Informe de Humidificacion
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PRÁCTICA N° 04: ENFRIAMIENTO DE AGUA POR EVAPORACION (HUMIDIFICACIÓN)
I.
OBJETIVOS
1.1 Objetivos generales:
Conocer los principios básicos de los procesos de enfriamiento del agua, utilizando una torre de enfriamiento.
1.2 Objetivos específicos:
II.
Determinar la variación de flujo del agua (L)
Determinar el flujo del aire (G)
Calcular el coeficiente de transferencia de masa
Evaluar el enfriamiento experimental a diferentes flujos de aire y agua.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Los procesos Los procesos de enfriamiento del agua del agua se cuentan entre los más antiguos que se conocen. Algunos de estos e stos procesos son so n lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque. El proceso El proceso de transferencia de calor de calor comprende:
La transferencia de calor latente debido a la evaporación de una porción pequeña de agua. La transferencia de calor sensible debido a la diferencia de temperatura de temperatura entre el entre el agua y el aire. el aire.
La posible eliminación teórica de calor por libra de aire circulado en una torre de enfriamiento depende de la temperatura y el contenido de humedad del aire. La temperatura de bulbo húmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, esta es la temperatura teórica más baja a la que puede enfriarse el agua.
TEORÍA DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO
La teoría del proceso de transferencia de calor en una torre de enfriamiento, es la que desarrolló Merkel. Este análisis se basa en la diferencia del potencial de entalpía como fuerza impulsora. Se supone que cada partícula de agua esta rodeada por una película de aire y que la diferencia de entalpía entre la misma y el aire circundante proporciona la fuerza impulsora para el proceso de enfriamiento.
En la figura siguiente se ilustran las relaciones del agua y el aire y el potencial impulsor que existe en una torre de contraflujo, en donde el aire fluye en sentido paralelo, pero siguiendo una dirección opuesta al flujo del agua.
La línea de operación del agua esta representada por la línea AB y se especifica por medio de las temperaturas del agua de la torre en la entrada y salida. La línea de operación del aire principia en C, verticalmente por debajo de B, y en un punto que tiene una entalpía correspondiente a la temperatura de entrada de bulbo húmedo. La línea BC, representa la fuerza impulsora inicial (h’ - h). El aire que sale de la torre se representa por medio del punto D y la gama de enfriamiento es la longitud proyectada de la línea CD sobre la escala de temperaturas.
Torres De Tiro Mecánico
En la actualidad se emplean dos tipos de torres de tipo mecánico; el de tiro forzado y el de tiro inducido. En la torre de tiro Forzado, un ventilador se monta en la base y se hace entrar el aire y se descarga a baja velocidad por la parte superior, la ventaja de ubicar el ventilador y el motor propulsor fuera de la torre, por lo que no se somete a corrosión , pero debido a la escasa velocidad del aire de salida, la torre se somete a una recirculación .
La torre de tiro inducido es el tipo que se emplea con mayor frecuencia en Estados Unidos, la cual se divide en torres de contraflujo y de flujo transversales. Desde el punto de vista termodinámico, la configuración a contraflujo es más eficaz , ya que el agua más fría entra en contacto con el aire más frío, obteniendo así el potencial máximo de entalpía. El fabricante de las torres de flujo transversal puede reducir con eficacia la característica de torre a acercamientos muy bajos incrementando la cantidad de aire para proporcionar una razón L/G mas baja. El aumento en el flujo de aire no se logra necesariamente incrementando la velocidad del mismo, sino sobre todo alargando la torre para aumentar el área de corte transversal para el flujo de aire. El tiempo de contacto entre el agua y el aire se dictamina en mayor grado por el tiempo necesario para que el agua se descargue por las boquillas y caiga a través de la torre hasta el depósito. Si el tiempo de contacto es insuficiente, ningún incremento en la relación aire agua generará el enfriamiento deseado. El funcionamiento de enfriamiento de cualquier torre que tiene una profundidad dada varia con la concentración del agua. El problema de calcular el tamaño de una torre de enfriamiento, consiste en determinar la concentración apropiada de agua que se necesita para alcanzar los resultados deseados. Después de determinar la concentración de agua necesaria, el área de la torre se calcula dividiendo los gal/min que circulan, entre la concentración del agua expresada en gal/(min)(ft2).
III.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL DATOS DEL EQUIPO: Torre de enfriamiento experimental de 8” diam. y 1.20 m de altura. Compresor de 10 galones de capacidad Cocinilla eléctrica 2 termómetros 2 depósitos de agua (baldes pequeños) Manómetro . Matraz
Método de Trabajo:
Instalar el equipo (torre de enfriamiento tipo banco).
Llenar el compresor y fijar la cantidad de aire con el manómetro.
Con un termómetro fijar la temperatura del ambiente
En la cocinilla eléctrica, calentar previamente el agua, luego tomar un volumen de 1 L, y colocarlo en uno de los depósitos del agua. (Medir la temperatura de esta muestra).
Colocar el segundo depósito a la salida de la torre de enfriamiento para recibir el flujo de agua saliente.
Verter racionalmente el agua del primer depósito por la parte superior de la torre, controlando el tiempo. Al mismo tiempo abrir las válvulas del compresor y hacer circular el aire a través de la torre.
Tomar datos de la temperatura del agua antes de ser vertida, también la temperatura del gas de salida (parte superior de la torre) cada 30 segundos, y la temperatura del flujo de agua inferior.
Medir también lo que indica el manómetro al final del proceso para poder determinar la cantidad de aire empleado.
Al terminar de verter el agua, anotar el tiempo total del proceso. Y medir el volumen de agua que se recepcionó en el segundo balde.
IV.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
Base de datos: Datos del Experimento: Tiempo (seg.)
0
30
60
90
120
150
180
220
P(Bar)
7.5 6.5
5.7
5
4.3
3.1
2.95 2.5
Datos tomados en la práctica:
Temperatura ambiente: 28C
Volumen de agua inicial: 1000mL
Volumen de agua Final: 967mL
Tiempo de la operación: 3 minutos 4 segundos.
Temperatura inicial del agua caliente: 42ºC
Temperatura final del agua caliente: 32ºC
Suposiciones para el desarrollo de los cálculos:
El aire a la salida de la torre sale como un aire saturado. No existen pedidas de calor en toda la columna. Se hace un tratamiento de gas ideal para el aire.
ESQUEMA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
tL1=42°C L1=0.326Kg/min
tL2=32°C
TG1=36°C
TG2=28°C
L1=0.315Kg/min
MOLES DE AIRE AL INICIO DE LA OPERACIÓN
) (
MOLES DE AIRE AL FINAL DE LA OPERACIÓN
) (
MEDIANTE EL USO DE LA CARTA DE HUMEDAD CALCULAMOS LOS SIGUIENTES DATOS:
-
En la entrada a la torre: Tbs =28°C y Tbh = 24°C
Calculamos la Humedad inicial
-
Calculo de la entalpia en la entrada:
-
En la salida de la torre:
Calculamos la humedad tomamos como aire saturado
Calculo de la entalpia: Según cartas psicormetricas
FLUJO DE MASICO DE AIRE SECO
Convertimos todo a minutos
FLUJO DE AGUA
1L= 1Kg de agua
( )
0.967L= 0.967Kg de agua
( )
CALCULO DEL FACTOR DE ENFRIAMIENTO
-
Ahora hallamos el K ga:
i
i*
i* - i
1/ i* - i
72
80
8
0.125
82
91
9
0.111
90
96
6
0.167
96
104
8
0.125
114
123
9
0.111
Hallamos Kga:
Valor medio
Intervalo
Integral
0.118 0.139 0.146 0.118
9 5 8 9
1.062 0.695 1.168 1.062 N=3.987
⁄ = 37.63 ⁄ Encontramos área DIAMETRO=10cm
Lo dividimos entre el aire, entonces:
⁄ ⁄ -
Hallamos nH : Si es vapor saturado
-
Calor absorbido por el aire:
RESULTADOS
Tabla Nº 01 – Lectura de Datos Ex p 1
Aire
Agua
P(man.)
P(comp.)
Caudal
Prom.
T1
T2
t1
t2
28° C
36°C
42C
32°C
7.5bar
Aire
t (tiempo)
70%
3.0667 min
H2O
2.5bar
Hr
Tabla Nº 02 – Cálculo de Humedad de aire. Experiencia
Agua (kg)
Flujo de agua
Humedad del
aire
1
Entrada
Salida
1
0.967
Entrada
Salida
Entrada Y2
Salida Y1
Tabla Nº 03 – Cálculo del Coeficiente de Transferencia de Masa (K g). Exp
1
Flujo de aire (G)
⁄
Entalpía del aire (KJ/Kg aire seco)
Entrada
Salida
72
Coeficiente de transferencia de 3 masa Kg (Kg/m .h)
⁄
Tabla Nº 04 – Evaluación de la Torre.
Capacidad GPM de líquido
V.
Carga de calor (Kcal/min)
Factor de enfriamiento L/G
Eficiencia 1
CONCLUSIONES Se registró un gasto de 33 ml en un tiempo de 3.0667 minutos, el cual no
toda la masa de agua fue transferida a la corriente de aire q salió por la cabeza de la torre, existió una fracción de agua q se perdió por por incorrectas prácticas de medición y otra pequeña fracción quedo en los rellenos interiores de la torre de enfriamiento. El flujo de aire (G) u fue
, el cual se determinó haciendo un
análisis de gas ideal a las condiciones de presión y temperatura tomadas en la práctica. Para este proceso se pudo determinar el coeficiente de transferencia de
masa:
⁄, lo cual nos indica que existio una elevada
transferencia de calor dentro de la torre.
Se determinó que la temperatura del agua disminuyó de 42 a 32 °C,
lográndose el objetivo de la práctica, el enfriamiento del agua por evaporación. Un caso particular es el de la eficiencia en la torre la cual si nos damos
cuenta es la unidad, esto se presenta porque para hacer los cálculos se hizo la suposición que la mezcla de aire sale saturada, el cual se hizo porque al no contar con más equipos para poder determinar todas las características del aire de salida no hubiera sido posible el cálculo del coeficiente de transferencia de masa.
VI.
RECOMENDACIONES
Se recomiendo ser muy cuidadoso al momento de realizar las mediciones
ya sea de presión, temperatura, volumen, etc. Pues estos datos mientras más exactos sean nos dará un resultado más real.
VII.
BIBLIOGRAFÍA
Ocon tojo. Problemas de Ingeniería Química. Operaciones Unitarias. McCabe-Smith. Operaciones Básicas de Ingeniería Química. Editorial
Reverté. 1978. Foust, Wenzel, Clump, Maus, Andersen (1979) “Principios de operaciones
unitarias” Ed. C.E.C.S.A. Treybal, R.E. (1980) “Operaciones de transferencia de masa” Ed. Mc. Graw -
Hill.
VIII.
ANEXOS
COMPRESORA
TORRE DE ENFRIAMIENTO
Lectura Periódica del Manómetro
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