INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ACAPULCO

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

OPERACIONES UNITARIAS III

UNIDAD I:HUMIDIFICACION

PROBLEMARIO

EQUIPO N° 3

INTEGRANTES:

• CAMACHO MIRANDA EMILIA • CHAVES NAVA LARISA MALANI• CHAVES NAVA BRIAN ALBERTO• SUATEGUI DE LA CRUZ DIANA ISABEL• EMIGDIO SANCHEZ GUSTAVO

ACAPULCO, GRO. 08 DE JULIO DEL 2014

ÍNDICEUNIDAD 1: Humidificación

Problemas propuestos: 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6, 4.7, 4.8, 4.9

4.1 Una masa de hidrógeno con Cl4C tiene una temperatura de rocío tr = 15 °C y

760 mm Hg. Calcúlese:

a) La humedad absoluta.

b) El volumen específico.

c) El calor específico.

d) La temperatura hasta la que ha de enfriarse, a la vez que se comprime hasta 2

atm, para separar el 60% del Cl4C.

Las tensiones de vapor del Cl4C en función de la temperatura son:

T °c 0 5 10 15 20 30 40P mmH 14 18 25 33 91 143 216

Para los calores específicos del vapor de Cl4C y del H2 pueden tomarse los valores: 0.13 y 0.35 Kcal/Kg °C.

Datos:Hidrogeno:2 g/molCl4C:153.812=154 g/molTr=15°CP:760 mmHg

Solución:

a).- humedad absoluta

y=MvMg

PvP−Pv

¿154 g/mol2g /mol

33mmHg760mmHg−33mmHg

=3.4951 kg Cl4C/kg H

b).- volumen especifico

v= ¿+yMv

)RTP

=( 12 + 3.4951153.812

) (8.314 )(288.13)

760 /760 = (0.5 + 0.227) (

23.62831

¿ = 0.5227 +1

=

12.3505c) calor especifico

c= ( Cp) + ( Cp) vy= 0.35+0.13 (3.4951)=0.35+0.4543 = 0.8043

d) ym= Pv

p−pv= 33760−33 =0.0453

y`m= (0.0460) (4)=0.0184

ym – y`m= 0.0453 – 0.0184 = 0.0269

pv*= 1520

pv*= (1520)(0.0184)=27.46 mmHg

Se hace una interpolación para encontrar la temperatura de: 11.16°c que corresponde a la tensión de vapor para que la mezcla se enfríe y comprima .

T °c P mmHg

10 25

X 27.46

15 33

Y= y1 + ( x−x1¿¿-y1)/x2-x1)= 27.46+ (-10) 35-25/15 = 11.16 °c

A esta tensión de vapor le corresponde una temperatura de 11.16 °C, temperatura

hasta la que hay que enfriar la mezcla, a la vez que se comprime a 2 atm.

4.2 Una masa de aire está saturada con éter dietílico a 20 °C y 745 mm Hg.

Calcúlese:

a) La composición en volumen.

b) La humedad molar.

c) La humedad absoluta.

d) El volumen específico.

e) La humedad absoluta si la temperatura desciende hasta 0 °C.

f) La cantidad de éter condensado si se enfrían hasta 0 °C 1000 m3 de mezcla

inicial.

Las tensiones de vapor del éter en función de la temperatura son:

t, °C | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 |

p, mm Hg | 112.3 | 185.3 | 291.7 | 442.2 | 647.3 |

Solución:

Datos:

P: 745mmHg

T: 20°C

a) Fraccion molar

y= pvp

=442.2mmHg745mmHg

=0.5935

b) Ym :nvng

= pvpg

= pvp−pv

Pv: 442.2mmHg

Pg: 302.8mmHg

Pt: 745mmHg

Ym :442.2mmHg

745−443.3mmHg=442.2mmHg302.8mmHg

=1.4603

c) Eter dietilico (Mv) = 74.12 kg/kmolAire (Mg) = 29 kg/kmol

Y=MvMg

Ym

Y=74.1229

(1.4603 )=¿

Y=2.5558 (1.4603 )=3.7323 kgeterkgaire

d) R=62.38367mmHg . Lmol . k

20°C +273= 293°K

V=( 1Mg+ YMv )( RTP )

V=( 129kgkmol

+

3.732374.12kgkmol )= 62.3836 (mmHg . L )

mol .° Kx293 ° K

745mmHg

v=(0.0344 kgkmol

+0.5003kg

kmol )=18,278.3948

mmHg .Lmol

745mmHg

v=(0.0847 kgmol )(24.5347 L

mol )

24.5317 Lmol |1000mol1kmol | 1m31000 L

=24.5347 m3

kmol

v=(0.0847 kgkmol )(24.5347 kmolm3 )=2.078m

3

kg

4.3.- 300 m3 de CO2 saturados con agua se encuentran a 20 °C y 1 atm y se comprimen hasta 2.5 atm a la vez que se enfrían hasta 15 °C, con lo cual se condensa parte del agua que va separándose del sistema. A continuación se expansiona hasta 1.3 atm y se calienta hasta 20 °C. Calcúlese:a) La humedad absoluta final.b) La cantidad de agua condensada.c) La humedad relativa final.d) El volumen de la mezcla medido en las condiciones finales.

Datos:

T= 20°C

T2=15°C

P=2.5 atm

P2=1.3 atm

Solución:

a) Y=MvMg

PvP−Pv

Y=1844

12.78101900−12.7810

=0.4090 12.78101900−12.7810

=0.4090 12.78101887.219

Y= (0.4090 ) (6.7723 X 10−3 )

Y=2.7698 X 10−3o0 .0027

b) V=( 1Mg

+ YMv

) RTP

V=( 144 + 0.002718 )(0.082)(288.15)2.5

=(0.0227+1.5 X 10−4 ) 23.62832.5

=(0.02285)(9.4513)

V=0.2159

m=(2.7724 x10−3)(300)

0.2158=3.8541

c) Pv=(988 ) (2.7724 ) (2.4444 )=6.6944

φ= PvP v¿

φ=6.6944mmHg17.53mmHg

=0.3818o38%

d)

Y m=( 17.53988 )= 17.53970.47

=0.0180

Y=1844

(0.0180 )=0.0073

V=( 144 + 0.007318 )(0.082)(293)1.3

=0.4270

V=(3.8514)(0.4270)

0.0073=225.28

4.4 100 m3 de una mezcla de CO2 y vapor de agua medidos a 50 °C y 750 mm Hg tienen una composición del 6% en volumen de vapor de agua. Calcúlese:a) La humedad absoluta.b) La humedad relativa.c) La humedad relativa porcentual.d) El volumen específico.e) La temperatura de rocío.f) La presión a la que se alcanza la saturación permaneciendo constante la temperatura.

Solución:

a)

Y=MvMg

PvP−Pv

Pv=(0.06 ) (750 )=45mmHg

Y=1844

45mmHg750mmHg−45mmHg

=0.4090 45mmHg705mmHg

= (0.4090 ) (0.0638 )=0 .0260

a) φ= PvP v¿

φ= 45mmHg92.51mmHg

=0 . 4864o48 .6%

b) φ p=PvPv¿ ( P−P v¿

P−Pv )φ p=

45mmHg92.51mmHg ( 750mmHg−92.51mmHg

750mmHg−45mmHg )=(0.4864)( 657.49mmHg705mmHg )

φ p=(0.4864 ) (0.9319 )=0 .4532o 45 .3%

c) V=( 1Mg+ YMv ) RTP K=50+273.15=323 .15 ° K

V=( 144 + 0.026018 )(0.082)(323.15)750

=(0.0227+1.4444 X10−3) 26.4983750

V= (0.0241 ) (26.8527 )=0 .6471

d) En la tabla de vapor de agua, buscando a la presión de vapor de 45 mm Hg e interpolando con los datos proporcionados por dichas tabla, encontramos que la temperatura de roció será de 36.2°c.

Presión en Kg/Cm2 Temperatura en °c

0.060.060.08

35.8236.20 (valor interpretado)41.16

e) Ym= Pv

P−Pv

Y m=45mmHg

750mmHg−45mmHg= 45mmHg705mmHg

=0 .0638

Y m' =(0.0638 ) (9.94 )=0 .6341

0.06341=92.51864 P−92.5864

P=1546mmHg

4.5 Una mezcla acetona – nitrógeno a 800 mm Hg y 30 °C tiene una saturación

relativa del 80%. Calcúlese:

a) La humedad molar.

b) La humedad absoluta.

c) La humedad relativa porcentual.

d) El volumen específico.

e) La masa de acetona contenida en 1 m3 de mezcla.

Datos

P= 800 mm Hg

T= 30°C

% de humedad: 80%

Solución:

a)._ 80/100= 0.80

pv= (φ) (pv*)=(0.80)(283) =226.4

ym= Pv/P-Pv =226.4 /800-226.4 = 0.3947

b)._ ym= MvMg

Pv

P−Pv =

5828

(0.3947) = 0.8175

c)._ φp Pv

Pv∗¿¿ (Pv

P−Pv) =

226.4283

800−283800−226.4 = 73%

d)._ v= ¿+yMv

)RTP

=( 128

+ 0.818558.04

) (0.082)(303.15)

1.0526 = (0.0357+ 0.0003) (

24.86831.0526

¿ =

1.17

e)._ m= y/v = 0.818/1.17=0.6991

4.6 En un depósito de 5 m3 se ha de almacenar aire a 15 atm y 25 °C. El aire con

que se alimenta el compresor situado a la entrada del depósito se encuentra a 25

°C y humedad relativa del 40%, a la presión atmosférica normal. Calcúlese la

cantidad de agua condensada en el depósito.

Datos: calculando Pv:

P=15atm pv=φ . Pv¿

5m3 de aire Pv=(0.4 ) (23.76mmHg )

T= 25°C Pv=9.504mmHg

P= 15atm

φ=40%

Pv¿ (25 ° C )=23.76mmHg Mv=18

Mg=29

Ym=MvMg ( Pv

p−Pv ) Ym=(9.504 mmHg

11400mmHg−9.504mmHg )=( 9.504mmHg11390.496mmHg )

Ym=8.3437 x10−4

-calculando a 1atm:

Y=1829 ( 9.504mmHg

760mmHg−9.504mmHg )= (0.6206 )( 9.504750.496 ) Y= (0.6206 ) (0.0126 )

Y=0.0078 kg deaguakgde aire

PV=PYMgMv

Calculando a 15 atm:

Pv=(11400mmHg ) (0.0078 )( 2918 )Pv=(88.92 ) (1.6111 )=143.259mmHg

Pv=143.259mmHg

Calculando: Humedad absoluta

Y=MvMg

Ym=MvMg ( Pv

P−Pv ) Y=18

29 ( 143.259mmHg760−143.259mmHg )

Y=0.6206( 143.259mmHg616.741mmHg )

Y=0.6206 (0.2322mmHg )

Y=0.1441 kg deaguakg deaire

*Volumen especifico T= 25°C+273=288°k

V=

( 129 + 0.144118 )(0.082 atm .L

k .mol )(288 ° K )

15atm

v=(0.0344+8.005 x103 )1.5744 Lmol

v=(0.0424 )1.5744 Lmol | 1m

3

1000L|1000mol1kmol

v=(0.0424 )(1.5744 m3

kmol)

v=0.0667 m3

kgde nitrogeno

m=Y (Vo )V

m=0.0078 (5m3 )0.0667

= 0.0390.0607

=0.5847kg deagua

0.5847kg es la cantidad de agua condensada

4.7 Calcúlese la temperatura húmeda y la temperatura de saturación adiabática de

una mezcla benceno – aire a 30 °C que tiene una humedad absoluta de 0.200 Kg

benceno/Kg aire.

Solución:

Datos: Formulas

T: 30°C *temperatura humeda

Y=0.200kg benceno/kg de aire Yw−Y=

hckYλω

(t−tw )

Benceno= 0.400 * hckY

Yw=Y +

hckYλω

(t−tw )

T°C=30

P/mmHg=119.4mmHg

λω=109

hckY

=0.400del benceno

Yw=0.200 kgbencenokgde aire

+ 0.400λω

(30 ºC−tw )

Tabla: A-12

λω=109 kcalkg

−Tabla A−12

Calculando la humedad de saturación Yw y tanteando una temperatura supuesta

de tw=15ºc

1ª tanteo

Yw=0.200 kgdebencenokg aire

+ 0.400109

(30 ºc−15 ºc)

Yw=0.200 kgkgaire

+3.6697 x10−3 (15 ºC )

Yw=0.200+0.05550

Yw=0.2550kgde benceno /kg

Benceno – tensiones de vapor P: 760mmHg

T,ºc 5 10 20 30 40 50

P,mmHg 34.9 45.6 75.3 119.4 183.2 271.6

Humedad de saturación de benceno a 10ºc y 20ºc

Y=MvMg

Pv¿

P−Pv¿

Benceno a T=10ºc y P=760mmHg

( 7829 )( 45.6760−45.6 )=0.1715

Benceno a T=20ºc y P=760mmHg kg

( 7829 )( 75.3760−75.3 )=0.2955

Teniendo:

Yw−Y=

hckYλω

(30−15 )

0.2550−0.200=0.400109

(30−15 )

0.0550=3.6697 x10−3 (15 ºC )

0.5550=0.0555

Interpolando

Tºc

10ºc 0.1715

0.2550

20ºc 0.2955

(17ºc)

A esta temperatura (17ºc) corresponde a una humedad de 0.2550kg de

benceno /kg

Tanteo 2.- suponiendo Tw=17ºC

Yw=0.200+ 0.4118

(30−17 )=¿

Yw=0.200+3.38983 x10−3 (13 )

Yw=0.200+0.0440

Yw=0.2440

*interpolando

Yw−Y=

hckYλω

(T−Tw )

0.2440−0.200= 0.4118

(30−17 )

0.044=0.04406

Por lo que la temperatura húmeda es Tw=17°C

Por lo tanto, la temperatura de saturación adiabática será ts = 14 °C.

b) temperatura de saturación adiabática

Ys−Y= Cλs

(t−ts )

Ys−0.2=o .30+0.41Ys λs (30−ts )

Ys=0.2+0.35+0.41Ys109 (30−ts )

Tanteo – suponiendo que ts= 15°C

Ys=0.2+0.35+0.41Ys109 (30−15 )

109 Ys=0.2+(0.35+0.41 Ys) 15

109 Ys-21.8= (5.25+6.15 Ys)

109 Ys=+6.15 Ys = 5.25 + 21.8

115.15 Ys=27.05

Ys=27.05115.15

=0.2349

Teniendo

Ys−0.2=(0.35+0.41 )Ys λs (30−ts )

0.2349−0.2=(0.35+0.41 ) (0.2349 )109 (30−15 )

0.0349=0.0614

Tanteo 2, suponiendo que ts=14°C

Ys=0.2+(0.35+0.41 )Ys λs (30−ts )

Ys=0.2+(0.35+0.41 )Ys105 (30−14 )

105Ys=0.2+(0.35+0.41 )15

105Ys=21=(5.6+6.56 Ys)

105Ys−6.56Ys=5.6+21

98.44Ys=26.6

Ys=0.2702

Teniendo

Ys−0.2=0.35+0.41Ysλs (30−ts )

0.2702−0.2=0.35+0.41 (0.2702 )105 (30−14 )

0.0702=0.0702

Por lo tanto, la temperatura de saturación adiabática será ts=14°C

Tw=14 °C

4.8 determine gráficamente las siguientes propiedades de aire húmedo a 35 ° c y 760 mm Hg.

a) humedad absoluta en condiciones de saturación

b) volumen especifico en condiciones de saturación

c) temperatura humedad y temperatura relativa si la temperatura de rociór es de 15°c

d) temperatura relativa y temperatura de roció si la temperatura humedad es de 30°c

e) temperatura humedad y temperatura de roció si la humedad relativa es del 80 %.

4.9.- Disponemos de una masa de aire a 50°C con el 30% de humedad relativa a 760mmHg. Calcúlese:

a) φ=PvP

v¿

Pv=P x Pv¿=0.30 (92.51 )=27.753mmHg

Y=0.6206( 27.753732.247 )=0.6206 (0.379 )=0.0235 kgdeaguakgaire

b) Ymax=1829 ( 92.51667.49 )=0.0860 kgaguakgaire

c) T°C mmHg

27 26.74

27.62 27.753

28 28.35

-------------------------------------------------

1 1.61

X= 0.3708 0.597

28°C – 0.3708 = 27.6292°C

d) c= (cp ) g+(cp ) vY c= (24 )+(46 ) (0.0235 ) c=24+1.081 c=25.081 x100 c=2508.1kcal

e)

35°C = 0.4218

Y=MvMg ( Pv

P−Pv )Pv=0.4218 = 42.18

Pg= 717.82 760-42.18= 717.82

Y=1829 ( 42.18

760−42.18 )Y=0.6206( 42.18717.82 )Y=0.6206 (0.0587 )

Y=0.0364

f) 32.5 °C