Download Termodinámica de una mezcla gas-vapor

ENFRIAMIENTO DE AGUA
En este tipo de operaciones aire-agua, la fase
gaseosa se considera una mezcla de dos
componentes: 1) aire y 2) vapor de agua.
De manera más adecuada en estos procesos a la fase
gaseosa se denomina aire seco y será la base de
cálculo en la solución de problemas en los procesos
de humidificación y deshumidificación.
HUMIDIFICACIÓN
Si obedece las leyes de los
gases ideales:
Ley de Dalton de las presiones
parciales:


"la presión total (PT) de una
mezcla de gases es igual a la
suma de las presiones parciales
de cada gas que la componen “

La presión parcial, P se define
como la presión que ejerce
cada gas si ocupase por si
sólo el volumen de la mezcla.
Depende de la (P y T) del
sistema

Se determina:
BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA EN
UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO
HIGRÓMETRO
LAS TEMPERATURAS DE BULBO HÚMEDO
ESTÁN RELACIONADAS CON LA VELOCIDAD
DE TRANSFERENCIA SIMULTÁNEA DE CALOR
Y MATERIA. LA VELOCIDAD DE
TRANSFERENCIA SIMULTÁNEA DE CALOR Y
MATERIA.
Cuando la temperatura
de bulbo húmedo ya
no cambia llega al
equilibrio
TEMPERATURA DE
BULBO HÚMEDO
(Tbh o Tw)
La ΔT entre: Tbs yTbh se conoce
como depresión del bulbo
húmedo.
TEMPERATURA
DE BULBO SECO
(Tbs)
Transferencia de
calor sensible
entre el aire y la
gasa húmeda
Qs
Transferencia de masa
por evaporación del
agua de la gasa al gas.
Qλ (CAMBIO DE FASE)
v
v
Provoca disminución
en la temperatura del
agua en la gasa.
TERMODINÁMICA DE UNA MEZCLA GAS-VAPOR
EQUILIBRIO DINÁMICO
TODOS LOS LÍQUIDOS SE EVAPORAN,
ALGUNOS MÁS RÁPIDO QUE OTROS.
BAJO CIERTAS CONDICIONES DE PRESIÓN
Y TEMPERATURA, CUANDO Na POR
EVAPORACION = Na POR CONDENSACIÓN,
SE LLEGA AL EQUILIBRIO DINÁMICO.
Cuando llega a ese estado se dice
que el gas está saturado
LA PRESIÓN QUE EJERCEN ESAS
MOLECULAS EN EL GAS SE CONOCE COMO
PRESION DE VAPOR:
P0 = f(Tbh )
CONCEPTOS BÁSICOS: AIRE-AGUA

Humedad en la saturación (Ys)
Humedad absoluta o Humedad másica
pv
Mv
Mv
Y  Ym  *
Mg
Mg P  pv

Punto de rocío. Es la temperatura que
alcanza la masa de gas húmedo en la
saturación por enfriamiento a humedad y
presión constante. Una vez alcanzada
esta temperatura, si se continúa enfriando
la mezcla se irá condensando el vapor,
persistiendo las condiciones de
saturación.
Calor específico del gas húmedo
Otra forma de expresar la Humedad
absoluta es en función de humedad molar:
Volumen húmedo.
Entalpía especifica
TEORÍA: TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO
CALOR SENSIBLE (Qs ) TRANSFERIDO
A LA GASA DEL BULBO HÚMEDO:
Qs = hC A(T –TW)
(1)
Donde:
hC es el coeficiente de transferencia de calor
A: área de contacto
(T-T w): Gradiente de temperatura entre el aire y bulbo
húmedo
MASA TRASNFERIDA DE LA GASA AL
GAS:
Qλ = MA λ (3)
MA=ky*PMAGUA*A(YW–Y)
(2)
ES EL CALOR LATENTE POR EVAPORACIÓN DE LA MASA DE AGUA
LÍQUIDA CONTENIDA EN LA GASA Y QUE SE TRANFIERE AL GAS
IGUALANDO (1) Y (2) E INTRODUCIENDO
MA λ Y COMO EL AREA DE CONTACTO
ES LA MISMA SE OBTIENE EC 4:
hC(T –Tw)= ky*PMAGUA(YH –Yi)*λ (4)
RELACIÓN DE LEWIS
REAGRUPANDO LA ECUACIÓN (4) SE OBTIENE:
(ECUACION DE LA LINEA DE BULBO HÚMEDO TW.)
LA DEPENDENCIA DE LA HUMEDAD Y TEMPERATURA, DEPENDEN DE
LOS COEFICIENTES DE DIFUSION TÉRMICA Y DE LA DIFUSIÓN MÁSICA
EL FACTOR
: hC/ky*PMAGUA, SE CONOCE COMO RELACION DE LEWIS
DE DATOS EXPERIMENTALES PARA AIRE SECO Y OTROS GASES SE
OBTIENE LA CORRELACIÓN:
(hC/ky*PMAGUA)=0.293(NSc)0.56
(hC/ky*PMAGUA)=0.293(NSc)0.56
Si NSc = 0.7
Sustituyendo: 0.293(0.7)0.56 = 0.24 =CH del gas seco
Verificar siguiente gráfica:
Balance de ENERGIA:
DH1=0
A: Aire entrada
TA ( oC)
YA (kg H2O/kg AS)
A (kg AS / h)
DH2=0
C: Agua Liq entrada
TC (oC)
C (kg / h)
DH1 =
Aire Seco
TA (oC)
A (kg AS/h)
DH3
Aire Seco
TB (oC)
B=A (kg AS/h)
Vapor de Agua
TA (oC)
A YA (kg H2O / h)
DH4
Vapor de Agua
TB ( oC)
A YA (kg H2O / h)
Agua Liq que se
evapora
TC (oC)
A (YB -YA) (kg/h)
DH5
Vapor de Agua
TB ( oC)
A (YB -YA) (kg /h)
Arrastre (Agua Liquida)
TC (oC)
Bagua (kg / h)
DH7
Agua Liq que termina
en la Salida
TC (oC)
D (kg / h)
DH8
DH6=0
B: Aire salida
TB ( oC)
YB (kg H2O/kg AS)
B=A (kg AS/h)
Arrastre (Agua
Liquida)
TB (oC)
Bagua (kg / h)
D: Agua salida
TD (oC)
D (kg / h)
0.00
DH2 =
0.00
DH3 = A Cpaire ( TB - TA )
DH4 = A YA CpVagua ( TB - TA )
DH5 = A (YB - YA)
{ CpLagua ( To - TC ) + lTo + CpVagua (TB - To ) }
DH7 = (C - D - A (YB - YA)) CpL agua ( TB - TC )
DH8 = D CpL agua ( TD - TC )
DH6 =
0.00