• Author / Uploaded
• Salvador Zúñiga

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO “Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán”

Ciclo 2020-II

INGENIERÍA QUÍMICA

Laboratorio Experimental Multidisciplinario IV Previo 5: Humidificación adiabática

NOMBRE: Alberto López Pablo PROFESOR: María de Jesús Cruz Onofre, Ana María Soto Bautista MATERIA: LEM IV TEMA: Humidificación adiabática GRUPO: 2602 FECHA DE ENTREGA: 6 de marzo del 2020

1. Elabore la gráfica de humedad de saturación contra temperatura, para el sistema aire-agua a 585 mm Hg en el intervalo de temperaturas apropiado para la práctica. La humedad de saturación se puede plantear como la máxima cantidad de vapor de agua que puede caber en una concreta cantidad de aire. Esto significa que un volumen determinado de aire seco puede contener, a una presión y temperatura dadas, cualquier cantidad de vapor siempre que no supere un valor máximo, el valor de saturación. Para calcular la humedad de saturación ocuparemos la siguiente fórmula: h s=0.625(

Pa ) P−P a

Donde: h s=¿ Humedad de saturación en kg de vapor de agua por kg de aire seco. Pa=¿ Presión de vapor de agua (lb/in2) a la temperatura considerada, obtenido los valores en la página A-10 tabla A-5ª del libro CRANE. P=¿ Presión total del sistema, en este caso fue de 585mmHg que equivale a 11.313 lbf/in2

Hs (kg de vapor de agua por kg de de aire seco)

Temperatura (°C) 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Hs (kg de vapor de aire por kg de aire seco) 0.00706533 0.00998966 0.01395958 0.01930258 0.02644438 0.03594334 0.04854425 0.06526526 0.08753147

Pa (lb/in2) 0.12645863 0.17797613 0.24715926 0.3389248 0.45923382 0.61522219 0.81536012 1.06965525 1.38975412

Humedad de saturación VS Temperatura 0.1 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0

f(x) = 0 x² − 0 x + 0.01 R² = 1

0

2

4

6

Temperatura (°C)

8

10

12

2. ¿Qué es el arrastre de agua? Es la cantidad de agua que es arrastrada por el aire de salida en forma de finas gotas. Se trata de minimizar el arrastre por medios mecánicos pues representan una pérdida de agua y ocasionan deterioro en equipos cercanos. En torres de tiro mecánico se estiman en 0.1 y a 0.2% del flujo de agua circulada. 3. ¿Para qué se requiere reponer el agua en estos sistemas? Las torres de enfriamiento requieren agua de reposición para mantener en balance las sales disueltas, ello conlleva la descarga de una cantidad de agua denominada purga. El objetivo de la torre de enfriamiento es reducir la temperatura del agua caliente liberando calor latente de evaporación y evaporando una fracción del agua, lo que lleva a que las sales disueltas se vayan concentrando poco a poco, el uso de la purga permite mantener en control las sales disueltas de forma tal que no sobrepasen los límites de saturación y ocasiones incrustación en el relleno o en los equipos que reciben en enfriamiento. Como la torre de enfriamiento no puede concentrarse en forma indefinida se buscan métodos que permitan ahorrar la mayor cantidad de agua posible. Sin embargo, gráficamente podemos observar que los mayores ahorros en agua de reposición y purga en un sistema de enfriamiento abierto es cuando este se opera alrededor de los 5.0 c.c., es importante conocer los parámetros reales de operación de la torre de enfriamiento para poder estimar el correctamente los ahorros de agua, así como considerar la calidad de agua que se repone al sistema. 4. Suponiendo que, una vez alcanzado el estado estacionario, la temperatura del agua es uniforme e igual a la temperatura de saturación adiabática. ¿Existirá alguna diferencia entre la humidificación en un equipo con un arreglo de flujos en contracorriente y uno en flujo cruzado? La ventaja de una torre de enfriamiento de flujo a contracorriente es que el agua mas fría se pone en contacto con el aire mas seco lográndose un máximo rendimiento. En un arreglo en flujo en contracorriente el agua más fría estará en menor contacto con el aire mas seco ya que casi no habrá, por lo que la humidificación no se vera favorecida. En un arreglo de flujo cruzado el salto térmico es menor ya que las temperaturas son cercanas y el aire se enfría mas y favorece la humidificación. 5. Escriba las ecuaciones que utilizara para resolver el problema experimental y explique cada uno de sus términos.  Número de unidades de transferencia (Treybal)

N tG=

H H tG

N tG=¿ Número de unidades de transferencia H=¿ Altura activa  Altura de unidad de transferencia Es la altura de una sección de relleno que se requiere para conseguir una variación de concentración igual a la fuerza impulsora media existente en la sección. Ecuación del treybal Gs K y ap

H tG=

Donde: H tG =¿ Altura de unidad de transferencia G s =¿ Masa velocidad del gas no absorbido basado en la sección transversal del recipiente. K y a p =¿ Coeficiente individual de transferencia de masa (tabla 3.3 treybal)

Ecuación de Geanklopis H G=

G M B K G aP

H G =¿ Altura de unidad de transferencia de entalpia gaseosa en metro K G a=¿ Coeficiente global de transferencia de masa kgmol/sm3 M B =¿ Peso molecular (componente B) P= Presión (Pa)  Coeficiente de transferencia de masa K y ´=

NA ( y AG− y Ai )

K x´=

NA ( X Ai− X AL )

K y ´=¿ Coeficiente de transferencia de masa en fase gaseosa, kgmol/sm2 K x ´ =¿ Coeficiente de transferencia de masa en la fase líquida kgmol/sm2 y AG X AL =¿ Composición de la fase general de las dos fases.

y Ai X Ai=¿ Concentraciones interfaciales  Coeficiente volumétrico de transferencia de masa G ´s =

Qρ A

K y av=

G´s N tG z

Q=¿ Velocidad (área) ρ=¿ Densidad = PM/RT K y a v =¿ Coeficiente volumétrico de transferencia de masa N tG=¿ Número de unidades de transferencia de masa G ´ s =¿ Masa velocidad Z= Area transversal  Coeficiente global de transferencia de calor hG ( T −T s ) =λ s K y ( y s− y ) λ s=¿ Calor latente de evaporización del agua a la temperatura Ts T s=¿ Temperatura de saturación y s =¿ Humedad de saturación T= Temperatura de aire húmedo K y =¿ Coeficiente de transferencia de masa hG =¿ Coeficiente de transferencia de calor

 Eficiencia de Murphree EM G=1−

Y as −Y 2 Y as −Y 1

6. Indique las variables a medir para calcular: Número de unidades de transferencia, ( N tG ), la altura de la unidad de transferencia ( H tG ¿ ,el coeficiente volumétrico de transferencia de masa ( K Ya ), así como el coeficiente global de transferencia de calor (hGa )  Número de unidades de transferencia y la altura de unidad de transferencia Altura y flujo volumétrico (radio, velocidad)

 Coeficiente de transferencia de masa Altura, flujo volumétrico, y temperaturas  Coeficiente de transferencia de calor Temperatura del aire húmedo (bulbo húmedo), temperatura del aire seco (bulbo seco)

Referencias

  

Treybal, R., (1980), Mass transfer operations, 3rd Edition, New York, U.S.A., McGraw Hill. Geankoplis, C. J., (1998), Procesos de transporte y operaciones unitarias, 3rd Edition, University of Minnesota.,Editorial Continental. http://cabestisrl.com.ar/CABESTIsrl/02.informestecnicos.02.htm



(s.f.). Obtenido de https://www.ingenieriaquimica.net/foros/10-controlmedioambiental/22475-torres-de-enfriamiento-ahorro-de-agua



Aguilar García, H. A. (23 de octubre de 2017). Diseño y optimización de una torre de enfriamiento de tiro inducido. Obtenido de https://tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/24234/1/Tesis%20Dise%C3%B1o %20y%20optimizaci%C3%B3n%20de%20una%20torre%20de%20enfriamiento %20de%20tiro%20inducido..pdf