1. Educación

“Año de la consolidación del Mar de Grau”
Facultad de ingeniería de minas
Escuela de ingeniería química
DOCENTE
:
Dr Guido ticona Olarte
TITULO
:
evaluación de un
Saturador adiabático
(humidificación).
GRUPO N° 01
:
Miércoles 8:30am – 10:00am
ALUMNOS
:
culquicodor vicente, Walter
Juarez Vilches, jose
Lachira yamunaque, luis
Lazo torres, luis
Moran lozada, kevin
Ojeda parrilla, manuel
Vite rivas, wendy
PIURA - 2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
EVALUACIÓN DE SATURADOR ADIABÁTICO (HUMIDIFICACIÓN).
1. OBJETIVOS.

Lograr que el estudiante se familiarice con las principales características
físicas del aire a condiciones diferentes del medio ambiente (Saturador
Adiabático de aire). Así como, de todos aquellos procesos de
acondicionamiento a los cuales puede ser sometido dicho aire.

Realizar cálculos de cambios de masa y energía (Aplicando balances
respectivos).

Determinar el calor húmedo y el coeficiente de transferencia de masa con las
leyes empíricas regidas.

Hacer una evaluación de un Saturador adiabático experimental.
2. MARCO TEÓRICO.
Consideremos el proceso indicado en la Figura, en el que un gas con humedad
inicial w1 y temperatura T1, circula, a presión constante y en régimen estacionario a
través de la cámara de pulverización A. La cámara está térmicamente aislada, de
forma que el proceso es esencialmente adiabático. El líquido cae al tanque a través
de las boquillas de pulverización, de modo que el aire que pasa a través de la
cámara se enfría y humidifica.
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
Proceso de saturación adiabática.
Cuando se alcanza el estado estacionario, la temperatura del líquido adquiere un valor
definido que recibe el nombre de temperatura de saturación adiabática, y se representa por
Ts.a.. Siempre que el gas que entra en la cámara no esté saturado, la temperatura de
saturación adiabática es menor que la temperatura del gas a la entrada. Si el contacto entre
el gas y el líquido es suficiente para que ambos estén en equilibrio, el gas que abandona la
cámara está saturado a Ts.a..
El carácter estacionario del proceso requiere que el agua sea adicionada en la misma
cuantía que se evapora a una temperatura igual a la del aire saturado que sale de la cámara.
Del balance de energía para el proceso de saturación adiabática, prescindiendo de las
variaciones de energía cinética y potencial, se obtiene:
ha,1 + w1.hv,1 + (w2 - w1) . hf,2 = ha,2 + w2 . hv,2
Puede observarse que el proceso de saturación adiabática es prácticamente isoentálpico
pues los términos afectados por las humedades absolutas son casi idénticos a la entrada y a
la salida de la cámara. La ecuación anterior puede expresarse en la forma:
w1 . ( hv,1 - hf,2 ) = Cp,a . ( T2 - T1 ) + w2 . ( hv,2 - hf,2 )
y teniendo en cuenta que hv,2 - hf,2 = hfg,2, resulta la expresión :
Por tanto, la humedad absoluta del aire no saturado que entra puede determinarse si se
conoce la temperatura y la presión del aire a la entrada y a la salida del saturador
adiabático.
Hay otra forma de relacionar las humedades absolutas del aire a la entrada y a la salida de
la cámara de saturación adiabática con las respectivas temperaturas, pudiéndose demostrar
fácilmente que se cumple:
Cp,1 . ( T1 - T2 ) = ( w2 - w1 ) . hfg,2
Y si se tiene en cuenta que la capacidad calorífica del aire húmedo y la entalpía de
vaporización del agua son prácticamente constantes, la representación de la ecuación
anterior en un diagrama w/T es casi la de una línea recta; en realidad, presenta una ligera
curvatura y más adelante se hará referencia a las mismas en el diagrama psicométrico.
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se nos han proporcionado los datos experimentales correspondientes a la práctica de
EVALUACION DE SATURACION ADIABATICA (HUMIDICACION) a partir de
ello, identificar las propiedades del aire a condiciones de saturación a partir de las
fórmulas adecuadas las variaciones de masa y energía en el sistema.
El procedimiento experimental para el desarrollo de esta práctica es el
siguiente según las indicaciones del docente responsable del curso:
 Colocar agua en la fuente de trabajo.
 Encender la cocinilla en la entrada.
 Poner en marcha el ventilador en una velocidad mínima así mismo variar las
lecturas de temperaturas.
 Realizar las medidas de temperatura a la entrada y la temperatura a la salida o
temperatura de saturación, además de otros datos necesarios para nuestros
cálculos.
 Determinar las propiedades del gas saturado mediante cálculos o con ayuda de
la carta de humedad.
4. RESULTADOS:
Base de Datos de un experimento en el Saturador.
Tiempo(min)
0
1
1
1
1
T1(°C)
25
48
60
55
48
T2(°C)
24
25
25
24
25
P(Bar)
7.1
6.8
6.5
6.0
5.4






Temperatura ambiente: 25ºC.
Temperatura de bulbo húmedo del ambiente : 21°C.
Temperatura de agua de entrada: 22 °C.
Temperatura de agua de salida: 24 °C.
Volumen de agua inicial: 500L.
Volumen de agua Final: 460mL.
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
4
47.2
T(°C)
Promedio
24.6 T
(°C)
Promedio
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 Tiempo de la operación: 4minutos.
 Temperatura inicial del aire en el saturador: 47.2ºC.
 Temperatura final del aire en el saturador: 24.6ºC.
También se tendrán en cuenta las siguientes suposiciones:


La temperatura del flujo de agua en la entrada es un promedio de 47.2°C.
Para la masa de aire que ingresa al compresor se toma
tbs=temp.ambiente=25 °C y tbh=21 °C.
Según Datos:
𝑇𝐺1 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 25º𝐶 = 298𝐾
𝑡𝐿1 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 47.2º𝐶
𝑡𝐿2𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 24.6º𝐶
𝑉𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟 = 10𝑔𝑎𝑙 = 37.85𝐿
a) Encontramos el Flujo Másico de Aire:
 Hallamos la Diferencia de Presiones:
𝑃𝑚𝑎𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 7.2 𝑏𝑎𝑟
𝑃𝑚𝑎𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 5.0𝑏𝑎𝑟
∆𝑃 = 7.2 − 5.0 = 2.2 𝑏𝑎𝑟 = 2.272 𝑎𝑡𝑚
 Utilizando la ecuación de Gases Ideales:
𝑃𝑐𝑜𝑚𝑝. 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 × 𝑉𝑐𝑜𝑚𝑝.
2.272𝑎𝑡𝑚 × 37.85𝐿
=
𝐿 × 𝑎𝑡𝑚
𝑅 × 𝑇1
0.0821
× 298𝐾
𝑚𝑜𝑙 × 𝐾
𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 3.515𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜
𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 =
 Hallamos la Fracción Molar en este aire. Conociendo mediante la carta
psicométrica que la humedad es H = 0,0131
0.0131
18
𝑦=
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐻 = 0.0131
1 0.0131
+
29
18
𝑦 = 0.0207
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑜
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 Hallamos el Flujo de Aire Seco:
𝑚𝑎𝑠 = 1 − 0.0207 𝑥3.515 = 3.442 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜 = 3.442 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑎. 𝑠 ∗
29 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
= 99.82 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠
1 𝑚𝑜𝑙 𝑎. 𝑠
0.09982𝐾𝑔
𝑘𝑔 𝑎. 𝑠
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚á𝑠𝑖𝑐𝑜 = 𝐺 =
= 1.497
0.0667 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
ℎ𝑜𝑟𝑎
5. CONCLUSIONES.
 Mediante el uso de la Carta Psicométrica hallamos las demás propiedades
de este aire de entrada:

𝑇𝑏𝑠 = 25°𝐶 𝑦 𝑇𝑏ℎ = 21°𝐶
Volumen:
𝑣 = 22.4
𝑣=
Entalpía:
𝐻𝑟 = 68%
25+273
273
∗
1
29
+
0.0131
18
0.861𝑚3
𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑘𝑔
𝑖 = 𝑐𝑝 ∗ 𝑡 − 𝑡0 + 𝐻 ∗ ℷ
𝑖 = 0.24 + 0.46 ∗ 0.0131 ∗ 25 − 0 + 0.0131 ∗ 595.4
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑗
𝑖 = 13.95 𝑘𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜 = 58.31 𝑘𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜
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a) Hallamos el Cambio Entálpico:
 Hallamos las Condiciones de Salida del Saturador con ayuda de la Carta
Psicométrica:
𝐸𝑛 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛: 𝑇° = 24.6°𝐶 𝑦 𝐻𝑟 = 97%
Humedad:
𝐻 = 0.019
𝑘𝑔 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑘𝑔 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜
 Entonces el cambio entálpico total será:
∆𝐻𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐻𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝐻𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
∆𝐻𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 72.6 − 58.31
𝐾𝐽
∆𝐻𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 14.29
𝑘𝑔 𝑎. 𝑠
b) Entalpía del Agua Líquida suministrada al sistema:
 Según las tablas de Líquido Saturado a 24.6 °C: 𝐻𝑠2 = 124.81
𝑘𝐽
𝑘𝑔
c) Calor Latente de Vaporización:
 Según las tablas de Vapor Saturado a 26 °C:ƛ = 2421.7
𝑘𝐽
𝑘𝑔
d) Volumen Específico del Vapor de Agua:
 Según las tablas de Vapor Saturado a 26 °C: 𝑣𝑔 = 44.369
e) Hallamos el Calor Húmedo:
 Mediante fórmula:
𝐶𝑠 = 0.24 + 0.46 0.0131
𝐾𝑐𝑎𝑙 4.184𝐾𝐽
𝐶𝑠 = 0.2460
∗
𝑘𝑔. 𝑘
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝐾𝐽
𝐶𝑠 = 1.0293
𝐾𝑔
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
𝑚3
𝑘𝑔 𝑎.𝑠.
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f) Hallamos el Coeficiente de Transferencia de Masa:
 Mediante fórmula:
𝐾𝑐𝑎𝑙
20 2
ℎ𝑐
𝑚 ℎ°𝐶
𝐾𝑦 =
=
𝑐𝑠 0.2460 𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔 𝑎. 𝑠
𝐾𝑔 𝑎. 𝑠
𝐾𝑦 = 81.3 2
𝑚 ℎ°𝐶
g) Hallamos la Eficiencia de la Humidificación:
 Mediante fórmula:
𝑇𝑏𝑠1 − 𝑇𝑡𝑏𝑠2
𝜂𝐻 =
∗ 100
𝑇𝑏𝑠1 − 𝑇𝑏ℎ1
𝜂𝐻 =
47.2 − 24.6
∗ 100
47.2 − 22
𝜂𝐻 = 89.6%
h) Calculamos el Calor absorbido:
 Mediante fórmula:
𝑄 = 𝐶𝑠 ∗ ∆𝑇 ∗ 𝐺
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔 𝑎. 𝑠
𝑄 = 0.2460
∗ 47.2 − 24.6 𝐾 ∗ 1.497
𝑘𝑔 𝑎. 𝑠
ℎ𝑜𝑟𝑎
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑄 = 8.3227
ℎ𝑜𝑟𝑎
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i) Calculamos la Cantidad de agua evaporada:
 Mediante fórmula:
𝑚𝐻2 𝑂 = 𝐺 𝐻𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝐻𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎
𝑚𝐻2 𝑂 = 1.497
𝑘𝑔 𝑎. 𝑠
𝐾𝑔 𝐻2 𝑂
0.019 − 0.0131
ℎ𝑜𝑟𝑎
𝐾𝑔 𝑎. 𝑠
𝑚𝐻2 𝑂 = 8.83
𝑔
1 ℎ𝑜𝑟𝑎
∗
∗ 4𝑚𝑖𝑛
ℎ𝑜𝑟𝑎 60 𝑚𝑖𝑛
𝑚𝐻2 𝑂 = 0.5886 𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
Tabla N°04: Evaluación del Saturador Adiabático promedio
Exp.
1
Cs
0.2460
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔 𝑎. 𝑠
Kga
81.30
𝐾𝑔 𝑎. 𝑠
𝑚2 ℎ°𝐶
nH
89.6%
Q absorbido por
el aire
𝐾𝑐𝑎𝑙
8.3227
ℎ𝑜𝑟𝑎
M(Agua
evaporada)
0.5886 𝑔 𝐻2 𝑂
5. CONCLUSIONES
 La Saturación Adiabática nos permitirá cambiar las condiciones del aire
(temperatura, humedad, calor específico, entalpia, volumen específico), a
partir de sus condiciones ambientales normales para un fin específico.
 Un Saturación Adiabático se basa principalmente por el proceso de
transferencia de masa denominado humidificación, en el agua que se
evapora en el aire, aumentando su humedad absoluta, pero ese proceso
acurre adiabáticamente, por lo que no existe intercambio de calor sistema al
entorno.
LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II
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 El coeficiente obtenido kga=81.30
𝐾𝑔 𝑎.𝑠
𝑚2 ℎ°𝐶
es un considerable grado de
transferencia de masa del agua al aire, que se basa en la fuerza directriz que
es la gradiente de temperatura (12.6 °C).
 La humedad aumento de 0.0131 a 0.019 kgH20/kga.s con un flujo de aire
constante de 1.497 (kg a.s)/hora, por lo que la masa de agua que se evaporo
y difundió en aire fue de 0.5886 g H2 O.
6.- RECOMENDACIONES.




Manejar de manera cuidosa los materiales a utilizar en la práctica de
determinación de las propiedades del aire ambiente (termómetro) para evitar
daños tanto en el instrumento como en el experimentador.
Evitar manipular directamente el recipiente que contiene el agua para que
ésta mantenga la temperatura del ambiente. Lo recomendable es
transportarlo dentro de una bolsa de plástico.
Reemplazar algodón en vez de la utilización de gasa debido a que este
último tiene poros muy grados lo cual afectará en la temperatura por medir.
Ajustar de manera segura la gasa sobre la parte inferior del termómetro, pues
de lo contrario se puede soltar y así afectar la lectura de la temperatura.
6. BIBLIOGRAFÍA.
Ocon tojo. Problemas de Ingeniería Química. Operaciones Unitarias.
McCabe-Smith. Operaciones Básicas de Ingeniería Química. Editorial Reverté.
1978.
Treybal, R.E. (1980) “Operaciones de transferencia de masa” Ed. Mc. Graw-Hill.
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