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Las plantas o industrias ya sean que operen con combustibles fósiles van a generar calor excesivo y estas van a necesitar un sistema de enfriamiento por circulación de agua para remover ese exceso de calor y transferirlo al ambiente.

Por lo que algunas plantas o industrias aprovechan su localización ya que están cerca de ríos o esteros y usan torres de enfriamiento como un método eficaz para disipar el calor que excede.

Y las plantas o industrias que no se encuentran localizadas en zonas estratégicas en los cuales se hallen ríos o esteros van a necesitar de torres de enfriamiento para remover el calor sobrante del agua circundante.

2.7.1. Aire y psicrometría

El aire atmosférico es una mezcla de gases compuesta principalmente por nitrógeno y oxígeno, sin embargo existen otros como el vapor de agua y otros. En este sentido el aire seco consiste en la mezcla de vapores sin agua, el aire saturado corresponde a la mezcla con la cantidad máxima de agua que es posible estar en la fase de vapor. Cuando ocurre esto, no es capaz de recibir más agua en forma de vapor y por lo tanto, cualquier intento en ello provocaría la condensación del vapor, generándose la lluvia. De allí la importancia de conocer los principales parámetros que rigen el comportamiento de

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esta mezcla, entre ellos la temperatura de bulbo seco, húmedo, de rocío; presión parcial; humedad absoluta y relativa; y, entalpía.

La temperatura de bulbo seco, es la temperatura medida con un termómetro cuyo bulbo o sensor se encuentra en contacto directo con el sistema, se expresa en ºC o ºF; la de bulbo húmedo, es medida con un termómetro cuyo bulbo o sensor se encuentra cubierto de un material humedecido con agua. El paso del aire en contacto con el termómetro cuyo bulbo está húmedo, provoca la evaporación del agua hasta que se logra la saturación del aire.

La temperatura que registra dicho termómetro es inferior a la observada en un termómetro de bulbo seco, debido a que la evaporación del agua en el bulbo húmedo requiere calor que se toma del termómetro logrando su enfriamiento; la temperatura de rocío que es la temperatura del aire en condiciones de saturación. Se evalúa determinando la temperatura de saturación a la presión de vapor en la mezcla.

Cuando ocurre la saturación la temperatura de bulbo húmedo, seco y punto de rocío tienen el mismo valor; la presión parcial, que según la ley de Dalton, en una mezcla de gases se denomina presión parcial de un componente a la presión que éste ejercería si ocupara todo el volumen que ocupa la mezcla. En el aire atmosférico se tiene que PTotal = Pvapor + Paire seco. Normalmente la fracción de presión del vapor de agua no supera el 5% de la presión total, sin embargo esa pequeña fracción es determinante en las condiciones del aire; la humedad absoluta que es la relación entre la cantidad másica de vapor de agua y la cantidad másica de aire seco contenida en una muestra; la humedad relativa que es la relación que existe entre la presión del vapor en la mezcla y la presión de saturación del vapor de agua a la temperatura de bulbo seco en que se encuentra la mezcla.

Puede definirse también como la relación entre la masa de vapor de agua de la muestra y la máxima cantidad de vapor de agua posible a

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las condiciones dadas; y, la entalpía, que no es otra cosa que el contenido energético de cierta sustancia. Para el caso del aire atmosférico es la suma de la energía asociada al aire seco y la energía asociada al vapor de agua (E-URE, 2015).

Carta psicrométrica es una representación gráfica de las propiedades termodinámicas de una mezcla aire-vapor de agua. En ellas se puede dibujar un proceso ubicando los diferentes estados. Una línea horizontal a humedad absoluta constante representa un proceso de calentamiento o enfriamiento; una línea diagonal paralelas a las líneas de entalpia constante o a las de temperatura de bulbo húmedo constante, representa un proceso de evaporación o de desorción; entre otros. En el archivo adjunto se presenta una hoja de cálculo que permite calcular las propiedades psicrométricas a partir de la temperatura de bulbo húmedo y la humedad relativa (E-URE, 2015).

Diagrama # 2.1.- Propiedades termodinámicas de una mezcla aire-

vapor de agua.

Acercamiento. Es la diferencia de temperatura entre el agua que sale de la torre y la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra. Mientras menor sea el acercamiento mayor será el tamaño de la torre. Un acercamiento típico está por el orden de los 7ºC, llegando hasta 3 o

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4ºC. En la figura a se muestra una gráfica sencilla donde se distingue el acercamiento (E-URE, 2015).

Diagrama # 2.2.- Acercamiento

Salto térmico, es la diferencia de temperatura entre el agua fría que sale de la torre y el agua caliente que entra. Determina la carga térmica de la torre y es un parámetro de selección importante. En la figura se presenta una gráfica sencilla donde se distingue el salto térmico. Una torre eficiente y bien seleccionada brinda, en condiciones atmosféricas favorables, un salto térmico cercano a los 10ºC.

Cuando las condiciones ambientales no son buenas, es decir, la temperatura de bulbo húmedo es alta y/o la humedad relativa está por encima del 75%, no pueden esperarse buenos saltos debido a que la evaporación de agua se ve reducida (E-URE, 2015).

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Diagrama # 2.3.- Salto térmico

2.7.2. Humidificación

La humidificación es el estudio de mezclas de aire y vapor de agua y es aplicable a cualquier mezcla constituida por gas y vapor

Este proceso se lleva a cabo cuando parte del agua se vaporiza en el aire tomando el calor del propio aire, es decir cuando un líquido puro hace contacto con un gas, logrando mediante esta interacción que se descienda la temperatura por lo tanto, se considera que la humidificación una transferencia de materia y calor.

Los procesos de humidificación son de suma importancia por sus aplicaciones en el campo industrial ya que pueden servir para controlar la humedad de un lugar o para enfriar o recuperar agua mediante los principios de la misma.

Debido a la importancia del agua de enfriamiento en procesos industriales el reúso y enfriamiento de la misma se ha hecho muy común e indispensable.

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Es por eso que hay muchos equipos de humidificación siendo las torres de enfriamiento una de las más sobresaliente debido a su aplicabilidad ya que la torre de enfriamiento tiene por objetivo enfriar el agua aprovechando el proceso de humidificación que proviene cuando el agua se satura de humedad, incrementando el calor latente de vaporización, el mismo que absorbe del agua, disminuyendo su temperatura.

2.8. Simbología

HOH: Altura de la unidad de transferencia (m) NOH: Número de unidades de transferencia L: Flujo total del líquido (Kg-mol/hm2₎

Gv: Flujo de aire (Kg/hm2₎

Kya: Coeficiente volumétrico de transferencia de materia (Kg/hm3₎ dH: Variación de la Entalpía (Kcal/Kg)

H1: Entalpía de entrada (Kcal/Kg) H2: Entalpía de salida (Kcal/Kg) H: Entalpía de aire saturado (Kcal/Kg) H*: Entalpía de aire saturado

ΔP: Pérdida de presión U: Velocidad del aire (m/s)

g: Aceleración de la gravedad (m/s2₎

ptotal: Presión atmosférica de Riobamba (mm Hg) Q: Caudal del líquido (m3_/h)

S: Área de la torre (m2₎