PRE- Reporte 7- Torre DE Pared Mojada 1 PDF

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TORRE DE PARED MOJADA...

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LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II TORRE DE PARED MOJADA

PRE-REPORTE

Integrantes: ROBERTO GARRIDO

Fecha de entrega: SEPTIEMBRE 26 DE 2018

UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA FALCULTAD DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL 2018

ÍNDICE 1

OBJETIVOS..................................................................................................................4

1.1

GENERAL..................................................................................................................................................4

1.2

ESPECÍFICOS............................................................................................................................................4

2

EQUIPO.........................................................................................................................5

2.1

DESCRIPCIÓN..........................................................................................................................................5

2.2

PARTES......................................................................................................................................................5

3

FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y SU APLICACIÓN...............................................7

3.1

PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS.........................................................................................................7

3.2

HIPÓTESIS................................................................................................................................................7

3.3

MODELO MATEMÁTICO........................................................................................................................7

4

DISEÑO DE LA PRÁCTICA......................................................................................8

4.1

VARIABLES Y PARÁMETROS...............................................................................................................8

4.2

ELECCIÓN DEL SISTEMA......................................................................................................................8

4.3

HOJA DE DATOS......................................................................................................................................9

4.4

EQUIPO Y MATERIALES......................................................................................................................10

4.5

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.......................................................................................................10

REFERENCIAS..................................................................................................................12 APÉNDICES........................................................................................................................13

2

APÉNDICES

Apéndice 1. xxxxxxx............................................................................................................11 Apéndice 2. xxxxxx..............................................................................................................11

3

1 1.1

OBJETIVOS

General 

1.2

Calcular el coeficiente global de transferencia de masa de un sistema aire-agua en función de la concentración y presiones parciales. Específicos



Evaluar el comportamiento del coeficiente global de transferencia de masa de un sistema aire-agua en función de la concentración y presiones parciales a diferentes condiciones de operación.



Identificar el mecanismo el cual rige el fenómeno que se lleva a cabo en el equipo de torre de pared mojada.

4

2 2.1

EQUIPO

Descripción

En los laboratorios de la universidad de Cartagena se cuenta con un equipo de torre de paredes mojadas. Este equipo está construido sobre un soporte de metal el cual le brinda rigidez. El equipo de torres de paredes húmedas consta de un tubo transparente de polipropileno que serán las paredes de la torre por la cual fluirá la película de agua descendente. Además, tiene controladores de flujo de aire y agua, un tablero con información sobre las humedades y temperaturas, las cuales se miden a través de sensores que se encuentran dentro del equipo, también se cuenta con un botón para detener el equipo en caso de emergencia. Por último, podemos destacar que el equipo consta con una bomba para llevar el agua hasta la parte superior del equipo, un compresor para impulsar el aire a través del sistema, y un tanque de almacenamiento de agua. 2.2

Partes

Temperatura de bulbo húmedo

Temperatura de bulbo seco

Botón para paro de emergencia

Encendido de la bomba

Encendido del compresor

Figura 1. Tablero de control

5

Carta psicométrica

Medidor de flujo de agua

Paredes mojadas

Medidor de flujo de aire

Tanque de almacenamiento

Bomba

Figura 2. Equipo de torre de paredes mojadas

6

3

FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y SU APLICACIÓN

Fundamento TAYLIN Y SERGIO

3.1

Principios termodinámicos

La humidificación es una operación unitaria en la cual el sentido de la trasnferencia de masa se da desde la fase liquida a la fase gaseosa que debe ser insoluble en el líquido. Lo que quiere decir que estos procesos intervienen dos componentes principalmente, el gas portador y el líquido volátil. Donde la fase líquida, es pura y las variables que intervienen son temperatura, presión y la concentración del vapor en la fase. Si la presión se mantiene constante, pueden variarse la temperatura o la concentración de la fase vapor, y el valor de las demás variables queda determinada, de forma que una representación gráfica de la temperatura frente a la concentración da lugar a una relación de equilibrio. [ CITATION McC98 \l 9226 ] Cabe resaltar que, en la humidifícación no existe difusión a través de la fase líquida debido a que la fase líquida es un componente puro y no existe gradiente de concentración en ella; pero el vapor difunde hacia o desde la interfase gas-líquido hacia fuera o hacia dentro de la fase gaseosa. En la fase gaseosa, el vapor se referirá como el componente A y el gas permanente como componente B. Debido a que las propiedades de la mezcla gas-vapor varían con la presión total, ésta ha de estar fijada. Siempre que no se especifique otra cosa, se supone que la presión total es de 1 atm. Además, se supone que las mezclas del gas y del vapor siguen la ley de los gases ideales

7

En la siguiente figura se representa el equilibrio entre agua y aire húmedo a 1 atm.

Figura 1: Equilibrio para el sistema aire-agua a 1 atm. 3.2

Hipótesis

H1: H2:

H3: 3.3

Modelo matemático

Se proponen definiciones y unidades adecuadas para el tratamiento del sistema aire-agua. 

Humedad absoluta, o simplemente humedad, X, es la masa de vapor de agua que acompaña a la unidad de masa de aire-seco. Se expresa como kg de vapor de agual/ kg de aire seco, siendo, por consiguiente, un número adimensional. [ CITATION Mar04 \l 9226 ].

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Si representamos por: pV = Presión parcial del vapor, de agua en el aire. P = Presión total de la mezcla aire-vapor de agua. Mv= Peso molecular del agua = 18. MG= Peso molecular del gas (aire) = 28,8. Se puede escribir entonces la siguiente expresión:

H:

PV MV 18 PV PV = x x =0,622 P− pV P− pV M G P− pV 28,8

Ec. 1 Humedad.

La humedad relativa se define como la relación entre la presión parcial del vapor y la presión de vapor del líquido a la temperatura del gas. Generalmente se expresa sobre una base porcentual, de forma que 100 por 100 de humedad corresponde a gas saturado y 0 por 100 de humedad corresponde a gas exento de vapor. [ CITATION Mar04 \l 9226 ].



v

R

H =

p p sat

Ec. 2 Humedad relativa

'



N A=

Ky ( y w − y )=k y ( y w− y ) X BM

Ec. 3 coeficiente de transferencia

kmol fracción mol, sm 2 X BM es la media logarítmica de la fracción mol inertes de aire, y w es la fracción mol de vapor de agua en el gas en la superficie, donde y es la fracción mol de vapor de agua en el gas. Para una mezcla diluida X BM =1, entonces ' K y =k y

Donde

K 'y , es el coeficiente de transferencia de masa en

9

4 4.1

DISEÑO DE LA PRÁCTICA

Variables y parámetros

Esta práctica tiene como objeto calcular el coeficiente global de transferencia de masa, y ver cómo este varía al modificar la concentración y presiones parciales de un sistema aireagua. A partir de esto, podemos determinar que nuestras variables de interés para el desarrollo de la práctica, serán caudal de alimentación de agua a la torre el cual será regulado por una válvula de compuerta con una apertura mínima de 10-15%, alimentación de aire comprimido a diferentes presiones que pueden ir 5 a 50 FCSH (Pies cúbicos estándar por hora) ya que son valores que pueden ser regulados por equipo de medición (rotámetro); y así obtener los distintos valores de las temperatura de entrada y salida del aire (Temperatura de bulbo seco, Temperatura de bulbo húmedo y Humedad relativa) para cada flujo de aire establecido. Para finalmente a través de los modelos matemáticos planteados anteriormente calcular el coeficiente global de transferencia de masa a las distintas condiciones de operación. 4.2

Elección del sistema

Una torre de pared húmeda es un tubo cilíndrico donde pasa cualquier fluido por las paredes de este equipo, la cual forma una especie de película delgada a contracorriente con un fluido gaseoso. Lo que se va a generar dentro del proceso es una transferencia de masa facial entre ese fluido líquido y el fluido gaseoso, para el que alguno de los dos fluidos tendrá mayor difusividad en las dos fases y la interfase, por lo general en la interfase se desprecia la difusividad por ser la película en esta parte menor. Este sistema puede ser utilizado para determinar el coeficiente de transferencia de masa de un proceso gas-líquido por tener caracterizado el contacto entre el gas- líquido. Para esta práctica se tomara agua destilada con aire para poder analizar de manera contundente la adsorción de oxígeno en agua libre de este compuesto, buscando una transferencia mayor por la altura de la columna. Para poder tener unos resultados más eficientes dentro del equipo se puede agregar más de un compuesto que del otro para poder ver claro el proceso.

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4.3

Hoja de datos PRÁCTICA: SECADOR DE LECHO FLUIDIZADO

IDENTIFICACIÓN DEL EQUIPO: FECHA:

Corrida

Flujo de aire, [SCFH]

Entrada Tbulbo húmedo, [°C]

Salida

Tbulbo seco, [°C]

T, [°C]

1 2 3 4 5 6 7

11

Humedad relativa

Tbulbo seco, [°C]

T, [°C]

4.4

Equipo y materiales

El desarrollo de la presente práctica experimental será llevado a cabo en un Equipo de paredes húmedas (Ver Figura. 2) con sus respectivos instrumentos de medición; el cual está ubicado en el Laboratorio de Transferencia de Masa de la Universidad de Cartagena, sede Piedra de Bolívar. En el cual se estudiará el fenómeno de humidificación del aire en un sistema de agua-aire. 4.5

Desarrollo de la práctica

A continuación se detallan los pasos y recomendaciones que deben ser aplicados en el desarrollo de la práctica, con el fin de obtener los resultados esperados y puedan ser cumplidos los objetivos. Recomendaciones: Se recomienda tener en cuenta las normas de seguridad con el fin de evitar incidentes o errores en la obtención de datos. 1. La práctica debe ser supervisada por personal autorizado de laboratorio. 2. El área de trabajo debe permanecer limpia y seca. 3. Constarse de que el tanque almacenamiento alcance un 50% de llenado antes de poner en funcionamiento el equipo. 4. Al finalizar la práctica experimental, se debe desaguar el equipo con el fin de evitar daños en el mismo. 5. Cerrar las válvulas del desagüe una vez terminada la práctica. 6. Verificar que el equipo esté conectado a un tomacorriente de 220V. 7. No encender el compresor sin antes lograr que el flujo de agua sea estable. Puesta en marcha del equipo 1. Comprobar que el equipo se encuentro conectado de forma correcta a un tomacorriente de 220V. 2. Verificar que se encuentre desactivado el paro de emergencia del equipo.

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3. Llenar con agua el tanque de almacenamiento hasta un 50% de su capacidad. 4. Verificar que la válvula de purga de vapor se encuentre abierta. 5. Abrir la válvula de descarga del tanque de almacenamiento. 6. Asegurarse que la válvula de recirculación al tanque esté 100% abierta. 7. Establecer un porcentaje mínimo de apertura de la válvula de compuerta de 10 a 15% para la alimentación de agua. 8. Energizar la bomba, estableciendo una apertura de ¼ de la válvula de recirculación. Toma de datos 1. Medir el caudal de agua de la corriente de reflujo, con una probeta, tomando el tiempo que tarda en ser llenada. 2. Ubicar un algodón húmedo justo en el sensor de temperatura que mide bulbo seco. 3. Alimentar aire comprimido a una presión de 5 a 50 FCSH para que pueda ser regulado por el instrumento de medición (rotámetro). 4. Seleccionar un flujo de aire que operará en la torre mientras este logra estabilizarse. 5. Tomar los valores medidos de las temperaturas de entrada y salida del agua en el panel de control del equipo. 6. Variar el caudal de aire de alimentación para obtener distintos datos de las condiciones del aire de salida. Paro del equipo 1. Cerrar la válvula de alimentación de aire. 2. Abrir la válvula para que sea purgado el vapor. 3. Desenergizar la bomba. 4. Cerrar la válvula de alimento de agua a la torre. 5. Desenergice el equipo.

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REFERENCIAS

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APÉNDICES

Apéndice 1. xxxxxxx

Apéndice 2. xxxxxx

15...