operaciones unitarias

1. DETERMINACIÓN DEL PERFIL DE TEMPERATURA DE
UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO PARA EL SISTEMA
1-INTRODUCCION:
La humidificación es una operación unitaria,
en el que el sentido de transferencia se da
desde una fase liquida pura y un gas que es
casi insoluble con el líquido. El principio de
funcionamiento del proceso de humidificación
es el mismo de una torre de enfriamiento,
donde un líquido caliente se pone en contacto
con un gas no saturado y la transferencia de
calor permite disminuir la temperatura del
agua.
En la torre de humidificación el enfriamiento
se producirá por evaporación de la superficie
humedad en la cual las moléculas de agua se
difunden en la corriente de aire, donde la
corriente de vapor es menor, en esta torre el
aire es forzado por un ventilador que esta
ubicado en la parte inferior. Esta columna
tiene como características principales: más
eficientes que la de tipo inducido, descarga de
aire a baja velocidad por la parte superior, aire
frio de mayor densidad entre otros; y su
principal inconveniente es que puede existir
recirculación de aire de salida hacia la zona de
baja presión.
2-DATOS EXPERIMENTALES:
Tabla Nº 1: Datos Tomados del Equipo de
Laboratorio.
Prueba 1 2 3
Tipo de Empaque
Instalado A
Densidad del
Empaque, 1/m
110
T1, °C 25,8 25,6 25
T2, °C 20 19,8 19,7
T3, °C 27,2 26,9 26,7
T4, °C 27 26,7 25,7
T5, °C 32,6 31,7 31,6
T6, °C 25 24,3 24,5
Temperatura del
Agua make-up
(Se supone
temperatura
ambiente), °C
Presión
Diferencial,
mmH2O
16 16 16
Tasa de Flujo de
Agua mw, g/s 40 40 40
Carga de
Calentamiento Q,
kW
1 1 1
Intervalo de
Tiempo Total,
min
10 5 5
Diámetro del
Cilindro de Agua
de Reposición,
cm
7
Tabla N°2: Propiedades de los Fluidos
Datos Símbolo Valor Unidades
Capacidad
Calorífica del
Vapor de
Agua
Cpagua 1,88 kJ/kg.°C
Capacidad
Calorífica del
Aire
Cpaire 1 kJ/kg.°C
Volumen
Húmedo Vh.
m3
/Kg
Altura de
Agua H 20 Cm

2. 3- RESULTADOS EXPERIMENTALES:
Tabla N°3: Propiedades obtenidas de la
carta psicométrica.
HA
(Kj/Kg)
Y1 (Kg Agua/Kg
AS)
V
(m3/kg)
57 0,0121 0,862
HB
(Kj/Kg)
Y2 (Kg Agua/Kg
AS)
V
(m3/kg)
83 0,0218 0,879
Tabla N°4: Datos Experimentales.
Presión Diferencial (mmH2O) 16
Flujo de agua mw (g/s) 40
Carga de Calentamiento Q (kW) 1
Tiempo (min) 20
D (cm) 7
h (cm)-(m) 9,4
Cp agua (KJ/kg*°C) 1,88
Cp aire (KJ/kkg*°C) 1
Tabla N°5: Temperatura Promedio del
Agua y Densidad del Agua
Temperatura Promedio del
Agua(ºC)
31,97
Densidad del Agua (Kg/m3
) 995,01
Tabla N°6: Datos de la Curva de Equilibrio
del Sistema Aire-Agua
T (°C) HG (KJ/Kg)
0 0
10 30
15 42
20 55
23 68
24 72
25 76
26 81
26,5 82
27 86
28 90
29 95
30 100
Tabla Nº7: datos del perfil de temperatura
AGUA AIRE
TOPE 31,97 26,43
FONDO 24,6 25,47
Tabla N°8: Línea de Operación del Sistema
T (°C) HG (KJ/Kg)
24,6 83
31,47 57
Tabla N°9: Cantidad de Flujo Másico del
Aire seco que sale de la columna.
Mb (kg/s) 0,05842
Tabla N°10: Masa Transferida por Unidad
de Tiempo.
Masa transferida por la unidad de tiempo
Mt (Kg/s) 0,0005667
Tabla N°11: Velocidad de Flujo de masa en
el Tanque de almacenamiento.
Velocidad de flujo de masa en el
Tanque de Almacenamiento
A (m2) 0,00385
V (m3) 0,0007696
me (Kg/s) 0,0006382
Tabla N°12: Flujo de la masa de agua y aire
por unidad de área.
Flujo de la masa de agua L 7,6*10-4

3. por unidad de área (Kg/s*m2
)
Flujo de masa de aire
por unidad de área
G
(Kg/s*m2
)
0,07038
Tabla N°13: Calor Absorbido por el aire y
agua.
HB-
HA(KJ/Kg)
26
qV (KJ/s) 1822,704
Tabla N°14: Calor cedido por el agua.
Le (g/s) 0,04
Ls (g/s) 0,03943
L promedio (g/s) 3
qL (KJ) -2161,49
Tabla N°15: Calor Intercambiado por el
Sistema, Rango de Enfriamiento y
Aproximación de la TBH.
Calor
intercambiado
por el Sistema
QS (KJ) -3290,9
Rango de
enfriamiento
R (ºC) 7,37
Tabla N°16: Resultados por Simpson.
Ng 0,3254
Figura N°1: Diagrama del Proceso
y = 0,0887x2 -0,0495x + 21,872
R² = 0,9991
y = 3,5278x - 29,784
R² = 1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40
EntalpiadelvaporH(Kj/Kg)
Temperatura del liquido (ºC)
Curvade 100% de saturación y lineade operaciónde la
columna
C.E
L.O.S
Figura N°2: Linea de Operación del Sistema y Curva
de Equilibrio.
20
22
24
26
28
30
32
34
TOPE FONDO
Temperatura°C
Perfilde Temperatura
AGUA
AIRE
Figura Nº2: perfil de temperatura
4.-ANÁLISIS DE RESULTADOS:
En la práctica realizada se pudo observar el
fenómeno de transporte tanto de masa como de
calor, ya que se obtuvieron valores distintos de
entalpias y humedades leídos en las cartas
pcrométricas, además de los valores de la

4. grafica obtenida de la curva de equilibrio y de
operación del proceso.
Cabe destacar que en la practica se
alcanzaron las condiciones de operación de la
torre, las temperaturas del agua a la entrada y
salida fueron de 32,8 y 25,6 °C en promedio
respectivamente, iniciándose el proceso de
humidificación, el cual pudo confirmarse a
través de la lectura de temperatura en
diferentes puntos de la torre, resultando que la
misma iba disminuyendo desde el tope hacia el
fondo de la torre. Mediante las diferentes
temperaturas obtenidas en la torre se
determinaron algunas de las condiciones de
operación de la torre de enfriamiento; entre las
cuales se pueden mencionar, el flujo másico de
aire seco que sale de la columna 0.059 Kg/s, el
flujo de masa de aire por unidad de área igual
a 15,325 Kg/s*m2
, la masa transferida por
unidad de tiempo fue igual a 0.000118Kg/s lo
cual demuestra que si hubo transferencia de
masa.
Haciendo referencia a los valores obtenidos
del calor absorbido por el aire (3504,6 KJ),
calor cedido por el agua (-2161,49 KJ) y calor
intercambiado por el sistema (5666,09 KJ),
Posteriormente, tomando como punto de
partida las propiedades medidas
experimentalmente se procedió a la realización
de diferentes cálculos los cuales permitieron la
construcción de la grafica H vs. TL, por medio
de la cual se verifico que efectivamente se
llevo a cabo la humidificación del agua, ya que
gráficamente se observo que la curva de
equilibrio estaba por encima de la línea de
operación, hecho que sustenta lo suministrado
teóricamente.
En relación a las características de la torre de
enfriamiento cabe mencionar que en los
resultados se obtuvo un número de unidades
de transferencia (NUT) de 0,134
5-CONCLUSIONES:
 Se comprendió el proceso de
humidificación el cual consiste en
disminuir la temperatura de un fluido, a
través de una transferencia de
simultánea de masa y de calor.
 Se observa que la recta de operación
del sistema se encuentra por debajo de
la curva de equilibrio, esto se debe al
sentido de la transferencia de la fase
liquida (agua) a la fase gaseosa (aire).
 La diferencia entre la temperatura del
agua a la salida de la torre y la y la
temperatura local de bulbo húmedo nos
permite determinar el rendimiento de la
torre, el rendimiento de la torre es de
7,60 debido a que las corrientes de
liquido y gas que salen de la torre no
están en equilibrio termodinámico.
 el sistema global de la torre esta
desprendiendo gran cantidad de calor,
debido a las condiciones en la que se
lleva acabo el proceso de
humidificación.
6-RECOMENDACIONES:
 Construir una torre de tipo inducido que
permita establecer comparaciones entre
una torre de tiro inducido y tipo forzado,
lo cual ayudara a la comprensión de
proceso de humidificación.
 Equipar la torre con sensores
(Higrómetros) fijos, lo que permitirá
obtener directamente la humedad relativa
punto de roció, entalpia y temperatura de
salida del aire lo cual facilitara la
realización de los cálculos.
7-APENDICES:
3
∑
Pr
i
omedioTi
T
T =

5. CT omedioT º47,25
3
256,258,25
1Pr =
++
=
CT omedioT º83,19
3
7,198,1920
2Pr =
++
=
CT omedioT º93,26
3
7,269,262,27
3Pr =
++
=
CT omedioT º47,26
3
7,257,2627
4Pr =
++
=
CT omedioT º83,32
3
1,338,326,32
5Pr =
++
=
CT omedioT º60,25
3
1,264,256,25
6Pr =
++
=
Temperatura de Bulbo Seco a la Entrada
(TBS1) = 25,47 °C
Temperatura de Bulbo Húmedo a la Entrada
(TBH1) = 26,93 °C
Temperatura de Bulbo Seco a la Salida
(TBS2) = 26,93 °C
Temperatura de Bulbo Húmedo a la Salida
(TBH2) = 26,47 °C
Temperatura de Entrada del Agua
(TEH2O) = 31,97 °C
Temperatura de Salida del Agua
(TSH2O) = 24,60 °C
Balance de Masa
*determinación de las propiedades a la entrada
de la torre usando la carta psicométrica:
YA= 0.0121 KgH20/Kg Aire seco
HA= 57 (Kj/Kg)
VA= 0.862 (m3
/kg)
*Determinación de las propiedades de salida
de la torre usando las cartas psicométricas.
YB= 0.0218
HB=83 (KJ/Kg)
VB= 0.8798 (m3
/kg)
 Cálculo de la densidad del agua
aguaρ @ Tprom (TL2)= T5
3
01,995ρ
m
kg
agua =
 Cálculo de la cantidad de flujo
másico del aire seco que sale de la
columna
mb= 0.0137*
Vs
pΔ
mb= 0.0137*
s
kg
05842,0
87.0
16
=
 Cálculo del flujo másico.
)-( 12 YYmbmt =
)0121.00218,0(05842.0 −=mt
s
Kg
mt 00056670,0=
 Calculo de la velocidad del flujo de
masa en el tanque de
almacenamiento
t
mv
ME =
t
aguaV ρ*
=
Calculo del volumen de agua evaporada
V= ( ) hD *4/* 2
π
( ) mmV 020,0*4/)07,0(*π 2
=
V= 0,00076969m
3
( ) min1*
60min*20
/01,995*00076969,0 33
s
mkgm
M E =

6. s
kg
M E 000638221,0=
 Determinar el flujo de masa de aire
por unidad de área






=
4
* 2
D
A
π
003848,0
4
)07,0(*1416,3 2
=






=
A
A
A
mb
G =






= 2
83.0
/05842.0
m
skg
G
segm
Kg
G 2
07038,0=
 Determinación del flujo másico de
agua por unidad de área






=
A
M
L E
smkg
m
skg
L 2
2
4
/00076892,0
83,0
/10*3821,6
==
−
 Cálculo del calor absorbido por el
aire:
Partiendo de la ecuación:
qV = mb*(Hv2 – Hv1)
( ) s
Kg
KJ
s
Kg
qV 1200*57-83*0584,0=
KJqV 704,1822=
 Cálculo del calor cedido por el agua:
qL = Lprom*Cpprom*(TL2 – TL1)
Donde: Lprom = (Le – Ls) /
s
Kg
s
g
Le 04,040 ==
s
Kg
mbLeLs )0005667,004,0( −=−=
s
Kg
Ls 03943,0=
s
Kg
L
s
Kg
L
om
prom
0397,0
2
03943,004,0
Pr =
+
=
Sustituyendo:
KJqL
sC
CKg
KJ
s
Kg
qL
080,660
1200*)º97,316,24(*
º
88.1*0397.0
−=
=
 Calculo del calor intercambiado por
el sistema:
qLqVqs −=
KJqs ))704,1822080,660( −−=
KJqs 7847,2482−=
 Calculo del rango de enfriamiento
por el sistema:
CR
R
TLATLBR
º37,7
97,316,24
=
−=
−=
 Calculo de la proximidad a la
temperatura de bulbo húmedo:
ATBH= T6 – T2
ATBH= (24,6-19,83) ºC
ATBH= 4,77 ºC
 Calculo del rendimiento de la torre:
% Rendimiento= (T4-T6)/T6
% Rendimiento= ((26,47- 24,6)/24,6)
= 7,60 %

7.  Cálculo del numero de unidades de
transferencia de la torre de
enfriamiento:
( ) ( )[ ]∫ ∑∑
2
1
*2*4
3
0
Hv
Hv
parIMPAR fnfff
h
HvHi
dHv
NUT +++==
Para calcular el área bajo la curva
tomamos rangos entre la T5 = 24,6 °C y T6 =
31,97 °C
C
TT
T LL
º92,0
8
)6,2497,31(
8
12
=
−
=
−
=∆
T Hv Hi 1/(Hi-Hv) Ng
24,6 56,9998 74,33199 0,057696 0,314
25,5 60,2454 78,37644 0,055154
26,4 63,4910 82,57104 0,052410
27,3 66,7366 86,91580 0,049555
28,2 69,9821 91,41071 0,046666
29,2 73,2277 96,05576 0,043805
30,1 76,4733 100,8509 0,041021
31,0 79,7189 105,7963 0,038347
31,9 82,9644 110,8918 0,035807
Aplicamos Simpson asumiendo intervalos de
temperatura entre T5 y T6 para determinar el
valor de Ng.
3066,0
3
=
∆T
Donde:
Hv: leídas a partir de la línea de operación al
eje y el cual representan las entalpias
Hi: Leídas a partir de la línea de operación a
la curva de equilibrio a partir de este punto al
eje y (H)
Aplicando la ecuación simpsom obtenemos el
valor de:
NG = 0,3144
Para determinar la altura
S=0,0225 m2
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
 McCabe Smith. OPERACIONES
UNITARIAS EN INGENIERIA
QUIMICA. Cuarta Edición. Compañía
Editorial Continental.
 TREYBAL, R. OPERACIONES DE
TRANSFERENCIA DE MASA.
Segunda Edición Mc. Graw-Hill.
NOMENCLATURA
QL: Caudal de Liquido
ρagua : Densidad del agua a la Temperatura de
entrada del liquido (TL2)
V´: Flujo másico de aire seco
Hv2 : Entalpía de entrada del aire
Hv1 : Entalpía de salida del aire
Ls: Liquido que sale del sistema
Cpagua: Capacidad calorífica del vapor de agua
TL2: Temperatura del agua en el tope
TL1: Temperatura del agua en el fondo
qL : Calor perdido por el liquido

8. qV : Calor retirado por el aire
A-TBH= Aproximación a la temperatura de
bulbo húmedo
R:Rango de enfriamiento
NOTA: MUCHACOS SOLO FALTA EL
RESUMEN Y LA DISCUSION DE
RESULTADOS SI QUIEREN AGREGAR
ALGUNA CONCLUSION O
RECOMENDACIÓN LA AGREGAN A
REVISEN ESE ULTIMO CALCULO DE LA
ALTURA NO CREO QUE ESTE BUENO
PORQUE NO LO ENTENDI MUCHO PERO
HAY ESTA PLANTEADO CUALQUIER
COSA ME AVISAN