18-11-2011
SEGUNDO PARCIAL
Nombre del Alumno:
PROBLEMA HUMIDIFICACIÓN 3
Se dispone de un recinto de 100 m que contiene aire a 25 °C, con una humedad absoluta de 0,009 Kg agua/Kg aire seco. El mismo se humidifica adicionando vapor de agua saturado a una atm en cantidad tal que la humedad final después de la adición de vapor de agua es 0,020 Kg agua/ Kg de aire seco. Suponiendo que se homogeneíza perfectamente la mezcla sin haber condensación condensación de vapor de agua sobre las paredes, ni pérdidas de calor al exterior, determinar: a. Cantidad de vapor de agua adicionado. b. Tempera final del sistema. c. Representar la transformación en un diagrama Psicrométrico. Considerar Entalpía Entalpía del vapor saturado a 1 atm = 638,5 Kcal/kg
Responder: Torres de enfriamiento 1. ¿Cómo determina la altura del relleno de una torre de enfriamiento? 2. ¿Cuál es la fuerza impulsora para la transferencia? 3. Diagrame los perfiles de temperatura y humedad en la base y tope de la torre. 4. Diagrame los perfiles de temperaturas y humedad del aire y agua en función de la altura de la torre.
Solución Primeramente se listan los datos de los que disponemos:
∙∙ ∙ ∙ ∙ = 0,009
= 0,020
(
° ;
,
=
)
= 48,5
1
100 000
1
( 25 + 273)
0,082
28,9
+
18
= 116,6
= 638,5
Se plantea el balance de energía:
=
+
Dado que no existen pérdidas de calor al exterior, el aire final tendrá la entalpía que tenía al principio más el aporte de agua. El balance de masa será: Para el aire
− ∙ =
Para el agua
=
+
Pensándolo en términos de humedad absoluta
=
=
+
=
+
=
a. De donde la masa de vapor será:
= (
=
)
,
+
Luego, desarrollando el balance de entalpía:
− ∙ ∙ =
+
=
= (
=
+ 638,5
+ 638,5
) = 0,011
4,18
0,011
= 48,5
+ 29,3
= 77,8
b. Entonces queda definido el punto final del proceso de humidificación: (
,
/
;
,
)
=
, °
c. En el diagrama psicrométrico esto es una transformación directa entre el punto 1 y el 2:
Respecto a las preguntas sobre torres de enfriamiento tenemos: 1. ¿Cómo determina la altura del relleno de una torre de enfriamiento?
En primer lugar se adopta la ecuación de diseño que mejor se ajuste a los datos con los que se cuentan. Determinante para ello es el coeficiente de transferencia. De ser
∙
, tenemos que la ecuación de diseño será:
∙ ∙ ∙ − ∙ ∙ ∙ ∙ ∗− =
En cambio si tenemos
(
)
,
=
(
)
Es preciso remarcar que ambas ecuaciones deben arrojar el mismo valor de Z
Una vez elegida la ecuación de diseño se procede a calcular la altura de unidad de transferencia (
, por ejemplo), teniendo en cuenta siempre la coherencia de unidades.
De aquí, también, que de aire seco.
sea la velocidad másica superficial de aire seco y no el caudal
Para el cálculo del número de unidades de transferencia se grafica la recta de operaciones y la curva de equilibrio en un diagrama entalpía de aire húmedo vs temperatura de líquido.
Y se agregan los datos con los que se cuenta. Una vez realizado ello se determina el punto 2. Ya sea porque se cuenta con la e ntalpía en ese punto o bien se sabe cuán mayor es el caudal de aire respecto del mínimo.
Ahora procedemos a calcular el número de unidades de transferencia como el área comprendida debajo de la curva
(
)
∗
en función de .
Es conveniente aclarar que sólo se utiliza la entalpía
cuando se trate del término
.
En cualquier otro caso, como ser control gaseoso, líquido o mixto, se de berá emplear la expresión anterior y la ecuación de diseño será:
∙ ∙ ∙ − =
(
)
De este modo se calcula el valor de la altura del relleno. 2. ¿Cuál es la fuerza impulsora para la transferencia? La fuerza impulsora es la diferencia de entalpía, tanto en el aire húmedo como en el líquido:
∙ − ∙ ∙ − ∙ − ∙ − (
=
(
)=
)=
(
(
)
)
í
3. Diagrame los perfiles de temperatura y humedad en la base y tope de la torre.
Tope de la columna:
Base de la columna (comúnmente se da un efecto similar al anterior):
Pero si el aire es muy seco y la columna suficientemente larga puede darse:
4. Diagrame los perfiles de temperaturas y humedad del aire y agua en función de la altura de la torre. La forma de los perfiles estará íntimamente relacionada con la distancia relativa de la recta de operación a la curva de equilibrio en cada punto (o altura de la torre). Lo m ismo
sucedía en el punto anterior. O sea, no necesariamente al aumentar la a ltura de la torre la fuerza impulsora decrece o aumenta. Sin embargo se cumplirá que la temperatura del líquido se reducirá a med ida que se desciende en la torre (objetivo de la operación) y la humedad del gas aumentará a medida que este circula por la misma (o sea, en forma ascendente en el equipo). Por lo visto en el punto anterior, puede existir o no una zona en la que el aire también se enfríe en la base del equipo:
Perfil de humedad absoluta del aire húmedo en función de la altura de torre
Perfil de Temperatura del aire húmedo y agua en función de la altura de torre
