvula Globo | 18 | 0.94129 | 16.94322 | m | ||
| Hld₃ | Codos | 24 | 0.083055 | 1.99332 | m | ||
| Hld₄ | Tes | 18 | 0.05537 | 0.99666 | m | ||
| Hld₅ | Linead de distribuccion | 1 | 16.6404 | 16.6404 | m | ||
| Hld₆ | Salida | 18 | 0.102537 | 1.845666 | m | ||
| hld total | Energia total perdida en la salida | 39.360556 | m | ||||
capacidad de bombas de agua en hp
Sustituyendo
HL= HLs+HLd
HL= 0.006367+39.360556 > 39.366923 m
Ha=4+HL
Ha=4+39.366923 > 43.366923 m
Se ha seleccionado la bomba teniendo presente el flujo total del sistema al igual que las perdidas del mismo.
Los datos para la selección son: Flujo del agua 265 GPM, perdida del sistema 43.37 m.
Conoce mas del tema
En el próximo artículos veremos la bomba seleccionada, fotos y detalles
necesitas más información, puedes encontrarla en el siguiente artículo sobre Chiller de agua.
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