CARTA PSICROMÉTRICA Carta psicrométrica Problemas PROBLEMA 1*. Con los datos que se proporcionan, confeccione una carta de humedad (carta psicrométrica) para el sistema aire/agua, entre 5 y 55 ºC, a la presión atmosférica. (a) Ubique el punto P correspondiente a una muestra de aire con humedad absoluta de 0,010 kgagua/kgaire seco, a 25 ºC. (b) Trace las líneas isoentálpica, psicrométrica, isocórica y de porcentaje de saturación constante, que pasan por el punto P. Ecuación de Antoine del agua: ln Pi0 18,3036 Capacidad calorífica molar del aire: cp R 3816,44 , [P] = mmHg, [T] = K. T 46,13 3,355 0,575·10 3 T 0,016·10 5 T 2 , [T] = K. Capacidad calorífica molar del vapor de agua: Capacidad calorífica molardel agua líquida: cp cp R R 3,470 1,450·10 3 T 0,121·10 5 T 2 , [T] = K. 8,712 1,250·10 3 T 0,18·10 6 T 2 , [T] = K. 0,38 1 T / 647,1 , [] = kJ/kg, [T] = K. 2 257 0,423 2/3 hy kJ Sc Relación de los coeficientes de transporte de calor y masa: 0,92 cp kg K M Bk y Pr Calor de vaporización del agua (regla de Watson): PROBLEMA 2*. Se dispone de aire con las siguientes características: Tbs = 32 ºC, Tbh = 21 ºC Calcular utilizando la carta psicrométrica: (a) La temperatura del punto de rocío cuando el aire se enfría a presión constante. (b) La humedad relativa. (c) La humedad absoluta. (d) El volumen específico húmedo. (e) La entalpía del aire húmedo. PROBLEMA 3. Se dispone de aire de las siguientes características: Tbs = 40 ºC, HR = 50 % Calcular utilizando la carta psicrométrica: (a) La cantidad de calor necesaria para calentar 10 m3 de aire hasta 84 ºC. Problemas de Operaciones Unitarias III – Ingeniería Química - 2010 1 CARTA PSICROMÉTRICA (b) La temperatura correspondiente al punto de rocío cuando el aire se enfría a presión constante. PROBLEMA 4*. Por una canalización circula una corriente de aire saturado a 303 K con un caudal de 5 000 m3 de aire húmedo por hora. Se toma una desviación de la corriente de aire y se introduce en un recinto que se encuentra a 283 K, con lo cual parte del agua contenida en el aire se condensa, saliendo del recinto saturado a 283 K. Este aire se mezcla nuevamente con la corriente principal en un punto situado aguas abajo de la toma de la desviación (sistema by pass). Calcúlese: (a) El caudal de aire que ha de tomarse en la derivación que va al deshumidificador para que la humedad de la mezcla de aire resultante sea 0,013 kgH2O/kgaire seco. (b) El peso del agua condensada. (c) La temperatura final de la masa gaseosa, suponiendo que ésta sale saturada. PROBLEMA 5*. Un secadero rotatorio en contracorriente es alimentado con NH4NO3 conteniendo 5 % de humedad, con una velocidad de 1,5 kgsólido húmedo/s y descarga el NH4NO3 con 0,2 % de humedad. El aire entra a 405 K y sale a 355 K; la humedad del aire de entrada es de 0,007 kgagua/kgaire seco. El NH4NO3 entra a 294 K y sale a 339 K. Despreciando las pérdidas por radiación, calcule el caudal másico de aire seco que pasa a través del secador y la humedad del aire que abandona el secador. Datos: Calor latente del H2O a 294 K: 585,55 kcal/kg Calor específico de NH4NO3: 0,449 kcal/(kg·K) Calor específico del aire seco: 0,236 kcal/(kg·K) Calor específico del vapor de agua: 0,480 kcal/(kg·K) PROBLEMA 6. Se planea utilizar una torre de rocío de agua para enfriar 100 m3/h de aire de las características que figuran más abajo, hasta una temperatura de 27 ºC: Tbs = 40 ºC, Tbh = 22 ºC Suponiendo que el proceso es adiabático, calcular la cantidad de agua añadida al aire. PROBLEMA 7*. En una torre de enfriamiento se utiliza una corriente de 2,35·105 m3/h de aire para enfriar agua desde 49 ºC hasta 32 ºC. Las condiciones del aire de salida son: Tbs = 35 ºC Tbh = 32 ºC. El aire de entrada tiene las siguientes características: Tbs = 27 ºC y Tbh = 18 ºC. Calcular la cantidad de agua a 32 ºC que puede obtenerse por cada hora de funcionamiento de la torre. PROBLEMA 8*. En un dado proceso, el benceno que se usa como solvente se evapora en N2 seco. La mezcla resultante, a una temperatura de 297 K y a una presión de 1 atm, tiene una humedad relativa del 60 %. Se requiere recuperar el 80 % de la masa de benceno presente por enfriamiento a 283 K y comprimiendo a una presión adecuada. ¿Cuál será esa presión si la mezcla a 283 K sale saturada en benceno? Datos: La presión de vapor del benceno en función de la temperatura puede estimarse de la tabla. T [K] 283 297 Psat [kPa] 5,977 12,21 PROBLEMA 9*. En un secadero adiabático de corrientes paralelas entran 2 000 kg de sólido húmedo por hora de un producto con una humedad del 30 % y en él ha de reducirse esa humedad hasta Problemas de Operaciones Unitarias III – Ingeniería Química - 2010 2 CARTA PSICROMÉTRICA el 4 % (referidas las humedades al sólido húmedo). La temperatura de entrada y salida del sólido en el secadero es 303 K, y el proceso se efectúa a 101,3 kPa. Para el secado se dispone de aire a 293 K y con temperatura húmeda de 283 K, el cual se precalienta y se mezcla con una parte de aire de salida a 307 K e Y = 0,020, penetrando al secadero con una humedad Y = 0,008 kgagua/kgaire seco. Calcúlese: (a) La cantidad de aire que ingresa al secadero. (b) La temperatura de entrada del aire en el mismo. (c) La cantidad de aire que recicla. (d) La cantidad de calor por hora suministrado al aire. Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán: - Llevarse resueltos a la clase de problemas. - Presentarse resueltos en la carpeta de Trabajo Prácticos de cada alumno, al finalizar la asignatura. Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3 Problemas de Operaciones Unitarias III – Ingeniería Química - 2010 3
