UNAM , Facultad de Qumica

Torre de enfriamiento de agua [LIQ III]UNAM , Facultad de Qumica

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TORRE DE ENFRIAMIENTO DE AGUAPROBLEMA Una corriente de agua de servicio de 3.24 L/min que proviene de la zona de cambiadores de calor se alimenta a una torre de enfriamiento de agua a 36C. Se desea conocer el flujo de aire ambiental en kg / h que se debe alimentar para enfriarla a 18C, as como el valor del coeficiente volumtrico global KY a en kg de agua transferida / h m3 (kg H2O / kg AS) para este flujo de aire.RESULTADOS Tabla1. Datos experimentales N de corridaTiempoMasa agua fraFlujo de agua salidaFlujo de agua entrada [L2]Flujo de aire entreada [G1]T agua entrada [2]T agua salida [1]TBS entrada [1]Flujo de agua entrada [L1]

minkgkg/minL/minm3 / hCCCkg agua/h

11.183.863.273.24170312429196.27

21.183.863.273.24230312230196.27

31.1733.863.293.2429028.52129197.44

41.1733.863.293.2431728.52028197.44

N de corridaTBH entrada [1]YA entrada [1]TBS salida [2]%Yr salida

CkgH2Ov/kgAsC

1180.01225.393.1

2190.01523.787.8

3170.01422.682.8

417.50.013522.180.1

Tabla 2. Constantes para clculos Constantes Antoine

A12.0484

B4030.182

C-38.15

R [cm3 atm/gmol K]82.06

Ptotal [mmHg]586

Altura empaque (z) [m]1.27

rea transversal [m2]0.09

PM aire [kgAs/kgmol]29

PM agua [kgAs/kgmol]18

Tabla3. Clculo de Y2 y de LL2 y LL1TBS[2] [K]P H2O [mmHg]PH2O [mmHg]Y2 [kgH2Ov/kgAs]2 [kg/m3]1 [kg/m3]LL2 [kg/h]LL1 [kg/h]

298.4524.184722.5160.0248994.312996.611193.294196.271

296.8521.976219.2950.0211994.312997.223193.294196.271

295.7520.561917.0250.0186995.161997.521193.459197.442

295.2519.945715.9760.0174995.161997.814193.459197.442

Tabla4. Clculo de Y1molar y de GG1Y1molarVh Molar1PMaire 11 aire [kg/m3]Q2 [m3/h]Q1 [m3/h]GG1 [kgaire/h]

0.01903.28E+0428.7910.8953170218.332195.483

0.02363.30E+0428.7400.8908230296.368264.010

0.02213.29E+0428.7570.8943290372.449333.078

0.02133.27E+0428.7660.8975317405.778364.196

BALANCE DE MATERIABalance global: LL2 + GG1 = LL1 + GG2

Balance de agua: LL2 + GsY1 = LL1 + GsY2 + Evaporacin + Arrastre

LL2 LL1 = Gs [Y2 Y1]Tabla5. Balance de agua Gs [kgAs/h]LL2-LL1 [kgH2O/h]Gs[y2-Y1][kgAS/h]diferenciaArrastre [kgH2O/h]Evaporacin [kgH2O/h]Agua evaporada [kgH2O/h]Arras.+H2Oev [kgH2O/h]

193.165-2.9772.4729-5.4500.5800.0107857332.43553.01539

260.108-2.9771.5953-4.5720.5800.0138673713.13143.71125

328.479-3.9831.5020-5.4850.5800.0115561432.61173.19208

359.345-3.9831.4002-5.3830.5800.0130969622.95993.54031

BALANCE DE ENERGA Balance de entalpas: LL1 HL1 + GsHG2 = LL2 HL2 + GsHG1 + Qperdido

Tabla 6. Entalpas de agua y de aire a la entrada y salida CpH2O [2]CpH2O [1]HL2 [kcal/kg H2O]HL1 [kcal/kg H2O]Ch [kcal/kgAs C]1Ch [kcal/kgAs C]2HG1 [kcal/kgAs]HG2[kcal/kgAs]

0.9991.00130.96924.0240.24550.251414.28421.167

0.9991.00130.96922.0220.24690.249716.36218.535

0.9991.00128.471521.0210.24640.248515.50516.705

0.9991.00128.471520.020.24620.248014.95315.867

Tabla 7. Calor perdido en la torre de enfriamiento de aguaLL2 HL2+Gs HG1 [kcal/h]LL1 HL1+Gs HG2 [kcal/h]Qperdido [kcal/h]

8745.328804.01-58.69

10242.029143.371098.65

10601.069637.67963.39

10881.499654.371227.12

Tabla 8. Calculo de NUT, HUT y KYaNUTHUTKya

1.1611.09468.224

1.8490.687108.653

2.1510.590126.833

2.0630.616121.645

CUESTIONARIO

1. Utilice un diagrama interfacial y explique el efecto simultneo que sufre el aire y el agua de entrada a la columna.- Al aumentar el flujo de aire ste se calienta y se humedece en la torre, mientras que la corriente del agua de entrada se enfra dentro de la torre. Consultar la tabla de datos experimentales

2. Plantear el balance de materia del lado del agua considerando la evaporacin y el arrastre del agua.

3. Plantear el balance de calor en funcin de las entalpas y calcular el que se pierde a travs de las paredes del equipo.Ver tabla 7.

4. Trazar la lnea de operacin junto con la lnea de equilibrio en un diagrama H Vs. T, para calcular el nmero de unidades de transferencia de masa de acuerdo a la siguiente ecuacin de diseo reportada por Treybal en espaol 2/e pgina 277:

Grfica1. Corrida 1Grfica1. Corrida 2

Grfica1. Corrida 3Grfica1. Corrida 4

Grfica 5. Lneas de Operacin

Temperatura entrada agua [C]Temperatura salida agua [C] Entalpa agua entrada [kcal/h]Entalpa agua salida [kcal/h]Lnea de operacin Lnea de equilibrioNUT

312414.28421.167y=0.983x-9.315y=3.919e0.062x1.161

312216.36218.535y=0.241x+11.051.849

28.52115.50516.705y=0.160x+12.142.151

28.52014.95315.867y=0.107x+12.802.063

5. Cul es el significado fsico del nmero de unidades de transferencia de masa?Fsicamente ocurre una transferencia de masa entre la fase lquida y gaseosa, es decir, una evaporizacin que ocurre entre el sistema aire-agua.El NUT es el Nmero de unidades de transferencia individuales con respecto al gas.Este nmero establece que la fuerza motriz existente para que se presente el fenmeno de humidificacin, es la diferencia de entalpa entre la corriente gaseosa y la entalpa en la interfaceaire agua, en otras palabras el NUT, es el nmero de unidades de transferencia, y representa el nmero de veces que la fuerza impulsora promedio (H* H) se divide entre el cambio de la entalpa. Es una medida de la dificultad de la transferencia de entalpa.

6. Cul es el significado fsico de la altura de la unidad de transferencia de masa?El HUT es la Longitud de la unidad de transferencia individual para el gas, y es la mediada de la longitud a la cual se dificulta la transferencia de entalpas presente en el proceso de humidificacin. 7. Reportar las siguientes grficas para las 4 corridas experimentales y describir el significado de los perfiles trazados:OrdenadasAbscisas

TL1 H2O NUT HUT [m] KYa [kgH2O/h m3 (kgH2O/kgAs)] G (kg aire que entra /h) G (kg aire que entra /h) G (kg aire que entra /h) G (kg aire que entra /h)

Grfica 6. Temperatura del agua a la salida de torre [C] vs Flujo de aire a la entrada de la torre [kgAs/h]

Grfica 7. Nmero de unidades de transferencia [NUT] vs Flujo de aire a la entrada de la torre [kgAs/h]

Grfica 8. Altura de la unidad de transferencia [HUT] (m) vs Flujo de aire a la entrada de la torre [kgAs/h]

Grfica 9. Coeficiente volumtrico global KYa [kgH2O/h m3 (kgH2O/kgAs)] vs Flujo de aire a la entrada de la torre [kgAs/h]

RESPUESTA AL PROBLEMA 8. Cul es flujo de aire ambiental en kg / h que se debe alimentar a la torre de enfriamiento de agua para enfriar la corriente de servicio a 18C, reportar el valor del coeficiente volumtrico global KY a en kg de agua transferida / h m3 (kg H2O / kg AS) para este flujo de aireDe la grfica 6, que da como resultado de trazar la temperatura a la salida de la torre enfriamiento respeto al flujo de aire de entrada, se traza una regresin lineal dando como resultado la ecuacin y=-0.022x+2824, es decir, TL1=-0.022GG1+28.24; de la cual ya conocemos TL1 que vale 18C y despejando GG1, obtenemos el resultado a nuestro problema.GG1= 465.45 kgAs/h

Regresin polinomica= 265.03y = -0.002x2 + 1.931x - 200.0R = 0.996

Regresin lineal= 163.75y = 0.327x + 11.55R = 0.862

CONCLUSIONES Jdidkifdkf