Operaciones Unitarias Ii Humidificacion

!!INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO

INGENIERÍA QUÍMICA
MATERIA
OPERACIONES
UNITARIAS II
EXÁMEN DE REGULARIZACIÓN HUMIDIFICACIÓN
UNIDAD IV

ALUMNO
PETERS MORENO MARIO ALONSO 08041044

DOCENTE
Ing. Eduardo Porras Bolívar

FECHA DE ENTREGA
15 DE NOVIEMBRE DEL 2011
EXAMEN HUMIDIFICACIÓN.
En una torre de enfriamiento de agua se tratan 100 m3/h de agua que entran a 42°C y se enfrían hasta 25°C. Por la parte inferior de la torre entra el aire a 20 °C con humedad relativa del 50% y sale por la parte superior a 36 °C con humedad relativa del 90%. Siendo el valor del coeficiente hLα=200 Kcal/m3∙h∙℃. Calcular:
a) Caudal de entrada del aire, m3/h
b) Cantidad de agua evaporada, Kg/h
c) Volumen de la torre
d) Valor del coeficiente kyα
Aire @ T=20°CAgua @ 42°C
100 m3/h
Agua @ 25°C
Aire @ T=36 °C

SOLUCIÓN
a) Para calcular el caudal de entrada del aire, primeramente es necesario calcular la humedad absoluta a la entrada y a la salida
Y=MvMg∙φpv*P-φpv*
Donde Mv y Mg son el peso molecular del vapor de agua y el aire respectivamente y P es la presión atmosférica en mm Hg
Siendo Y1 las condiciones de entrada del aire @ T=20℃,pv*=17.5 mm Hg y φ1=0.50.
Y=MvMg∙φpv*P-φpv*
Y1=18290.50*17.5760-0.5*17.5=0.00722
Y1=0.00722Kg de vaporKg Aire Seco
Calcular Y2 a las condiciones de salida de la torre @ T=36℃, pv*=44.56 mm Hg y φ2=0.90.
Y2=18290.90*44.56760-0.9*44.56=0.03457
Y2=0.03457Kg de vaporKg Aire Seco

Si el balance de masa en una torre de enfriamiento es
dL=GdY
L2-L1=GY2-Y1
Donde L2 y L1 son los Kg/hde agua a la entrada y salida de la torre de enfriamiento.
ρagua@ 42℃=991.3Kgm3
(Referencia: transferencia de calor y masa, Yunus Cengel)

Si el flujo volumétrico de agua a la entrada de la torre es de 100 m3/h entonces el flujo másico a la entrada es:
L2=100*ρ=100*991.3=99130 Kgh
Para calcular L1 se considera que por cada 10 °C grados de descenso de temperatura se evapora un 2% deagua. Si en total el agua disminuye 42-25=17℃, entonces la cantidad evaporada de agua es: 3.4%.
10-2%17-x x=3.4%
El agua a la salida es el agua de entrada menos la cantidad evaporada:
L1=99130-0.034*99130=95759.55Kgh

Despejando G de la ecuación del balance de masa
L2-L1=GY2-Y1 ∴G=L2-L1Y2-Y1
G=99130-95759.580.03457-0.00722=123232.90Kgh
Para determinar el flujo volumétrico, esnecesario conocer el volumen específico a la entrada de la torre (T=293.15 K, P=760 mm Hg)
V=1Mg+YMvRTP
Donde Mv y Mg son el peso molecular del vapor de agua y el aire respectivamente. R es la constante universal 62.36 m3∙mm HgKmol∙K y P es la presión atmosférica en mm Hg
V=129+0.0072218∙62.36293.15760
V=0.839m3Kg
Para calcular el flujo volumétrico: G*V
123232.90*0.839=103392.40 m3h
Elcaudal de aire a la entrada de la columna es de 103392.40 m3h

b) La cantidad de agua evaporada.
Si el agua disminuye un total de 17 °C desde la entrada hasta la salida de la torre y asumiendo que por cada 10 °C en la disminución de la temperatura del agua se evapora un 2% de esta, entonces la cantidad de agua evaporada es del 3.4% para la disminución de 17 °C (todo con respecto a laalimentación de agua).
Cantidad de agua evaporada: 0.034*L2=0.034*99130=3370 Kg/h

c) Calcular el valor del coeficiente kyα
Considerando que:
Ht=Gchcα
* Asumiendo 1 m2 de sección transversal y que para calcular el calor específico del aire a una temperatura promedio (entrada y salida) y a una humedad promedio:
c=(Cp)g+(Cp)vY
Tprom=20+362=28
Yprom=0.00722+0.034572=0.02089 Kg devaporKg Aire Seco
Yprom=0.02089 Kg de vaporKg Aire Seco
c=0.02405+0.02089*0.998=0.2405 KcalKg ℃
(Capacidades caloríficas para el aire y agua: Referencia Transferencia de calor y masa, Yunus Cengel)
c=0.2405 KcalKg ℃
G=123232.91=123232.9 Kgh∙m2
Ht=Gchcα=12323.9*0.2405200=148.18 m2
Análisis dimensional
Ht=Gchcα=Kgh∙m2KcalKg ℃m3∙h∙℃Kcal=m
Ht=148.18 m2
Para calcular kyα...