Presentación sobre Balances en operaciones Aire - Agua

1. 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

2. 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.

3.  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.

4.  Humedad molar o saturación molar
Es 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 rocío
El 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

5. 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.

6. Equipos utilizados
SECADOR DE BANDEJAS

7. SECADOR DE TÚNEL

8. SECADOR ROTATORIO DE CALEFACCIÓN DIRECTA
Secador rotatorio, flujo paralelo

9. SECADOR DE PULVERIZACIÒN

10. TORRES DE ENFRIAMIENTO

11. 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

12. Balances de materia y energía: Línea de Operación
Haciendo 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

13. Integrando la ecuación anterior sobre la torre queda:
Esta ecuación define la línea de operación para la torre en un diagrama H vs TL

14. 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.

15. 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 y
Punto de roció. EI aire seco no cambia a través del proceso, así que se toma como
sustancia de correlación

19. 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.

20. Planteamiento
Balances:

23. FIN