ing. química."balances en operaciones aire - agua"

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República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño Introducción a la Ingeniería Industrial Integrante: Jiménez Palentino Ronald C.I 19.878.500 Sánchez Vera Neila C.I 16.230.395 Lopez Meybelin C.I 15.507.833 Sánchez Kenny C.I 18.410.137 Sección: A Valencia, Agosto Del 2015 Balances en operaciones Aire - Agua

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Page 1: Ing. Química."Balances en operaciones Aire - Agua"

República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Instituto Universitario Politécnico Santiago MariñoIntroducción a la Ingeniería Industrial

Integrante:Jiménez Palentino Ronald C.I 19.878.500

Sánchez Vera Neila C.I 16.230.395Lopez Meybelin C.I 15.507.833

Sánchez Kenny C.I 18.410.137

Sección: A

Valencia, Agosto Del 2015

Balances en operaciones Aire -

Agua

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Principales unidades de las operaciones agua- aire están el secado, la humidificación, el acondicionamiento del aire

SECADO

La operación de secado es una operación de transferencia de masa de contacto gas- sólido, donde la humedad contenida en el sólido se transfiere por evaporación hacia la fase gaseosa, en base a la diferencia entre la presión de vapor ejercida por el sólido húmedo y la presión parcial de vapor de la corriente gaseosa. Cuando estas dos presiones se igualan, se dice que el sólido y el gas están en equilibrio y el proceso desecado cesa.

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LA HUMIDIFICACIÓN

Es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interface hay, simultáneamente, transferencia de calor y de materia. A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente:

Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco

(o con bajo contenido en humedad), normalmente aire atmosférico.

Parte del agua se evapora, enfriándose así la interface.

El seno del líquido cede entonces calor a la interface,

y por lo tanto se enfría.

A su vez, el agua evaporada en la interface se transfiere al aire,

por lo que se humidifica. 

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Humedad molar o saturación molarEs la relación entre los números de moles de vapor y de gas contenidos en una determinada masa gaseosa.

  Humedad absoluta o saturación absoluta

Es la relación entre el peso de vapor y el peso de gas contenido en una masa gaseosa.  Humedad relativa o saturación relativa

La humedad relativa (φ), es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa en porcentajes, tal como 50%, 75%, 30%, etc. Es el cociente entre la presión parcial del vapor y la tensión de vapor a la misma temperatura.

  Humedad porcentual o saturación porcentual

La humedad porcentual, es un término que algunas veces se confunde con la humedad relativa. La humedad porcentual, es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire seco a la temperatura del bulbo seco. Es la relación entre la humedad existente en la masa gaseosa y la que existiría si estuviera saturada.

Punto de rocíoEl punto de rocío se define como: la temperatura debajo de la cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse. También es el punto de 100% de humedad

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Diagrama de Psicométrico

Es un diagrama en el que se relacionan múltiples parámetros referentes a una mezcla de aire húmedo: temperatura, humedad relativa, humedad absoluta, punto de rocío, entalpía específica o calor total, calor sensible, calor latente y volumen específico del aire.

Los valores del diagrama no son constantes: varían según la altura sobre el nivel del mar. En la bibliografía especializada es usual encontrarlo referido a «la altura» del nivel del mar.

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Equipos utilizados SECADOR DE BANDEJAS

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SECADOR DE TÚNEL

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SECADOR ROTATORIO DE CALEFACCIÓN DIRECTA

Secador rotatorio, flujo paralelo

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SECADOR DE PULVERIZACIÒN

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TORRES DE ENFRIAMIENTO

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Balances de Materia y Energía Donde la nomenclatura es la siguiente:

G‘: Flujo másico de gas seco

L: Flujo másico de líquido

Y: Humedad en masa de agua/masa de aire seco

H: entalpía de la fase gaseosa

Subindices: 1 fondo de la torre, 2: tope de la torre

S: Area transversal de flujo

a: área interfacial de transferencia por volumen

de torre

A: superficie interfacial

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Balances de materia y energía: Línea de OperaciónHaciendo un balance global en la columna: L2 – L1 = G`(Y2 -Y1 )

Balance global de entalpía: L2HL2 + G`H1 + q = L1HL1 + G`H2

Para la altura diferencial de la columna dZ los balances quedan: Masa: G`dY = dL Energía con q= 0 G‘dH = d(LHL )

Las magnitudes del calor específico cs y del calor de vaporización del agua muestran que solamente una pequeña fracción del agua se evapora durante el enfriamiento, de hecho por cada 10ºF de enfriamiento se evapora 1% de agua, por lo tanto la variación del cp Líquido es pequeña, así:

d(LHL )=LcLdTL

Donde L = (L1+L2 )/2

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Integrando la ecuación anterior sobre la torre queda:

Esta ecuación define la línea de operación para la torre en un diagrama H vs TL

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Ejemplos Resueltos

1.- EI siguiente diagrama muestra el proceso utilizado para secar un cereal en una planta de alimentos. Primero se filtra el aire atmosférico (7250m³/h)a32°C y 745 mm de Hg, y luego se comprime este hasta 925 mm de Hg. EI aire se manda a un cambiador, de donde sale a 191°C y 850 mm de Hg, antes de pasarse al secador.

En el secador el aire caliente pasa sobre el solido húmedo (25000kg/h). EI solido tiene una humedad del 70% y, sale casi seco. EI gas sale del secador a 110°C y 800 mm de Hg, y se le pasa atreves de un cambiador de calor, que enfría la corriente hasta 38°C para quitarle algo de la humedad, antes de ser lanzado a l atmosfera. La presión parcial del vapor de agua en la corriente entrante al sistema es de 22mm de Hg y la del saliente 175 mm de Hg.

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a) Complete el balance molar de materiales para las corrientes indicadas, sabiendo que el solido seco tiene un peso molecular de 310.b) Determine la humedad relativa % para las corrientes 1,2,3y 4.c) Determine el % de humedad del cereal saliente del secador.

Planteamiento

Para resolver este problema se deberán usar los conceptos de humedad porciento yPunto de roció. EI aire seco no cambia a través del proceso, así que se toma como sustancia de correlación

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2.- Se va a deshumidificar aire a 43°C saturado con vapor de agua. Parte del aire se manda a la unidad de deshumidificaci6n ,en donde se enfría y se condensa parte del agua. EI aire sale a15.5°C,y se mezcla con aire que se deriva ("by pass"). EI aire final contiene 0.02kg de vapor de agua/kg de aire seco. La presión del vapor de agua a 43°C es de 70.000 mm de Hg y a15.5°C es de 13.2563 mm de Hg. La presión total es de 1 atm. Calcule lo siguiente:

a) La humedad del aire

b) La humedad del aire saturado que sale del deshumidificadora15.50°C

c) La relación de kg de aire derivado por kg de aire que pasa al deshumidificador.

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Planteamiento

Balances:

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FIN