informe de lou 2-humidificación

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

Practica N1: Humidificacin

DOCENTE : Ing. WALTER MORENO EUSTAQUIO. CURSO : LOU II ALUMNOS:ADAUTO TERRONES, MNIQUEFLORES GLVEZ, DUBERLLOZANO HERRERA, ALEXANDERMAURICIO PARDES, DAVIDRODIGUEZ RUIZ, ALEJANDRO CICLO:IX

TRUJILLO PER2011Practica 1: HUMIDIFICACIONI. IntroduccinLa humidificacin es una operacin unitaria en la que tiene lugar una transferencia simultnea de materia y calor sin la presencia de una fuente de calor externa. De hecho siempre que existe una transferencia de materia se transfiere tambin calor. Pero para operaciones como extraccin, adsorcin, absorcin o lixiviacin, la transferencia de calor es de menor importancia como mecanismo controlante de velocidad frente a la transferencia de materia. Por otro lado, en operaciones como ebullicin, condensacin, evaporacin o cristalizacin, las transferencias simultneas de materia y calor pueden determinarse considerando nicamente la transferencia de calor procedente de una fuente externa.Todos estos problemas del aire son un problema de ingeniera aplicado en la ventilacin de locales. A nosotros nos interesa como una operacin de transferencia de calor previa a la desecacin o a los procesos mencionados con anterioridad al ser expuestos a l aire.La transferencia simultnea de materia y calor en la operacin de humidificacin tiene lugar cuando un gas se pone en contacto con un lquido puro, en el cual es prcticamente insoluble.Generalmente la fase lquida es el agua, y la fase gas el aire. Su principal aplicacin industrial es el enfriamiento de agua de refrigeracin, que ser el objeto de estudio de la prctica que nos ocupa. A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operacin de humidificacin 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 atmosfrico. Parte del agua se evapora, enfrindose as la interfase. El seno del lquido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfra. A su vez, el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire, por lo que se humidifica.En la deshumidificacin, agua fra se pone en contacto con aire hmedo. La materia transferida entre las fases es la sustancia que forma la fase lquida, que dependiendo de cmo estemos operando, o se evapora (humidificacin), o bien se condensa (deshumidificacin.)Existen diferentes equipos de humidificacin, entre los que destacamos las torres de enfriamiento por su mayor aplicabilidad.

II. Objetivos: Determinar el coeficiente de transferencia de masa. kga Determinar la variacin del flujo del liquido (agua). Determinar el flujo de gas (aire). G Desarrollar un programa que permita simular el proceso de humidificacin. Evaluar la performance de la torre de Humidificacin.

III. Materiales y Mtodos.

1. Material de estudio. Aire extrado del medio ambiente. Agua potable.2. Descripcin del mdulo de Equipo.

El equipo es una torre de enfriamiento de 7 pisos con un rea de 0.95*0.4 y una altura de 2.4; acoplado un ventilador y 3 duchas de dispersin, la cual opera adiabticamente a rgimen estacionario.

3. Procedimiento Experimental.La presente prctica se desarrollo con un caudal de gas constante, y variamos los caudales del agua. Se prendi el calentador elctrico 3 horas antes de iniciar la prctica. Se fij el flujo de agua caliente va rotmetro del intercambior de calor; primero se ley a 40, luego se prendi el compresor para fijar el caudal del aire, se tomaron los datos de la temperatura inicial. Despus de haber realizado este experimento, se procedi hacer lo mismo para las diferentes lecturas del rotmetro.

4. Fundamento terico:Sistema de Interaccin AireAgua

El estado de una masa de aire seco queda definido por la presin y la temperatura. El aire hmedo contiene vapor, y para definir su estado habremos de indicar la concentracin de este. Es decir: En un proceso de humidificacin el agua caliente se pone en contacto con aire seco o poco hmedo; la materia (agua) y el calor se transfieren hacia la fase gaseosa a travs de la interfase, como se muestra en la figura 1. Como resultado, el lquido cede calor a la interfase, enfrindose tambin. Y el gas se humidifica.

Figura N 1: Condiciones de transferencia de calor.L: caudal msico de lquidoG: caudal msico de gasH: humedad del gasTL: temperatura del lquidoTG: temperatura del gasq: calor transferido a la columna desde el exteriorz: altura de la columnaA: superficie interfaciala: rea interfacial del volumen dela columna (m2/m3)S: seccin transversal de la torreAnalizando la torre de enfriamiento y haciendo los balances necesarios:

Balance de materia:L= Flujo de agua.G=Flujo de aire. dY=GdYdY=Diferencial de la concentracin de la humedad.

Balance de calor:GCsDt + GdYm= LCLdTLCS= Calor especifico medio de aire.m= Calor latente de vaporizacin medio de H2O en la torre.CL= Capacidad calorfica de lquido.Dt= Diferencial de temperatura en el gas.Dtl= Diferencial de temperatura del lquido.

Transferencia de calor:

Q= m.Ce.t.Capacidad Calorfica

GCS(T1-T2)=hgav(tL1 tL2)

Hga= Coeficiente de transferencia de calor.

Transferencia de masa:G(Y1 Y2)= Kgav(Y*-Y)

Y*= Humedad de equilibrio.Y= Humedad de aire medio.

El proceso que ahora nos ocupa se aplica en la desecacin de sustancias o en el acondicionamiento del aire. Al ser limitada la cantidad de aire, la humidificacin y el enfriamiento afectan a toda la masa. Durante el proceso varan continuamente la humedad y la temperatura del aire. Con la saturacin se alcanza una temperatura constante llamada SATURACIN ADIABTICA. Ahora bien determinaremos las condiciones de saturacin con ayuda de un balance calorfico aplicado a todo el sistema. En el balance intervienen el calor latente de vaporizacin del lquido y el calor sensible del aire hmedo. Teniendo la siguiente ecuacin como resultado de la transferencia de masa en la humidificacin, siendo los trminos de calor sensible despreciable en compaa con el calor latente:

LCa,ldt1= GsCsdtG + GS 0Dy= GsdH.(1)

Integrando con la suposicin adicional de que L es bsicamente constante:

LCA,L(tl1- tl2)= Gs(H2-H1).(2)

Si la rapidez de transferencia de masa es pequea, como generalmente lo es, se puede interpolar por las siguientes ecuaciones:

GsdY= Kya(Yi-Y)dz(3)GsCsdta=hGaH(ti-tG)dz(4)

Ignorando el calor sensible del vapor transferido, se tiene que:

LCA,LdtL= hLaH(tl-ti)dz(5)

Sustituyendo las ecuaciones (3) y (4) en la ecuacin (1).

Gs Dh = hGAH(ti-tG)dz + 0 kyaH(Yi Y)dz.(6)

Si hs Dh= kyaH [(CS rti+0 Yi) (Cs rtG + 0Y)]dz (7)

Para el caso en que r=1 y Ah=aLa ecuacin (6) se convierte en:

Gs Dh = kYa(Hi- H)dz (8)Se tiene combinando las ecuaciones (1), (5) y (7).

Gs Dh= kYa(Hi-H)dz = hLa(tl-ti)dz (9)Entonces, suponiendo que KYA ES CONSTANTE, la ecuacin (9) da:

En donde la parte media de la ecuacin es el nmero de veces que la fuerza motriz promedio se divide entre el cambio d entalpa. Esta es una medida de la dificultad de la transferencia de entalpa, llamada Nmero de unidades de entalpa del gas NtG. En consecuencia:

En donde la altura de una unidad de transferencia de entalpia del gas= HTg = GS/kya.

Ahora utilizando una fuerza motriz global, que represente la diferencia de entalpa para las dos fases totales:

Z=Altura de la columna, m.S= Seccin transversal, m2.G= Flujo msico del gas.K= Coeficiente de transferencia de masa.

Luego para hallar la entalpa del gas en la entrada y a la salida se tiene:

HG=(0.24 + 0.46Yi)tGe + 0 Yi (13)

tGe= Temperatura del gas en la entrada.0= Calor latente del aire a temperatura de referencia.

Para el clculo de la pendiente:

L= Flujo del lquido.CL= Calor latente del aire a temperatura de referencia.

Para el clculo de flujo del lquido en la entrada:

(14) [Kg/h]

Para el clculo del flujo del lquido en la salida.

(15)

Finalmente, el clculo para el coeficiente de transferencia de masa para el aire (total).

(17)

IV. Calculos y resultados.

Tabla N1 Temperaturas de entrada y salida de la torre de enfriamiento, tanto del agua como del aire.

Exp.L.RTemperatura de entrada del Aire TA2(C)Temperatura de salida del Aire TA1(C)Temperatura de entrada del Agua TL1(C)Temperatura de salida del Agua TL2(C)

1402326,53723

25023285723

370233262,531

48023356437

51002336,565,541

612023376644

Fuente: Datos obtenidos en el equipo de laboratorio de operaciones unitarias.

Clculos: aplicando las ecuaciones anteriores, se obtienen los siguientes resultados.

condiciones del aire

T C entradaY1i 1 TC salidaY2i 2

230,01414,02926,50,01917,938

230,01414,029280,02421,362

230,01414,029320,03126,650

230,01414,029350,03731,092

230,01414,02936,50,0433,320

230,01414,029370,04234,677

Estos valores se obtuvieron de las tablas del libro de transferencia de masa de Treybal y tambin de Ocon/tojo

LR= 40S=0.392 m2z=2.4 m

T Cii*i1/(i*-i)(1/(i*-i))promi*(1/(i*-i))prom

2314,0316,20,970,46060,34930,3392

261519,20,800,23810,19370,1549

2915,822,50,400,14930,12410,0497

3216,226,30,800,09900,08570,0686

351730,80,940,07250,06740,0632

3717,94340,0623

area integral=0,6756

CL=1Kcal/KgC

LCL/G=0,2792

Ls1=160,2kg/h

G aire=573,68Kg aire/h

W agua evaporada=2,868Kg agua/h

Ls2=157,33Kg agua/h

Ky=411,99kg aire/h.m3

LR= 50


2314,0316,21,870,46060,29360,5493

3015,923,81,100,12660,09270,1020

3717341,600,05880,04620,0740

4418,648,31,400,03370,02710,0380

512068,61,360,02060,04990,0679

5721,36340,0791


CL=1

LCL/G=0,2157

Ls1=192,23kg/h



Ls2=183,31Kg agua/h


LR= 70


3114,03252,970,09110,07230,2148

381735,73,000,05350,04170,1251

462053,43,200,02990,02380,0761

5423,2801,800,01760,01560,0281

582598,51,650,01360,01190,0197

62,526,651240,0103


CL=1

LCL/G=0,4007

Ls1=256,29kg/h



Ls2=245,42Kg agua/h


LR=80


3714,03343,970,05010,04150,1650

441848,33,000,03300,02780,0834

502165,35,200,02260,01870,0975

5726,293,23,300,01490,01330,0439

6129,51151,590,01170,01070,0170

6431,091350,0096


CL=1

LCL/G=0,6320

Ls1=288,32kg/h



Ls2=277,82Kg agua/h


LR= 100


4114,0341,62,170,03630,03370,0732

4416,248,32,900,03120,02810,0815

4819,1594,200,02510,02200,0926

5323,375,94,200,01900,01650,0695

5827,598,55,820,01410,01140,0666

65,533,321470,0088


CL=1

LCL/G=0,7874

Ls1=352,38kg/h



Ls2=340,744Kg agua/h


LR=120


4414,0348,33,870,02920,02680,1036

4817,9595,600,02430,02100,1177

5423,5803,500,01770,01580,0554

582798,54,000,01400,01250,0502

62311213,680,01110,00990,0362

6634,681510,0086


CL=1

LCL/G=0,9386

Ls1=352,38kg/h



Ls2=341,867Kg agua/h


V. Conclusiones En los resultados obtenidos, se logr determinar el coeficiente de transferencia de masa para la fase gaseosa, determinando que al aumentar el flujo de agua, el coeficiente de transferencia de masa disminuye. Se logr determinar el flujo de gas (aire) para cada experimento, determinando que al aumentar la velocidad del agua, dicho flujo gaseoso disminuye. Se desarroll un programa en el lenguaje de MATLAB, lo cual nos ayud a desarrollar dichos clculos de manera satisfactoria.

VI. Bibliografa

OCONTOJO Principios de Transferencia de Masa y Calor, Apndice. Pag:375-376TREYBAL Fundamentos de Transferencia de Masa, 2da edicin 1989; pag: 271-277OCON VIAN, Elementos de Ingeniera Qumica Operaciones Bsicas, 4 Edicin. Editorial Aguilar, Madrid ESPAA, 1979, pag. (457,459,462-470).

Apndice

Aplicacin de la humidificacin/deshumidificacinLa principal aplicacin de la humidificacin y de la deshumidificacin es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspecto de inters relacionado con esta operacin bsica es el enfriamiento de aguas despus de un proceso industrial, con el fin de poder 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. Aplicacin en la industria de alimentosEl conocimiento de los procesos de humidificacin y deshumidificacin, as como sus clculos implicados en ella, sern tiles en el diseo y anlisis de diferentes sistemas de almacenamiento y procesado de alimentos. As mismo, resulta imprescindible conocer las propiedades de las mezclas aire vapor de agua en el diseo de sistemas tales como equipos de aire acondicionado para conservar alimentos frescos, secaderos de granos de cereal y torres de enfriamiento en plantas de procesado de alimentos.Por qu humidificar en los almacenes frigorficos?La demanda del consumidor hace que sean disponibles productos frescos en cualquier poca del ao, en vez de solamente cuando sea la temporada. Adems la expectativa de una apariencia fresca y saludable de los productos ha llevado a cambios importantes en la manera de cosechar, envasar los alimentos para almacenamiento y en la manera de exponerlos. Algunos de los mayores cambios los propician los supermercados, que tienen que anticipar cul ser la demanda durante la semana y, especialmente, durante los fines de semana. El sector agrcola tambin ha experimentado muchos cambios a raz de esto.

Los grandes agricultores han sustituido los pequeos agricultores locales y ahora se importan productos de toda parte del mundo para satisfacer la demanda. Estos cultivos tienen que cosechar, madurar, estar envasados y entregados de acuerdo a los requisitos de los supermercados. Generalmente, esto no se puede hacer en unas cuantas horas, as que los productos tienen que estar conservados en almacenes fros para que conserven su calidad o madurar en salas de maduracin especiales antes de la entrega. Es en esta fase que la humedad representa un factor importante para la calidad del producto.

Fig. Humidificadores para agua de alta presin.

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