informe de humidificacion practica 4 calculos y discusiones.docx
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Datos experimentales
Tabla No.1 Datos del sistema
TL (°F) Tbh (°F) Tbs (°F)Tope 110 57 77.18
Punto 1 114 53 75.2Punto 2 98 50 67.1Fondo 120 60 78
Ambiente 61 80
Tabla No. 2 Datos del sistema
Datos del sistemaPresión 1AtmDP Gas 250 Pas
Altura de la columna 1.3mQL 2.30 gal/min
Ancho 43cm
Tabla No. 3 conversión de los datos experimentales
TL (°C) Tbh (°C) Tbs (°C)Tope 43.33 13.88 25,1
Punto 1 45.55 11.66 24Punto 2 35.66 10 19,5Fondo 48.88 15.55 25.55
Ambiente 16.11 26.66
Resultados Experimentales
Tabla No. 4 Entalpia vs temperatura
TL (°C) H’ (KJ/Kg) H’* (KJ/Kg)43.33 39.2 19545.55 34 22035.66 29.5 14148.88 43.5 260
Balance de masa
¿+¿=Gs+Ls
¿−Ls=Gs−¿→G ' ys−G ' ye
m °H 2O=G' ( ys− ye)
Balance de Energía
¿ H '≤+¿ H '≥¿Gs H ' s+LsH ' Ls
¿ H '≤−Ls H ' ls=¿ H ' e−GsH ' s
m °H 2O=¿−Ls →Ls=m° H 2O+¿
m°H 2O=Gs−¿→Gs=m°H 2O+¿
ql=¿ .Hle−Ls . Hle
qG=G'(H ' s−H 'e)
qsist=ql+qG
Tabla No. 5 Masa de agua transferida por unidad de tiempo
m°H2O (Kg H2O/seg) -0.0000782
Tabla No.6 Calor absorbido y desprendido
qL (KJ) -9.45qG (KJ) -0.336
qsist (KJ) -9.786
Tabla No.7 Altura teórica de la torre
Zteo (m) 0.060Zreal 1.3m
%Error 95.38%
Tabla No.8 Eficiencia de la torre
Eficiencia (n) 4.6%
Gráfica.1. Entalpias vs temperatura
36 38 40 42 44 46 48 500
50
100
150
200
250
300
f(x) = 0.283260521879595 x² − 14.4705624099855 x + 290.739089519831R² = 0.999890644702264
f(x) = 1.00022147895387 x − 7.06465758978343R² = 0.716871728863781
H Vs TL
H' Vs TLLinear (H' Vs TL)H'* Vs TLPolynomial (H'* Vs TL)
TL (°c)
H (K
J/Kg
)
Discusión de Resultados
Dentro de esta práctica se trabajo con un ensayo en particular, el cual
consta de varias temperaturas obtenidas en diferentes puntos de la torre, entre
estos tope y fondo, para posteriormente determinar la entalpia del liquido y del gas
por medio de la carta psicrometrica, donde la temperatura del liquido (TL) permite
hallar las entalpias del mismo y con las temperaturas de bulbo seco y húmedo se
encuentran las del entalpias del gas. Con dichas entalpias se realiza la curva de
equilibrio, donde las del liquido representan dicha curva, dado que estas
representan las entalpias de equilibrio entre el gas que esta saliendo de la torre
entre las del liquido. Las entalpias del gas representan la recta de operación entre
los puntos de tope y fondo, dicha grafica se puede apreciar en la grafica No 1.
Para determinar los balances, se rectifica lo que entra y lo que sale de la
torre, obteniendo los balances de masa y energía para dicho sistema,
posteriormente se utilizan para determinar la masa transferida del agua y el calor
absorbido o desprendido. Para el calculo de la masa transferida del agua se parte
del balance de masa, con las humedades absoluta de entrada y salida obteniendo
la transferencia de masa del agua por tiempo, para este caso se obtuvo una masa
de -7,82x10-5 Kg agua/s. En el calor se determina por medio del balance de
energía, para el líquido y para el gas, obteniendo para el líquido un valor de -9,45
KJ y para el gas -0,336 KJ dando como resultado un sistema exotérmico que
desprende calor.
La altura teórica de la torre se halla mediante el cálculo entre Htog por Ntog,
donde Htog se determina mediante un procedimiento particular, en este caso la
implementación de la ecuación de Simpson y Sherwood, cuyo procedimiento se
encuentra expresado en el apéndice, dando como resultado un valor de 0.3784, el
valor obtenido se encuentra dentro de los rangos consultados en la teoría,
deduciendo que esta ecuación se ajusta al sistema estudiado. Para Ntog se halla
por el método del trapecio también encontrado en dicho apéndice, obteniendo un
valor de 0.157 el cual es muy diferente a los valores consultados en la teoría.
Con la multiplicación de Htog por Ntog se obtiene la altura teórica
establecida en los objetivos, obteniendo como resultado una altura de 0,060 m,
esta altura está por debajo de la altura real proporcionada en los datos
experimentales, arrojando un porcentaje de error del 95.38%, siendo un margen
muy alto, esto se pudo deber a fallas en los cálculos del Ntog ya que este valor no
fue el esperado. Por último el rendimiento de la torre se halla por medio de la
división entre la altura teórica y la real multiplicado por cien, obteniendo 4,6% muy
por debajo de los rangos que generalmente se encuentran en la teoría, con este
valor obtenido se puede decir que el sistema pudo haber presentado fallas las
cuales afectan al proceso.
Conclusiones
Como se discutió anteriormente, la curva de equilibrio representa la entalpia
del liquido porque son las entalpias de equilibrio entre el gas que esta saliendo
entre el liquido que entra, dichas curvas se ajustaron a las características
estudiadas en la teoría de este proceso. Para hallar la masa de agua transferida y
el calor se utilizan los balances de masa y energía, obteniendo una masa negativa
lo cual representa que este que esta operación sea deshumidifcación con
enfriamiento dado que la temperatura es menor en la salida de la torre que en la
entrada, verificándose con el cambio en la humedad, donde la humedad de
entrada es mayor que la humedad de salida, en cuanto al calor se puede observar
que para este sistema en particular, arrojó como resultado un desprendimiento de
calor tanto en el gas como en el liquido, pudiendo deducir que este sistema es
exotérmico ya que el mismo desprende calor.
Para el caso de la altura de la torre el resultado obtenido no fue el
esperado, se pudo observar una diferencia notable en la comparación del valor
real con el teórico, estos resultados incongruentes se pudieron haber debido a
fallas en el sistema utilizado que a su vez afectan a los datos experimentales
suministrados. En cuanto a la eficiencia se obtuvo un porcentaje muy bajo (4.6%),
lo que indica que el sistema pudo presentar fallas a la hora de realizar el proceso
de deshumidifcación.
Apéndice
Cálculos típicos
Se convierte las unidades los datos de la tabla.1. Experimental para llevar las temperaturas de °F a °C.
° C=(° F−32 )1,8
; Entonces ° C=(110−32 )1,8
=43.33° C
Para el caudal QL.
1 gal = 3,785 L y 1m3 = 1000L
60 min = 3600 seg
QL = 2.30 gal/min ; entonces
Ql=(2.30 gal /min )( 3,785L1gal )( 1m 31000 L )( 60min
3600 s )=0.000145m 3/s
Se halla las entalpias a través de la temperatura de la tabla. 4 por medio de la carta ciclometrica.
Calculo para hallar G
G= P∗VR∗T
= 1 Atm∗0.066m3/ seg
0.08206m3∗atmKmol∗° K
∗298.15 ° K=0.00269Kmol /seg
Flujo másico:
0.00269Kmol/seg x 29Kg/Kmol= 0.0782Kg/seg
Luego de calcular a G se pasa a calcular G´.
G´= G
1+Y amb ; entonces G´=0.0782Kg /s
1+0,007=0.00781Kg /s
Se calcula qG y qL
qG =(G´)(H´G entrada – H´L salida) ; entonces
qG = (0.00781kg/seg)( 39.2 – 43.5)Kj/Kg = - 0,336KJ
Se calcula Lentrada.
Lentrada = (QLentrada)( ρL) ; Entonces Lentrada = (0.000145m3/s)(1000Kg/m3)
Lentrada = 0.145Kg/s
Se pasa a calcular qL, pero antes se debe halla la masa de transferencia de agua que es.
mH2O = G´( Y2 – Y1); la Y2 y Y1 se halla en la carta ciclometrica con la Tbs y Tbh, tope y fondo
mH2O = (0.0782Kg/s)(0.0052 – 0.0068)Kg/kg a.s = -0.0000782 Kg H2O/seg
Lentrada – Lsalida = mH2O ; se despeja Lsalida para conocer el valor.
Lsalida = Lentrada – mH2O ; entonces Lsalida = 0.145 Kg/s – (-0.0000782)= 0.145078Kg/seg
Lsalida = 0.145078Kg/seg
qL = (Lentrada)( H´G entrada) - ( Lsalida)( H´L salida)
qL = (0.145 Kg/s)(195Kj/Kg) – (0.145078 Kg/s)(260Kj/Kg) = -9.45 KJ
Se calcula el calor del sistema.
qsist = qL + qG ; Entonces qsist = -9.45 – 0.336= -9.786KJ
Pasamos a calcular la altura teórica de la torre.
Zteo=HTOL∗NTOL
HTOL= G' sKoya
Ecuación Simpson y Sherwood para hallar Koya
Koya=0.7017∗( L' s ) (G' s)−0.374∗(G' s )−0.4364∗(L' s)+1.3838
Koya=0.7017∗(0.784 )∗(0.4223 )−0.374∗0.4223−0.4364∗0.784+1.3838
Koya=1.116 kg /seg .m 3
L’s y G’s flujo inerte superficial
Gs= G’/At= 0.0781/0.1849= 0.4223Kg/m2.seg
Igual se realiza para L´s
Area de un cuadrado= ancho al cuadrado
(0.43m)2= 0.1849m2
HTOL= G' sKoya
→0.42231.116
=0.3784m
Calculo por medio del método del trapecio
NtoG = ∫H1
H2dHG
HG−HL
Para calcular NtoG se realiza la siguiente operación.
1H´ L−H´ G
;1
260−43.5=0.00461 ;
Luego de obtener los valores se realizan las mismas operaciones para cada una de las entalpias, ubicadas en la tabla 4. Donde con los datos obtenidos se pasa a calcular el área total de la integral, es decir.
H’ H’* 1/H’* - H’ At29.5 141 0.0089 0.020832 160 0.00781 0.014034 195 0.00621 0.012336 200 0.00609 0.011938 210 0.00581 0.0068
39.2 220 0.00553 0.0043140 230 0.00526 0.00771
41.5 240 0.00503 0.0024542 250 0.00480 0.00705
43.5 260 0.00461 At= 0.157
Ecuación para hallar el área AT=(∆H ' )∗(
∆(1/H '∗−H´ )2
)
AT = 0.157
Con el método del trapecio se divide le área bajo la curva en 10 fragmentos y le aplica la integral respectiva, para hallar el área bajo la curva.
NtoG = ∫H1
H2dHG
HG−HL = 0.157; NtoG = 0.157
Zteo=HTOL∗NTOG
Zteo= (0.3784m) x (0.157)= 0.060m
Para el cálculo del rendimiento de la torre
n= Z teoricaZ real
x 100
n :0.060m1.3m
x 100= 4.6%
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