Técnicas separación sólido-líquido

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CASO II: OPERACIONES DE INTERACCIÓN AIRE-AGUA
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CASO PRÁCTICO A RESOLVER

a) La temperatura de la superficie exterior de una vaso que contiene un refresco es de 3ºC. Si la temperatura de la habitación es de 22ºC y su humedad relativa del 55%, ¿se observará condensación de agua sobre la superficie del vaso? En caso afirmativo, ¿apartir de qué valor de humedad se evitaría dicha condensación?.
b) En una torre de refrigeración que funciona a presión atmosférica y en contracorriente, se ponen en contacto 2200Kg/h de aire con 1000L/h de agua a 38ºC. El aire empleado proviene de una mezcla de dos corrientes: 540Kg/h de una corriente A que tiene una temperatura de 28ºC y una temperatura de bulbo húmedo de 17ºC y 460 Kg/h deuna corriente B que está a 10ºC y tiene un 35% de humedad relativa.
Calcular:
i. La temperatura del agua a la salida de la torre
ii. La característica termodinámica de la torre (KaV/L).
DATOS: Temperatura húmeda del aire a la salida de la torre: 28ºC.
Curva de operación del agua: iGS= 69,26-3,6897ts+0,1551ts2(iGS en kJ/kg)

CONDENSACIÓN
El primer apartado del caso planteauna posible condensación sobre la superficie de una vaso que está a una temperatura de 3ºC, sabiendo que la temperatura de la habitación es de 22ºC y su humedad relativa es del 55%.
La humedad relativa es la relación entre la presión de vapor en un instante dado con respecto a la presión de saturación a esa misma temperatura, es decir;
φ=PvPs·100
Sabiendo que la temperatura de saturación delambiente es 22ºC, al carecer de una medida directa de la presión de saturación para 22ºC, se efectuará una interpolación entre los valores de Ps para 20ºC y 25ºC.
Tabla [ 1 ]. Datos obtenidos de la tabla I del apéndice.
P (bar) | T(ºC) |
0,02339 | 20 |
0,03169 | 25 |

La interpolación se lleva a cabo tal y como se muestra a continuación:
25-2225-20=0,03169-x0,03196-0,02339
Se obtienepor tanto una presión de saturación a 22ºC de Ps=0,02671 bar. Utilizando la ecuación de la humedad relativa se puede obtener la presión de vapor y comparándola finalmente con la Ps del vaso se podrá determinar si se produce la condensación o no, por tanto:
Pv=0,55·Ps100=0,55·0,02671100=0,0146 bar
Para obtener la presión de saturación en función de la temperatura del vaso, se procede interpolandoentre los valores de la tabla I y equivale a Ps= 0,00767 bar.
Como la Pv del ambiente es mayor que la del vaso, si que se efectuará la condensación.
Pv(22ºC) = 0,0146 bar > Ps (3ºC)=0,007767 bar
Para evitar la condensación la Pv tendría que ser menor o igual que la Ps. No obstante para simplificar los cálculos se partirá de la siguiente igualdad,
Pv(22ºC)=Ps(3ºC)=0,00767 bar
Así sepuede determinar la cantidad de humedad relativa máxima antes de que comience la condensación,
φ=0,007670,02671·100=28,71%
TORRE DE REFRIGERACIÓN

Se plantea la torre de refrigeración a presión atmosférica y a contracorriente con las siguientes características:

Ilustración [ 1 ]: Esquema de la torre de refrigeración.
A su vez el aire proviene de una mezcla de dos corrientes:
* CorrienteA
540 kg/h
Tª de 28ºC
TWA=17ºC
* Corriente B
460 kg/h
Tª de 10ºC
γ=35%
También es conocida la curva de operación del agua:
iGS= 69,26-3,6897ts+0,1551ts2(iGS en kJ/kg)

i. Calcular la temperatura del agua a la salida de la torre (T2).
En primer lugar, para la corriente A, se tiene conocimiento de los datos, por tanto:
540 kg/h
Tª de 28ºC
TWA=17ºC
Con ayuda de la siguienteexpresión, se obtiene el valor de la temperatura húmeda:
PW-PV = 0.5 (t-tW) [1]
t = 28ºC
tw = 17ºC
Se puede obtener el valor de PW mediante interpolación en las tablas de vapor saturado.
De este modo:
Tabla [ 2 ]:
P (bar) | T(ºC) |
0.03169 | 25 |
PW | 28 |
0.04246 | 30 |

PW = 0.038152 bar = 28.99 mmHg
Se sustituye en la ecuación [1] y se llega al siguiente resultado:
PV =...