humidificacion

HUMIDIFCACION ( ENFRIAMIENTO DEL AGUA )

I. INTRODUCCION :

Las operaciones de humidificación (Enfriamiento del agua ) , y deshumidificación implican de materia entre una sola fase liquida pura y un gas permanente que es insoluble en el liquido

II. OBJETIVOS :

Determinar el coeficiente de transferencia de masa.

Encontrar las variaciones de flujo del liquido

Hallar las variaciones del flujo gaseoso.

III. FUNDAMENTO TEORICO :

Es una operación unitaria de transmisión de calor y materia, se utiliza como base una unidad de masa de gas de aire de vapor.

En la fase gaseosa el vapor se referirá como componente A y el que permanece como componente B ,debido a que las propiedades de la mezcla del gas vapor con la presión total esta debe ser fija siempre que no se especifique otra cosa.

Se supone que la presión total es 1 atm. La humidificación es el proceso de la evaporación de un liquido dentro de un gas y consiste en la transferencia a la masa principal del gas ( por difusión y conversión ) de moléculas de vapor procedentes de la capa del gas en contacto con el liquido y que tiene una presión de vapor igual a la de este.

En la humidificación el vapor pasa de liquido al gas por efecto del gradiente de la presión parcial ,pues el gas puede estar más frió o mas caliente del liquido de modo que ele calor sensible puede fluir en uno o en otro sentido.

Cuando el gas esta caliente, es decir más caliente que el líquido se transmite calor sensible al líquido mientras se le quita calor latente la capa limitante en el proceso de separación es el área de contacto ente el vapor y el agua.

Mezclas de vapor – gas no saturadas

La humedad absoluta, (Y’), es la relación entre la masa de vapor y la

masa de aire contenidos en la mezcla aire-vapor de agua.

donde: pA : es la presión parcial del vapor de agua en la mezcla

aire-vapor,

P : es la presión total, y

MA y MB : son el peso molecular del agua y del aire,

respectivamente.

La humedad absoluta se expresa en Kg vapor/Kg aire seco,

unidades convenientes para los cálculos ya que la masa de aire seco no

cambia durante el proceso de enfriamiento en la torre.

Cuando la presión parcial del vapor de agua en el aire, pA, es igual a

la presión de vapor de agua, pS, a la misma temperatura, se dice que el aire

esta saturado y la humedad absoluta se designa como humedad de

saturación, Y’S. Luego:

La humedad relativa, (HR), se define como la relación porcentual entre la

presión parcial del vapor de agua y la presión de vapor del agua a la

temperatura dada. Por lo tanto:

La humedad porcentual, (HP), es el cociente entre la humedad absoluta

existente en la masa gaseosa y la que existiría si estuviese saturada.

Luego:

Además,

El punto de rocío, (PR) es la temperatura que alcanza la masa de aire

húmedo en la saturación por enfriamiento a presión constante. Una vez

alcanzada esta temperatura, si se continua enfriando la mezcla se ira

condensando el vapor, persistiendo las condiciones de saturación.

El volumen húmedo, (VH), de una mezcla vapor-gas es el volumen de

masa unitaria de aire seco y de su vapor acompañante a la temperatura y

presión dominantes. Según la ley de los gases ideales:

donde: P : en Pa

t G : en °C

Y’ : en Kg agua/ Kg aire seco

VH : en m3 / Kg aire seco

El calor húmedo, (Cs), es el calor que se requiere para aumentar la

temperatura de la masa unitaria de aire y su vapor acompañante 1 °C, a

presión constante.

CS = CB + Y’ CA

Donde; CB y CA son los calores específicos del aire y del vapor de agua,

respectivamente.

La entalpía especifica (H’), de una mezcla aire-vapor es la suma de las

entalpías relativas del contenido de aire y de vapor. Esta dado por:

H’ = CB ( t G - t O ) + Y’ [ CA ( t G - t O ) + lO ]

H’ = CS ( t G - t O ) + Y’ lO

La carta psicrometrica : sistema aire – agua

Es una representación gráfica de las variables psicrométricas (humedad

absoluta, entalpía específica, volumen húmedo, etc) en función de la temperatura.

Si bien es cierto que pueden prepararse cartas psicrométricas para cualquier

mezcla vapor-gas cuando las circunstancias lo exigen, el sistema aire-agua

aparece con tanta frecuencia que se cuenta con cartas muy completas para esta

mezcla. También se muestran las líneas de saturación adiabática, que para este

sistema corresponden a las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante.

Temperatura de bulbo húmedo

Es un concepto muy importante para el diseño de una torre de

enfriamiento ya que representa la temperatura mas baja a la cual el agua

puede enfriarse al pasar por la torre. En la Fig. 4-2 se muestra un

termómetro rodeado por una mecha sumergida en agua a la misma

temperatura que el aire ambiental, de tal manera que la mecha siempre se

mantenga húmeda. Un segundo termómetro se suspende en el aire

ambiente para indicar la temperatura de bulbo seco.

Si aire no saturado (a cualquier temperatura de bulbo seco) circula

por la mecha, se producirá una evaporación de agua de la mecha al aire

debido a que la presión parcial del vapor de agua fuera de la mecha es

mayor que la del vapor de agua en el aire circulante. La evaporación del

agua de la mecha requiere el suministro de calor latente de evaporación,

que es dado por la mecha misma, lo cual produce la disminución de su

temperatura. Si la temperatura inicial de la mecha fue la misma que la de

bulbo seco del aire, el descenso en la temperatura de la mecha establecerá

una diferencia de temperatura entre la temperatura de bulbo seco del aire y

la menor temperatura de la mecha. Esto origina un flujo de calor sensible

del aire a la mecha, disminuyendo entonces la temperatura del aire.

A medida que circula el aire se registran depresiones adicionales en

la temperatura de la mecha, hasta que se alcanza un punto en el cual la

diferencia de temperatura entre la mecha y el bulbo seco del aire ocasiona

un flujo de calor hacia la mecha justamente suficiente para contrabalancear

la perdida de calor de la mecha por evaporación del agua al aire.

Se establece entonces un equilibrio, en el cual la rapidez de

transferencia de calor sensible del aire a la mecha será igual a la rapidez de

necesidad de calor latente para la evaporación del agua de la mecha, y la

temperatura de la mecha permanecerá constante en algún valor bajo, la

temperatura de bulbo húmedo, tw.

Para formular la ecuación que gobierna la temperatura de bulbo

húmedo, nos ayudaremos con la Fig. 4-3, donde se muestra

esquemáticamente una gota de agua en estado estacionario a la

temperatura de bulbo húmedo.

Designando:

tw : temperatura de bulbo húmedo

tG : temperatura de bulbo seco de la mezcla aire-vapor.

pAW : presión parcial de vapor de agua a la temperatura de bulbo

húmedo

p AG : presión parcial de vapor de agua en la mezcla aire-vapor

Puesto que la transferencia de masa y de calor ocurren simultáneamente,

debido a los potenciales existentes se tiene que:

Calor sensible transferido del aire al agua, qS

qS = h G ( t G - t W )

donde: hG es el coeficiente de transferencia de calor por convección del

aire, en KJ/ m2 °C seg.

Masa transferida del agua al aire, NA

NA = k G ( pAW - pAG )

donde: kG es el coeficiente de transferencia del agua al aire en mol/

m2.seg.

(unidad de presión).

Debido a que se ha alcanzado el estado estacionario, la transferencia neta

de calor a través de la interfase gas-liquido es cero.

Luego:

calor sensible transferido = calor latente de evaporación

del aire al agua del agua en el aire

h G ( t G - t W ) = lW MA k G ( pAW - pAG )

donde: lW es el calor latente de evaporación del agua a la temperatura de

bulbo húmedo y MA es el peso molecular del agua en Kg/mol.

Entonces:

lW * MA * k G

tG - tW = --------------- ( pAW - pAG ) hG

Por definición de humedad absoluta:

pA MA

Y’ = ( ----) (----) pB MB

donde: pB es la presión parcial del aire en la mezcla aire-vapor

MB es el peso molecular del aire.

De donde:

pA = (MB / MA ) pB . Y’

Reemplazando la ecuación (4-12) en la ecuación (4-11):

lW MB pB k G

tG - tW = --------------------- ( Y’W - Y’) h G

Ahora, también se sabe que:

MB* pB*k G = k Y

donde k Y es el coeficiente de transferencia de masa expresado en Kg / m2.

seg. (masa agua/ masa aire seco)

Sustituyendo ecuación (4-14) en ecuación (4-13) se llega a:

lW

tG - tW = ------------- ( Y’W - Y’) hG / k Y

que es la ecuación utilizada generalmente para definir la temperatura de

bulbo húmedo.

El valor h G / k Y es conocido como relación psicrométrica y para el sistema

aire-agua tiene el valor de:

hG KJ Kg agua( -------) = 0.950 --------- (---------------- )

k Y Kg. °C Kg aire seco

En el experimento descrito, la disminución de la temperatura del termómetro

de bulbo húmedo comenzó cuando el agua, a la misma temperatura de

bulbo seco del aire, se evapora al aire. Si el aire estuviera saturado a su

temperatura de bulbo seco, no habría evaporación del agua. Esto supone

que si se tiene un proceso para enfriar el agua evaporando parte de ella en

una corriente de aire (que es lo que sucede en una torre de enfriamiento), la

menor temperatura del agua que se podría obtener seria la temperatura de

bulbo húmedo del aire, el cual es función del grado de saturación del aire.

Operaciones adiabáticas: torre de enfriamiento

La torre de enfriamiento es un equipo donde se pone en contacto directo agua

caliente, proveniente de los sistemas de enfriamiento de procesos, con aire, con la

finalidad de enfriar el agua y poder usarla nuevamente en dichos procesos.

El enfriamiento del agua se produce por una transferencia simultánea de masa y

de calor: la evaporación del agua dentro de la corriente de aire y la transferencia

de calor sensible del agua al aire, respectivamente. El 80% del calor total

transferido es debido a la evaporación del agua; como el calor latente de

evaporación del agua es grande se producen grandes efectos de enfriamiento con

cantidades relativamente pequeñas de agua evaporada.

Uno de los componentes principales de una torre de enfriamiento es el relleno,

cuya función es aumentar la superficie de contacto entre el agua y el aire.

Torres de tiro mecánico

En este tipo de torres el aire se suministra mediante un ventilador. Son de

dos tipos: de tiro forzado, en el cual el ventilador esta ubicado en el fondo

de la torre y de tiro inducido, cuando el aire se succiona mediante un

ventilador situado en la parte superior. En las Figs. 4-4 y 4-6 se muestran

estos dos tipos de torre.

Las torres de tiro mecánico son las de mayor aplicación industrial y

entre ellas las de tiro inducido son las más usadas debido a las ventajas

que presenta, como son:

La altura requerida para la entrada de aire es pequeña comparada con

la de tiro forzado, en la cual el aire ingresa a través de una gran abertura

circular para el ventilador.

Se logra una mejor distribución de aire, pues en las de tiro forzado el

aire debe dar una vuelta de 90° a gran velocidad.

El aire se descarga mediante el ventilador a alta velocidad hacia las

corrientes naturales de aire evitando su asentamiento posterior,

mientras que en las de tiro forzado, debido a que el aire se descarga a

baja velocidad, se presenta el fenómeno de recirculación de aire caliente

que ya ha pasado por la torre hacia la succión del aire fresco,

contaminándolo y disminuyendo su capacidad de enfriamiento.

Por otro lado, la alta velocidad de descarga del aire en las torre de tiro

inducido causa también algo mas de “arrastre” o perdida de agua en

forma de pequeñas gotas.

Los principales costos de operación de las torres de tiro mecánico son: el

costo de la energía para bombear el agua hasta la parte superior de la torre

y el costo de la energía para impulsar los ventiladores.

Torres de circulación natural

Son de dos tipos: atmosféricas y de tiro natural.

La torre de enfriamiento atmosférica aprovecha las corrientes naturales de

aire que ingresa a través de los rompevientos, Fig. 4-6. Su uso es

adecuado en lugares que tienen viento con velocidad promedio de 8-9 Km/h.

En comparación con otros tipos de torres:

Las perdidas por arrastre son mayores.

Usa los potenciales disponibles más ineficientemente porque opera en

flujo cruzado.

Son muy angostas y muy largas, algunas alcanzan los 600 m. de

altura.

Su ventaja es que eliminan el costo principal de operación de las torres

de tiro mecánico: la energía para el ventilador.

La torre de tiro natural utiliza la diferencia de densidad entre el aire

atmosférico frío y el aire húmedo tibio en la torre para promover el flujo de

aire a través del relleno (Fig. 4-7). Operan de manera similar a la chimenea

de un horno: el aire se calienta en la torre al entrar en contacto con el agua

caliente, de manera que su densidad baja; la diferencia entre la densidad del

aire en la torre y en el exterior origina un flujo natural de aire frío ingresando

por la parte inferior y una expulsión de aire menos denso en la parte

superior. Las torres de tiro natural deben ser altas para promover este

efecto, y deben también tener sección transversal grande debido a la baja

velocidad con que el aire circula comparada con las torres de tiro mecánico.

Al igual que las torres de tiro atmosférica, elimina el costo de la potencia del

ventilador.

Balances de masa y de energía en la torre de enfriamiento

En la Fig. 4-8 se muestra una torre de enfriamiento con flujos de agua y de aire en

contracorriente, donde:

L’ : velocidad másica del agua, Kg /m2.s

t L : temperatura del agua, °C.

HL : entalpía del agua, KJ/Kg. °C

G’S : velocidad másica del aire seco, Kg aire seco/m2. s

t G : temperatura del aire, °C

H’G : entalpía del aire, KJ/Kg aire seco. °C

Y’ : humedad absoluta aire, Kg agua/ Kg aire seco.

Los subíndices 1 y 2 de la Fig. 4-8 indican parte inferior y parte superior de

la torre, respectivamente.

Formulando un balance de masa para el agua en la parte inferior de la torre

(Entorno I), se tiene:

L’ - L’1 = G’S ( Y’ - Y’1)

o expresado en forma diferencial:

dL’ = G’S dY’

De igual manera, un balance de entalpía dará:

L’ HL + G’S H’1 = L’1 HL1 + G’S H’

A continuación se va a desarrollar las relaciones de velocidad de

transferencia de masa y de calor en la torre de enfriamiento, para lo cual observe

la Fig. 4-9.

4-9: Sección diferencial de una torre de enfriamiento.

En la Fig. 4-9 se esquematiza una sección de la torre de enfriamiento de altura

diferencial dZ, mostrando el agua y el aire que fluyen uno al lado del otro

separados por una interfase gas-liquido de superficie especifica dS, donde:

NA : flujo de transferencia de masa, mol/m2. seg (El suscrito A identifica al

agua)

qS L : flujo de transferencia de calor sensible en la fase liquida, KJ/m2. s

qS G : flujo de transferencia de calor sensible en la fase gaseosa, KJ/m2. s

ti : temperatura interfacial, °C

Sea a la superficie interfacial específica referida al volumen (expresada en m2

interfase/m3 torre); luego, como dZ está expresada en m de torre y dS en m2

torre/m2 interfase, se tiene que:

dS = a dZ

Además, sean:

aM la superficie interfacial especifica para la transferencia de masa, y

aH la superficie interfacial especifica para la transferencia de calor

Luego, la velocidad de transferencia de masa, e-presada como flujo de masa/ área

de la sección transversal de la torre, será:

NA MA aM dZ = G’S dY’ = k Y (Y’i - Y’) aM dZ

La velocidad de transferencia de calor sensible en la fase gaseosa será:

qS G aH dZ = G’S CS d t G = h G ( t i - t G ) aH dZ

y la velocidad de transferencia de calor sensible en la fase liquida quedará

expresada como:

qS L aH dZ = L’ CAL dtL = h L (t L - t i ) aH dZ

donde:

MA : masa molecular del agua: Kg /mol

k Y : coeficiente de transferencia de masa para la fase gaseosa, Kg/m2.s. (Kg

agua/Kg aire)

h G : coeficiente de transferencia de calor por convección para la fase

gaseosa, KJ/ m2.s.°C

hL : coeficiente de transferencia de calor por convección para la fase liquida,

KJ/ m2.s.°C

Y’i : humedad absoluta del aire en la interfase, Kg agua/ Kg aire seco

CS : calor húmedo del aire, KJ/ Kg aire seco. °C

Formulando un balance de energía alrededor del entorno II de la Fig. 4-8

tenemos que, como el proceso es adiabático:

Flujo entalpía de entrada = Flujo de entalpía de salida

G’S H’ + (L’ + dL’)CAL (t L + d t L - t O) = L’CAL (t L - t O) + G’S( H’ + dH’)

donde:

CAL : capacidad calorífica del agua, KJ/Kg.°C

tO : temperatura de referencia para la entalpía del agua, °C

Desarrollando y simplificando la ecuación (4-23):

L’ CAL d t L + CA L (t L - t O) dL’ = G’S dH’

Reemplazando ecuación (4-18) en ecuación (4-24) y trasladando términos, se

tiene:

L’ CA L d t L = G’S [ dH’ - CAL (t L - t O) dY’ ]

Por definición de entalpía del aire:

H’ = CB (t G - t O) + Y’ [ CA L ( t G - t O ) + lO ]

donde:

Cb: capacidad calorífica del aire seco, KJ/Kg. °C

lO: calor latente de evaporación del agua a la temperatura de referencia,

KJ/Kg

Derivando la ecuación (4-26):

dH’ = CB d t G + dY’ [CA L ( t G - t O) + lO ] + Y’ CA L d t G

Reemplazando ecuación (4-27) en ecuación (4-25), se tiene:

L’CA L d t L = G’S { (CB + Y’ CA L) d t G + [ CA L ( t G - t L ) + lO ] dY’ }

ó :

L’CA L d t L = G’S { CS d t G + [ CA L ( t G - t L ) + lO ] dY’ }

Para una torre de enfriamiento el calor sensible transferido es despreciable

en comparación con el calor transferido debido a la evaporación del agua; luego

en la ecuación (4-28) los términos para el calor sensible pueden eliminarse. La

ecuación quedaría así:

L’ CA L dt L = G’S ( CS dt G + lO dY’ ) = G’S dH’

que es una ecuación fundamental para el estudio de una torre de enfriamiento.

Integrando la ecuación (4-29) entre los límites dados por la parte superior e

inferior de la torre, y suponiendo además que L’ es básicamente constante debido

a la poca evaporación del agua, se tiene:

L’ CAL (t L2 - t L1) = G’S (H’2 - H’1)

De la ecuación (4-29):

G’S dH’ = G’S CS dt G + G’S lO dY’

Sustituyendo las ecuaciones (4-20) y (4-21) en la ecuación anterior se tiene:

G’S dH’ = h G (t i - t G) aH dZ + lO k Y aM (Y’i - Y’) dZ

Sea: r = h G aH / (CS k Y aM) y reemplazando en ecuación (4-31):

G’S dH’ = k Y aM [ (CS r t i + lO Y’i ) - ( CS r t G + lO Y’) ] dZ

De la relación de Lewis:

Le = hG / (k Y CS)

Que para el sistema aire-agua es igual a 1, y además:

aM = aH = a

Que será cierto cuando el empaque este totalmente irrigado, se llega a que:

r = 1.

Luego, en ecuación

G’S dH’ = k Y aM [ (CS t i + lO Y’i) - ( CS t G + lO Y’) ] dZ

Desarrollando y simplificando la ecuación (4-34), se llega a:

G’S dH’ = k Y a ( H’i - H’) dZ

Esta ultima ecuación es notable ya que el coeficiente de transferencia de masa k Y

se utiliza con una fuerza motriz de entalpía ( H’i - H’).

Combinando la ecuación (4-22) con la ecuación (4-29) y la (4-30) se tiene:

G’S dH’ = h L a (t L - t i ) dZ = k Y a (H’i - H’) dZ

La ecuación anterior puede interpretarse mejor analizando la figura 1.5, en la cual

se ha graficado la entalpía de la mezcla aire-agua H’, vs la temperatura del

liquido, t L.

La línea de operación pasa por los puntos P y Q que representan la parte

inferior y la parte superior de la torre, respectivamente. La ecuación de la línea de

operación se deriva de la ecuación (4-30):

L’CA L (t L 2 - t L1) = G’S (H’2 - H’1)

de donde su pendiente es:

La curva de equilibrio representa las condiciones del gas en la interfase

aire-agua, y corresponde a la entalpía del gas saturado a cada temperatura. En la

Fig.4-10, en la posición correspondiente al punto A sobre la línea de operación, el

punto B representa las condiciones en la interfase; la distancia BD representa la

fuerza motriz (H’i - H’) dentro de la fase gaseosa.

La ecuación de la línea AB esta dada por la ecuación (4-34):

h L a ( t L - t i ) dZ = k Y a ( H’i - H’) dZ

cuya pendiente es:

H’i - H’ - h L a m’ = =

t i - t L k Y a

Diagrama entalpía del aire húmedo - temperatura del agua.

La altura empacada de la torre de enfriamiento

Combinando la ecuación (4-29) con la ecuación (4-35) resulta:

L’ CAL d t L = k Y a (H’i - H’) dZ

que integrando entre los límites de parte inferior y parte superior de la torre,

se llega a:

o :

La integral de la ecuación (4-38) puede calcularse gráficamente, basándose en la

Fig. 4-9, construyendo triángulos como el ABD en el cual (H’ i - H’) es la distancia

vertical BD. Se puede preparar entonces una gráfica t L vs 1/( H’i - H’) y hallar el

área bajo la curva entre los limites t L1 y t L2. Se obtiene así la integral buscada.

Sucede que los coeficientes de fases individuales no son conocidos para los

empaques de las torre de enfriamiento, razón por la cual es mas adecuado

utilizar una fuerza motriz global que represente la diferencia en entalpía para las

fases totales, (H’* - H’), requiriendo para ello el uso del coeficiente global

correspondiente, KYa. Luego, la ecuación (4-37) quedaría así:

L’ CA L d t L = K Y a (H’* - H’) dZ

cuya integración resulta :

La fuerza motriz global (H’* - H’) esta representada por la distancia vertical AC en

la Fig. 4-10, y siguiendo el método de integración gráfica mencionado

anteriormente, puede hallarse el valor de la integral de la ecuación (4-40).

La altura de empaque, Z, puede hallarse entonces de:

Z = Ntu . Htu

donde:

Htu = L’ CAL / KY a

El numero de unidades de transferencia, Ntu, esta influenciado únicamente por las

condiciones de proceso impuestas a la torre y representa el trabajo que debe

efectuarse para lograr transferir una cantidad requerida de masa, mientras que la

altura de la unidad de transferencia, Htu, esta determinada por las características

del empaque de la torre.

Adicionalmente debe mencionarse que en la gráfica de la Fig. 4-10, el área

comprendida entre la curva de saturación y la línea de operación es una indicación

del potencial que promueve la transferencia de calor. Un cambio en las

condiciones de proceso, de tal manera que la línea de operación se mueva hacia

abajo para incluir una mayor área de entre ella misma y la curva de saturación,

significa que se requerirán menos unidades de transferencia ya que aumenta el

potencial.

Esquema de una torre de Humidificación

IV. MATERIALES Y EQUIPO :

Material de estudio : Aire y Agua.

Material auxiliar : Torre de humidificación, intercambiador de calor de doble tubo, termómetro.

Descripción del equipo : El equipo usado es una torre de enfriamiento que esta constituido de una altura igual a 2.4 m y largo 0.98 m ,ancho 0.40 m.

Torre de enfriamiento

Caliente

Frió Seco

Húmedo

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL :

Atender las explicaciones del profesor antes de realizar la práctica.Prender el calentador eléctrico antes de iniciar la practica.Fijar el flujo de agua caliente por medio del rotámetro del intercambiador de calor así como el dispositivo para fijar el caudal de aire ,tomar datos de la temperatura inicial de aire y agua.

VI. CALCULOS : Se realizan cálculos para cada longitud de rotametro.

Para L.R 80

Cálculo de flujo de agua de entrada

L2 = LR - 10 60

19.2

L2 = 80 - 10 60

19.2

L2 = 218.75 Kg de H2O / h

Cálculo de entalpía del aire de entrada

HG1 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 21 º C yi = 0.014

Sustituyendo estos valores en la formula

HG1 = 13.53604 Kcal / Kg aire

Cálculo de entalpía del aire de salida




Luego

L1 = HAIRE - T2 . ∆ y L2

HAIRE - T1 . ∆ y

L1 = 8.5514 - 25 x 0.004 218.758.5514 - 21x0.004

L1 = 218.33665

m = HG2 - HG1 = 16.9566 - 13.53604 TL2 - TL1 25 - 21

m = 0.85514 Kcal / Kg .ºC y m = L2. Cl / G

G = ( 218.75 Kg H2O ) ( 1 Kcal / kg )

( 0.85514 Kcal / Kg. ºC )

G = 255.806 Kg de aire / h. ºC

Hallamos el Kya evaluando la integral de la sgte tabla.

T º C Yi

HH*

H* - H1

H* - H

1

H* - Havg

∆HIntegral

2122232425

0.0140.0150.0160.0170.018

13.5314.3815.2416.1016.95

14.615.316.217.218.2

1.060.910.951.091.14

0.931.091.040.900.87

1.101.070.090.89

0.8530.8540.8550.856

0.8700.9160.8360.763

Calculo de Kya

dH Z . Kya .S Donde : Z = 2.4 m = H * - H G S = 0.98 x 0.40 = 0.392 m

S =0.392 m

3.387408 = ( 2.4 ) ( Kya ) ( 0.392 m2 )

( 255.806 Kg aire / h.ºC )

Kya = 921.045 Kg aire / h .m3 . ºC

Cálculo del calor

Q = m . CP .∆T Q = ( 218.54 ) ( 1 ) ( 25 – 27 ) = 874.1733 Kcal / h

Q = 874.1733 Kcal / h

Cálculo de W

W = G ( Y2 – Y1 )

W = 255.806( 0.018 – 0.014 )

W = 1.0232 Kg de H2O Vapor / h

Para L.R 120


L2 = LR - 10 60

19.2

L2 = 160 – 10 60

19.2

L2 = 468.75 Kg de H2O / h


HG1 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 22 ºC yi = 0.014




HG2 = ( 0.24 + 0.46 yi )T + 594.2 yi ,con T= 36 ºC yi = 0.039



Luego

L1 = HAIRE - T2 . ∆ y L2

HAIRE - T1 . ∆ y

m = HG2 - HG1 = 32.576 – 13.782 TL2 - TL1 63 - 42

m = 08949 Kcal / Kg .ºC y m = L2. Cl / G

G = ( 468.75 Kg H2O ) ( 1 Kcal / kg )

( 0.8949 Kcal / Kg. ºC )

G = 523.801 Kg de aire / h. ºC


T º C H H*H* - H

1

H* - H

1

H* - H avg

∆HIntegral

35.542485360

13.916.719.521.7

25.1

31.643.759

75.9109

17.626.939.554.183.8

0.0560.0370.0250.0840.012

0.0460.0310.0210.013

2.842.752.253.42

0.130.080.040.05

Calculo de Kya

Kya = NA .G / Z . S

Kya = ( 0.3206 ) ( 73.940 ) / 8 2.40 ) 8 0.392)

Kya = 251.96 Kg / m3 .h

Cálculo del flujo de salida del agua

L1 - L2 = G ( Y2 - Y1 )

L1 = ( 739.40 Kg de aire / h )(0.029 – 0.014 ) + 243.75 Kg de H2O / h

L1 = 354.841 Kg de H2O / h

Cálculo del calor

Q = m . CP .∆T Q = ( 349.29 ( 1 ) ( 60 – 35.5 ) = 85557.605 Kcal / h

Q = 85557.605 Kcal / h

Cálculo de W

W = G ( Y2 – Y1 )

W = 739.40 ( 0.029 – 0.014 )


Para L.R 160


L2 = LR - 10 60

19.2

L2 = 80 - 10 60

19.2

L2 = 218.75 Kg de H2O / h









m = HG2 - HG1 = 16.9566 - 13.53604 TL2 - TL1 25 - 21

m = 0.85514 Kcal / Kg .ºC y m = L2. Cl / G

G = ( 468.75 Kg H2O ) ( 1 Kcal / kg )

( 0.85514 Kcal / Kg. ºC )

G = 523.801 Kg de aire / h


T º C HH*

H* - H

1

H* - H

1

H* - Havg

∆HIntegral

4248545963

13.919.224.529.032.5

43.75980

104128

29.7939.7555.575.0

98.42

0.0330.0250.0180.0130.010

0.0290.0210.0150.011

5.3465.254.253.25

0.150.110.090.42

Calculo de Kya

Kya = ( 0.38339 ) ( 533.802 )

( 2.40 ) ( 0.392 )

Kya = 213.457 Kg aire / h .m3

Cálculo del flujo de salida del agua

L1 - L2 = G ( Y2 - Y 1 )

L1 = ( 523.802 9 ( 0.039 – 0.014 ) + 468.75

L1 = 481.845 Kg de H2O Vapor / h

Cálculo del calor

Q = m . CP .∆T Q = (475.29 ) ( 63 – 42 ) = 9981.24 Kcal / h

Q = 9981.24 Kcal / h

Cálculo de W

W = G ( Y2 – Y1 )

W = 523.802( 0.029 – 0.014 )


VII. RESULTADOS :

Para cada lectura de rotametro se obtuvo un Kya diferente.

Para L.R 80


Q = 85557.605 Kcal / h

Kya = 251.96 Kg / m3 .h

Para L.R 120


Q = 85557.605 Kcal / h

Kya = 921.045 Kg aire / h .m3 . ºC

Para L.R 160


Q = 9981.24 Kcal / h

Kya = 213.457 Kg aire / h .m3

VIII. CONCLUSIONES :

A medida que la lectura del rotametro aumenta el coeficiente de transferencia de masa disminuye.

A medida que la lectura del rotameto aumenta la variación del flujo va a ir incrementándose.

A medida que la lectura del rotametro aumenta la variación del flujo del gas aumenta.

IX. RECOMENDACIONES :

Tener cuidado en la manipulación del rotametro.

Tener precaución en la lectura de las temperaturas que reporta el termómetro.

El calentador antes que se empiece a trabajar este debe estar caliente una hora antes, luego cuando nosotros necesitamos el equipo este debe dejarse enfriar.

X. BIBLIOGRAFIA :

Weltey, J., Wicks, Ch. Y R. Wilson, “Fundamentos de Transporte de Momento

Calor y Masa”,2da Ed. Edit. Limusa, S.A., México.

Geankoplis, Ch. J.,"Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias", CECSA

2da.Ed., México 1995.

Minana, A. A., M. Rubio, T., “Enseñanza de las Operaciones de

Transferencia de Materia”, I. Q., pp.169-173, 1983.

Treybal, R. E., "Operaciones de Transferencia de Masa", Mc Graw Hill,

México 1980Foust, A., et al., “Principios de Operaciones unitarias”, Ed.

Continental, S.A.,

humidificacion

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