ciencia

MECANISMO DE INTERACCIÓN DEL AGUA Y
DEL AIRE
PERFILES
Condiciones en un humidificador
constante del líquido

adiabático. Temperatura

TG Temperatura

Agua

Aire

Temperatura
Constante
T = Ti

Calor latente

Ti

Calor Latente
H2O vapor
Calor sensible

MECANISMO DE INTERACCIÓN DEL
AGUA Y DEL AIRE
PERFILES
Condiciones en un deshumidificador
TG
YG humedad

Agua

TLTi

Yi
Calor sensible

Aire
H2O vapor
Calor latente
Calor sensible

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MECANISMO DE INTERACCIÓN DEL
AGUA Y DEL AIRE
PERFILES
Condiciones en la parte superior de una torre de enfriamiento

TL

Yi Aire

Agua

YG humedad
Ti
TG
H2O vapor

Calor
sensible

Calor latente
Calor
sensible

MECANISMO DE INTERACCIÓN DEL
AGUA Y DEL AIRE
PERFILES
Condiciones en la parteinferior de una torre de enfriamiento
Yi

Agua

Aire
YG humedad
H2O vapor
Calor sensible
Calor latente

Calor sensible

Temperatura TG
TL
Ti

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TEORIA DE LAS TORRES DE
ENFRIAMIENTO

TEORIA DE LAS TORRES DE
ENFRIAMIENTO

3

Balances de materia y energía
AGUA CALIENTE
L ,H
2

G‘2, Y2, Hv2, G2

L2

AIRE MAS
HUMEDO

AGUA
CALIENTE

Altura de

Areatransversal de
flujo S

Relleno
Diferencial dZ

L1, HL1

AGUA
FRIA

AIRE
PARCIALMENTE
SECO
G‘1, Y1, Hv1, G1

Balances de materia y energía
Donde la nomenclatura es la siguiente:
G‘: Flujo másico de gas seco
L: Fujo másico de líquido
Y: Humedad en masa de agua/masa de aire seco
H: entalpía de la fase gaseosa
Subindices: 1 fondo de la torre, 2: tope de la torre
S: Area trnsversal deflujo
a: área interfacial de transferencia por volumen de torre
A: superficie interfacial

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Balances de materia y energía
Donde la nomenclatura es la siguiente:
G‘: Flujo másico de gas seco
L: Fujo másico de líquido
Y: Humedad en masa de agua/masa de aire seco
H: entalpía de la fase gaseosa
Subindices: 1 fondo de la torre, 2: tope de la torre
S: Area trnsversal de flujo
a: áreainterfacial de transferencia por volumen de torre
A: superficie interfacial

Balances de materia y energía: Linea de
Operación
Haciendo un balance global en la columna:
L2 – L1 = G‘(Y2-Y1)
Balance global de entalpía:
L2HL2 + G‘H1 + q = L1HL1 + G‘H2
Para la altura diferencial de la columna dZ los balances quedan:
Masa:
G‘dY = dL
Energía con q= 0
G‘dH = d(LHL)
Las magnitudes del calorespecífico cs y del calor de vaporización del agua
muestran que solamente una pequeña fracción del agua se evapora durante
el enfriamiento, de hecho por cada 10ºF de enfriamiento se evapora 1% de
agua, por lo tanto la variación del cpLíquido es pequeña, asi:
d(LHL)=LcLdTL
Donde L = (L1+L2)/2

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Balances de materia y energía: Línea de
Operación
Integrando la ecuación anterior sobre latorre queda:
H2

G ´ ∫ dH =
H1

T L2

∫ Lc

T L1

L

dT L

(

G ´(H 2 − H 1 ) = Lc L T L 2 − T L1

)

H 2 − H 1 Lc L
=
T L 2 − T L1
G´
Esta ecuación define la linea de operación para la torre en un diagrama H
vs TL

Balances de materia y energía: Desarrollo
de la Ecuación de Diseño
Para el cambio de entalpía en la fase gaseosa la expresión en términos de
temperaturaes rigurosa si el calor húmedo es constante:

G´(dH ) = G´d (cs (TG − To) + Yλo ) = G´cs dTG + G´λo

Es decir, un término de calor sensible y un término de calor latente.
El calor sensible se transfiere de la interface a la masa de mezcla gas vapor a la
velocidad de:

G ´ c s dT G = h G a ( T i − T G ) SdZ

La transferencia de calor latente en la fase gaseosa:

G ´ λ o dY = λ o k Y a (Y i − Y ) SdZ
Sustituyendo ambos términos en la ecuación inicial:

G´
(dH ) = G´hG a(Ti − TG )dZ + λo kY (Yi − Y )dZ
S

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Balances de materia y energía: Desarrollo
de la Ecuación de Diseño

Separando kYa de la derecha de la ecuación y designando el término hGa = r donde r
kya
es la relación psicrométrica queda:

G´
(dH ) = kY a[c s r (Ti + λoYi ) − (c s rTG + λoY )]dZ
S...