Deshumidificacion Por Enfriamiento

DESHUMIDIFICACION POR ENFRIAMIENTO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE

MASA II

PI-147/A

Profesor:

- Ing. Celso Montalvo

Integrantes:

- Flores Gil, Kevin Andrei - Gutiérrez Blas, Joan Manuel - Lucano Ángeles, Lesly Doris - Soto Moreno, Miguel Eduardo

1


Índice

I. OBJETIVOS .................................................................................................................................. 2

II. FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................................................... 2

III. DATOS EXPERIMENTALES: ................................................................................................ 6

IV. CALCULOS Y RESULTADOS. ............................................................................................. 7

V. DISCUSION DE RESULTADOS. ............................................................................................ 10

VI. CONCLUSIONES................................................................................................................... 11

VII. SIMULACION CON ASPEN HYSYS V8.6. ........................................................................ 11

VIII. BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 15

2



I. OBJETIVOS

- Determinar las condiciones de operación en las cuales se puede llevar a cabo la

deshumidificación por enfriamiento en una columna empacada.

- Conocer el fundamento en el cual se basa la operación de deshumidificación y las

variables que influyen en la transferencia de masa y calor.

II. FUNDAMENTO TEORICO

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Con las ecuaciones que relacionan las variables, podemos conocer todas las propiedades

termodinámicas del aire húmedo. No obstante, la resolución de cualquier problema

relacionado con el aire húmedo resulta larga y complicada a partir de dichas ecuaciones, por

lo que los ingenieros especialistas en aire acondicionado utilizan los conocidos como

diagramas psicrométricos. Existen varios tipos de diagramas psicrométricos, que varían unos

con otros en las coordenadas utilizadas. Dado que un estado termodinámico de aire húmedo

queda determinado si se conoce dos propiedades independientes y su presión.

El que se utilizará en el desarrollo de la práctica es el diagrama de Carrier, que tiene por

coordenadas la temperatura seca y la humedad específica. Un esquema resumen de las

lecturas es el siguiente:

Humedad relativa del aire.

La humedad relativa es la relación entre la densidad del vapor de agua en la mezcla o aire

húmedo y la densidad del vapor de agua en una mezcla saturada a la misma temperatura.

3


=

v

s

Como v =

pv

Rv . T

y s =

ps

Rv . T

; entonces = p

vp

s -

Grado de humedad del aire o humedad absoluta del aire.

Se denomina grado de humedad del aire a la relación entre la masa de vapor de agua que

hay en cierta cantidad de aire húmedo y la masa de aire seco de dicha cantidad.

w = m

vm

a

La relación entre el grado de humedad "w" y la presión total del aire húmedo y las presiones

parciales del vapor de agua y el aire seco es:

pa . V = m

a . R

a . T

pv . V = m

v . R

v . T

pa

pv =

ma

mv .

Ra

Rv

= 0,6215 . m

am

v = 0,6215 .

1w w = 0,6215 .

pv

pa

kg vapor de agua

kg aire seco

Como p = pa + p

v

w = 0,6215 . p

vp - p

v = 0,6215 .

. ps

p - . ps

A parte de estas tres relaciones, tenemos una serie de parámetros que también son utilizados

para definir el estado termodinámico de la mezcla de componentes que forman el aire

húmedo:

Punto de rocío.

El punto de rocío del aire húmedo es la temperatura a la cual aquél pasa a ser aire húmedo

saturado, si se enfría a presión total constante y grado de humedad constante.

Temperatura de bulbo seco.

Es la temperatura que se mide mediante un termómetro normal, que indica la temperatura del

aire húmedo.

Temperatura de bulbo húmedo.

Es la temperatura que se mide con un termómetro cuyo bulbo está recubierto de una muselina

con agua y está expuesto a una corriente de aire. Entonces, si el aire húmedo no está saturado

se produce una evaporación del agua que contiene la tela tanto más intensa cuanto más seco

está el aire, y se observa un descenso gradual de su temperatura hasta un valor constante

denominado temperatura de bulbo húmedo.

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Deshumidificación

La Deshumidificación es necesaria muy a menudo en procesos de aire acondicionado o en

procesos industriales. La humedad puede removerse por absorción en líquidos o en sólidos

(procesos llamados de “absorción química”) o enfriando por debajo del punto de rocío. La

deshumidificación representada en el diagrama TS puede verse en la figura 1.7, que muestra

solamente el proceso del vapor de agua. El proceso se lleva a cabo en dos etapas: primero,

enfriando hasta el punto de rocío; después, hasta condensar y eliminar el agua necesaria,

para alcanzar el punto de rocío del estado final. Una vez separada la humedad, se puede

recalentar hasta las condición final, sin añadir ni absorber agua (figura 1.8 a)

Figura 1.8. a (arriba): deshumidificación del aire

5


Diagrama de flujo

6


III. DATOS EXPERIMENTALES:

DATOS EXPERIMENTALES:

Entrada de agua Entrada de aire Salida de liquido Salida de gas

Corrida Tiempo (min) T(°C) Flujo(lb/h) Tg(°C) T(°C) °OH %H V(ft/min) Tg(°C)

1 3 7 100 32 21 2% 78 60 26

2 6 7 100 32 21 4.5% 70 60 27

3 9 7 100 32 21 2% 68 60 27.5

4 12 7 100 32 20 2% 66 60 28

5 15 7 100 32 19 2% 66 60 28

6 20 7 100 32 18 2% 66 60 28.5

7 25 7 100 32 18 2% 66 60 28.5

8 30 7 100 32 17.5 2% 66 60 28.8

9 35 7 100 32 17 2% 66 60 28.8

10 40 7 100 32 17 2% 66 60 29

11 45 7 100 32 17 2% 66 60 29

12 50 7 100 32 17 2% 66 60 29

13 55 7 100 32 17 2% 66 60 29

14 60 7 100 32 17 2% 66 60 29

15 65 7 100 32 17 2% 66 60 29

16 70 7 100 32 17 2% 66 60 29

7


Volumen de alcohol

Inicial 4 litros

Final 2.83 litros

IV. CALCULOS Y RESULTADOS.

Para hallar el contenido de agua en el aire a la entrada de la columna, se halla a partir de la

humedad del ambiente a partir de la carta psicométrica.

Habsoluta agua (kg/kg AS) = 0.0138

La salida de alcohol se halla a partir del grado alcohólico hallado, además de tomar como

flujo de agua de salida igual que la entrada, se obtiene:

Salida de agua Salida de etanol en el agua

T(°C) °OH Flujo(kg/min) Flujo (kg/min)

17 2% 0.756 0.01222

Aire ambiente

%H T(°C)

90 21

Área de salida del gas 28 cm2

Densidad del agua Densidad del

etanol

T(°C) ρ(g/cm3) ρ(g/cm3)

7 0.99996 -

17 0.9989 0.79198

32 - 0.77927

Estado estacionario:

Entrada de agua Entrada de alcohol Entrada de aire

Tiempo (min) T(°C) Flujo(lb/h) Flujo(l/min) Tg (°C) Tg (°C)

70 7 100 0.0167 32 32

Salida de liquido Salida de gas

Tiempo (min) T(°C) °OH %H V (ft/min) Tg (°C)

70 17 2% 66 60 29

Entrada de agua Entrada del alcohol en el aire

T(°C) Flujo(kg/min) Tg(°C) Flujo(kg/min)

7 0.756 32 0.01302

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A partir de los datos obtenidos a la salida y usando la carta psicométrica se obtiene el

volumen húmedo de la salida y teniendo la velocidad con que sale el aire húmedo, se

obtiene el flujo de aire seco que sale de la columna, y el flujo de etanol se halla por balance

de materia:

Balance de materia para el ETANOL:

Flujo en el aire de entrada = Flujo en el agua de salida + Flujo en el aire de salida

4 − 2.83

70∗ 0.77927 =

0.756

0.99996∗

0.02

0.98∗ 0.79198 + Flujo en el aire de salida

Flujo en el aire de salida = 0.00081kg

min

DE LA CARTA PSICOMETRICA

Determinando las temperaturas de roció usando la carta psicométrica:

AIRE DE ENTRADA: TROCIO = 17.5 °C

AIRE DE SALIDA: TROCIO = 22.16 °C

Determinando las entalpias de saturación:

AIRE DE ENTRADA: HSAT = 68.5 – 0.35 = 68.15 kJ/kg AS

AIRE DE SALIDA: HSAT = 61.5 – 0.3 = 61.2 kJ/kg AS

- Calculo de la presión de vapor del alcohol en la salida de aire:

PvOH = y.PT

y = (mOH/MOH)/ (mOH/MOH + mAIR H/MAIR H)

y = (0.00081/46)/(0.00081/46 + (0.0597 – 0.00081)/29) = 0.0086

Pv = 0.0086 * 760 mmHg = 6.536 mmHg

H = (PvAGUA + PvOH)/(Pv°AGUA + Pv°OH) = 66% = 0.66

Calculando: PvAGUA = 22.2 mmHg

Salida de gas

Tg(°C) Ve (ft/min) Flujo total (m3/min)

Flujo aire húmedo(kg/min)

Flujo de etanol (kg/min)

29 60 0.0512 0.0597 8.1E-04

9


HrAGUA = PvAGUA/ (Pv°AGUA + Pv°OH) = 50%

- Graficando la línea de operación y la curva de equilibrio:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Enta

lpia

de

sat

(kJ/

kg A

S)

Temperatura (°C)

Entalpia de sat (H) vs. Temperatura

40

45

50

55

60

65

70

75

80

5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Enta

lpia

de

sat

(kJ/

kg A

S)

Temperatura (°C)

Entalpia de sat (H) vs. Temperatura

Linea de Operacion Curva de Equilibrio

10


- Calculando el coeficiente global de transferencia (KG.a):

T (°C) H H* ∆H/ (H-H*)

7 61.2 22.5 0.02583979

8 61.895 24.75 0.02692152

9 62.59 27 0.02809778

10 63.285 29.5 0.02959893

11 63.98 31.5 0.03078818

12 64.675 34.25 0.03286771

13 65.37 37 0.0352485

14 66.065 39.25 0.03729256

15 66.76 42 0.04038772

16 67.455 45 0.04453351

17 68.15 47 0.04728132

NTGO 0.37885754

Z = HTOG . NTOG HTOG = 1.2m/0.3789 = 3.167 m

HTOG = 3.167 m = G/(ρG.KG.a..A)

KG.a = G/(ρG.A.HTOG) = 0.0597/(3.167*1.165*π*1.2192/4)

KG.a = 0.0138 min-1

V. DISCUSION DE RESULTADOS.

- La deshumidificación se pudo llevar a cabo debido a que la temperatura de la

alimentación liquida (agua fría) estaba por debajo de la temperatura de roció del gas

de entrada (aire húmedo).

- La transferencia de masa se comprueba por el cambio de humedad absoluta en las

corrientes de entrada y salida de gas (aire), además se comprueba la transferencia

de calor, ya que se observó una variación en las temperaturas de las corrientes y

fue necesario llevar a cabo la condensación del vapor de agua para deshumidificar

el aire húmedo entrante.

- El coeficiente de transferencia (KG) depende de las propiedades de los fluidos que

entran y salen de la columna, sin embargo el área interfacial (a) es un parámetro

que depende de las características de la torre (área superficial del empaque,

diámetro de la columna, etc.).

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VI. CONCLUSIONES.

- Si se pudo llevar a cabo la deshumidificación por enfriamiento en las condiciones de

operación que se emplearon en el laboratorio.

- Se comprobó que se llevó a cabo la trasferencia de masa y calor debido al cambio

de concentraciones y temperaturas en las corrientes de entrada y salida de la

columna.

- El coeficiente de transferecia fue de KG.a = 0.0138 min-1.

VII. SIMULACION CON ASPEN HYSYS V8.6.

SIMULACION EN ASPEN HYSYS V8.6

- DIAGRAMA DEL PROCESO

12


- CORRIENTES DE ALIMENTACION

13


- CORRIENTES DE SALIDA

14


- PARAMETROS DE DISEÑO

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VIII. BIBLIOGRAFIA

Robert A. Treybal, Operaciones de Transferencia de Masa; 2da Edición.

Mc.Cabe, Thiele, Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 4ta Edición.

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