PRCTICA N3 FRICCIN EN TUBERAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

PROBLEMAS Cap.4: HUMIDIFICACIN4.1.- Una masa de hidrgeno con Cl4C tiene una temperatura de roco tr = 15C y 760 mmHg. Calclese:a) La humedad absoluta.b) El volumen especfico.c) El calor especfico.d) La temperatura hasta la que ha de enfriarse, a la vez que se comprime hasta 2 atm, para separar el 60% del Cl4C.

Las tensiones de vapor del Cl4C en funcin de la temperatura son:t, C051015203040

p, mmHg1418253391143216

Para los calores especficos del vapor de Cl4C y del H2 pueden tomarse los valores: 0.13 y 0.35 Kcal/Kg.C.

DATOS: Mv (Cl4C) = 35.5*4 + 12 = 154 g/mol. Mg (H2) = 1*2 = 2 g/mol. tr = 15C P = 760 mmHg.SOLUCIN: a) Humedad absoluta

A la temperatura de 15C la tensin de vapor correspondiente es: 33 mmHg

b) Volumen Especfico

c) Calor Especfico

d) La temperatura hasta la que ha de enfriarse, a la vez que se comprime hasta 2 atm, para separar el 60% del Cl4C.

Despus de lo que se separa, la humedad ser:

Por tanto, la cantidad de tetracloruro de Carbono recuperada es:

La mezcla resultante despus de la condensacin por enfriamiento a presin constante queda saturada con una humedad molar de 0.01812; luego:

Ahora buscamos en la tabla de tenciones de vapor cual es la temperatura que le corresponde la presin de vapor de .Interpolamos:T (C)P, mmHg

1025

x27,0522

1533

Por lo tanto a la tensin de vapor de le corresponde una temperatura de .4-2.- Una masa de aire est saturada con ter dietlico a 20C y 745 mmHg. Calclese:

a) La composicin en volumen.b) La humedad molar.c) La humedad absoluta.d) El volumen especfico.e) La humedad absoluta si la temperatura desciende hasta 0C.f) La cantidad de ter condensado si se enfran hasta 0C 1000 m3 de mezcla inicial.

Las tensiones de vapor de ter en funcin de la temperatura son:

t, C-100102030

p, mmHg112.3185.3291.7442.2647.3

DATOS: Mv (ter dietlico)= 74.12 g/mol. Mg (Aire) = 29 g/mol. t = 20C P = 745 mmHg.

SOLUCIN:a) La composicin en volumen: o tambien conocido como la fraccin molar.La tension de vapor a la temperatura de 20C es: 442.2 mmHg

b) La Humedad molar.

c) La Humedad Absoluta.

d) El volumen Especfico.

4.3.- 300 m3 de CO2 saturados con agua se encuentran a 20 C y 1 atm y se comprimen hasta 2.5 atm a la vez que se enfran hasta 15 C, con lo cual se condensa parte del agua que va separndose del sistema. A continuacin se expansiona hasta 1.3 atm y se calienta hasta 20 C. Calclese:a) La humedad absoluta final.b) La cantidad de agua condensada.c) La humedad relativa final.d) El volumen de la mezcla medido en las condiciones finales.

DATOS: T= 20C T2=15C P=2.5 atm P2=1.3 atm

SOLUCIN: a) La humedad absoluta final.

b) La cantidad de agua condensada.

c) La humedad relativa final.

d) El volumen de la mezcla medido en las condiciones finales.

4.4.- 100 m3 de una mezcla de CO2 y vapor de agua medidos a 50 C y 750 mm Hg tienen una composicin del 6% en volumen de vapor de agua. Calclese:a) La humedad absoluta.b) La humedad relativa.c) La humedad relativa porcentual.d) El volumen especfico.e) La temperatura de roco.f) La presin a la que se alcanza la saturacin permaneciendo constante la temperatura.

SOLUCIN:a) La humedad absoluta.

b) La humedad relativa.

c) La humedad relativa porcentual.

d) El volumen especfico.

e) En la tabla de vapor de agua, buscando a la presin de vapor de 45 mm Hg e interpolando con los datos proporcionados por dichas tabla, encontramos que la temperatura de roci ser de 36.2c.

Presin en Kg/Cm2Temperatura en c

0.060.060.0835.8236.20 (valor interpretado)41.16

f) La presin a la que se alcanza la saturacin permaneciendo constante la temperatura.

4.5.- Una mezcla acetona nitrgeno a 800 mm Hg y 30 C tiene una saturacin relativa del 80%. Calclese:a) La humedad molar.b) La humedad absoluta.c) La humedad relativa porcentual.d) El volumen especfico.e) La masa de acetona contenida en 1 m3 de mezcla.

DATOS: P= 800 mm Hg T= 30C % de humedad: 80%SOLUCIN:a) La humedad molar.

80/100= 0.80pv= () (pv*)=(0.80)(283) =226.4ym= Pv/P-Pv =226.4 /800-226.4 = 0.3947b) La humedad absoluta. ym= = (0.3947) = 0.8175c) La humedad relativa porcentual. p = = 73%

d) El volumen especfico.

= 1.17

e) La masa de acetona contenida en 1 m3 de mezcla.

m= y/v = 0.818/1.17=0.6991

4.6.- En un depsito de 5 m3 se ha de almacenar aire a 15 atm y 25 C. El aire con que se alimenta el compresor situado a la entrada del depsito se encuentra a 25 C y humedad relativa del 40%, a la presin atmosfrica normal. Calclese la cantidad de agua condensada en el depsito.

DATOS: P=15atm 5 de aire T= 25C P= 15atm SOLUCIN: Calculando Pv: Calculando Ym: Mv=18 Mg=29 Calculando a 1atm: Calculando a 15 atm: Calculando: Humedad absoluta Volumen especifico T= 25C+273=288k 0.5847kg es la cantidad de agua condensada4.7.- Calclese la temperatura hmeda y la temperatura de saturacin adiabtica de una mezcla benceno aire a 30 C que tiene una humedad absoluta de 0.200 Kg benceno/Kg aire.

DATOS: T: 30C Y=0.200kg benceno/kg de aire Benceno= 0.400 TC=30 P/mmHg=119.4mmHg

SOLUCIN:Formulas *temperatura humedad

De la Tabla: A-12 Calculando la humedad de saturacin Yw y tanteando una temperatura supuesta de tw=15c1 tanteo

Benceno tensiones de vapor P: 760mmHgT,c 5 10 20 30 40 50P,mmHg 34.9 45.6 75.3 119.4 183.2 271.6Humedad de saturacin de benceno a 10c y 20c

Benceno a T=10c y P=760mmHg

Benceno a T=20c y P=760mmHg kg

Teniendo:

InterpolandoTC10C 0.171520C 0.2955A esta temperatura (17C) corresponde a una humedad de 0.2550kg de benceno /kgTanteo 2.- suponiendo Tw=17C

*interpolando

Por lo que la temperatura hmeda es Tw=17CPor lo tanto, la temperatura de saturacin adiabtica ser ts = 14 C.b) temperatura de saturacin adiabtica

Tanteo suponiendo que ts= 15C 109 Ys=0.2+(0.35+0.41 Ys) 15109 Ys-21.8= (5.25+6.15 Ys)109 Ys=+6.15 Ys = 5.25 + 21.8115.15 Ys=27.05 Teniendo Tanteo 2, suponiendo que ts=14C 105Ys=21=(5.6+6.56 Ys) Ys=0.2702Teniendo

Por lo tanto, la temperatura de saturacin adiabtica ser ts=14C

4.8.- Ddetermine grficamente las siguientes propiedades de aire hmedo a 35 c y 760 mm Hg.a) humedad absoluta en condiciones de saturacin b) volumen especifico en condiciones de saturacin c) temperatura humedad y temperatura relativa si la temperatura de roco es de 15cd) temperatura relativa y temperatura de roci si la temperatura humedad es de 30ce) temperatura humedad y temperatura de roci si la humedad relativa es del 80 %.

4.9.- Disponemos de una masa de aire a 50C con el 30% de humedad relativa a 760mmHg. Calclese:

a) La humedad absoluta

b) La cantidad mxima de agua que puede contener el aire a esta temperatura.

c) La temperatura de roco. TC mmHg 27 26.74 27.62 27.75328 28.35 28C 0.3708 = 27.6292Cd) La cantidad de calor que habr de suministrarse a 100Kg de esa masa de aire para elevar su temperatura hasta 150C.

e) La humedad absoluta que adquiere en un humidificar adiabtico si sale a 35C.35C = 0.4218

Pv=0.4218 = 42.18 Pg= 717.82 760-42.18= 717.82

4-15.- Un recinto de 1000 m3 que contiene aire a 25C con una humedad absoluta de 0.009 Kg de agua/Kg de aire, se humidifica adicionndole vapor de agua saturada a 1 atm, en cantidad tal que la humedad final obtenida despus de la adicin de vapor de agua es 0.020 Kg agua/ Kg aire. Suponiendo que se homogeneiza perfectamente la mezcla, sin haber condensacin de vapor de agua sobre las paredes y sin prdidas de calor al exterior, calclese:a) Cantidad de vapor de agua adicionado.b) Temperatura final del sistema.

DATOS: Volumen del recinto: 1000 m3 T (C) = 25 Y = 0.009 Kg de agua/Kg de aire P = 1 atm Y final = 0.020 Kg de agua/Kg de aire

SOLUCIN:a) Volumen especfico del aire antes de adicionarle vapor de agua saturado:

Masa de aire seco conteniendo en los 1000 m3:

Masa de vapor de agua adicionada ser:

b) Entalpa del vapor saturado a 1 atmosfera De la tabla sabemos:

Entalpa del aire hmedo en las condiciones iniciales:

La entalpa del aire hmedo en las condiciones finales es:

De acuerdo con la definicin de entalpa:

4.16.- 5000 de aire a 40C con una humedad relativa del 10% a la presin atmosfrica normal, se humidifican y enfran aadindole 40 L de agua a 20C. Si el proceso se realiza adiabticamente, determnese: a) Humedad resultanteb) Temperatura final

SOLUCIN:a) Humedad del aire en las condiciones iniciales:

Volumen especifico en las condiciones iniciales:

Humedad resultante de la mezcla es:

b) Entalpia inicial del aire :

Sabemos que la entalpia del agua a 20C es :

La entalpia de la mezcla ser:

Por la definicin de entalpia de aire hmedo, tenemos

4.17.- 5000 m3 de aire a 10C y temperatura humedad de 5C se humidifican ponindolos en contacto con 4000 l/h de agua que se encuentran inicialmente a 18C. Determnese:a) Las condiciones de salida del aire y del agua, si alcanzan la misma temperatura y el aire sale saturado.b) Cantidad de calor absorbido por el aire.c) Cantidad de agua evaporada.

SOLUCIN:a) La presin de vapor del agua en el aire inicialmente esPv = 6.54 0.5 (10 5 )Pv = 4.04 mmHgY su humedadY = 0.62 * 4.04 / (760 4.04)Y = 0.0033 Kg agua / Kg aireVolumen Especfico:V = + * 0.082 *283V = 0.804 m3/ KgMasa de aire seco:G = 5000/0.804 G = 6219 KgEntalpia iniciali = (0.24 + 0.46+0.0033) * 10 + 597.2 * 0.0033i = 4.38 Kcal/KgEntalpia del aguaHI = 18 Kcal /Kg

La cantidad de agua puesta en contacto por kilogramo de aire seco es4000/6219 = 0.6432Un balance entalpico referido a 1 Kg de aire seco nos lleva a4.38 + 0.6432 * 18 = i2 + ( 0.6432 ( Y2 0.0033) ) *H2H2 = Tanteando la ecuacin anteriorY2 = 0.0106 Kg agua / Kg airei2 = 9.98 Kcal/KgY2 = 0.00875 Kg agua / Kg airei2 = 8.14 Kcal/KgEntalpa calculadaH2 = 12.25 Kcal/KgEntalpa supuesta : H2 = 12.1 Kcal/Kgt2 = 12.1 CY2 = 0.0088 Kg agua / Kg aire i2 = 8.20 Kcal / KgEntalpia calculada:H2 = 12.1 Kcal/ Kgb) Cantidad de calor absorbido por el aire.q = 6218 ( 8,20 4.38 ) q = 23 753 Kcal/hc) El agua evaporada ser

6218 0.0088 0.0033) = 34.20 Kg/h4-18.- Un secadero rotatorio de alimenta con arena a razn de 3000 Kg/h con una humedad del 50%, y el producto que sale del secadero tiene una humedad de 3% (referidas las humedades al slido hmedo). El aire entra a 100C, en contracorriente, con una humedad de 0.007 Kg de agua/Kg aire seco, y sale a 40C. La arena entra a 20C y sale a 35C; su calor especifico puede considerarse constante el igual a 0.21 Kcal/Kg.C. Si el secadero est perfectamente aislado, determnese la cantidad de aire necesario y la humedad del aire a la salida del secadero.

SOLUCIN:

Las humedades del slido, referidas al slido seco, sern:

La masa de slido seco es:

Ahora:

Las entalpas del slido a la entrada y a la salida son:

La entalpa del aire al entrar en el secadero es:

Utilizando la siguiente ecuacin:

Resolviendo el sistema de ecuaciones:

4.21.- En un secadero adiabtico entran 1000 kg /h de un material a temperatura igual a la temperatura humedad de entrada del aire en el mismo. Las humedades del material medidas sobre base seca son 60% a la entrada y 5% a la salida. Para el secado se dispone de aire a 15C con una presin parcial de vapor de 2.0 mmHg que se calienta antes de entrar en el secadero. Ala salida del secadero el aire se encuentra a 30C y su Humedad relativa es del 85%.Calculese:a) Temperatura de precalefaccin.b) Volumen de entrada de aire en el secadero.c) Cantidad de calor suministrada.

SOLUCION:a) Temperatura de precalefaccin. Condiciones iniciales del aire:t=15CY1=0.0017 Kg de agua/kg de aire Condiciones del aire a la salida del secadero:t=30Ctw=28CY2=0.0230 Kg de agua/kg de aireLa temperatura de precalentamiento determinada por la interseccin de la lnea de tw=28C con Y1=0.0017 resulta:tP=80Cb) Cantidad de agua evaporada:1000(1-0.6)(0.6-0.05)=220 kgCada kilogramos de aire seco se evapora 0.0230-0.0017=0.0213 Kg; por lo tanto, se necesita 220/0.0213=10330 Kg de aire seco.

El volumen especfico del aire a la entrada del secadero es:

Y el volumen de aire a la entrada del secadero ser:

c) Cantidad de calor suministrado:

4.23.- Una cmara de rociado de 3 m de altura y 0.60 de seccin, se emplea para humidificar 800 kg/h de aire que esta inicialmente a 25C y humedad relativa del 30%, y ha de llevarse hasta 60C con humedad relativa del 20% por precalentamiento, humidificacin adiabtica y recalentamiento. Si del humidificador sale 1,5C por encima de la temperatura de saturacin, calclese:

a) La cantidad de calor necesariob) El nmero de elementos de transmisinc) La altura del elemento de transmisin

SOLUCIN:a) Las humedades del aire a la entada y salida del humidificador son :

La temperatura del aire que corresponde a 1.5C por encima de la temperatura de saturacin para la humedad es:

Por tanto, la temperatura hmeda del aire ser 29C, temperatura a la que recirculara el agua por la torre.

La interseccin de la lnea de temperatura hmeda 29C con la recta Y = 0.0057 nos da la temperatura de entrada del aire, resultando

La cantidad de calor suministrada ser:

b) Nmero de elementos de transmisin:

c) Altura de elemento de transmisin:

BIBLIOGRAFA

Ocon, J. y Tojo, G."Problemas de Ingeniera Qumica". Editorial Aguilar. McCabe; Smith. Harriott. Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. 2002. Geankoplis, C. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. 1998. PERRY, Robert H. Manual del Ingeniero Qumico. McGraw Hill. 6t.a. Edicin.

2LABORATORIO OPERACIONES UNITARIAS II