Trabajo Numero de Merkel

 

 

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del poder popular para la educación superior  Instituto universitario politécnico “Santiago Mariño” Extensión Mérida

Teoría de Merkel

 

Índice Pág.

Introducción………………………………………………………………3 M é to d o

de

Merkel………………………………………………………..4 Curva de demanda o desempeño de una torre de enfriamiento…….5 Teoría  de Teoría

la

torre

de

enfriamiento………………………………………..6 Humidificación………………………………………………..……………8 Deshumidificacion……………………………………………….………..9  Aplicación

de

la

humidificación

y

deshumidificación………………….10  Apl Aplica icació ción n en la industria industria d  de e alimentos……… alimentos……………………… …………………..…… …..…… 10 Conclusión…………………………………………………….………..11 Bibliografía………………………………………………………...……12

 

Introducción

Numerosas investigaciones han estudiado la transferencia de calor y masa ma sa en las las to torr rres es de re refr frig iger erac ació ión n hú húme meda das s pa para ra es esta tabl blec ecer  er  método mét odos s de cál cálcul culo o que sol soluci ucion onen en el pro proces ceso o de tra transf nsfere erenc ncia. ia. Dentro Dentr o d de e e estos stos tene tenemos mos el m método étodo de Merke Merkell el c cual ual desa desarrollo rrollo una teoría para torres de enfriamiento referente a la transferencia de masa y la transferencia de calor sensible entre el aire y el agua en un equipo de enfriamiento contracorriente. La teoría considera el flujo de masa y energía del volumen de agua en la interfase y desde la interfase hacia los alrededores de la masa de aire. El flujo cruza estos dos límites, cada uno representando una resistencia debida a los gradientes de temperatura, entalpia y relación de humedad. El presente trabajo tiene como objetivo dar a conocer el método de Merk Me rke el, ecu cua ación ción de

Merk rkel el,,

ade demá más s

de

lo los s

pr pro oce ces sos de

humidificación y deshumidificacion al igual que sus aplicaciones.

 

Método de Merkel En la década década de los 20, el método de Me Merkel rkel redu redujo jo el cálcul cálculo o de transferencia de calor y masa aplicando tres suposiciones críticas con co n la las s qu que e co cons nsig igue ue si simp mpli lific ficar ar la so solu luci ción ón,, pe pero ro co con n cier cierta tas s limitaciones y errores a la hora de representar los procesos físicos a largo del empaquetamiento Las simplificaciones críticas del método de Merkel son: 

El Factor de Lewis es igual a uno.



El aire a la salida de la torre es saturado y está únicamente



caracterizado por su entalpía. La reducción de agua por evaporación es despreciada en el balance energético.

En 1956, 1956, Zivi y Bran Brand d

ext extien ienden den el aná anális lisis is de Merk Merkel el para lo los s

empa em paqu quet etam amie ient ntos os en flu flujo jo cr cruz uzad ado. o. Po Post ster erio iorm rmen ente te en 19 1984 84,, Bourillot determinó que el método de Merkel calcula correctamente la temperatura de salida del agua cuando se utiliza el coeficiente de evaporación correcto para un gran rango de condiciones, pero que el método es insuficiente a la hora de estimar las propiedades del aire a la salida del empaquetamiento y la cantidad de agua evaporada. La teoría del Dr. Merkel considera el flujo de masa y la energía de la masa de agua a una interfaz y desde la interfaz a la masa de aire circundante. Es decir, Merkel demostrado que la transferencia total de calor es directamente proporcional a la diferencia entre la entalpía de aire saturado a la temperatura del agua y la entalpía del aire en el punto de contacto con los agua (1) Q = K x S x (hw - ha)

 

Donde la ecuación de Merkel se puede expresar de la siguiente forma:

KaV/L = Característica de la Torre (adimensional) K = Coeficiente de transferencia de masa y energía a = área de contacto / Volumen de la torre V = Volumen activo de relleno /área transversal  L = Caudal de agua (lb/h ft2) G = Flujo de masa de aire Cw = calor específico del agua líquida. T1 = temperatura de agua caliente (F o C)  T2 = temperatura de agua fría (F o C)

T = temperatura del volumen de agua (F o C) hw =  entalpía de la mezcla agua aire a T (J/kg oBtu/lb aire seco)

  ha =entalpía de aire agua a Temperatura de bulbo húmedo.

Curva de demanda o desempeño de una torre de enfriamiento La ecuación de Merkel se utiliza para calcular la demanda térmica basado en el diseño temperatura y seleccionados de líquido a gas ratios (L / G). El valor de Kav / L se convierte en una medida de la orden de dificultad de las necesidades de refrigeración de líquidos. La temperatura de diseño y L / G relacionan la demanda térmica a la MTD (diferencia de temperatura media). Las curvas se trazan con la demanda térmica, KAV / L como una función de la relación de líquido a gas, L / G. Las líneas de aproximación (tw1 - WBT) se muestran como parámetros.

 

Curv Cu rva a de De Dema mand nda a de la To Torr rre e de Re Refr frig iger erac ació ión n / Cooling Tower Thermal Design (2004)

Teoría de 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 análisis se  se basa en la dife difere renc ncia ia de dell po pote tenc ncia iall de en enta talp lpía ía co como mo fuerza fuerza  imp impuls ulsora ora.. Se supone que cada partícula de agua está rodeada por una película de ai aire re y qu que e la dife difere renc ncia ia de en enta talp lpía ía en entr tre e la mi mism sma a y el ai aire re circun cir cundan dante te pro propor porcio ciona na la fue fuerza rza imp impuls ulsora ora pa para ra el proces proceso o 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 dirección opuesta  opuesta al flujo del agua.

 

La línea de operación del agua está 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 enfr en fria iami mien ento to es la long longit itud ud proy proyec ecta tada da de la lí líne nea a CD CD sobre  sobre la escala escala de  de temperaturas.

 

Humidificación La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantid can tidad ad de vap vapor or pre presen sente te en un una a cor corrie riente nte gas gaseos eosa; a; el va vapor  por  pued pu ede e au aume ment ntar ar pa pasa sand ndo o el ga gas s a tra travé vés s de un lí líqu quid ido o que 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: 

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 interfase.



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



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

La humidificación comienza desde hace muchos años, sin embargo hoy en día se hace una necesidad para la industria y el confort. Ya que hay muchas aplicaciones donde el control de la humedad es requerida, por lo que en la actualidad hay una gran variedad de Humidificadores y deshumidificadores para controlarla, siendo parte muy mu y es esen enci cial al en el ac acon ondi dici cion onam amie ient nto o de dell ai aire re.. Cont Contam amos os co con n humidificadores y deshumidificadores de varios tipos tales como: 

Humidi Hum idific ficado adores res

cen centrí trífug fugos: os: 

Lo Los s

hu humi midi difi fica cado dore res s

centrífugos trabajan con un motor y un disco rompe gotas que hace que el agua que pasa por el disco sea centrifugada hacia el rompe gotas y pulverizada para lograr vapor de agua,

 

este sistema es uno de los más comunes y se utiliza en espacios abiertos o para ductos 

Humidificadores de Electrodo : Estos equipos trabajan con electricidad, con base a un cilindro que tiene electrodos donde entra el agua y por medio de esta se genera una resistencia, calentando el agua hasta el punto de ebullición y generando vapor, vap or, est estos os equ equipo ipos s tam tambié bién n pue pueden den ser uti utiliz lizado ados s par para a espacios abiertos y para instalación en ductos.



Humi Hu midi dific ficad ador ores es de Vapo Vaporr Vi Vivo vo: Estos equipos son utilizados normalmente para aplicaciones donde cuenten con vapor vivo, este humidificador se conforma por medio de una trampa de vapor, una válvula que habré y cierra la inyección de vap vapor, or, un dis distrib tribuid uidor, or, ent entre re otr otros os com compon ponent entes; es; est estos os humidificadores son para instalarse en ductos de inyección de aire.



Humidificadores por Atomización: Los humidificadores por  atomización son los que utilizan agua a presión o agua y aire comprimido; normalmente se utilizan para espacios abiertos, por ejemplo en la industria papelera, invernaderos, textil, etc.

 Deshumidificación

La deshumidificación es una operación que consiste en reducir la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa, mediante una condensación parcial del vapor, que se separa. La deshumidificación consiste en retirar el vapor de agua o humedad contenida en el aire. Existen diferentes procesos para remover la humedad del aire, estos son: por enfriamiento, hasta alcanzar una temperatura por debajo del punto de rocío, por el incremento de la presión total, lo cual causa la condensación, y por último poner en contacto un desecante con el aire, con lo cual, la humedad del aire

 

migr mi gra a ha haci cia a el de dese seca cant nte, e, im impu puls lsad ado o po porr la di dife fere renc ncia ia en la las s presiones de vapor entre el aire y el desecante.

Aplicación de la humidificación y deshumidificación La principal aplicación de la humidificación y de la deshumidificación es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspect asp ecto o de interés interés  rela relaci cion onad ado o co con n es esta ta op oper erac ació ión n bá bási sica ca es el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial, con el fin de poder   ser ser utilizada nuevamente; el equipo utilizado tiene forma de torre en la que el agua caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de enfriamiento.

 Aplicación en la industria de industria de alimentos El conocimiento conocimiento  de

los procesos procesos  de

humidificación

y

deshumidificación, así como sus cálculos implicados en ella, serán útiles

en

el diseño diseño y  y análisis análisis de  de

diferentes sistemas sistemas de  de almacenamiento almacenamiento  y pr proc oces esad ado o de alimentos alimentos..  Así mismo, resulta imprescindible conocer las propiedades de las mezclas mezclas   aire - vapor de agua en el dis diseño eño de sis sistem temas as tales  tales como co mo eq equi uipo pos s de aire acon acondicio dicionado nado  pa para ra con conser servar var ali alime mento ntos s frescos, secaderos de granos de cereal y torres de enfriamiento en plantas plantas de  de procesado de alimentos.

 

Conclusión

Los procesos en los cuales se plantea la operaciones unitaria de la humidificación consisten básicamente en aquellos procesos en los cuales se enfría agua por el contacto del aire casi seco, a fin de re reut util iliz iza ar el agua den entr tro o de la plant lanta, a, la cua cual se usa en lo los s subpro sub proces cesos os de int interc ercamb ambio io de ca calor lor de dentr ntro o del pro proces ceso o glo global bal.. Merk Me rkel el plan plante tea a un mo mode delo lo op oper erac acio iona nall basa basado do en el po pote tenc ncia iall entalp ent alpico ico co como mo el gra gradie diente nte o fue fuerza rza imp impuls ulsora ora del pro proces ceso o de enfriamiento

evaporativ ivo o,

en

el

cual

las

contribucio ion nes

corre co rresp spon ondi dien ente tes s al ca calo lorr se sens nsib ible le en entre tre al ai aire re y el agua agua so son n despreciables

en

comparación

con

las

correspondientes al calor latente de vaporización.

contribuciones

 

Bibliografía

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