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≫Torre de enfriamiento | ¿Qué es y cómo funciona? Proceso y calculos



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- Chiller para agua helada proceso

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.

Chiller para agua helada proceso

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) 

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

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.

Chiller para agua helada proceso

Donde: K= 0.5 para entradas cuadradas

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

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.

Chiller para agua helada procesoChiller para agua helada proceso

Perdida en la union universal = Hls₃

Chiller para agua helada proceso

Para hallar las perdidas es las  union universal,ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para LC/D.

Chiller para agua helada proceso

Pérdida por fricción en la línea de succión Hls4

Chiller para agua helada proceso

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.

Chiller para agua helada proceso

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)

Chiller para agua helada proceso

Para tubo de acero,  e = 4.6 x 10^-5 m, nos dara la rugosidad de la tuberia (tabla 4.5)

Chiller para agua helada proceso

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.

Chiller para agua helada proceso

Sustituiremos los valores:

Chiller para agua helada proceso

Buscamos el valor de LC/D.

Ahora, se encuentra la perdida en la succión Hls4.

Chiller para agua helada proceso

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.

Chiller para agua helada proceso

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

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

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).

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

Con los valores encontrados iniciaremos el cálculo de la energía perdida en la descarga.

Perdida en la union universal = Hld₁

Chiller para agua helada proceso

Para hallar las perdidas es la unión universal, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para LC/D.

Chiller para agua helada proceso

Perdida en la válvula globo = Hld₂

Chiller para agua helada proceso

Para hallar las perdidas es las válvula globo, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para LC/D.

Chiller para agua helada proceso

Perdida en los codos = Hld₃

Chiller para agua helada proceso

Para hallar las perdidas es los codos, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para

Chiller para agua helada proceso

Perdida en la T= Hld₄

Chiller para agua helada proceso

Para hallar las perdidas es las tes, ver tabla 4.2 para ftd y table 4.3 para

Chiller para agua helada proceso

Pérdida por fricción en la línea de distribuccion tuberias Hld₅

Chiller para agua helada proceso

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:

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

Para tubo de acero, e = 4.6 x 10^-5 m, nos dara la rugosidad de la tuberia (tabla 4.5)

Chiller para agua helada proceso

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.

Chiller para agua helada proceso

Se sustituirán los valores:

Chiller para agua helada proceso

Se busca el valor de LC/D.

Chiller para agua helada proceso

Ahora, encontramos la perdida en la línea de distribución tuberías Hld₅

Chiller para agua helada proceso

Perdida en la salida Hld₆

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

 

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

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

Chiller para agua helada proceso

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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