Problemas Humidificación

Tecnológico Nacional de México

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA LAGUNA

Procesos de Separación III

“

”

Ing. Kenia Crispin García

“Problemas de Humidificación”

Erick García Ramírez N.L= 16

No. Control 14130940

A 10 de Febrero de 2017

Problemas Humidificación (Torre de Enfriamiento)

a) En una torre de enfriamiento se tratan 400 m3/hr de agua que se enfría desde 40°C hasta 32°C en contracorriente con aire que entra a 32°C con humedad relativa del 50% y sale saturado a 35°C. Calcula la cantidad de aire (G) que ha de entrar a la torre en lb/hr y en kg/hr. (NI=3)

1.-Datos Del problema     

Flujo de Agua a la entrada = L = 400m3/hr Temperatura del agua a la entrada y salida = TL2 & TL1 = 40°C & 32°C Temperatura de Bulbo seco del aire a la entrada y salida = TBS1 y TBS2 = 32°C y 35°C Humedad relativa en corrientes de aire (ent. Y sal.) = ϕ1 y ϕ2 = 50% y SATURADO Puntos para integral de Simpson = NI = 3

2.- Diagrama con Datos Proporcionados  AGUA HOT 

L = 400 m 3/hr TL2 = 40°C

 AGUA COLD

TL1 = 32°C

 AIRE SALIDA

TBS2 = 35°C ϕ2 = SATURADO

 AIRE ENTRADA

G = ¿? TBS1 = 32°C ϕ1 = 50%

3.-El problema se resolverá en sistema Ingles debido a que el material de trabajo se encuentra en este sistema. 

Las temperaturas se convierten de °C a °F mediante la calculadora (1°C = 33.8 °F) TL2= 40°C = 104°F TL1= 32°C = 89.6°F



TBS1 = 32°C = 89.6°F TBS2 = 35°c = 95°F

Se convierten los 400m 3/hr a flujo másico (Multiplicándose por la densidad del agua). Después se convierte a lb/hr (Con calculadora  –> 1kg = 2.2046 lb) L = 400m3/hr * (1000kg/m3) = 400,000 kg/hr = 881,848.9904 lb/hr

4.- Se buscan las Entalpias del aire en la carta psicométrica usando las humedades relativas y las TBS’s

h1= 38.3 BTU/lb h2= 63.3 BTU/lb 5.- Se encuentra el valor de “G” mediante el uso de form ulas

() = 



..∗ ° 

=

  ∗ ()     =    

(.−.)/ Se despeja “G” y se obtiene= (−.)°

G = 507, 948.2693 lb/hr Y en Sistema Internacional (conversión con calculadora  1 lb = .4536 kg) G= 230,401.4746 kg/hr 6.- Se calcula la ΔT y la Δh para la tabla de la integral de SIMPSON (NI=3)

 =  =

    ()

 104  89.6 = 2.40 2(3)

 = ℎ =

    ()

 63.3  38.3 = 4.1667 2(3)

7.- Diagrama con Datos Obtenidos  AIRE SALIDA

TBS2 = 95°F ϕ2 = SATURADO h2= 63.3 BTU/lb

 AGUA HOT 

L = 881,848.9904 lb/hr TL2 = 104°F

 AGUA COLD

 AIRE ENTRADA

TL1 = 89.6°F

G = 507,948.2693 lb/hr TBS1 = 89.6°F ϕ1 = 50% h1= 38.3 BTU/lb

8.-Tabla para formula de Simpson TABLA DE INTEGRAL DE SIMPSON Punto (T)

h

h*

1/(h*-h)

Factor (Simpson)

89.6

38.3

55.39

0.0585

1

92

42.4667

58.78

0.0613

4

94.4

46.6333

62.4

0.0634

2

96.8

50.8

66.244

0.0648

4

99.2

54.9667

70.33

0.0651

2

101.6

59.1333

74.682

0.0643

4

104

63.3

79.31

0.0625

1

SUMATORIA

0.4399

9.-Grafico de la línea de operación y curva de saturación correspondientes a nuestro problema.

LINEA DE OPERACIÓN 89.6 38.3 104 63.3

CURVA SATURACION 86 50.66 88 53.23 90 55.93 92 58.78 94 61.77 96 64.92 98 68.23 100 71.73 102 75.42 104 79.31 106 83.42 108 87.76

Curva de Saturación - Linea de Operación 100 90

Linea de Operación Curva de Saturación

y = 0.0219x2 - 2.5789x + 110.24 R² = 1

80 70 y = 1.7361x - 117.26 60 50 40 30 85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110

 b) En una torre de enfriamiento de agua se tratan 1000 m3/hr de agua que entran a 42°C y se enfrían hasta 25°C. Por la parte inferior de la torre entra el aire a 20°C con humedad relativa del 25. El valor de kya es de 820 kg/m3*h. Determine la altura necesaria de la torre en ft y m si se emplea el doble del flujo mínimo de aire (NI=3) 1.-Datos Del problema        

Flujo de Agua a la entrada = L = 1000m3/hr Temperatura del agua a la entrada y salida = TL2 & TL1 = 42°C & 25°C Temperatura de Bulbo seco del aire a la entrada = TBS1 = 20°C Humedad relativa en corriente de aire (Entrada)= ϕ1 = 25% Puntos para integral de Simpson = NI = 3 Valor de kya (Coef. De transferencia de materia) = 820 kg/m3*h Corriente de aire (G) = 2 veces el aire mínimo (Gmin) Área Transversal de 1 m^2

2.- Diagrama con Datos Proporcionados  AGUA HOT 

L = 1000 m3/hr TL2 = 42°C

 AGUA COLD

TL1 = 25°C

 AIRE SALIDA

 AIRE ENTRADA

G = 2(Gmin) TBS1 = 20°C ϕ1 = 25%

3.-El problema se resolverá en sistema Ingles debido a que el material de trabajo se encuentra en este sistema. 

Las temperaturas se convierten de °C a °F mediante la calculadora (1°C = 33.8 °F) TL2= 42°C = 107.6°F TL1= 25°C = 77°F



TBS1 = 20°C = 68°F

Se convierten los 1000 m3/hr a flujo másico (Multiplicándose por la densidad del agua). Después se convierte a lb/hr (Con calculadora  –> 1kg = 2.2046 lb) L = 1000m3/hr * (1000kg/m3) = 1,000,000 kg/hr = 2,204,622.476 lb/hr

4.- Se busca las Entalpia del aire a la entrada en la carta psicométrica usando la humedad relativa y la TBS h1= 20.32 BTU/lb 5.- Se encuentra el valor de “G” mediante el uso de formulas a) Es necesario buscar la entalpia de saturación correspondiente a la TL2 en las tablas para usar la ecuación del aire mínimo. h2*= 86.8920 BTU /lb b) Se debe encontrar el aire mínimo (Gmin)

( ) = 



,,. ∗ °  



=

  ∗ ()   ∗ =    

(.−.)/ Se despeja “Gmin” y se obtiene= (.−)°

Gmin = 1,013,360.689 lb/hr G = 2(Gmin) G = 2(1,013,360.689) lb/hr G = 2,026,721.377 lb/hr

6.- Encontrar el valor de h2 usando la fórmula:

() =

  ∗ ()     =    





,,.∗ ° ,,.

=

(−.)/ Se despeja “h2” y se obtiene= (.−)°

h2= 53.6060 BTU/lb 6.- Se calcula la ΔT y la Δh para la tabla de la integral de SIMPSON (NI=3)

 =  =

    ()

 107.6  77 = 5.1 2(3)

 = ℎ =

    ()

 53.6060  20.32 = 5.5477 2(3)

8.-Tabla para formula de Simpson Es necesario graficar primero la curva de saturación del problema para que, de la ecuación de dicha curva, se pueda calcular las h* correspondientes a las temperaturas de la tabla de integral de Simpson.

TABLA DE INTEGRAL DE SIMPSON Punto (T)

h

h*

1/(h*-h)

Factor Simpson

77

20.32

40.8057

0.0488

1

82.1

25.8677

45.9935

0.0497

4

87.2

31.4153

52.1748

0.0482

2

92.3

36.963

59.3498

0.0447

4

97.4

42.5107

67.5183

0.0400

2

102.5

48.0583

76.6804

0.0349

4

107.6

53.606

86.8361

0.0301

1

SUMATORIA

0.2964

Curva Saturacion vs Linea de Operacion 100

    )     b     l     /    U    T    B     (    a    i    p     l    a    t    n    E

90

Curva de Saturación

80

Linea de Operación

70

Mmin

y = 0.0192x2 - 2.0319x + 83.312

86.8361

60 50 40 30

20.32

20 10 0 70

75

80

85

90

95

100

Temperatura (°F)

∗−    = [( )(ó)] ∗− 

∫∗−

9.-Valor de la Integral

=

  .   [.0490 + 4(. 0499 + .0448 + .0350) + 2(. 0483 + .0401) + .0301] 

= 1.4308 10.- Calculo de la altura

Se encuentra el valor de G’ 

G’ = G/A

Donde A = Área Transversal G’= (2, 029,177.59 Lb/hr)/(10.7636 ft2 = 1 m2) G’= 188,322.2035 lb/hr*ft2

105

110

115

Sustitución en la fórmula de Z

 (1.4308) ℎ ∗   51.1992    ∗ ℎ

188,322.2035 =

Z = 5,268.3942 ft Z= 1605.8261 m

11.- Diagrama Completo del Proceso

 AGUA HOT 

L = 2.2046x106 lb/hr TL2 = 107.6 °F

 AGUA COLD

TL1 = 77 °F

 AIRE SALIDA

h2= 53.6454 BTU/lb

 AIRE ENTRADA

G = 2,209,177.597 lb/hr TBS1 = 68 °F ϕ1 = 25% h1= 20.4 BTU/lb