Este documento presenta un estudio experimental del rendimiento de una torre de enfriamiento utilizando empaques de baldosas de cerámica. El estudio evaluó las características de transferencia de calor y masa de la torre empacada con baldosas de cerámica en comparación con otros empaques. Los resultados mostraron que las baldosas de cerámica proporcionaron la mejor tasa de transferencia de calor y una mayor efectividad de la torre. Las correlaciones entre los valores experimentales y predichos estaban dentro del 10%.

1. Universidad De Sonora
Departamento De Ingeniería Química Y Metalurgia
Ingeniería Química
Estudio experimental del rendimiento de la torre de enfriamiento utilizando
empaques de baldosas de cerámica.
Operaciones Unitarias II
Profesor
Nuñez Esquer Marco Antonio
Alumno
Puebla Duarte Andrés Leobardo
9no Semestre
Hermosillo, Sonora a 26 de Septiembre de 2019

2. Investigación
“Estudio experimental del rendimiento de la torre de enfriamiento
utilizando empaques de baldosas de cerámica.”
Autores: Ramkumar Ramkrishnan*, Ragupathy Arumugam.
Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Annamalai,
Annamalai Nagar-608 002, Tamil Nadu, India.
Revista: Procesamiento y aplicación de cerámica 7 [1] (2013) 21–27

3. Índice
 Resumen
 Introducción
 Nomenclatura
 Materiales y métodos
 Resultados y discusiones
 Conclusiones

4. Resumen

5. Resumen
 El deterioro del material de empaque es un problema importante en las torres de
enfriamiento. En este estudio experimental se utilizaron baldosas cerámicas
como material de embalaje. El material de embalaje es una arcilla quemada de
larga duración, que normalmente se utiliza como material para techos. Previene
un problema común de la torre de enfriamiento resultante de la corrosión y la
calidad del agua de la torre.

6. Introducción

7. Introducción
 La teoría de las torres de enfriamiento se ha estudiado con cierta profundidad desde el
primer trabajo de Merkel en 1925.
 Jaber y Webb presentaron un método de análisis de número de unidades de transferencia.
 Simpson y Sherwood estudiaron el rendimiento de las torres.
 Barile y col. estudió las actuaciones de una torre de enfriamiento de lecho turbulento.
 Bedekar y col. estudió experimentalmente el rendimiento de una torre de enfriamiento
mecánico.

8. Introducción
 Elsarrag [19] presentó un estudio experimental y predicciones de una torre de
enfriamiento de embalaje de baldosas cerámicas de tiro inducido.
 Gharagheizi y col. [20] presentó un estudio experimental y comparativo sobre el
rendimiento de la torre de enfriamiento mecánico de lecho empacado a
contracorriente.

9. Introducción
 El objetivo principal de este trabajo es llevar a cabo una investigación
experimental de las características de rendimiento de una torre de enfriamiento
húmedo de contracorriente de contacto directo llena con el empaque de tipo
cerámico para determinar los parámetros que afectan la efectividad térmica de la
torre de enfriamiento, así como el calor rechazado por esta torre.

10. Nomenclatura

11. Nomenclatura
a: Área de interfaz de agua por unidad de volumen
[m2 / m3]
h: entalpía [kJ / kg]
Av: área de superficie de la gota de agua por unidad
de volumen del
torre [m2 / m3]
Ka: coeficiente combinado de transferencia de calor y
masa [kJ / m2.s]
L: caudal másico de agua [kg / s] q: velocidad de transferencia de calor [kJ / s]
G: caudal másico de aire [kg / s] U: coeficiente global de transferencia de calor [kJ /
m2.s. ° C]
K: coeficiente global de transferencia de masa [kg /
s.m2]
W: humedad absoluta
t: temperatura del agua [° C] V: volumen de la torre de enfriamiento [m3]
cp: calor específico [kJ / kg. ° C] m: masa [kg]
1,2: entrada y salida de la torre de enfriamiento wb: temperatura de bulbo húmedo

12. Materiales y métodos

13. Materiales
 El agua es transportada por la bomba a través de la válvula regulada por flujo. El caudal
de agua se mide con un medidor de flujo y se distribuye a través de boquillas de
pulverización. El agua se distribuye en forma de películas que caen sobre el relleno de
malla de alambre expandido. El sistema de distribución de agua consta de seis boquillas
con un diámetro de 2 mm. Al usar este sistema, el agua se distribuye directamente sobre
el empaque de cerámica, y las películas de agua que caen fueron uniformes en toda la
superficie del empaque.
Fig. 1 – Diagrama esquemático de la torre
de tiro forzado

14. Materiales
 La caída de presión en la zona de llenado se mide con un manómetro de tubo en U. Se
utilizaron termopares de cromel-alumel para medir la temperatura de entrada y salida
de agua y medir la temperatura del agua en el área de la zona de llenado. Todos los
termopares se conectaron a un registrador digital de temperatura de 24 puntos. Se
utilizó un ventilador de tiro forzado para proporcionar flujo de aire a la torre. El aire
entra en la torre, pasa la zona de lluvia, la zona de llenado, la zona de pulverización y
sale de la torre.
Diseño del equipo

15. Métodos

16. Métodos
 En el estudio experimental, el embalaje de baldosas cerámicas se utilizó como
material de embalaje de torre. Este tipo de empaque se considera único para el
empaque de películas.
 En comparación con los diferentes empaques de enfriamiento estándar, el
empaque de cerámica proporciona la restricción mínima para el paso del aire.
Baldosas de cerámica

17. Métodos
El concepto de potencial de entalpía es muy útil para cuantificar la transferencia de calor (sensible y
latente) en aquellos procesos y componentes donde existe un contacto directo entre el aire y el agua.
La velocidad de transferencia de calor en la torre de enfriamiento está representada por la diferencia
entre la entalpía del aire húmedo a temperatura de agua a granel y la entalpía del aire húmedo.
Las características de la torre también se pueden denominar como el número de
unidades de transferencia (NTU) del sistema. Este es un parámetro adimensional
que es el valor característico del empaque. La efectividad de la torre de
enfriamiento es la relación del rango al rango ideal:
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑎 𝜀 =
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎(𝑅)
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅 − 𝐴𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛(𝐴)
𝜀 =
𝑇 𝑤1 − 𝑇 𝑤2
𝑇 𝑤1 − 𝑇 𝑤𝑏1
𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑅 = 𝑇 𝑤1 − 𝑇 𝑤2
𝐴𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑇 𝑤2 − 𝑇 𝑤𝑏1

18. Resultados y discusiones

19. Resultados y discusiones
Fig 3.- Variación del coeficiente de
transferencia de masa con la
relación L/G

20. Resultados y discusiones
Fig 4- Variación del coeficiente de
transferencia de masa con temperatura de
agua caliente
Fig 5.- Variación del coeficiente de
transferencia de masa con la entrada de
temperatura de aire de bulbo seco

21. Resultados y discusiones
Variación de la temperatura del agua fría a
diferentes alturas de empaque
Fig 6.

22. Resultados y discusiones
Desviacion entre datos predichos y experimentales
Fig 7. Fig 8.

23. Conclusiones

24. Conclusiones
 Se logró una mejor tasa de transferencia de calor en el empaque de cerámica curvado de
100 mm en comparación con otros dos tipos de empaque. Las correlaciones entre los
valores experimentales y predichos estaban dentro del 10% para la temperatura del agua
fría y la temperatura del bulbo seco de salida.
 Se logró una mayor efectividad de la torre de enfriamiento en el bajo L / G. La
efectividad de la torre de enfriamiento teórica y experimental estuvo dentro del 5% de
error.
 A partir del estudio experimental, se determinó que el empaque de cerámica curvado de
100 mm mostró el mejor rendimiento. Se debe a la forma del empaque, el área de
contacto y el tiempo de retención de agua y aire en la zona de empaque.

25. Referencias
 1. F. Merkel, “Verdunstungskühlung”, VDI-Zeitchrift,70 (1925)123–128.
 2. H. Jaber, R.L. Webb, “Design of cooling towers by the effectiveness-NTU method”, J. Heat Trans. - T.ASME, 111 (1989) 837–843.
 3. W.M. Simpson, T.K. Sherwood, “Performance of small mechanical draft cooling towers”, Am. Soc.Refrig. Eng., 52 (1946) 535–543 and
574–576.
 4. N.W. Kelly, L.K. Swenson, “Comparative performance of cooling tower packing arrangements”,Chem. Eng. Prog., 52 (1956) 263–268.
 5. R.G. Barile, J.L. Dengler, T.A. Hertwig, “Performance and design of a turbulent bed cooling tower”,AIChE Symposium Series, 70 (1974)
154–162.
 6. H. EL-Dessouky, “Thermal and hydraulic performance of a three phase fluidized bed cooling tower”, Exp. Therm. Fluid Sci., 6 (1993)
417–426.
 7. S.V. Bedekar, P. Nithiarasu, K.N. Seethatamu, “Experimental investigation of the erformance of a counter flow packed bed mechanical
cooling tower”, Energy, 23 (1998) 943–947.
 8. H.R. Goshayshi, J.F. Missenden, “The investigation of cooling tower packing in various arrangements”, Appl. Therm. Eng., 20 (2000) 69–
80.
 9. N. Milosavljevic, P. Heikkila, “A comprehensive approach to cooling tower design”, Appl. Therm. Eng., 21 (2001) 899–915.
 10. J.C. Kloppers, D.G. Kroger, “Loss coefficient correlation for wet cooling tower fills”, Appl. Therm. Eng., 23 (2003) 2201–2211.
 11. J.R. Khan, B.A. Qureshi, S.M. Zubair, “A comprehensive design and performance evaluation study of counter flow wet cooling towers”,
Int. J. Refrig., 27 (2004) 914–923.
 12. J.C. Kloppers, D.G. Kroger, “A critical investigation into the heat and mass transfer analysis of counter flow wet-cooling towers”, Int. J.
Heat Mass Transf., 48 (2005) 765–777.

26.  13. Y.I. Ignatenkov, Study and elaboration o f a method for calculating optimum parameters of mass exchange
apparatus with vertical grids, Doctoral Thesis, Institute of Leningrad, Russia, 1979.
 14. M. Lemouari, Experimental study of the air/water heat transfer by direct contact in a column packed with
vertical grids- application to the water cooling, MSc. Thesis, University of Bejaia, Algeria, 2001.
 15. M. Lemouari, M. Boumaza, “Experimental study of the air/water heat transfer by direct contact in a
column packed with vertical grids application to the water cooling”, pp. 457–464 in Proceeding 11th
International Meeting on Heat Transfer JITH2003. France, 2003.
 16. M. Lemouari, M. Boumaza, “An experimental investigation of thermal characteristics of a mechanical
draft wet cooling tower”, pp. 111–120 in Proceedings 13th IAHR., Poitiers, France, 2005.
 17. F. Jorge, C.O. Armando, “Thermal behavior of closed wet cooling towers for use with chilled ceilings”, Appl.
Therm. Eng., 20 (2000) 1225–1236.
 18. P. Naphon, “Study on the heat transfer characteristics of an evaporative cooling tower”, Int. Comm. Heat
Mass Transf., 32 (2005) 1066–1074.
 19. E. Elsarrag, “Experimental study and predictions of an inclined draft ceramic tile packing cooling tower”,
Energ. Convers. Manage., 47 (2006) 2034–2043.
 20. F. Gharagheizi, R. Hayati, S. Fatemi, “Experimental study on the performance of mechanical cooling
tower with two types of film packing”, Energ. Convers. Manage., 48 (2007) 277–280.
 21. D.J. Benton, W.R. Waldrop, “Computer simulation of transport phenomena in evaporative cooling towers”,
Report No. WR28e 1 900 141. TVA, Office of Natural Resources and Economic Development, Norris, TN,
1985.
 22. J.C. Kloppers, A critical evaluation and refinement of the performance prediction of wet cooling towers,
Doctoral thesis, Mechanical Engineering, University of Stellenbosh, South Africa, 2003.

27.  23. S.P. Fisenko, A.A. Brin, A.I. Petruchik, “Evaporative cooling of water in a mechanical draft cooling tower”,
Int. J. Heat Mass Transf., 47 (2004) 165–177.
 24. S.P. Fisenko, A.I. Pitruchik, “Toward to the control system of mechanical draft cooling tower of film
type”, Int. J. Heat Mass Transf., 48 (2005) 31–35.
 25. J.R. Khan, B.A. Qureshi, S.M. Zubair, “A comprehensive design and performance evaluation study of
counter flow wet cooling towers”, Int. J. Refrig., 27 (2004) 914–923.
 26. B.A. Qureshi, S.M. Zubair, “A complete model of wet cooling towers with fouling in fills”, Appl. Therm.
Eng., 26 (2006) 1982–1989.
 27. G. Heidarinejad, M. Karami, S. Delfani, “Numerical simulation of counter flow wet cooling towers. Int. J.
Refrig., 32 (2009) 996–1002.

28. ¡Gracias por su atención!