Torre de Enfriamiento 2017
November 25, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (DECANA DE AMERICA)
FACULTAD DE QUÍMICA E INGENIERÍA QUÍMICA E.A.P. INGENIERÍA QUÍMICA DEPARTAMENTO DE OPERACIONES UNITARIAS
LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II
PRÁCTICA: Torre de Enfriamiento GRUPO:
“B”
PROFESOR: Meneses Solis, Teófilo. INTEGRANTES: - Ayllón Rojas, Brigitte - Mendoza Gregollo, Sandra - Rojas Zevallos, Yane
Ciudad Universitaria, Junio del 2017
pág. 1
Pág.
I.
RESUMEN
3
II.
INTRODUCCION.
4
III.
PRINCIPIOS TEÓRICOS.
5
IV.
DETALLES EXPERIMENTALES
12
V.
TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS.
14
VI.
DISCUSION DE RESULTADOS.
20
VII.
CONCLUSIONES.
21
VIII.
RECOMENDACIONES.
21
IX.
BIBLIOGRAFÍA.
22
X.
APÉNDICE.
23
pág. 2
La siguiente práctica se llevó a cabo a las condiciones de laboratorio corre correspondientes spondientes a una temperatura de 20 oC y una presión de 756 mmHg. El objetivo de la práctica es determinar los Coeficientes de Transferencia Transferencia de Masa y de Calor, para un sistema agua – aire en la operación de una Torre de Enfriamiento de Tiro Inducido con flujo en contracorriente, para un sistema de agua que fluctúa entre 0.581, 0.913 kg H2O/s y aire (38.18 Hz). Se calcula los coeficientes de transferencia de masa y calor basándose en el método de Mickley asi se obtie obtiene ne los coe coeficientes ficientes de transferencia de masa gl globales obales de 1.2x10-8, 1.51x10-8, Kmol/m3 s Pa ; los coeficientes locale localess de transferencia de masa son 1.4x10-7, 1.16x10-7 Kmol/m3.s; los coeficientes de transferencia de calor que se obtienen son 1.77x10-1, 2.22x10-1 W/m3 ºC , resultados obtenidos para una freuencia de 38.18 38 .18 Hz para un caudal de 35 LPM y 55 LPM res respectivamente. pectivamente.
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En la industria química hay muchos casos de operaciones unitarias en los que se descarga agua caliente (condensadores (condensadores o de otros aparatos), donde el valor de esta agua es tal que es más económico enfriarla y volver a utilizarla antes que descargarla como inútil. Este enfriamiento se efectúa poniendo en contacto el agua con aire sin saturar en condiciones tales que el aire se humidifica y el agua se enfría aproximadamente a la temperatura del termómetro de bulbo húmedo. Este método se utiliza únicamente en el caso en que la temperatura del termómetro húmedo para el aire es más baja que la temperatura que se quiere que alcance el agua que sale. Existen varios tipos de aparatos en los que puede efectuarse esta operación: los principales son los de tiro natural, y las torres enfriadoras de tiro forzado. En el caso de torre de enfriamiento de tiro forzado el aire se fuerza por un ventilador situado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. Estas torres están sujetas particularmente a la recirculación del aire caliente y húmedo que es descargado, dentro de la toma del ventilador, debido a la baja velocidad de descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre. El tiro inducido con el ventilador en la parte superior de la torre evita esto y además permite una distribución interna más uniforme del aire. Estas son usadas ampliamente debido a que son altamente eficientes.
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3.1
Definición de la Torre de Enfriamiento Enfriamiento
Una torre de enfriamiento es una instalación que extrae calor del agua mediante evaporación o conducción. Las industrias utilizan agua de refrigeración para varios procesos. Como resultado, existen distintos tipos de torres de enfriamiento. Existen torres de enfriamiento para la producción de agua de proceso que solo se puede utilizar una vez, antes de su descarga. También hay torres de enfriamiento de agua que puede reutilizarse en el proceso. En una torre típica para enfriamiento de agua, el agua caliente fluye a contracorriente del aire. Por lo general, el agua caliente entra por la parte superior de una torre empacada y cae en cascada a través del material de empaque, y sale por el fondo. El aire entra por la parte inferior de la torre y fluye hacia arriba, a través del agua que desciende. El empaque de la torre casi siempre es de tablillas de madera y el agua se distribuye por medio de acanaladuras y rebosaderos para que caiga en cascada por el enrejado de tablillas, lo cual suministra un área extensa interfacial de contacto entre el agua el aire forma de gotas y película detendencia agua. El flujo de aire de la ytorre se en puede inducir por medio de la natural del ascendente aire calientea através subir (tiro natural) o bien por la acción de un ventilador. La temperatura del agua se reduce en parte por el calentamiento del aire y, en su mayor arte, la evaporación de una parte del agua. La atmósfera penetra a determinadas condiciones y sale a una temperatura más alta y, por lo general, saturada. Es común que sea posible enfriar el agua por debajo de la temperatura del aire que entra a menudo cerca de un valor intermedio. Es necesario calcular el volumen de atmósfera por libra de agua que entra y sale de agua evaporada. evaporada. Las torres de enfriamiento tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con el consiguiente intercambio intercambio de calor sensible y latente de corriente de aire seco y fríoelque circula el mismo aparato.deLas torres pueden seruna de muchos tipos, sin embargo enfoque sepor centra en un equipo costo inicial bajo y de costo de operación también reducido. 3.2 Tipos de Torres de enfriamiento Las torres de enfriamiento se clasifican según la forma de suministro de aire en: 3.2.1 Torres de circulación natural 3.2.1.1. Atmosféricas.- El Atmosféricas.- El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de las boquillas aspersoras. Se usan en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire.
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3.2.1.2. Tiro natural.- Tiro natural.- Tiro natural: El flujo de aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para lograr el tiro deseado. Debido al inmenso tamaño de estas torres (500 pie alto y 400 pie de diámetro), se utilizan por lo general para flujos de agua por encima de 200000 gpm Son ampliamente utilizadas en las centrales térmicas. 3.2.2 Torres de tiro mecánico 3.2.2.1.- Tiro inducido.- El inducido.- El aire se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las más utilizadas. 3.2.2.2. Tiro Forzado.- El Forzado.- El aire se fuerza por un ventilador situado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior. Estas torres están sujetas particularmente a la recirculación del aire caliente y húmedo que es descargado, dentro de la toma del ventilador, debido a la baja velocidad de descarga y que materialmente reduce la efectividad de la torre. El tiro inducido con el ventilador en la parte superior de la torre evita esto y además permite una distribución interna más uniforme del aire. 3.2.3 Otros tipos: Torres de flujo cruzado El aire entra a los lados de la torre fluyendo horizontalmente a través del agua que cae. Las corrientes de aire laterales se unen en un pasaje interno y dejan la torre por el tope. Las torres de flujo cruzado requieren más aire y tienen un costo de operación más bajo que las torres a contracorriente. 3.3
TORRE DE ENFRIAMIENTO DE TIRO INDUCIDO
FIG 1. Diagrama de una torre de enfriamiento de tiro inducido.
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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 está representada por la línea AB en la figura 2 se es especifica pecifica 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
FIG.2 FIG.2 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 temperatura temperaturas. s. Se considerara una torre empacada para enfriamiento de agua con aire que fluye hacia arriba y agua a contracorriente. El proceso se lleva a cabo adiabáticamente, como se observa en la figura 3:
FIG. 3
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Donde: 4 L es el flujo de agua, Kg de agua/s.m2 5 TL es la temperatura del agua en °C 6 G es el flujo de aire en Kg/s.m 2 7 TG es la temperatura del aire en °C 8 de HY es la seco entalpía de la mezcla de aire-vapor de agua en J/Kg aire 9 H es la humedad del aire en Kg de agua/Kg de aire seco El área interfacial total entre las fases aire y agua se desconoce, puesto que el área superficial del empaque no es igual al área interfacial entre las gotas de agua y el aire. Por consiguiente se define una cantidad a, que es m2 de área interfacial por m 3 de volumen de sección empacada. Esto se combina con el coeficiente de transferencia transferencia de mas masaa de la fase gaseosa Ko en Kmol/s.m2.Pa para obtener un coeficiente volumétrico KG en Kmol/s.m3 de volumen.Pa. Si se efectúa un balance total de d e calor para la sección marcada con líneas punteadas se tendrá la línea de operación: G(Hy – – Hyl) = L CL (TL - TL1)
(1)
Donde L es esencialmente constante y CL es la capacidad calorífica del líquido que se supone constante e igual a 4.18x10 3 J/Kg.K. Para un balance de calor en toda la torre: (2)
Si se efectua un balance de calor para la altura dZ de la columna y despreciar los términos de calor sensible en comparación con el calor latente: (3)
La transferencia total de calor sensible del volumen del líquido a la interfaz es: (4)
Donde hL es el coeficiente volumetrico de transferencia de calor de la fase liquida en W/m3.K y Ti es la temperatura de la interfaz. Para una transferencia adiabática de masa, la velocidad de transferencia de calor debida al calor latente en el vapor de agua que se es esta ta transfiriendo, se pu puede ede obtener por:
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(5) 5)
Donde: qA/A esta en W/m2
KGa es un coeficiente volumétrico de transferencia de masa en el gas en
Kmol/s.m3.Pa P es la presión atmosférica en Pascal
latente tente del aagua gua en J/Kg de aagua gua λo es el calor la
Hi es la humedad del gas en la interfaz en Kg de agua/Kg de aire seco
Ho es la humedad del gas en la fase gaseosa masiva en Kg de agua/Kg de aire
seco. La velocidad de transferencia de calor sensible en el gas es: (6)
Donde: qS/A se da en W/m2
hGa es el coeficiente volumétric volumétrico o de transferencia de calor en el gas en W/m 3.K
FIG. 5 Se suman las ecuaciones de calor sensible y latente: (7)
La definición de calor húmedo:
(8)
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Sustituyendo kYa por Pkoa: a: (9)
La ecuación anterior se sustituye en (7):
(10)
Sumando y restando CsTo en los corchetes:
(11)
Reordenando: (12)
Igualando la ecuación de transferencia de calor sensible: (13)
Con la ecuación obtenida:
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(14)
Humedad
La humedad H de una mezcla aire-vapor de agua se define como los Kgs de vapor por Kg de aire seco.
.)*( ) . −
H=( Donde:
PA: Presión parcial del vapor de agua en el aire
P: Presión total
18.02: Peso molecular del agua
28.97: Peso Molecular del aire
Entalpía total de una mezcla de aire y vapor de agua (HY)
La entalpia total es el calor sensible de la mezcla aire-vapor de agua más el calor latente λo del vapor de agua a T o.
(. . ) ∗ + ∗∗λoλo (. . ) 1.005+1.88 ∗ + ∗∗λoλo
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4.1 MATERIALES
Torre de enfriamiento de tiro inducido.
Intercambiador de calor
Balde de 5L
Psicrómetro
Cronometro
2 Termómetros de mercurio
4.2 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
El equipo de de enfriamiento, una mecánico inducido. Está compuesto porTorre una torre de 2.45 m de es alto. La torre alturade de tiro la empaquetadura es de 1.85 m. El agua entra por la parte superior de la torre. El agua se calienta en una etapa anterior que consta de un intercambiado intercambiadorr de calor de doble tubo. El agua se distribuye en forma de gotas empleando tuberías paralelas perforadas. En la parte inferior, hay un depósito depósito para el agua, el cual está habilita habilitado do para poder tomar muestras de agua. Una ventana desplegable permite obtener muestras de agua. En la parte superior está instalado un ventilador axial que permite el paso de aire a contracorriente del agua. Los psicrómetros son empleados para medir la temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco a la salida del aire y debajo de la torre.
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4.3 PROCEDIMIENT PROCEDIMIENTO O EXPERIMENTAL
Encender la caldera. Mantener un caudal de 35 lpm para la primera corrida (rotámetro).
Encender el ventilador de la torre. Se regula a 38. 18 Hz. Regular la presión de vapor a 13 psi intercambiador calor. Éste És teenseel enca en carg rga a de cal cade len enta tar r el agua para la entrada en la torre. Esperar 5 minutos para que se estabilice el sistema. Medirr la temp Medi tempe era ratu tura ra de bu bullbo húmedo , bulb bulbo o seco ,para e ell air aire e en la parte superior e inferior de la torre de enfriamiento, de entrada y salida del agua.
Realizar el procedimiento ante an teri rior orme ment nte e desc descri rito to para para un caudal de agua de 55 litros por minuto.
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5.1 TABULACIÓN DE DATOS EXPERIMENTALES Tabla N°1 Condiciones de operación Presión (mmHg) Temperatura(°C)
760 20
Tabla Nº2 Nº2 – – Característ Características icas de la torre Relleno de madera Area transversal (m2) Altura (m)
3.062 2.45
Tabla Nº3 Nº3 – – Calor especifico y densidad del agua a 20°C 20 °C
) ℃
Cp (
4.18
Densidad a 20°C (kg/m3)
998.23 Tabla N°4 N°4 Datos experimentales experimentales para la temperatura del bulbo seco y humedo
Caudal (LPM) 35 55
DATOS EXPERIMENTALES Frecuencia de ventilador: 38.18 Hz Temperatura agua(°C) Temperatura aire (°C) Tb seco Tb húmedo Entrada Salida Tb seco salida entrada entrada 36 32
30 28
20.56 19.44
19.44 18.33
21.11 20
Tabla N°5: Datos para la calibración del rotámetro Caudal en el rotámetro (LPM) 10 20 30 40 50 60
Volumen(mL)
Tiempo(s)
Caudal medido (LPM)
5000 5000 5000 5000 5000 5000
31.31 13.75 9.40 6.98 5.69 4.45
9.58 21.81 31.90 42.96 52.69 67.47
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Caudal medido (kg/s) 0.16 0.36 0.53 0.71 0.88 1.12
Tb húmedo salida 20 18.89
5.2 TABULACIÓN DE RESULTADOS Tabla N°6: Datos para la curva de equilibrio Temperatura (ºC)
Pv (mm Hg)
Temperatu Temperatura ra (ºC)
Pv (mm Hg)
4.74 5.1
57.76 60.90 64.19 67.63 71.23 74.99 78.92 83.02 87.30 91.78 96.45 101.31 106.39 111.68
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
5.48 5.89 6.32 6.79 7.28 7.8 8.36 8.95 9.58 10.24 10.95 11.7
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
12.49 13.33 14.21 15.15 16.14 17.19 18.3 19.46 20.7 21.99 23.36 24.81 26.32
55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67
117.20 122.95 128.93 135.16 141.65 148.39 155.41 162.71 170.30 178.19 186.38 194.89 203.72
28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
27.92 29.61 31.38 33.24 35.2 37.25 39.41 41.67 44.05 46.54 49.15 51.89 54.75
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80
212.90 222.42 232.29 242.54 253.16 264.18 275.59 287.42 299.67 312.36 325.49 339.09 353.16
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N°7 Datos obtenidos de la carta psicométrica (a partir de datos experimentales experimentales)) Tabla N°7 CURVA DE OPERACIÓN Frecuencia de ventilador: 38.18 Hz AIRE INGRESA
AGUA
Caudal (LPM)
L2(kg/s)
35 55
0.581 0.913
AIRE SALIDA
H1 (kg agua
Hy1 (KJ/kg Aire
H2 (kg agua /kg
Hy2 (KJ/kg Aire
/kg aire seco) 0.0138 0.0124
seco) 55.72 51.01
aire seco) 0.0146 0.0132
seco) 58.32 53.61
Tablas para calcular el coeficiente global de transferencia de masa Kga, mediante el área bajo la curva.
Tabla N° 8: 8: Datos Datos para la gráfica 1/(Hy*-Hy) vs Hy para el caudal de 35 LPM a una frecuencia de 38.18 Hz. T°C
Hy
Hy*
1/(Hy*-Hy)
30 31
55.719 56.1523
98.67 103.98
0.0233 0.0209
32
56.5856
109.54
0.0189
33 34 35 36
57.0189 57.4522 57.8855 58.3188
115.35 121.44 127.81 134.50
0.0171 0.0156 0.0143 0.0131
Tabla N° 9: 9: Datos para la gráfica 1/(Hy*-Hy) vs Hy para el caudal de 55 LPM a una frecuencia de 38.18 Hz. T
Hy
Hy*
1/(Hy*-Hy)
28 29 30 31
51.01 51.66 52.31 52.96
88.73 93.60 98.67 103.98
0.02651113 0.02384359 0.02157032 0.01960016
32
53.61
109.54
0.01787949
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Tablas para calcular el coeficiente de local de transferencia de masa Kga.
Tabla N°10: Datos para la gráfica 1/(Hyi-Hy) vs Hy para el caudal de 35 LPM a una frecuencia de 38.18Hz. 38.18Hz. Hy 55.719 56.1523 56.5856 57.0189 57.4522 57.8855 58.3188
Hyi
1/(Hyi-Hy)
59.6 60.3 61.1 61.8 62.6 63.3 64
0.2577 0.2411 0.2215 0.2092 0.1943 0.1847 0.1760
Tabla N°11: Datos para la gráfica 1/(Hyi-Hy) vs Hy para el caudal de 55 LPM a una frecuencia de 38.18Hz.
Hy
Hyi
1/(Hyi-Hy)
51.01 51.66 52.31 52.96 53.61
56.2 57.2 58.3 59.4 60.5
0.1927 0.1805 0.1669 0.1553 0.1451
Tabla Nº12: Datos evaluados para determinar la curva de operación Frecuencia del ventilador Caudal Q(LPM) L (kg H2O/s) TL1 (ºC) TL2 (ºC) HY1 (kJ/ kg AS) HY2 (kJ/ kg AS)
38.18Hz 35 0.581 30 36 55.719 58.3188
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55 0.913 28 32 51.01 53.61
Tabla Nº13: Flujos de aire seco y agua, flujo de agua evaporada y % de evaporación.
Frecuencia del ventilador Q(LPM)
38.18 Hz 35
55
G’ (kg AS / m 2 s) G’min (kg AS /s)
0.581 0.1897453 5.6048465 1.83 0.2340
0.913 0.2982 5.871 1.92 0.4127
G’min (kgAS/ m2 s)
0.0764
0.1348
0.0045
0.0047
0.77
0.51
2
2 s) L (kgH2HO/O/ms) L’(kg
G(kg AS /s)
Flujo de agua evaporada % de Evaporación N°14: Coeficiente Tabla N°14: Coeficientess calculados
Frecuencia del ventilador Caudal Q(LPM) Coef.global de transferência de masa Kga (Kmol/m3 s Pa) Coef. Local de transferencia de masa kga (Kmol/m3.s.Pa) Coef. De ttransferencia ransferencia de calor hLa ( W/m3 ºC)
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38.18Hz 35
55
1.2x10-8
1.51x10-8
1.4x10-7
1.16x10-7
1.77x10-1
2.22x10-1
La calibración del rotámetro se realiza con la finalidad de obtener resultados más confiables en la medición del flujo de agua. Para un determinada lectura de rotámetro se mide la cantidad de volúmenes de agua en un determinado tiempo, esto se realiza con diferentes lecturas del rotámetro, luego se grafican los resultados con los valores de la tabla N°5 obteniéndose una recta que es ploteada en la gráfica N°1.
Para el cálculo de los coeficientes de película se utiliza el método de Mickley, para esto se asume una pendiente que una la línea de operación y la curva de equilibrio, si para esta pendiente asumida la temperatura de salida hallada por el método de Mickley coincide con la temperatura de salida experimental entonces la pendiente es la correcta lo cual se aprecia en las gráficas N°5 y N°10, N°10 , de lo contario se prueba con otras pendientes. Los resultados obtenidos se aprecian en la tabla N°14.
Se calcula el flujo mínimo de aire que debe ingresar a la columna para realizar la operación. Los resultados se aprecian en la tabla N°13. N°13 .
A mayor caudal medido en el rotámetro existe mayor coeficiente de transferencia de masa y también es mayor la transferencia de calor, pues el agua se enfría con mayor facilidad, lo que se ve reflejado en el incremento del coeficiente de transferencia de calor (h La) 1.77x10-1 W/m3 ºC y 2.22x10-1 W/m3 ºC para 35 LPM y 55 LPM.
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I.
A mayor flujo de aire en la torre de enfriamiento tanto los coeficientes de transferencia de masa como el de calor se incrementan.
II.
Las torres de enfriamiento son equipos que permiten transferir calor del agua que las atraviesa al medio ambiente. Funcionan por evaporación y en menor medida convección. Esto es, parte del agua que recorre la torre se evapora, tomando calor del agua que no se evapora siguiendo su curso. Por lo tanto se cumple que: Para que funcione debe evaporar ("gastar") agua.
III.
Se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de refrigeración mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre.
I.
Mantener el flujo de agua constante, así mismo regular la presión de vapor que calienta el agua para asegurar asegurar la estabilidad del proc proceso. eso.
II.
Manipular correctamente el psicrómetro para obtener mediciones correctas de las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco ya que La diferencia entre estas lecturas justificará una corrección para la temperatura de bulbo húmedo de diseño.
III.
Colocar correctamente las puertas para evitar pérdidas de agua.
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1.
Treybal, Robert, “Operaciones de transferencia de Masa”, Segunda edición,
Editorial, pág 289-299. 2.
Perry, R.h., “Manual del Ingeniero Químico, Quinta Edición, Editorial McGraw-
Hill, Colomba 1982, pág 12-1 a 1212-20. 3.
Foust A., “Principios de Operaciones Unitarias”, Tercera edición, Editorial
Continental S.A. S.A. de C.V., México 1998, pág 670-681.
pág. 21
EJEMPLO DE CÁLCULOS Ejemplo de cálculo para caudal de 35 LPM a 38.18 Hz 1. ELABORACIÓN DE LA CURVA DE EQUILIBRIO AGUA-AIRE Para 20°C le corresponde según tabla de presiones de vapor del agua una presión de vapor (PA)=17.19 mmHg. Datos: PA=17.19 mmHg Ptotal(atmosférica)= (atmosférica)=756 756 mmHg
Calculo de la humedad:
18.02 ) ( 28. 9 7 7) ) ∗ ( 18. 0 2 17. 1 9 (28.97) ∗ (75617.19) 0.0144 ..
Para los demás datos se procedió de la misma forma. Calculo de la entalpia total de mezcla de aire y vapor de agua (H Y): La entalpia total es el calor sensible de la mezcla aire-vapor de agua más el el calor latente de vapor de agua:
( ) 1.005+1.88 ∗ ° +2501.4 (. ...) 1.005+1.88∗0.0144 ∗ 20° +2501.4∗0.0144 (. . ) 56.66 . .
Para los demás datos se procedió de la misma forma y se grafico T°C
pág. 22
vs
2. ELABORACIÓN DE LA CURVA DE OPERACIÓN Corrientes de entrada y salida para el sistema
AGUA CALIENTE L´2(Kg agua/s.m2) TL2 (ºC)
MEZCLA AIRE SECO- VAPOR DE AGUA G2(Kg/s.m2) TG2 (ºC) HY2 (KJ/Kg)
L
G
Z
dZ
TL
AGUA FRIA L´1(Kg agua/s.m2) TL1 (ºC)
TG
MEZCLA AIRE SECO- VAPOR DE AGUA G1(Kg/s.m2) TG1 (ºC) HY1 (KJ/Kg)
Cálculo del flujo de agua por unidad de área (L´)
Sean los datos: L (LPM)
=
35
Ρ(Kg/m3)
=
L (Kg/s) A (m2)
= = 3.062
998.23
∗ . ∗ ∗ 0.582
´ 03..508262/ 0.19 /.
pág. 23
Cálculo de la entalpía mezcla de aire- vapor de agua Haciendo uso de la carta psicométrica hallamos la humedad(Kg.agua/Kg.As) a la temperatura de bulbo húmedo y temperatura del bulbo seco correspondiente:
Sean los datos para la entrada del aire: Tbs (°C)=
20.56
Tbh (°C)= Sean los datos para la salida del aire:
19.44
Tbs (°C)= 21.11 Tbh (°C)= 20
Utilizando ambos datos de temperaturas se hace uso de la gráfica psicométrica y se obtiene la lectura de humedad absoluta
De la carta psicométrica Habs entrada = Habs salida =
0.0138 Kg agua/Kg AS 0.0146 Kg agua/Kg AS
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Entalpia de la mezcla en la entrada de la torre:
138 ∗ 2020..56°° +2501.4∗0.0138 (. . ) 1.005+1.88∗0.0138 55.72 /
Entalpia de la mezcla mezcla en la ssalida alida de la torre:
58.32 /
Finalmente se grafica los puntos (TL1, HY1) y (TL2, HY2)se ajusta con una línea recta y se obtiene: y = 0.4333x + 42.72 Pendiente=0.4333 3. CÁLCULO DEL FLUJO DE AIRE POR UNIDAD DE ÁREA (G´) Haciendo un balance de calor en toda la torre:
Calor absorbido por el aire = calor perdido por el agua. G´ (Hy2 –– Hy1) = L´ CP (TL2 - TL1)
21 ´ ´21
Dónde: G´: Flujo de aire por unidad de área en Kg/m 2s L’ : Flujo de agua = 0.19 Kg agua /m2s TL1: Temperatura del agua en el fondo = 30°C TL2: Temperatura del ingreso a la torre = 36°C Hy1 : Entalpia de mezcla aire – H2O(v) en entrada entrada del air aire= e= 55.72 KJ/Kg A.S A.S.. Hy2 : Entalpia de la mezcla aire – H2O(v) en salida del aire= 58.32 KJ/Kg A.S. CL : Calor especifico liquido = 4.18KJ/Kg °C
(58. 3630 ° ´ 0.19 × 4.1188 ℃ ) 3255.72 ′ 1.83 ./ . /
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Entonces
′ × 1.8383 .. ×3.062 5.6 ../
De la relación
2 1 21 agua /m2s ∗ 4.18KJ//KgKg °°CC ′ 0.19 Kg agua 0.433 .° ′ 1.83 Kg A.S /m2s ′ × 1.8383 .. ×3.062
5.6 ./
4. CÁLCULO DEL FLUJO MÍNIMO (G´MIN)
Para calcular el flujo mínimo de aire se traza la tangente a la curva de equilibrio .El intercepto con la temperatura de salida del agua es la entalpia Hy max de la mezcla aire vapor de agua. Grafica de la curva de equilibrio y curva de operación grafica Hymax = 118 KJ/ Kg de aire seco. Luego el flujo mínimo de aire:
21 á 21 ´ ´á 11 − ° ´ 0.19 × 4.1188 ℃ −. ′ 0.076 / /. 0.076 × 3. 062 0 6 2 0. 2 3 .
5. CÁLCULO DEL PORCENTAJE DE AGUA EVAPORADA
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× 0.0138 0.0146 0.01460.0138 138 ∗5.6 0.0045 / % 00..05045/ 100% 0.7777 % 82 / × 100%
6. CÁLCULO DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE MASA (KG *A) De la relación:
′ ∗
Despejando Kga:
′ ∗ El valor de ∗ = Área bajo la curva de la grafica ∗ vs Hy −de operación, para 35 LPM∫ de−la gráfica de curva de equilibrio y curva Datos obtenidos 38.18 Hz
T°C
Hy
Hy*
1/(Hy-Hy*)
30
55.719
98.67
0.0233
31 32 33 34 35
56.1523 56.5856 57.0189 57.4522 57.8855
103.98 109.54 115.35 121.44 127.81
0.0209 0.0189 0.0171 0.0156 0.0143
pág. 27
36
58.3188
134.50
0.0131
PARA EL AREA BAJO LA CURVA grafica Para determinar el área, área, se emplea el mé método todo de trapecio (método numérico)
− ∗ 2 ∗ + 2 ∑= + ℎ +
∗
7 19 19 53.318855. 2 ∗ 6 ∗+0.0.0233+2∗ 0. 0 209+0. 0 189+0. 0 171+0. 0 156+0. 0 143 0131 ∗ 0.0455
Reemplazando los valores obtenidos:
´ ∗ 2929/ / 1.8×1. ×3 1.001313 ××0.100455 0455 ×2. × 2.4545 . 11..2 × 10− . .
Reemplazando los datos:
7. CÁLCULO DEL COEFICIENTE DE PELÍCULA – MÉTODO DE MICKLEY Para determinar el coeficiente de película se usa el método de Mickley. Se tiene la temperatura de entrada y salida, del aire y del agua fría respectivamente respectivamente,, la altura de la torre, tenemos las siguientes relaciones:
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ℎ ′
El procedimiento consiste en graficar el punto correspondiente a la temperatura del aire (que es la pendiente) y seco TGS1= 20.56ºC y Hy1= 55.72 kJ/kg, se asume un valor de se procede a ubicar la temperatura de salida del aire T GS2, esta debe coincidir con la T GS2 que obtenemos en la práctica. grafica Luego de hallar la pendiente se procede a desarrollar la integral obtiene
y posteriormente
ℎ
∫ −
, de aquí se
grafica Con los datos a partir de la gráfica anterior, se obtiene el área bajo la curva, de esa manera se obtiene el kga (coeficiente local de transferencia de masa) y el hla. Hy 55.719 56.1523 56.5856 57.0189 57.4522 57.8855 58.3188
Hyi 59.6 60.3 61.1 61.8 62.6 63.3 64
1/(Hyi-Hy) 0.2577 0.2411 0.2215 0.2092 0.1943 0.1847 0.1760
grafica Para determinar el área, se emplea el método de trapecio(méto trapecio(método do numérico)
− ∗ 2 ∗ + 2 ∑= + ℎ +
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∗
7 19 58.318855. 2 ∗ 6 ∗+0.0.2577+2∗ 0.2577+2∗ 0. 2 411+0. 2 215+0. 2 092+0. 1 943+0. 1 847 847 1760 ∫ ∗− 0.549
m2
Utilizando la siguiente formula se calcula kga:
Reemplazando los datos:
× 0. 0 45 452 2 1. 8 3 2929 ××1.10013 0−13. .× 10. ×2. × 2.4545 // 1.1.4×1.
Calculo de hLa:
dt G
H i
h L a
dH
k G aM G P
0.4322
H
t ' i t '
º
29// ×1. × 1.013 013 × 10 ℎ 0.4322 º × 1.4 × 10− 29 ℎ 1.77 ×10− º
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Anexos Para cp del aguaa 20°C (S.A. Klein y F.L. Alvarado)
pág. 31
Para calcular presiones de vapor a diferentes diferentes temperaturas (R.C.Reid .M.Prausnitz y T.K.Sherwood)
pág. 32
Para densidad del del agua a 20°C (A.Valiente)
pág. 33
pág. 34
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