UNIVERSIDAD DEL QUINDIO FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS Y TECNOLOGIAS PROGRAMA DE QUIMICA ASIGNATURA: TEMA: 1.
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OPERACIONES UNITARIAS II Taller sobre Humidificación
Un recipiente de 10 litros contiene aire y vapor de agua a 1 atm. Y 25 ºC. a) ¿Cuántos gramos de agua debe existir en la fase vapor para considerar que el aire está saturado? b) En la fase gaseosa hallar la fracción molar y la fracción en peso. c) Determinar la composición en peso de la fase vapor en base seca. Expresar este resultado también en unidades molares. Calcular la composición en volumen y en peso de aire saturado con vapor de agua a 760 mm Hg y 25 ºC. Un recipiente de 10 litros a 1 atm. Y 25 ºC contiene aire parcialmente saturado de vapor de agua. Si la presión parcial del vapor de agua es de 15 mm Hg, calcular los gramos de agua en al mezcla gaseosa. Encuentre las propiedades de un aire húmedo cuando la temperatura de bulbo seco es 80°F y la de bulbo húmedo es 67°F. Se calienta aire por medio de un serpentin de vapor, a partir de 30°F de temperatura de bulbo seco y 80% de humedad relativa, hasta 75°F de temperatura de bulbo seco. Calcule la humedad relativa, la temperatura de bulbo húmedo y el punto de condensación o de rocio de aire calentado. Determinar la cantidad de calor agregado por libra de aire seco.
El aire a 95°F de temperatura de bulbo seco y 70°F de temperatura de bulbo húmedo, entra en contacto con un rocio de agua, de donde, su humedad relativa aumenta al 90%. El agua rociada se recircula y el agua de reemplazo entra a 70°F. Determinar la temperatura de bulbo seco en la salida, la temperatura de bulbo húmedo, el cambio en la entalpía del aire y la cantidad de humedad agregada por cada libra de aire seco.
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Encuentre la carga de enfriamiento por libra de aire seco que resulta de la infiltración de aire de una habitación, a una temperatura de bulbo seco de 80°F y 67°F de bulbo húmedo, hasta llegar a una temperatura más fresca que se mantiene a 30°F de bulbo seco y 28°F de bulbo húmedo, en donde la humedad congela el serpentín o la bobina, que se conserva a 20°F.
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Determine el consumo de agua y la cantidad de calor disipado por 1000 ft3/min de aire de entrada, a 90°F de temperatura de bulbo seco y 70°F de temperatura de bulbo húmedo, cuando el aire sale saturado a 110°F y el agua de reemplazo tiene una temperatura de 75°F.
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Un cierto aire húmedo contiene 8.1 granos (no gramos) de vapor de agua por pie cúbico a una temperatura de 30 ºC. Calcúlese la temperatura a la que debe calentarse para que su saturación relativa sea del 15 % a) Calcular la composición en volumen y peso, de aire saturado con vapor de agua a una presión de 1 atm y 70°F, b) Calcular la composición en volumen y peso, de aire saturado con vapor de agua a una presión de 92.6 kPa y 70°F. Cuál es esta presión en atm?, c) Calcular la composición en volumen y peso, de aire saturado con vapor de agua a una presión de 84.6 kPa y 70°F. Cuál es esta presión en atm?, d) Calcular la composición en volumen y peso, de aire saturado con vapor de agua a una presión de 77.1 kPa y 70°F. Cuál es esta presión en atm?, e) Calcular la composición en volumen y peso, de aire saturado con vapor de agua a una presión de 70.1 kPa y 70°F. Cuál es esta presión en atm?. Se desea construir un secador para extraer 100 lb de agua/h. El aire se suministra al secador a 66°C, 1 atm y un punto de rocio de 4.5°C, y sale del secador a 35°C y un punto de rocio de 24°C. Determine el volumen de aire a las condiciones iniciales que debe suministrarse por hora. Para lograr las mejores condiciones ambientales, en confort e higiénicas, el aire de una habitación debe ser de 70°F y una humedad relativa del 62%; la presión atmosférica es de 760 mm Hg. El aire nuevo debe ser tal que se renueve completamente dos veces cada hora. Esto requierer que el aire entre a una velocidad en volumen, medido a las condiciones de la habitación, igual a dos veces el volumen de la misma. Calcule el punto de rocio, la temperatura de bulbo húmedo, la humedad absoluta y la entalpía del aire del cuarto. En una altitud de 3000 m se tiene el aire exterior a 10°F y saturado. Calcule el peso de agua que debe evaporar, por hora, para mantener las condiciones específicadas para el cuarto de estar si este tiene un volumen de 3000 ft 3. ¿Cuáles son las dimensiones de esta habitación? Repita los cálculos del numeral anterior para una presión atmosférica de 1 atm.
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Aire a la temperatura de bulbo seco a 30°C, con 60% de humedad relativa está en un ambiente a 1 atm. Calcule la presión a la que debe compremirse, a temperatura constante, para extraer el 90% del agua presente. Se desea mantener el aire que entra a un edificio a una temperatura de 75°F y una humedad relativa de 40%. Esto se logra pasando el aire por un equipo con pulverizadores de agua en los que se enfría y satura el aire. El aire que sale de la cámara de pulverización se calienta a 75°F. Si el agua y el aire salen de la cámara de pulverización a la misma temperatura, ¿cuál es la temperatura del agua? ¿Cuál es la humedad absoluta del aire en el edificio? Si el aire entra a la cámara de pulverización a 90°F de bulbo seco y 65% de humedad relativa, ¿qué cantidad de agua deberá evaporarse o condensarse en la cámara de pulverización por libra de aire seco? Un sistema de acondicionamiento de aire toma aire de verano caliente a 45°C, 90% de humedad y 760 mm Hg. Este aire pasa por un pulverizador de agua fria y sale saturado, y se calienta entonces a 21°C. Si la humedad final es del 40%, ¿cuál debe ser la temperatura del aire que sale del equipo de pulverización? Si se utilizan 10000 ft3 de aire que entra, calcule el peso del agua condensada por el rociador. En un secador adiabatico entra aire a 240°F con un punto de rocio de 44°F y sale saturado. ¿Qué cantidad de agua puede evaporarse por 1000 ft3 de aire húmedo que entra? Se necesitan 167 ft3 /h de aire a 150°F con punto de rocio de 77°F para un equipo de secado. El aire exterior está a 60°F con una temperatura de bulbo húmedo de 50°F. Indique tres caminos para llevar a cabo el cambio, expresando las temperaturas de bulbo seco y húmedo, u las humedades relativas y absolutas comprendidas.
TEMA:
TALLER DE TORRES ENFRIADORAS DE AGUA.
1. Una planta se erigió en una localidad donde se encuentra con poca agua. El calor total removido por la torre de enfriamiento es de 26’000.000 BTU/h. Este calor es producido en varias secciones de la fábrica. La localidad tiene una temperatura de bulbo húmedo de 23.9ºC y una temperatura de bulbo seco de 27ºC. El agua sale de la torre a 29.4ºC, entrando a la torre a 49ºC. La torre se ha construido de 7.3 x 7.3 m, con un ventilador de una capacidad de 187 000 pies 3/mint. Calcule las unidades de transferencia y la altura de una unidad de transferencia. El fabricante tiene especificada la torre con un ky.a = 115 lb/(h.pie3) Calcule los requerimientos de purga (o sea B: velocidad de eliminación) y el agua de repuesto (o sea M: rapidez de compensación). Se permite que la concentración de sólidos disueltos alcance un valor igual a tres veces la concentración del agua de repuesto. Tener en cuenta que las pérdidas por el viento son el 1 % y las perdidas por evaporación son el 1.25%. M=E+B+W Donde M es el agua de repuesto, E es la evaporación, B la purga y W la perdida debida al viento. 2. Una fábrica necesita 54 TM/h de agua para el condensador del equipo de refrigeración y para la torre de destilación. El agua entra a la torre enfriadora (del tipo inducida) a 45ºC, y retorna a la planta a 29ºC. El aire del medio ambiente está a 30ºC y 24ºC de temperatura de bulbo húmedo. El flujo de aire seco es de 54 TM a.s./h. Las especificaciones técnicas de la torre enfriadora de agua son de ky.a = 3300 kg/m3.h a. Hacer una gráfica que tenga la curva de equilibrio y la línea de operación. b. Hacer la gráfica para determinar el número de unidades de transferencia (Nt), y determinar el área debajo de la curva. 3. Los siguientes datos fueron obtenidos durante un ensayo de una torre de enfriamiento de tiro inducido: Altura = 1.83 m Diámetro de la torre = 30.48 cm Entrada del aire, 100ºF Entrada del aire, 80ºF de bulbo húmedo Salida del aire, 103ºF Salida del aire, 96ºF de bulbo húmedo Agua a la entrada, 115ºF Agua a la salida, 95ºF Agua a la entrada, 4 gpm Aire a la entrada, 480 ft3/min a) Para las condiciones de arranque de este equipo, determinar kya, el número de unidades de transferencia y la altura de una unidad de transferencia, el agua de compensación (con una dureza de 500 ppm, si el agua de recirculación tiene una dureza máxima de 2000 ppm). b) ¿Si la torre, por una falla de la bomba de recirculación, es operada con un caudal de agua a la entrada, en gpm, del 25% menos a la original, cómo varían las condiciones a la salida? Recalcule el agua de compensación. 4. Se han de enfriar 800 l/h de agua desde 40 ºC hasta 20ºC, empleando 1000 kg/h de aire, que entra por la base de la columna a 20 ºC con una entalpía de 8.25 kcal/kg. La sección de la torre tiene 1 m2 y el valor de Ky.a = 400. Determínese la altura de la torre. 5. En una torre de enfriamiento se manejan 1000 gpm (0.063 m3/s) de agua de circulación, que se enfrían de 110 a 80 ºF. Calcúlense los requerimientos de purga y agua de repuesto, si se permite que la concentración de sólidos disueltos alcance un valor igual a tres veces la concentración del agua de repuesto. SOLUCION 1. Establézcanse las ecuaciones del balance de materia para la torre de enfriamiento: Cuando el sistema se encuentra en equilibrio, el repuesto debe ser igual a las pérdidas; por definición: M = E + B +w Donde M es el repuesto, E la evaporación, B la purga y W la pérdida debida al viento, todo ello expresado como un porcentaje de la circulación. Dado que el agua evaporada está esencialmente libre de sólidos, todos los sólidos que entran con el agua de repuesto deben eliminarse mediante la purga más la pérdida debida al viento, o sea: M * pm = (B+ W)* pc Donde pm representa la concentración de sólidos en el repuesto y pc es la concentración de sólidos en el agua de circulación, ambos valores en ppm.
Para las torres de enfriamiento, la concentración en el agua de recirculación se define en forma arbitraria como “ciclos de concentración” C, es decir, C = (concentración en el agua de enfriamiento)/(concentración en el agua de repuesto). Por consiguiente: M * pm = (B+ W)* pc/ pm = (B+ W)*C 2. Realícense las suposiciones adecuadas respecto a las pérdidas por viento y evaporación. Establézcase y resuélvase una ecuación para la purga. Para torres atmosféricas de enfriamiento, las pérdidas por viento varían aproximadamente de 0.3 a 1%, y para torres de enfriamiento con tiro forzado, 0.1 a 0.3 %. En una torre moderna con tiro forzado, se puede suponer una pérdida de 0.1 %. Por lo que respecta a las pérdidas por evaporación, éstas varían entre 0.85 a 1.25 % de la circulación por cada grado Fahrenheit de reducción de temperatura a través de la torre. Por lo general, una suposición segura es 1 % y, en consecuencia, E = T/10, donde T representa la caída de temperatura a través de la torre. Por consiguiente, en este caso: M = T/10 + B + 0.1 Combinando las ecuaciones anteriores obtenemos: B = T/(10 * (C - 1)) Por lo tanto, en este problema: B = (110 - 80)/(10*(3-1)) B = 1.5 % El requerimiento de purga es 1.5 % de 1000 gpm, o sea, 15 gpm.
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