OPERACIONES UNITARIAS I

EJERCICIOS DE TORRE DE ENFRIAMIENTO POR EVAPORACION

REALIZADO POR: Angamarca Paola (983093)

NIVEL 8vo SEMESTRE

FECHA DE REALIZACION: 06/11/2014FECHA DE ENTREGA: 24/11/2014

En un secadero cuyo funcionamiento puede considerarse anlogo al de una torre de humidificacin adiabtica, se secan 1000 Kg/h de un solido hmedo desde el 65% hasta el 15% de humedad, referida al solido seco. E l aire de que se dispone esta a 15 C y sale con humedad relativa del 60% entra en el secadero con T hmeda de 25 C y sale con humedad relativa del 85%. Calclese el volumen del aire a la entrada del secadero y el calor horario de pre calefaccin del mismo.

A.- Cantidad de agua evaporada 1000(1-0,65)(0,65-0,15)= 175 KgTw= 25 CT = 15CPw =12.79 En tablas

Pv = Pw 0.5 (T - Tw)Pv = 12.79 0.5 (15 - 25)Pv = 17.79

Y = 0.62 ( Pv / P Pv)Y = 0,62(17,79 / (760 17,79))Y = 0,015 Kg de agua/ Kg de aire

Humedad relativa = 85% T= 30 CPw = 31,824 En tablas

Pv = Pw 0.5 (T - Tw)Pv = 31,824 0.5 (30 - 25)Pv = 29,324

Y = 0.62 ( Pv / P Pv)Y = 0,62(29,324 / (760 29,324))Y = 0,025 Kg de agua/ Kg de aire

Con Cada Kg de aire seco que se evapora 0,025 0,015 = 0,01 Kg por tanto se necesita 175/0,01 = 17500 Kg de aire seco

V = * 0,082 * 353 = 1,02El volumen de aire a la entrada serV = 17500 * 1,02 = 17850 m3 / h

La T de pre calefaccin determinada por la interseccin de la lnea de Tw = 25C con Y1 = 0,0017 resulta Tp = 80C

B.- Calor horario de pre calefaccin

q = 17850 (0,24 + (0,46 * 0,015)) (80 - 15)q = 2,86 x 105 Kcal / hEn un secadero adiabtico entran 1000 kilogramos por hora de un material a temperatura igual a la temperatura hmeda de entrada del aire en el mismo. Las humedades del material medidas sobre base seca son 60% a la entrada y 5% a la salida. Para el secado se dispone de aire a 15C con una presin parcial de vapor de 2,00 mm Hg que se calienta antes de entrar en el secadero. A la salida del secadero el aire se encuentra a 30C y su humedad relativa es del 85%. Calclese:a) Temperatura de precalefaccinb) Volumen de entrada de aire en el secaderoc) Cantidad de calor suministradoSOLUCIN:Literal a)Condiciones iniciales del aire:

Condiciones del aire a la salida del secadero:

La temperatura de precalefaccin es:

Literal b)Cantidad de agua a evaporar:

Cantidad de aire seco evaporado por kilogramo:

Cantidad de aire seco que se necesita

Volumen especfico del aire a la entrada del secadero:

Volumen de aire a la entrada del secadero:

Literal c)Cantidad de calor suministrado:

1. Para enfriar 300 m3/hora de agua desde 43C hasta 30C se emplea una torre de tipo natural en contracorriente, por la parte inferior de la cual entra aire con una temperatura hmeda de 22C y su velocidad msica a travs de la torre es de 5000 kg/h*m2, siendo la relacin entre las masas de aire y agua igual a la unidad. Para las condiciones de operacin el coeficiente de la torre Kya= 2500 kg/h*m3. Determnese la altura necesaria de la torre:a) Si la resistencia de la transmisin de calor y materia se encuentra ntegramente en fase gaseosa.b) Si la relacin hl/ky determinada experimentalmente en una planta piloto con caractersticas anlogas, vale 6.

SOLUCION

DATOS:L=300 m3/horaTe= 43CTs= 30CTw= 22CG= 5000 kg/h*m2L/G=1Kya=2500 kg//m3Presin atmosfrica= 1 atm= 760 mmHg

El Pw vemos lo obtenemos en tablas por lo cual tendramos:

TEMPERATURA CPw mmHg

4364,8

4055,324

3747,067

3439,898

3031,824

Para sacar los valores de Pv aplicamos la siguiente formula:

TEMPERATURA CPw mmHgPv

4364,854,3

4055,32446,324

3747,06739,567

3439,89833,898

3031,82427,824

Procedemos a obtener la humedad absoluta y con la siguiente formula:

TEMPERATURA CPw mmHgPv mmHgy

4364,854.30,048

4055,32446.30,040

3747,06739.60,034

3439,89833.90,029

3031,82427.80,024

Luego se procede a calcular la entalpia especifica H* con la siguiente formula:

TEMPERATURA CPw mmHgPv mmHgyH*

4364,854.30.04839,754

4055,32446.30.04034,374

3747,06739.60.03429,795

3439,89833.90.02925,898

3031,82427.80.02421,596

Para sacar nuestra entalpia para el aire tenemos que tomar en cuenta que se debe ocupar nuestra Tw=22C y su Pw=19.827; para el caso de la temperatura ocupamos la de salida del liquido 30C y obtenemos un nuevo Pv; para as obtener una nueva humedad absoluta solo para el aire con lo que con esto obtendramos nuestra entalpia real y para obtener las dems entalpias usaremos la ecuacin de la recta relacionndola con los diferentes valores que tenemos.Tw= 22CPw=19.827mmHg

m= pendiente que en este caso sera la relacin G/L, pero como tenemos la relacin L/G tenemos que invertirla y as obtendremos m.

TEMPERATURA CPw mmHgPv mmHgyH*H

4364,854.30.04839,75428,143

4055,32446.30.04034,37425,143

3747,06739.60.03429,79522,143

3439,89833.90.02925,89819,143

3031,82427.80.02421,59615,143

Luego obtenemos la diferencia delas entalpias de la siguiente manera:

TPw Pv yH*HH*-H

4364,854.30.04839,75428,14311,611

4055,32446.30.04034,37425,1439,231

3747,06739.60.03429,79522,1437,652

3439,89833.90.02925,89819,1436,755

3031,82427.80.02421,59615,1436,453

Luego obtenemos la relacin de las entalpias de la siguiente manera:

TPw Pv yH*HH*-H1/(H*-H)

4364,854.30.04839,75428,14311,61111,611

4055,32446.30.04034,37425,1439,2319,231

3747,06739.60.03429,79522,1437,6527,652

3439,89833.90.02925,89819,1436,7556,755

3031,82427.80.02421,59615,1436,4536,453

Procedemos a obtener el NOH de la siguiente manera:

5 es el nmero de intervalos en las temperaturas

TPw Pv yH*HH*-H1/(H*-H)NOH

4364,854.30.04839,75428,14311,61111,611

1.625

4055,32446.30.04034,37425,1439,2319,231

3747,06739.60.03429,79522,1437,6527,652

3439,89833.90.02925,89819,1436,7556,755

3031,82427.80.02421,59615,1436,4536,453

Luego calculamos el HOH de la siguiente manera:

TPw Pv yH*HH*-H1/(H*-H)NOHHOH

4364,854.30.04839,75428,14311,61111,611

1.625

2

4055,32446.30.04034,37425,1439,2319,231

3747,06739.60.03429,79522,1437,6527,652

3439,89833.90.02925,89819,1436,7556,755

3031,82427.80.02421,59615,1436,4536,453

Por ultimo calculamos el Z:

TPw Pv yH*HH*-H1/(H*-H)NOHHOHZ

4364,854.30.04839,75428,14311,61111,611

1.625

2

3.625

4055,32446.30.04034,37425,1439,2319,231

3747,06739.60.03429,79522,1437,6527,652

3439,89833.90.02925,89819,1436,7556,755

3031,82427.80.02421,59615,1436,4536,453

Una masa de agua se enfra 10C en una torre de enfriamiento por contacto con aire que entra por la base con una temperatura hmeda de 15C. La relacin entre los pesos de agua y aire que circulan por la torre es 1,20. Calclese los distintos valores del nmero de elementos de transmisin segn el intervalo de temperaturas elegido entre 20C y 50C, suponiendo que la resistencia a transmisin de calor y materia se encuentra exclusivamente en la fase gaseosa.

DATOS:

Te= 50CTs= 20CTw= 15CPresin atmosfrica= 1 atm= 760 mmHg

PARTE A.-

El Pw vemos lo obtenemos en tablas por lo cual tendramos:

TEMPERATURA CPw mmHg

5071.88

4261.5

3952.442

3644.563

3337.729

2031.824

Para sacar los valores de Pv aplicamos la siguiente frmula:

TEMPERATURA CPw mmHgPv

4571.8856,88

4261.548

3952.44239,442

3644.56334,063

3337.72928,729

3031.82424,324

Procedemos a obtener la humedad absoluta y con la siguiente formula:

TEMPERATURA CPw mmHgPv mmHgy

4571.8856,880,0502

4261.5480,0418

3952.44239,4420,0339

3644.56334,0630,0291

3337.72928,7290,0244

3031.82424,3240,0205

Luego se procede a calcular la entalpia especifica H* con la siguiente formula:

TEMPERATURA CPw mmHgPv mmHgyH*

4571.8856,880,050241,7913

4261.5480,041835,8492

3952.44239,4420,033930,2364

3644.56334,0630,029126,4956

3337.72928,7290,024422,8361

3031.82424,3240,020519,7251

Para sacar nuestra entalpia para el aire tenemos que tomar en cuenta que se debe ocupar nuestra Tw=15C y su Pw=12.788; para el caso de la temperatura ocupamos la de salida del lquido 30C y obtenemos un nuevo Pv; para as obtener una nueva humedad absoluta solo para el aire con lo que con esto obtendramos nuestra entalpia reales y para obtener las dems entalpias usaremos la ecuacin de la recta relacionndola con los diferentes valores que tenemos.Tw= 15CPw=12.788 mmHg

m= pendiente que en este caso sera la relacin G/L, pero como tenemos la relacin L/G tenemos que invertirla y as obtendremos m.

TEMPERATURA CPw mmHgPv mmHgyH*H

4571.8856,880,050241,791322,1472

4261.5480,041835,849219,6881

3952.44239,4420,033930,236417,229

3644.56334,0630,029126,495614,7699

3337.72928,7290,024422,836112,3108

3031.82424,3240,020519,72519,8517

Luego obtenemos la diferencia delas entalpias de la siguiente manera:

TPw Pv yH*HH*-H

4571.8856,880,050241,791322,147219,644

4261.5480,041835,849219,688116,161

3952.44239,4420,033930,236417,22913,007

3644.56334,0630,029126,495614,769911,726

3337.72928,7290,024422,836112,310810,525

3031.82424,3240,020519,72519,85179,873

Luego obtenemos la relacin de las entalpias de la siguiente manera:

TPw Pv yH*HH*-H1/(H*-H)

4571.8856,880,050241,791322,147219,6440,05090583

4261.5480,041835,849219,688116,1610,06187717

3952.44239,4420,033930,236417,22913,0070,07687931

3644.56334,0630,029126,495614,769911,7260,08528282

3337.72928,7290,024422,836112,310810,5250,0950093

3031.82424,3240,020519,72519,85179,8730,1012822

Procedemos a obtener el NOH de la siguiente manera:

5 es el nmero de intervalos en las temperaturas

TPw Pv yH*HH*-H1/(H*-H)NOH

4571.8856,880,050241,791322,147219,6440,05090583

0.9656

4261.5480,041835,849219,688116,1610,06187717

3952.44239,4420,033930,236417,22913,0070,07687931

3644.56334,0630,029126,495614,769911,7260,08528282

3337.72928,7290,024422,836112,310810,5250,0950093

3031.82424,3240,020519,72519,85179,8730,1012822

En la tabla siguiente

Calculo el m* a las siguientes temperaturas de 45 C y 30 C, dando unos valores de H de 51 y 10 Kcal/Kg a las respectivas temperaturas.

PARTE D.-

A temperatura de entrada de aire Te= 25C y la Ts= 30C sacamos las entalpias dando valores de 10 y 24 Kcal/kg en tabla anterior.

Entonces la temperatura de salida viene a dada por el punto T de la tabla presente.Por lo tanto la Tsa= 33.5C

Sacamos las humedades absolutas a T= 25C y 33.5C dando los valores de 0.01568 y 0.02997.

2. Una masa de aire frio a -2C y 760 mmHg con humedad relativa del 70% se ha de acondicionar por paso sucesivo a travs de un cambiador de calor, de una torre de humidificacin adiabtica, y de un segundo cambiador de calor. En el primer cambiador se calienta hasta 25C, saliendo del segundo cambiador a 30C con humedad relativa del 30%. El agua suministrada al humidificador entra y sale del mismo a la temperatura hmeda del aire que entra en l. calclese:c) La temperatura del agua.d) La humedad relativa del aire al salir del humidificador.e) La temperatura de entrada del aire al segundo cambiador.f) El volumen de aire que entra en el humidificador sin en el primer cambiador entran 1000 m3.g) La cantidad de agua evaporada en el humidificador.h) La cantidad total de calor suministrado a los 1000 m3 de aire tratado.

SOLUCION.-

DATOS:Tea= -2CPea= 760 mmHg=70%1er cambiador= 25C2do cambiador= 30C =30%

PARTE A.-

Conocemos que a Ts=30C y tenemos un con una =30%, adems tenemos que par para lo cual aplicamos lo siguiente:

Entonces as se obtiene la presin parcial de vapor de aire, como en el ejercicio menciona que el agua suministrada al humidificador entra y sale del mismo a la temperatura hmeda del aire entonces si obtenemos el valor de la temperatura a esta temperatura obtendremos nuestro Tw siendo esta igual a la Temperatura del agua.

A Pv= de 9.5472 mmHg nos da un valor de T= 10.5C

PARTE B.-

Para lo cual contamos con nuestro ms no con nuestro debido a que a la temperatura de 25C no la conocemos por lo cual aplicamos la siguiente frmula para obtenerla:

A T=25C nuestro =Pw=23.756 mmHg

PARTE C.-

La temperatura de entrada del aire al segundo cambiador la podemos obtener de las cartas psicomtricas por lo cual debemos obtener los siguientes valores.

Tw= 10.5CTe=-2C Para la temperatura de entrada debemos obtener nuestra humedad absoluta por lo cual aplicamos:

Con la Tw=10.5C y Y=0.008439 interpolamos en la tabla y nos da un valor de 11.5C

TE en el segundo cambiador= 11.5C

PARTE D.- Para calcular el volumen del aire que entra al humidificador empleamos lo siguiente:

Tenemos que calcular nuestro Y a T=25C, tenemos que su Pv= 16.506. Contamos que el valor de R= constante de los gases ideales.La temperatura a -2C=271.15C

PARTE E.-La cantidad de agua evaporada calculamos de la siguiente manera:

Para el contamos con los valores de Te=-2C y T=25C, por lo cual tenemos los valores de sus respectivas humedades.A Te=-2C; Y=0.008439A T=25C; Y=0.013764361

PARTE F.- Para calcular el calor suministrado a los 1000 m3 de aire tenemos:

. En una cmara de rociado se humidifican 1000 m3/h de aire que entran por la base a 40 C y salen por la cspide a 27C. El agua de recirculacin est a 25C. Si se aumenta el gasto de aire a 1800 m3/h, determnese la temperatura de salida del aire suponiendo que el intercambio de calor y materia por unidad de volumen de rociador permanece constante.

Humedad del aire a la entrada del humidificador

Humedad del aire a la salida del humidificador

Masa del aire seco:

Kg

Kg

.- A partir de aire a 100C con humedad relativa del 80% se ha de obtener 5000 m3/h a 280C con humedad relativa del 60%. El acondicionamiento consta de precalefacin, humidificacin adiabtica (saliendo 20C por encima de las condiciones de saturacin) y recalentamiento hasta 280C. Calclese el volumen del humificador si ha, = 450Kcal/m3h0C Datos: T= 10 OC Y= 80% 5000 m3/h T2= 28 OC Vh=? kya, = 1400Kg/m3h

Condiciones inciales del aire t =10 ; y1 = 0, 0070 kg de agua/ kg de aireCondiciones finales del aire t =28 OC ; y2 = kg de agua/ kg de aire

Si el aire saliera del humificador su temperatura seria la temperatura de roco correspondiente a la humedad y2, es decir: ts = tr = 32 OCComo sale 20C por encima de la temperatura de saturacinEl volumen especfico del aire que necesitamos es

Masa de aire seco

La humedad de aire correspondiente a las condiciones de saturacin para la temperatura hmeda de 32 OC es tw = 0.0113 kg de agua/ kg de aire

El volumen del humificador ser

En una torre de experimentacin de relleno para enfriamiento de agua, esta se enfra desde 50 C hasta 20 C en contracorriente con aire que entra por la base a 18 C con humedad relativa del 30%. Los caudales msicos son 2500 m3/m2h para el aire y 1000 kg/m2h para el agua, medidos en las condiciones de entrada a la torre y referidos a la columna vaca. Suponiendo que la resistencia a la transmisin del calor y materia se encuentra ntegramente en la fase gaseosa, y sabiendo que el valor del coeficiente kya= 1200 kg/m3h, calclese:a) Dimensiones de la torre.b) Temperatura de salida del aire.Datos:Tentrada agua= 50 CTsalida agua= 20 CTentrada aire= 18 CHumedad relativa= 30%Q=2500 m3/m2hGv=1000 kg/m2hkya= 1200 kg/m3h

Resolucin:

Clculo de la presin de vapor

Clculo de Y

Clculo de H*

Clculo de H a la temperatura de entrada del aire

Clculo de la pendiente

Clculo de b

Clculo de H para las dems temperaturas

Clculo de H*-HH*-H

Clculo de 1/ H*-H

Clculo de h

Considerando que N es igual a 5 platos entonces

Clculo de NOH

Clculo de HOH

a) Clculo de z (Dimensiones de la torre) NOH* HOHz = * z = 1.5689b) Clculo de la temperatura de salida del aireMediante una apreciacin se puede estimar que la temperatura de salida del aire es

Si 300m3de CO2 saturado con agua se encuentran a 20 0C y 1 atm. Y se comprimen hasta 2,5 atm a la vez que se enfran hasta 15 0C, con lo cual se condensa parte del agua que va separndose del sistema. A continuacin se expansiona hasta 1,3 atm y se calienta hasta 20 0C Calclese:

a) La humedad absoluta finalb) La cantidad de agua condensadac) La humedad relativa finald) El volumen de la mezcla medido en condiciones finales

Datos:

Teg= 200CTsg= 150CV= 300m3 de CO2P1=760 mmHgP2= 1902,5 mmHgP3=914,5 mmHg

SOLUCION a)

b)calculo de y2

c)

Se han de enfriar y deshumidificar 20000 Kg/h de aire que se encuentra a 30 C y temperatura humeda de 25 C, por contacto directo con 25000 Kg/h de agua que entra en el deshumidificador a 10 C. el rendimiento del deshumidificador es del 88%. Calculese:a) La temperatura de salida del aguab) La temperatura de salida del airec) La cantidad de calor que pasa del aire al aguaDatos:20000 Kg/h de aireTe= 30Tw= 25TH2O= 10Re= 88%Pw= 23,756SOLUCIONPv = 23,756 - 0,5(30 25)Pv= 21,256

H= (0,24+0,46Y) T + 597,2YH= (0,24+0,46*0,0178)30 + 597,2*0,0178H= 35,27a)20000(35,27- Hc) = (Tc 10)20000Tc= (35,27 .- Hc) + 10

Por tanteoHc = 30,07 Kcal/KgTc= (35,27 30,07) + 10Tc = 15,2

b)El rendimiento es del 88% por ende

H2= 31,63Kcal/KgLa temperatura de salida del agua ser(35,27-14,28)=(T-10)T= 30,99C)La cantidad de calor que pasa del aire al agua ser:20000*0,7= 1400020000-14000=6000Kg/h6000Kg/h*35,27Kcal/Kg = 211620Kcal/hUna mezcla acetona-nitrgeno a 800 mmHg y 30 C tiene una saturacin relativa del 80%. Calclese:a) La humedad Molar.b) La humedad absoluta.c) La humedad relativa porcentual.d) El volumen especifico.e) La masa de acetona contenida en 1 m3 de mezcla.

a) Ym = = = 0, 25 moles de acetona/ mol

b) Y=

Y= Kg acetona/ Kg nitrgeno

c)

d) V =

V =

V = 1, 051 m3 /kg nitrgeno

e) m = *

m = 0,485 kg acetona

Riobamba-Ecuador