Informe - Torre de Enfriamiento 1

7/28/2019 Informe - Torre de Enfriamiento 1

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS(Universidad del Per, Decana de Amrica)

FACULTAD DE QUMICA, INGENIERA QUMICA

Escuela Acadmico-Profesional de

Ingeniera Qumica

DEPARTAMENTO ACADMICO DE OPERACIONES UNITARIAS

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA II

TORREDE ENFRIAMIENTO

PROFESOR : Ing. Ricardo Felipe Lama Ramrez Ph.D.

ALUMNOS : CASTILLO RODRGUEZ, David Felipe 06070045GARCA VALVERDE, Elvia Mara 06070074GUILLN MORALES, Julio Manuel 06070127LOPEZ ROJAS, Octavio

GRUPO N : 4

FECHA DEREALIZACIN : 21 de setiembre del 2010

FECHA DEENTREGA : 16 de diciembre del 2010

Ciudad Universitaria, noviembre del 2010


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Laboratorio de Ingeniera Qumica IITorre de Enfriamiento

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TABLA DE CONTENIDO

pg.

RESUMEN 3

I. INTRODUCCION 4

II. PRINCIPIOS TEORICOS 5

III. DETALLES EXPERIMENTALES 14

IV. TABULACION DE DATOS Y

RESULATADOS

16

V. DISCUSION DE RESULTADOS 18

VI. CONCLUSIONES 19

VII. RECOMENDACIONES 20

VIII. BIBLIOGRAFIA 21

IX. APENDICE I: EJEMPLO DE CALCULO 22

X. APENDICE II: GRAFICOS 35


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RESUMEN

El presente informe corresponde a la prctica de Torre deenfriamiento, las condiciones ambientales en las que se llevo a cabo la

experiencia fueron 20C y 756 mmHg de presin atmosfrica. La torre de

enfriamiento usada es del tipo denominado Tiro mecnico inducido, el

empaque que tiene est compuesto por listones de madera dispuesto

horizontalmente y paralela.

Se hicieron dos pruebas variando el flujo msico del agua, la primeraa 0.67 kg/s y la segunda a 0.94 kg/s, midindose e la temperatura de

bulbo seco (TBS) y temperatura de bulbo hmedo (TBH), con los cuales se

calcularon la humedad absoluta (H) y luego la entalpia (Hy) del flujo de

aire.

Los flujos de aire que se obtuvieron fueron: 2.73 y 1.92 kg/s.m 2 para

la primera corrida y segunda corrida respectivamente.

Finalmente, teniendo como dato el flujo de aire y la altura del

empaque se calcularon los coeficientes de transferencia globales

obtenindose 1.60 x 10-7 Kmol / m3 s Pa (corrida 1) y 1.64 x 10-7 Kmol / m3

s Pa (corrida 2). Para calcular los coeficientes de pelcula se uso el mtodo

de Mickley obtenindose 5.51 x 10-7 Kmol / m3 s Pa (corrida 1) y 5.70 x 10 -7

Kmol / m3 s Pa (corrida 2).


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I. INTRODUCCIN

Las torres de enfriamiento son equipos que se usan para enfriar

agua en grandes volmenes porque son el medio ms econmico parahacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los

intercambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a travs de una

pared.

En el interior de las torres se monta un empaque con el propsito de

aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la

enfra.

El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederoso por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible.

El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a travs de la torre,

se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye a

contracorriente o a flujo cruzado, con una temperatura de bulbo hmedo

inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua

se enfra por transferencia de masa (evaporacin ) y por transferencia de

calor sensible y latente del agua al aire, lo anterior origina que la

temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura delagua descienda.

El objetivo de esta experiencia es determinar los coeficientes de

transferencia de masa y su relacin con los flujos y temperara de agua y

aire
http://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/contracorriente.swfhttp://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/cruzado.swfhttp://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/contracorriente.swfhttp://depa.pquim.unam.mx/~luimary/animaciones/cruzado.swf


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II. PRINCIPIOS TEORICOS

Humedad de aire: La humedad H de una mezcla aire-vapor de

agua se define como los kg de vapor de agua por Kg de aire seco (AS),esta definicin de humedad solo depende de la presin parcial P A del

vapor de agua en el aire y de la presin total (PT) atmosfrica, si el peso

molecular del agua es 18.02 kg/kmol y del aire es 28.97 kg/kmol entonces

tenemos:

El aire saturado: es aquel en el cual el vapor de agua est enequilibrio con el agua lquida en las condiciones dadas de temperatura y

presin. En esta mezcla la presin parcial de vapor de agua en la mezcla

aire-agua es igual a la presin de vapor PAS del agua pura a la temperatura

establecida por consiguiente, la humedad de saturacin Hs es:

Punto de roco: de una mezcla de aire y vapor de agua: es latemperatura a la cual cierta mezcla de aire y vapor de agua est saturada

se llama temperatura de punto de roci.

Calor hmedo: En una mezcla de aire y agua: El calor hmedo Cses la cantidad de calor en J (o kJ) requerido para elevar la temperatura de

un kilogramo de aire seco ms el vapor de agua presente en 1 K o 1 C.

Las capacidades calorficas del aire y el vapor de agua se puede suponer

constantes en el intervalo normal de temperaturas e iguales a 1.005 kJ/kg

AS K y 1.88 kJ/ kg H2O K, respectivamente. Por consiguiente, paraunidades SI

Cs (kJ/kg aire seco K) = 1.005 + 1.88 H (3)

(En algunos casos, cs se expresa como (1.005 + 1.88 H)x103 J/kg. K.]

Entalpa total de una mezcla de aire y vapor de agua: Laentalpa total de 1 kg de aire ms su vapor de agua es HY(J/kg o Kg/kg de

aire seco). Si T0 es la temperatura base seleccionada para ambos

componentes, la entalpa total es el calor sensible de la mezcla aire-vapor

de agua ms el calor latente 0 (J/kg o kJ/kg de vapor de agua), del vapor


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de agua a T0. [Obsrvese que (T T0) C = (T T0) K y que estas entalpas

se refieren al agua lquida.]

HY (kJ/kg aire seco) = cs (T - To) + H 0

HY (kJ/kg aire seco) = (1.005 + 1.88H)( T T0 C) + H 0

Si la entalpa total se refiere a una temperatura base T0 de 0 C, la

ecuacin para Hy se convierte en

HY (kJ/kg aire seco) = (1.005 + 1.88H) (T 0C) + 2501.4H(4)

Temperatura del bulbo hmedo (TBH): Es la temperatura lmitede enfriamiento alcanzada por una pequea masa de lquido en contacto

con una masa mucho mayor de gas hmedo.

La determinacin de esta temperatura se efecta pasando con

rapidez el gas por un termmetro cuyo bulbo se mantiene hmedo con el

lquido que forma el vapor en la corriente gaseosa. Por lo general el bulbo

del termmetro se envuelve en una mecha saturada. Durante este

proceso si el gas no est saturado, se evapora algo de lquido de la mecha

saturada hacia la corriente gaseosa en movimiento, llevndose el calor

latente asociado. La eliminacin de calor latente da lugar a una

disminucin en la temperatura del bulbo del termmetro y la mecha,producindose una transferencia de calor sensible hacia la superficie de la

mecha por conveccin desde la corriente gaseosa y por radiacin desde

los alrededores. La temperatura de bulbo hmedo es la que se obtiene a

estado estable con un termmetro expuesto a un gas que se mueve con

rapidez.

Para medir con precisin la temperatura del termmetro hmedo es

preciso tomar tres precauciones: (1) la gasa debe estar completamente

mojada de forma que no existan reas de la gasa secas en contacto con elgas; (2) la velocidad del gas ha de ser suficientemente grande para

asegurar que la velocidad de flujo de calor por radiacin desde los

alrededores ms calientes hacia el bulbo es despreciable; (3) el agua de

reposicin que se suministra al bulbo ha de estar a la temperatura

hmeda. Cuando se toman estas precauciones la temperatura del

termmetro hmedo es independiente del de la velocidad del gas para un

amplio intervalo de velocidades de flujo.


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TORRES DE ENFRIAMIENTO

En una torre tpica para enfriamiento de agua, el agua caliente fluye

a contracorriente del aire. Por lo general, el agua caliente entra por la

parte superior de una torre empacada y cae en cascada a travs del

material de empaque, y sale por el fondo. El aire entra por la parte inferior

de la torre y fluye hacia arriba, a travs del agua que desciende.

Clasificacin de torres de enfriamientoLas torres de enfriamiento se clasifican de acuerdo con los medios

por los que se suministra el aire.

Torres de tiro mecnico Tiro inducido: El aire se succiona a travs de la torre mediante un

abanico situado en la parte superior de la torre.

Tiro forzado: El aire se fuerza por un abanico en el fondo de latorre y se descarga por la parte superior.

Torres decirculacin natural Atmosfricas: Aprovecha las corrientes atmosfricas de aire, este

penetra a travs de rompe vientos en una sola direccin

Tiro natural: Operan de la misma manera que una chimenea de unhorno. La diferencia entre la densidad del aire en la torre y en el

exterior originan un flujo natural de aire fro en la parte inferior y

una expulsin del aire caliente menos denso en la parte superior.

Partes internas de las torres de enfriamiento y funcin delempaque


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Si el agua pasa a travs de una boquilla capaz de producir

pequeas gotas, se dispondr de una gran superficie para el contacto de

agua-aire. Puesto que la interfase agua-aire es tambin la superficie de

transferencia de calor, el uso de la boquilla permite alcanzar buenosniveles de eficiencia por m3 cbico de aparato de contacto.

En la torre de enfriamiento, debido a los requerimientos de grandes

volmenes de aire y pequeas cadas de presin permitidas, es costumbre

usar largueros de madera de seccin rectangular o triangular, que dejan la

torre sustancialmente sin obstruir. El empaque, es casi exclusivamente

fabricado en cualquiera de las dos formas y su propsito es interrumpir el

descenso del lquido.

El agua no puede enfriarse por debajo de su temperatura de bulbo

hmedo. La fuerza impulsora de la evaporacin del agua es,

aproximadamente, la presin de vapor de agua menos la presin de vapor

que tendra a su temperatura de bulbo hmedo. El agua slo se puede

enfriar hasta la temperatura de bulbo hmedo, y en la prctica se enfra a

unos 3K o un poco ms por encima de dicha temperatura. La evaporacin

en la torre de enfriamiento slo provoca pequeas prdidas de agua.

Como el calor latente de vaporizacin del agua es de aproximadamente

2300 kJ/kg, un cambio tpico de unos 8 K en la temperatura del agua

corresponde a una prdida de evaporacin de ms o menos 1.5%.

Teora y clculo de las torres de enfriamiento con agua

Se efecta un balance total de calor para una seccin de una torre y se

obtiene la lnea de operacin:

L = flujo de agua, kg de agua/s m2 (lbm/h . pie2)


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9

TL = temperatura del agua, C o K (F)

G = flujo de aire seco, (kg/seg m2) (lbm/h pie2)

TY = temperatura del aire, C o K (F)

H = humedad del aire, kg de agua/ kg de aire seco (Ib de agua/lb de aire

seco)HY = entalpa de la mezcla de aire-vapor de agua, J/kg de aire seco (btu/

lbm de aire seco)

Se considerar una torre empacada para enfriamiento de agua con

aire que fluye hacia arriba y agua a contracorriente hacia abajo, en la

torre. El rea interfasial total entre las fases aire y agua se desconoce,

puesto que el rea superficial del empaque no es igual al rea interfasial

entre las gotas de agua y el aire. Por consiguiente, se define una cantidad

a, que es m2 de rea interfasial por m3 de volumen de seccin empacada,o m2/m3. Esto se combina con el coeficiente de transferencia de masa de

la fase gaseosa kgen kg mol/seg-m2 Pa o mol/seg m2 atm, para obtenerun coeficiente volumtrico kgaen (kg mol/seg .m3 Pa) o (kg mol/seg m3

atm ) (Ib mol/h pie3 atm).

Al efectuar un balance de calor para una diferencial de altura dz de

la columna y despreciar los trminos de calor sensible en comparacin con

el calor latente:

La transferencia total de calor sensible del volumen del lquido a la interfaz

es

Donde es el coeficiente volumtrico de transferencia de calor de la

fase liquida en W/m3 K y Ti es la temperatura de interfaz.

Para una transferencia adiabtica de masa, la velocidad de transferencia

de calor debida al calor latente en el vapor de agua que se est

transfiriendo:

Donde est en W/m2; MB es peso molecular del aire; es un

coeficiente volumtrico de transferencia de masa en el gas en kmol/s m3


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Pa; P es la presin atmosfrica en Pa, es el calor latente del agua en J/

kg de agua, es la humedad del gas en la interfaz en kg de agua/ kg de

aire seco; y es la humedad del gas en la fase gaseosa masiva en kg deagua/kg de aire seco.

La velocidad de transferencia de calor sensible en el gas es

Donde se da en W/m2 y es un coeficiente volumtrico de

transferencia de calor en el gas en W/m3

K.

Ahora la ecuacin (8) debe ser igual a la suma de las ecuaciones (9) y (10)

La definicin de calor hmedo:

Sustituyendo por :

Esta ecuacin se sustituye en la ecuacin que suma las ecuaciones de

calor sensible y latente:

.. (13)

Sumando y restando en los corchetes:

. (14)

Los trminos dentro de las llaves son y tenemos:


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11

Al integral obtenemos la ecuacin para calcular la altura de la torre:

Igualando la ecuacin de transferencia sensible

Con la ecuacin obtenida:

Donde es la pendiente de la lnea de interfase o fuerza impulsora.


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TEMPERATURA Y HUMEDAD DE LA CORRIENTE DE AIRE EN LATORRE

La formacin de niebla en la fase vapor es una limitante para el

intervalo de condiciones prcticas de operacin.

La niebla se formara cuando la fase gaseosa global alcanza la

supersaturacion. La niebla representa un inconveniente serio ya que lasprdidas de agua son elevadas en una operacin de enfriamiento de agua

y en una operacin de deshumidificacion se frustra el objetivo principal.


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METODO DE MICKLEY

El mtodo Mickley es un mtodo grfico para la obtencin de las

condiciones de la interfase. Se basa en una grfica de entalpas de la fasegaseosa frente a las temperaturas de la fase lquida.

La velocidad de transferencia de calor sensible en el gas es:

Combinando con:

Se genera:

Si se conocen las condiciones de la fase gaseosa en cada extremo

de la columna, es posible usar un mtodo de etapas para trazar la curva

de las condiciones de la fase gaseosa a travs de la torre.

El procedimiento se muestra en la siguiente figura


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III. DETALLES EXPERIMENTALES

Materiales y equipos Termmetros

Psicmetro

Cronmetro

Balanza

Rotmetro

Recipiente

Flujo de agua caliente

Aire

Equipos Torre de enfriamiento

Caldera

Intercambiador de calor de doble tubo

Procedimiento

Se suministra un flujo de agua caliente de 40 L/min a una temperatura de

38C aproximadamente proveniente del sistema caldera-intercambiador.El flujo entra por la parte superior de la torre de enfriamiento.

Al mismo tiempo entra aire a la temperatura ambiental por la parte

inferior de la torre, el aire es impulsado por un ventilador colocado en la

parte superior de la torre.

La temperatura de entrada y salida del agua caliente, la temperatura de

bulbo hmedo y temperatura de bulbo seco del aire, y el flujo de agua se

midieron cuando las temperaturas permanecieron constantes.

Con estos datos se calculan el coeficiente global de transferencia Kga,

coeficientes de pelcula kga y hLa, flujos mnimos de aire y porcentaje deagua que se evapora.


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ESQUEMA DEL SISTEMA

TL2 TBS 2

TL1 TBS 1

TBH 1


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IV. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

Tabla N1: datos de laboratorio

Presin atmosfrica(mm Hg)

75

6T (C) 20

Tabla N2: Dimensiones de la torre de enfriamientoMaterial Cemento , ladrillo

Seccin interna (mm) 982 x 961Altura de empaque

(mm)

1900

EmpaqueMaterial Listones de madera

Dimensiones prom

(mm)961 x 9 x 4

DisposicinParalelas intercaladas con la cara ancha

perpendicular al flujo (28 filas)Alimentacin de flujo

de agua

Sistema compuesto por tubos en paralelos

perforados parte superior

Tabla N3: Datos experimentales

Corrida

Caudal

(LPM)

Entrada Salida

TL2(

C)

TBS

1

(

C)

TBH

1

(C

)

TL1(C

)

TBS

2

(

C)

TBH

2

(C

)1 40 38 17 16 26 21 20

2 55 38 17 1628.

623 22


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DATOS DE OPERACIN

Tabla N4: datos evaluados para determinar la curva de operacin

CORRIDA 1

CORRIDA 2

L (kg H2O/s) 0.67 0.94

(C) 26 28.6

(C) 38 38

HY1 (kJ/ kgAS)

47.96 47.96

HY2 (kJ/ kg

AS)61.07 68.48

H1 (kg H2O /kg AS)

0.0122 0.0122

H2 (kg H2O /kg AS)

0.0157 0.0178

RESULTADOS

Tabla N5: flujos de aire seco calculadosCORRID

A 1CORRID

A 2L (kg H2O/

s)0.67 0.94

L(kg H2O/m2 s)

0.71 1.0

G (kg AS /m2 s)

2.73 1.92

G min (kgAS / s)

0.33 0.36

Tabla N6: coeficientes calculadosCORRID

A 1CORRID

A 2Coef.global Kga (Kmol / m3

s Pa)Coef. De pelcula kga (Kmol

/ m3 s Pa)Coef. De pelcula kga (Kg /

m3 s)

Coef. De pelcula hLa ( W /m3 C)


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Tabla N7: porcentajes de ErrorParme

troCorrida 1 Corrida 2

%Error

1.9%3.1%

8.5%

8.3%


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V. DISCUSION DE RESULTADOS

Para el clculo de los flujos de lquido en cada corrida se utiliza una curva

de calibracin. El rotmetro con el que cuenta el equipo no es uninstrumento confiable, por esta razn se realiza una calibracin previa

tomando volmenes de agua para un determinado tiempo, esto se realiza

para cada lectura del rotmetro y luego graficando los flujos reales versus

los flujos ledos en el rotmetro, obtenindose as una recta de calibracin

(Grfica N 1). Para fines prcticos el eje de las abscisas muestra la lectura

del rotmetro y el eje de las ordenadas el flujo de lquido en Kg/s.

En la Grfica N 2 se observan dos curvas, una curva de equilibrio y una

curva de operacin. La curva de operacin de obtiene de los datos deentrada y salida de agua y aire a la torre de enfriamiento. Esta grfica

tambin sirve para tomar lecturas de Hy*; para esto se ubica un punto en

la curva de operacin, se proyecta este punto hasta la que intercepte a la

curva de equilibrio y a partir de la interseccin medir en la horizontal el

valor de Hy* correspondiente al valor en la curva de operacin. Con los

datos de Hy* se construye la Grfica N3, que es til para el clculo del

coeficiente global de transferencia de masa.

En esta prctica se realizan dos corridas de experimentos de enfriamiento,la primera se realiza a un flujo msico de agua de 0.67 kg/s y la segunda a

0.94 kg/s, obteniendo flujo de aire hmedo de 1.92 y 2.73 kg/m2s

respectivamente, se aprecia que al incrementar el flujo de agua se

incrementa el flujo de aire. El clculo del flujo de aire se hace

analticamente (Grficas N7 y N13), no pudindose corroborar

experimentalmente este clculo porque el equipo no cuenta con un

dispositivo que mida la cantidad de aire que ingresa.

La Grfica N4 muestra el desarrollo del mtodo de Mickley para el clculo

del coeficiente de pelcula kga. A partir del punto (TL1.HY1) se traza una

lnea suponiendo una pendiente hacia la curva de equilibrio y se procede

al desarrollo del mtodo. Si al final del mtodo, la temperatura de salida

TG2 coincide con la experimental, se trabaja con la pendiente asumida, en

caso contrario se debe asumir otra pendiente y volver a desarrollar el

mtodo. La pendiente obtenida por prueba y error es de 1.93x103.

Con la pendiente calculada, se procede a trazar paralelas a la primera

lnea para conocer los valores de HYi (en la curva de equilibrio y su


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correspondiente valor de Hy en la curva de operacin. Este procedimiento

se aprecia en la Grfica N5. Se construye la Grfica N6 con estos

valores, esta grfica ser til para el clculo de la integral en la frmula

del coeficiente de pelcula.

Finalmente se calcula el flujo mnimo de aire que debe ingresar a la

columna para realizar la operacin. La forma del clculo se representa en

la Grafica N7


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VI. CONCLUSIONES

[1] El coeficiente global de transferencia de masa es de

para la primera corrida y de para la segunda corrida,

siendo estos valores muy cercanos entre s pudiendo dar un valor

promedio de .

[2] El coeficiente de pelcula calculado es de para la

primera corrida y de para la segunda corrida y de

manera similar a lo anterior se puede dar un valor promedio de

.


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VII. RECOMENDACIONES

El mantener constante la temperatura de entrada de lquido es de

suma importancia para asegurar el estado estacionario y poder realizar

a cabalidad la experiencia.


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VIII. BIBLIOGRAFIA

Geankoplis C.J., Procesos de transporte y operaciones unitarias, Continental SA de

C.V. Mxico, tercera edicin, 1998, pg. 671- 679.

Foust A.; Wenzel L., Principios de las Operaciones Unitarias, Editorial CECSA, Mxico,

1961, pg.: 426-457.

Perry, R. H., Manual del Ingeniero Qumico, Quinta edicin (segunda edicin en espaol)

Volumen I, Tomo II, Editorial Hispana Americana Mxico 1974, pg. 1225-1238, 1260.


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APENDICE: EJEMPLO DE CALCULOS

1. ELABORACION DE LA CURVA DE EQUILIBRIO AGUA AIRE

Calculo de la Humedad

Para 20C le corresponde segn la tabla de presin de vapor del

agua una presin de vapor (PA) igual a 17.535 mmHg.

Datos:

PA = Pv (20C) =17.535 mmHg

Ptotal (atmosfrica) = 756 mmHg

Luego:

Para los dems datos se procedi de la misma forma

Calculo de la entalpia (HY)

Se usa la ecuacin:

Para los dems datos se procedi de la misma forma y realiz la curva deequilibrio entalpia vs temperatura (bulbo seco).

2. ELABORACION DE LA CURVA DE OPERACIN

Corrida N1:

Para el aguaSe tienen los datos de la Tabla N3.

Entrada:


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Para un flujo volumtrico de agua: 40 L/min en el rotmetro; Se halla

la densidad del agua a la temperatura de entrada (TL2), y luego el flujo

msico de entrada L2 (kg/s):

El flujo msico para 40 L/min se obtiene al reemplazar este valor en laecuacin de calibracin del rotmetro.

Para el aireHaciendo uso de la carta psicomtrica hallamos la humedad (kg

H2O/kg AS) a la temperatura de bulbo hmedo y temperatura de bulbo

seco correspondiente, obteniendo:

Para la salida del aire se obtuvo:

Con estos valores se determinaron las entalpias del aire

Para la salida se obtiene

Finalmente se grafican los puntos (TL1, HY1) y (TL2, HY2), se ajusta con unalnea recta y se obtiene:

Y = 1.09 X + 19.55

3. CALCULO DEL FLUJO DE AIRE G (Kg/m2s)De la relacin

Tenemos:

CL = 4.187 KJ/Kg-K


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Velocidad msica del agua por unidad de rea L (Kg/m2 s)

Pendiente de lnea de operacin = 1.09 KJ/Kg-K

4. DETERMINACION DEL COEFICIENTE GLOBAL Kga

De la relacin:

Despejando Kga:

Tenemos:

Z = 1.9 m

MB (PM de aire) = 28.97 Kg/Kmol

P = 756 mmHg = 100807 Pa

G = 2.73 Kg / m2-s


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Para la integral, primero se hallan los HY y sus correspondientes H*Y para

elaborar la grfica 1/(H*Y HY) vs HY y obtenemos (Grfica N3)

TL

Hy(J/kg)

H*Y 1/(H*Y -HY)

2

6

47942 8084

3

3.04E-05

2

7

49034 8533

3

2.75E-05

2

8

50126 9002

4

2.51E-05

2

9

51218 9492

9

2.29E-05

3

0

52310 1000

56

2.09E-05

3

1

53402 1054

17

1.92E-05

3

2

54494 1110

32

1.77E-05

3

3

55586 1169

08

1.63E-05

3

4

56678 1230

61

1.51E-05

3

5

57770 1295

08

1.39E-05

3

6

58862 1362

62

1.29E-05

3

7

59954 1433

41

1.20E-05

3

8

61046 1507

66

1.11E-05

De la grafica se obtiene una curva con ecuacin:

Que no es otra cosa que:

Luego la integral queda:


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29

Reemplazando:


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5. CALCULO DEL COEFICIENTE DE PELICULA

Para determinar el coeficiente de pelcula se usa el mtodo de

Mickley. Se tiene la temperatura de entrada y salida, del aire y del aguafra respectivamente, la altura de la torre, tenemos las siguientes

relaciones:

El procedimiento consiste en graficar (Grfica N 4) el punto

correspondiente a la temperatura del aire hmedo TBS1= 17C y Hy1=

47.96 kJ/kg, se asume un valor de (que es la pendiente) y se procede

a ubicar la temperatura de salida del aire TBS2, esta debe coincidir con la

TBS2 que obtenemos en la prctica; si no concuerda, se asume otro valor de

, hasta que coincida. Luego de hallar la pendiente se procede a

desarrollar la integral , de aqu se obtiene y posteriormente

Luego de varias pruebas y error se obtuvo un valor de

obtenindose una temperatura de salida de aire TBS2 =

20.9 (cercana a 21C)

Con la pendiente hallada, se extraen datos del grfico para resolver

la integral:


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31

Hy(J/kg)

Hyi1 / (HYi -

HY)

4794259000

9.04E-05

50500635

00

7.69E-05

5400069500

6.45E-05

5750077000

5.13E-05

5900080500

4.65E-05

6104684500

4.26E-05

Graficando obtenemos la siguiente relacin: (Grfica N 6)

Esta grfica no es otra cosa que:

Al integrar esta ecuacin dentro del os limites y

Calculo de kga:

0.827


32/68


32

Calculo de hLa:

Calculo del flujo mnimo (Grfica N7)

De la grafica obtenemos:

CL = 4.187 KJ/Kg-K

L = 0.67 Kg/ s

Evaluando:

Corrida N2:

Para el agua


33/68


33

Se tienen los datos de la Tabla N3.

Entrada:Para un flujo volumtrico de agua: 55 L/min en el rotmetro; Se halla

la densidad del agua a la temperatura de entrada (TL2), y luego el flujo

msico de entrada L2 (kg/s):

El flujo msico para 55 L/min se obtiene al reemplazar este valor en la

ecuacin de calibracin del rotmetro.

Para el aireHaciendo uso de la carta psicomtrica hallamos la humedad (kg

H2O/kg AS) a la temperatura de bulbo hmedo y temperatura de bulbo

seco correspondiente, obteniendo:

Para la salida del aire se obtuvo:

Con estos valores se determinaron las entalpias del aire

Para la salida se obtiene

Finalmente se grafican los puntos (TL1, HY1) y (TL2, HY2), se ajusta con una

lnea recta y se obtiene:

Y = 2.183 X - 14.47

6. CALCULO DEL FLUJO DE AIRE G (Kg/m2s)De la relacin

Tenemos:


34/68


34

CL = 4.187 KJ/Kg-K

Velocidad msica del agua por unidad de rea L (Kg/m2 s)

Pendiente de lnea de operacin = 2.183 KJ/Kg-K


35/68


35

7. DETERMINACION DEL COEFICIENTE GLOBAL Kga

De la relacin:

Despejando Kga:

Tenemos:

Z = 1.9 m

MB (PM de aire) = 28.97 Kg/Kmol

P = 756 mmHg = 100807 Pa

G = 1.92 Kg / m2-s

Para la integral, primero se hallan los HY y sus correspondientes H*Y para

elaborar la grfica 1/(H*Y HY) vs HY y obtenemos (Grfica N9)

TL

Hy(J/kg)

H*Y1/(H*Y -

HY)28

466549002

42.31E-05

29 48837 94929 2.17E-05

30

510201000

562.04E-05

31

532031054

171.92E-05

32

553861110

321.80E-05

33

575691169

081.69E-05

3

4 59752

1230

61 1.58E-0535

619351295

081.48E-05


36/68


36

36

641181362

621.39E-05

37

663011433

411.30E-05

3

868484

1507

661.22E-05

De la grafica se obtiene una curva con ecuacin:

Que no es otra cosa que:

Luego la integral queda:

Reemplazando:

8. CALCULO DEL COEFICIENTE DE PELICULA

Para determinar el coeficiente de pelcula se usa el mtodo de

Mickley. Se tiene la temperatura de entrada y salida, del aire y del agua

fra respectivamente, la altura de la torre, tenemos las siguientes

relaciones:


37/68


37

El procedimiento consiste en graficar (Grfica N 10) el puntocorrespondiente a la temperatura del aire hmedo TBS1= 17C y Hy1=

47.96 kJ/kg, se asume un valor de (que es la pendiente) y se procede

a ubicar la temperatura de salida del aire TBS2, esta debe coincidir con la

TBS2 que obtenemos en la prctica; si no concuerda, se asume otro valor de

, hasta que coincida. Luego de hallar la pendiente se procede a

desarrollar la integral , de aqu se obtiene y posteriormente

Luego de varias pruebas y error se obtuvo un valor de

obtenindose una temperatura de salida de aire TBS2 =

23C

Con la pendiente hallada, se extraen datos del grfico para resolver

la integral:

Hy(J/kg) Hyi

1 / (HYi -HY)

4796463000

6.65E-05

5211267000

6.72E-05

5473171000

6.15E-05

5844276000

5.70E-05

61935810

00

5.25E-05

6521085500

4.93E-05


38/68


38

6848489000

4.87E-05

Graficando obtenemos la siguiente relacin: (Grfica N 12)

Esta grfica no es otra cosa que:

Al integrar esta ecuacin dentro del os limites y

Calculo de kga:

1.214

Calculo de hLa:


39/68


39

Calculo del flujo mnimo (Grfica N13)

De la grafica obtenemos:

CL = 4.187 KJ/Kg-K

L = 0.67 Kg/ s

Evaluando:


40/68


40

Porcentajes de error:

Parme

tro Corrida 1 Corrida 2

%Err

or1.9%

3.1%

8.5%

8.3%


41/68


41

Grfica N1Curva de Calibracin del Rotmetro


42/68


42


43/68


43

Grfica N2Curva de equilibrio y Curva de operacin para la Corrida N1 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)


44/68


44


45/68


45

Grfica N3

Curva versus Determinacin de la ecuacin para el clculo de la

integral utilizando coeficientes globales de transferencia de masa para la

Corrida 1.


46/68


46


47/68


47

Grfica N4

Mtodo de Mickley para calcular el coeficiente de pelcula para la corrida 1


48/68


48

Grfica N5


49/68


49

Lectura de los valores de utilizados en el clculo de la integral para calcular el coeficiente de pelcula para

la corrida 1


50/68


50


51/68


51

Grfica N6


integral utilizando coeficientes de pelcula para la Corrida 1.


52/68


52


53/68


53

Grfica N7

Determinacin del Flujo de mnimo de aire Corrida N1 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)


54/68


54


55/68


55

Grfica N8Curva de equilibrio y Curva de operacin para la Corrida N2 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)


56/68


56


57/68


57

Grfica N9


integral utilizando coeficientes globales de transferencia de masa para la

Corrida 2.


58/68


58


59/68


59

Grfica N10


60/68


60

Mtodo de Mickley para calcular el coeficiente de pelcula para la corrida 2


61/68


61

Grfica N11


62/68


62

Lectura de los valores de utilizados en el clculo de la integral para calcular el coeficiente de pelcula para

la corrida 2


63/68


63


64/68


64

Grfica N12


integral utilizando coeficientes de pelcula para la Corrida 2.


65/68


65


66/68


66

Grfica N13

Determinacin del Flujo de mnimo de aire Corrida N2 Hy (KJ/Kg) versus Temperatura (C)


67/68


67


68/68


68

Documents

Informe - Torre de Enfriamiento 1