Informe Nº01 - Humidificacion(2011)
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7/28/2019 Informe N01 - Humidificacion(2011)
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UNIVERSIDAD NACIONAL DETRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERA QUMICA
ESCUELA DE INGENIERA QUMICA
TEMA : HUMIDIFICACION
CURSO : LAB. DE OPERACIONES UNITARIAS II
DOCENTE : ING. HENRRY ESQUERRE
CARRERA : ING.QUIMICA
ALUMNO : DE LA CRUZ BUSTAMANTE EDGARALEXANDER
CICLO : VII B
TRUJILLO PER
2012
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HUMIDIFCACION (ENFRIAMIENTO DEL AGUA )
I. INTRODUCCION :
Las operaciones de humidificacin (Enfriamiento del agua ) , ydeshumidificacin implican de materia entre una sola fase liquida pura y ungas permanente que es insoluble en el liquido
II. OBJETIVOS :
Determinar el coeficiente de transferencia de masa.
Encontrar las variaciones de flujo del liquido
Hallar las variaciones del flujo gaseoso.
III. FUNDAMENTO TEORICO :
Es una operacin unitaria de transmisin de calor y materia, se utiliza comobase una unidad de masa de gas de aire de vapor.
En la fase gaseosa el vapor se referir como componente A y el quepermanece como componente B ,debido a que las propiedades de la mezcladel gas vapor con la presin total esta debe ser fija siempre que no seespecifique otra cosa.
Se supone que la presin total es 1 atm. La humidificacin es el proceso de laevaporacin de un liquido dentro de un gas y consiste en la transferencia ala masa principal del gas ( por difusin y conversin ) de molculas de vaporprocedentes de la capa del gas en contacto con el liquido y que tiene unapresin de vapor igual a la de este.
En la humidificacin el vapor pasa de liquido al gas por efecto del gradientede la presin parcial ,pues el gas puede estar ms fri o mas caliente delliquido de modo que ele calor sensible puede fluir en uno o en otro sentido.
Cuando el gas esta caliente, es decir ms caliente que el lquido se transmitecalor sensible al lquido mientras se le quita calor latente la capa limitanteen el proceso de separacin es el rea de contacto ente el vapor y el agua.
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Mezclas de vapor gas no saturadas
La humedad absoluta, (Y), es la relacin entre la masa de vapor y la
masa de aire contenidos en la mezcla aire-vapor de agua.
))(('
B
A
A
A
M
M
pP
pY
=
donde: pA : es la presin parcial del vapor de agua en la mezcla
aire-vapor,
P : es la presin total, y
MA y MB : son el peso molecular del agua y del aire,respectivamente.
La humedad absoluta se expresa en Kg vapor/Kg aire seco,
unidades convenientes para los clculos ya que la masa de aire seco no
cambia durante el proceso de enfriamiento en la torre.
Cuando la presin parcial del vapor de agua en el aire, pA, es igual a
la presin de vapor de agua, pS, a la misma temperatura, se dice que el aireesta saturado y la humedad absoluta se designa como humedad de
saturacin, YS. Luego:
))(('
B
A
s
ss
M
M
pP
pY
=
La humedad relativa, (HR), se define como la relacin porcentual entre la
presin parcial del vapor de agua y la presin de vapor del agua a la
temperatura dada. Por lo tanto:
100*s
A
p
pHR =
La humedad porcentual, (HP), es el cociente entre la humedad absoluta
existente en la masa gaseosa y la que existira si estuviese saturada.
Luego:
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100*'
'
sY
YHP=
Adems,
)(A
s
pP
pPHRHP
=
El punto de roco, (PR) es la temperatura que alcanza la masa de aire
hmedo en la saturacin por enfriamiento a presin constante. Una vez
alcanzada esta temperatura, si se continua enfriando la mezcla se ira
condensando el vapor, persistiendo las condiciones de saturacin.
El volumen hmedo, (VH), de una mezcla vapor-gas es el volumen de
masa unitaria de aire seco y de su vapor acompaante a la temperatura y
presin dominantes. Segn la ley de los gases ideales:
)273
)(1
(*8315'
P
t
M
Y
MVH G
AB
++=
donde: P : en Pa
t G : en C
Y : en Kg agua/ Kg aire seco
VH : en m3 / Kg aire seco
El calor hmedo, (Cs), es el calor que se requiere para aumentar la
temperatura de la masa unitaria de aire y su vapor acompaante 1 C, a
presin constante.
CS = CB + Y CA
Donde; CB y CA son los calores especficos del aire y del vapor de agua,
respectivamente.
La entalpa especifica (H), de una mezcla aire-vapor es la suma de las
entalpas relativas del contenido de aire y de vapor. Esta dado por:
H = CB ( t G - t O ) + Y [ CA ( t G - t O ) + O ]
H = CS ( t G - t O ) + Y O
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La carta psicrometrica : sistema aire agua
Es una representacin grfica de las variables psicromtricas (humedad
absoluta, entalpa especfica, volumen hmedo, etc) en funcin de la temperatura.
Si bien es cierto que pueden prepararse cartas psicromtricas para cualquier
mezcla vapor-gas cuando las circunstancias lo exigen, el sistema aire-agua
aparece con tanta frecuencia que se cuenta con cartas muy completas para esta
mezcla. Tambin se muestran las lneas de saturacin adiabtica, que para este
sistema corresponden a las lneas de temperatura de bulbo hmedo constante.
Temperatura de bulbo hmedo
Es un concepto muy importante para el diseo de una torre de
enfriamiento ya que representa la temperatura mas baja a la cual el agua
puede enfriarse al pasar por la torre. En la Fig. 4-2 se muestra un
termmetro rodeado por una mecha sumergida en agua a la misma
temperatura que el aire ambiental, de tal manera que la mecha siempre se
mantenga hmeda. Un segundo termmetro se suspende en el aire
ambiente para indicar la temperatura de bulbo seco.
Si aire no saturado (a cualquier temperatura de bulbo seco) circula
por la mecha, se producir una evaporacin de agua de la mecha al aire
debido a que la presin parcial del vapor de agua fuera de la mecha es
mayor que la del vapor de agua en el aire circulante. La evaporacin del
agua de la mecha requiere el suministro de calor latente de evaporacin,
que es dado por la mecha misma, lo cual produce la disminucin de su
temperatura. Si la temperatura inicial de la mecha fue la misma que la debulbo seco del aire, el descenso en la temperatura de la mecha establecer
una diferencia de temperatura entre la temperatura de bulbo seco del aire y
la menor temperatura de la mecha. Esto origina un flujo de calor sensible
del aire a la mecha, disminuyendo entonces la temperatura del aire.
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A medida que circula el aire se registran depresiones adicionales en
la temperatura de la mecha, hasta que se alcanza un punto en el cual la
diferencia de temperatura entre la mecha y el bulbo seco del aire ocasiona
un flujo de calor hacia la mecha justamente suficiente para contrabalancear
la perdida de calor de la mecha por evaporacin del agua al aire.
Se establece entonces un equilibrio, en el cual la rapidez de
transferencia de calor sensible del aire a la mecha ser igual a la rapidez de
necesidad de calor latente para la evaporacin del agua de la mecha, y la
temperatura de la mecha permanecer constante en algn valor bajo, la
temperatura de bulbo hmedo, tw.
Para formular la ecuacin que gobierna la temperatura de bulbo
hmedo, nos ayudaremos con la Fig. 4-3, donde se muestra
esquemticamente una gota de agua en estado estacionario a la
temperatura de bulbo hmedo.
Designando:
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tw : temperatura de bulbo hmedo
tG : temperatura de bulbo seco de la mezcla aire-vapor.
pAW : presin parcial de vapor de agua a la temperatura de bulbo
hmedo
p AG : presin parcial de vapor de agua en la mezcla aire-vapor
Puesto que la transferencia de masa y de calor ocurren simultneamente,
debido a los potenciales existentes se tiene que:
Calor sensible transferido del aire al agua, qS
qS = h G ( t G - t W )
donde: hG es el coeficiente de transferencia de calor por conveccin del
aire, en KJ/ m2 C seg.
Masa transferida del agua al aire, NA
NA = k G ( pAW - pAG )
donde: kG es el coeficiente de transferencia del agua al aire en mol/
m2.seg.
(unidad de presin).
Debido a que se ha alcanzado el estado estacionario, la transferencia neta
de calor a travs de la interfase gas-liquido es cero.
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Luego:
calor sensible transferido = calor latente de evaporacin
del aire al agua del agua en el aire
h G ( t G - t W ) = W MA k G ( pAW - pAG )
donde: W es el calor latente de evaporacin del agua a la temperatura de
bulbo hmedo y MA es el peso molecular del agua en Kg/mol.
Entonces:
W * MA * k GtG - tW = --------------- ( pAW - pAG )
hG
Por definicin de humedad absoluta:
pA MAY = ( ----) (----)
pB MB
donde: pB es la presin parcial del aire en la mezcla aire-vapor
MB es el peso molecular del aire.
De donde:
pA = (MB / MA ) pB . Y
Reemplazando la ecuacin (4-12) en la ecuacin (4-11):
W MB pB k GtG - tW = --------------------- ( YW - Y)
h GAhora, tambin se sabe que:
MB* pB*k G = k Y
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donde k Y es el coeficiente de transferencia de masa expresado en Kg / m2.
seg. (masa agua/ masa aire seco)
Sustituyendo ecuacin (4-14) en ecuacin (4-13) se llega a:
WtG - tW = ------------- ( YW - Y)
hG / k Y
que es la ecuacin utilizada generalmente para definir la temperatura de
bulbo hmedo.
El valor h G / k Y es conocido como relacin psicromtrica y para el sistema
aire-agua tiene el valor de:
hG KJ Kg agua( -------) = 0.950 --------- (---------------- )
k Y Kg. C Kg aire seco
En el experimento descrito, la disminucin de la temperatura del termmetro
de bulbo hmedo comenz cuando el agua, a la misma temperatura de
bulbo seco del aire, se evapora al aire. Si el aire estuviera saturado a su
temperatura de bulbo seco, no habra evaporacin del agua. Esto supone
que si se tiene un proceso para enfriar el agua evaporando parte de ella en
una corriente de aire (que es lo que sucede en una torre de enfriamiento), la
menor temperatura del agua que se podra obtener seria la temperatura de
bulbo hmedo del aire, el cual es funcin del grado de saturacin del aire.
Operaciones adiabticas: torre de enfriamiento
La torre de enfriamiento es un equipo donde se pone en contacto directo agua
caliente, proveniente de los sistemas de enfriamiento de procesos, con aire, con la
finalidad de enfriar el agua y poder usarla nuevamente en dichos procesos.
El enfriamiento del agua se produce por una transferencia simultnea de masa y
de calor: la evaporacin del agua dentro de la corriente de aire y la transferencia
de calor sensible del agua al aire, respectivamente. El 80% del calor total
transferido es debido a la evaporacin del agua; como el calor latente de
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evaporacin del agua es grande se producen grandes efectos de enfriamiento con
cantidades relativamente pequeas de agua evaporada.
Uno de los componentes principales de una torre de enfriamiento es el relleno,
cuya funcin es aumentar la superficie de contacto entre el agua y el aire.
Torres de tiro mecnico
En este tipo de torres el aire se suministra mediante un ventilador. Son de
dos tipos: de tiro forzado, en el cual el ventilador esta ubicado en el fondo
de la torre y de tiro inducido, cuando el aire se succiona mediante un
ventilador situado en la parte superior. En las Figs. 4-4 y 4-6 se muestran
estos dos tipos de torre.
Las torres de tiro mecnico son las de mayor aplicacin industrial y
entre ellas las de tiro inducido son las ms usadas debido a las ventajas
que presenta, como son:
La altura requerida para la entrada de aire es pequea comparada con
la de tiro forzado, en la cual el aire ingresa a travs de una gran abertura
circular para el ventilador.
Se logra una mejor distribucin de aire, pues en las de tiro forzado el
aire debe dar una vuelta de 90 a gran velocidad.
El aire se descarga mediante el ventilador a alta velocidad hacia las
corrientes naturales de aire evitando su asentamiento posterior,
mientras que en las de tiro forzado, debido a que el aire se descarga a
baja velocidad, se presenta el fenmeno de recirculacin de aire caliente
que ya ha pasado por la torre hacia la succin del aire fresco,
contaminndolo y disminuyendo su capacidad de enfriamiento.
Por otro lado, la alta velocidad de descarga del aire en las torre de tiro
inducido causa tambin algo mas de arrastre o perdida de agua en
forma de pequeas gotas.
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Los principales costos de operacin de las torres de tiro mecnico son: el
costo de la energa para bombear el agua hasta la parte superior de la torre
y el costo de la energa para impulsar los ventiladores.
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Torres de circulacin natural
Son de dos tipos: atmosfricas y de tiro natural.
La torre de enfriamiento atmosfrica aprovecha las corrientes naturales de
aire que ingresa a travs de los rompevientos, Fig. 4-6. Su uso es
adecuado en lugares que tienen viento con velocidad promedio de 8-9 Km/h.
En comparacin con otros tipos de torres:
Las perdidas por arrastre son mayores.
Usa los potenciales disponibles ms ineficientemente porque opera en
flujo cruzado.
Son muy angostas y muy largas, algunas alcanzan los 600 m. de
altura.
Su ventaja es que eliminan el costo principal de operacin de las torres
de tiro mecnico: la energa para el ventilador.
La torre de tiro natural utiliza la diferencia de densidad entre el aire
atmosfrico fro y el aire hmedo tibio en la torre para promover el flujo de
aire a travs del relleno (Fig. 4-7). Operan de manera similar a la chimenea
de un horno: el aire se calienta en la torre al entrar en contacto con el agua
caliente, de manera que su densidad baja; la diferencia entre la densidad del
aire en la torre y en el exterior origina un flujo natural de aire fro ingresando
por la parte inferior y una expulsin de aire menos denso en la parte
superior. Las torres de tiro natural deben ser altas para promover este
efecto, y deben tambin tener seccin transversal grande debido a la baja
velocidad con que el aire circula comparada con las torres de tiro mecnico.
Al igual que las torres de tiro atmosfrica, elimina el costo de la potencia del
ventilador.
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Balances de masa y de energa en la torre de enfriamiento
En la Fig. 4-8 se muestra una torre de enfriamiento con flujos de agua y de aire en
contracorriente, donde:
L : velocidad msica del agua, Kg /m2.s
t L : temperatura del agua, C.
HL : entalpa del agua, KJ/Kg. C
GS : velocidad msica del aire seco, Kg aire seco/m2. s
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t G : temperatura del aire, C
HG : entalpa del aire, KJ/Kg aire seco. C
Y : humedad absoluta aire, Kg agua/ Kg aire seco.
Los subndices 1 y 2 de la Fig. 4-8 indican parte inferior y parte superior de
la torre, respectivamente.
Formulando un balance de masa para el agua en la parte inferior de la torre
(Entorno I), se tiene:
L - L1 = GS ( Y - Y1)
o expresado en forma diferencial:
dL = GS dY
De igual manera, un balance de entalpa dar:
L HL + GS H1 = L1 HL1 + GS H
A continuacin se va a desarrollar las relaciones de velocidad de
transferencia de masa y de calor en la torre de enfriamiento, para lo cual observela Fig. 4-9.
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4-9: Seccin diferencial de una torre de enfriamiento.
En la Fig. 4-9 se esquematiza una seccin de la torre de enfriamiento de altura
diferencial dZ, mostrando el agua y el aire que fluyen uno al lado del otro
separados por una interfase gas-liquido de superficie especifica dS, donde:
NA : flujo de transferencia de masa, mol/m2. seg (El suscrito A identifica al
agua)
qS L : flujo de transferencia de calor sensible en la fase liquida, KJ/m2. s
qS G : flujo de transferencia de calor sensible en la fase gaseosa, KJ/m2. s
ti : temperatura interfacial, C
Sea a la superficie interfacial especfica referida al volumen (expresada en m 2
interfase/m3 torre); luego, como dZ est expresada en m de torre y dS en m2
torre/m2 interfase, se tiene que:
dS = a dZ
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Adems, sean:
aM la superficie interfacial especifica para la transferencia de masa, y
aH la superficie interfacial especifica para la transferencia de calor
Luego, la velocidad de transferencia de masa, e-presada como flujo de masa/ rea
de la seccin transversal de la torre, ser:
NA MA aM dZ = GS dY = k Y (Yi - Y) aM dZ
La velocidad de transferencia de calor sensible en la fase gaseosa ser:
qS G aH dZ = GS CS d t G = h G ( t i - t G ) aH dZ
y la velocidad de transferencia de calor sensible en la fase liquida quedar
expresada como:
qS L aH dZ = L CAL dtL = h L (t L - t i ) aH dZ
donde:
MA : masa molecular del agua: Kg /mol
k Y : coeficiente de transferencia de masa para la fase gaseosa, Kg/m2.s. (Kg
agua/Kg aire)
h G : coeficiente de transferencia de calor por conveccin para la fase
gaseosa, KJ/ m2.s.C
hL : coeficiente de transferencia de calor por conveccin para la fase liquida,
KJ/ m2.s.C
Yi : humedad absoluta del aire en la interfase, Kg agua/ Kg aire seco
CS : calor hmedo del aire, KJ/ Kg aire seco. C
Formulando un balance de energa alrededor del entorno II de la Fig. 4-8
tenemos que, como el proceso es adiabtico:Flujo entalpa de entrada = Flujo de entalpa de salida
GS H + (L + dL)CAL (t L + d t L - t O) = LCAL (t L - t O) + GS( H + dH)
donde:
CAL : capacidad calorfica del agua, KJ/Kg.C
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tO : temperatura de referencia para la entalpa del agua, C
Desarrollando y simplificando la ecuacin (4-23):
L CAL d t L + CA L (t L - t O) dL = GS dH
Reemplazando ecuacin (4-18) en ecuacin (4-24) y trasladando trminos, se
tiene:
L CA L d t L = GS [ dH - CAL (t L - t O) dY ]
Por definicin de entalpa del aire:
H = CB (t G - t O) + Y [ CA L ( t G - t O ) + O ]
donde:
Cb: capacidad calorfica del aire seco, KJ/Kg. C
O: calor latente de evaporacin del agua a la temperatura de referencia,
KJ/Kg
Derivando la ecuacin (4-26):
dH = CB d t G + dY [CA L ( t G - t O) + O ] + Y CA L d t G
Reemplazando ecuacin (4-27) en ecuacin (4-25), se tiene:
LCA L d t L = GS { (CB + Y CA L) d t G + [ CA L ( t G - t L ) + O ] dY }
:
LCA L d t L = GS { CS d t G + [ CA L ( t G - t L ) + O ] dY }
Para una torre de enfriamiento el calor sensible transferido es despreciable
en comparacin con el calor transferido debido a la evaporacin del agua; luego
en la ecuacin (4-28) los trminos para el calor sensible pueden eliminarse. La
ecuacin quedara as:
L CA L dt L = GS ( CS dt G + O dY ) = GS dH
que es una ecuacin fundamental para el estudio de una torre de enfriamiento.
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Integrando la ecuacin (4-29) entre los lmites dados por la parte superior e
inferior de la torre, y suponiendo adems que L es bsicamente constante debido
a la poca evaporacin del agua, se tiene:
L CAL (t L2 - t L1) = GS (H2 - H1)
De la ecuacin (4-29):
GS dH = GS CS dt G + GSO dY
Sustituyendo las ecuaciones (4-20) y (4-21) en la ecuacin anterior se tiene:
GS dH = h G (t i - t G) aH dZ + O k Y aM (Yi - Y) dZ
Sea: r = h G aH / (CS k Y aM) y reemplazando en ecuacin (4-31):
GS dH = k Y aM [ (CS r t i + O Yi ) - ( CS r t G + O Y) ] dZ
De la relacin de Lewis:
Le = hG / (k Y CS)
Que para el sistema aire-agua es igual a 1, y adems:
aM = aH = a
Que ser cierto cuando el empaque este totalmente irrigado, se llega a que:
r = 1.
Luego, en ecuacin
GS dH = k Y aM [ (CS t i + O Yi) - ( CS t G + O Y) ] dZ
Desarrollando y simplificando la ecuacin (4-34), se llega a:
GS dH = k Y a ( Hi - H) dZ
Esta ultima ecuacin es notable ya que el coeficiente de transferencia de masa k Y
se utiliza con una fuerza motriz de entalpa ( Hi - H).
Combinando la ecuacin (4-22) con la ecuacin (4-29) y la (4-30) se tiene:
GS dH = h L a (t L - t i ) dZ = k Y a (Hi - H) dZ
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La ecuacin anterior puede interpretarse mejor analizando la figura 1.5, en la cual
se ha graficado la entalpa de la mezcla aire-agua H, vs la temperatura del
liquido, t L.
La lnea de operacin pasa por los puntos P y Q que representan la parte
inferior y la parte superior de la torre, respectivamente. La ecuacin de la lnea de
operacin se deriva de la ecuacin (4-30):
LCA L (t L 2 - t L1) = GS (H2 - H1)
de donde su pendiente es:
' ' '
2 1
'
2 1
A L
L L s
H H LCm
t t G
= =
La curva de equilibrio representa las condiciones del gas en la interfase
aire-agua, y corresponde a la entalpa del gas saturado a cada temperatura. En la
Fig.4-10, en la posicin correspondiente al punto A sobre la lnea de operacin, el
punto B representa las condiciones en la interfase; la distancia BD representa la
fuerza motriz (Hi - H) dentro de la fase gaseosa.
La ecuacin de la lnea AB esta dada por la ecuacin (4-34):
h L a ( t L - t i ) dZ = k Y a ( Hi - H) dZ
cuya pendiente es:
Hi - H - h L am = =
t i - t L k Y a
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Diagrama entalpa del aire hmedo - temperatura del agua.
La altura empacada de la torre de enfriamiento
Combinando la ecuacin (4-29) con la ecuacin (4-35) resulta:
L CAL d t L = k Y a (Hi - H) dZ
que integrando entre los lmites de parte inferior y parte superior de la torre,se llega a:
2
1
' ' '
0
L
L
tz
Y L
AL it
k adZ dt
LC H H=
o :
2
1
' ' '
L
L
t
Y L
AL it
k aZ dt
LC H H=
La integral de la ecuacin (4-38) puede calcularse grficamente, basndose en la
Fig. 4-9, construyendo tringulos como el ABD en el cual (H i - H) es la distancia
-
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vertical BD. Se puede preparar entonces una grfica t L vs 1/( Hi - H) y hallar el
rea bajo la curva entre los limites t L1 y t L2. Se obtiene as la integral buscada.
Sucede que los coeficientes de fases individuales no son conocidos para los
empaques de las torre de enfriamiento, razn por la cual es mas adecuado
utilizar una fuerza motriz global que represente la diferencia en entalpa para las
fases totales, (H* - H), requiriendo para ello el uso del coeficiente global
correspondiente, KYa. Luego, la ecuacin (4-37) quedara as:
L CA L d t L = K Y a (H* - H) dZ
cuya integracin resulta :
2
1
' ' '*
L
L
t
Y L
AL it
K aZ dt
LC H H= La fuerza motriz global (H* - H) esta representada por la distancia vertical AC en
la Fig. 4-10, y siguiendo el mtodo de integracin grfica mencionado
anteriormente, puede hallarse el valor de la integral de la ecuacin (4-40).
La altura de empaque, Z, puede hallarse entonces de:
Z = Ntu . Htu
donde:
2
1
' '*
L
L
t
Ltu
it
dtN
H H=
Htu = L CAL / KY a
El numero de unidades de transferencia, Ntu, esta influenciado nicamente por las
condiciones de proceso impuestas a la torre y representa el trabajo que debe
efectuarse para lograr transferir una cantidad requerida de masa, mientras que la
altura de la unidad de transferencia, Htu, esta determinada por las caractersticas
del empaque de la torre.
-
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Adicionalmente debe mencionarse que en la grfica de la Fig. 4-10, el rea
comprendida entre la curva de saturacin y la lnea de operacin es una indicacin
del potencial que promueve la transferencia de calor. Un cambio en las
condiciones de proceso, de tal manera que la lnea de operacin se mueva hacia
abajo para incluir una mayor rea de entre ella misma y la curva de saturacin,
significa que se requerirn menos unidades de transferencia ya que aumenta el
potencial.
Esquema de una torre de Humidificacin
IV. MATERIALES Y EQUIPO :
Material de estudio : Aire y Agua.
Material auxiliar : Torre de humidificacin, intercambiador de calor de dobletubo, termmetro.
Descripcin del equipo : El equipo usado es una torre de enfriamiento queesta constituido de una altura igual a 2.4 m y largo 0.98 m ,ancho 0.40 m.
Torre deenfriamiento
Caliente
Fri Seco
Hmedo
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V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL :
Atender las explicaciones del profesor antes de realizar la prctica.Prender el calentador elctrico antes de iniciar la practica.Fijar el flujo de agua caliente por medio del rotmetro del intercambiador decalor as como el dispositivo para fijar el caudal de aire ,tomar datos de la
temperatura inicial de aire y agua.
VI. CALCULOS : Se realizan clculos para cada longitud de rotametro.
Para L.R 80
Clculo de flujo de agua de entrada
L2 = LR - 10 60
19.2
L2 = 80 - 10 60
19.2
L2 = 218.75 Kg de H2O / h
Clculo de entalpa del aire de entrada
HG1 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 21 C yi = 0.014
Sustituyendo estos valores en la formula
HG1 = 13.53604 Kcal / Kg aire
Clculo de entalpa del aire de salida
HG2 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 25 C yi = 0.018
Sustituyendo estos valores en la formula
HG2 = 16.9566 Kcal / Kg aire
Luego
L1 = HAIRE - T2 . y L2
HAIRE - T1 . y
-
7/28/2019 Informe N01 - Humidificacion(2011)
25/32
L1 = 8.5514 - 25 x 0.004 218.75
8.5514 - 21x0.004
L1 = 218.33665
m = HG2 - HG1 = 16.9566 - 13.53604 TL2 - TL1 25 - 21
m = 0.85514 Kcal / Kg .C y m = L2. Cl / G
G = ( 218.75 Kg H2O ) ( 1 Kcal / kg )
( 0.85514 Kcal / Kg. C )
G = 255.806 Kg de aire / h. C
Hallamos el Kya evaluando la integral de la sgte tabla.
T C Yi H H* H* - H
1
H* - H
1
H
*
- Havg
HIntegral
2122232425
0.0140.0150.0160.0170.018
13.5314.3815.2416.1016.95
14.615.316.217.218.2
1.060.910.951.091.14
0.931.091.040.900.87
1.101.070.090.89
0.8530.8540.8550.856
0.8700.9160.8360.763
Calculo de Kya
dH Z . Kya .S Donde : Z = 2.4 m=
H * - H G S = 0.98 x 0.40 = 0.392 m
S =0.392 m
3.387408 = ( 2.4 ) ( Kya ) ( 0.392 m2 )
-
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26/32
( 255.806 Kg aire / h.C )
Kya = 921.045 Kg aire / h .m3 . C
Clculo del calor
Q = m . CP .T Q = ( 218.54 ) ( 1 ) ( 25 27 ) = 874.1733 Kcal / h
Q = 874.1733 Kcal / h
Clculo de W
W = G ( Y2 Y1 )
W = 255.806( 0.018 0.014 )
W = 1.0232 Kg de H2O Vapor / h
Para L.R 120
Clculo de flujo de agua de entrada
L2 = LR - 10 60
19.2
L2 = 160 10 60
19.2
L2 = 468.75 Kg de H2O / h
Clculo de entalpa del aire de entrada
HG1 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 22 C yi = 0.014
Sustituyendo estos valores en la formula
HG1 = 13.782 Kcal / Kg aire
Clculo de entalpa del aire de salida
-
7/28/2019 Informe N01 - Humidificacion(2011)
27/32
HG2 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 36 C yi = 0.039
Sustituyendo estos valores en la formula
HG2 = 32.576 Kcal / Kg aire
Luego
L1 = HAIRE - T2 . y L2
HAIRE - T1 . y
m = HG2 - HG1 = 32.576 13.782 TL2 - TL1 63 - 42
m = 08949 Kcal / Kg .C y m = L2. Cl / G
G = ( 468.75 Kg H2O ) ( 1 Kcal / kg )
( 0.8949 Kcal / Kg. C )
G = 523.801 Kg de aire / h. C
Hallamos el Kya evaluando la integral de la sgte tabla.
T C H H*
H* - H
1
H* - H
1
H* - Havg
HIntegral
35.5424853
60
13.916.719.521.7
25.1
31.643.759
75.9
109
17.626.939.554.1
83.8
0.0560.0370.0250.084
0.012
0.0460.0310.021
0.013
2.842.752.25
3.42
0.130.080.04
0.05
Calculo de Kya
-
7/28/2019 Informe N01 - Humidificacion(2011)
28/32
Kya = NA .G / Z . S
Kya = ( 0.3206 ) ( 73.940 ) / 8 2.40 ) 8 0.392)
Kya = 251.96 Kg / m3 .h
Clculo del flujo de salida del agua
L1 - L2 = G ( Y2 - Y1 )
L1 = ( 739.40 Kg de aire / h )(0.029 0.014 ) + 243.75 Kg de H2O / h
L1 = 354.841 Kg de H2O / h
Clculo del calor
Q = m . CP .T Q = ( 349.29 ( 1 ) ( 60 35.5 ) = 85557.605 Kcal / h
Q = 85557.605 Kcal / h
Clculo de W
W = G ( Y2 Y1 )
W = 739.40 ( 0.029 0.014 )
W = 11.091 Kg de H2O Vapor / h
Para L.R 160
Clculo de flujo de agua de entrada
L2 = LR - 10 60
19.2
L2 = 80 - 10 60
19.2
L2 = 218.75 Kg de H2O / h
Clculo de entalpa del aire de entrada
HG1 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 21 C yi = 0.014
-
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29/32
Sustituyendo estos valores en la formula
HG1 = 13.53604 Kcal / Kg aire
Clculo de entalpa del aire de salida
HG2 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 25 C yi = 0.018
Sustituyendo estos valores en la formula
HG2 = 16.9566 Kcal / Kg aire
m = HG2 - HG1 = 16.9566 - 13.53604 TL2 - TL1 25 - 21
m = 0.85514 Kcal / Kg .C y m = L2. Cl / G
G = ( 468.75 Kg H2O ) ( 1 Kcal / kg )
( 0.85514 Kcal / Kg. C )
G = 523.801 Kg de aire / h
Hallamos el Kya evaluando la integral de la sgte tabla.
T C H H* H* - H
1
H* - H
1
H* - Havg
HIntegral
4248545963
13.919.224.529.032.5
43.75980
104128
29.7939.7555.575.098.42
0.0330.0250.0180.0130.010
0.0290.0210.0150.011
5.3465.254.253.25
0.150.110.090.42
Calculo de Kya
-
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30/32
Kya = ( 0.38339 ) ( 533.802 )
( 2.40 ) ( 0.392 )
Kya =213.457 Kg aire / h .m3
Clculo del flujo de salida del agua
L1 - L2 = G ( Y2 - Y 1 )
L1 = ( 523.802 9 ( 0.039 0.014 ) + 468.75
L1 = 481.845 Kg de H2O Vapor / h
Clculo del calor
Q = m . CP .T Q = (475.29 ) ( 63 42 ) = 9981.24 Kcal / h
Q = 9981.24 Kcal / h
Clculo de W
W = G ( Y2 Y1 )
W = 523.802( 0.029 0.014 )
W = 13.095 Kg de H2O Vapor / h
VII. RESULTADOS :
Para cada lectura de rotametro se obtuvo un Kya diferente.
Para L.R 80
W = 1.0232 Kg de H2O Vapor / h
Q = 85557.605 Kcal / h
Kya = 251.96 Kg / m3 .h
Para L.R 120
W = 11.091 Kg de H2O Vapor / h
Q = 85557.605 Kcal / h
-
7/28/2019 Informe N01 - Humidificacion(2011)
31/32
Kya = 921.045 Kg aire / h .m3 . C
Para L.R 160
W = 13.095 Kg de H2O Vapor / h
Q = 9981.24 Kcal / h
Kya =213.457 Kg aire / h .m3
VIII. CONCLUSIONES :
A medida que la lectura del rotametro aumenta el coeficiente de
transferencia de masa disminuye.
A medida que la lectura del rotameto aumenta la variacin del flujo va a ir
incrementndose.
A medida que la lectura del rotametro aumenta la variacin del flujo del gas
aumenta.
IX. RECOMENDACIONES :
Tener cuidado en la manipulacin del rotametro.
Tener precaucin en la lectura de las temperaturas que reporta el
termmetro.
El calentador antes que se empiece a trabajar este debe estar caliente una
hora antes, luego cuando nosotros necesitamos el equipo este debe dejarseenfriar.
X. BIBLIOGRAFIA :
Weltey, J., Wicks, Ch. Y R. Wilson, Fundamentos de Transporte de Momento
Calor y Masa,2da Ed. Edit. Limusa, S.A., Mxico.
Geankoplis, Ch. J.,"Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias", CECSA
2da.Ed., Mxico 1995.
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Minana, A. A., M. Rubio, T., Enseanza de las Operaciones de
Transferencia de Materia, I. Q., pp.169-173, 1983.
Treybal, R. E., "Operaciones de Transferencia de Masa", Mc Graw Hill,
Mxico 1980Foust, A., et al., Principios de Operaciones unitarias, Ed.
Continental, S.A.,