Ejercicios prácticos
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UNEFM. UNIVERSIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL DEL ESTADO FALCÓN. APRENDIZAJE DIALÓGICO INTERACTIVO (ADI).E-MAIL: [email protected] OPERACIONES UNITARIAS III.
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA”
AREA DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA
UNIDAD CURRICULAR: OPERACIONES UNITARIAS III PROFESOR: ING. YOLIMAR FERNÁNDEZ DE JIMÉNEZ
EJERCICIOS DE APLICACIÓN DE HUMIDIFICACIÓN – TORRES DE
ENFRIAMIENTO Ejemplo n° 1: Una torre de enfriamiento de desplazamiento inducida a contracorriente opera con las temperaturas de entradas y salida de agua de 105 y 85°F respectivamente, cuando el aire tiene unas temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo respectivamente de 90 y 76°F. La torre tiene un relleno de plástico apilado de 4ft, y las velocidades de flujo son GS= 2000 Lb/h.ft2 y LS= 2200 Lb/h.ft2. Determine el número de unidades de transferencia, la altura de la unidad de transferencia con base a la fuerza impulsora de la fase gaseosa global. Solución:
A partir de la carta psicrométrica (McCabe) se determina la humedad y el calor húmedo de
entrada.
aireLbaguaLbY /017.0
%55HR
FLbBtuCS ./248.0
LbBtuHHYTbScH GGSG /7.32)017.0(1075)3290(248.0.)32.( 111
LS= 2200 Lb/h.ft2 TL2 = 105°F
GS= 2000 Lb/h.ft2 TbS =90°F TbH = 76°F
HG1
TL1 =85°F
HG2 =?
UNEFM. UNIVERSIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL DEL ESTADO FALCÓN. APRENDIZAJE DIALÓGICO INTERACTIVO (ADI).E-MAIL: [email protected] OPERACIONES UNITARIAS III.
La curva de equilibrio para este sistema es la siguiente:
Aplicando la ecuación de diseño: 12!2 ... GGSLLpLS HHGTTCL , donde CPL=1Btu/Lb.°F
Despejando a HG2 de la ecuaciónse tiene:
LbBtuHHH
GTTCL
H GGGS
LLPLSG /7.547.32
2000)85105).(0.1.(2200..
22112
2
Con este valor y los puntos TL2= 105°F, TL1= 85°F y HG1 = 32.7 Btu/Lb se grafican en la figura
anterior como los puntos finales de la línea de operación, quedando dibujado de la siguiente
manera:
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
Enta
lpía
del
air
e H
GBt
u/Lb
Temperatura del agua TL °F
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 50 100 150
Enta
lpía
del
air
e H
G B
tu/L
b
Temperatura del agua TL °F
Curva de equilibrio
Recta de operación
UNEFM. UNIVERSIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL DEL ESTADO FALCÓN. APRENDIZAJE DIALÓGICO INTERACTIVO (ADI).E-MAIL: [email protected] OPERACIONES UNITARIAS III.
Con respecto al número de unidades de transferencia
2
1
'
H
HTOG HH
dHN como hay que
resolver esta integral se debe utilizar el método de Simpson el cual es:
nparesimpares ffffhA 243 0
Para mejor apreciación se realiza una tabla como la siguiente, donde los valores de H* y H’ son
tomados de la gráfica anterior.
TL (°F) H* (Btu/Lb) H’ (Btu/Lb) 1/H*-H’
85 41.5 32.7 0.1136
95 55.5 43.7 0.0847
105 73 54.7 0.0546
Aplicando Simpson: 29.00546.00847.041136.0
31/5.41/73
TOGTOG NNA
Por tanto HTOG,
ftHHN
ZH TOGTOGTOG
TOG 7.1329.04
La temperatura de aproximación es 85-76 = 9°F
Ejemplo n° 2: Se debe calcular la altura de relleno requerida para una torre de enfriamiento de 10ft de diámetro que debe enfriar 50000 Lb/h de agua proveniente de un economizador; el agua de entrada a la torre a 120°F y debe ser enfriada hasta 80°F, mediante aire de ambiente de TBS=70°F y TBH=60°F, la torre trabajará con un flujo de aire igual a 2 veces el mínimo, considere que el coeficiente global de transferencia de materia para el relleno es Kya = 1525 Lb/h.ft Solución:
LS= 50000 Lb/h TL2 = 120°F
GS =Lb/h TbS =70°F TbH = 60°F
HG1
TL1 =80°F
HG2
UNEFM. UNIVERSIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL DEL ESTADO FALCÓN. APRENDIZAJE DIALÓGICO INTERACTIVO (ADI).E-MAIL: [email protected] OPERACIONES UNITARIAS III.
A partir de la carta psicrométrica (Treybal) se determina la humedad y la entalpía de entrada:
aireLbaguaLbY /009.0
Calculando la entalpía mediante esta ecuación: YTYH .2.107532..455.024.0
LbBtuHH GG /19)009.0(2.1075)3270(009.0.455.024.0 11
La curva de equilibrio para este sistema es la siguiente:
Para obtener Gmin debo hacer lo siguiente en la gráfica:
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
Enta
lpía
del
air
e H
GB
tu/L
b
Temperatura del agua TL °F
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
Enta
lpía
del
air
e H
G B
tu/L
b
Temperatura del agua TL °F
Curva de equilibrio
Recta para obtener Gmin
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hLbG
HHTTCL
GGG
LLpLS /45,22099195,109
80120).0.1.(50000..min
12
!2min
hLbGxG OpOp /9,4419845,220992
Despejando a HG2 de la ecuación de diseño:
LbBtuHHH
GTTCL
H GGGOP
LLPLSG /25,6419
9,44198)80120).(0.1.(50000..
22112
2
Quedando la recta de operación en el grafico así:
Para calcular la altura de la torre se tiene la ecuación: TOGTOG NHZ .
Como ftHfthLbhbL
KyaG
H TOGS
TOG 29../1525/9,44198
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140
Enta
lpía
del
air
e H
G B
tu/L
b
Temperatura del agua TL °F
Curva de equilibrio
Recta de operación
UNEFM. UNIVERSIDAD PARA EL DESARROLLO INTEGRAL DEL ESTADO FALCÓN. APRENDIZAJE DIALÓGICO INTERACTIVO (ADI).E-MAIL: [email protected] OPERACIONES UNITARIAS III.
Con respecto al número de unidades de transferencia
2
1
'
H
HTOG HH
dHN como hay que
resolver esta integral se debe utilizar el método de Simpson el cual es:
nparesimpares ffffhA 243 0
Para mejor apreciación se realiza una tabla como la siguiente, donde los valores de H* y H’ son
tomados de la gráfica anterior.
TL (°F) H* (Btu/Lb) H’ (Btu/Lb) 1/H*-H’
80 37 19 0.0556
85 41.8 23.5 0.0546
90 49 30 0.0526
100 64.5 40.5 0.04167
110 84 51.5 0.0308
120 108 62 0.0217
Aplicando Simpson:
98.20217.00308.00526.0204167.00546.040556.03
5/37/108 TOGTOG NNA
Por tanto:
ftZftxZ 42.8629.98.2