INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS

EXTRACTIVAS

DISEÑO Y OPTIMIZACIÓN DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO DE

TIRO INDUCIDO

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

INGENIERO QUÍMICO INDUSTRIAL

PRESENTA

AGUILAR GARCÍA HUGO ANTONIO

ASESOR

ING. ENRIQUE ORTEGA MUÑOZ

SEP SECRETAR1A DE

EDUCACIÓN PÚBLICA

T-108-17

Al C Pasante: HUGO ANTONIO AGUILAR GARCÍA

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Quimica e Industrias Extractivas

DEPARTAMENTO DE EVALUACIÓN Y SEGUIMIENTO ACADÉMICO

"Mo del Centenario de la Promulgación de la Constitución Politica de los Estados Unidos Mexicanos". "60 Aniversario del CECyT 14 "Luis Enrique Erro".

"60 Aniversario del Patronato de Obras e Instalaciones". "50 Aniversario de la COFAA-IPN".

"30 Aniversario de la Unidad Profesional lnterdisciplinaria de Biotecnologia".

Ciudad de México, 23 de octubre del 2017.

Boleta: 2008320003

Carrera: IQI

Generación: 2008-2012

Mediante el presente se hace de su conocimiento que la Subdirección Académica a través de este

Departamento autoriza que el C. lng. Enrique Ortega Muñoz, sea asesor en el tema que propone usted

desarrollar como prueba escrita en la opción Tesis Individual, con el título y contenido siguiente:

"Diseño y optimización de una torre de enfriamiento de tiro inducido".

e

Resumen_ Introducción.

L- Generalidades. IL- Justificación, funcionamiento, desarrollo de las ecuaciones de diseño y DTL llL- Desarrollo experimental y cálculos. IV.- Análisis de gráficas y resultados.

Conclusiones. Referencias. Anexos.

------

tir de esta fecha, para presentarlo a revisión por el Jurado asignado.

Operaciones Unitarias.

c.c.i.- Depto. de Evaluación y Seguimiento Académico c.c.i.- Depto. de Gestión Escolar CRG/rcr

¡/~;- ¡,¿-~? ~ lng. Víctor Manuel Feregrino Hernández

Subdirector Académico

SEP SECRETARIA DE

EDUCACIÓN PÚBLICA

T-108-17

Al C. Pasante: HUGO ANTONIO AGUILAR GARCÍA PRESENTE

Instituto Politécnico Nacional I' Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas ' ;

Departamento de Evaluación y Seguimiento Académico

'Año del Centenario de la Promulgación de la Constitución Politica de los Estados Unidos Mexicanos'. '60 Aniversario del CECyT 14 'Luis Enrique Erro'.

'60 Aniversario del Patronato de Obras e Instalaciones". , '50 Aniversario de la COFAA-IPN'.

'30 Aniversario de la Unidad Profesional lnterdisciplinaria de Biotecnologla'.

Ciudad de México, a 30 de noviembre del 2017.

Boleta: 2008320003

Carrera: IQI

Generación: 2008-2012

Los suscritos tenemos el agrado de informar a usted, que habiendo procedido a revisar el

borrador de la modalidad de titulación correspondiente denominado:

"Diseño y optimización de una torre de enfriamiento de tiro inducido"

encontramos que el citado Trabajo de Tesis Individual, reúne los requisitos para autorizar el Examen

Profesional y PROCEDER A SU IMPRESIÓN según el caso, debiendo tomar en consideración las

indicaciones y correcciones que al respecto se le hicieron.

lng. Hortensia D~l:s Gutiérrez ler. Vocal

~~ 3er. Vocal

Edificio 7, Unidad Profesional "Adolfo López Mateos", Col. Zacatenco, Deleg. Gustavo A. Madero, México, D.F.,C.P. 07738 Tel. Conmutador: (SS) S729 6000, ext. SS104

www.ipn.mx

RECONOCIMIENTOS

Al Instituto Politécnico Nacional, por darme la

oportunidad de desarrollarme dentro de sus instalaciones,

por la fortuna de perteneces a esta gran institución y

formarme como un profesional y así dar lo mejor de mí al

país.

A la Escuela Superior de Ingeniería Química e

Industrias Extractivas, por brindarme mediante

conocimientos y enseñanzas las armas necesarias para

crecer profesionalmente y ser parte de una de las

mejores escuelas.

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por permitirme vivir y disfrutar de la vida, por

poder ver realizar mis metas, mis sueños con esfuerzo y

dedicación. Por enseñarme a tener fe a pesar de los giros

irónicos que da la vida y a dar lo mejor de mí cada día.

A mi Padre, Javier Aguilar Morales por todo el

cariño, apoyo y paciencia que me has brindado

desde el comienzo de mi existencia y sobre todo

por todo ese saber que mediante consejos y

palabras de tu experiencia forman el hombre que

soy.

A mi Madre, Adelaida García García, que me ha dado

todo su amor y cariño incondicionalmente y que a costa de

mi superación ha pasado penas, desvelos, y abandonado

sueños, pero que gracias a sus consejos, su apoyo y

paciencia han hecho se sea un hombre fuerte, de bien, con

principios y valiente.

A mis hermanos y hermana que aunque todos y cada

uno seamos distintos han sido ejemplos claro de que la

vida es única y que el verdadero cariño es aquel que se

demuestra con los actos. Y que muy a su manera son

ejemplos de superación día a día.

Al Ing. Enrique Ortega Muñoz por el tiempo, apoyo,

conocimiento y concejos que me brindo para realizar este

trabajo. Por ser un guía en la labor de la enseñanza ante

tantas generaciones y ser un verdadero maestro, pero sobre

todo por ser un gran ser humano.

A mis abuelos, que gracias a ellos tengo a los padres

que tengo, ya que ellos fueron sus guías en el duro

camino de la vida.

A todos y cada uno de mis profesores, que a lo largo de

todo este tiempo, dedicaron tiempo y pación en su labor de

transmitirme sus conocimientos y hacer alguien mejor de

mí.

A todos mis compañeros de clase que al paso del

tiempo se convirtieron en compañeros de batalla y

terminaron siendo amigos de verdad.

Y a todos aquellos amigos que la vida me ha obsequiado y

han compartido un poco de su vida y su tiempo haciendo de

esta vida algo maravilloso.

Contenido

RESUMEN ............................................................................................................................................ 1

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................. 2

CAPITULO I. GENERALIDADES ........................................................................................................... 3

1.1. Humidificación y psicrometría ................................................................................................. 3

1.2. Humedad .................................................................................................................................. 4

1.3. Humedad absoluta ................................................................................................................... 4

1.4. Humedad de saturación ........................................................................................................... 4

1.5. Humedad relativa ..................................................................................................................... 5

1.6. Psicrometría ............................................................................................................................. 5

1.7. Carta Psicrométrica .................................................................................................................. 6

1.8. Calor, temperatura y capacidad calorífica ............................................................................... 7

1.8.1. Calor y temperatura .......................................................................................................... 7

1.8.2. Temperatura de Bulbo Seco .............................................................................................. 8

1.8.3. Temperatura del bulbo húmedo ....................................................................................... 8

1.8.4. La temperatura del punto de rocío ................................................................................... 9

1.8.5. Capacidad calorífica .......................................................................................................... 9

1.8.6. Calor sensible .................................................................................................................... 9

1.8.7. Transferencia de calor ..................................................................................................... 10

1.8.9. Convección ...................................................................................................................... 10

1.8.10. Radiación ....................................................................................................................... 11

1.8.11. Calor húmedo ................................................................................................................ 11

1.9. Volumen Húmedo .................................................................................................................. 12

1.10. Entalpía ................................................................................................................................. 12

1.11. Transferencia de masa ......................................................................................................... 12

1.12. Torres enfriadoras de agua .................................................................................................. 13

1.13. Torre de enfriamiento .......................................................................................................... 14

1.14. Fundamentos del método de enfriamiento ......................................................................... 16

1.15. Condiciones en una Torre de Enfriamiento ......................................................................... 17

1.16. Enfriamiento de agua por evaporación ................................................................................ 18

1.17. Tipos de torres de enfriamiento .......................................................................................... 19

1.17.1. Torre de enfriamiento atmosférica ............................................................................... 21

1.17.2. Torre atmosférica sin relleno ........................................................................................ 22

1.17.3. Torre atmosférica con relleno ....................................................................................... 22

1.17.4. Torres de tiro natural .................................................................................................... 23

1.17.5. Torre de tiro mecánico .................................................................................................. 23

1.17.6 Torre de tiro mecánico forzado ...................................................................................... 23

1.17.7. Torre de tiro mecánico inducido ................................................................................... 24

1.17.8. Torre de tiro mecánico inducido de flujo en contracorriente....................................... 24

1.17.9. Torre de tiro mecánico inducido de flujo cruzado ........................................................ 24

1.17.10. Torres de platos ........................................................................................................... 25

1.18. Temperatura de aproximación ............................................................................................. 25

1.19. Rango de enfriamiento ......................................................................................................... 25

1.20. Recirculación ........................................................................................................................ 25

1.21. Agua de reposición ............................................................................................................... 26

1.22. Pérdidas por arrastre ........................................................................................................... 26

1.23. Cámaras de aspersión .......................................................................................................... 26

1.24. Estanques de aspersión ........................................................................................................ 26

1.25. Partes internas de las torres de enfriamiento y función del empaque ............................... 27

1.26. Condiciones de proceso para las torres de enfriamiento .................................................... 28

1.27. Coeficientes de transferencia de masa ................................................................................ 29

CAPITULO II. JUSTIFICACIÓN, FUNCIONAMIENTO, DESARROLLO DE LAS ECUACIÓNES DE DISEÑO

Y DTI .................................................................................................................................................. 31

2.1. Justificación del uso y experimentación con el equipo piloto de torre de enfriamiento de tiro

inducido del laboratorio de operaciones unitarias de la ESIQIE ................................................... 31

2.2. Descripción del problema ...................................................................................................... 31

2.3. Ejemplo: Descripción del proceso de extracción de ácido clavulánico .................................. 31

2.4. Proceso de enfriamiento de agua en centrales nucleares ..................................................... 32

2.5. Funcionamiento ..................................................................................................................... 33

2.6. Ecuaciones para el análisis de la Torres de Enfriamiento ...................................................... 35

CAPÍTULO III. DESARROLLO EXPERIMENTAL Y CALCULOS ............................................................. 46

3.1. Condiciones de operación ...................................................................................................... 46

3.2. Especificaciones del equipo a operar ..................................................................................... 47

3.3. Preparación del equipo .......................................................................................................... 48

3.4. Operación del equipo ............................................................................................................. 48

3.5. Memoria de cálculo en torre de enfriamiento ....................................................................... 53

CAPITULO IV.ANÁLISIS DE GRÁFICAS Y RESULTADOS .................................................................... 70

4.1. Comportamiento .................................................................................................................... 70

Conclusiones ..................................................................................................................................... 81

Nomenclatura ................................................................................................................................... 83

Referencias ....................................................................................................................................... 86

Anexo ................................................................................................................................................ 88

1

RESUMEN

El uso continuo de sistemas para el control de temperatura en la industria, es un proceso

muy común en la actualidad. El agua que ha aumentado su temperatura proveniente de

diversos procesos en la industria, es de vital importancia debido a que es más económico

reutilizar el agua que tirarla y así no contaminarla, además de que el agua a temperatura

alta propicia el crecimiento de microorganismos, y otros contaminantes orgánicos e

inorgánicos.

Las torres de enfriamiento son los sistemas más económicos y de alta eficiencia para

lograr el descenso de la temperatura del agua proveniente de los procesos, y así permitir

que ésta retorne al sistema que necesitamos utilizar. Sin embargo los espacios en la

industria son en la mayoría limitados, lo que complica el uso de torres de grandes

dimensiones.

Por este motivo el objetivo principal de este trabajo es lograr mediante análisis y pruebas

realizadas en una torre piloto ubicada en el laboratorio de operaciones unitarias de la

Escuela Superior de Ingeniería e Industrias Extractivas, comparar los resultados con datos

obtenidos de una torre a nivel industrial, proponer el diseño de una torre de enfriamiento

a cualquier dimensión.

Se efectúa una investigación de información teórica de trasferencia de masa y energía,

para el entendimiento y modelo matemático que describe el comportamiento y

funcionamiento que rigen una torre de enfriamiento. Luego se realiza una serie de

pruebas con rangos establecidos por convención siendo dentro de ellos el flujo del aire

que entrara al sistema y el gasto de alimentación de agua.

Finalmente con los datos obtenidos y comparados, se desarrolla un análisis de los

resultados para la proposición de una torre de enfriamiento de tiro inducido.

2

INTRODUCCIÓN

El diseño y simulación de los diferentes dispositivos utilizados para el intercambio de calor

en la industria se ha realizado y construido a lo largo de la historia, lo cual ha generado un

marco teórico y experimental de referencia, para las futuras generaciones que buscan la

mejora e innovación de estos dispositivos. Esta referencia histórica ha permitido

establecer un análisis acerca del comportamiento y aprovechamiento de los fenómenos

de trasferencia de masa y energía.

Los fenómenos de transferencia de masa son comunes en la naturaleza e importantes en

todas las ramas de la ingeniería. Algunos ejemplos en los procesos industriales son: la

remoción de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de los gases y aguas

contaminadas, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de

sustancias al interior de poros de carbón activado, la rapidez de las reacciones químicas

catalizadas y biológicas, etc. Dentro de los procesos industriales el fenómeno de

transferencia de masa y energía más usado en casi toda la industria es el utilizado en las

torres de enfriamiento, es en este donde encontramos el sistema aire vapor de agua

usado como principio fundamental de operación. En estos casos, la materia transferida

entre las fases es el agua que forma la fase líquida, se evapora o se condensa.

En principio las torres de enfriamiento permiten que el agua presente a la entrada del

sistema se enfrié al estar en contacto directo con el aire suministrado, evaporando parte

del agua, humedeciendo el aire y devolviendo al agua fría al sistema de origen.

Las torres de enfriamiento son parte fundamental en casi toda la industria hoy día,

permitiendo un ahorro económico al ser sistemas altamente eficientes y de control

sencillo. Por eso ha surgido el interés por encontrar mejoras que permitieran optimizar su

desempeño tanto en proceso como en dimensiones.

La finalidad de este trabajo es recolectar la información teórica y experimental necesaria

que nos permita bajo un análisis experimental encontrar las condiciones óptimas de

operación y diseño, para cualquier torre de enfriamiento de tiro inducido.

1Treybal, Robert E.; Operaciones de Transferencia de Masa, Segunda Edición; Ed. Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1988; p. 247. 2Christie J. Geankoplis.; Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, Tercera Edición; Ed. Continental S.A de C.V., México, 1998; p. 671 3Yunus A. Cengel.; Transferencia de Calor y Masa, Tercera Edición; Ed. Mc Graw-Hill, México, 2007; p. 257 4Pedro J. Martínez de la Cuesta, Eloísa Rus Martínez.; Operaciones de Separación en Ingeniería Química Métodos de Cálculo; Ed. Pearson Educación S.A, Madrid, 2004; p. 744

3

CAPITULO I.

GENERALIDADES

1.1. Humidificación y psicrometría

Las operaciones de la transferencia de masa interfacial y de energía, que resulta cuando

un gas se pone en contacto con un líquido puro, en el cual es prácticamente insoluble se

define como operaciones de humidificación […].1

Esta operación se describe como el efecto de bajar la temperatura de un líquido (por lo

regular agua) que entra en contacto con el aire y este permite que exista un contacto

directo por el cual el fenómeno de evaporación extrae el calor del agua y la enfría,

humedeciendo el aire y formando una neblina.

Cuando un líquido relativamente caliente se pone en contacto directo con un gas que no

está saturado, parte del líquido se vaporiza. La temperatura del líquido disminuye debido

principalmente al calor latente de evaporación. Este contacto directo de un gas con un

líquido puro es muy frecuente en los casos de contacto de aire con agua para

humidificación de aire, para controlar el contenido de humedad del mismo en

operaciones de secado ó de acondicionamiento de aire; deshumidificación de aire, en el

que el agua fría condensa algo del vapor de agua del aire caliente; y enfriamiento de agua

donde la evaporación del agua en el aire enfría el agua caliente.2

Ya que el termino de humidificación no solo es exclusivo en las torres de enfriamiento se

dice que “El término acondicionamiento del aire suele usarse en sentido restringido para

implicar el enfriamiento pero, en su sentido amplio, significa acondicionar el aire hasta

tener el nivel deseado de calentamiento, enfriamiento, humidificación, deshumidificación,

limpieza y desodorización.3

La separación parcial del vapor de agua contenido en aire húmedo mediante agua a

temperatura suficientemente baja constituye la operación de deshumidificación del aire.

Por otra parte, la incorporación de vapor de agua a un aire de humedad reducida

mediante agua a temperatura suficientemente elevada, no constituye la operación de

separación inversa; pero sí, el fundamento de dos importantes operación básicas:

humidificación del aire y enfriamiento del agua, que juntamente con la operación de

deshumidificación del aire, se engloban bajo el nombre común de operaciones de

interacción aire-agua.4

5Christie J. Geankoplis.; Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, Tercera Edición; Ed. Continental S.A de C.V., México, 1998; p. 585 6Pedro J. Martínez de la Cuesta, Eloísa Rus Martínez.; Operaciones de Separación en Ingeniería Química Métodos de Cálculo, Primera Edición; Ed. Pearson Educación S.A, Madrid, 2004; p. 744 7Treybal, Robert E.; Operaciones de Transferencia de Masa, Segunda Edición; Ed. Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1988; p. 254.

4

1.2. Humedad

La humedad de una mezcla aire-vapor de agua se define como los kilogramos de vapor de

agua por kilogramo de aire seco.5

Se denomina humedad al agua que está presente en un cuerpo o al vapor presente en la

atmósfera el cual, por evaporación llega a formar las nubes. La humedad del aire es la

cantidad de vapor de agua presente en el mismo, ésta se puede expresar de forma

absoluta, relativa o grado de humedad.

El vapor de agua tiene una densidad menor que el aire, el aire húmedo es una mezcla de

aire y vapor de agua menos denso que el aire seco. El aire caliente que contiene vapor de

agua se eleva en la atmósfera en donde éste disminuye su temperatura a una media de

0,6 °C cada 100 m, ocasionando que al llegar a zonas más frías el vapor de agua se

condense y forme las nubes. Cuando éstas se acumulan forman gotas o cristales de hielo

que al unirse por contacto se enfrían y pesan demasiado provocando las precipitaciones

en forma de lluvia, granizo o nieve.

1.3. Humedad absoluta

Se define como la masa de vapor de agua que acompaña a la unidad de masa de aire-seco.

Se expresa como kg de vapor de agua / kg de aire seco, siendo por consiguiente un

número adimensional.6

Donde se representa:

*

Ec. I

Otra definición nos dice que “La relación masa de vapor/masa de gas, es la humedad

absoluta”.7

Ahora bien suponiendo que la mezcla de aire – vapor se comporta bajo la influencia de la

ley de los gases ideales, tendremos que la presión ejercida por la mezcla será la suma de la

presión parcial del aire (gas) y la del vapor de agua. Se tendrá entonces que:

Ec. II

1.4. Humedad de saturación

El aire saturado es aquél en el cual el vapor de agua está en equilibrio con el agua líquida

https://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttps://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sferahttps://es.wikipedia.org/wiki/Lluviahttps://es.wikipedia.org/wiki/Nieve

8Pedro J. Martínez de la Cuesta, Eloísa Rus Martínez.; Operaciones de Separación en Ingeniería Química Métodos de Cálculo; Ed. Pearson Educación S.A, Madrid, 2004; p. 745 9 http://procesosbio.wikispaces.com/Carta+Psicrometrica 10Ivan J. Jiménez Tejada, Carlos Alberto Olmos Ruiz.; Estudio y Cálculo de una Torre de Enfriamiento en la Compañía Colombiana de CLINKER S.A, Cartagena D.T. y C.; 1999, pág. 34.

5

en las condiciones dadas de presión y temperatura. En esta mezcla, la presión parcial de vapor del agua en la mezcla aire-agua es igual a la presión de vapor del agua pura a la temperatura establecida. Por consiguiente, la humedad de saturación es:

Ec. III

1.5. Humedad relativa

La humedad relativa es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una

muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que tendría el aire

estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. Otra definición nos

dice de una manera más concisa que la humedad relativa, “es la razón de la presión

parcial de vapor de agua en el aire a la correspondiente de saturación a la misma

temperatura.8

Se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

Ec. IV

1.6. Psicrometría

La psicrometría se encarga de la determinación de las propiedades de las mezclas de un

gas y un vapor. Es la ciencia que involucra las propiedades termodinámicas del aire

húmedo, y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y el confort

humano.9

Los principios comprendidos en las propiedades de otros sistemas son los mismos que

rigen el de aire - vapor de agua. Mientras que la razón psicrometría (la razón del

coeficiente de transferencia de calor al producto del coeficiente de la transferencia de

masa y calor húmedo) en el caso del sistema aire - vapor de agua, tiene un valor asignado

de 1, la razón de otros sistemas generalmente no es equivalente a 1.

Esto tiene el efecto de hacer que la temperatura de saturación adiabática sea distinta de

la temperatura de bulbo húmedo.10

6

1.7. Carta Psicrométrica

Una carta psicométrica, es una gráfica de las propiedades del aire, tales como

temperatura, humedad relativa, volumen, presión, etc. Las cartas psicrométricas se

utilizan para determinar, cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad en el aire.

Las propiedades psicrométricas del aire, han sido recopiladas a través de incontables

experimentos de laboratorio y de cálculos matemáticos. Aunque las tablas psicrométricas

son más precisas, el uso de la carta psicrométrica puede ahorrarnos mucho tiempo y

cálculos, en la mayoría de los casos donde no se requiere una extremada precisión. Como

se mencionó al inicio de este párrafo, la carta psicrométrica es una gráfica que es trazada

con los valores de las tablas psicrométricas; por lo tanto, la carta psicrométrica puede

basarse en datos obtenidos a la presión atmosférica normal al nivel del mar, o puede estar

basada en presiones menores que la atmosférica, o sea, para sitios a mayores o menores

alturas sobre el nivel del mar. Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con

sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para

el rango de media temperatura y otras para el rango de alta temperatura.

Figura 1. Carta Psicrométrica a 760 mmHg.

.

11Jorge A. Rodríguez.; Introducción a la Termodinámica con algunas Aplicaciones de Ingeniería, Universidad Tecnológica Nacional, Segunda edición; México, 1990, p. 20.

7

1.8. Calor, temperatura y capacidad calorífica

1.8.1. Calor y temperatura

La temperatura de un cuerpo es una medida de su capacidad de transferir calor. El calor es

una forma de transferir energía. Esa transferencia ocurre cuando hay desequilibrio

térmico, es decir cuando una de las partes entre las que tiene lugar esa transferencia “está

más caliente” (tiene mayor temperatura) que otras. Es muy importante tener bien en

claro la diferencia que existe entre calor y temperatura. Todos, en nuestra experiencia

cotidiana, hemos experimentado la desagradable sensación de una quemadura. Si

tocamos un objeto que está a mayor temperatura que la piel decimos que “está caliente”

y si nos piden explicaciones posiblemente digamos que el objeto “tiene mucho calor”. Este

es un mal uso de la palabra calor, y un ejemplo de confusión entre calor y temperatura. En

términos familiares calor es lo que emite una estufa y temperatura es lo que mide un

termómetro. Temperatura, por lo tanto, es una propiedad de los cuerpos, que no se

puede disociar de la materia tangible, mientras que calor es energía y puede existir

independientemente de la materia.

Si nos imaginamos dos objetos de distinta masa a igual temperatura, es evidente que el

contenido de calor (energía) de cada uno de ellos es distinto, cosa que se evidencia por

ejemplo en el hecho de que el objeto más pesado tarda más tiempo en enfriarse. La

temperatura es una medida de la capacidad de emitir calor o sea que cuanto más caliente

está un objeto (o lo que es lo mismo, cuanto mayor sea su temperatura) tanto mayor es su

capacidad de intercambiar calor con el medio que lo rodea, siempre que la temperatura

del medio sea distinta.11

Figura 2. Flujo de calor a través de 2 cuerpos.

12Christie J. Geankoplis.; Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, Tercera Edición; Ed. Continental S.A de C.V., México, 1998; p. 591. 13Marcilla Gomis.; Introducción a las Operaciones de Separación de Contacto Continuo., Edición Compobell, S.L. Murcia., Publicaciones de la Universidad de Alicante, 1999; p. 33.

8

1.8.2. Temperatura de Bulbo Seco

Es la temperatura del aire del sistema medida con un termómetro ordinario

1.8.3. Temperatura del bulbo húmedo

Es la temperatura de entrada en estado estacionario y no de equilibrio que se alcanza

cuando se pone en contacto una pequeña cantidad de agua con una corriente continua de

gas en condiciones adiabáticas. Puesto que la cantidad de líquido es pequeña, la

temperatura y la humedad del gas no cambian, contrario a lo que sucede en el caso de

saturación diabática, donde la temperatura y la humedad del gas sí varían.12

Consiste en un termómetro rodeado por una mecha sumergida en agua a la misma

temperatura que el aire ambiente y situados en condiciones adiabáticas en el seno de una

corriente de aire con humedad definida. En principio la temperatura del agua que

humedece el paño es muy próxima a la del aire. Si el aire no está saturado el agua se

evaporará. Finalmente, se alcanzará un estado estacionario para una determinada

temperatura del gas, de tal forma, que el calor necesario para su evaporación y para la

calefacción del vapor producido hasta la temperatura del aire, equivaldría al calor sensible

que llega desde éste. Esta temperatura, correspondiente al estado estacionario, se

denomina temperatura de termómetro húmedo, o simplemente temperatura húmeda.13

Figura 3. Termómetro de bulbo húmedo.

14 Donald Q. Kern; Procesos de trasferencia de Calor, Edición; Primera Edición 1965, Trigésima Primera Reimpresión, México, 1999, p. 657 15Pedro J. Martínez de la Cuesta, Eloísa Rus Martínez.; Operaciones de Separación en Ingeniería Química Métodos de Cálculo; Ed. Pearson Educación S.A, Madrid, 2004; p. 746 16Christie J. Geankoplis.; Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, Tercera Edición; Ed. Continental S.A de C.V., México, 1998; p.

18.

9

1.8.4. La temperatura del punto de rocío

Es aquélla a la que un gas con un contenido dado de vapor, deposita la primera gota de condensado cuando se enfría en un proceso de presión.14

El punto de rocío es la temperatura a la cual, si se desprecian los efectos de sobresaturación, aparece la primera gota de agua. Así la temperatura correspondiente al punto de rocío es aquella a la que la humedad de la mezcla aire-vapor de agua se iguala a la humedad de saturación.15

1.8.5. Capacidad calorífica

La capacidad calorífica se puede expresar como la cantidad de calor requerida para elevar en 1ºC, la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. Cuanto mayor sea la capacidad calorífica de una sustancia, mayor será la cantidad de calor entregada a ella para subir su temperatura. Es la razón de la cantidad de calor suministrado con el correspon-diente incremento de temperatura del cuerpo.

Capacidad calorífica

Sus unidades usuales son: . ⁄ / .

⁄ /

“Las capacidades caloríficas de los gases (también conocidas como calores específicos a presión Constante), Cp. Están en función de la temperatura y, para cálculos de ingeniería puede suponerse que son independientes de la presión cuando se trata de pocas atmósferas. En la gran mayoría de los problemas de ingeniería el interés radica en determinar la cantidad de calor que se requiere para calentar un gas de una temperatura t1 a otra t2. Puesto que el valor de Cp varía con la temperatura, es necesario integrar o bien usar un valor promedio adecuado de Cp media”.16

1.8.6. Calor sensible

La capacidad calorífica específica, calor específico o calor sensible de un material es la

cantidad de calor necesario para elevar un grado la temperatura de una unidad de masa.

Este es el calor que causa un cambio en la temperatura de una sustancia, pero no un

cambio en el estado de ella misma, permaneciendo la sustancia en estado sólido, líquido o

gaseoso.

17Christie J. Geankoplis.; Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, Tercera Edición; Ed. Continental S.A de C.V., México, 1998; p. 21. 18, 18 .1Yunus A. Cengel.; Transferencia de Calor y Masa, Tercera Edición; Ed. Mc Graw Hill., México, 2007; p. 1.

10

“Cuando una sustancia cambia de fase se producen cambios de calor relativamente

considerables a temperatura constante. Por ejemplo, el hielo a 0 °C y 1 atm de presión

puede absorber 6014.4 kJ/ kg mol. A este cambio de entalpía se le llama calor latente de

fusión. Cuando una fase líquida pasa a fase vapor con su presión de vapor a temperatura

constante, se debe agregar cierta cantidad de calor que recibe el nombre de calor latente

de vaporización.”17

1.8.7. Transferencia de calor

“Es la transferencia de energía, de las partículas más energéticas de un sistema hacia el

adyacente con menor energía (gradiente de temperatura), como resultado de la

interacción entre ellas”.18

Si en una sustancia continua existe un gradiente de temperatura, el calor fluye sin que se

produzca un desplazamiento en la materia. La conducción tiene lugar a escala molecular, y

el mecanismo corresponde a un transporte de la cantidad de movimiento de las moléculas

individuales a través de un cuerpo sólido. El ejemplo más corriente de conducción se

presenta en el flujo de calor a través de sólidos opacos, tales como ladrillos de las paredes

de un horno o la pared de un tubo metálico.

1.8.9. Convección

Es el modo de transferencia de calor entre una fase líquida y una fase gaseosa adyacentes

que están en movimiento, y comprende los efectos combinados de la conducción y del

movimiento del fluido.18.1

La convección es un fenómeno macroscópico, que sólo puede tener lugar cuando actúan

sobre la partícula o corriente de fluido fuerzas, que son capaces de mantener el

movimiento, venciendo las fuerzas de fricción. La convección está íntimamente

relacionada con la mecánica de los fluidos. Desde el punto de vista termodinámico, la

convección no se considera de hecho como un flujo de calor, sino como una densidad de

flujo de entalpía.

Cuando en un fluido que se encuentra en un campo gravitatorio, existen regiones de

distinta densidad, siendo las zonas más densas por más frías las que se encuentran en la

parte superior, éstas se mueven hacia las zonas de menor densidad que se encuentran en

la parte inferior (más caliente) desplazando el fluido que allí se encuentra. Por ejemplo, en

un radiador el aire frío al ser más denso que el aire caliente va hacia las zonas más bajas,

desplazando al aire caliente, que asciende hacia las zonas más altas. Las partículas más

calientes van hacia las zonas más frías y viceversa.

19 Yunus A. Cengel.; Transferencia de Calor y Masa, Tercera Edición; Ed. Mc Graw Hill., México; p. 1. 20Christie J. Geankoplis.; Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, Tercera Edición; Ed. Continental S.A de C.V., México, 1998; p. 587 21 Pedro J. Martínez de la Cuesta, Eloísa Rus Martínez.; Operaciones de Separación en Ingeniería Química Métodos de Cálculo, Primera Edición; Ed. Pearson Educación S.A, Madrid, 2004; p. 746

11

1.8.10. Radiación

“Es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones),

como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o

moléculas.”19

Radiación es la denominación que recibe la transmisión de energía a través del espacio

mediante ondas electromagnéticas. Si la radiación se transmite a través del vacío no se

transforma en calor u otra forma de energía ni sufre desviaciones en su trayectoria. Sin

embargo, si encuentra materia en su camino, la radiación puede ser transmitida, reflejada

o absorbida. Solamente la energía absorbida se transforma en calor, siendo esta

transformación cuantitativa. Por ejemplo, una superficie negra o mate absorbe casi toda

la radiación que recibe, transformándose la energía absorbida cuantitativamente en calor.

1.8.11. Calor húmedo

“Es la energía que se requiere para aumentar la temperatura de la masa unitaria del gas y

su vapor acompañante 1 °C a presión constante.”20

“El calor húmedo, de la mezcla aire-agua, se puede expresar mediante la siguiente

relación:

( )

⁄

⁄

( ) Ec. V

Ésta representa el calor necesario para elevar un grado Kelvin la temperatura de 1 kg de

aire seco más los “X” kg de vapor de agua que le acompañan. Pueden aceptarse como

constantes, con los valores respectivos expresados en el intervalo de temperaturas

comprendido entre 10°C y 60°C, que es en el que se suelen desarrollar las operaciones de

interacción aire-agua.”21

22 Pedro J. Martínez de la Cuesta, Eloísa Rus Martínez.; Operaciones de Separación en Ingeniería Química Métodos de Cálculo, Primera Edición; Ed. Pearson Educación S.A, Madrid, 2004; p. 746 23,24Treybal, Robert E.; Operaciones de Transferencia de Masa, Segunda Edición; Ed. Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1988; p. 257 y 258.

12

1.9. Volumen Húmedo

Es el correspondiente volumen de 1 kg de aire seco más el vapor que le acompaña, a la

presión de 1 atm y a la temperatura T, de la mezcla aire-vapor de agua.22

Dicho de otra manera el volumen húmedo de una mezcla vapor-gas es el volumen de

masa unitaria de gas seco y de su vapor acompañante a la temperatura y presión

dominantes.23 Puede expresarse por la siguiente ecuación:

(

*

Ec. VI

1.10. Entalpía

La entalpía (relativa) de una mezcla vapor-gas es la suma de las entalpías (relativas) del

contenido en gas y en vapor. Imagínese una masa unitaria de un gas que contiene una

masa de vapor a la temperatura de bulbo seco . Si la mezcla no está saturada, el

vapor está en un estado de sobrecalentamiento, y se puede calcular la entalpía con

relación a los estados de referencia, gas y líquido saturado a . La entalpía del gas solo es

( ) y el calor latente de evaporación del vapor a esa temperatura es λ, la entalpia

por masa unitaria de vapor será ( ) . Entonces, la entalpía total para la

mezcla, por masa unitaria del gas seco es24

( ) ( ( ) ) Ec. VII

1.11. Transferencia de masa

Una parte importante de las operaciones unitarias en Ingeniería química está relacionada

con el problema de modificar la composición de soluciones y mezclas mediante métodos

que no impliquen, necesariamente reacciones químicas. Por lo común estas operaciones

se encaminan a separar las partes o componentes de una sustancia.

En el caso de mezclas, las separaciones pueden ser totalmente mecánicas, como la

filtración de un sólido a partir de una suspensión en un líquido, la clasificación de un sólido

por tamaño de partícula mediante cribado o la separación de partículas en un sólido

basándose en su densidad. Por otra parte, si las operaciones cambian la composición de

soluciones, entonces se conocen como operaciones de transferencia de masa.

25 Treybal, Robert E.; Operaciones de Transferencia de Masa, Segunda Edición; Ed. Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1988; p. 1 y 2. 26Warren L. McCabe, Julián C. Smith, Peter Harriott; Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, Cuarta Edición; Ed. Mc Graw-Hill, España, 1991; p. 781. 27Treybal, Robert E.; Operaciones de Transferencia de Masa, Segunda Edición; Ed. Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1988; p. 291.

13

Las operaciones de transferencia de masa se caracterizan por transferir un compuesto de

una fase a otra a escala molecular. Por ejemplo, cuando el agua por evaporación, pasa de

una alberca a una corriente de aire que fluye sobre la superficie del agua, las moléculas de

vapor de agua se difunde a través de las moléculas de aire en la superficie, dentro de la

masa de la corriente, la cual las arrastra consigo. El fenómeno que nos interesa,

principalmente no es el movimiento como resultado de una diferencia de presión, como

sucede cuando se bombea un líquido a través de una tubería. En los problemas por tratar,

la transferencia de masa es un resultado de la diferencia de concentraciones, o gradiente,

en donde la sustancia que se difunde abandona un lugar en que está muy concentrada y

pasa a un lugar de baja concentración.25

1.12. Torres enfriadoras de agua

Cuando un líquido caliente se pone en contacto con un gas no saturado, parte del líquido

se evapora, disminuyéndose su temperatura. Este enfriamiento del líquido es el propósito

de muchas operaciones de contacto gas-líquido, especialmente en el caso del sistema

aire-agua. Grandes cantidades de agua se enfrían en estanques con aspersores y, más

frecuentemente, en torres altas a través de las cuales circula aire con tiro natural o

impulsado mediante un ventilador.26

El aire y el agua son sustancias de bajo costo, y cuando se deben manejar volúmenes

grandes, como en muchas operaciones de enfriamiento de agua, es esencial el equipo de

costo inicial bajo y de costo de operación también reducido. Con frecuencia, la armazón y

el empaque interno son de abeto de Douglas, o bien de pino, material que es muy durable

cuando se tiene un contacto continuo con agua. Es común la impregnación de la madera,

bajo presión, con fungicidas como creosota, pentacloro fenoles, cromato ácido de cobre y

similares. Generalmente, el entablado de los costados de la torre es de pino, cemento de

asbesto, poliéster reforzado con vidrio y similares. Se han construido torres

completamente de plástico. Generalmente, el empaque interno (“llenado”) es una forma

modificada de cañas, enrejados horizontales arreglados en forma escalonada con filas

alternadas a Ángulos rectos.

El empaque de plástico puede ser polipropileno, moldeado en forma de enrejado o alguna

otra forma. Se utilizan muchos arreglos. El espacio vacío es muy grande, generalmente

mayor del 90%, con el fin de que la caída de presión del gas sea lo más pequeña posible.

En consecuencia, la interface aire-agua no solo incluye la superficie de las películas

líquidas que humedecen los enrejados (u otro empaque), sino también la superficie de las

gotas que caen como lluvia desde cada fila de empaque hacia la siguiente.27

28Jonatan Ricardo Restrepo Garcia; Diseño Operacional de una Torre de Enfriamiento adiabática de agua de Tiro Mecánico Inducido Contracorriente a Escala Laboratorio, Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas, Bucaramanga, 2011; p. 17. 29https://es.scribd.com/doc/63858203/humidificacion-secado, Humidificación, Secado y Liofilización; pág. 147

14

1.13. Torre de enfriamiento

Las operaciones de trasferencia de masa, energía y cantidad de movimiento ocurridas en

sistemas de contacto liquido – vapor, constituyen un enfoque generalizado que han

contribuido a lo largo del tiempo al mejoramiento e implementación de los nuevos

dispositivos mecánicos dentro de los procesos industriales actuales. Siendo así,

herramientas versátiles en el estudio de la fenomenología para la transferencia de energía

y materia simultánea. Tiene como finalidad enfriar una corriente de agua y vaporización

parcial a través del intercambio calórico latente y sensible de una corriente de aire seco y

frio que circula por el mismo equipo.28

“La finalidad de una torre de enfriamiento es conservar el agua de refrigeración

reutilizando numerosas veces el agua enfriada. El agua caliente, que procede,

generalmente, de un condensador u otra unidad de transmisión de calor, se introduce por

la parte superior de la torre y se distribuye mediante bateas y vertederos de rebose,

cayendo en forma de cascada sobre un enrejado de tablillas que proporciona grandes

áreas de contacto entre el aire y el agua. El flujo ascendente de aire a través de la torre es

inducido por el viento y por la flotación del aire caliente en la torre. En principio, una torre

de enfriamiento es un tipo especial de torre de relleno. El material de relleno habitual es

madera de ciprés, que es el más económico, y que resiste la acción combinada del viento y

el agua.

En la torre, una parte del agua se evapora en el aire y se transfiere calor sensible desde el

agua caliente hacia el aire más frío. Ambos procesos disminuyen la temperatura del agua.

Para mantener el balance de agua solamente se requiere reponer las pérdidas por

evaporación y de arrastre por el viento. La fuerza impulsora para la evaporación se debe,

en su gran mayoría, a la diferencia entre la presión de vapor del agua y su presión de

vapor si estuviese a la temperatura húmeda del aire. Es evidente que el agua no puede

enfriarse por debajo de la temperatura húmeda del aire. 29

En la práctica, la temperatura del agua a la salida ha de ser superior a la temperatura

húmeda por lo menos en 4 o 5°F. Denominándose esta diferencia como acercamiento.

La diferencia de temperatura del agua desde la entrada hasta la salida recibe el nombre

de intervalo. Así, si el agua se enfriase desde 95 hasta 80 °F mediante exposición al aire

con una temperatura húmeda de 70 °F, el intervalo sería de 15 °F y el acercamiento de 10

°F. Si el agua procedente de una torre de enfriamiento ha de utilizarse en procesos de

refrigeración, el diseño del equipo de refrigeración ha de basarse en la máxima

temperatura esperada para agua fría. Esta depende a su vez, no de la máxima

temperatura seca del aire, sino de la máxima temperatura húmeda para el punto en

cuestión de que se trate. Se han publicado tablas de temperaturas húmedas máximas para

diferentes puntos de los Estados Unidos, así como para muchas otras partes del mundo.

30Ing. Fabio Manuel Rangel Morales, MBA. José Ángel Porlles Loarte; Torres Adiabáticas para Enfriamiento de Agua Métodos de Cálculo, Instituto de Investigación de Ingeniería Química; Universidad Nacional de Callao, 2015; p. 13.

15

La pérdida de agua por evaporación durante el enfriamiento es pequeña. Puesto que

aproximadamente se necesitan 1000 Btu para vaporizar una libra de agua, el enfriamiento

de 100 Ib de agua 10 °F proporciona el calor suficiente para evaporar 1 Ib de agua. Por

tanto, una variación de 10 °F en la temperatura del agua da lugar a una pérdida del 1 por

100 de agua por evaporación. Además se producen pérdidas por arrastre mecánico,

aunque en una torre bien diseñada este efecto solamente supone un 0,2 por 100. En el

enfriamiento de otros líquidos por evaporación las pérdidas de vaporización, aunque

pequeñas, son algo mayores que con agua debido a que su calor latente de vaporización

es menor.

Aunque se tiene algo de transferencia de calor sensible del agua hacia el aire, el efecto de

enfriamiento en la torre de enfriamiento casi es el resultado de la evaporación de una

parte del agua cuando esta cae a través de la torre .El calor para vaporizar la parte de agua

que se evapora es obtenido del resto de la masa del agua, de tal manera que se reduce la

temperatura de dicha masa de agua, el vapor resultante del proceso de evaporación es

sacado por aire que circula a través de la torre. Debido a que tanto la temperatura como

el contenido de humedad de aire se aumentan a medida que el aire pasa a través de la

torre de enfriamiento depende en gran parte de la temperatura del bulbo húmedo que

llega a la torre. Mientras menor sea la temperatura del bulbo húmedo del aire que llega a

la torre será más efectiva la torre de enfriamiento.

Otros factores que influyen en las características de las torres de enfriamiento son:

La cantidad de superficie de agua expuesta y el período de exposición

La velocidad del aire que está pasando a través de la torre

La dirección del flujo de aire con relación a la superficie de agua expuesta(paralela,

transversal o en sentido opuesto)”30

La superficie de agua expuesta incluye la superficie del agua en el depósito de la torre

todas las superficies humedecidas de la torre y la superficie combinada de agua cayendo a

gotitas a través de la torre.

Teóricamente, la temperatura más baja a la cual el agua puede ser enfriada en una torre

de enfriamiento, es la temperatura del bulbo húmedo del aire que llega a la torre, en cuyo

caso quedaría saturado el vapor del agua del aire a la salida. Además, el aire que sale de la

torre siempre estará un poco debajo de las condiciones de saturación.

31, 32,33Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valerezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p. 10, 12, 13.

16

Como regla general permaneciendo sin variar las demás condiciones a mayor cantidad de

agua circulada sobre la torre, se aproximara más el valor de la temperatura del bulbo

húmedo del aire. Sin embargo la cantidad de agua que económicamente pueda circularse

sobre la torre algunas veces está limitada por los requerimientos de potencia en la bomba.

Naturalmente que, para mantener el equilibrio entre el sistema de agua del condensador,

el rango de la torre deberá ser siempre igual al aumento de la temperatura del agua en el

condensador.31

1.14. Fundamentos del método de enfriamiento

Para una operación adecuada, todas las plantas de vapor, ya sea plantas que operen a

base de combustibles fósiles necesitan de un sistema de circulación de agua para remover

el exceso de calor del sistema de vapor a fin de condesarlo y transferir aquel calor al

medio ambiente. En todos los casos en que exista transferencia de masa, debe transferirse

también calor.

El calor latente del agua es tan grande que, la evaporación de pequeñas cantidades origina

grandes efectos de enfriamiento; generalmente en este caso el régimen de transferencia

de masa es pequeño, y el nivel de temperatura es bajo .El enfriamiento se lleva a efecto

poniendo en intimo contacto con una corriente de aire, cuya temperatura de bulbo

húmedo sea inferior a la del agua. En estas condiciones el agua se enfría por evaporación,

dado que la temperatura del aire que recibe calor sensible es inferior.

A medida que asciende la temperatura del aire aumenta su humedad y desciende la

temperatura del agua. La temperatura límite de enfriamiento del agua, es la temperatura

del bulbo húmedo del aire, correspondientes a las condiciones de entrada de la torre.

En esta operación un 2% de agua, de entrada se evapora por cada 10 grados de

enfriamiento que experimenta la misma.32

Por lo general el fenómeno de transferencia se caracteriza por su cinética, es decir, por la

velocidad con la cual se transporta el calor, la masa o la cantidad de movimiento; esto a su

vez depende de las respectivas gradientes de temperatura, del potencial químico, de

concentración másica o diferencias de viscosidad.33

34Veronica Elizabeth Portero Lopez, Santiago Rolando Valerezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construccion de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporacion de tiro Inducido, Escuela Superior Politecnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingenieria Quimica, Riobamba Ecuador, 2012; p 13 y 14.

17

1.15. Condiciones en una Torre de Enfriamiento

Figura 4. Trasferencia de masa y energía entre la fase líquida y gaseosa.

Si apreciamos la Fig. 4, esta nos muestra una operación de enfriamiento de agua, en la

cual dicha agua se pone en contacto con una mezcla fría gas-vapor. La masa y el calor se

transfieren hacia la fase gaseosa; por lo tanto es una apreciación de las condiciones de

una torre de enfriamiento. Además podemos anotar que las cantidades de calor y de masa

transferidas serán positivas.

Puede ocurrir también que el calor sensible y el calor latente, se transfieren en direcciones

opuestas. Esto sucede generalmente en la parte inferior de la torre de enfriamiento de

agua, en donde se enfría por debajo de la temperatura de bulbo húmedo del aire. La

Figura nos muestra las condiciones para la transferencia en direcciones opuestas de los

calores latente y sensible.

Puesto que en estas operaciones, las razones de cambio y las cantidades, tanto de las

transferencias de calor como de masa son sustanciales, deben escribirse paralelamente a

los balances de entalpia y a las ecuaciones de velocidad de transferencia de masa.34

35Veronica Elizabeth Portero Lopez, Santiago Rolando Valerezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construccion de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporacion de tiro Inducido, Escuela Superior Politecnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingenieria Quimica, Riobamba Ecuador, 2012; p 14 - 16.

18

1.16. Enfriamiento de agua por evaporación

En las torres de enfriamiento en las que el agua está más caliente que el aire, el calor

quitado al agua y transmitido al aire es la suma del calor sensible y del calor latente de

evaporación. El calor sensible es pequeño en relación al calor latente transmitido. Es

evidente que el agua no puede enfriarse por debajo de la temperatura de bulbo húmedo

del aire que entra. Dicha temperatura o sea, la temperatura de saturación adiabática,

representa la mínima que el agua puede alcanzar con un tiempo infinito de contacto entre

el agua y el aire en una torre de enfriamiento.

Para que tome lugar mayor evaporación, más calor debe ser removido. El calor restante es

absorbido por el aire debido a su incremento de temperatura pero éste intercambio de

calor sensible es menor comparado con el componente latente proporcionado por el

cambio de fase del agua.

Para que la evaporación se lleve a cabo se coloca agua caliente con el aire del medio

ambiente que debe tener una humedad relativa baja, se le realiza en equipos u otros

elementos expuestos al ambiente.

Si desea reducir la temperatura de grandes cantidades de agua de un modo controlado y

eficiente, las torres de enfriamiento sirven para este propósito ya que los parámetros que

intervienen en ellas están diseñados para que cumplan su función específica. Una torre de

enfriamiento de uso convencional funciona como sigue:

Por una tubería situada en la parte superior de la torre que va conectada a un distribuidor

circula el agua caliente a una temperatura, luego es distribuida en pequeñas gotas en

dispositivos diseñados para éste propósito, éstos dispositivos vienen en rellenos de

diferente tipos y cantidades, variando desde maderas curadas hasta materiales de

fibrocemento, polivinilcloruro (PVC), cerámica, etc.; los cuales son ubicados en forma de

mallas o en forma de paneles que le dan ciertas desviación a la trayectoria de la corriente

de agua al pasar por ellas y además se obtienen en área de máxima transferencia con el

aire atmosférico, el cual entra por la parte inferior de la torre debido la succión que realiza

el ventilador desde la parte superior con una temperatura de bulbo seco y de una

humedad absoluta Kg de vapor de agua / kg de aire seco.

Cuando se produce el descenso de la temperatura del agua dentro de la torre, al pasar por

ella, sólo una pequeña fracción de agua se pierde por evaporación en el fenómeno de

trasferencia de calor, la mayor parte del agua que se pierde por evaporación es por

transferencia de masa, la cual se produce cuando el aire que circula en contracorriente

entra en contacto con el agua llevando consigo parte de ésta hasta el medio ambiente. El

remanente del agua al llegar al final de la torre se la recoge en un colector o sumidero

para ser succionada por una bomba para ser usada vuelta en el proceso.35

36, 37Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valarezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p 16, 19.

19

El enfriamiento de agua que ha sido empleada en los procesos tales como el de

refrigeración se realiza con el fin de llevar el agua a su temperatura primitiva para que

pueda entrar nuevamente a prestar servicio en el proceso fabril .Este enfriamiento se lleva

a efecto poniéndola en intimo contacto con una corriente de aire cuya temperatura

húmeda sea inferior a la del agua. En estas condiciones el agua se enfría por evaporación,

y también por transmisión de calor sensible al aire si la temperatura de este es inferior.

A medida que asciende la temperatura del aire aumenta su humedad y desciende la

temperatura del agua. La temperatura límite de enfriamiento del agua es la temperatura

humedad del aire correspondiente a las condiciones de entrada a la torre por la parte

inferior de la misma, ya que el contacto se efectúa en contracorriente. Una pequeña

fracción del agua se evapora, cifrándose la operación en un 2% del agua de entrada por

cada 10 ° C de enfriamiento de la misma.36

1.17. Tipos de torres de enfriamiento

Como ya se dijo, una torre de enfriamiento es un equipo destinado al enfriamiento

evaporativo del agua, siendo esto conseguido, por un intercambio de calor latente

resultante de la evaporación del agua, y parte por trasferencia de calor sensible.

A continuación se menciona la clasificación de torres de enfriamiento más empleadas:

a) Torre atmosférica (Tiro Natural)

Enfriamiento por rociado, sin relleno

Enfriamiento por rociado, con relleno

b) Torre de circulación natural (chimenea)

c) Torre de tiro mecánico inducido o forzado

Flujo Contracorriente

Flujo Cruzado.37

Los arreglos más comunes se muestran en forma esquemática en la figura 5.

20

Figura 5. Tipos de torres de enfriamiento.

38Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valarezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p 20.

21

Figura 6. Torre de enfriamiento de tiro inducido.

1.17.1. Torre de enfriamiento atmosférica

Es una torre en la cual el movimiento de aire a través de la misma es función única de las

condiciones atmosféricas. El viento generalmente sopla en una dirección próxima a la

horizontal y el agua cae verticalmente.38

Por lo tanto, es una torre atmosférica donde el flujo de aire es cruzado con el flujo de

agua. Algunas de las ventajas de este tipo son las siguientes:

39, 40Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valarezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p 20 y 21

22

No posee partes mecánicas

Bajo costo de manutención

No está sujeta a recirculación del aire usado

Largos períodos de operación sin dificultades

Algunas de las desventajas son:

Alto costo de bombeo

Grandes dimensiones de la torres, debido a la imposición de una construcción

estricta.

Puede ser construida en área abierta, esto es en donde no ocurre perturbaciones

de circulación de aire.

La temperatura de agua fría varía en función de la dirección de la velocidad del

viento.

Debe ser dispuesta de acuerdo con la dirección predominante del viento.

El flujo de aire debe ser restringido a fin de limitar las pérdidas aumentando en

consecuencia las dimensiones de la torre.39

1.17.2. Torre atmosférica sin relleno

El agua es distribuida en la parte superior de la misma a través de eyectores, rociando el

agua en pequeñas partículas a fin de proporcionar un mayor contacto entre el agua y el

aire. El agua desciende libremente, siendo recogida fría en un tanque en la base de la

torre.

Es indicada para pequeñas instalaciones, como Centrales Eléctricas con motores a Diésel,

pequeños frigoríficos, etc., puesto que la operación es muy simple, no requiere atención

durante su operación. Tiene las siguientes desventajas:

Para la atomización del agua, es requerida elevada presión de recirculación de la

bomba.

Los inyectores para la atomización del agua tienden normalmente a taponarse,

desbalanceando la densidad de la lluvia.

Las pérdidas por arrastre debido al viento son muy altas.

1.17.3. Torre atmosférica con relleno

Es análoga a la anterior, pero con relleno interno generalmente de madera,

proporcionando así una mayor distribución del agua y una superficie mojada adicional. El

agua cae a través del relleno y aire atraviesa la torre lateralmente, en toda su altura.40

42Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valarezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p 24 y 25

23

1.17.4. Torres de tiro natural

“Estas torres son construidas con una chimenea situada en la parte superior del relleno, a

fin de proporcionarle a la misma el tiro. Estas torres son muy usadas en países donde la

temperatura del bulbo húmedo esta generalmente debajo de 68ºF (20ºC), el caso de

Canadá y el Norte de Europa, donde este tipo es predominante.

Ventajas de las torres de tiro natural:

Los ventiladores proporcionan un mejor control del movimiento del aire que las

torres de enfriamiento atmosférica.

Desventajas de las torres de tiro natural

La recirculación y la formación de neblina son problemas comunes para las torres

de enfriamiento hiperbólicas accionadas con ventiladores.

1.17.5. Torre de tiro mecánico

El tiro, es un flujo de aire a través de la torre, conseguido por medio de la instalación de

un ventilador. En estas torres las condiciones de proyecto pueden ser conseguidas

aproximadamente con precisión durante la operación de la torre con velocidad y cantidad

de aire, etc.

Algunas ventajas de las torres de tiro mecánico son:

Fácil control de la temperatura del agua fría.

Pequeña área ocupada.

Baja carga total (head) de la bomba, necesaria.

No existen restricciones para la localización de la torre; pequeña aproximación y

gran “rango” son posibles.

Algunas desventajas de este tipo de torre son:

Grandes cantidades de energía necesarias para la operación de los ventiladores.

Está sujeta a fallas mecánicas y a la recirculación del aire utilizado.

Altos costos de manutención.41

1.17.6 Torre de tiro mecánico forzado

“En este tipo de torre, los ventiladores se encuentran instalados en la parte inferior de la

misma, impulsando el aire hacia adentro de la torre. Sus principales desventajas son:

42Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valarezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p 24 y 25.

24

Están más sujetas al problema de la recirculación del aire saturado debido a la

zona de baja presión a la entrada del aire.

Dimensión limitada de los ventiladores (máximo 12 pies), aumentando por tanto el

número de los mismos y consecuentemente el número de motores, reductores,

etc.

En torres de tiro inducido se puede utilizar hasta 60 pies.

1.17.7. Torre de tiro mecánico inducido

Este tipo de torre podrá ser clasificada conforme al sentido del flujo del aire en: torre de

tiro inducido de flujo en contracorriente, y torre de tiro inducido de flujo cruzado.

1.17.8. Torre de tiro mecánico inducido de flujo en contracorriente

En este tipo de torre, la admisión del aire se efectúa por la base de la torre, subiendo en

contracorriente con el agua que es distribuida desde la parte superior de la torre. La

distribución del agua es administrada a través de celdas formando una especie de red en

la parte superior de la torre. Estas celdas están provistas de varios orificios distribuidores

que proporcionan una densidad de lluvia constante a través del relleno de contacto.

Su principal ventaja es que el agua más fría entra en contacto con el aire más seco y el

agua más caliente entra en contacto con el aire más húmedo, obteniéndose por tanto un

máximo rendimiento. Sus desventajas son las siguientes:

Un área restringida en la base y altas velocidades del aire en la entrada,

aumentando la potencia del ventilador.

La resistencia del flujo de aire contra el flujo de agua produce mayor pérdida de

carga, aumentando en consecuencia la potencia del ventilador.

La velocidad del aire a través del relleno no es uniforme, habiendo poco

movimiento en las paredes.

El sistema de distribución del agua no es accesible para la manutención durante la

operación.42

1.17.9. Torre de tiro mecánico inducido de flujo cruzado

En este tipo de torre el aire es admitido horizontalmente en toda la altura de la misma, y

el agua cae verticalmente a través del relleno de contacto. El aire es extraído por los

ventiladores instalados en la parte superior de la torre.

Sus principales ventajas son:

43Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valarezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p 26. 44,Treybal, Robert E.; Operaciones de Transferencia de Masa, Segunda Edición; Ed. Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1988; p. 292.

25

Baja pérdida de carga de aire, por tanto menos potencia de los ventiladores.

Arreglos simples para la distribución del agua.

Fácil acceso al sistema de distribución cuando la torres en operación.

La altura del relleno de contacto es prácticamente la altura de la torre.

Sus desventajas son:

Una mayor tendencia a la formación de algas en los sistemas de distribución,

debido a su exposición a la atmósfera.

Necesita de grandes correcciones a ser aplicadas, debido a la distribución de las

temperaturas a lo largo de la torre, principalmente donde tenemos grandes

“rangos” y pequeñas aproximaciones, casos en que a veces, este tipo de torre

necesita mayor área y menor potencia de los ventiladores, que el tipo de torre con

flujo en contracorriente.43

1.17.10. Torres de platos

Son muy efectivas, pero no se utilizan en forma común en las operaciones de

humidificación, deshumidificación o enfriamiento del gas, debido al costo y a la caída de

presión relativamente alta, excepto en circunstancias especiales.44

1.18. Temperatura de aproximación

El agua no puede enfriarse por debajo de la temperatura húmeda del aire y en la práctica

la temperatura del agua de salida excede en 2 a 3 °C la temperatura de bulbo húmedo del

aire. A esta diferencia de temperatura se conoce con el nombre de Temperatura de

Aproximación.

1.19. Rango de enfriamiento

Es el rango de temperatura entre la entrada y salida del agua de la torre.

Rango = T entrada - T salida (debe estar alrededor de 16 °C)

1.20. Recirculación

Refleja la fracción del aire saliente de la torre que regresa a ponerse en contacto con la

alimentación del aire.

45Veronica Elizabeth Portero López, Santiago Rolando Valarezo Tixi; Tesis de grado, Diseño y Construcción de una Torre de Enfriamiento de Agua por Evaporación de tiro Inducido, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Ciencias, Escuela de Ingeniería Química, Riobamba Ecuador, 2012; p 27 y 28. 46,Treybal, Robert E.; Operaciones de Transferencia de Masa, Segunda Edición; Ed. Mc Graw-Hill, Estados Unidos, 1988; p. 292 y 293.

26

1.21. Agua de reposición

Es la cantidad de agua que hay que adicionar al sistema de enfriamiento para reponer las

pérdidas por arrastre en la parte superior de la torre. Se agrega el porcentaje de

evaporación cada disminución de 2 a 3° C, es decir, del 2 al 3% que se evapora por cada

10°C de enfriamiento.

1.22. Pérdidas por arrastre

Es la cantidad de agua que en forma de finas gotas está siendo arrastra por el vapor por la

parte superior de la torre.45

1.23. Cámaras de aspersión

Estas son básicamente torres aspersoras horizontales y pueden re arreglarse. Se utilizan

con frecuencia para las operaciones de enfriamiento por humidificación adiabática cuando

el líquido recircula. Con gotas grandes del líquido, es posible tener flujos del gas hasta

aproximadamente 0.8 a 1.2 kg/m2 s (600 a 900 lb /ft2 h); de cualquier forma, se necesita

utilizar eliminadores de arrastre.

Como las superficies para la transferencia de calor en la entrada y salida permiten el pre y

post calentamiento del aire. Sin embargo, sí este método requiere cambios grandes de

humedad, es necesario el precalentamiento del aire a temperaturas elevadas, que

superen los 50°C.

Como alternativa, el agua de aspersión puede calentarse por arriba de la temperatura de

saturación adiabática, a la cual tenderá a llegar por inyección directa de vapor mediante

espirales de calentamiento.

1.24. Estanques de aspersión

Algunas veces se utilizan para el enfriamiento de agua, cuando no se requiere una

aproximación muy cercana a la temperatura de bulbo húmedo del aire. Básicamente, los

estanques de aspersión son fuertes, en donde el agua se dispersa hacia arriba en el aire y

vuelve a caer en el recipiente de recolección. Hay elevadas pérdidas de agua por arrastre

del viento.46

27

1.25. Partes internas de las torres de enfriamiento y función del empaque

Sí el agua pasa a través de una boquilla capaz de producir pequeñas gotas, se dispondrá

de una gran superficie para el contacto de agua-aire. Puesto que la interfase agua-aire es

también la superficie de transferencia de calor, el uso de la boquilla permite alcanzar

buenos niveles de eficiencia por metro cúbico de aparato de contacto.

La función del empaque es aumentar la superficie disponible en la torre ya sea

distribuyendo el líquido sobre una gran superficie o retardando la caída de las gotas a

través del aparato. En la torre de enfriamiento, debido a los requerimientos de grandes

volúmenes de aire y pequeñas caídas de presión permitidas, es costumbre usar largueros

de madera de sección rectangular o triangular, que dejan la torre sustancialmente sin

obstruir. El empaque, es casi exclusivamente fabricado en cualquiera de las dos formas y

su propósito es interrumpir el descenso del líquido.

Por lo general estas torres se construyen de madera con cubiertas múltiples de tablillas.

También se han llegado a utilizar materiales tales como el aluminio, acero, ladrillo,

concreto, tablero de asbesto y después vino el papel impregnado y por ultimo rellenos

modulares laminares de PVC. Para evitar la corrosión se utilizan materiales de

construcción inertes tales como pino, acero inoxidable y porcelana.

El empaque de plástico puede ser polipropileno, moldeado en forma de enrejado o alguna

otra forma. El espacio vacío es muy grande, generalmente mayor del 90%, con el fin de

que la caída de presión del gas sea lo más pequeña posible. En consecuencia, la interfase

aire-agua no solo incluye la superficie de las películas líquidas que humedecen los

enrejados (u otro empaque), sino también la superficie de las gotas que caen como lluvia

desde cada fila de empaque hacia la siguiente. Los empaques de hojas delgadas de metal

y de plástico ofrecen la ventaja de ser ligeros, pero al fijar los límites de carga se debe

prever que la torre puede llenarse inadvertidamente con líquido.

Figura 7. Tipos de empaques usados en torres.

28

1.26. Condiciones de proceso para las torres de enfriamiento

Desde el punto de vista de corrosión de tubos, 49°C es la máxima temperatura a la que el

agua de enfriamiento sale normalmente. Cuando la temperatura del agua está sobre 49°C

se puede utilizar un enfriador atmosférico que prevenga el contacto directo entre el agua

caliente y el aire. La temperatura mínima a la que el agua puede enfriarse en una torre de

enfriamiento corresponde a la temperatura de bulbo húmedo del aire.

Una de las características discutibles en las torres de enfriamiento se conoce como

fogging, o producción de niebla, lo cual se da cuando el aire caliente saturado a la salida

de la torre se descarga en la atmosfera fría y ocurre condensación (Kern, 1999).

La absorción de gas es una operación unitaria en la cual los componentes solubles de una

mezcla gaseosa se disuelven en un líquido. La operación inversa, llamada separación o

desorción, se utiliza cuando se quieren transferir los componentes volátiles de una mezcla

liquida a un gas. Los aparatos utilizados para poner en contacto una corriente gaseosa con

una liquida en forma continua puede ser una torre empacada, rellena con material de

empaque sólido regular o irregular, una columna de platos que contiene varios platos

perforados o de burbuja y tapón, una torre o cámara vacía, donde se rocía el líquido, una

columna de paredes húmedas o un recipiente con agitación o rocío.

Los tres pasos principales incluidos en el diseño de una torre de absorción o separación

son:

1.- Los datos de las relaciones de equilibrio vapor-liquido del sistema se utilizan para

determinar:

la cantidad de líquido necesaria para absorber la cantidad requerida de los

componentes solubles del gas, o

la cantidad de gas necesaria para separar la cantidad requerida de los

componentes volátiles de un líquido.

2.- Los datos sobre la capacidad de manejo de vapor y liquido del equipo considerado se

utiliza para determinar el área de la sección transversal requerida y el diámetro del equipo

a través del cual van a fluir las corrientes de gas y líquido.

3.- Los datos de equilibrio y los balances de materia se utilizan para determinar el número

de etapas de equilibrio (platos teóricos o unidades de transferencia) requeridas para la

separación deseada. El tiempo de contacto requerido entre las corrientes que fluyen o la

altura necesaria de la torre se pueden calcular si se dispone de los datos para la velocidad

especifica de transferencia de materia entre las fases liquida y gaseosa, expresada en

términos de eficiencia del plato o como altura de una unidad de transferencia.

29

La transferencia de materia entre fases es importante en la mayor parte de los procesos

en los que están incluidos gases y líquidos. Cuando un líquido puro se evapora y se

convierte en gas, solo es necesario calcular la transferencia de masa en la fase gaseosa, es

decir, la transferencia de masa en la fase liquida puro no está incluida (Perry R. H., 2001).

1.27. Coeficientes de transferencia de masa

Al igual que en los procesos en donde existe un intercambio de calor, en los procesos

donde ocurre una trasferencia de masa existe un coeficiente, que para el caso de líquidos

a gases se trata del coeficiente de trasferencia de masa; éste coeficiente puede

entenderse como la inversa de la suma de las resistencias presentes en ambas faces.

En la fase líquida se presenta una resistencia al cambio de estado, que al sumarse a la

resistencia que existe en la fase gaseosa frena el proceso de trasferencia de masa, a todo

esto debe también contemplarse la resistencia que existe en la interface ya que

suponemos que ésta es la parte más importante, ya que es en este punto en donde ambas

fases interactúan y se lleva a cabo la trasferencia de masa, es aquí donde todas las

resistencias definirán la velocidad de trasferencia de masa con que el líquido pasara al

estado gaseoso.

Un medio conveniente de describir el proceso de transferencia de masa se entiende de la

siguiente manera; Dado que el flujo es proporcional al gradiente de concentración,

definamos un coeficiente de transferencia de masa empírico de una manera similar a la

transferencia de calor.

Consideremos la difusión a régimen permanente del soluto A, a través de una membrana, como se muestra en la ecuación (VIII). Después de que el soluto se difunde a través de la membrana, es arrastrado de la superficie externa por una corriente gaseosa. Un coeficiente de transferencia de masa para la transferencia del componente A en la corriente libre se define en términos de la difusión de la interfase por la expresión:

. /

Ec (VIII)

Donde es el coeficiente de transferencia de masa. La concentración se evalúa en la

corriente libre que fluye sobre la superficie y es la concentración en la superficie, pero en la fase del fluido. La ecuación (VIII) se puede escribir de la misma forma que la ley de enfriamiento de Newton, donde

es análogo al coeficiente de transferencia de calor convectivo.

( ) Ec (IX)

47Dulce Paulina Padilla Mascareño; Tesis que para obtener el título de Ingeniero Químico, Determinación del Coeficiente de Transferencia de Masa en Torres de Enfriamiento, Instituto Tecnológico de Sonora; Ciudad Obregón, Sonora. México, 2013; p 18, 19 y 20.

30

Figura 8. Definición del coeficiente de trasferencia de masa.

La expresión anterior se limita para velocidades de transferencia de masa baja en las que

el flujo de bulto se desprecia y el perfil de concentraciones no se deforma. Obviamente, la

ecuación anterior no toma en cuenta ni el caso en el que los fluidos en la corriente libre se

difunden en contracorriente a la especie A ni el caso de velocidades de flujo altas.47

𝐶𝐴 𝐶𝐴

Gas A

31

CAPITULO II.

JUSTIFICACIÓN, FUNCIONAMIENTO, DESARROLLO DE LAS ECUACIÓNES DE DISEÑO Y DTI

2.1. Justificación del uso y experimentación con el equipo piloto de torre de

enfriamiento de tiro inducido del laboratorio de operaciones unitarias de la

ESIQIE

En la industria existe una gran variedad de torres de enfriamiento, dentro de ellas

sobresalen las de tiro inducido, ya que tiene un amplio campo de trabajo. Sin embargo

para poder llevar a cabo un análisis de su modo de operación, condiciones de proceso y

eficiencias, se necesita llevar a cabo un estudio dentro de un equipo que tenga un

proceso definido el cual pueda aportar los datos necesarios.

Por lo tanto hacer esta experimentación a nivel industrial seria incosteable, ya que implica

tener acceso a un laboratorio de pruebas lo cual involucraría una inversión elevada, que

sería muy difícil de llevar a cabo; por lo que se solicita trabajos a la industria de servicios.

Por esta razón se tomó la decisión de utilizar la torre de enfriamiento con que cuenta el

laboratorio de operaciones unitarias aprovechando la disponibilidad de la misma y la

experiencia en cuanto a su operación del asesor así como del personal docente con que

cuenta el laboratorio. Las ventajas que sobre salen al tratarse de un modelo a nivel piloto

que permite observar el comportamiento de la torre, manipular las variables de una

manera más estable y considerar detalles importantes como las condiciones

climatológicas que afectan en gran medida la eficiencia de la torre.

Una vez obtenidos estos datos serán comparados con datos a nivel industrial, con la

finalidad de proponer un diseño el cual maximice la eficiencia y los costos de operación en

una torre de enfriamiento de tiro inducido.

Con la finalidad de dejar en claro el problema al cual se va a tratar, se dará una

descripción del mismo y el uso en la industria.

2.2. Descripción del problema

En la industria el control de la temperatura en los distintos procesos es de suma

importancia, esto se debe a que en los diversos procesos que involucran una temperatura

estable afecta directamente o en gran parte los rendimientos, tiempos de reacción o de

procesamiento y las eficiencias en los diferentes productos elaborados.

2.3. Ejemplo: Descripción del proceso de extracción de ácido clavulánico

En el caso de la extracción del ácido clavulánico, operación que se realiza mediante un

proceso de separación por ultrafiltración y osmosis inversa. Proceso que se lleva a cabo

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mediante diafiltraciones donde el volumen inicial es el mismo que el final conservando

esté mediante la adición de agua osmotizada a la misma velocidad que es extraído el

permeado ultrafiltrado, donde por cada diafiltración la concentración del caldo va en

descenso,