UNEFM. UNIVERSIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL DEL ESTADO FALCÓN. APRENDIZAJE DIALÓGICO INTERACTIVO (ADI).E-MAIL: FERNANDEZYOLY@HOTMAIL.COM- OPERACIONES UNITARIAS III.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA”

AREA DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA

UNIDAD CURRICULAR: OPERACIONES UNITARIAS III PROFESOR: ING. YOLIMAR FERNÁNDEZ DE JIMÉNEZ

EJERCICIOS DE APLICACIÓN DE HUMIDIFICACIÓN – TORRES DE

ENFRIAMIENTO Ejemplo n° 1: Una torre de enfriamiento de desplazamiento inducida a contracorriente opera con las temperaturas de entradas y salida de agua de 105 y 85°F respectivamente, cuando el aire tiene unas temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo respectivamente de 90 y 76°F. La torre tiene un relleno de plástico apilado de 4ft, y las velocidades de flujo son GS= 2000 Lb/h.ft2 y LS= 2200 Lb/h.ft2. Determine el número de unidades de transferencia, la altura de la unidad de transferencia con base a la fuerza impulsora de la fase gaseosa global. Solución:

A partir de la carta psicrométrica (McCabe) se determina la humedad y el calor húmedo de

entrada.

aireLbaguaLbY /017.0

%55HR

FLbBtuCS ./248.0

LbBtuHHYTbScH GGSG /7.32)017.0(1075)3290(248.0.)32.( 111

LS= 2200 Lb/h.ft2 TL2 = 105°F

GS= 2000 Lb/h.ft2 TbS =90°F TbH = 76°F

HG1

TL1 =85°F

HG2 =?

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La curva de equilibrio para este sistema es la siguiente:

Aplicando la ecuación de diseño: 12!2 ... GGSLLpLS HHGTTCL , donde CPL=1Btu/Lb.°F

Despejando a HG2 de la ecuaciónse tiene:

LbBtuHHH

GTTCL

H GGGS

LLPLSG /7.547.32

2000)85105).(0.1.(2200..

22112

2

Con este valor y los puntos TL2= 105°F, TL1= 85°F y HG1 = 32.7 Btu/Lb se grafican en la figura

anterior como los puntos finales de la línea de operación, quedando dibujado de la siguiente

manera:

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140

Enta

lpía

del

air

e H

GBt

u/Lb

Temperatura del agua TL °F

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150

Enta

lpía

del

air

e H

G B

tu/L

b

Temperatura del agua TL °F

Curva de equilibrio

Recta de operación

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Con respecto al número de unidades de transferencia

2

1

'

H

HTOG HH

dHN como hay que

resolver esta integral se debe utilizar el método de Simpson el cual es:

nparesimpares ffffhA 243 0

Para mejor apreciación se realiza una tabla como la siguiente, donde los valores de H* y H’ son

tomados de la gráfica anterior.

TL (°F) H* (Btu/Lb) H’ (Btu/Lb) 1/H*-H’

85 41.5 32.7 0.1136

95 55.5 43.7 0.0847

105 73 54.7 0.0546

Aplicando Simpson: 29.00546.00847.041136.0

31/5.41/73

TOGTOG NNA

Por tanto HTOG,

ftHHN

ZH TOGTOGTOG

TOG 7.1329.04

La temperatura de aproximación es 85-76 = 9°F

Ejemplo n° 2: Se debe calcular la altura de relleno requerida para una torre de enfriamiento de 10ft de diámetro que debe enfriar 50000 Lb/h de agua proveniente de un economizador; el agua de entrada a la torre a 120°F y debe ser enfriada hasta 80°F, mediante aire de ambiente de TBS=70°F y TBH=60°F, la torre trabajará con un flujo de aire igual a 2 veces el mínimo, considere que el coeficiente global de transferencia de materia para el relleno es Kya = 1525 Lb/h.ft Solución:

LS= 50000 Lb/h TL2 = 120°F

GS =Lb/h TbS =70°F TbH = 60°F

HG1

TL1 =80°F

HG2

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A partir de la carta psicrométrica (Treybal) se determina la humedad y la entalpía de entrada:

aireLbaguaLbY /009.0

Calculando la entalpía mediante esta ecuación: YTYH .2.107532..455.024.0

LbBtuHH GG /19)009.0(2.1075)3270(009.0.455.024.0 11

La curva de equilibrio para este sistema es la siguiente:

Para obtener Gmin debo hacer lo siguiente en la gráfica:

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140

Enta

lpía

del

air

e H

GB

tu/L

b

Temperatura del agua TL °F

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140

Enta

lpía

del

air

e H

G B

tu/L

b

Temperatura del agua TL °F

Curva de equilibrio

Recta para obtener Gmin

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hLbG

HHTTCL

GGG

LLpLS /45,22099195,109

80120).0.1.(50000..min

12

!2min

hLbGxG OpOp /9,4419845,220992

Despejando a HG2 de la ecuación de diseño:

LbBtuHHH

GTTCL

H GGGOP

LLPLSG /25,6419

9,44198)80120).(0.1.(50000..

22112

2

Quedando la recta de operación en el grafico así:

Para calcular la altura de la torre se tiene la ecuación: TOGTOG NHZ .

Como ftHfthLbhbL

KyaG

H TOGS

TOG 29../1525/9,44198

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 20 40 60 80 100 120 140

Enta

lpía

del

air

e H

G B

tu/L

b

Temperatura del agua TL °F

Curva de equilibrio

Recta de operación

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Con respecto al número de unidades de transferencia

2

1

'

H

HTOG HH

dHN como hay que

resolver esta integral se debe utilizar el método de Simpson el cual es:

nparesimpares ffffhA 243 0

Para mejor apreciación se realiza una tabla como la siguiente, donde los valores de H* y H’ son

tomados de la gráfica anterior.

TL (°F) H* (Btu/Lb) H’ (Btu/Lb) 1/H*-H’

80 37 19 0.0556

85 41.8 23.5 0.0546

90 49 30 0.0526

100 64.5 40.5 0.04167

110 84 51.5 0.0308

120 108 62 0.0217

Aplicando Simpson:

98.20217.00308.00526.0204167.00546.040556.03

5/37/108 TOGTOG NNA

Por tanto:

ftZftxZ 42.8629.98.2