Deshumidificacion Por Enfriamiento

DESHUMIDIFICACION POR ENFRIAMIENTO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE MASA II PI-147/A

Profesor: - Ing. Celso Montalvo

Integrantes: -

Flores Gil, Kevin Andrei Gutiérrez Blas, Joan Manuel Lucano Ángeles, Lesly Doris Soto Moreno, Miguel Eduardo


Índice I.

OBJETIVOS .................................................................................................................................. 2

II.

FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................................................... 2

III.

DATOS EXPERIMENTALES: ................................................................................................ 6

IV.

CALCULOS Y RESULTADOS. ............................................................................................. 7

V. DISCUSION DE RESULTADOS. ............................................................................................ 10 VI.

CONCLUSIONES. .................................................................................................................. 1 1

VII.

SIMULACION CON ASPEN HYSYS V8.6. ........................................................................ 11

VIII.

BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 15

1


DESHUMIDIFICACION POR ENFRIAMIENTO I.

OBJETIVOS -

Determinar las condiciones de operación en las cuales se puede llevar a cabo la deshumidificación por enfriamiento en una columna empacada.

-

Conocer el fundamento en el cual se basa la operación de deshumidificación y las variables que influyen en la transferencia de masa y calor.

II.

FUNDAMENTO TEORICO DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Con las ecuaciones que relacionan las variables, podemos conocer todas las propiedades termodinámicas del aire húmedo. No obstante, la resolución de cualquier problema relacionado con el aire húmedo resulta larga y complicada a partir de dichas ecuaciones, por lo que los ingenieros especialistas en aire acondicionado utilizan los conocidos como diagramas psicrométricos. Existen varios tipos de diagramas psicrométricos, que varían unos con otros en las coordenadas utilizadas. Dado que un estado termodinámico de aire húmedo queda determinado si se conoce dos propiedades independientes y su presión. El que se utilizará en el desarrollo de la práctica es el diagrama de Carrier, que tiene por coordenadas la temperatura seca y la humedad específica. Un esquema resumen de las lecturas es el siguiente:

Humedad relativa del aire. La humedad relativa es la relación entre la densidad del vapor de agua en la mezcla o aire húmedo y la densidad del vapor de agua en una mezcla saturada a la misma temperatura.

2


 =

Como v =

pv R v . T

y



= s



v



s

ps R v . T

pv ; entonces  = p s

-

Grado de humedad del aire o humedad absoluta del aire. Se denomina grado de humedad del aire a la relación entre la masa de vapor de agua que hay en cierta cantidad de aire húmedo y la masa de aire seco de dicha cantidad.

mv w=m a La relación entre el grado de humedad "w" y la presión total del aire húmedo y las presiones parciales del vapor de agua y el aire seco es:

pa . V = ma . R a . T pv . V = mv . R v . T

pa ma R a ma 1 = . = 0,6215 . = 0,6215 . pv mv R mv w v

pv kg vapor de agua  w = 0,6215 . pa kg aire seco

Como p = pa + pv pv  . p s w = 0,6215 . p - p = 0,6215 . p -  . p v

s

A parte de estas tres relaciones, tenemos una serie de parámetros que también son utilizados para definir el estado termodinámico de la mezcla de componentes que forman el aire húmedo:

Punto de rocío. El punto de rocío del aire húmedo es la temperatura a la cual aquél pasa a ser aire húmedo saturado, si se enfría a presión total constante y grado de humedad constante.

Temperatura de bulbo seco. Es la temperatura que se mide mediante un termómetro normal, que indica la temperatura del aire húmedo.

Temperatura de bulbo húmedo. Es la temperatura que se mide con un termómetro cuyo bulbo está recubierto de una muselina con agua y está expuesto a una corriente de aire. Entonces , si el aire húmedo no está saturado se produce una evaporación del agua que contiene la tela tanto más intensa cuanto más seco está el aire, y se observa un descenso gradual de su temperatura hasta un valor constante denominado temperatura de bulbo húmedo.

3


Deshumidificación La Deshumidificación es necesaria muy a menudo en procesos de aire acondicionado o en procesos industriales. La humedad puede removerse por absorción en líquidos o en sólidos (procesos llamados de “absorción química”) o enfriando por debajo del punto de rocío. La deshumidificación representada en el diagrama TS puede verse en la figura 1.7, que muestra solamente el proceso del vapor de agua. El proceso se lleva a cabo en dos etapas: primero, enfriando hasta el punto de rocío; después, hasta condensar y eliminar el agua necesaria, para alcanzar el punto de rocío del estado final. Una vez separada la humedad, se puede recalentar hasta las condición final, sin añadir ni absorber agua (figura 1.8 a)

Figura 1.8. a (arriba): deshumidificación del aire

4


Diagrama de flujo

5


III.

DATOS EXPERIMENTALES:

DATOS EXPERIMENTALES:

Entrada de agua

Entrada de aire

Salida de liquido

Salida de gas

Corrida

Tiempo (min)

T(°C)

Flujo(lb/h)

Tg(°C)

T(°C)

°OH

%H

V(ft/min)

Tg(°C)

1

3

7

100

32

21

2%

78

60

26

2

6

7

100

32

21

4.5%

70

60

27

3

9

7

100

32

21

2%

68

60

27.5

4

12

7

100

32

20

2%

66

60

28

5

15

7

100

32

19

2%

66

60

28

6

20

7

100

32

18

2%

66

60

28.5

7

25

7

100

32

18

2%

66

60

28.5

8

30

7

100

32

17.5

2%

66

60

28.8

9

35

7

100

32

17

2%

66

60

28.8

10

40

7

100

32

17

2%

66

60

29

11

45

7

100

32

17

2%

66

60

29

12

50

7

100

32

17

2%

66

60

29

13

55

7

100

32

17

2%

66

60

29

14

60

7

100

32

17

2%

66

60

29

15

65

7

100

32

17

2%

66

60

29

16

70

7

100

32

17

2%

66

60

29

6


Volumen de alcohol Inicial 4 Final 2.83

Aire ambiente %H 90

litros litros

Área de salida del gas

T(°C) 7 17 32

IV.

28

T(°C) 21

cm2

Densidad del agua

Densidad del etanol

ρ(g/cm3)

ρ(g/cm3)

0.99996 0.9989 -

0.79198 0.77927

CALCULOS Y RESULTADOS.

Estado estacionario: Entrada de agua Tiempo (min)

T(°C)

Flujo(lb/h)

Entrada de alcohol Flujo(l/min)

Tg (°C)

Entrada de aire Tg (°C)


Volumen de alcohol Inicial 4 Final 2.83

Aire ambiente %H 90

litros litros

Área de salida del gas

cm2

Densidad del agua

Densidad del etanol

ρ(g/cm3)

ρ(g/cm3)

0.99996 0.9989 -

0.79198 0.77927

T(°C) 7 17 32

IV.

28

T(°C) 21

CALCULOS Y RESULTADOS.

Estado estacionario: Entrada de agua Tiempo (min) 70

T(°C) 7

Tiempo (min) 70

Salida de liquido T(°C) °OH 17 2%

Entrada de alcohol

Flujo(lb/h) 100

Flujo(l/min) 0.0167

Tg (°C) 32 Salida de gas V (ft/min) 60

%H 66

Entrada de aire Tg (°C) 32

Tg (°C) 29

Para hallar el contenido de agua en el aire a la entrada de la columna, se halla a partir de la humedad del ambiente a partir de la carta psicométrica. Habsoluta agua (kg/kg AS) = 0.0138

Entrada de agua

Entrada del alcohol en el aire

T(°C)

Flujo(kg/min)

Tg(°C)

Flujo(kg/min)

7

0.756

32

0.01302

La salida de alcohol se halla a partir del grado alcohólico hallado, además de tomar como flujo de agua de salida igual que la entrada, se obtiene:

Salida de agua T(°C) 17

°OH 2%

Salida de etanol en el agua

Flujo(kg/min) 0.756

Flujo (kg/min) 0.01222

7


A partir de los datos obtenidos a la salida y usando la carta psicométrica se obtiene el volumen húmedo de la salida y teniendo la velocidad con que sale el aire húmedo, se obtiene el flujo de aire seco que sale de la columna, y el flujo de etanol se halla por balance de materia:



Tg(°C)

Ve (ft/min)

29

60

Salida de gas Flujo total Flujo aire (m3/min) húmedo(kg/min) 0.0512 0.0597

Flujo de etanol (kg/min) 8.1E-04

Balance de materia para el ETANOL:

Flujo en el aire de entrada = Flujo en el agua de salida + Flujo en el aire de salida 4 − 2.83 70

∗ 0.77927 =

0.756 0.99996

∗

0.02 0.98

∗ 0.79198 + Flujo en el aire de salida

Flujo en el aire de salida = 0.00081

kg min

DE LA CARTA PSICOMETRICA 

Determinando las temperaturas de roció usando la carta psicométrica:

AIRE DE ENTRADA: TROCIO = 17.5 °C AIRE DE SALIDA: TROCIO = 22.16 °C 

Determinando las entalpias de saturación:

AIRE DE ENTRADA: HSAT = 68.5 – 0.35 = 68.15 kJ/kg AS AIRE DE SALIDA: HSAT = 61.5 – 0.3 = 61.2 kJ/kg AS -

Calculo de la presión de vapor del alcohol en la salida de aire: PvOH = y.PT y = (mOH/MOH)/ (mOH/MOH + m AIR H/M AIR H) y = (0.00081/46)/(0.00081/46 + (0.0597 – 0.00081)/29) = 0.0086 Pv = 0.0086 * 760 mmHg = 6.536 mmHg H = (Pv AGUA + PvOH)/(Pv° AGUA + Pv°OH) = 66% = 0.66 Calculando:

Pv AGUA = 22.2 mmHg

8


Hr AGUA = Pv AGUA/ (Pv° AGUA + Pv°OH) = 50% -

Graficando la línea de operación y la curva de equilibrio:

Entalpia de sat (H) vs. Temperatura 80 70 60

) S A g k / J k ( t a s e d a i p l a t n E

50 40 30 20 10 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

Temperatura (°C)

Entalpia de sat (H) vs. Temperatura 80 75 70

) S A g k / J k ( t a s e d a i p l a t n E

65 60 55 50 45 40 5

7

9

11

13

15

17

19

Temperatura (°C) Linea de Operacion

Curva de Equilibrio

9

21

23

25

24


-

Calculando el coeficiente global de transferencia (K G.a):

T (°C) 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

H 61.2 61.895 62.59 63.285 63.98 64.675 65.37 66.065 66.76 67.455 68.15

H* 22.5 24.75 27 29.5 31.5 34.25 37 39.25 42 45 47 NTGO

Z = HTOG . NTOG

∆H/ (H-H*)

0.02583979 0.02692152 0.02809778 0.02959893 0.03078818 0.03286771 0.0352485 0.03729256 0.04038772 0.04453351 0.04728132 0.37885754

HTOG = 1.2m/0.3789 = 3.167 m HTOG = 3.167 m = G/(ρG.KG.a..A)

KG.a = G/(ρG.A.HTOG) = 0.0597/(3.167*1.165*π*1.2192/4)

KG.a = 0.0138 min-1 V. -

DISCUSION DE RESULTADOS. La deshumidificación se pudo llevar a cabo debido a que la temperatura de la alimentación liquida (agua fría) estaba por debajo de la temperatura de roció del gas de entrada (aire húmedo).

-

La transferencia de masa se comprueba por el cambio de humedad absoluta en las corrientes de entrada y salida de gas (aire), además se comprueba la transferencia de calor, ya que se observó una variación en las temperaturas de las corrientes y fue necesario llevar a cabo la condensación del vapor de agua para deshumidificar el aire húmedo entrante.

-

El coeficiente de transferencia (KG) depende de las propiedades de los fluidos que entran y salen de la columna, sin embargo el área interfacial (a) es un parámetro que depende de las características de la torre (área superficial del empaque, diámetro de la columna, etc.).

10


VI. -

CONCLUSIONES. Si se pudo llevar a cabo la deshumidificación por enfriamiento en las condiciones de operación que se emplearon en el laboratorio.

-

Se comprobó que se llevó a cabo la trasferencia de masa y calor debido al cambio de concentraciones y temperaturas en las corrientes de entrada y salida de la columna.

-

VII.

El coeficiente de transferecia fue de KG.a = 0.0138 min-1.

SIMULACION CON ASPEN HYSYS V8.6.

SIMULACION EN ASPEN HYSYS V8.6

-

DIAGRAMA DEL PROCESO

11


-

CORRIENTES DE ALIMENTACION

12


-

CORRIENTES DE SALIDA

13


-

PARAMETROS DE DISEÑO

14


VIII.

BIBLIOGRAFIA



Robert A. Treybal, Operaciones de Transferencia de Masa; 2da Edición.



Mc.Cabe, Thiele, Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 4ta Edición.

15

Deshumidificacion Por Enfriamiento

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