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Se va a usar una torre húmeda para enfriar 4 kg/s de agua a 40 ºC hasta 30 ºC, usando aire ambiente a 93 kPa, 25 ºC y 50% HR, rellenando el circuito cada vez que se hayan perdido 50 litros de agua. Como el agua de aporte lleva 400 ppm en peso de sólidos disueltos, y en el circuito no se quiere sobrepasar una concentración máxima de 5000 ppm, cada cierto tiempo se purga totalmente los 150 litros del circuito. Se pide:
a) Estimar el flujo de agua evaporado.
b) Estimar el flujo de aire necesario.
c) Estimar el flujo de purga necesario si, en lugar de proceder por lotes como indica el enunciado, se realizasen todos los procesos en continuo.
d) Estimar cada cuanto tiempo habría que reponer, y cada cuanto tiempo habría que purgar.

Datos:

>	read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):

>	su1:="Aire":su2:="H2O":dat:=[mw1=4*kg_/s_,Tw1=(40+273.15)*K_,Tw2=(30+273.15)*K_,Ta1=(25+273)*K_,phi1=0.5,p0=93e3*Pa_,Dmwaporte=50*kg_,yaporte=400e-6,ypurga=5000e-6,Dmwpurga=150*kg_];

Eqs. const.:

>	Adat:=get_gas_data(su1):Adat:=subs(c[p]=c[pa],R=R[a],M=M[a],T[b]=nada,[Adat]):Wgdat:=get_gas_data(su2):Wgdat:=subs(c[p]=c[pv],R=R[v],M=M[v],[Wgdat]):Wldat:=get_liq_data(su2):Wdat:=op(Wgdat),Wldat:get_pv_data(su2):dat:=op(dat),Const,SI2,SI1:

a) Estimar el flujo de agua evaporado.

En primera aproximación:

>	eqBE:=mwevap*hlv=mw1*cw*(Tw1-Tw2);mwevap_:=subs(Wdat,dat,mw1*c*(Tw1-Tw2)/h[lv0]);

Para aproximar más, suponiendo que el aire llegase a salir saturado a la temperatura de entrada del agua:

>

eqBMw:=mwevap=ma*(w2-w1);eqBE:=ma*(h2-h1)=mw1*cw*(Tw1-Tw2);subs(cw=c,Wdat,dat,%);'h'=h(T,w);w1_:=evalf(subs(dat,w(phi1,Ta1,p0)));h1_:=subs(Adat,Wdat,dat,T=Ta1,dat,h(T,w1_));Ta2:=Tw1;w2_:=evalf(subs(dat,w(1,Ta2,p0)));h2_:=subs(Adat,Wdat,dat,T=Ta2,dat,h(T,w2_));ma_:=subs(cw=c,Wdat,dat,rhs(eqBE)/(h2_-h1_));eqBMw_:=subs(ma=ma_,w1=w1_,w2=w2_,eqBMw);

i.e. se evaporan 57 g/s en vez de los 74 g/s antes calculado. El calor evacuado en la torre es de 170 kW.

b) Estimar el flujo de aire necesario.

Hecho: 1,33 kg/s.

c) Estimar el flujo de purga necesario si, en lugar de proceder por lotes como indica el enunciado, se realizasen todos los procesos en continuo.

En la torre el agya tendría la concentración de sólidos máxima permitida y, para que no aumentase se iría sangrando un pequeño flujo que mantuviese el balance de sólidos disueltos:

>	eqBMs:=mwaporte*yaporte-mwpurga*ypurga=0;mwaporte:=mwevap;mwpurga_:=subs(dat,mwevap_*yaporte/ypurga);

i.e. habría que estar constantemente tirando 5,9 g/s de agua de la torre (con 5000 ppm), para que esta concentración no variase.

d) Estimar cada cuanto tiempo habría que reponer, y cada cuanto tiempo habría que purgar.

Si en lugar de hacerse los dos procesos (aporte y purga) en continuo, se hiciesen en lotes, sería:

-para aportar 50 litros:

>	eqaporte:=mwaporte=Dmwaporte/Dtaporte;Dtaporte_:=subs(eqBMw_,dat,Dmwaporte/mwaporte);

i.e., cada cuarto de hora, pero este proceso se hace siempre automátizado con una simple regulación por flotador.

Para la purga, se tiraría todo el contenido de la torre al alcanzarse la concentración de 5000 ppm, y se haría un aporte total con agua de 400 ppm.

>	eqpurga:=mwpurga=Dmwpurga/Dtpurga;Dtpurga_:=subs(dat,Dmwpurga/mwpurga_);

i.e., cada 7 horas; aunque este intervalo ya no demandaría una atención continua como el anterior, y su automatización requiere al menos un medidor de sólidos disueltos, en la práctica también se automatiza siempre, usando un medidor de la conductividad eléctrica del agua, pues se trata de disoluciones de electrolitos.

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