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Universidad de Los Andes
Facultad de IngenieraEscuela de Ingeniera QumicaDpto. de Operaciones Unitarias y Proyectos
OPERACIONES UNITARIASUNITARIAS IVClase introductoria
1
Prof. Yoana [email protected]
CONTENIDO
Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Procesos de Separacin. Contenido del curso Operaciones Unitarias IV. Transferencia de Masa. Introduccin a la Humidificacin. Repaso de definiciones de Humedad y Diagrama
Psicromtrico.
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OPERACIONES UNITARIAS ENINGENIERA QUMICA
Ingeniera Qumica
ProcesoMateria prima Productos
Acondicionamiento Purificacin
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PROCESOS DE SEPARACIN
Producto 1 (X1) 1 y 2 diferentecom osicin
Proceso deSeparacin
Alimentacin
i,j
Agente de Separacin: Masa o Energa
Producto 2 (X2)
Producto n (Xn)
pueden tenerdiferentes fases
Agente de Separacin: Promueve la separacin
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Principio de Separacin: Propiedad fsica o qumica inherente a loscomponentes de la mezcla que permite que se efectu la separacin.
Separacin: Transferencia de masa: Fuerza, direccin? Termodinmica
Grado de Separacin: Limitado por el Equilibrio Termodinmico
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CONTENIDO DEL CURSOOPERACIONES UNITARIAS IV
Humidificacin. Secado. Evaporacin. Cristalizacin. Intercambio Inico. Adsorcin
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TRANSFERENCIA DE MASA
Para que haya transferencia de masa, debeexistir un radiente im ulsor.Para un componente i, el flujo transferido deese soluto (Ni) se puede escribir:
CAKytiempo
masa
Ni == ..
Ky es el Coeficiente de transferencia de masa.
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impulsorgradientedelo.unidadesrea.tiemp
masa][=Ky
A es el rea donde se lleva a cabo la transferencia, interfase [=] l2
C es el gradiente de concentracin, la transferencia de masa va desde elmayor valor hacia el menor. En el caso de humidificacin corresponde adiferencia de humedades.
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TEMA 1:HUMIDIFICACIN
Implica la transferencia de masa y energa de una fase lquida a unamezcla gaseosa de aire y vapor.
gas que no est saturado, parte del lquido se vaporiza. La temperatura dellquido disminuye debido principalmente al calor latente de evaporacin.
Interfase
TL
Ti
Yi
Y
Evaporacin superficialdel lquido sin fuenteexterna de calor.
Aplicaciones:
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FaseLquida
FaseGaseosa
Tg
Transferencia de masa
Transferencia de calor sensible
Transferencia de calor latente
Enfriamiento de aguas deproceso.
Acondicionamiento de aire
DESHUMIDIFICACIN Implica la transferencia de masa y energa de un vapor que se transfiere
desde la fase gaseosa a la fase lquida. .
Ti Tg
Yi Y
Interfase
Aplicaciones:
Condensacin del vaporsin fuente externa de calor
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Transferencia de masa
Transferencia de calor sensible
Transferencia de calor latente
FaseLquida
FaseGaseosa
TL Deshumidificacin del aire
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REPASO DE DEFINICIONES
.
Presin de Vapor: Pv*
Presin Parcial del vapor: Pv
Terminologa para operaciones de contactoGas-Lquido.
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TERMINOLOGIA PARA OPERACIONESDE CONTACTO G-L
HUMEDAD MOLAR: Ym
HUMEDAD ABSOLUTA: Y
v
v
g
v
g
v
mpP
p
p
p
n
nY
===
v
m
PMYY =
HUMEDAD RELATIVAg
=
v
v
p
p
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HUMEDAD PORCENTUAL
==
vv
p
pPpY
VOLUMEN HMEDO: VhVh= Volumen del gas hmedo/masa de gas seco
vv
P
TR
PM
Y
PMVh
+= 1
vg
nRTPV= PnRTV=
vg nnn +=
Tomando Base:1 Kg de gas
11vg PM
Y
PMn += 1
Sustituyendo
CALOR ESPECFICO
ggvv mCmCC +=
gv mYm =
gggv mCmYCC +=
gv
gCYCm
C
+=
YCCC vg +=
CKg
KcalYC
][46.024.0 =+=
ara e s s ema re- apor e gua en eCg=0.24Kcal/KgCCv=0.46Kcal/KgC
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ENTALPA ESPECIFICA
HHH gv +=
( )[ ] ( )TrefTCYTrefTCH gvapvgv
++=
=
Si Trefg=Trefv=Tref
( )
[ ]( ) YTrefTCHYTrefTYCCH
Tref
Trefvg
+=
++=
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[ ] [ ]KgAS
KcalYTYH =++= 2.59746.024.0
Para el caso de Aire-agua y tomando Tref= agua lquida a 0C
TEMPERATURA DE ROCIO
Temperatura a la cual la mezcla aire-vapor de agua estar saturada,cuando la mezcla se enfra a presin y humedad absoluta constante.
Pv*=Pv
Y
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T
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Aire
TEMPERATURA DE SATURACIN ADIABTICA, TsTemperatura alcanzada por una mezcla de gas cuando se pone en contactocon un lquido en condiciones adiabticas.
AireT, Y
Ts,Ys
AguareposicinTs
( ) ( ) TrefYYsmgTrefTCmg .... =
Calor que pierde elaire
Calor latenteevaporacin del agua
Tomando Tref = Ts
Balance de energa:
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( ) ( )sTs
s TTC
YY =
El agua entra y sale a Ts. El aire se humidifica Ys>Y y se
enfra hasta Ts. El equipo es adiabtico: Q=0 ECUAC I ON DE TEMPERATURA DE
SATURACI N AD I ABAT I CA
TEMPERATURA DE SATURACIN ADIABTICA, Ts
En un diagrama Psicomtrico, de coordenadas Y vs T, la ecuacin de latemperatura de saturacin adiabtica es una recta de pendiente negativa:
( )( )
Tss
s C
TT
YY
=
Y
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T
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TEMPERATURA DE BULBO HMEDO, Tw
Temperatura lmite de enfriamiento alcanzada por una pequea masa delquido en contacto con una masa mucho mayor de gas hmedo
AireT, Y
Algodn mojado
Termmetro
Tw
La velocidad de transferenciacalrica de G a L se i uala a la
Balance de energa:
( ) ( ) ( ) Tw
YYwAKyTwTAhrhc ..... =+
Calor que cede el aire alalgodn hmedo
Calor latenteevaporacin del agua
Considerando que hr
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RELACIN ENTRE Ts y Tw
( )( )
Tss
s C
TT
YY
=
ECUAC I ON DE TEMPERATURA DE
SATURACI N AD I ABAT I CA
( )( )
Tww
w C
TT
YY
=
ECUAC I ON DE TEMPERATURA DE
BULBO HMEDO
Para el sistema Aire-agua:
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Las pendientes son exactamente IGUALES, se ubican en la misma recta
DIAGRAMA PSICROMTRICORepresentacin grfica de las ecuaciones analticas anteriores, dibujadaspara una presin P.
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Referencias
[1] OCON; TOJO. Problemas de Ingeniera Qumica.ap u o . gu ar. a r . .
[2] COULSON, J; RICHARDSON. Chemical Engineering.Captulo 11. Volumen 1. 1983.
[3] TREYBAL, R. Operaciones de Transferencia de Masa.Captulo 7. Mc Graw Hill. Captulo 7. Mxico. 1988.
[4] FOUST, A. Principios de Operaciones Unitarias. Captulo17. Continental S.A. Mxico. 1997.
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Palabras claves: Humidificacin
