Issuu on Google+

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: LS= 2200 Lb/h.ft2 TL2 = 105°F

TL1 =85°F

HG2 =?

GS= 2000 Lb/h.ft2 TbS =90°F TbH = 76°F HG1

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

Y  0.017 Lb agua / Lb aire

HR  55%

C S  0.248 Btu / Lb. F H G1  c S .(TbS  32)  .Y  H G1  0.248(90  32)  1075(0.017)  H G1  32.7 Btu / Lb

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


La curva de equilibrio para este sistema es la siguiente: 160 140 120

Entalpía del aire HG Btu/Lb

100 80 60 40 20 0 0

20

40

60

80

100

120

140

Temperatura del agua TL °F

Aplicando la ecuación de diseño: L S .C pL .T L 2  TL!   G S .H G 2  H G1  , donde CPL=1Btu/Lb.°F Despejando a HG2 de la ecuaciónse tiene:

H G2 

L S .C PL .T L 2  T L1  GS

 H G1  H G 2 

2200.(1.0).(105  85)  32.7  H G 2  54.7 Btu / Lb 2000

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: 160

Entalpía del aire HG Btu/Lb

140 120 100 80 Curva de equilibrio 60

Recta de operación

40 20 0 0

50

100

150

Temperatura del agua TL °F

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


H2

Con respecto al número de unidades de transferencia N TOG 

H

H1

resolver

A

esta

integral

se

debe

h f 0  4 f impares   2 f pares   f n 3

utilizar

el

método

de

dH como hay que H'

Simpson

el

cual

es:

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: A  N TOG 

73 / 41.5 / 1 0.1136  40.0847  0.0546  N 3

TOG

 0.29

Por tanto HTOG,

H TOG 

Z N TOG

 H TOG 

4  H TOG  13.7 ft 0.29

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 L = 50000 Lb/h S

TL2 = 120°F

HG2

Solución:

TL1 =80°F

GS =Lb/h TbS =70°F TbH = 60°F HG1

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


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

Y  0.009 Lb agua / Lb aire Calculando la entalpía mediante esta ecuación: H  0.24  0.455.Y  . T  32  1075.2.Y

H G1  0.24  0.455.0.009(70  32)  1075.2(0.009)  H G1  19Btu / Lb La curva de equilibrio para este sistema es la siguiente: 160 140

Entalpía del aire HG Btu/Lb

120 100 80 60 40 20 0 0

20

40

60

80

100

120

140

Temperatura del agua TL °F

Para obtener Gmin debo hacer lo siguiente en la gráfica: 160 140

Entalpía del aire HG Btu/Lb

120 100 Curva de equilibrio

80 60

Recta para obtener Gmin

40 20 0 0

20

40

60 80 Temperatura del agua TL °F

100

120

140

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


G min  GOp

LS .C pL .TL 2  TL! 

50000.(1.0).120  80  G min  22099,45Lb / h 109,5 19

H G 2  H G1   2 x 22099,45  G Op  44198,9 Lb / h

Despejando a HG2 de la ecuación de diseño:

H G2 

L S .C PL .T L 2  T L1  GOP

 H G1  H G 2 

50000.(1.0).(120  80)  19  H G 2  64,25 Btu / Lb 44198,9

Quedando la recta de operación en el grafico así: 160 140

Entalpía del aire HG Btu/Lb

120 100 80 Curva de equilibrio 60 Recta de operación

40 20 0 0

20

40

60 80 Temperatura del agua TL °F

100

120

140

Para calcular la altura de la torre se tiene la ecuación: Z  H TOG .N TOG

Como H TOG 

GS Kya

44198,9 Lb / h  H TOG  29 ft 1525Lb / h.. ft

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


H2

Con respecto al número de unidades de transferencia N TOG 

H

H1

resolver

A

esta

integral

se

debe

h f 0  4 f impares   2 f pares   f n 3

utilizar

el

método

de

dH como hay que H'

Simpson

el

cual

es:

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:

A  N TOG 

108 / 37 / 5 0.0556  40.0546  0.04167  20.0526  0.0308  0.0217  N 3

TOG

Por tanto:

Z  2.98.x 29 ft  Z  86.42 ft

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

 2.98


Ejercicios prácticos