Laboratorio de

Operaciones de

Separación

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE

MÉXICO

FACULTAD DE QUÍMICA

I.Q. EDUARDO MARTÍNEZ DEL CAMPO.

EQUIPO 7

INTEGRANTES:

BAUTISTA PICHARDO EDGAR

HERNÁNDEZ DÍAZ CHRISTIAN

MIRANDA VILLATORO ULISES

SALINAS TAVIRA ARMANDO

SÁNCHEZ TAVIRA ARTURO

Práctica No. 5 “Humidificación”

Humidificación

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ÍNDICE

OBJETIVO…………………………………………............................................3

INTRODUCCIÓN…...……………………………………………………………..3

METODOLOGÍA…………………………………………………………………..5

MATERIAL…………………………………..……………………………………..6

DIAGRAMA DE EQUIPO…………………………………………………………6

DATOS EXPERIMENTALES……………………..……………………………...7

MEMORIA DE CÁLCULO………………………………………………………..8

RESULTADOS…………………………………………………………………..11

ANÁLISIS DE RESULTADOS………………………………………………….11

CONCLUSIONES…………………………………………………………….….12

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………......12

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OBJETIVOS

1.- Registrar los valores experimentales de temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo para la fase gaseosa a la entrada y salida de la torre así como la temperatura de la fase líquida a la entrada y salida de la torre, variando en cada una de las corridas el flujo de ambas fases.

2.- Con los datos experimentales obtenidos determinar el número de unidades globales de transferencia de entalpía del gas, la altura de una unidad global de transferencia entálpica y el coeficiente volumétrico de transferencia de masa global para la fase gaseosa.

INTRODUCCIÓN

La humidificación es una operación unitaria es una operación unitaria en la que tiene

lugar una transferencia simultanea de materia y calor sin la presencia de una fuente

de calor externa. De hecho siempre que existe una transferencia de materia se

transfiere también calor. Pero para operaciones como extracción, adsorción, o

lixiviación, la transferencia de calor es de menor importancia como mecanismo

controlante de velocidad frente a la transferencia de materia. Por otro lado, en

operaciones como ebullición, condensación, evaporación o cristalización, las

transferencias simultáneas de materia y calor pueden determinarse considerando

únicamente la transferencia de calor procedente de una fuente externa.

La transferencia simultánea de materia y calor en la operación de humidificación

tiene lugar cuando un gas se pone en contacto con un líquido puro, en el cual es

prácticamente insoluble. Este fenómeno nos conduce a diferentes aplicaciones

además de la humidificación del gas, como son su deshumidificación, el

enfriamiento del gas (acondicionamiento de gases), el enfriamiento del líquido,

además de permitir la medición del contenido de vapor en el gas.

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.

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Los procesos que tiene lugar en la operación de humidificación son:

1.- Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con

bajo contenido en humedad).

2.- Parte del agua se evapora, enfriándose así la interface.

3.- El seno del líquido cede entonces calor a la interface, y por lo tanto se enfría.

4.- A su vez, el agua evaporada en la interface se transfiere al aire, por lo que se

humidifica.

Humedad molar o saturación molar:

Relación entre el número de moles de vapor y de gas contenido en una determinada

masa gaseosa.

𝑌𝑚 = 𝑛𝑣 / 𝑛𝑔 = 𝑝𝑣 / 𝑝𝑔 = 𝑝𝑣 /𝑃 – 𝑝𝑣

Humedad absoluta o saturación absoluta:

Relación entre el peso de vapor y el peso de gas contenido en una masa gaseosa.

𝑌 = (𝑀𝑣 / 𝑀𝑔) ∗ 𝑌𝑚

Mv y Mg son, respectivamente, las masas moleculares del vapor y del gas.

Humedad relativa o saturación relativa:

Cociente entre la presión parcial del vapor y la tensión del vapor a la misma

temperatura.

𝜕 = 𝑝𝑣 / 𝑝𝑣 ∗

Humedad porcentual o saturación porcentual:

Relación entre la humedad existente en la masa gaseosa y la que tendría si

estuviera saturada.

𝜕𝑝 = 𝑌 / 𝑌 ∗ = (𝑝𝑣 / 𝑝𝑣 ∗) (𝑃 – 𝑝𝑣 ∗/𝑃 – 𝑝𝑣)

La presión de vapor o más comúnmente presión de saturación es la presión a la

que a cada temperatura las fases, líquida y vapor, se encuentran en equilibrio; su

valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras

existan ambas. En la situación de equilibrio, las fases reciben la denominación de

líquido saturado y vapor saturado

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METODOLOGÍA

1.- Verificar que la válvula de recirculación se encuentre abierta y la válvula que se encuentra a la salida de la

bomba se encuentre totalmente cerrada a fin de

hacer recircular el fluido.

2.- Encienda la bomba centrifuga.

3.- Regular las dos válvulas (la de recirculación y la de salida del liquido de la bomba) a fin de ajustar la caída de presión en el manómetro de mercurio

a la presión deseada.

4.- Encender el compresor y regular la presión de salida.

5.- Una vez cargado el compresor, Abrir válvula de entrada hacia el rotámetro

del flujo de aire.

6.-Variar el flujo de aire medido, por medio del

rotámetro.

7.- Variar el flujo másico de la fase líquida registrando el Δh del manómetro diferencial de mercurio ubicado en la placa

de orificio.

8.- Con la ayuda de un psicrómetro tomar lecturas de temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo de la fase gaseosa a la entrada y salida

de la columna.

9.- Abrir la válvula inferior del tambo a fin de descargar el fluido restante asegurándose que quede limpio el tambo, recuperar el solvente en un

contenedor

10.- Apague la bomba.

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MATERIAL

- Bata

DIAGRAMA DE EQUIPO

Figura 1. Torre de Absorción.

Número Nombre del Equipo

1 Tambo de 222 litros de capacidad

2 Tanque de alimentación cilíndrico.

3 Bomba centrifuga

4 Placa de orificio.

5 Columna de absorción.

6 Compresor

7 Rotámetro de aire.

8 Tubería de descarga de ½” acero galvanizado

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DATOS EXPERIMENTALES

Z=3.44m

Área transversal= 0.0232 m2

Corrida Flujo

aire

T° entrada del aire

[°C]

T° salida del aire

[°C]

∆P del líquido

[Lb/h] B.S. B.H. B.S. B.H. [inHg]

1 50 14 11 19 12 2

2 75 14 11 15 12 2

3 100 14 11 15 12 2

4 105 14 11 15 12 2

5 50 14 11 14.5 12 4

6 75 14 11 15 12 4

7 100 14 11 15.5 12.5 4

8 110 14 11 15.5 12.5 4

9 50 14 11 15 12 6

10 75 14 11 15 12 6

11 100 14 11 15 12 6

12 110 14 11 15 12 6

13 50 14 11 14.5 12.5 8

14 75 14 11 15 12 8

15 97 14 11 15.5 12.5 8

16 120 14 11 16 12 8

17 50 14 11 15.5 12.5 10

18 75 14 11 15.5 12.5 10

19 100 14 11 15 12.5 10

20 125 14 11 15 12.5 10

Tabla 1. Resultados

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MEMORIA DE CÁLCULO

Datos z=3.44 m Área= 0.0232 m2 Presión de agua= 2 in Tentradabs= 14°C Tentradabh= 11°C Tsalidabs= 19°C Tsalidabh= 12°C Primero se calcula el caudal del líquido:

𝑄 = 𝐶0

𝜋𝐷02

4√

2𝑔𝑐(∆𝑃/𝜌)

1 − (𝐷0 𝐷2⁄ )4

Donde :

D0=0.003937m

gc= 9.8m/s2

ρ=998.8kg/m3

D2=0.02664m

C0=0.61

G= 50 lb/h

cL=4187

𝑄 = 7.41𝑥10−6𝑚3/𝑠

Después el flux del líquido y del gas se calculan de la siguiente manera:

𝐿 =𝑄 ∗ 𝜌𝐻2𝑂

𝑠= 0.3193 𝑘𝑔/ℎ𝑚2

𝐺′ =𝐺

𝑠= 977.23 𝑘𝑔/ℎ𝑚2

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Posteriormente se grafica al curva de equilibrio apra el agua-aire con los daots correspondientes:

Datos de Equilibrio

T(°C) Hy(J/kg de aire seco)

14 39662.596

15 42118.975

16 44752.656

17 47563.639

18 50551.924

19 53717.511

Después en el diagrama psicométrico se determina la humedad del aire a la entrada con las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo:

H= 0.0085 kg de agua/ kg de aire seco Con base a la humedad obteniada y a la temperatura de bulbo secos e calcula la entalpía del aire:

𝐻𝑦1 = (1.005 + 1.88𝐻)(103)(𝑇𝑏𝑠) + 2.501𝑥106𝐻 = 35552 𝐽/𝑘𝑔 Posteriormente se calcula la entalpia de salida del aire con la siguiente formula:

𝐻𝑦2 =𝐿𝑐𝐿

𝑇𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑏𝑠(𝑇𝑏 𝑠𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝑇𝑏𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎) + 𝐻𝑦1 = 35559𝐽/𝑘𝑔

Posteriormente se grafica la línea de operación con las temperaturas de bulbo seco y las entalpias como coordenada asi como también la línea de equilibrio y se aplica método numérico para calcular NUTC como se muestra en la siguiente fórmula:

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∫𝑑𝐻

𝐻 ∗ −𝐻=

𝐻2

𝐻1

1.5743

Para el cálculo de HUTM se despeja de la ecuación de diseño:

𝐻𝑈𝑇𝑀 =𝑧

𝑁𝑈𝑇𝐶= 2.185

Por último para calcular el coeficiente volumétrico nos volvemos a ayudar de la ecuación de diseño:

𝑘′ =𝐺′

𝑧= 0.07891 𝑘𝑔/𝑠𝑚3

35000

40000

45000

50000

55000

60000

13.8 14.8 15.8 16.8 17.8 18.8 19.8

Hy(J

/kg

)

Tbs (°C)

Método numérico

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RESULTADOS

Corrida Flux de gas (kg/sm2)

Flux de agua (kg(sm2)

NUTC HUTM k' (kg/sm3)

1 0.27145357 8.87022E-05 1.574357 2.185019 0.078910921

2 0.407180354 8.87022E-05 0.470488 7.311552 0.118366382

3 0.542907139 8.87022E-05 0.48343 7.115825 0.157821843

4 0.570052496 8.87022E-05 0.487826 7.051696 0.165712935

5 0.27145357 0.000125444 0.278234 12.36371 0.078910921

6 0.407180354 0.000125444 0.465125 7.395869 0.118366382

7 0.542907139 0.000125444 0.665848 5.166345 0.157821843

8 0.597197853 0.000125444 0.665847 5.166351 0.173604027

9 0.27145357 0.000153637 0.46344 7.422756 0.078910921

10 0.407180354 0.000153637 0.463435 7.42283 0.118366382

11 0.542907139 0.000153637 0.463433 7.422866 0.157821843

12 0.597197853 0.000153637 0.463432 7.422876 0.173604027

13 0.27145357 0.000177404 0.263719 13.04417 0.078910921

14 0.407180354 0.000177404 0.506133 6.796638 0.118366382

15 0.526619925 0.000177404 0.654004 5.259909 0.153087

16 0.651488567 0.000177404 0.816922 4.21093 0.189386

17 0.27145357 0.000198344 0.654004 5.259909 0.078911

18 0.407180354 0.000198344 0.654004 5.259909 0.118366

19 0.542907139 0.000198344 0.654004 5.259909 0.157822

20 0.678633924 0.000198344 0.654004 5.259909 0.197277

Tabla 2. Resultados.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Durante el desarrollo de la práctica se presentaron algunos inconvenientes con el uso del equipo, la temperatura variaba muy poco cuando aumentábamos el flujo de aire, y en otros casos la temperatura seguía patrones irregulares, es decir aumentaba y disminuía, puede ser que el estar moviendo los termómetros produjera una desviación en la temperatura registrada, aunque suponemos que monitoreamos las temperaturas de manera adecuada.

La altura y las unidades de transferencia entálpica no parecen tener cierto comportamiento lineal esto puede deberse a las malas mediciones del flux de gas en el rotámetro debido a su mal funcionamiento.

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CONCLUSIONES

- Las variaciones en las unidades y en la altura correspondiente a esas

unidades debe seguir una tendencia de aumento.

- Las unidades de transferencia entálpicas no muestran mucha variación

conforme se aumenta el flujo de gas al igual que al aumentar el flujo de

líquido.

- El coeficiente volumétrico aumenta de acuerdo a lo esperado ya que al

aumentar el flux de gas aumenta linealmente dicho coeficiente.

BIBLIOGRAFÍA

- http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/operaciones-y-

procesos/materiales/BLOQUE2-OyP.pdf - http://pendientedemigracion.ucm.es/info/fisatom/docencia/Masterfisica/Reno

vables/info%20complementaria/psicrometria.pdf - http://www.devatec.com/humidificacion/humidificacion/bases.html