FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
“Practica Nº1: Humidicaci!"# Humidicaci!"#
:
I"$% &ALTER &ALTER MORENO
C U R SO
:
LOU II
ALUMNOS AL
:
ADAUTO TERRONES' M(NIQUE
DOCENTE
EUSTAQUIO%
FLORES G)L*E+' DU,ERLLO+ANO HERRERA' ALE.ANDER MAURICIO PARDES' DA*ID RODIGUE+ RUI+' ALE/ANDRO
CICLO
:
IX
TRUJILLO – PERÚ
2011 Practica 1: HUMIDIFICACION I.
Introducción
La humidificación es una operación unitaria en la que tiene lugar una transferencia simultánea de materia y calor sin la presencia de una fuente de calor externa. De hecho siempre que existe una transferencia de materia se transfiere también calor. Pero para operaciones como extracción, adsorción, absorción o lixiviación, la transferencia de calor es de menor importancia como mecanismo controlante de velocidad frente a la transferencia de materia. Por otro lado, en operaciones como ebullición, condensación, evaporación o cristaliación, las transferencias simultáneas de materia y calor pueden determinarse considerando !nicamente la transferencia de calor procedente de una fuente externa. "odos estos problemas del aire son un problema de ingenier#a aplicado en la ventilación de locales. $ nosotros nos interesa como una operación de transferencia de calor previa a la desecación o a los procesos mencionados con anterioridad al ser expuestos a l aire. La transferencia simultánea de materia y calor en la operación de humidificación tiene lugar cuando un gas se pone en contacto con un l#quido puro, en el cual es prácticamente insoluble. %eneralmente la fase l#quida es el agua, y la fase gas el aire. &u principal aplicación industrial es el enfriamiento de agua de refrigeración, que será el ob'eto de estudio de la práctica que nos ocupa. $ grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente( )na corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco *o con ba'o contenido en humedad+, normalmente aire atmosférico. Parte del agua se evapora, enfriándose as# la interfase. l seno del l#quido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfr#a. $ su ve, el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire, por lo que se humidifica. n la deshumidificación, agua fr#a se pone en contacto con aire h!medo. La materia transferida entre las fases es la sustancia que forma la fase l#quida, que dependiendo de cómo estemos operando, o se evapora *humidificación+, o bien se condensa *deshumidificación.+ xisten diferentes equipos de humidificación, entre los que destacamos las torres de enfriamiento por su mayor aplicabilidad.
II.
Objetivos:
Determinar el coeficiente de transferencia de masa. k ga Determinar la variación del flu'o del liquido *agua+. Determinar el flu'o de gas *aire+. G Desarrollar un programa que permita simular el proceso de humidificación. valuar la performance de la torre de -umidificación. III.
Materiaes ! M"todos.
. /aterial de estudio. $ire extra#do del medio ambiente. $gua potable. 0. Descripción del módulo de quipo. l equipo es una torre de enfriamiento de 1 pisos con un área de 2.3452.6 y una altura de 0.67 acoplado un ventilador y 8 duchas de dispersión, la cual opera adiabáticamente a régimen estacionario. 8. Procedimiento xperimental. La presente práctica se desarrollo con un caudal de gas constante, y variamos los caudales del agua. &e prendió el calentador eléctrico 8 horas antes de iniciar la práctica. &e fi'ó el flu'o de agua caliente v#a rotámetro del intercambior de calor7 primero se leyó a 62, luego se prendió el compresor para fi'ar el caudal del aire, se tomaron los datos de la temperatura inicial. Después de haber realiado este experimento, se procedió hacer lo mismo para las diferentes lecturas del rotámetro. 6. 9undamento teórico( &istema de :nteracción $ire;$gua l estado de una masa de aire seco queda definido por la presión y la temperatura. l aire h!medo contiene vapor, y para definir su estado habremos de indicar la concentración de este. s decir( n un proceso de humidificación el agua caliente se pone en contacto con aire seco o poco h!medo7 la materia *agua+ y el calor se transfieren hacia la fase gaseosa a través de la interfase, como se muestra en la figura .
9igura >⁰ (
<&A
+$ (.Ce.,t BB.
-gaA
=5A -umedad de equilibrio. =A -umedad de aire medio. l proceso que ahora nos ocupa se aplica en la desecación de sustancias o en el acondicionamiento del aire. $l ser limitada la cantidad de aire, la humidificación y el enfriamiento afectan a toda la masa. Durante el proceso var#an continuamente la humedad y la temperatura del aire. $D:$@G":<$. $hora bien determinaremos las condiciones de saturación con ayuda de un balance calor#fico aplicado a todo el sistema. n el balance intervienen el calor latente de vaporiación del l#quido y el calor sensible del aire h!medo. "eniendo la siguiente ecuación como resultado de la transferencia de masa en la humidificación, siendo los términos de calor sensible despreciable en compaH#a con el calor latente( )7Ca8dt1$ %7sCsdt% & %7- 9 D!7$ %sdH;.1
:ntegrando con la suposición adicional de que LI es básicamente constante( )7CA8)t1/ t0$ %sH70/H71;.0
&i la rapide de transferencia de masa es pequeHa, como generalmente lo es, se puede interpolar por las siguientes ecuaciones( %7sd#7$ 5!a#7i/#7d<;= %7sCsdta$2%aHti/t%d<;>
:gnorando el calor sensible del vapor transferido, se tiene que( )7CA8)dt)$ 2)aHt/tid<;?
&ustituyendo las ecuaciones *8+ y *6+ en la ecuación *+. %7s D27 $ 2 %AHti/t%d< & 9 k !aH#7i 4 #7d<;.@
&i hs D27$ k !aH C- rti&9 #i 4 Cs rt% & 9 #Bd< ; Para el caso en que rA y $hAa La ecuación *J+ se convierte en(
%s D2 $ k #aHi/ Hd< ;
&e tiene combinando las ecuaciones *+, *4+ y *1+. %s D2$ k#aHi/Hd< $ 2 )at/tid< ;E
ntonces, suponiendo que K =$ & <>&"$>", la ecuación *3+ da( H 2
= NLG ∫ ( Hi−dH H ) AV
H 1
n donde la parte media de la ecuación es el n!mero de veces que la fuera motri promedio se divide entre el cambio d entalp#a. sta es una medida de la dificultad de la transferencia de entalp#a, llamada >!mero de unidades de entalp#a del gas > t%M. n consecuencia( Z = HtG∗ NtG
n donde la altura de una unidad de transferencia de entalpia del gasA -"g A %&?N ya. $hora utiliando una fuera motri global, que represente la diferencia de entalp#a para las dos fases totales( H 2
N =
dH K YAZ Z = = ∫ H ∗− H Gs H
H 1
OA$ltura de la columna, m. &A &ección transversal, m 0. %A 9lu'o másico del gas. KA & .>@#it%e & 9 #i ;1=
t%eA "emperatura del gas en la entrada. 2A
Para el cálculo de la pendiente( m=
LC L G
LA 9lu'o del l#quido.
Para el cálculo de flu'o del l#quido en la entrada( Ls 1=3 . 203∗ LR + 32 . 08
;1>
QKg?hR
Para el cálculo del flu'o del l#quido en la salida. Ls 2= Ls 1−G ∗( Y 2−Y 1 ) ;1?
9inalmente, el cálculo para el coeficiente de transferencia de masa para el aire *total+. H 2
dH ] H 1 H ∗− H
G [∫ K ya =
I.
B*1+
Z. S
Cacuos ! resutados.
"abla >S "emperaturas de entrada y salida de la torre de enfriamiento, tanto del agua como del aire. Exp.
L.R
Temperatra !e e"tra!a !e# A$re TA2%&C'
Temperatra !e (a#$!a !e# A$re TA1%&C'
Temperatra !e e"tra!a !e# A)a TL1%&C'
Temperatra !e (a#$!a !e# A)a TL2%&C'
1 2 * + , -
40
23
26,5
37
23
50
23
28
57
23
70
23
32
62,5
31
80
23
35
64
37
100
23
36,5
65,5
41
120
23
37
66
44
9uente( Datos obtenidos en el equipo de laboratorio de operaciones unitarias. CGcuos: aplicando las ecuaciones anteriores, se obtienen los siguientes resultados. condiciones del aire T ºC entrada 23
Y1 0,014
1 14,029 i
TºC salida 26,5
Y2 0,019
2 17,938 i
23 23 23 23 23
0,014 0,014 0,014 0,014 0,014
14,029 14,029 14,029 14,029 14,029
28 32 35 36,5 37
0,024 0,031 0,037 0,04 0,042
21,362 26,650 31,092 33,320 34,677
stos valores se obtuvieron de las tablas del libro de transferencia de masa de "reybal y también de con?to'o )$ >
&A2.830 m 0 A0.6 m T ºC
i
i0
i
123i04i5
3123i04 i556r7m
i03123i04i556r7m
89 8 8; 98 9< 9=
14,03 15 15,8 16,2 17 17,94
16,2 19,2 22,5 26,3 30,8 34
0,97 0,80 0,40 0,80 0,94
0,4606 0,2381 0,1493 0,0990 0,0725 0,0623
0,3493 0,1937 0,1241 0,0857 0,0674
0,3392 0,1549 0,0497 0,0686 0,0632
area integral=
0,6756
CL> 1 ?ca@2?$ºC LCL2G> 0,2792 kg! L1> 160,2 573,68 "g aire! G airB> 2,868 "g ag#a! & a$ua Ba67rada> 157,33 "g ag#a! L8> 411,99 kg aire!$%3 ?>
T emp er a t u r av s .En t a l p i a 400 350 300 250
g K / l a c 200 K , a i p l 150 a t n E
100 50 0 50 0
10
2 0
30 4 0 T e mp e r a t u r aº C
50
6 0
70
)$ ?
T ºC 89 9 9= <1 <=
i 14,03 15,9 17 18,6 20 21,36
i0
i
123i04i5
3123i04 i556r7m
i03123i04i556r7m
16,2 23,8 34 48,3 68,6 34
1,87 1,10 1,60 1,40 1,36
0,4606 0,1266 0,0588 0,0337 0,0206 0,0791
0,2936 0,0927 0,0462 0,0271 0,0499
0,5493 0,1020 0,0740 0,0380 0,0679
area integral=
0,8312
T emp er a t u r av s .En t a l p i a 400 350 300 250
g K / l a c 200 K , a i p l 150 a t n E
100 50 0 50 0
10
20
30 40 T e mp e r a t u r aº C
CL> 1 LCL2G> 0,2157
50
60
70
L1> 192,23 891,29 G airB> 8,913 & a$ua Ba67rada> 183,31 L8> 787,42 ?>
kg! "g aire! "g ag#a! "g ag#a! kg aire!$%3
)$
T ºC
i
i0
i
123i04i5
3123i04 i556r7m
i03123i04 i556r7m
91 9 < < 8'<
14,03 17 20 23,2 25 26,65
25 35,7 53,4 80 98,5 124
2,97 3,00 3,20 1,80 1,65
0,0911 0,0535 0,0299 0,0176 0,0136 0,0103
0,0723 0,0417 0,0238 0,0156 0,0119
0,2148 0,1251 0,0761 0,0281 0,0197
area integral=
0,4638
T emp er a t u r av s .En t a l p i a 400 350 300 250
g K / l a c 200 K , a i p l 150 a t n E
100 5 0 0 50 0
10
CL> LCL2G> L1> G airB> & a$ua Ba67rada> L8> ?>
LEAT2
20
30 4 0 T e mp er a t u r aº C
50
60
70
1
0,4007 256,29 639,68 10,875
kg! "g aire! "g ag#a!
245,42 315,37
"g ag#a! kg aire!$%3
T ºC
i
9= < <= 1
14,03 18 21 26,2 29,5 31,09
i0
i
123i04i5
3123i04 i556r7m
i03123i04 i556r7m
34 48,3 65,3 93,2 115 135
3,97 3,00 5,20 3,30 1,59
0,0501 0,0330 0,0226 0,0149 0,0117 0,0096
0,0415 0,0278 0,0187 0,0133 0,0107
0,1650 0,0834 0,0975 0,0439 0,0170
area integral=
0,4067
T emp er a t u r av s.Ent al p i a 400 350 300 250
g K / l a c 200 K , a i p l 150 a t n E
100 50 0 50 0
10
CL> LCL2G> L1> G airB> & a$ua Ba67rada> L8> ?>
20
30 40 T emp er a t u r aº C
50
60
70
1
0,6320
288,32
kg!
456,22
"g aire!
10,493
"g ag#a!
277,82
"g ag#a!
197,22
kg aire!$%3
)$ 1
T ºC
i
i0
i
123i04i5
3123i04 i556r7m
i03123i04i556r7m
1 <9 < <'<
14,03 16,2 19,1 23,3 27,5 33,32
41,6 48,3 59 75,9 98,5 147
2,17 2,90 4,20 4,20 5,82
0,0363 0,0312 0,0251 0,0190 0,0141 0,0088
0,0337 0,0281 0,0220 0,0165 0,0114
0,0732 0,0815 0,0926 0,0695 0,0666
area integral=
0,3833
T emp er at u r av s .En t al p i a 400 350 300 250
g K / l a 200 c K , a i p l 150 a t n E
100 50 0 50 0
10
20
30 40 T emp er a t u r aº C
CL> 1 LCL2G> 0,7874 L1> 352,38 447,54 G airB> 11,636 & a$ua Ba67rada> 340,744 L8> ?> 182,35381
50
60
70
kg! "g aire! "g ag#a! "g ag#a! kg aire!$%3
1
)$10
T ºC
i
i0
i
123i04i5
3123i04 i556r7m
i03123i04 i556r7m
14,03
48,3
3,87
0,0292
0,0268
0,1036
< < 8
17,9 23,5 27 31 34,68
59 80 98,5 121 151
5,60 3,50 4,00 3,68
0,0243 0,0177 0,0140 0,0111 0,0086
0,0210 0,0158 0,0125 0,0099
0,1177 0,0554 0,0502 0,0362
area integral=
0,3631
T emp er a t u r av s .En t a l p i a 400 350 300 250
g K / l a c 200 K , a i p l 150 a t n E
100 50 0 50 0
10
20
30 40 T emp er a t u r aº C
CL> 1 LCL2G> 0,9386 L1> 352,38 G airB> 375,45 10,513 & a$ua Ba67rada> 341,867 L8> ?> 144,916571
.
50
60
70
kg! "g aire! "g ag#a! "g ag#a! kg aire!$%3
Concusiones
n los resultados obtenidos, se logró determinar el coeficiente de transferencia de masa para la fase gaseosa, determinando que al aumentar el flu'o de agua, el coeficiente de transferencia de masa disminuye.
&e logró determinar el flu'o de gas *aire+ para cada experimento, determinando que al aumentar la velocidad del agua, dicho flu'o gaseoso disminuye. &e desarrolló un programa en el lengua'e de /$"L$@, lo cual nos ayudó a desarrollar dichos cálculos de manera satisfactoria.
I.
ibio3raJKa OCON*OLO
Principios de "ransferencia de /asa y
Pag(814U81J *#A) 9undamentos
de "ransferencia de /asaM, 0da edición 3T37 pag(
01U011 lementos de :ngenier#a Vu#mica W peraciones @ásicasM, 6S dición. ditorial $guilar, /adrid W &P$X$, 313, pag. *641,643,6J0U612+. OCON 4 IAN8
A"ndice
•
Aicación de a 2u(idiJicacióndes2u(idiJicación
La principal aplicación de la humidificación y de la deshumidificación es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. )n aspecto de interés relacionado con esta operación básica es el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial, con el fin de poder ser utiliada nuevamente7 el equipo utiliado tiene forma de torre en la que el agua caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de enfriamiento. •
Aicación en a industria de ai(entos
l conocimiento de los procesos de humidificación y deshumidificación, as# como sus cálculos implicados en ella, serán !tiles en el diseHo y análisis de diferentes sistemas de almacenamiento y procesado de alimentos. $s# mismo, resulta imprescindible conocer las propiedades de las meclas aire W vapor de agua en el diseHo de sistemas tales como equipos de aire acondicionado para conservar alimentos frescos, secaderos de granos de cereal y torres de enfriamiento en plantas de procesado de alimentos. Por Qu" 2u(idiJicar en os a(acenes Jri3orKJicosR
La demanda del consumidor hace que sean disponibles productos frescos en cualquier época del aHo, en ve de solamente cuando sea la temporada. $demás la expectativa de una apariencia fresca y saludable de los productos ha llevado a cambios importantes en la manera de cosechar, envasar los alimentos para almacenamiento y en la manera de exponerlos. $lgunos de los mayores cambios los propician los supermercados, que tienen que anticipar cuál será la demanda durante la semana y, especialmente, durante los fines de semana. l sector agr#cola también ha experimentado muchos cambios a ra# de esto. Los grandes agricultores han sustituido los pequeHos agricultores locales y ahora se importan productos de toda parte del mundo para satisfacer la demanda. stos cultivos tienen que cosechar, madurar, estar envasados y entregados de acuerdo a los requisitos
de los supermercados. %eneralmente, esto no se puede hacer en unas cuantas horas, as# que los productos tienen que estar conservados en almacenes fr#os para que conserven su calidad o madurar en salas de maduración especiales antes de la entrega. s en esta fase que la humedad representa un factor importante para la calidad del producto.
Fi3. Hu(idiJicadores ara a3ua de ata resión.
