AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIN

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE INGENIERIA DE MINASESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

CURSO: LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA IIDOCENTE: ING. GUIDO R. TICONA OLARTETEMA : INFORME DE PRCTICA DE LABORATORIO

INTEGRANTES: GODOS CHUMACERO INDIRA SILUPU SANDOVAL TANIA GUTIERREZ SANCHEZ ELSA CAROLINA MANAYAY SANCHEZ YOLANDA CALDERON CORNEJO WILFREDO

CICLO: 2015-IFECHA DE EJECUCIN: 14/05/2015FECHA DE ENTREGA : 21/05/2015PRCTICA N 04:

ENFRIAMIENTO DE AGUA POR EVAPORACION(HUMIDIFICACIN)

I. OBJETIVOS

1.1 Objetivos generales: Conocer los principios bsicos de los procesos de enfriamiento del agua, utilizando una torre de enfriamiento.1.2 Objetivos especficos: Determinar la variacin de flujo del agua (L) Determinar el flujo del aire (G) Calcular el coeficiente de transferencia de masa Evaluar el enfriamiento experimental a diferentes flujos de aire y agua.

II. FUNDAMENTO TERICOHUMIDIFICACINNormalmente al hablar de humidificacin se hace referencia al estudio de mezclas de aire y vapor de agua; en lo que sigue consideraremos aplicables a cualquier tipo de mezclas construidas por un gas y un vapor las ecuaciones que indicamos a continuacin.Suponiendo que el comportamiento de la mezcla cumple con las leyes de los gases ideales, la presin total ejercida por la mezcla ser igual a la suma de la presin parcial del gas y de la presin parcial del vapor; o sea

En estas condiciones la fraccin molar del vapor es

Es decir, la fraccin molar es igual a la composicin en volumen.

ENFRIAMIENTO Y HUMIDIFICACINEste proceso se ha mencionado anteriormente y recibe el nombre de enfriamiento evaporativo. El agua se roca en la corriente de aire, algo de agua evaporada incrementa el contenido de vapor de agua en el aire. El agua no evaporada se recircula continuamente y adems no se adiciona al proceso calor externo.Si la Tbs del aire se mide a la entrada y salida de la unidad de acondicionamiento, se observa que la temperatura de salida es ms baja que la de la entrada in una fuente eterna de enfriamiento. Esto indica que el calor sensible fue cedido por el aireEsto es debido a que la evaporacin del agua requiere calor latente, el cual se obtiene del aire disminuyendo su temperatura.El proceso de enfriamiento evaporativo e realiza a entalpa constante, ya que no se adiciona o se extrae calor de la mezcla gas-vapor. El calor sensible decrece y el latente aumenta en la misma medida. El proceso en donde no hay un cambio en el contenido total de calor se llama adiabtico.Losprocesosde enfriamiento delaguase cuentan entre los ms antiguos que se conocen. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque.Elprocesode transferencia decalorcomprende:1. La transferencia de calor latente debido a la evaporacin de una porcin pequea de agua.2. La transferencia de calor sensible debido a la diferencia detemperaturaentreel aguay elaire.La posible eliminacin terica de calor por libra de aire circulado en una torre de enfriamiento depende de la temperatura y el contenido de humedad del aire. La temperatura de bulbo hmedo es un indicador del contenido de humedad del aire. Por tanto, esta es la temperatura terica ms baja a la que puede enfriarse el agua.

Generalidades de torres de enfriamiento de agua.Lastorres de enfriamientoson equipos que se usan para enfriar agua en grandes volmenes porque, son el medio ms econmico para hacerlo, si se compara con otros equipos de enfriamiento como los cambiadores de calor donde el enfriamiento ocurre a travs de una pared.En el interior de las torres se monta un empaque con el propsito de aumentar la superficie de contacto entre el agua caliente y el aire que la enfra.En las torres se colocan deflectores o eliminadores de niebla que atrapan las gotas de agua que fluyen con la corriente de aire hacia la salida de la torre, con el objeto de disminuir la posible prdida de agua.El agua se introduce por el domo de la torre por medio de vertederos o por boquillas para distribuir el agua en la mayor superficie posible.

El enfriamiento ocurre cuando el agua, al caer a travs de la torre, se pone en contacto directo con una corriente de aire que fluye acontracorrienteo a flujo cruzado, con una temperatura de bulbo hmedo inferior a la temperatura del agua caliente, en estas condiciones, el agua se enfra por transferencia de masa (evaporacin ) y por transferencia de calor sensible y latente del agua al aire, lo anterior origina que la temperatura del aire y su humedad aumenten y que la temperatura del agua descienda; la temperatura lmite de enfriamiento del agua es la temperatura debulbo hmedodel aire a la entrada de la torre.Se recomienda el tratamiento del agua a enfriar, agregando lcalis, algicidas, bactericidas y floculantes; y, realizar un anlisis peridico tanto de dureza como de iones cloro ya que stos iones son causantes de las incrustaciones y de la corrosin en los elementos de la torre.Laevaporacincomo causa deenfriamiento.El enfriamiento de agua en una torre tiene su fundamento en el fenmeno de evaporacin.La evaporacin es el paso de un lquido al estado de vapor y solo se realiza en la superficie libre de un lquido, un ejemplo es la evaporacin del agua de los mares.Cuando el agua se evapora sin recibir calor del exterior es necesario que tome de s misma el calor que necesita, esto origina que el agua se enfre y por lo tanto que su temperatura disminuya.Dentro de las operaciones de humidificacin se encuentran:a) Enfriamiento de un gas caliente.b) Enfriamiento del agua por evaporacin.c) Humidificacin del aire.d) Deshumidificacion del aire.En estas operaciones se producen transferencia de materia entre fase liquida pura y un gas permanente que es insoluble en el lquido, durante el proceso o hay mucho condicionamiento entre la transmisin de calor y la transferencia de maza .el proceso b, es ms conocido por ser de mucha aplicacin en las industrias, sobre todo cuando se trata de recuperar agua a bajas temperaturas.En b, el agua se enfra por evaporacin a costa de su propia energa, habiendo la trasmisin de calor sensible al aire cuando tiene una temperatura menor. Cuando aumenta la temperatura del aire, aumenta u humedad desciende la temperatura del agua. Por cada 10C de enfriamiento del agua se produce una evaporacin del 2% aproximadamente.Se pueden distinguir tres tipos de sistemas de enfriamiento: Sin recirculacin (o de pazo): agua tomada de una fuente trmica enorme (de temperatura estable, rio. Lago), la que es descargada luego de ser usada hacia la fuente de origen .en general, no se realiza tratamiento (gran costo y problemas de contaminacin).lo nico que se hace es bajar la temperatura (no ms de 10 F) lo que se logra usando grandes caudales. Con recirculacin en circuito abierto: se recircula el agua de enfriamiento extrayndose el calor absorbido por contacto directo con el aire atmosfrico (transferencia de calor) y por evaporacin (transferencia de maza), generalmente en torres de enfriamiento. Con recirculacin en circuito cerrado: el calor absorbido se extrae en un intercambiador de calor, donde no hay contacto directo con el refrigerante. El agua de torre va por tubos pues es la ms incrusta y lo tubos son de ms fcil acceso.Parmetros del circuito de enfriamiento

Recirculacin(R).- Es el caudal de agua que recircula por el circuito, dando servicio de enfriamiento esperado.Reposicin (M).- Es el caudal de agua nueva que se debe agregar al circuito para reponer laz salidas del mismo (evaporacin arrastre y purga).Procedimiento para el arranque inicial de la torre de tiro forzado:1.- llene el estanque de agua fra y el sistema de circulacin de agua hasta un nivel de 13 mm por debajo del nivel de rebosamiento.2.-abra completamente todas las vlvulas del control del flujo sistema de circulacin agua.3.- cebe y arranque las bombas de circulacin de agua de una en una, incremente gradualmente el flujo del agua circulante hasta llegar al valor de diseo para evitar oleadas o golpes de ariete que podran daar el sistema de tuberas de distribucin.4.- cuando el flujo se halla estabilizado en el valor de diseo o cerca de l , ajuste la reposicin de agua para mantener el nivel del agua que se bombeado hacia el estanque de agua fra . 5.- arranque el ventilador. Despus de un tiempo de operacin de 30 minutos para permitir que el aceite del Geareducer alcance la temperatura de operacin, verifique la carga del motor con un vatmetro o mida los voltios, y lo amperes de operacin y calcule los hp del motor.

Balance de materia para el vapor en el volumen de controlR+GY=P+A+GY.. (1)R=P+A+GY-Y.. (2)E=GY-Y (3)R=P+A+E.. (4)Donde:R es el caudal msico de reposicin (kg/s)P es el caudal msico debido a la purga (kg/s)A es el caudal msico debido al arrastre (kg/s)E es el caudal msico debido a la evaporacin (kg/s)

Clculos para una torre de rellenoLos clculos son aplicados a un elemento diferencial para evaluar el proceso con las relaciones siguientes:Balance de materia dL= GdY. (1)Balance de energa del sistema LcL .dTL = GCs dt + G.dY0 =G di(2)

Simplificacin debido a una adecuada aplicacin de la relacin de leviz (Le)Cuando la rapidez de la transferencia de maza es pequea las ecuaciones son:

Gdy = kg .a (Y-Y) dz.. (3)

GCs dt= hga (ti t) dz .. (4)Para un enfriamiento adiabtico el balance de energa se da:

GCs (t1-t2) = G (Y2- Y1)= [s + CL (t2- t1)] (5)LcL (T2- T1) = G (i2- i1).. (6)La velocidad de transferencia de matera desde la interface hacia el aire es:Gdi = kga. (i i) dz . (7)Segn (2), (6) y (7) obtenemos la expresin:

LcL .dTL = Gdi = kga. (i i) dz .. (8) Ordenando (8) obtenemos la expresin, plateando la integral para Z

Z= .. (9) Hte NteZ = H10 . N10 (10)

G : flujo de aireL : flujo de aguaCs : calor hmedo del aireCL : capacidad calorfica del aguadT : variacin de la temperatura del airedt : variacin de la temperatura del aguady : variacin de concentracin de humedad0 : calor latente de vaporizacin a : rea de transmisin de calor/unidad de volumenhLa : coeficiente de transferencia de calorKga: coeficiente de transferencia de mazaV : volumen de la torreY2, Y1: humedad del aire (entrada y salida del sistema)Y : humedad del aire i1, i2: entalpia del airei* : entalpia del aire en la interfaceT1, T2: temperatura del agua ( t1, t2 : temperatura del aireT0 : temperatura de referenciaAs : calor latente de evaporacin ala entradaH10 : altura de elementos de transmisinN10 : nmeros de elemento de transmisinZ : altura necesaria de la torre

La ecuacin (5) tambin se puede desarrollar con l y ordenar con relacin al volumen de la torre, as:

(11)

III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

MATERIALES USADOSEQUIPO

Aire no saturado Agua Caliente Torre de enfriamiento experimental de 8 diam. y 1.20 m de altura. Compresor de 10 g/n de cap. Cocinilla elctrica 2 termmetros 2 depsitos de agua (baldes pequeos) Manmetro

I. II. III. Mtodo de Trabajo:

1. Instalar el equipo (torre de enfriamiento tipo banco).2. Llenar el compresor y fijar la cantidad de aire con el manmetro.3. Con un termmetro fijar la temperatura del ambiente4. En la cocinilla elctrica, calentar previamente el agua, luego tomar un volumen de 1 L, y colocarlo en uno de los depsitos del agua. (Medir la temperatura de esta muestra).5. Colocar el segundo depsito a la salida de la torre de enfriamiento para recibir el flujo de agua saliente.6. Verter racionalmente el agua del primer depsito por la parte superior de la torre, controlando el tiempo. Al mismo tiempo abrir las vlvulas del compresor y hacer circular el aire a travs de la torre.7. Tomar datos de la temperatura del agua antes de ser vertida, tambin la temperatura del gas de salida (parte superior de la torre) cada 30 segundos, y la temperatura del flujo de agua inferior.8. Medir tambin lo que indica el manmetro al final del proceso para poder determinar la cantidad de aire empleado.9. Al terminar de verter el agua, anotar el tiempo total del proceso. Y medir el volumen de agua que se recepcion en el segundo balde.

IV. CLCULOS Y RESULTADOS

Base de datos: Datos del Experimento:EXPERIMENTO12345

TIEMPO (seg)306090120150

PRESION (bar)65432.5

TEMPERATURA (C)3938363636

Para realizar los clculos se tienen en cuenta los datos adquiridos en la prctica:

Temperatura ambiente 28C Presin inicial en el compresor 7.2 bar Presin Final en el compresor 2.5bar Volumen de agua inicial 1000mL Volumen de agua Final 930mL Tiempo de la operacin: 2.5 min Temperatura inicial del agua caliente 60C Temperatura final del agua caliente 36C

Tambin se tendrn en cuenta las siguientes suposiciones:

La temperatura del flujo de agua en la entrada es de 60C.

Para la masa de aire que ingresa a la torre de enfriamiento se toma

Segn Datos:

a) Encontramos el Flujo Msico de Aire y el Caudal de agua empleada:

Hallamos la Presin al inicio:

Utilizando la ecuacin de Gases Ideales:

Hallamos la Presin al final de la operacin:

Utilizando la ecuacin de Gases Ideales:

Por diferencia hallamos las moles empleadas en el proceso:

Mediante el uso de la carta de la Humedad calculamos los siguientes datos:En la entrada a la torre:

Tbs =28C y Tbh = 24C

Calculamos la humedad inicial:

Calculamos el volumen:

Clculo de la entalpa en la entrada:

En la salida de la torre:

Calculamos la humedad, tomamos como aire saturado:

Calculamos la entalpa segn cartas psicomtricas:

Ahora calculamos el caudal:

1L= 1Kg de agua

0.967L= 0.967Kgde agua

Calculamos el factor de enfriamiento:

b) Calculamos el Kga:ii*i* - i1/ i* - iValor medioIntervaloIntegral

94186920.010870.01138520.02277

92176840.01190.01309520.02619

90160700.014290.0147220.02944

88154660.015150.01619520.03239

86144580.017240.0175520.0351

84140560.017860.01854520.03709

82520.019230.02001520.04003

80128480.02080.02230520.04461

78120420.00.023860.02440520.04881

76116400.0250.02520.05

74114400.0250.02520.05

72112400.025N=0.41643

Hallamos Kga:

, entonces: Kga= 3.9303

Hallamos rea (Dimetro=10cm): , entonces:

Lo dividimos entre el rea entonces:

Hallamos rendimiento (nh):Si es vapor saturado:

c) Calculamos el Calor absorbido:V. Mediante frmula:

RESULTADOS

Tabla N 01 Lectura de DatosExpAireAguaP(man.)P(comp.)Prom.CaudalHrt (tiempo)

T1T2t1t2AireH2O

128C33C42C32C7.5bar2.5bar70%3.0667min

Tabla N 02 Clculo de Humedad de aire.ExperienciaAgua (kg)Flujo de aguaHumedad del aire

EntradaSalidaEntradaSalidaEntrada Y2Salida Y1

110.967

Tabla N 03 Clculo del Coeficiente de Transferencia de Masa (Kg).

ExpFlujo de aire (G)Entalpa del aire (Kcal/Kg aire seco)Coeficiente de transferencia de masa Kg (Kg/m3.ha)

EntradaSalida

117.14

Tabla N 04 Evaluacin de la Torre.

Capacidad GPM de lquidoCarga de calor (Kcal/min)Factor de enfriamientoL/GEficiencia

1

VI. CONCLUSIONES

Se determin la variacin de flujo de agua. Registrndose un gasto de 70 ml en un tiempo de 2.5 minutos. Se determin el flujo de aire (G) usado en la torre de enfriamiento, y fue . Para este proceso se pudo determinar el coeficiente de transferencia de masa: Se pudo comprobar que efectivamente la temperatura del agua disminuy de 60 a 36 C, logrndose el enfriamiento. Notamos adems que el aire empleado aument su humedad, esto se debe al agua evaporada durante el proceso, que es captada por el aire:

VII. RECOMENDACIONES

Antes de realizar cada prctica, se debe haber ledo la Gua entregada por el Ingeniero a cargo y comprender lo que se realizar, para poder trabajar de la mejor manera. Tener cuidado con el agua caliente al pasarlo de un recipiente a otro. De preferencia utilizar guantes. Evitar llevar collares, pulseras, corbatas, vestimenta larga o cualquier otro que pueda provocar un atascamiento con la faja del compresor, evitando accidentes y daos personales. Estar atento a las indicaciones del Ingeniero a cargo. Repartir las funciones que realizar cada grupo antes de realizar la prctica, para que todo salga conforme a lo planificado, evitando desorden y errores en la operacin.

VIII. BIBLIOGRAFA

Foust, Wenzel, Clump, Maus, Andersen (1979) Principios de operaciones unitarias Ed. C.E.C.S.A. Treybal, R.E. (1980) Operaciones de transferencia de masa Ed. Mc. Graw-Hill Ocon tojo. Problemas de Ingeniera Qumica. Operaciones Unitarias. McCabe-Smith. Operaciones Bsicas de Ingeniera Qumica. Editorial Revert. 1978.