UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA "Año de la Actividad Turística
Departamento Acadm!co De Q"#m!ca$ In%en!er#a & Tecno'o%#a Tecno'o%#a Interna"
Tema(
TORRE DE C)tedra
(
Experimentación Química
Catedr)t!co(
Ing. Elías Sanabria
Inte%rante*(
Seme*tre
(
•
CANTURIN PERALTA PERALTA eral!"
•
#UACC#$ S%NC#E&' a(mín
•
)ARIN #UANCA' *aterine
•
QUISPE $NCE+A,' $NCE+A,' N-ra
•
R$RI/UE& /A)ARRA' )arit(a
•
S$RIAN$ P$)A,A -ssi
•
0ILA AR)ES' es1s 2
+UANCA&O , PERÚ -./0
Re*"men El presente traba3- tiene c-m- -b3eti4- general Reali(ar el +alance !e )ateria " Energía !e una T-rre !e En5riamient-' para el cual traba3am-s a base !e tres temperaturas !e re5erencia 678' 98 " :8 ;C< " tres cau!ales aparentes para ca!a una !e ellas 67' => " 7: LP)<. El e?uip- c-nsta !e > sens-res !e temperatura 6PT =88<' un r-t@metr- " un pirómetr-. urante el experiment- se t-mar-n !i5erentes muestras a ca!a ni4el !e temperatura para allar el cau!al real " c-n ell-btener la cur4a !e calibración' así mism- c-nstruim-s la carta Psic-mBtrica a la presión !e #uanca"-. C-n l-s 4al-res 4al-res -bteni!-s calculam-s el lu3lu3- !e masa " 5lu3- !e cal-r' a partir !e las temperaturas !e bulb- 1me!- " bulb- sec-' en la entra!a " sali!a !el e?uip-. Para !eterminar la 4ariación !e temperatura m@xima' c-nstruim-s la cur4a !e cau!al real 4s. 0ariación !e temperatura para ca!a punt- !e re5erencia' sien!- la 4ariación m@xima !e 78 DC para un cau!al !e = LP) a una temperatura !e :8 DC. El cau!al óptim- se !eterminó a partir !el pr-me!i- !e 4ariaci-nes !e temperatura a un mism- ni4el !e cau!al real' sien!- el 4al-r !e = LP). El p-rcenta3e !e pBr!i!a !el agua 5ue !e =.7' 4al-r ?ue representa las pBr!i!as !e m-lBculas !e agua en la tras5erencia !e la 5ase li?ui!- F gase-s-.
T-rre !e en5riamient-' Cau!al' Carta Psic-mBtrica. Pa'a1ra* c'a2e( T-rre
Re*"men El presente traba3- tiene c-m- -b3eti4- general Reali(ar el +alance !e )ateria " Energía !e una T-rre !e En5riamient-' para el cual traba3am-s a base !e tres temperaturas !e re5erencia 678' 98 " :8 ;C< " tres cau!ales aparentes para ca!a una !e ellas 67' => " 7: LP)<. El e?uip- c-nsta !e > sens-res !e temperatura 6PT =88<' un r-t@metr- " un pirómetr-. urante el experiment- se t-mar-n !i5erentes muestras a ca!a ni4el !e temperatura para allar el cau!al real " c-n ell-btener la cur4a !e calibración' así mism- c-nstruim-s la carta Psic-mBtrica a la presión !e #uanca"-. C-n l-s 4al-res 4al-res -bteni!-s calculam-s el lu3lu3- !e masa " 5lu3- !e cal-r' a partir !e las temperaturas !e bulb- 1me!- " bulb- sec-' en la entra!a " sali!a !el e?uip-. Para !eterminar la 4ariación !e temperatura m@xima' c-nstruim-s la cur4a !e cau!al real 4s. 0ariación !e temperatura para ca!a punt- !e re5erencia' sien!- la 4ariación m@xima !e 78 DC para un cau!al !e = LP) a una temperatura !e :8 DC. El cau!al óptim- se !eterminó a partir !el pr-me!i- !e 4ariaci-nes !e temperatura a un mism- ni4el !e cau!al real' sien!- el 4al-r !e = LP). El p-rcenta3e !e pBr!i!a !el agua 5ue !e =.7' 4al-r ?ue representa las pBr!i!as !e m-lBculas !e agua en la tras5erencia !e la 5ase li?ui!- F gase-s-.
T-rre !e en5riamient-' Cau!al' Carta Psic-mBtrica. Pa'a1ra* c'a2e( T-rre
Introd"cc!3n
La umi!i5icación es un pr-ces- ?ue implica i mplica la trans5erencia !e materia entre un lí?ui! pur- " un gas permanente ?ue es ins-luble en a?uBl. Esta -peración es alg- m@s sencilla ?ue la la absabs-rc rción ión'' !ebi !ebi!!- a ?ue ?ue el lí?u lí?ui! i!-- c-nt c-ntie iene ne s-lam s-lamen ente te un c-mpc-mp-ne nente nte " n- a" a"'' p-r p-r c-nsiguiente' gra!ientes !e c-ncentración ni resistencia a la trans5erencia en la 5ase lí?ui!a. Sin embarg-' tant- la trans5erencia !e materia c-m- la !e cal-r s-n imp-rtantes' " se in5lu"en mutuamente. La umi!i5icación c-m- una -peración unitaria en la cual se !a una trans5erencia simult@nea !e materia " cal-r sin la presencia !e una 5uente !e cal-r externa' tiene lugar cuan!un gas se p-ne en c-ntact- c-n un lí?ui!- pur-' en el cual es pr@cticamente ins-luble. Este 5enómen- n-s c-n!uce a !i5erentes aplicaci-nes a!em@s !e la umi!i5icación !el gas' c-m- s-n su !esumi!i5icación' el en5riamient- !el gas' el en5riamient- !el lí?ui!-' a!em@s !e permitir la me!ición me!ición !el !el c-nteni!- !e 4ap-r en el gas. /eneralmente la 5ase lí?ui!a es el agua' agua' " la 5ase gas el aire. Su principal aplicación in!ustrial es el en5riamient- !e agua !e re5rigeración re5rigeración.. Existen !i5erentes e?uip-s !e umi!i5icación' entre l-s ?ue !estacam-s las t-rres !e en5riamient- p-r su ma"-r aplicabili!a!. En ellas' el agua suele intr-!ucirse p-r la parte superi-r en 5-rma !e llu4ia pr-4-ca!a' " el aire 5lu"e en 5-rma ascen!ente' !e 5-rma natural 5-r(a!a. En el interi-r !e la t-rre se utili(an rellen-s !e !i4ers-s tip-s ?ue 5a4-recen el c-ntactentre las !-s 5ases.
O14et!2o* O14et!2o Genera'( Reali(ar el balance !e materia " energía !e la T-rre !e En5riamient-.
O14et!2o* e*pec#5!co*( eterminar la cur4a !e calibración para el r-t@metr-. C-nstruir la Carta !e #ume!a! a la Presión !e #uanca"- 6G78 mm#g<. eterminar la 4ariación !e temperatura m@xima ?ue se pue!e -btener en el pr-ces!e en5riamient- !el agua. eterminar el cau!al óptim- !e 5unci-namient- !e la t-rre !e en5riamient-. eterminar el p-rcenta3e !e trans5erencia !e masa !e agua entre las 5ases li?ui!a " gase-sa' respect- !el 5lu3- m@sic- !e agua alimenta!a a la t-rre.
Cap#t"'o I Marco Te3r!co /6/6De5!n!c!3n de +"m!d!5!cac!3n La umi!i5icación es una -peración ?ue c-nsiste en aumentar la canti!a! !e 4ap-r presente en una c-rriente gase-saH el 4ap-r pue!e aumentar pasan!- el gas a tra4Bs !e un lí?ui!- ?ue se e4ap-ra en el gas. Esta trans5erencia acia el interi-r !e la c-rriente gase-sa tiene lugar p-r !i5usión " en la inter5ace a"' simult@neamente' trans5erencia !e cal-r " !e materia. L-s pr-ces-s ?ue tiene lugar en la -peración !e umi!i5icación s-n •
• • •
Una c-rriente !e agua caliente se p-ne en c-ntact- c-n una !e aire sec- 6- c-n ba3c-nteni!- en ume!a!<. Parte !el agua se e4ap-ra' en5ri@n!-se así la inter5ace. El sen- !el lí?ui!- ce!e ent-nces cal-r a la inter5ace' " p-r l- tant- se en5ría. A su 4e(' el agua e4ap-ra!a en la inter5ace se trans5iere al aire' p-r l- ?ue se
umi!i5ica. /6/6/6 De*cr!pc!3n de +"m!d!5!cac!3n $peración unitaria !e transmisión simult@nea !e materia " energía. Al p-ner en c-ntact- aire sec- 5rí- c-n agua caliente se trans5iere 4ap-r !e agua !es!e el lí?ui!- al aire' !ebi!- a ?ue la presión parcial !el 4ap-r !e agua en el aire es men-r ?ue la ?ue le c-rresp-n!ería en la saturación. Esta e4ap-ración !e agua se ace a c-sta !e la pr-pia energía !el agua' c-n l- cual Bsta se en5ría. La 5aceta in!ustrialmente m@s imp-rtante !e esta -peración es el en5riamient!e
c-rrientes
!e
agua.
L-s !isp-siti4-s emplea!-s s-n las !en-mina!as t-rres !e en5riamient-' pr-4istas en su parte superi-r !e !istribui!-res !e agua. $5recen una gran super5icie interracial. El aire ascien!e p-r la t-rre p-r tir- natural - 5-r(a!-.
Fig. 1) Descripción de humidificación
/6/6-6 D!*e7o de +"m!d!5!cac!3n
Fig. 2) Diseño torre de enfriamiento
/6-6+"medad A1*o'"ta Es la relación entre el pes- !e 4ap-r " el pes- !e gas c-nteni!- en una masa gase-sa. Si la relación !e canti!a!es se expresa en m-les ent-nces se !en-mina uni!a! m-lal abs-luta H =
M A P A MASA DE VAPOR = (1 ) MASA DEGAS SECO M B ( PT − P A )
/686+"medad de Sat"rac!3n Es la m@xima canti!a! !e 4ap-r !e agua ?ue pue!e caber en una c-ncreta canti!a! !e aire. Ell- signi5ica ?ue un 4-lumen !etermina!- !e aire sec- pue!e c-ntener' a una presión " temperatura !a!as' cual?uier canti!a! !e 4ap-r !e agua siempre ?ue n- supere un 4al-r m@xim-' el 4al-r !e saturación. C-m- c-nsecuencia' el pes- !el 4ap-r !e agua
c-nteni!- en el aire a una temperatura " presión re5eri!as' p-!r@ 4ariar' !es!e cer- para el aire sec-' asta el m@xim- a!misible. SAT
M A P A
( 2) H S = SAT M B ( M B− P A ) /606+"medad Re'at!2a 9 H R : Se !e5ine c-m- la relación !e la presión parcial !el 4ap-r en el gas " la presión !e saturación !el 4ap-r a la temperatura !el gas. P-r l- general se expresa en base p-rcentual. P A H R = SAT x 100 ( 3 ) P A
/6;6Porcenta4e de +"medad 9 H R : Es la relación entre la ume!a! real " la ume!a! !e saturación !el gas s-bre una base p-rcentual.
H =100 H A =100 H A
´ A M ´ A M
(
(
P A PT − P A P A
)
SAT
P T − P A
SAT
)
=100
P A P A
SAT
(
P T − P A
)
SAT
P T − P A
( 4)
Para t-!as las ume!a!es !i5erentes !e 8 a =88 H R > H A La pre*!3n de 2apor - m@s c-m1nmente presión !e saturación es la presión a la ?ue a ca!a temperatura las 5ases li?ui!a " 4ap-r presentes mientras existan ambas. En la situación !e e?uilibri-' las 5ases reciben la !en-minación !e lí?ui!- satura!- " 4ap-r satura!-.
/6<6Ca'or +=medo 9 C S :
Es la energía cal-rí5ica necesaria para aumentar la temperatura !e = g a = lb !e gas " cual?uier 4ap-r ?ue pue!a estar c-nteni!-' en =;C - =;. C P=C P ,B + C P , A H ( 5 )
Uni!a!es C P , B "
(
Energia Temp x Masa deGas B C P , A Cal-res especí5ic-s !el 4ap-r pur- " !el gas pur- respecti4amente
cal °C.grdeB
)
Las capaci!a!es cal-rí5icas !el aire " !el 4ap-r !e agua se pue!en sup-ner c-nstantes en el inter4al- n-rmal !e temperatura e iguales a 8.7: " 8:> *calJ*g respecti4amente.
/6>6 Vo'"men +=medo 9 V H : Es el 4-lumen t-tal ?ue -cupa una masa !e gas sec- m@s el 4ap-r ?ue pue!a estar c-nteni!- c-n Bl' a la temperatura " presión !el gas. Se sabe ?ue una m-l !e cual?uier gas a una PK = atm " TK 8;CK79M -cupa un 4-lumen !e 77.: L K 8.8877: m9 V =
n∗ R∗T ' (6 ) P 3
∗ L∗am =8.314 m Pa ( 7 ) R= 0.08206 m!l∗ " m!l∗ " V =
( 1 ) ( 0.08206 ) ( 273 ) 1
V T =0.0224 ∗n
(
1
M B
=22.4 L=0.0224 m
3
)
H (8 ) M A
+
Para c-rregir a -tras temperaturas " presi-nes P1∗V 1 P2∗V 2 T 1
=
T 2
=Ce ( 9 )
(
1
M B
)
H ∗T 2 M A
+
273
V 1,2=0.0224
∗101325 ( 10 )
P2
P-r l- tant- para una temperatura " presión particular
(
1
M B
(
)
H ∗T M A
m de B sec! ( 11) gr
P
)
3
+ H 8.314 m Pa ∗( T +273 ) M B M A m!l∗ " 1
3
∗101325 '
273
V H =0.0224
V H =
+
P
( 12)
Para el gas libre !e 4ap-r #K8 " V H es el 4-lumen especi5ic- !el gas permanente. Para gas satura!- #K #S " V H c-rresp-n!e al 4-lumen !e saturación.
/6?6P"nto de Roc#o( Es la temperatura ?ue alcan(a el aire 1me!- cuan!- se en5ría a presión c-nstante asta saturarse' p-r !eba3- !e la cual se c-n!ensa el 4ap-r !e agua persistien!- las c-n!ici-nes !e saturación.
/6@6 Enta'p!a Tota' 9 H # :( Es la entalpia !e una uni!a! !e masa !e gas m@s el 4ap-r ?ue le ac-mpaan la entalpia !e
H #
se calcula respect- !e un esta!- !e re5erencia 6 T re$ < para ca!a
c-mp-nente !e la me(cla.
[
]
H # =C P , B ( T −T re$ ,B )+ H C P , A ( T −T P, R ) + % + C P , A , L ( T P , R− T re$ , A ) ( 13 )
Esc-gien!- la temperatura !e re5erencia para A " +
T re$ , A= T re$ , B= T P ,R =T 0=0 ° C
[
]
H # =C P , B ( T −T 0 ) + H C P , B ( T −T 0 ) + % 0 ( 14 ) H # =C S ( T −T 0 ) + H %0 ( 15 )
Para el sistema aireO4ap-r !e agua
C S=1005 + 1884 H (
& aire sec!° C ) ' %0 = % =0° C =2502300 & / 'g 'g
H # =( 1005 + 1884 H ) T + 2502300 H (
& aire sec!) 'g
/6/.6 Temperat"ra de 1"'1o =medo La temperatura !e bulb- 1me!- es la temperatura en esta!- estaci-nari- alcan(a!a p-r una pe?uea canti!a! !e lí?ui!- ?ue se e4ap-ra en una gran canti!a! !e una me(cla 4ap-rOgas n- satura!-. En c-n!ici-nes apr-pia!amente c-ntr-la!as' !ica temperatura pue!e utili(arse para me!ir la ume!a! !e la me(cla. C-n este pr-pósit-' un termómetr- cu"- bulb- se a cubiert- c-n un material 5ibr-s- ume!eci!- en el lí?ui!-' se sumerge en una c-rriente !e la me(cla gase-sa' ?ue se est@ m-4ien!r@pi!amente. La temperatura ?ue in!ica este termómetr- alcan(ar@ 5inalmente un 4al-r in5eri-r a la temperatura !e bulb- sec- !el gas' si este 1ltim- n- est@ satura!-H sabien!est-' la ume!a! se calcula una 4e( c-n-ci!- ese 4al-r. C-nsi!Brese una g-ta !el lí?ui!- ?ue se sumerge en una c-rriente !e la me(cla 4ap-rO gas n- satura!- ?ue se mue4e r@pi!amente. Si el lí?ui!-' inicialmente' est@ a una temperatura m@s ele4a!a ?ue la !el punt- !e 5-rmación !e r-cí- !el gas' la presión !e 4ap-r !el lí?ui!- ser@ ma"-r en la super5icie !e la g-ta ?ue la presi>n parcial !el 4ap-r en el gas' " el lí?ui!- se e4ap-rar@ " !i5un!ir@ en el gas. El cal-r latente ?ue se re?uiere para la e4ap-ración ser@ pr-p-rci-na!- inicialmente a expensas !el cal-r sensible !e la g-ta !e lí?ui!-' ?ue ent-nces se en5riar@. Tan pr-nt- c-m- la temperatura !el lí?ui!!isminu"e p-r !eba3- !e la temperatura !e bulb- sec- !el gas' 5luir@ cal-r !el gas al lí?ui!-' a una rapi!e( ?ue aumentar@ al irse incrementan!- la !i5erencia en temperatura.
Fig. 3) La temperatura de bulbo húmedo.
inalmente la rapi!e( !e trans5erencia !e cal-r !el gas al lí?ui!- ser@ igual a la rapi!e( !e necesi!a! !e cal-r para la e4ap-ración' " la temperatura !el lí?ui!- permanecer@ c-nstante en alg1n 4al-r ba3-' la temperatura !e bulb- 1me!- ( . El mecanism!el pr-ces- !e bulb- 1me!- es b@sicamente el mism- ?ue el ?ue g-bierna la saturación a!iab@tica' except- ?ue en el primer- !e l-s cas-s se sup-ne ?ue la ume!a! !el gas n- cambia !urante el pr-ces-. Imaginem-s ?ue en un instante !a!- se tiene el termómetr- " el me!i- p-r-s- m-3a!- a una temperatura igual a la !el gas ?ue l- r-!ea. En las c-n!ici-nes !escriptas' si el gas ?ue r-!ea al termómetr- n- est@ satura!- se pr-!ucir@ e4ap-ración !el lí?ui!- !ebi!- a la !i5erencia !e p-tenciales entre las 5ases gase-sa " lí?ui!a. El lí?ui!- para e4ap-rarse necesita una canti!a! !e energía igual a su cal-r !e e4ap-ración. Esa energía ser@ ce!i!a p-r el lí?ui!- remanente " se tra!ucir@ en una !isminución !e la temperatura !el mism-. ) A = ' # ( # A(− # AG)( 16 )
El cal-r ?ue se 4a !es!e el bulb- 1me!- es * = PM A ' # ( # A(− # AG ) % ( ( 17)
El cal-r ?ue trans5iere el gas al bulb- es * =+ ( ( − G ) ( 18 )
Igualan!- l-s 5lu3-s + ( (− G )= PM A ' # ( # A(− # AG ) %( H =
PM A P A PM B ( P T! − P A )
PM B ( P T! − P A ) H = PM A P A P A ( PM B H + PM A ) = PM B PT! H PM B PT! H P A = PM B H + PM A
i4i!ien!- el numera!-r " el !en-mina!-r p-r el pr-!uct- !e l-s pes-s m-leculares se tiene P A = # A = PT!
H PM A
(
H 1 + PM A PM B
)
Si el sistema -pera en c-n!ici-nes en las ?ue la ume!a! abs-luta es ba3a el tBrmin-
H 1 ≪ PM A PM B
Pu!iBn!-se en est-s cas-s c-nsi!erar la 5racción m-lar c-m- !irectamente pr-p-rci-nal a la ume!a! abs-luta PM B H # A = PM A + ( (− G )= PM B ' # ( H ( − H G ) %(
( H (− H G ) + = ( 19 ) PM ' % − ( ( G) B # ( Relación !e Leis Cp s=
+ PM B ' #
Rec-r!an!- ?ue ' # =' H
PM A PM B
( H (− H G ) + = ( 20 ) PM ' % − ( ( G) A # ( /6//6 Temperat"ra de 1"'1o *eco Es la temperatura !e una me(cla 4ap-rOgas !etermina!a en la 5-rma -r!inaria p-r inmersión !e un termómetr- en la me(cla. )i!e la temperatura !el aire sin c-nsi!erar 5act-res ambientales c-m- la ra!iación' la ume!a! - el m-4imient- !el aire' l-s cuales tienen el p-tencial !e a5ectar signi5icati4amente la sensación tBrmica. Un- !e l-s instrument-s m@s emplea!-s para me!ir la temperatura seca es el termómetr- !e mercuri-' el cual c-nsiste en un !elga!- tub- !e 4i!ri- cu"a base' c-n 5-rma !e bulb-' c-ntiene un !epósit- !e este metal semilí?ui!-. El c-n3unt- se encuentra ermBticamente sella!- para mantener un 4ací- parcial en su interi-r.
/6/-6 Sat"rac!3n Ad!a1)t!ca
Fig. 4) ontacto
adiab!tico gas"l#$uido.
En el pr-ces- !e
saturación a!iab@tica
se
c-ntact-
p-nen
en
una
c-rriente gase-sa " una c-rriente lí?ui!a. El resulta!- es una c-rriente gase-sa en e?uilibri- c-n el lí?ui!-. Este cas- guar!a similitu! c-n la !es-rciónH la !i5erencia resi!e en ?ue la c-rriente lí?ui!a est@ c-mpuesta p-r el s-lut- pur-. Para la 5ase gase-sa se !eben c-nsi!erar !-s sustancias' el s-lut- " el !ilu"ente. C-m- el !ilu"ente n- se trans5iere a la 5ase lí?ui!a es c-n4eniente utili(ar relaci-nes libres !e s-l4ente. En el cas- !e umi!i5icación se usa en general una base m@sica !e s-l4ente libre !e s-lut-. Usarem-s c-m- base = *g !e gas sec-.
/6/86 Ba'ance de mater!a GS H 1+ L=G S H 2 L=G S ( H 2 − H 1) ( 21)
ón!e L% Cau!al m@sic- !e s-lut- en
la 5ase lí?ui!a 6*g !e s-lut-Js<
&s% Cau!al m@sic- !e !ilu"ente en 5ase gase-sa 6*g !e gas sec-Js< '% #ume!a! abs-luta 6*g !e s-lut-J*g !e gas
sec-<
/6/06 Ba'ance de ener%#a GS H G 1 + L H L =GS H G 2 ( 22 )
Reempla(an!- la ecuación 6=7.=< en la ecuación 6=7.7< GS H G 1 + G S ( H 2− H 1 ) H L =G S H G 2 H G 1 + ( H 2− H 1 ) H L= H G 2 ( 23 )
Las entalpías se expresan t-ma!- el esta!- inicial a 8;C c-n el s-lutC-m- lí?ui!-. H L =Cp L ( T −T 0 ) ( 24 )
H G=C S ( T −T 0 ) + % 0 H ( 25 )
e a?uí en m@s el subín!ice A se utili(a para el s-lut- " el + para el !ilu"ente.
[
]
H =CpB ( T −T 0 ) + Cp A ( T −T 0 ) + % 0 H ( 26)
Reempla(an!- las ecuaci-nes 6=7.:< " 6< en la ecuación 6=7.9< CpB ( T 1−T 0 ) + Cp A ( T 1−T 0 ) H 1+ %0 H 1+ ( H 2− H 1 ) Cp L ( T 1−T 0) =CpB ( T 2−T 0 ) + Cp A ( T 2−T 0 ) H 2 + %0
[
]
CpS ( T 1− T SAT ) = C p A ( T SAT −T 0 ) + % 0−Cp L ( T SAT −T 0 ) ( H − H 1 ) ( 28 )
CpS ( T 1− T SAT ) = % SAT ( H − H 1) ( 29 )
H 1=
−Cp S % SAT
T 1 +
Cp S % SAT
+ T SAT + H ( 30)
Rec-r!an!- ?ue las cur4as psic-mBtricas tienen la siguiente ecuación H G=
−+ PM B ' # % (
T G +
+ T + H ( ( 31) PM B ' # % ( (
, ?ue la relación !e Leis establece ?ue Cps=
+ PM B ' #
Para el cas- particular !el sistema aireOagua' las cur4as psic-mBtricas " !e saturación a!iab@tica c-inci!en.
Fig. () Diagrama t#pico de entalpia temperatura para una sustancia pura
Cp L ( T SAT −T 0 ) + % SAT + Cp A ( T 1−T SAT ) = %0 + Cp A ( T 1−T 0 ) ( 32) % SAT = %0 + Cp A ( T SAT −T 0 )−Cp L ( T SAT −T 0 ) ( 33 )
Cap#t"'o II Metodo'o%#a -6/6 E"!po* •
T-rre !e En5riamient-
Mater!a'e*( • • • •
9 0as-s !e Precipitación !e 7G8 ml = Pr-beta !e G8 ml = Piceta = Cr-n-metr-
-6-6 De*cr!pc!3n De' E"!po
Fig. *) Diagrama de la +orre de enfriamiento ,1. -entilador 2. /elleno 3.Distribuidor de agua caliente 4.0liminador de niebla (.arcaa *.0ntrada de agua fr#a .+an$ue de agua fr#a. . alida del agua fr#a)
Fig.) Diagrama de +orre de enfriamiento ,* sensores de temperatura 1 5entilador pirómetro 1 bomba centrifuga 1 rot!metro 4 5!l5ulas de compuerta 1 5!l5ula de descarga 1 potenciómetro 1 registrador de datos)
-686 De*cr!pc!3n de' 5"nc!onam!ento de' e"!po -686/6 Eper!mento* para en5r!am!ento de' a%"a en 'a torre 0erter agua 5ría al tan?ue asta una altura "a !e5ini!a' c-l-car la term-cupla s-bre la super5icie !el lí?ui!- para c-ntr-lar la temperatura !e ingres Encen!er el e?uip- " calibrar el r-t@metr- en base a la 5recuencia asta el 4al-r !e un
cau!al aparente "a pre!etermina!- 6' =>'7: LP)<. Calentar el agua asta una temperatura !e re5erencia 678' 98 " :8DC<. Encen!er el 4entila!-r' pr-ce!er c-n la t-ma !e muestras. C-ntr-lar el tiemp- " me!ir el 4-lumen !e muestra !e agua para allar el cau!al real. Registrar las temperaturas !e bulb- 1me!- " bulb- sec- en ca!a un- !e l-s punt-s 6= "
7< " las temperaturas !e ingres- " sali!a !e agua simult@neamente. Para las muestras p-steri-res se repitan l-s mism-s pas-s asta alcan(ar la temperatura !e re5erencia " cau!al aparente pre!etermina!-.
-686-6 Determ!nac!3n de 'a "medad en 'o* p"nto* de contro'
Para la !eterminación !e la ume!a! en la entra!a " sali!a !el 5lu3- !e aire se utili(ó l-s !at-s !e bulb- 1me!- " sec-' así c-m- tambiBn se empleó la carta psic-mBtrica !isea!a a las c-n!ici-nes !e #uanca"-. Para -btener el resulta!- se reali(ó interp-lación - extrap-lación' !e acuer!- a la !isp-nibili!a! !e l-s !at-s !e !ica carta.
-68686 Determ!nar e' 5'"4o m)*!co de' a!re =medo6 Para e''o *e "t!'!3 'a *!%"!ente ec"ac!3n(
´ aire+med!= -∗V ∗ A m Sien!- - ensi!a! !el aire V 0el-ci!a! !el 5lu3- !e aire 1me!-
A %rea !el 5lu3- !e aire.
-68686/6 Determ!nac!3n de' 5'"4o m)*!co de' a!re *eco Para !eterminar el 5lu3- m@sic- !el aire se utili(ó el resulta!- antes -bteni!-' así c-mtambiBn la ume!a! abs-luta' me!iante la siguiente ecuación
(+ )
´ airesec! =m´ aire +med!∗ m
1
1 H
-68606 Ba'ance de ma*a Para la !eterminación !el balance !e masa se -btu4- la !i5erencia !e masas entre l-s 5lu3-s !e 4ap-r !e agua !e ingres- !el aire " l-s 5lu3-s !e 4ap-r !e agua !e sali!a !el aire.
-68606/6 Determ!nac!3n de 'a tran*5erenc!a de ma*a de a%"a entre 'a* 5a*e* '!"!da %a*eo*a6
´ /ap!rde aga salida− m ´ /ap!rde againgres! .´m/ap!rde aga = m
(+ )
´ /ap!r deaga =m´ aire +med!∗ m
H 1 H
-686;6 Ba'ance de ener%#a Para reali(ar el balance !e energía se utili(ó la siguiente ecuación
´ aire sec!∗ H#aire 0=m
-686;6 Enta'p!a* Para la !eterminación !e las entalpias se utili(ó las siguientes ecuaci-nes
H#aire =C s∗( T BS− T 0 )+ H ∗ % 0
ón!e %0 Cal-r latente !el agua
# ume!a! abs-luta Cs cal-r especí5ic- para el sistema 4ap-r agua. C s=1005 + 1884 ∗ H
-686<6 Determ!nac!3n de 'a 2ar!ac!3n de 'a enta'p!a6 Para la !eterminación !e la 4ariación !e la entalpia se utili( H# aire= H# airea la salida − H# airea la enrada
Cap!t"'o III Re*"'tado* D!*c"*!3n 86/6 Re*"'tado* 86/6/6 Ba'ance de mater!a ener%#a de "na torre de en5r!am!ento Ta1'a6 N / Temperat"ra de re5erenc!a 9C:
F'"4o de ma*a tran*5er!da de "na 5a*e a otra 9H%*:
F'"4o de ca'or 9ca'*:
O8.888=G9 O8.888=G9 8 8.888=G89G 8.888G798G 8.888=:88 8.888>8>7 8.88==7GG>> 8.88==7GG>>
O7>8.>G> O7G.=:>GG O=9.7899G 9.8>G:87 988.99:7> =:9.G=9: :98.8>99 =.=:=>> 8.:7:7
-.
8.
0.
86/6-6 Determ!nac!3n de 'a c"r2a de ca'!1rac!3n para e' rot)metro
CURVA DE CALIBRACION 30 25
f(x) = 10.12xCURVA - 1.72DE R² = 1 CALIBRACION
20
Q aparente (LPM
15
Linea (CURVA DE CALIBRACION)
10 5 0 0
1
2
3
Q real (LPM)
&rafica 1) ur5a de calibración del rot!metro
86/686 C"r2a* de 2ar!ac!3n de Temperat"ra*
Curvas de variai!n de Te"peraturas 22 17 A 20!C
#T ($C)
A 30!C
12
A "0!C 7 2 0.5
1
1.5
2
2.5
3
Q real (LPM)
&rafica 2) ur5a de 5ariación de temperaturas
86/606 Ca"da' 3pt!mo de 5"nc!onam!ento de 'a torre de a1*orc!3n6
Caudal !pti"% 3 2.5 2
Q real (LPM)
1.5 1 0.5 #
#.5
10 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5
#T ($C)
&rafica 3) audal óptimo de funcionamiento de la torre de absorción
86/6;6 Porcenta4e de prd!da de a%"a e* de( /6--<;J
86-6 D!*c"*!3n de re*"'tado* •
En la tabla ND =' se -bser4a ?ue para una temperatura !e 78 DC' enc-ntram-s 4al-res negati4-s !ebi!- a ?ue el agua inicialmente n- trans5iere cal-r al aire' p-r?ue la
•
temperatura !el agua es apr-xima!a a la temperatura !el aire !e ingres-. El cau!al real " el aparente n- c-inci!ier-n !ebi!- a ?ue el rang- !el r-t@metr- es !emasia!- ampli- para el e?uip-' p-r ell- reali(am-s la calibración !e Bste' me!iante la c-nstrucción !e una cur4a !e calibración' c-nsi!eran!- l-s 4al-res !e cau!al real 4s. Cau!al aparenteH !e ell- se -btu4- una ten!encia lineal' l- cual c-nlle4a a a5irmar el
•
buen 5unci-namient- !el r-t@metr-. En la !istribución !el 5lui!- en el e?uip- al aumentar el cau!al' superan!- l-s 7G #( !el p-tenciómetr- ub- ma"-r cau!al !e agua' causan!- ?ue se !espren!an m-lBculas !e agua' puest- ?ue el e?uip- s-l- s-p-rta un cau!al !e = LP) c-m- se expresa en el
•
gra5ic- 9. El 5lu3- !e aire ?ue genera el 4entila!-r es mu" ba3- para en5riar un cau!al !e agua
•
ma"-r a = LP). El p-rcenta3e !e pBr!i!a !el agua 5ue !e =.7 ' seg1n !at-s bibli-gr@5ic- !e t-rres !e en5riamient- este 4al-r !ebe ser men-r a =' est- !ebi!- al err-r en el c-ntr-l " en la t-ma !e !at-s en la entra!a " sali!a !el e?uip-.
Cap!t"'o IV Conc'"*!one* Se reali(ó el balance !e materia " energía !e la t-rre !e en5riamient-' !el cual c-ncluim-s ?ue a me!i!a ?ue se incrementa la temperatura se n-rmali(a el pr-ces!e trans5erencia. Se !eterminó la cur4a !e calibración para el r-t@metr-' sien!- Bsta !e ten!encia lineal. Se c-nstru"ó la Carta !e #ume!a! a la Presión !e #uanca"- 6G78 mm#g<' c-nsi!eran!- las presi-nes !e saturación " las temperaturas !e bulb- sec-. Se !eterminó la 4ariación !e temperatura m@xima ?ue se pue!e -btener en el pr-ces- !e en5riamient- !el agua' !el cual seg1n el /ra5ic- 7' para una temperatura !e :8 DC' respect- a la 4ariación !e temperatura !e ingres- " sali!a' -bser4am-s ?ue la 4ariación m@xima !e temperatura es !e 78 DC para un cau!al !e = LP). Se !eterminó el cau!al óptim- !e 5unci-namient- !e la t-rre !e en5riamient-' Para el cual en el gra5ic- 9' -bser4am-s ?ue el cau!al óptim- para una 4ariación !e temperatura !e =9 DC es !e = L)P. Se !eterminó el p-rcenta3e !e trans5erencia !e masa !e agua entre las 5ases li?ui!a " gase-sa' respect- !el 5lu3- m@sic- !e agua alimenta!a a la t-rre' sien!- Bste el 4al-r !e =.7 .
Cap#t"'o V Recomendac!one* •
C-ntar c-n instrument- !e me!ición !e l-ngitu!es pe?ueas para !isminuir l-s err-res !urante la me!i!a !e la #ume!a! Abs-luta en la Carta Psic-mBtrica.
•
Almacenar l-s !at-s en una c-mputa!-ra para -btener l-s 4al-res exact-s !e las temperaturas !urante la t-ma !e muestras en la experimentación.
•
Para e4itar pr-blemas al incrementar el cau!al en base a una 5recuencia ma"-r a 7G #(' " ?ue Bsta n- pr-!u(ca neblina se rec-mien!a c-ntar c-n instrument- ?ue l-gre !isiparl-.
F"ente* de re5erenc!a • •
Iglesias' . 788. 6peraciones 7nitarias 8mportantes. Uni4ersi!a! !e Cantabria. amanca' E. Laboratorio de 6peraciones 7nitarias . Escuela Aca!Bmica Pr-5esi-nal !e
•
Ingeniería Química. #uac-. =J8J78=: a?ues' A.788=. 'umidificación9 Deshumudificacion. +ransferencia de :ateria. Tre"bal' R. E. 6788<. 6peraciones De +ransferencia De :asa. )exic- )c/raO#ill.
•
Segun!a e!ici-n. ttpJJes.scrib!.c-mJ!-cJ99::J#umi!i5icaci-n
•
Aneo* Aneo A( Carta Psic-mBtrica A G78 mmg
CAR&A DE 'UEDAD 0.2" 0.22 0.2 0.1% 0.1$ 0.1"
'UEDAD AB*OLU&A (+, a/ e a,a+, e aie e4/)
0.12 0.1 0.0% 0.0$ 0.0" 0.02 0
0
10
20
30
"0
50
&EERA&URA !C
Aneo B( C@lcul-s
$0
70
%0
CAR&A DE 'UEDAD 0.2" 0.22 0.2 0.1% 0.1$ 0.1"
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%0
&EERA&URA !C
Aneo B( C@lcul-s
a< C@lcul- !e la cur4a !e calibración LP) 6Aparente< => 7:
LP) 6Real< 8.9 =.8>>>> 7.G>=
b< C@lcul- !el balance !e masa " energía
Temperaturas
Cau!al real LP) Q 6agua<
Entra!a !e aire ume!-
lu3- masicagua alimenta!a 6*gJs< T +# 6*<
78 ;C
98;C
T +S 6M<
# 6entra!a<
8.9>>>>
8.8=G>>==== 7.99999
7G.8:
8.8=
=.G8>>>>
8.87>= 7.99999
7:.
8.8=
7.:=99999
8.8:== 7.899999
7G.8:
8.8=
8.9:>>>>
8.8=GG
7.8:
7:.=
8.8=>
8.87> 7.8>>>>
7:.8
8.8=>
=.=> 7.9G=>>>>
8.89=::::
78
7:.77
8.8=
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8.8=GGGG> 8.898>8GGG>
7.: 7.8:
79.7 79.>>>>
8.8=> 8.8=>
:8;C
Sali!a !e aire ume!-
lu3- m@sic!el agua 6*gJs<
T +# 6*< T +S 6M< 7.8>>>> 8.88=G=98 7.==>>>> 7.8=>>>> 8.88=G=98 7.=7 7.=G>>>> 8.88=G=98 7.9 7.7>>>> 7.:79999 8.88=:7G: 9 77.8G>>>> 79.89999 8.88=:7G: 9 77.=:9999 7G.:9999 8.88=>7 9 9 77.:>9999 7>.=9999 8.88=:7G: 9 9 8.88=:7G: 7.=8>>>> 7.7>>>>
# 6sali!a<
5lu3- masic!el agua 6*gJs<
8.8=G
8.88=99=
8.8=G
8.88=99=
8.8=
8.88=G=98
8.8=
8.88=>88G7
8.877
8.88=:G:
8.87=
8.88=>=
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b< C@lcul- !el balance !e masa " energía
Temperaturas
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Entra!a !e aire ume!-
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8.88=:7G:
Ba'ance de mater!a 5lu35lu3- masic- masic- !el !el agua a la agua a la entra!a6*gJs< sali!a 6*gJs< 8.88=G=98 8.88=99= 8.88=G=98 8.88=99=
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8.88=>=
8.879 8.88789G=7 8.87 8.887GG=8G
8.87
8.887GG=8G
Ba'ance de ener%!a
!e per!i!a !e 5l3. masa agua trans5eri!a !e una 5ase a -tra 6*gJs<
Cs a la entra!a 6calJg;C<
O O8.888=G9 =.==:9:= 8.7:G O 8.>>G7 O8.888=G9 G 8.7:G
8.88=G=98 8.88=G=98
8
8.88=:7G: 8.88=>88G7
8.888=G89G
8.88=:7G: 8.88=:G:
8.888G798G
8.88=>7 8.88=>=
8.888=:88
8.88=:7G: 8.88789G=7
8.888>8>7
8.88=:7G: 8.887GG=8G
8.88==7GG>>
8.88=:7G: 8.887GG=8G
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8 =.=79>7=8 =.7:: G 8.::9GG G 9.9G7=8> 7 9.>>G:8 9 7.9G:897
8.7:G 8.7::8= 8.7::8= 8.7:>8 > 8.7::8= 8.7::8= 8.7::8=
Cs a la #" sali!a6calJg;C entra!a6calJg < !e aire sec-<
#" sali!a 6calJg !e #" 6calJg aire sec-< !e aire lu3- !e sec-< cal-r 6calJs< O O 8.7:>G>G =G.>=G77 =7.>===> 7.7:89>7G 7>8.>G> 8.7:>G>G =G.G> 8.7:G =G.>=G77 8.7:9=879 =:.7G77 8.7G8==799 =:.98GG> 8.7:>>== =>.>7GG8979 8.7G8G>7> =:.>=G==> 8.7G97>>8= =:.>97== 8.7G97>>8=
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Cs a la entra!a 6calJg;C<
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Cs a la #" sali!a6calJg;C entra!a6calJg < !e aire sec-<
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8.888G798G
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8.888>8>7
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8.88=:7G: 8.887GG=8G
8.88==7GG>>
8 =.=79>7=8 =.7:: G 8.::9GG G 9.9G7=8> 7 9.>>G:8 9 7.9G:897
8.7:G 8.7::8= 8.7::8= 8.7:>8 > 8.7::8= 8.7::8= 8.7::8=
=.77>G:9 7
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7.=9999 9
Ba'ance de ener%!a
8.88=G=98 8.88=G=98
Ts
7.:8>>>>
=.8::: 7.8779: 7.=>788> 7.98=8>: 7.::=7> 7.>8:=9 7.>:8> 7.:=787= 9.=7:99>89 9.9=>G=G>G 9.G=9: 9.9=78> 9.G>8>=9 :.==8G :.:9>7> :.888>77 :.9>9:= G.7>879 G.G>7:8=>9 G.:: >.7=8G7:G
#s 8.8=GG:G= 8.8=:=> 8.87888== 8.87=998 8.877G99 8.87:7GG>> 8.87G: 8.87G9:> 8.87977> 8.89=7==: 8.899779= 8.89G9:>G 8.89>8=7> 8.89>8> 8.8:7G== 8.8:G=8> 8.8:878G 8.8G=87=7 8.8G:7889 8.8GG>89 8.8>==9>
#" s G:.977 >9G:7.79:G >:.G9>G 778G.97 >:>.=>=> =8.:= >8>.99:G 7=G=.:7 >8.787 =89>:>.=> =87>.8: ==>9=.88 =79=9.97> =9898>.:G =9:G.=G7 =:GG.G:7 =G:=7=.7 =>78.>G =7=>=.>9 ===7.>9G =7==.:G=
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