8/12/2019 Humidificacion Adiabatica_ Leo

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INTRODUCCINEn el presente informe se plantea la importancia que tiene la humidificacin adiabtica, ya

que generalmente, este proceso se lleva a cabo en algn tipo de torre empacada, a menudo con

flujo a contracorriente del gas y del lquido. A continuacin se analiza, la operacin de

humidificacin adiabtica, as como la relacin de esta con el funcionamiento de una torre de

enfriamiento, a partir de los cambios de humedad y temperaturas, para lo cual se tiene comoobjetivo calcular el nmero de unidades de transferencia, la altura de la unidad de transferencia,

los coeficientes de transferencia de masa y calor y la eficiencia de Murphree durante la

humidificacin del aire.

Y as con esta prctica conocer el funcionamiento de los equipos, en este caso de la torre de

enfriamiento en relacin de la curva de operacin y curva de equilibrio.

GENERALIDADESEn la humidificacin o deshumidificacin la fase lquida es un lquido puro que slo contiene un

componente, mientras que la gaseosa contiene dos o ms, segn el sentido de la transferencia;

por ejemplo, el contacto entre aire seco y agua lquida da como resultado la evaporacin de partedel agua al aire (humidificacin del aire) que es lo que se pretende realizar en el equipo con el

establecimiento de diversos flujos de agua, recirculando continuamente, y mantenido un flujo de

aire constante, se espera alcanzar el estado estacionario donde la temperatura del aire es la

misma que la del agua, y el aire de salida est saturado a esta temperatura. Si hacemos un balance

global de energa alrededor del proceso (Q = 0), podemos obtener la ecuacin para el

enfriamiento adiabtico del aire.

Las torres de enfriamiento tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporizacin

parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire

seco y fro que circula por el mismo aparato. Las torres pueden ser de muchos tipos, sin embargo

el enfoque se centra en un equipo de costo inicial bajo y de costo de operacin tambin reducido.

Con frecuencia la armazn y el empaque interno son de madera. Es comn la impregnacin de la

manera, bajo presin con fungicidas. Generalmente el entablado de los costados de la torre es de

pino, polister reforzado con vidrio, o cemento de asbesto.

Existen 2 tipos de torres los cuales son:

Torres en contraflujo: Son aquellas en las cuales el aire circula en direccin contraria al flujo de

agua, en la torres el agua siempre circulara de arriba hacia abajo, por comodidad, y el aire debe

circular desde la parte de abajo hacia la parte superior de la misma. Estas pueden ser de tipo

forzado o inducido. Estas son ms trmicamente ms eficientes que las de flujo cruzado.

Flujo cruzado. En este otro tipo de torres el flujo de agua fluye de arriba hacia abajo al igual que la

de contra flujo pero el aire fluye de manera horizontal, de un lado de la torre hacia otro. De igual

forma, pueden ser de tipo forzado o de tiro inducido. El diseo de estas torres reduce la

resistencia al paso del flujo de aire reduciendo el gasto de energa de los ventiladores.

OBJETIVOS Aplicar los conocimientos de transferencia de masa para dar solucin al problema

experimental

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PROBLEMA EXPERIMENTALLlevar a cabo la humidificacin del aire en la torre de enfriamiento instalada en el LEM a diferentes

flujos y determinar los coeficientes de transferencia de masa y calor y la eficiencia de Murphree.

Equipo

Torre de enfriamiento de flujo cruzado instalada en LEM de I.Q

Servicios Aire comprimido Energa Elctrica Agua

Material 1 anemmetro 2 termmetros

Descripcin del equipoTorre de enfriamiento de flujo cruzado, con una altura de lecho de empacado de 84cm y 53cm de

ancho. Para lo cual se procedi a hacer lo siguiente.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL1. Revisar las lneas de servicio.2. Poner a funcionar el ventilador de la torre de enfriamiento.3. Tomar la temperatura de bulbo seco y hmedo en forma radial en el ventilador,

adems de tomas las velocidades radiales en el ventilador.

4. Hacer circular agua en la torre de enfriamiento a un flujo determinado, he ir tomandola temperatura de bulbo seco y bulbo hmedo en el ventilador de la torre de

enfriamiento cuando las temperaturas de entrada y de salida del agua se estabilicen.5. Realizar el paso anterior con 3 flujos diferentes.6. Hay que tomar en cuenta la reposicin del agua en el sistema para evitar la

incrustacin de sales, las cuales reducen el rea de transferencia de masa.

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RESULTADOS

Tabla 1. Datos experimentales

Agua Aire entrada Aire salida

Tent (C) Tsal (C) Tbs (C) Tbh (C) Tbs (C) Tbh (C)

Aire Seco 24 14 20 15

5 G.P.M 16 15 24 14 18 16

7 G.P.M 16 14 24 14 18 15

Tabla 2. Velocidades

5 G.P.M 7 G.P.M

radio (cm) v (m/s) v (m/s)

5.5 1.1 1.1

10.5 1 1

15.6 3.3 2.5

20.7 5.9 5.3

25.5 6.5 6.6

ANALISIS DE RESULTADOSTabla 3. . Datos de temperatura y Humedad tomados de la carta psicomtrica

Lnea de Equilibrio Lnea de Operacin SaturacinAdiabtica

T(C)

Y' (Kg agua/Kg aire) T(C)

Y' (Kg agua/Kg aire) T(C)

Y' (Kg agua/Kg aire) Tsa(C) Y'sa

10 0.01 24 0.01 20 0.018

15 0.014 24 0.01 18 0.016 17 0.01720 0.019 24 0.01 18 0.012 14 0.013

25 0.026

30 0.036

Con estos datos obtenidos de la carta psicomtrica, se pudo representar grficamente

nuestras corridas elaboradas.

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0 5 10 15 20 25 30 35

Y's(Kg

agua/kg

aire

sec

o)

T (C)

Lneas de Operacin y Equilibrio

Linea de Equilibrio

Empaque seco

5 G.P.M

7 G.P.M

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A0, An= Area [m2]

Por lo tanto:

Vpromedio=((6.5*(3.1416*((25.5^2)-(20.7^2))))+(5.9*(3.1416*((20.7^2)-(15.6^2))))+

(3.3*(3.1416*((15.6^2) -(10.5^2))))+ (1*(3.1416*((10.5^2)-

(5.5^2))))+(1.1*(3.1416*((5.5^2)-(0^2)))))/(3.1416*(25.5^2))=4.7462 m/s

Para determinar la densidad del aire a las condiciones de trabajo tenemos que:

*

+

Donde:

P= a la presin atmosfrica en lb/in2

= temperatura del aireAs mismo es requerido el clculo de la masa velocidad del aire hmedo se calcula con lasiguiente frmula:

G= VpromedioG= (0.9177Kg/m

3)*(4.7462m/s) =4.3560Kg/m

2s

Con ayuda del grafico se pueden obtener las Y de entrada y de salida:

Teniendo que Yentrada= 0.01

Por lo tanto se puede calcular la masa velocidad de aire seco:

Para determinar el agua evaporada en el sistema utilizamos la siguiente formula.

Donde

E= agua evaporada Gs= flujo msico del aire A=rea del lecho empacado=(0.54m*0.87m)= 0.4698 m2 Ysal.,Yent.= Entalpias de salida y de entrada del aire respectivamente

La fuerza impulsora en la humidificacin del aire es la diferencia de humedades absolutas: Para determinar el nmero de unidades de transferencia de masa (NtG):

La Yas se refiere a la interseccin de la lnea de operacin con la lnea de de equilibrio.

Altura de unidad de transferencia (HG):

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Donde z=0.84m

Coeficiente volumtrico de transferencia de masa.

Coeficiente volumtrico de transferencia de calor.

( )

Cs a 24 C= [1005 + 1884 Y = 1005 + 1884 (0.01)]/1000 = 1.023 KJ/Kg aire

La eficiencia de Murphree es la siguiente:

La entalpia de entrada es:

( ) La entalpia de salida es:

( )

Conclusiones

El proceso de enfriamiento se lleva cabo e una manera ms eficiente a medida que

trabamos con flujos de agua ms pequeos. Se comprob que la torre funciona de

manera eficaz, y se pudo corroborar al comparar las curvas de operacin con la curva de

equilibrio, ya que observamos en todas las lneas de operacin una distancia aceptable.

En este proceso de humidificacin el aire se enfra por lo que, adems de la transferencia

de masa, tambin se lleva a cabo una transferencia de calor necesaria para que el agua se

evapore y pueda humedecer al aire. La fuerza impulsora fue dada por la diferencia de

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humedades, siendo estas que al variar dieron la capacidad de que se diera la transferencia

de masa.

Al incrementar el flujo de agua nos dimos cuenta que la temperatura de bulbo hmedo

mayor cedi en el mayor flujo lo que se dice que la temperatura de saturacin del aire es

igual a la temperatura de bulbo hmedo ya que eso indica que el aire ya no puede aceptar

ms vapor de agua porque est totalmente saturado.En conclusin todas las propiedades aumentan con el incremento del flujo del agua y

entre mayor sea este flujo mayor es la humidificacin del aire.

Bibliografa

Treybal R.E. Operaciones de trasferencia de masa Mc Graw-Hill 2 edicinMxico 1998

Donal Q. Kern Procesos de transferencia de calor Mc Graw-Hill 13edicin Mxico 1965