06. HumidificacionAire Dextre 2013

(Enfriamiento de agua en una columna rellena)

Asesor: Ing. Manuel José Jimenez Escobedo Integrantes: Fernández Gonzales Edwin Eladio Ramírez Risco Omar Cristopher Alvarez Tucto Treisy Thalia Rivera Figueroa Maria Elizabeth Bardales Rodriguez Jose Antonio Obregon Mariano Edward Dextre Rosario Karen

Huacho, Diciembre del 2013

INDICE Resumen ………………………………………………………………………….

Pg. 03

Humidificacion. Introducción

Pg. 04

……………………………………………………………

 Antecedentes …………………….…………………………………… ……

Pg. 04

Fundamento Teorico……………………………………………….……… Pg. 04 Conservacion de la Materia …………………………….………….. Pg. 04 Conservacion de la Energia Mecanica ……………………….………  Pg. 05 Factor de Correccion de Energia Cinetica ………………….……… Pg. 06 Longitud de entrada, Fartor de friccion f …………………………….. …………………………….. Pg. 07 Perdidas de Energia ……………………….………………………….. Pg. 08     

Sección Experimental ………………………………………………….… Equipos y Materiales ……………………………………………… Datos Técnicos………………………………………………….… Registro de Datos…………………………………………………

Pg. Pg. Pg. Pg.

Resultados………………………………………………….………………. Calculos efectuados ……………………………………………… Graficos de Resultados……………………………………………..

Pg. 12 Pg. 12 Pg. 18

Conclusiones ………………………………………………….……………

Pg. 25

Recomendaciones………………………………………………….………

Pg. 26

Referencias Bibliograficas Bibliograficas …………………………………………………

Pg. 26

  

 

09 09 09 10

 APENDICES  Apendice A:   Formulas………………………………………………………………..

Pg. 28

 Apendice B: Diagrama de Moody………………………………………………… Explicacion del Diagrama de Moody ……………………………….   Diagram a del tanque utilizado ………………………………………

Pg. 32 Pg. 33 Pg. 33



  

Cuestionario ………………………………………………….……………….Pg. 34

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RESUMEN

En el presente informe trataremos acerca de la Humidificación que es una operación unitaria que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interface, hay simultáneamente, transferencia de calor y de materia. Para esta práctica se introdujo agua por la parte superior en forma de lluvia provocada, y el aire fluye en forma ascendente, de forma natural o forzada. En el interior de la torre se utilizan rellenos de diversos tipos que favorecen el contacto entre las dos fases. De los resultados obtenidos, se observó, que la eficiencia térmica, índice del rendimiento del bulbo húmedo, son directamente proporcionales a la temperatura del agua e inversamente proporcional con el flujo del agua. Hoy en día en las industrias se usan grandes cantidades de agua con el propósito de enfriar ya sea los condensadores, en las plantas de energía, enfriamiento de máquinas de combustión interna en plantas de fuerza, máquinas de combustión en las estaciones de bombeo o compresión, etc.

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INFORME DE PRACTICA N° 8 HUMIDIFICACION (Enfriamiento de Agua en una Columna Rellena)

I.

INTRODUCCION La humidificación es una operación unitaria en la que tiene lugar una transferencia simultánea de calor y masa, sin presencia de una fuente de calor externa, que ocurre en una columna rellena utilizando agua caliente que se pone en contacto con aire seco o poco húmedo, ambos circulando en contracorriente. Esta transferencia simultánea hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión a través de la interface, dando como resultado que el líquido cede calor a la interface, enfriándose también y el gas se humidifica, calentándose.

II.

ANTECEDENTES Los procesos de enfriamiento del agua se encuentran entre los más antiguos que haya desarrollado el hombre. Por lo común el agua se enfría exponiendo su superficie al aire. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque, otros son comparativamente rápidos, por ejemplo, el rociado de agua hacia el aire. Todos estos procesos implican la exposición del agua al aire en diferentes grados. La humidificación es una operación unitaria, tiene por objeto modificar las condiciones de humedad y temperatura de una corriente de aire por interacción directa con otra corriente de agua.

III.

FUNDAMENTO TEORICO HUMIDIFICACIÓN La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interfase hay, simultáneamente, transferencia de calor y de materia.

 A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente:

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

Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco

(o

con

bajo

contenido

en

humedad),

normalmente

aire

atmosférico. 

Parte del agua se evapora, enfriándose así la interface.



El seno del líquido cede entonces calor a la interface, y por lo tanto se enfría.



A su vez, el agua evaporada en la interface se transfiere al aire, por lo que se humidifica.

Operaciones Gas-Líquido: Procesos De Humidificación En un proceso de humidificación el agua caliente se pone en contacto con aire seco o poco húmedo; la materia (agua) y el calor se transfieren hacia la fase gaseosa a través de la interface, como se muestra en la figura 3, la cual se enfría.

Fig ura Nº1: Condiciones de la interface en una altura determinada de una torre de humidificación. Como resultado, el líquido cede calor a la interface, enfriándose también. Y el gas se humidifica.

Psicrometría Es la medición de vapor de agua y calor en una muestra de aire. Se utiliza en la industria de la refrigeración, el diseño de las salas limpias. Ciertos procesos de fabricación y para las aplicaciones teóricas Psicrometría es una  rama de la

termodinámica y  se ocupa de términos como temperatura de bulbo

seco, temperatura

de

bulbo

húmedo,

calor

específico,

y relativa.

La

comprensión de psicrometría es un requisito previo para un control preciso de la humedad de los ambientes contenidos. El concept o clave en Psicrometría es la relación entre la temperatura de bulbo húmedo, temperatura de bulbo seco y

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humedad relativa. Psicrometría aplica las relaciones bien entendidas entre la humedad y la temperatura en el aire a los problemas prácticos. En Psicrometría, temperatura de bulbo seco se refiere a la temperatura del aire, medida por un termómetro convencional. Temperatura de bulbo húmedo se mide con un aparato denominado higrómetro, diseñado para medir la temperatura en una forma que refleja las propiedades de refrigeración de la evaporación del agua.

Variables psicométricos 

Humedad.- Es la medida de la cantidad de vapor de agua presente en la fase gaseosa. Es la razón másica de vapor de agua respecto al aire seco.

     =  .        M A: Masa molecular del agua MB: Masa molecular del aire P A: Presión parcial que ejerce el vapor de agua en la mezcla gaseosa P: Presión total (atmosférica)



Humedad relativa.- También llamado saturación relativa es la relación entre la presión parcial del vapor y la presión de vapor a la misma temperatura. También se le representa con las siglas HR.

 = ̅̅° 

Humedad Porcentual.-  También llamado saturación porcentual es la relación entre la humedad existente en la masa gaseosa y la que existirá si esta estuviera saturada.

 = °̅   °̅  

Presión de Vapor.-  Si el vapor y el líquido de un componente puro están en equilibrio, la presión de equilibrio se denomina Presión de Vapor.

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

Temperatura de punto de Roció.- Es la temperatura que alcanza una mezcla vapor-gas, cuando se enfría a presión constante, por debajo de la cual se forma la primera gota de vapor condensado persistiendo las condiciones de saturación.



Volumen húmedo.-  Que se define por el volumen ocupado por la mezcla que contiene una unidad másica de gas, y se calcula a partir de la ecuación del estado gaseoso ideal.

PV=MRT En el caso del gas húmedo es necesario considerar las masas del gas y del vapor.



 = ( )  = (1  ) 

Calor Húmedo.-  Denominado también calor específico del gas húmedo, es la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 1 Kg de aire seco más el vapor de agua presente a 1°C.Siendo la Ecuación para el cálculo :

CS= (CP) G + (CP) V Y ABS

Las capacidades caloríficas del aire y del agua se pueden suponer constantes en el intervalo normal de temperaturas e iguales a 0.24 y 0.46 Kcal/Kg respectivamente, entonces la ecuación quedaría

 = 0.240.46



Entalpia total de la mezcla aire agua. - Es la suma del calor sensible de 1 Kg de gas y el calor latente de vaporización del vapor que le acompaña, para el cálculo de la entalpia es necesario elegir estados de referencia, unos para el gas y otro para el vapor. Sea el término To  la temperatura de referencia para los dos componentes, se obtiene

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 =   Siendo



 el calor latente del liquido a la temperatura de referencia



 y

T la temperatura del gas. Para mezclas aire/vapor de agua, y tomando como referencia al agua líquida a 0 C ; se tiene

 = 0.240.46∗ 597.2 El balance de materia y energía para la mezcla aire-agua



Balance de materia

   =    ,−     =      , 

Balance de Humedad

   =      = () (ℎ  ) ℎ  

Balance de Energía o Entalpia 1. Humedad

2. Entalpia

   =    =      = ++  = ++

3. Temperatura

Las condiciones de aire húmedo resultante se pueden encontrar sobre el diagrama psicrométrico, en la recta de unión de los dos puntos representativos de las masas mezcladas.

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En la figura, en el punto A representa la condición de una masa gaseosa y el punto B la de la otra gaseosa en contacto. Estos dos puntos se unen por medio de una línea recta. El punto C, depende del porcentaje de cada masa gaseosa presente en la mezcla.

Mientras mayor sea A, más cerca estará C a B y más cercano estará B si ocurriese lo contrario.

La saturación adiabática Temperatura de saturación adiabática:

La relación entre la temperatura de saturación adiabática y la humedad de la fase gaseosa puede desarrollarse considerando el proceso de saturación del gas. En la Fig.Nº2 se muestra un proceso general de humidificación.

 Aquí, los subíndices 1 y 2 se refieren al fondo y al domo de la columna, respectivamente; los subíndices L y V se refieren a las fases líquida y vapor, respectivamente; L y V son las velocidades molales de flujo del líquido y vapor, respectivamente; V' es la velocidad de flujo molal del gas incondensable, lb mol/h.

Fi g Nº2 Pr oceso g eneral de humidificación .

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Un balance de materiales con respecto a la torr e da:

   = ′  

…..(1)

y un balance de entalpía da

    = ´   …...(2) Para especializar este proceso general y hacerlo adiabático, es necesario imponer varias restricciones. Primero, no se puede transferir calor a la torre, esto es, q = O. Segundo, se recirculará la corriente líquida. De esta manera, a estado

 T = T

estable,

  . A medida que el proceso continúa, la temperatura del

líquido será constante y, por consiguiente, no será posible llevar a la torre calor sensible neto o extraerlo del líquido. El único efecto que pasará a través de la torre en la corriente líquida es que una parte de ésta se vaporizará hacia la corriente gaseosa. Bajo estas condiciones, la Ec. 2 resulta.

   = ´   ….(3) L  L    =   

Combinando las Ecs.(1) y (3) para eliminar

 se obtiene

….(4)

 Ahora es posible expresar las entalpías en términos de los calores molales latente y húmedo, como se indica en la Ec:

 = [  ]       = [  ]  [  ]…(5)  Ahora, si se establece una restricción adicional especificando que la torre debe ser lo suficientemente alta para que las fases líquida y gaseosa alcancen el

T = T = TV = T T T

equilibrio en su domo, la fase gaseosa estará saturada y Por tanto, la temperatura del domo de la torre saturación adiabática, y

y

  será la temperatura de

 será la humedad molal del gas saturado a

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.

.

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TV

La temperatura de la fase gaseosa en el fondo de la torre designarse como

T

puede tan sólo

. Aplicando estas restricciones, la Ec. (5) resulta:

     = [  ][  ]…(6) Cualquiera de los calores húmedos puede reemplazarse en términos del otro, puesto que

 =   

y

 =   

o

 =     ….(7)

de manera que

     = [      ] [  ]……(8) Reordenando y agrupando términos se obtendrá

   =   [      ] …..(9) Los

términos

de

esta

ecuación

rectangulares son iguales a siguiente balance de entalpía:

λ 

que

se

encuentran

entre

paréntesis

, como puede demostrarse mediante el

   =  =        =   [  ] ….(10)

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La Ec. (10) expresa el resultado obtenido al determinar

Ha  H = λ  To

  usando

un camino en el que el sistema, en este caso 1 mol del componente a, se enfría primero como líquido hasta calienta como vapor hasta

T

To

, se evapora entonces a

 y por último, se

. La suma de los cambios de entalpía a lo largo

del camino completo será igual a la diferencia entre las entalpías final e inicial, debido a que la entalpía es una función de estado. Haciendo la sustitución indicada se obtiene

   =    ….(11) Puesto que en este desarrollo

T y γ

 fueron las condiciones a la temperatura

de saturación adiabática, es posible expresar la Ec. (11) como

   =    …(11.a) en donde el subíndice sa se refiere a la condición de saturación adiabática correspondiente a las condiciones iniciales de la fase gaseosa, designadas por el subíndice 1.

La Ec. (11.a) expresa la relación entre la temperatura y humedad de un gas a cualquier condición de entrada y las condiciones correspondientes para el mismo gas a su temperatura de saturación adiabática. Por tanto, es posible obtener la humedad del gas conociendo la temperatura de saturación adiabática y la temperatura real del gas. Se puede encontrar la humedad a la condición de saturación adiabática mediante la curva de saturación, mientras que la humedad del gas puede calcularse mediante la Ec. (11.a) Nótese también que la Ec.(11.a) se desarrolló a partir de balances totales de materia y entalpía entre la condición inicial del gas y la de saturación adiabática. Por tanto, sólo es aplicable a estos dos puntos y puede no describir el camino seguido por el gas al saturarse.

Numero de Lewis El Número de Lewis (Le) es un número adimensional definido como el cociente entre la difusividad térmica y la difusividad másica. Se usa para caracterizar flujos en donde hay procesos simultáneos de transferencia de calor y masa por convección. Se define como:

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Dónde: α es la difusividad térmica.

es la difusividad másica.

El número de Lewis puede expresarse también en términos de número de Schmidt y número de Prandtl.

.

Método Potencial Entálpico Es un método muy utilizado para el diseño y evaluación de equipos de aire acondicionado de tiro forzado, inicialmente fue propuesto por Merckel y discutido en varios artículos científicos por Mc Adams, Simpson, Sherwood y otros. Este método del potencial Entálpico es la aproximación más conveniente para la determinación del tamaño de equipos para sistemas de contacto agua – aire, mediante el método del potencial

Entálpico

se pueden determinar

las

condiciones de operación y los resultados de una sola corriente experimental, puede ser usado también para calcular la recta de operación y el coeficiente global de transferencia.

Índice de Rendimiento del Bulbo Húmedo Esta dado por la siguiente ecuación:

   ∗ 100  =         

Eficiencia térmica.-

∗      = ∗    ∗100  Lab. Operaciones Unitarias

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 = ∗    ∗   = − 

Calor Disipado.El calor disipado se puede obtener por balance de energía la cual esta expresada de la siguiente manera.

 =     ∗  =     ∗ ∗    IV.

SECCIÓN EXPERIMENTAL Experimento A: Se procederá a efectuar la humidificación del aire (agua caliente) utilizando la columna de humidificación.

4.1. Equipos y Materiales:  

Una columna de humidificación, equipada con instrumentos de medición de flujo y temperatura, y accesorios varios.



Sistema de calentamiento y bombeo de agua limpia.



Sistema de suministro de aire.



3 termómetros.



Recipientes varios

4.2. Datos Técnicos: a) Tipo de material, relleno, dimensiones físicas-internas y externas del humidificador. 

Características del Humidificador Relleno: anillos rasching Cantidad de relleno: 2773 anillos Medida del anillo: largo 1.3cm, diámetro 0.8



Características de las 2 bombas. Potencia: 0.25 hp c/u = 0.5hp Capacidad: 4 pisos

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Dimensiones físicas-internas y externas del humidificador:  

Cilindro: Diámetro: 39cm  Altura: 60cm  Altura del agua caliente en el cilindro: 30cm



Columna multipropósito:  Altura:2,36 cm Diámetro: 8,5 cm



Recipiente de la columna:  Altura: 40 cm Diámetro: 35 cm

b) Características técnicas del sistema calefactor y de la compresora.  

Compresor: Potencia: 2hp; 1,4 Kw RPM: 3480 uF:250V uF:450 V  Amp:12.1

4.3. Registro de Datos: TABLA N° 1: Datos Recolectados. .Dato

Flujos

Temp. Agua °C

Temperatura del Aire °C

N°

Agua (GPH)

Aire (SCFH)

Entrada

Salida

Tbsin

Tbhin

1

2

1.0

30

24

21

17.7

25

24.1

2

4

1.5

34

25

21

17.7

25

24.5

3

6

1.6

38

26

21

17.7

26

24.3

4

8

1.7

42

29

21

17.7

27

25.1

5

10

2.0

44

33

21

17.7

29

25.8

6

12

2.2

46

36

21

17.7

30

25.6

Tbsout Tbhout

TABLA N° 2: Datos Recolectados del seguimiento de la columna de humidificacion. Temperaturas en la Columna °C Ts10

Ts11

Ts12

Ts13

Ts14

Ts15

Ts16

Ts17

Ts18

Ts19

Ts20

24

29

29

29

29

29

31

31

30

31

30

25

32

31

32

32

32

34

34

34

35

34

26

37

36

37

37

37

40

40

39

40

38

29

40

39

40

40

40

42

42

41

43

42

33

44

43

44

43

43

45

45

44

45

44

36

45

44

45

44

43

45

45

44

46

46

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V.

RESULTADOS 5.1. Calculos por Efectuar: a) Propiedades psicrometricas: TABLA N° 3 Temperatura del Aire de entrada Dato N°

Vol. Calor Entalpia de Humedo Humedo Mezcla (m3/Kg ) (kcal/kg.°C) (Kcal/kg A)

Aire (m3/h)

Tbsin °C

Tbhin°C

Pvbsin (mmHg)

Pp

HR (%)

HAbs KH2O/Kg

H%

T° Rocio °C

1

0.02832

21

17.7

18.59

13.94

75

0.012

1.186

0.84791

0.2458

12.3274

16.0

2

0.04248

21

17.7

18.59

13.94

75

0.012

1.186

0.84791

0.2458

12.3274

16.0

3

0.04531

21

17.7

18.59

13.94

75

0.012

1.186

0.84791

0.2458

12.3274

16.0

4

0.04814

21

17.7

18.59

13.94

75

0.012

1.186

0.84791

0.2458

12.3274

16.0

5

0.05663

21

17.7

18.59

13.94

75

0.012

1.186

0.84791

0.2458

12.3274

16.0

6

0.06230

21

17.7

18.59

13.94

75

0.012

1.186

0.84791

0.2458

12.3274

16.0

Temperatura del Aire de Salida Dato N°

Vol. Calor Entalpia de Humedo Humedo Mezcla (m3/Kg ) (kcal/kg.°C) (Kcal/kg A)

Aire (m3/h)

Tbsout °C

Tbhout °C

Pvbsout (mmHg)

Pp

HR (%)

HAbs KH2O/Kg

H%

T° Rocio °C

1

0.02832

25

24.1

23.68

22.50

95

0.019

1.865

0.86896

0.2491

17.5748

23.5

2

0.04248

25

24.5

23.68

22.74

96

0.019

1.865

0.86896

0.2491

17.5748

24.0

3

0.04531

26

24.3

25.13

23.12

92

0.019

1.865

0.87187

0.2491

17.8239

23.0

4

0.04814

27

25.1

26.66

24.26

91

0.020

1.961

0.87616

0.2496

18.6832

25.0

5

0.05663

29

25.8

29.97

23.98

80

0.020

1.961

0.88200

0.2496

19.1824

24.0

6

0.06230

30

25.6

31.76

23.19

73

0.020

1.961

0.88492

0.2496

19.4320

24.0

b) Balance de Materia Balance de Materia Flujo másico Agua (kg/h)

Flujo másico Aire (kg/h)

Flujo de Agua Evaporada (Kg/H)

% de Agua Evaporada

7.5572

5.7560

0.040292

0.53317

15.1143

17.2681

0.120877

0.79975

22.6125

45.2170

0.316519

1.39976

30.1015

52.0547

0.416438

1.38345

37.5587

60.2388

0.481911

1.28309

44.9796

56.9507

0.455606

1.01292

c) Coeficientes individuales de transferencia de masa. Dato

hL

hG

kG

hL / kG

hG / kG

Nº

(Kcal/h.m2.ºC)

(Kcal/h.m2.ºC)

(Kg A.S/h.m2.ºC)

(Kcal/kg A.S.ºC)

(Kcal/kg A.S.ºC)

1

107829.3173

23850.28743

97073.0532

0.111080587

0,245694213

2

182476.7705

41552.12245

169184.1219

1.078569126

0,245602968

3

258723.1425

48569.75993

197699.9226

1.308665877

0,245674147

4

334969.5145

55587.39741

226215.7233

1.538762628

0,245745326

b) Balance de Materia Balance de Materia Flujo másico Agua (kg/h)

Flujo másico Aire (kg/h)

Flujo de Agua Evaporada (Kg/H)

% de Agua Evaporada

7.5572

5.7560

0.040292

0.53317

15.1143

17.2681

0.120877

0.79975

22.6125

45.2170

0.316519

1.39976

30.1015

52.0547

0.416438

1.38345

37.5587

60.2388

0.481911

1.28309

44.9796

56.9507

0.455606

1.01292

c) Coeficientes individuales de transferencia de masa. Dato

hL

hG

kG

hL / kG

hG / kG

Nº

(Kcal/h.m2.ºC)

(Kcal/h.m2.ºC)

(Kg A.S/h.m2.ºC)

(Kcal/kg A.S.ºC)

(Kcal/kg A.S.ºC)

1

107829.3173

23850.28743

97073.0532

0.111080587

0,245694213

2

182476.7705

41552.12245

169184.1219

1.078569126

0,245602968

3

258723.1425

48569.75993

197699.9226

1.308665877

0,245674147

4

334969.5145

55587.39741

226215.7233

1.538762628

0,245745326

5

411215.8865

62605.03489

254731.5240

1.768859379

0,245816505

6

487462.2585

69622.67237

283247.3247

1.998956130

0,245887684

d) Coeficientes Globales de Transferencia. ∫Cp*dt/(iL-iG) (adimensional)

∫diG/(iL-iG) (adimensional)

KG a (kg/h.m3)

0.727489493

0.099377383

29.647483

0.666510695

0.099398366

65.866277

0.623905799

0.099428844

90.365977

0.581300902

0.099459322

114.865677

0.514696228

0.098952956

123.862549

0.448091553

0.098446589

132.859420

5.2. Gráficos de Resultados

iL vs tL

70

60

50

    )

   g 40

   K     /     l    a    c 30    K     (    L    i

iL…

20

10

0 30

35

40

45

tL (ºC)

50

55

iG vs tL

15.5

15

14.5

   g    K 14     /     l    a    c    K     ( 13.5    G    i

iG vs tL

13

12.5

12 30

35

40

45

Lab. Operaciones Unitarias

50

tL (ºC) 55

E.A.P. Ingeniería Química 18

1/(iL-iG) vs tL

0.07

0.06

    )     l 0.05    a    c    K     / 0.04    g     k     (     )    G 0.03    i      L    i     (     / 0.02    1

1/(iL-…

0.01

0 30

35

40

45

tL 55

50

(ºC)

1/(iL-iG) vs iG

0.07

0.06

0.05

    )    g    K     /     l    a 0.04    c     k     (     )    G    i 0.03      L    i     (     /    1

1/(iL-iG) vs iG

0.02

0.01

0 12

12.5

13

13.5

14

Lab. Operaciones Unitarias

14.5

15

tL (ºC)

15.5

E.A.P. Ingeniería Química 19

VI.

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS -

En la evaluación del proceso de humidificación mediante el uso de una torre de enfriamiento es necesario determinar correctamente las temperaturas de entrada y de salida del agua, así como también su flujo másico, para poder así calcular las pérdidas de masa por evaporación y arrastre, utilizando el balance de materia.

-

En el análisis de las tablas 2 a la tabla 8, es necesario conocer algunos parámetros como las propiedades físicas, termodinámicas y psicrometricas de la mezcla del aire húmedo, y posteriormente con estos datos se puede calcular las variables fundamentales de operación como son: la sección transversal de la torre de enfriamiento, el número de elementos de transferencia, la altura del empaque, el coeficiente global, el índice de rendimiento del bulbo húmedo, eficiencia térmica y el rango de enfriamiento del agua.

-

En los cálculos se debe de tener en cuenta que la torre de enfriamiento tiene una doble función, la primera es de enfriar el agua y la segunda es humidificar el aire, esta humidificación se da porque el agua al enfriarse libera una cantidad de vapor de agua, la cual es arrastrada por el aire, humidificándose de esta manera el aire.

VII. -

CONCLUSIONES El enfriamiento del agua se debe por la transmisión de calor y masa simultáneamente que comprende una transmisión de calor latente debido al cambio de estado de líquido a vapor, de una pequeña cantidad de agua y debido a una transmisión de calor sensible debido a la diferencia de temperatura del agua y del aire

-

La diferencia de ordenadas entre la línea de operación y la curva de saturación representan el potencial productor de enfriamiento del agua en la torre

-

La temperatura más baja a la que puede enfriarse el agua en una torre de humidificación es muy cercana a la temperatura del bulbo húmedo del aire de entrada.

Lab. Operaciones Unitarias

E.A.P. Ingeniería Química 20

-

VIII. -

RECOMENDACIONES Una vez iniciado el calentamiento del agua en el recipiente de calentamiento no introducir la mano en el agua porque el paso de la corriente eléctrica a través del agua causara graves daños

-

Al momento de encender la bomba el recipiente de calentamiento de agua debe de permanecer cerrado para evitar la expulsión del agua que se producirá por el burbujeo incesante del agua con el aire.

-

Tratar de revisar si existen fugas en el sistema para poder evitar la pérdida de presión del aire en el sistema de enfriamiento.

-

Controlar el caudal de ingreso del aire con el rotámetro para poder manteniendo así una velocidad estable para sin pasar del límite de su velocidad de inundación para evitar los puntos de carga.

IX. -

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS TREYBAL, Robert; Operaciones de Trasferencia de Masa; Ed. Mc Graw Hills; México 1982.

-

PERRY, Robert y CHILTON, Cecil; Manual del Ingeniero Quimico; Ed. Mc Graw Hills; 6º edición; México 1987.

-

OCON, Joaquin y TOJO, Gabriel; Problemas de Ingenieria Quimica; Editorial  Aguilar; Madrir 1972.

-

JIMÉNEZ ESCOBEDO, Manuel José, Tesis: “Simulación de Experimen tos del Laboratorio

de

Operaciones

Unitarias

Utilizando

un

Microcomputador

Personal”, Lima –  Perú 1996. -

FOUST, Alan y otros; Principios de las Operaciones Unitarias; 3º edición editorial CECSA, Mexico.

-

C. J. GEANKOPLIS, Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias Editorial CONTINENTAL, Mexico 199.

Lab. Operaciones Unitarias

E.A.P. Ingeniería Química 21

APENDICE

Lab. Operaciones Unitarias

E.A.P. Ingeniería Química 22

EJEMPLO DE CÁLCULOS a.

C alculo de la sección transvers al Para el cálculo de la sección transversal tomamos los datos recogidos en el experimento que son:

Datos con respecto a la torre empacada

    [] = 1.38       = 2 .      = 47.5  Datos con respecto a los rellenos:

   = 2773  ℎ    = 1.3    = 10    = 8  En primer lugar se calculo el volumen total de la torre empacada, de la siguiente manera:

      =  ⋯⋯⋯.. 1.38 47. ⁄     5 1000    = = 0, 0 02445435 4      =     ∗# ⋯⋯⋯..

Para nuestra torre empacada el volumen será:

Para cada anillo rasching su volumen estará dado por:

Reemplazando estos valores:

0.013 0.0080.013 0. 0 1  =  4  4 ∗2773 = 0,001019261 Hallando un volumen efectivo para poder hallar el área de la sección transversal, restamos el volumen que ocupa la torre en total con el volumen que ocupan todos los anillos rasching.

 =      = 0,002445435  0,001019261 = 0,001426174

 A partir de este volumen efectivo hallamos nuestra sección transversal mediante la ecuación siguiente:

Lab. Operaciones Unitarias

E.A.P. Ingeniería Química 23

 =     ∗   ⋯⋯⋯.. 0,001426174 =    ∗0.013 →    = 0,109705684 b.

C alculo de la pres ión de vapor a Temperatura de bulbo s eco y húmedo El cálculo de las presiones de vapor se puede hacer mediante el uso de la ecuación de Antoine o mediante el uso de cartas como la que presenta la referencia 2, por ejemplo: 

℃ ℃

 A una temperatura de bulbo seco de 21.27 , vamos a las cartas de presión de vapor y encontramos que es de 18.961 mm de Hg.



 A una temperatura de bulbo seco de 18.53 , vamos a las cartas de presión de vapor y encontramos que es de 16.001 mm de Hg.

c.

C alculo de la pres ión parc ial húmedo Para el cálculo de la presión parcial se usa la siguiente ecuación que relaciona la presión de vapor y la diferencias de temperaturas del bulbo seco y del bulbo húmedo:

   =     .∗  ⋯⋯⋯..    = 16.0010.5 ∗21.2718.53 →    = 14.6343

Ejemplo:

Su temperatura de rocio se calcula ubicando la presión parcial en las tablas de vapor y su lectura proporciona la temperatura de rocio.

3.2

DEDUCCIONES DE ECUACIONES Ecuación para la humedad Absoluta

 =   (  )⋯⋯⋯.. Ecuación para la humedad Porcentual

∗             = 100∗ ∗     ⋯⋯⋯.. Ecuación para la Humedad Relativa

 = 100∗ ∗ ⋯⋯⋯3.2.

Ecuación para Volumen húmedo

Lab. Operaciones Unitarias

E.A.P. Ingeniería Química 24

 = (29 1  18)  ⋯⋯⋯.. Ecuación para Calor Húmedo

 = 0.240.46 ⋯⋯⋯..

Ecuación para Entalpia de una mezcla:

 = 0.240.46 ∗ 597.2  ⋯⋯⋯.. Ecuación para Rango de enfriamiento:

   =        ⋯⋯⋯..

La temperatura de Saturación ideal estaría dada por la expresión:

.  =     ⋯⋯⋯..

Entalpia de Saturación Adiabática:

 ∗ ⋯⋯⋯..  =  760

Índice del Rendimiento de Bulbo Húmedo:

   ∗100⋯⋯⋯..  =         Temperatura de calentamiento:

∗     ⋯⋯⋯.. . =      Donde la expresión



n es el líquido completamente saturado y se

calcula de la siguiente la diferencias de entalpias del vapor y del líquido respectivamente:

 =   

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E.A.P. Ingeniería Química 25

Calor disipado: El calor disipado se puede obtener por balance de energía la cual esta expresada de la siguiente manera:

 =      ∙⋯⋯⋯..  =      ∗    ⋯⋯⋯..

Agua evaporada:

Por el balance de materiales podemos obtener la cantidad de agua evaporada, ya que la cantidad de agua evaporada es atrapada en el aire humidificando así al aire:

 =     =  ∗     ⋯⋯⋯.. Eficiencia Térmica:

∗    ⋯⋯⋯..  = 100∗ ∗   Hallamos la pendiente de operación la cual se puede calcular de la siguiente forma:

 = ( ∗  ) ⋯⋯⋯..    ⋯⋯⋯.. ( ∗ )   =     

Ecuaciones para los coeficientes individuales y globales: Coeficiente individual de transferencia de calor para la fase liquida:

 ⋯⋯⋯..    ∗ ℎ =    .     

Coeficiente individual de transferencia de calor para la fase gaseosa:

    ∗  ⋯⋯⋯.. ℎ =   .     

Coeficiente individual de transferencia de masa para la fase gaseosa:

    ∗ 1  =        ⋯⋯⋯..

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E.A.P. Ingeniería Química 26

3

GRAFICAS Y TABLAS ADICIONALES Distribución de Temperaturas y potencial entalpico para datos experimentales Datos

T

iL

iG

1/(iL-iG)

(ºN)

(ºC)

(K cal/K g )

(K cal/K g )

(K g A .S /K cal)

0

33,37

29,589

12,618

0,058923

1

34,96

30,497

12,855

0,056683

2

36,55

31,119

13,093

0,055475

3

38,15

32,624

13,330

0,051829

4

39,74

34,034

13,567

0,048859

5

41,33

36,329

13,805

0,044397

6

42,93

40,177

14,042

0,038263

7

44,52

45,944

14,280

0,031581

8

46,11

51,410

14,517

0,027105

9

47,71

55,569

14,755

0,024501

10

49,30

61,185

14,992

0,021648

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