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Ejercicio 7-11: Una planta requiere que 15 kg/s (1 984 Ib/min) de agua refrigerante fluyan a través del equipo de condensación para la destilación; se eliminan así 270 W (55 270 Btu/min) de los condensadores. El agua sale de los condensadores a 45 ºC. Para volver a utilizar el agua, se planea enfriarla mediante el contacto con aire en una torre de enfriamiento de tiro inducido. Las condiciones del diseño son: aire entrante a 30 ºC temperatura de bulbo seco, 24 ºC temperatura de bulbo húmedo; el agua se va a enfriar a 5 ºC de la temperatura de bulbo húmedo del aire entrante, o sea, a 29 ºC; se usará una relación de aire/vapor de agua de 1.5 veces el mínimo. El agua de compensación va a entrar de una represa a 10 ºC, dureza de 500 ppm (partes/millón) de sólidos disueltos. El agua circulante no debe tener una dureza superior a 2 000 ppm. Respecto aI empaque que se va a utilizar, se espera que Kya sea de 0.90kg/m3 *s (Y)(202 Ibm/h ft2  Y).

Para una rapidez del líquido como mínimo, de 2.7 kg/mL. s y una rapidez del gas de 2.0 kg/m* . s (1 991 y 1 474 Ib,/h ft2, respectivamente). Calcular las dimensiones de la sección empacada y las necesidades de agua de compensación.

SOLUCION: Los cálculos de Gs mínimo, las condiciones de entalpía de entrada y salida de la corriente gaseosa, la altura de la torre, la cantidad de agua de reposición y una grafica de las curvas de operación son calculadas con el siguiente algoritmo programado en scilab: (archivo adjunto)

//CALCULO DE UNA TORRE ENFRAIDORA DE AGUA CON AIRE clear clc L2=input('DIGITE EL FLUJO DE LIQUIDO A ENFRIAR EN Kg POR SEGUNDO'); TL2=input('DIGITE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL LIQUIDO'); TL1=input('DIGITE LA TEMPERATURA A LA QUE DEBE SALIR LA CORRIENTE DE AGUA DEL ENFRIADOR'); e=0.1; Qs=input('DIGITE EL FLUX MINIMO DE GAS EN UNIDADES INTERNACIONALES'); P=input('DIGITE LA PRESION DE LA ENTRADA DE AIRE EN PASCALES'); TG1=input('DIGITE LA TEMPERATURA DE BULBO SECO DEL AIRE ENFRIADOR DISPONIBLE'); TH=input('DIGITE LA TEMPERATURA HUMEDA DEL AIRE ENTRANTE'); hla=150; kya=input('DIGITE kya EN UNIDADES INTERNACIONALES'); B=input('DIGITE CUANTAS VECES QUIERE USAR EL MINIMO FLUJO DE GAS'); A1=23.7093; B1=4111.1; C1=237.7; A2=23.863; B2=3809.4; C2=226.7; PSH1=0; YSH1=0; Y1=0; W=0; LAMBDATG1=0; LAMBDAHUMEDO=0; if TH=e if T=2.5 deltaH=((H2-H1)/(N-1)); N=N+2; end deltaTL=(Gs/(L2*Cpl))*deltaH N=N-2 TL=zeros(N); TG=zeros(N); H=zeros(N); Y=zeros(N); deltaTG=zeros(N); k=1; TL(k)=TL1; TG(k)=TG1; H(k)=H1; Y(k)=Y1; Ti=zeros(N); Hi=zeros(N); while k2 DIGITE LA PRESION DE LA ENTRADA DE AIRE EN PASCALES-->101325 DIGITE LA TEMPERATURA DEL AIRE ENFRIADOR DISPONIBLE-->30 DIGITE LA TEMPERATURA HUMEDA DEL AIRE ENTRANTE-->24 DIGITE kya EN UNIDADES INTERNACIONALES-->0.9 DIGITE CUANTAS VECES QUIERE USAR EL MINIMO FLUJO DE GAS-->1.5 H1 = 70.58

entalpía de entrada de la corriente gaseosa en KJ/Kg de aire seco

Gsmin = Gs =

7.6977163 Kg aire seco/s

11.55 Kg aire seco/s H2 = 157.54941 entalpía de salida de la corriente gaseosa en KJ/Kg de aire seco N = 37. INTEGR = 3.3183794 valor de la integral

Z = 7.37altura de la torre en metros AG = 0.36 agua de reposición en Kg. /s Para el flujo líquido de por lo menos 2.7kg/m2.s Área transversal= 15 Kg/s.m2.s = 5.56 m2 2.7 Kg

Para un flujo de gas de por lo menos 2 kg/m2.s Área transversal= 11.55 Kg aire seco/s.m2.s = 5.78 m2 2 Kg Es necesario que sea de 5.50m 2 con tal de que se mantenga la velocidad de flujo de gas mínima para que Kya=0.9

Ejemplo 7.12 En el enfriador del ejemplo 7.11, ¿a que temperatura se enfriara el agua si, después de que la torre se construyó a los valores de diseño L ’ y G’, el aire entrante entrase a una temperatura de bulbo seco TG, = 32 ºC, temperatura de bulbo húmedo Tw = 28 ºC? El cálculo de la temperatura de salida del líquido se realiza mediante una prueba y error en la siguiente subrutina, programada en scilab. El valor de TL1 correcto corresponderá a una Z de 11.55m, igual a la diseñada en el anterior ejercicio. //CALCULO DE LA ALTURA DE UNA TORRE ENFRAIDORA DE AGUA CON AIRE clear clc L2=input('DIGITE EL FLUJO DE LIQUIDO A ENFRIAR EN Kg POR SEGUNDO'); //TL2=input('DIGITE LA TEMPERATURA DE ENTRADA DEL LIQUIDO'); TL1=input('DIGITE LA TEMPERATURA SUPUESTA A LA QUE DEBE SALIR LA CORRIENTE DE AGUA DEL ENFRIADOR'); e=0.1; Qs=2;//input('DIGITE EL FLUX MINIMO DE GAS EN UNIDADES INTERNACIONALES'); P=101325;//input('DIGITE LA PRESION DE LA ENTRADA DE AIRE EN PASCALES'); TG1=input('DIGITE LA TEMPERATURA DEL AIRE ENFRIADOR DISPONIBLE'); TH=input('DIGITE LA TEMPERATURA HUMEDA DEL AIRE ENTRANTE'); hla=150; kya=0.9;//input('DIGITE kya EN UNIDADES INTERNACIONALES'); B=input('DIGITE CUANTAS VECES QUIERE USAR EL MINIMO FLUJO DE GAS'); A1=23.7093; B1=4111.1; C1=237.7; A2=23.863; B2=3809.4; C2=226.7; PSH1=0; YSH1=0; Y1=0; W=0; TL2=TL1+15.99259 LAMBDATG1=0; LAMBDAHUMEDO=0; if TH=2.5 deltaH=((H2-H1)/(N-1)); N=N+2; end deltaTL=(Gs/(L2*Cpl))*deltaH N=N-2 TL=zeros(N); TG=zeros(N); H=zeros(N); Y=zeros(N); deltaTG=zeros(N); k=1; TL(k)=TL1; TG(k)=TG1; H(k)=H1; Y(k)=Y1; Ti=zeros(N); Hi=zeros(N); while k28 DIGITE CUANTAS VECES QUIERE USAR EL MINIMO FLUJO DE GAS-->1.5 TL2 = 47.57 en ºC nueva temperatura de entrada del liquido H1 = 87.574312 en KJ/Kg. Nueva entalpía de entrada del gas Gs = 11.55 en kg aire seco/s valor de diseño H2 = 174.47 KJ/Kg. Nueva entalpía del gas a la salida de la torre Z = 7.34 en metros valor de diseño fijo.

Ejemplo 7.13 Se va a utilizar una cámara de aspersión horizontal con recirculación de agua para la humidificación adiabática y el enfriamiento de aire. La parte activa de la cámara tiene 2 m de longitud y una sección transversal de 2 m 2. El flujo del aire es de 3.5 m3/s a la temperatura de bulbo seco de 65.0 ºC, Y’ = 0.0170 kg agua/kg aire seco; el aire se enfría y humidifica a la temperatura de bulbo húmedo 42.0 ºC. Si se va a colocar una cámara de aspersión igual, manejada en la misma forma, en serie con la cámara existente. ¿Que condiciones de salida se preverían para el aire?

SOLUCIÓN: Datos de la situación: L=2m A=2m2 Q=3.5m/s Y1=0.0170kg agua/Kg. Aire seco T1=65ºC T2=42ºC

Gs =3.562kg aire seco/s

Las condiciones de salida de la cámara sencilla y de varias cámaras colocadas en serie según se desee, son calculadas con la siguiente rutina programada en scilab. //CALCULO DE LAS CONDICIONES DE SALIDA DE UNA CAMARA ADIABATICA PARA HUMIDIFICACIÓN Y ENFRIAMIENTO DE AIRE CON AGUA SENCILLA O VARIAS CONECTADAS EN SERIE P=input('FAVOR DIGITE LA PRESION TOTAL EN PASCALES') ERROR=0.3; Gs=input('digite el flujo masico de aire seco que se va a soplar'); Z=input('digite la longitud de la camara enfriadora'); TG2=input('digite la temperatura de salida de la camara sencilla'); TG1=input('favor digite TG1 de la mezcla en °C'); Y1=input('favor digite Y1 de la mezcla en Kg agua/Kg gas seco'); B=input('digite cuantas camaras es serie va a usar'); ch=1.0035+1.8723*Y1; TSA=TG1; e=10; while e>=ERROR T=TSA; lambda=[2501.4 2499.0 2496.7 2494.3 2491.9 2489.6 2487.1 2484.8 2482.5 2480.1 2477.7 2475.4 2473.0 2470.7 2468.3 2465.9 2463.6 2461.2 2458.8 2456.5 2454.1 2451.8 2449.4 2447.0 2444.7 2442.3 2439.9 2437.6 2435.2 2432.8 2430.5 2428.1 2425.7 2423.4 2421.0 2418.6 2416.2 2413.9 2411.5 2409.1 2406.7 2404.3 2401.9 2399.5 2397.2 2394.8 2392.4 2390.0 2387.6 2385.2 2382.7 2380.3 2377.9 2375.5

2373.1 2370.7 2368.2 2365.8 2363.4 2360.9 2358.5 2356.0 2353.6 2351.1 2348.7 2346.2 2343.7 2341.3 2338.8 2336.3 2333.8 2331.4 2338.9 2326.4 2323.9 2321.4 2318.9 2316.3 2312.8 2311.3 2308.8 2306.2 2303.7 2301.1 2298.6 2296.0 2293.5 2290.9 2288.3 2285.8 2283.2 2280.6 2278.0 2275.4 2272.8 2270.2 2267.6 2264.9 2262.3 2259.7 2257.0]; T1=int(T); T2=T1+1; LAMBDA=(lambda(T2+1)-((lambda(T1+1)-lambda(T2+1))*(T-T2))); YSA=(Y1+(ch*(TG1-TSA)/(LAMBDA))); Ps=(P*((YSA*1.65806)/(1+(YSA*1.65806)))); A1=23.7093; B1=4111; C1=237.7; A2=23.1863; B2=3809.4; C2=226.7; T=((B1/(A1-log(Ps)))-C1); if T101325 P = 101325. Digite el flujo másico de aire seco que se va a soplar (kg/s)-->3.562 Digite la longitud de la cámara enfriadora (m) -->2 Digite la temperatura de salida de la cámara sencilla (ºC)-->42 Favor digite TG1 de la mezcla en °C-->65 Favor digite Y1 de la mezcla en Kg agua/Kg gas seco-->0.017 Digite cuantas cámaras es serie va a usar-->2 TSAcalculada = 32.612237ºC YSA = 0.0307765 Y2 = 0.0266970 salida de la primera camara INVHTG =

0.6084950 Yfinal = 0.0295684 salida de la segunda camara Tfinal = 35.378028 ºC salida de la segunda camara AGUA DE REPOSICIÓN = 0.0447688 Kg/s

EDWARD DAVID CARRILLO BARAJAS Escuela de Ingeniería Química Operaciones unitarias 1