Practica de Lou 1

2023

Estudiantes:MENDOZA CHACÓN MANUELA

MORÁN GUILLERMO ALEX RISCO AZABACHE CLAUDIA

Docente:Mg. WALTER MORENO EUSTAQUIO

Asignatura:LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

-Valor Creativo-

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

2

PRÁCTICA N°1:

HUMIDIFICACIÓN

Contenido

OBJETIVOS ...........................................................................................................................................3

FUNDAMENTO TEÓRICO......................................................................................................................3

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL........................................................................................................9

RESULTADOS...................................................................................................................................... 12

CONCLUSIONES.................................................................................................................................. 17

RECOMENDACIONES..........................................................................................................................18

BIBLIOGRAFIA.....................................................................................................................................18

-Valor Creativo-


3

1. OBJETIVOS

Determinación del coeficiente de transferencia de masa Kg.

Determinación del flujo del líquido.

Determinar el flujo del gas.

Evaluar la performance de la Torre de enfriamiento

Elaborar un programa que permita hacer los cálculos de los objetivos anteriores

-Valor Creativo-


4

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Introducción

La humidificación es una operación unitaria en la que tiene lugar una transferencia simultánea de materia y calor sin la presencia de una fuente de calor externa. De hecho siempre que existe una transferencia de materia se transfiere también calor. Pero para operaciones como extracción, adsorción, absorción o lixiviación, la transferencia de calor es de menor importancia como mecanismo controlante de velocidad frente a la transferencia de materia. Por otro lado, en operaciones como ebullición, condensación, evaporación o cristalización, las transferencias simultáneas de materia y calor pueden determinarse considerando únicamente la transferencia de calor procedente de una fuente externa. La transferencia simultánea de materia y calor en la operación de humidificación tiene lugar cuando un gas se pone en contacto con un líquido puro, en el cual es prácticamente insoluble. Este fenómeno nos conduce a diferentes aplicaciones además de la humidificación del gas, como son su deshumidificación, el enfriamiento del gas (acondicionamiento de gases), el enfriamiento del líquido, además de permitir la medición del contenido de vapor en el gas. Existen diferentes equipos de humidificación, entre los que destacamos las torres de enfriamiento por su mayor aplicabilidad. En ellas, el agua suele introducirse por la parte superior en forma de lluvia provocada, y el aire fluye en forma ascendente, de forma natural o forzada. En el interior de la torre se utilizan rellenos de diversos tipos que favorecen el contacto entre las dos fases.

Antecedentes

Los procesos de enfriamiento del agua se encuentran entre los más antiguos que haya desarrollado el hombre. Por lo común el agua se enfría exponiendo su superficie al aire. Algunos de estos procesos son lentos, como el enfriamiento del agua en la superficie de un estanque, otros son comparativamente rápidos, por ejemplo, el rociado de agua hacia el aire. Todos estos procesos implican la exposición del agua al aire en diferentes grados.

El enfriamiento de agua en una torre por contacto en contracorriente con aire se realiza gradualmente y, por tanto es preciso considerar la transferencia simultánea de calor y materia en un elemento diferencial de altura, dz, de área transversal la unidad.

Aplicando un balance de materia y calor simplificado se obtiene:

Balance de materia:

dL=GdY [1]

L= Flujo de agua.G=Flujo de aire.dY=Diferencial de la concentración de la humedad.

-Valor Creativo-


5

Balance de calor:

GcgdT+GdY λm=LcLd tL[2]

Cg= Calor especifico húmedo medio de aire.λm= Calor latente de vaporización medio de agua en la torre.CL= Calor especifico del líquido.dT= Diferencial de temperatura en el gas.dtL= Diferencial de temperatura del líquido.

Transferencia de calor:

Gcg (T 1−T2 )=hgaV ¿

Transferencia de masa:

G (Y 1−Y 2 )=KgaV ¿

hga = Coeficiente de transferencia de calor.Kga = Coeficiente de transferencia de masa.V= Volumen de la torre.Y*= Humedad de equilibrio.Y= Humedad de aire medio.Y1, Y2 = Humedades de entrada y salida del aire.

Si consideramos el área transversal como la unidad, entonces la ecuaciones 3 y 4 quedarían:

Gcg (T 1−T2 )=hga .dz ¿

G (Y 1−Y 2 )=Kga . dz¿

dz = diferencial de altura de la torre.

Aplicando un balance entalpico para un enfriamiento adiabático.

Gcg (T 1−T2 )=G (Y 2−Y 1 ) [ λg+cL (t L2−t L 1 ) ]=LcL ( t L2−t L 1 )=G (i2−i1 )[7]

i1, i2 = Entalpia de aire de entrada y salida.tL1, tL2 = Temperaturas de líquido.T1, T2 = Temperaturas de aire.

Para sistemas aire-agua el número de Lewis es igual a uno por lo que la expresión anterior quedaría:

LcLdt=Gdi=Kga (i¿−i )dz [8]

-Valor Creativo-


6

Esta ecuación se puede integrar entre los límites de entalpia y temperatura, obteniéndose la siguiente ecuación de diseño:

∫i1

i2 dii¿−i

= KgazG

[9]

∫tL 1

tL 2 dii¿−i

= KgazLcL

[10]

Se puede calcular la altura necesaria de la torre, resultando

z= GKga∫i1

i2 dii¿−i

[11]

El valor de la integral (Ni) se denomina número de elementos de transmisión.

Noi=∫i1

i2 dii¿−i

[12]

Y el término Hi, recibe el nombre de altura del elemento de transmisión

Hoi= GKga

[13 ]

z=N oiHoi [14 ]

Performance de una torre de enfriamiento

La evaluación experimental de las performances térmicas de una torre de enfriamiento de agua es el único procedimiento válido para determinar las condiciones de funcionamiento de las mismas. Se recomienda su uso para la recepción de nuevas instalaciones, el diagnóstico de equipos en uso y la certificación de nuevos productos.

Para evaluar la Performance de una torre de enfriamiento se debe tener en cuenta lo siguiente:

CAPACIDAD DE LA TORRE: Flujo en GPM del líquido.

FACTOR DE ENFRIAMIENTO: L/G

CARGA DE CALOR: Es la relación del peso del agua/minuto por el rango a enfriar,

BTU/minuto.

CARACTERISTICA DE OPERACIÓN:

K aVL

= dT(i¿−i)

[15]

-Valor Creativo-


7

Torre de Humidificación

En el siguiente esquema se puede apreciar en forma resumida el proceso de enfriamiento, tanto en laboratorio así como a nivel industrial.

Esquema de la Torre de Humidificación

Diagrama de la torre de enfriamiento

-Valor Creativo-


8

3. EQUIPOS Y MATERIALES

Materiales:

Torre de enfriamiento de 80 x 30 cm.

Equipo de Intercambiador de calor tubular (calentador eléctrico y rotámetros).

Manómetros.

Balde.

Termómetros.

Material de estudio:

Aire extraído del medio ambiente y agua potable.

Descripción del módulo de Equipo.-

Es una torre de enfriamiento de 7 pisos con un área de 0.95*0.4 m y una altura de 2.4 m; acoplado un ventilador y 3 duchas de dispersión, la cual opera adiabáticamente a régimen estacionario.

-Valor Creativo-


9

Se prendió el calentador

eléctrico 3 horas antes de iniciar la

práctica.

Primero

Se fijó el flujo de agua caliente vía rotámetro del intercambiador de calor.

Luego

Se leyó a 40, luego se prendió el compresor para fijar el

caudal del aire, se tomaron los datos de la temperatura

inicial.

Lectura

Después de haber realizado este experimento.

Datos experimentales

Se procedió hacer lo mismo

para las diferentes lecturas del rotámetro.

Luego

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La presente práctica se desarrolló con un caudal de gas constante, y variamos los caudales del agua.

-Valor Creativo-


10

5. RESULTADOS

TABLA N°1 – Datos Experimentales

LRTemperatura del aire °C Temperatura del agua °C

T1 T2 tL1 tL2

60 32.8 23 53 32

80 34 23 55 34

100 36 23 57 37

120 37.5 23 59 40

140 37 23 57 37

a) LECTURA DEL ROTÁMETRO LR= 60

-Valor Creativo-


11

TABLA N°2 – DATOS ADICIONALES

LR = 60 RH = 0.83tLe = 53 ye = 0.015tLs = 32 ys = 0.0255tge = 23 var y = 0.0105tgs = 32.8

TABLA N°3 – CALCULO DE DATOS PARA LR=60

tL yi H H* H*-H 1/(H*-H) 1/(H*-H)avg delta H integral32 0.031 15.924 26.5565

210.6325

20.0940510

833.5 0.034 16.405 28.7667

412.3617

40.0808947

60.087472921 0.481 0.0420744

735 0.037 16.886 30.9811 14.0951 0.0709466

40.075920701 0.481 0.0365178

636.5 0.04 17.367 33.1996 15.8326 0.0631608

20.067053731 0.481 0.0322528

438 0.044 17.848 36.0339

218.1859

20.0549875

90.059074207 0.481 0.0284146

939.5 0.049 18.339 39.4861

321.1471

30.0472877

40.051137668 0.481 0.0245972

241 0.052 18.81 41.7191

222.9091

20.0436507

40.045469239 0.481 0.0218707

42.5 0.057 19.291 45.18375

25.89275

0.03862085

0.041135794 0.481 0.01978632

44 0.062 19.772 48.65528

28.88328

0.03462211

0.036621478 0.481 0.01761493

45.5 0.067 20.253 52.13371

31.88071

0.03136693

0.032994518 0.481 0.01587036

47 0.071 20.734 55.00322

34.26922

0.02918071

0.030273818 0.481 0.01456171

48.5 0.077 21.215 59.11127

37.89627

0.02638782

0.027784263 0.481 0.01336423

50 0.085 21.696 64.462 42.766 0.02338306

0.024885441 0.481 0.0119699

51.5 0.093 22.177 69.82377

47.64677

0.02098778

0.022185421 0.481 0.01067119

53 0.099 22.658 73.95942

51.30142

0.01949264

0.02024021 0.481 0.00973554

-Valor Creativo-


12

Nio = 0.29930197

TABLA N°4 – RESULTADOS OBTENIDOS PARA LR=60

Nio 0.29930197Kya 156.846188Le 207

hge 14.5917hgs 23.408844

var hg 8.817144Ls 204.516187m 0.419864G 493.016786

b) LECTURA DEL ROTÁMETRO LR= 80


LR = 80 RH = 0.83tLe = 55 ye = 0.015tLs = 34 ys = 0.027tge = 23 var y = 0.012tgs = 34


tL yi H H* H*-H 1/(H*-H) 1/(H*-H)avgdelta

Hintegral

340.0352

515.427 29.65686 14.22986

0.0702747

6

37 0.042 16.822 34.55124 17.72924 0.056404 0.063339379 1.395 0.08835843

40 0.0493 18.217 39.80118 21.584180.0463302

30.051367113 1.395 0.07165712

43 0.0587 19.61246.36062

6

26.74862

60.0373851 0.041857663 1.395 0.05839144

46 0.068 21.007 52.88448 31.877480.0313701

10.034377603 1.395 0.04795676

49 0.079 22.402 60.48246 38.08046 0.0262601 0.028815148 1.395 0.04019713

-Valor Creativo-


13

9

52 0.0943 23.79770.76871

6

46.97171

6

0.0212894

10.023774797 1.395 0.03316584

55 0.1 25.192 75.15 49.9580.0200168

10.020653111 1.395 0.02881109

Nio = 0.36853782


Nio 0.38538Kya 223.8172Le 273

hge 14.5917hgs 24.62568

var hg 10.03398Ls 269.307023m 0.47780857G 571.358524

c) LECTURA DEL ROTÁMETRO LR= 100


LR = 100 RH = 0.83

tLe = 57 ye = 0.015tLs = 37 ys = 0.029tge = 23 var y = 0.014tgs = 36


tL yi H H* H*-H 1/(H*-H) 1/(H*-H)avg delta H integral37 0.042 16.822 34.55124 17.72924 0.05640439 0.047 14.962 38.13058 23.16858 0.0431619 0.04978295 0.481 0.02394559941 0.052 18.682 41.71912 23.03712 0.0434082 0.043285053 0.481 0.02082011143 0.059 19.612 46.54482 26.93282 0.0371294

20.040268812 0.481 0.019369299

45 0.065 20.542 50.7685 30.2265 0.0330835 0.035106487 0.481 0.01688622

-Valor Creativo-


14

547 0.071 20.734 55.00322 34.26922 0.0291807

10.031132129 0.481 0.014974554

49 0.079 22.402 60.48246 38.08046 0.02626019

0.027720446 0.481 0.013333535

51 0.088 24.37 66.59408 42.22408 0.02368317

0.024971678 0.481 0.012011377

53 0.099 24.262 73.95942 49.69742 0.02012177

0.021902469 0.481 0.010535087

55 0.0995 23.62 74.84025 51.22025 0.01952353

0.019822649 0.481 0.009534694

57 0.1 26.122 75.722 49.6 0.02016129

0.019842409 0.481 0.009544199

Nio = 0.150954674


Nio 0.150954674

Kya 92.5036932Le 339

hge 14.5917hgs 26.35204

var hg 11.76034Ls 333.606035m 0.588017G 576.513944

d) LECTURA DEL ROTÁMETRO LR= 120


LR = 120 RH = 0.83

tLe = 59 ye = 0.015tLs = 40 ys = 0.0315tge = 23 var y = 0.0165tgs = 37.5


-Valor Creativo-


15

tL yi H H* H*-H 1/(H*-H) 1/(H*-H)avg delta H integral

40 0.0493 18.217 39.80118 21.58418

0.0463302

3

43 0.0587 19.612

46.36062

6

26.74862

6 0.0373851 0.041857663 1.395 0.05839144

46 0.068 21.007 52.88448 31.87748

0.0313701

1 0.034377603 1.395 0.04795676

49 0.079 22.402 60.48246 38.08046

0.0262601

9 0.028815148 1.395 0.04019713

52 0.0943 23.797

70.76871

6

46.97171

6

0.0212894

1 0.023774797 1.395 0.03316584

55 0.1 25.192 75.15 49.958

0.0200168

1 0.020653111 1.395 0.02881109

59 0.1 27.052 76.294 49.242

0.0203078

7 0.020162341 1.86 0.03750195

Nio = 0.24602421


Nio0.2460242

1

Kya 147.215391

Le 405

hge 14.5917

hgs 28.260675

var hg 13.668975

Ls 397.708798

m 0.71941974

G 562.953696

e) LECTURA DEL ROTÁMETRO LR= 140


-Valor Creativo-


16

LR = 140 RH = 0.83tLe = 57 ye = 0.015tLs = 37 ys = 0.033tge = 23 var y = 0.018tgs = 37


tL yi H H* H*-H 1/(H*-H) 1/(H*-H)avg delta H integral

37 0.042 16.822 34.55124 17.72924 0.056404

39 0.047 14.962 38.13058 23.16858 0.0431619 0.04978295 0.481 0.023945599

41 0.052 18.682 41.71912 23.03712 0.0434082 0.043285053 0.481 0.020820111

43 0.059 19.612 46.54482 26.93282 0.03712942 0.040268812 0.481 0.019369299

45 0.065 20.542 50.7685 30.2265 0.03308355 0.035106487 0.481 0.01688622

47 0.071 20.734 55.00322 34.26922 0.02918071 0.031132129 0.481 0.014974554

49 0.079 22.402 60.48246 38.08046 0.02626019 0.027720446 0.481 0.013333535

51 0.088 24.37 66.59408 42.22408 0.02368317 0.024971678 0.481 0.012011377

53 0.099 24.262 73.95942 49.69742 0.02012177 0.021902469 0.481 0.010535087

55 0.0995 23.62 74.84025 51.22025 0.01952353 0.019822649 0.481 0.009534694

57 0.1 26.122 75.722 49.6 0.02016129 0.019842409 0.481 0.009544199

Nio = 0.150954674


Nio 0.150954674Kya 104.53822Le 471

hge 14.5917hgs 29.05026

var hg 14.45856Ls 462.548899m 0.722928G 651.517164

TABLA N°17 RESULTADOS DE EXPERIENCIA

LR Ls (Kg/s) Le (Kg/s) G (Kg.aire/h) Kya(Kg/ m(Kg)

-Valor Creativo-


17

m3.h)

60 204.516187 207 493.016786 156.846188 0.419864

80 269.307023 273 571.358524 571.358524 0.47780857

100 333.606035 339 576.513944 92.5036932 0.588017

120 397.708798 405 562.953696 147.215391 0.71941974

140 462.548899 471 651.517164 104.538224 0.722928

6. DISCUSIONES Y CONCLUSIONES

-Valor Creativo-


18

Según los objetivos de la práctica, se logró determinar el coeficiente de masa, el flujo

del líquido y del gas. Y de acuerdo los valores obtenidos, es posible la evaluación de

la performance de la torre de enfriamiento.

Los datos calculados, muestran una ligera desviación, esto debido a que algunos

fueron tomados de tablas termodinámicas como también de diagrama o

cartas psicométricas; es por ello que ciertos resultados experimentales tienden a tener una ligera

desviación.

Además se debe tener en cuenta que el aire que entra por medio de la compresora

se aproxima el valor de la presión, es por ello que debe familiarizarse con la

operación para evitar desviación o tomar malos datos.

En los cálculos se debe de tener en cuenta que la torre de enfriamiento tiene una doble función, la

primera es de enfriar el agua y la segunda es humidificar el aire, esta humidificación se da

porque el agua al enfriarse libera una cantidad de vapor de agua, la cual es

arrastrada por el aire, humidificándose de esta manera el aire.

Los resultados muestran que efectivamente ocurre una transferencia de masa y

energía simultáneamente, donde la transferencia de masa se ve en el aumento de

humedad absoluta, mientras que la transferencia de energía se ve en la temperatura que gana el

aire luego de la operación e humidificación.

Se comprobó por balance de materia y energía los resultados cualitativo que se

perciben, plasmando así la existencia de cuanta masa y energía (calor) se transfiere.

-Valor Creativo-


19

7. RECOMENDACIONES

Manipular la compresora con total precaución, para así evitar algún tipo de lesión

Verificar que la electrobomba este cebada o purgada, para evitar malfuncionamiento

o deterioro de la electrobomba.

Tratar de revisar si existen fugas en el sistema para poder evitar la pérdida de

presión del aire en el sistema de enfriamiento.

Evitar tener contacto con el agua caliente para evitar lesiones

8. ANEXO

-Valor Creativo-


20

-Valor Creativo-


21

9. BIBLIOGRAFÍA

TREYBAL, Robert; Operaciones de Trasferencia de Masa; Ed. Mc Graw Hills; México 1982.2.

PERRY, Robert y CHILTON, Cecil; Manual del Ingeniero Químico; Ed. Mc Graw Hills; 6º edición; México 1987.3.

OCON, Joaquin y TOJO, Gabriel; Problemas de Ingeniería Química; Editorial Aguilar; Madrid 1972.4.

FOUST, Alan y otros; Principios de las Operaciones Unitarias; 3º edición editorial CECSA, Mexico.5.

C. J. GEANKOPLIS, Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias Editorial CONTINENTAL, México 199.

McCabe; Smith. Harriott. 2002. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química.

"Torres de enfriamiento de agua - Evaluación de performances térmicas"; Ferrara, N.H.; Revista Mediterránea - Ingeniería & Tecnología. Nro. 20, Marzo de 1996. Córdoba.

Practica de Lou 1

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