Humidificación Problemas

HUMIDIFICACIÓN
Humidificación
Problemas
PROBLEMA 1*. Calcule la sección transversal y la altura de relleno requerida de una columna de
enfriamiento de agua para 37 850 L/h, operando de 54,4 a 32,2 ºC, en contracorriente con aire a
presión atmosférica y con una temperatura de bulbo húmedo de 21,1 ºC. El caudal de aire requerido
debe superar en un 32% al mínimo necesario, siendo el caudal específico de aire: 2,319 kg/(s m2). Para
estas condiciones se ha determinado H0G = 2,62 m. Considere que toda la resistencia a la transferencia
de calor y masa se encuentra en la fase gaseosa.
Para la determinación de la altura, utilice los tres métodos que se proponen y compárelos:
(a) Linealización de la curva de equilibrio en un tramo recto.
(b) Método de Baker
(c) Cálculo del área bajo la curva, sin linealización.
PROBLEMA 2. Se desea proyectar una torre de tiro forzado para enfriar 750 L/h de agua de 40 a 30
ºC, empleando 500 kg de aire, que entrarán por al base a 20 ºC con una temperatura de bulbo húmedo
de 12 ºC. Para evitar el arrastre de gotas de agua por el aire, el caudal másico específico se mantendrá
en 3000 kg/(h m2). En estas condiciones, se ha determinado experimentalmente que la altura de la
unidad de transferencia es H0G = 2,25 m. Encuentre el diámetro y la altura de la zona empacada de la
torre.
PROBLEMA 3*. El condensador de una columna de destilación utiliza como refrigerante una
corriente de 54 000 kg/h de agua. Esta agua de refrigeración sale del condensador a 45 ºC y luego se
enfría en una columna de enfriamiento de contacto con aire para poder ser reutilizada en el
condensador. El aire entra a la columna de enfriamiento a una temperatura de bulbo seco de 30 ºC y de
bulbo húmedo de 24 ºC, enfriándose el agua hasta 29 ºC. La relación entre el caudal de aire y de agua
es 1,5 veces la mínima. El agua de reposición ingresa a 10 ºC con una dureza de 500 ppm de sólidos
disueltos y el agua circulante no debe tener una dureza superior a 2 000 ppm. El relleno que se utiliza
es tal que KYa = 0,90 kg/m3 s, para una velocidad del líquido de 2,7 kg/m2s y una velocidad del gas de
2,0 kg/m2s, como mínimo.
(a) Calcule las dimensiones de la sección empacada y las necesidades de agua de reposición,
suponiendo que el aire abandona la columna saturado.
(b) Repita el cálculo anterior sin hacer la suposición de saturación en el aire de salida.
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2015 – Ingeniería Química
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HUMIDIFICACIÓN
Datos: Para construir la gráfica de equilibrio, puede usar la tabla que se da al final del enunciado de
problemas.
PROBLEMA 4. En una torre de enfriamiento de agua se desean enfriar 18 900 kg/h de agua desde 54
ºC hasta 32 ºC en contracorriente con 3 430 kg a.s./h m2 a 27 ºC y temperatura de bulbo húmedo igual
a 18 ºC. La altura de la unidad de transferencia es igual a 6 m, siendo la velocidad del aire igual a 2,5
la mínima. Se desprecia la resistencia a la transferencia de calor en la fase líquida.
(a) Calcular la altura y la sección transversal de la torre.
(b) Construir la curva de evolución del aire.
(c) ¿Será apropiada dicha columna para la operación?
PROBLEMA 5*. Se desea enfriar agua desde 43,3 ºC hasta 29,4 ºC en una torre de enfriamiento de
agua, de relleno, trabajando a contracorriente, con un flujo de gas de 1,356 kg de aire seco/(s m2) y una
velocidad de flujo de agua de 1,356 kg de agua/(s m2). El aire de entrada tiene 29,4 ºC y una
temperatura de bulbo húmedo de 23,9 ºC. El coeficiente de transferencia de masa kGa tiene un valor
estimado de 1,207 · 10-7 kmol/(s m3 Pa) y el cociente hLa/(kGa MB P) vale 4,187 · 104 J/(kg K). Calcule
la altura de la torre empacada. La presión de trabajo es de 101,3 kPa.
PROBLEMA 6. Se quiere enfriar agua desde 40 ºC hasta 29 ºC en una torre de enfriamiento
empacada operando a contracorriente, mediante aire a 29 ºC y temperatura de bulbo húmedo de 24 ºC.
El flujo de agua es de 9 800 kg/(h m2) y el coeficiente global de transferencia de masa es KYa = 1,096
kmol/(h m3 kPa). La presión de operación es 101,3 kPa.
(a) Calcúlese la mínima velocidad de flujo de aire que puede usarse.
(b) Determínese la altura necesaria de la torre cuando la velocidad de flujo de aire que se
utiliza es de 6 850 kg a.s./(h m2).
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2015 – Ingeniería Química
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HUMIDIFICACIÓN
PROBLEMA 7*. En una torre de experimentación de relleno para enfriamiento de agua, ésta se
enfría desde 50 ºC hasta 20 ºC en contracorriente con aire que entra por la base a 18 ºC con un
porcentaje de saturación del 30 %. Los caudales son 2 500 m3/(m2 h) para el aire y 1 000 kg/(m3 h)
para el agua, medidos en las condiciones de entrada de la torre y referidos a la columna vacía.
Suponiendo que la resistencia a la transferencia de calor y masa se encuentra íntegramente en la fase
gaseosa, y sabiendo que el valor del coeficiente kYa = 1 200 kg/m3 h, calcúlese:
(a) Dimensiones de la torre.
(b) Temperatura de salida del aire.
PROBLEMA 8. En una torre de enfriamiento de agua se tratan 100 m /h de agua que entra a 44 ºC y
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se enfría hasta 30 ºC. Por la parte inferior de la torre entra el aire a 30 ºC con porcentaje de saturación
del 12,5 % y sale por la parte superior a 35 ºC con una saturación del 96,5 %. Siendo el valor del
coeficiente hLa = 200 kcal/(m3 h ºC), calcule:
(a) Caudal de entrada del aire, m3/h
(b) Cantidad de agua evaporada, kg/h
(c) Valor del coeficiente kYa
(d) Volumen de la torre.
Valores de entalpía de aire saturado a diferentes temperaturas
(ref.: aire gaseoso y agua líquida a 0 ºC).
T, ºC
0
10
20
30
40
50
60
Hsat, kJ/kg a.s.
9,48
29,36
57,57
100,03
166,79
275,58
461,50
Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán llevarse
resueltos a la clase de problemas.
Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3
Problemas de Operaciones Unitarias III – 2015 – Ingeniería Química
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