2021 INTRODUCCIÓN Las operaciones de humidificación se utilizan para caracterizar aquellas que se ocupan de la transferencia de masa interfacial y energía que resultan de poner en contacto un gas con un líquido puro (L), en el cual es prácticamente insoluble. Se aplican de manera general • • • • Humidificación del gas Deshumidificación y enfriamiento del gas Medición del contenido de vapor Enfriamiento del liquido. Se transfiere entre fases la sustancia que forma la fase liquida. Se pone en juego el equilibrio Liquido – Vapor, teniendo en consideración la entalpía de los sistemas. Las operaciones pueden ser adiabáticas o no adiabáticas. OPERACIONES ADIABÁTICAS Enfriamiento de Agua Humidificación de gas OPERACIONES ADIABÁTICAS: ENFRIAMIENTO DE AGUA Generalmente se utilizan torres empacadas, con flujo a contracorriente L-G (Treybal, R.E. 2º Ed.) ENFRIAMIENTO DE AGUA CON AIRE Es una de las operaciones mas importantes dentro de humidificación. El agua de proceso ( intercambiadores, condensadores, etc.), se enfría por contacto con aire atmosférico. Debido a λo del agua es grande, pequeña evaporación produce grandes efectos de enfriamiento. Del esquema y el balance de masa diferencial se llega simplifica a una expresión: 𝐿′ 𝐶𝐿 𝑡𝐿2 − 𝑡𝐿1 = 𝐺𝑠 ′ (𝐻2′ − 𝐻1′ ) • • Se supone que L’ es básicamente constante (evaporación despreciable). Se desprecia el calor sensible del gas. R.E.Treybal 2° e. , p. 272 CALCULO EN TORRES DE ENFRIAMIENTO 𝐿′ 𝐶𝐿 𝑡𝐿2 − 𝑡𝐿1 = 𝐺𝑠 ′ (𝐻2′ − 𝐻1′ ) El punto ON, representa la línea de operación, la cual se expresa como la relación: 𝐿′ 𝐶𝐿 = 𝐿𝑖𝑛𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝐺𝑠 ′ Del Balance de masa y energía en el elemento diferencial, relacionando HG* con tL , se obtienen las expresiones generales para el calculo de torres empacadas. Para cualquier punto: ′𝐶 𝐿 𝐿 𝐻𝑖′ = 𝐻1′ + 𝑡 − 𝑡𝐿1 𝐺𝑠 ′ 𝐿2 Las expresiones de calculo de la torre: CALCULO EN TORRES DE ENFRIAMIENTO Las expresiones Hi y Hi’ representa la fuerza motriz dentro de la f. gaseosa en la interfase. Se pueden utilizar la fuerza motriz global para representar la diferencia en entalpía para las fases totales, 𝐻2 𝐺𝑠′ 𝑑𝐻 𝑍= න 𝐾𝑦 𝑎 ′ 𝐻1 𝐻 ∗ − 𝐻 La resolución de la integral puede realizarse por al menos 3 métodos: Gráficos, Con el Diagrama de Stevens para encontrar f, o con Software específicos. 1 ∗ 𝐻 −𝐻 𝐻2 න 2 1 𝐻1 𝑑𝐻 𝐻2′ − 𝐻1′ = 𝐻 ∗ − 𝐻 ℱ − Δ𝐻𝑚 𝐻2 න ∫ Δ𝐻𝑚 = 𝐻 ∗ −𝐻 𝑒𝑛 𝑡𝐿 media H 𝐻1 𝐻2′ 𝑑𝐻 = 𝐻∗ − 𝐻 𝐻1′ Δ𝐻 ′ (𝐻 ∗ −𝐻′)𝑚 Variación de las condiciones de Operación (Kern, D. 1999) La utilización de aire en condiciones ambientales conlleva una variación de tg o tw. Esto produce cambios en el comportamiento de tL. • a) Variación de tw1 Nog, Z, Hog = Constantes. Suponer tL1’ hasta que Nog sea constante. 𝐻∗ 1 −𝐻 2 1 TL1’ ∫ H Variación de las condiciones de Operación b) Variación de tL2 Nog= Constante. La tw1 es la misma para la entrada, por lo tanto la entalpia de entrada es la misma 𝐻∗ 1 −𝐻 2 1 TL2’ ∫ H c) Variación de L ( aumento o disminución) La pendiente proporcional. se modifica en forma directamente Pequeñas variaciones Nog=cte Variaciones mayores a 20 % de los flujos, debo calcular nuevas condiciones. Z=HoG*NoG =H’oG*N’oG N’oG*=HoG*NoG /H’oG* Se relaciona con las variaciones de Kya, en ocasiones Kya = f(L). d) Variación de Gs( aumento o disminución) Relación con Kya, se verifica también N’oG*=HoG*NoG /H’oG* Se relaciona con las variaciones de Kya, en ocasiones Kya = f(G); TL2’ Prueba de Recepción Se trata de la prueba del equipo nuevo recibido. • Se miden tL2, tL1, tw2, tw1, • Se utilizan los flujos de diseño. • • Nog rec ≥ Nog solicitado. Se asegura entonces que el quipo funciona correctamente. Propuestos OT 4.32, 4.34,35,38Treybal 7-9, Propuesto TIPO 1 es.brentwoodindustries.com PROBLEMA 1 En una torre de enfriamiento de agua, se deben enfriar 50 m3/h desde 40 °C hasta 30 °C empleando 40000 m3/h de aire medidos en las condiciones de entrada, a 20 °C y temperatura húmeda de 12 °C, Calcule: a) b) c) d) El numero teórico de unidades globales de transferencia (NtoG). Establezca la altura de relleno de la torre (Z) si HoG= 2,1 m. ¿Que sucede un día cualquiera si la tw= 6 ºC? En la temporada de verano, el agua ingresa a 43 °C y la temperatura de bulbo húmedo aumentó a 17 °C en la región. ¿Cuál será la temperatura de salida del líquido en la torre? Desarrollo del Problema: Datos: V1=40000 m3/hTg1= 20 °C Tw1= 12°C. L= 50 m3/h TL1= 30 °C TL2= 40 °C Resultados esperados: NtoG Z TL1 cuando se modifican las CO FUENTE: http://www.esindus.com/ Recuperado 09/04/20 Pueden llegar a 100 m de altura y 70 m de diámetro. Circulación por la diferencia de densidades, Dependiendo de la HR Las velocidades dentro del equipo pueden ser de 1,5 a 2 m/s. Se utiliza con grandes caudales de enfriamiento de agua y por eso está asociado a centrales nucleares. FUENTE: http://www.esindus.com/ Recuperado 10/04/20 https://www.researchgate.net/figure/Figura-12-Torres-de-enfriamiento-de-tiro-natural-TreybalROperaciones-de_fig1_315111140 Recuperado 10/4/20 https://twitter.com/OperadorNuclear/status/997006460440760320/photo/1 Función de los vientos predominantes, el aire entra a través de deflectores orientados en la dirección apropiada, pueden ser rellenas o vacias. FUENTE: http://spxcooling.com/es/products/marley-nc Recuperado 20/3/20 https://es.slideshare.net/JuanManuelMamani/torres-de-enfriamiento Recuperado 20/3/20 FUENTE: https://es.123rf.com/photo_66093876_rociar-estanques-de-agua-de-refrigeraci%C3%B3n-en-una-planta-de-energ%C3%ADanuclear.html Recuperado 19/3/20 shutterstock.com Recuperado 19/3/20 El aire en contacto con el ventilados esta relativamente seco y es poco corrosivo. Pero tiene problemas de recirculación del aire de salida. FUENTE: http://www.esindus.com/ Recuperado 10/04/20 Caloryfrio.com Recuperado 20/3/20 La desventaja es el aire húmedo de contacto con los ventiladores. No tiene problemas de recirculación. FUENTE: http://www.esindus.com/ Recuperado 09/04/20 Caloryfrio.com Recuperado 20/3/20 FUENTE: torresdeenfriamientothermal.com.mx Recuperado 10/04/20 https://www.researchgate.net/figure/Figura-12-Torres-de-enfriamiento-de-flujo-cruzado-TreybalROperaciones-de_fig1_315111140 Recuperado 20/3/20 BIBLIOGRAFÍA DE CONSULTA Treybal R.E. Operaciones de transferencia de masa. 2º Edición. Mc Graw – Hill Company, 1981. Kern, Donald. Procesos de Transferencia de Calor. Mc. Graw Hill Book Co. 1° ed- 31° Reimpresión. 1965 – 1999. Ocon García, Joaquín y Tojo Barreiro, Gabriel. Problemas de Ingeniería química. Edición Aguilar. 1967. Hines, Antony y Maddox, Robert. Transferencia de masa. Fundamentos y Aplicaciones. Prentice – Hall Hispanoamericana S.A. 1987. Perry R.H. and Green D. Perry’s Chemical Engineer’s Handbook. 7th Edition, Mc – Graw Hill company. 1997. Geankoplis C.J. Procesos de transporte y operaciones unitarias. CECSA. México. 1982.