LABORATORIO INTEGRAL III
CÁLCULO DEL COEFICIENTE COEFICIENTE GLOBAL GLOBAL DE TRASFERENCIA TRASFERENCIA DE MASA MASA (Ky)
OBJETIVO Calcul alcular ar el coeficiente global de transferencia de masa de una u na torre de enfriamiento.
INTRODUCCIÓN TRANSFERENCIA DE MASA Los fenómenos de transporte tienen lugar en aquellos procesos, conocidos como procesos de transferencia, en los que se establece el movimiento de una propiedad ( masa, momentum o energía) en una o varias direcciones bajo la acción de una fuerza impulsora. Al movimiento de una propiedad se le llama flujo Los procesos de transferencia de masa son importantes ya que la mayoría de los procesos químicos requieren de la purificación inicial de las materias primas o de la separación final de productos y subproductos. Para esto en general, se utilizan las operaciones de transferencia transferencia de masa. masa.
Fundamentos de la transferencia de masa Definición General de la transferencia de masa La transferencia de masa cambia la composición de soluciones y mezclas mediante métodos que no implican necesariamente reacciones químicas y se caracteriza por transferir una sustancia a través de otra u otras a escala molecular. Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente composición, la sustancia que se difunde abandona un lugar de una región de alta concentración y pasa a un lugar de baja concentración.1,2,3 El proceso de transferencia molecular de masa, al igual que la transferencia de calor y de momentum están caracterizados por el mismo tipo general de ecuación En esta ecuación la velocidad de transferencia de masa depende de una fuerza impulsora (diferencia de concentración) sobre una resistencia, que indica la dificultad de las moléculas para transferirse en el medio. Esta resistencia se expresa como una constante de proporcionalidad entre la velocidad de transferencia y la diferencia de concentraciones denominado: "Difusividad de masa". Un valor elevado de este parámetro significa que las moléculas se difunden difunden fácilmente fácilmente en el medio.
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Clasificación general de la transferencia de masa. El mecanismo de transferencia de masa, depende de la dinámica del sistema en que se lleva acabo. Hay dos modos de transferencia de masa:
Molecular: La masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos (movimiento individual de las moléculas), debido a una diferencia de concentraciones. La difusión molecular puede ocurrir en sistemas de fluidos estancados o en fluidos que se están moviendo. Convectiva: La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de moléculas y es influenciado por las características dinámicas del flujo. Tales como densidad, viscosidad, etc. Usualmente, ambos mecanismos actúan simultáneamente. Sin embargo, uno puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. La transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gases sigue el mismo principio, descrito por la ley de Fick.
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MATERIALES
y Psicrómetro. y Torre de Enfriamiento. y Bomba. y 2 Termómetros. y Agua. y Regla.
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1.- Con el psicrómetro se mide la temperatura seca y húmeda del medio ambiente. 2.- Se toma la regla y se empieza a medir a ojo las aletas de la torre de enfriamiento una vez medidas estas se procede a calcular el área. 3.- Una vez tomadas las medidas se enciende la bomba. Ya que empieza a circular el agua se toma un aproximado del área de contacto con la que está trabajando la torre. 4.- Al mismo mismo tiempo que que la bomba se enciende enciende el ventilador en contracorriente con el agua para saber con qué temperatura sale el aire y que humedad tiene. 5.- Una vez que el ciclo está cerrado con la bomba metiendo agua, el ventilador con el aire y el agua saliente recirculándose. Se toman la temperatura del agua a la entrada y salida, así como la temperatura del aire en la salida. 6.- Con todos los datos plasmados se procede a realizar los cálculos pertinentes.
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CÁLCULOS Datos de Psicrómetro:
Datos de Carta Psicométrica:
Temp. Seca: 25°C Temp. Húmeda: 22°C
Y1: 0.016 Y2: 0.0216 Yi: 0.024
Temp. De Agua:
Temp. De Aire con Psicrómetro en Salida del Aire:
Entrada: 28.1°C Salida: 27°C
Temp. Seca: 27.3°C Temp. Húmeda: 26.8°C
Entrada de agua: Rotámetro: 0.85 Gal/min.
0.85
gal min
x
1m
3
264 .17 gal
! 3.217 x10
3
m
3
min
Calculo de Gs:
GS H G 2
L1
H G 2
L
! ; L ! L1 P ; L ! 3.217 x10 P
! LC P
3
T
1 T 2
¨1000 K g ¸ 3.217 K g © ¹! min ª min m 3 º m
3
Entalpia del aire a la entrada: Y 2
H 1
! 0.016
K gdeagua K gdeaire sec o
! ?0.24 0.46(0.016)A(25) 597(0.016) ! 15.736
Kcal K gdeaire sec o
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Entalpia del aire a la salida: Y 1
H 2
!
?0.24
! 0.0214
K g .de. A gua K g . Aire.S eco
A
0.46(0.0214) (27.3) 597(0.0214) ! 19.596
K ca cal Kg . ire.S eco
Sustituir en el balance de energía para encontrar el flujo de gas que entra a la torre:
GS H 2 H 1
! LC T T P
2
1
G2 (19.596 15.736) ! (3.217)( 27.3 25) G s
!
(3.217)(27.3 25) (19.217 15.736)
Calculo de Área: A
!
(0.7344)(0.85) ! 0.6242 m
Área de la Torre
Área de trabajo de la torre
2
Área total de trabajo
! 2.219
K g . Aire
min
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CARTA PSICROMETRICA
Y1=0.016 Y2=0.0214 (=) Kg de vapor Yi=0.024 Kg de Aire seco
Conversión de unidades:
0.0386 Y1 Y1=
Yi= 0.024
Y2 Y2=
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Calculo de coeficiente global de transferencia de masa:
Ky
K y
!
!
G s A
2.1219 0.6242 m
2
x
x
(Y i
Y 1 ) (Y i Y 2 ) Y Y 1 ln i Y i Y 2
mol . H O ? A K K mol . Aire !
( 0.0386 0.02577 ) ( 0.0386 0 .03447 ) ( 0 .0386 0.02577 ) ln ( 0 .0386 0.03447 )
Conversión de unidades: 3.3993
Ky = ( 7.0330 ) ( 0.007675 )
K y
! 0 . 0539
2
K mol
. H 2
m 2 Hr
!
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EXPERIENCIA
TORRE DE ENFRIAMIENTO
ALETAS DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO
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CUESTIONARIO 1. ¿Qué es coeficiente global de transferencia de masa? *Es un valor constante que indica el grado en el que se está transfiriendo la masa de un cuerpo a orto.
2. ¿Cuál es la importancia del coeficiente el coeficiente? *Los coeficientes de transferencia de masa tienen mucha importancia, por que al regular la rapidez con la cual se alcanza el equilibrio, controlan el tiempo que se necesita para la difusión. Los coeficientes de rapidez para los diferentes componentes en una fase dada difieren entre si en mayor grado bajo condiciones en donde prevalece la difusión molecular. En condiciones de turbulencia, en que la difusión molecular carece relativamente de importancia, los coeficientes de transferencia se vuelven más parecidos para todos los componentes.
3.-¿Debido a que ocurre el transporte molecular de masa? * El transporte molecular de masa ocurre usualmente debido a un gradiente de concentración, pero en algunas ocasiones es debido a un gradiente de temperatura, presión o por la acción de una fuerza impulsora
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CONCLUSIONES
El estudio de la transferencia de masa es importante en la mayoría de los procesos químicos que requieren de la purificación inicial de materias primas y la separación de productos y subproductos, así como para determinar los costos, el análisis y diseño del equipo industrial para los procesos de separación.
El transporte molecular de masa ocurre usualmente debido a un gradiente de concentración, pero en algunas ocasiones es debido a un gradiente de temperatura, presión o por la acción de una fuerza impulsora y el transporte difiere en gran medida entre gases, líquidos y sólidos debido a las diferencias sustanciales en la estructura molecular de los 3 estados físicos.
BIBLIOGRAFIA Libreta de apuntes. Problemas de Ingeniería Química Autor: Ocon-Tojo Balances de Materia y Energía Autor: Antonio Valiente
