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Ejercicios resueltos de secado
Tipo: Ejercicios
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Subido el 15/05/2019
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juansebastian_r@hotmail.com
1. PROBLEMAS PROPUESTOS
1.1. (9.3.1) HUMEDAD A PARTIR DE LA PRESIÓN DE VAPOR.
El aire de una habitación esta a 37.8 ºC (100 ºF) y a presión total de 101.3 kPa abs., contiene vapor de agua presión total PA = 3.59 kPa. Calcule: a) La humedad; b)La humedad de saturación y el porcentaje de humedad; c)Porcentaje de humedad relativa.
Temperatura (aire): 37.8 ºC (100ºF) Presión total (aire): 101.325 kPa abs Presión total (vap agua, P (^) A): 3.59 kPa
a) Cálculo de la humedad , H.
= −
= = = −
i
i
A A 2
18.02 p H 28.97 P p 18.02 3.59 64.69 kg H O H 0. 28.97 101.33 3.59 2831.38 kg aire sec o
b) Cálculo de la humedad de saturación, H (^) S y el porcentaje de humedad, HP.
De las tablas de vapor se obtiene que la presión de vapor de agua a 37.8ºC es 6.67 kPa
= −
= = −
i
i
AS S AS 2 S
18.02 p H 28.97 P p
18.02 6.67 kg H O H 0. 28.97 101.33 6.67 kg aire
P S
H 0. H * 100 * 100 52.13% H 0.
= = =
c) Cálculo del porcentaje de humedad relativa, H (^) R.
A R AS
p 3. H * 100 * 100 53.82% p 6.
= = =
H : 0.02285 kg H 2 O/kg aire seco H (^) P : 52.13% H (^) S : 0.04383 kg H 2 O/kg aire H (^) R : 53.82%
c) Cálculo del porcentaje de humedad HP.
P S
H 0. H * 100 * 100 67.46% H 0.
= = =
d) Cálculo del porcentaje de humedad relativa, H (^) R.
A R AS
p 3. H * 100 * 100 68.53% p 4.
= = =
Porcentaje de humedad, H (^) P : 67.5% Porcentaje de humedad relativa, H (^) R : 68.53%
1.3. (9.3.3) USO DE LA GRÁFICA DE HUMEDAD.
El aire entra a un secador a temperatura de 65.6 ºC (150 ºF) y punto de rocío de 15.6 ºC (60 ºF). Usando la gráfica de humedad, determine la humedad real, el porcentaje de humedad y el volumen húmedo de esta mezcla. Además, calcule también c (^) s usando unidades SI y del sistema inglés.
Temperatura (entrada): 65.6 ºC (150ºF) Punto de rocio (aire): 15.6ºC (60ºF)
a) Cálculo de la humedad, H ,
De la carta psicrométrica se obtiene que la humedad es H=0.015 kg H 2 O/kg aire seco. Localizando en la gráfica este punto de H y T = 65. “C, el porcentaje de humedad Hp resulta ser 6.6%, procediendo con una interpolación vertical entre las líneas de 5 y 10%.
1.4. (9.3.4) PROPIEDADES DEL AIRE QUE ENTRA A UN SECADOR.
Una mezcla de aire y vapor de agua que se alimenta a un proceso de secado, tiene una temperatura de bulbo seco de 57.2 ºC (135 ºF) y humedad de 0.030 kg H 2 O/kg de aire seco. Usando la gráfica de humedad y las ecuaciones apropiadas, determine el porcentaje de humedad, la humedad de saturación a 57.2 ºC del punto de rocío, de calor húmedo y de volumen húmedo.
Temperatura (b.s.): 57.2 ºC (135ºF) Humedad (Aire): 0.030 kg H 2 O/kg de aire seco
a) Cálculo del porcentaje de humedad, H (^) P ,
Localizando en la gráfica este punto de H y T, el porcentaje de humedad Hp resulta ser 17.22%, procediendo con una interpolación vertical entre las líneas de 10 y 20%.
b) Cálculo de la humedad de saturación, HS ,
=
= =
S P
2 S
H H * 100 H
0.03 kg H O H * 100 0. 17.22 kg aire
c) Cálculo del punto de rocío,
Si vamos por la recta de humedad hacia la izquierda hasta la curva de 100% de humedad y comprobamos la temperatura del punto de rocio observamos que esta da 26.5ºC
d) Cálculo calor humedo, c (^) S ,
= +
= + = ⋅
S
S
c 1.005 1.88 H
kJ c 1.005 1.88 0.03 1. kg aire sec o K
e) Cálculo del volumen humedo, vH ,
= (^) ( ( )) (⋅ )
=
H 3 H
v 2.83E-3+4.56E-3 0.03 57.2+
m de aire + vapor de agua v 0. kg aire sec o
T(pto rocio): 26,5ºC H (^) S : 0. c (^) S : 1.059 kJ/kg aire seco·K vH : 0.9796 m^3 (de aire + vapor de agua)/kg aire seco
H : 0.079 kg H 2 O/kg aire seco T : 52ºC H : 0.082 kg H 2 O/kg aire seco T : 46.5ºC
1.6. (9.3.9) DESHUMIDIFICACIÓN DE AIRE.
Se desea secar aire con temperatura de bulbo seco de 37.8 ºC y temperatura de bulbo húmedo de 26.7 ºC, enfriándolo primero a 15. ºC para condensar el vapor de agua y después calentándolo a 23.9 ºC.
a) Calcule la humedad y el porcentaje de humedad iniciales. b) Calcule la humedad y el porcentaje de humedad fínales. [Sugerencia: Localice el punto inicial en la gráfica de humedad. Después, desplácese horizontalmente (enfriamiento) hasta la línea de 100% de saturación. Siga la línea hasta 15.6 “C. Después, desplácese horizontalmente hacia la derecha hasta 23.9 ºC.]
Temperatura (b.s): 37.8 ºC Enfriamiento 15.6ºC Temperatura (b.h): 37.8 ºC calentamiento: 23.9ºC
a) Cálculo la humedad, H y el porcentaje de humedad HP iniciales.
De la carta psicrométrica se obtiene que H es igual a 0.013 y que HP es 39%.
b) Cálculo la humedad, H y el porcentaje de humedad HP fínales.
De la carta psicrométrica se obtiene que H es igual a 0.015 y que HP es 63%.
H : 0.013 kg H 2 O/kg aire seco H (^) P : 39% H : 0.015 kg H 2 O/kg aire seco H (^) P : 63%
b) Cálculo del tiempo para secar las superficies superior e inferior , t.
Los valores de X 1 y X 2 suministrados en el enunciado del problema son mayores al valor de XC , èsto permite evidenciar que el tiempo calculado se encuentra en el periodo de velocidad constante.
= − ⋅
= − =
S 1 2 C
L t h X X A R
t h 0.45 0.30 3.5707h
Siendo el tiempo de secado de cada una de las superficies 3.5707/ dando t = 1.785h
t : 1.785h
1.8. (9.6.2) PREDICCIÓN DEL EFECTO DE LAS VARIABLES DE PROCESO SOBRE LA VELOCIDAD DE SECADO.
Al usar las condiciones del ejemplo 9.6-3 para el periodo de secado de velocidad constante, proceda a lo siguiente: a) Pronostique el efecto sobre Rc cuando la velocidad del aire es de sólo 3.05 m/s. b) Pronostique el efecto de la elevación de la temperatura del gas a 76. ºC, cuando H permanece constante. c) Pronostique el efecto sobre el tiempo t de secado.
Dimensiones (bandeja): 0.457 x 0.457 m Profundidad (bandeja): 25.4 mm Velocidad del aire, v 1 : 6.1 m/s = 21960 m/h Temperatura: 65.6ºC Humedad, H 1 : 0.01 kg H 2 O/kg aire seco Volumen humedo, vH : 0.974 m 3 /kg aire seco Densidad, ρ: 1.037kg/m Velocidad másica, G1: 22770 kg/h·m Velocidad de secado, RC1:
3.39 kg H2O/h·m
Velocidad del aire, v2: 3.05 m/s = 10980 m/h Temperatura: 76.7ºC
a) Cálculo de G 2 :
/
= ρ ⋅
⎡ ⎤ ⎡ /⎤ = (^) ⎢ ⎥ ⋅ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
= ⋅
2 2
(^2 )
(^2 )
G v
kg m G 1.037 10980 m h kg G 11386. h m
f) Cálculo de la velociad de secado a las nuevas temperaturas, R (^) C :
λ
⋅ − = = ⋅
W C W
C (^2)
h T T R 3600
62.4483 76.7 31.1 (^) kg R 3600 4. 2427.3870E3 h m
g) Pronostique el efecto sobre el tiempo t de secado entre los contenidos de humedad Xt y X 2 , cuando el espesor de material seco es de 38.1 mm en lugar de 25.4 mm, y el secado se verifica todavía en el periodo de velocidad constante
Al incrementar el espesor en el periodo de velocidad constante se incrementa tambièn el tiempo de secado. Esto se evidencia al analizar la ecuación de cálculo de tiempo de secado en el periode de velocidad constante:
S 1 2 C
L t X X A R
= − ⋅
En la que se observa que al incrementar el espesor estamos incrementado L (^) S y esto genera un incremento en el tiempo.
a) Velocidad de secado, RC : 1.9472 kg/h·m^2 b) Velocidad de secado, RC : 4.2233 kg/h·m^2 c) se incrementa el tiempo de secado
1.9. (9.6.3) PREDICCIONES EN LA REGIÓN DE SECADO DE VELOCIDAD CONSTANTE.
Un material sólido insoluble y granular con humedad, se está secando en el periodo de velocidad constante en una bandeja de 0.61 m x 0. m, con una profundidad del lecho de 25.4 mm. Los lados y el fondo de la bandeja están aislados. El aire fluye en paralelo por la superfície superior a una velocidad de 3.05 rn/s, y tiene temperatura de bulbo seco de 60 ºC y temperatura de bulbo húmedo de 29.4 ºC (85 ºF). La bandeja contiene 11.34 kg de sólido seco con un contenido de humedad libre de 0.35 kg H 2 O/kg de sólido seco, y se desea secar el material en el periodo de velocidad constante hasta lograr 0.22 kg H 2 O/kg de sólido seco. a) Pronostique la velocidad de secado y el tiempo necesario en horas. b) Pronostique el tiempo necesario cuando la profundidad del lecho de material se aumenta a 44.5 mm.
Área bandeja: 0.61 m x 0.61 m Profundidad de lecho: 25.4 mm Velocidad del aire: 3.05 m/s = 10980 m/h Temperatura (b.s.): 60 ºC Temperatura (b.h.): 29.4 ºC (85ºF) Sólido seco: 11.34 kg Contenido de humedad libre, X 1 : 0.35 kg H 2 O/kg de sólido seco Humedad final, X 2 : 0.22 kg H 2 O/kg de sólido seco
De la carta psicrométrica (anexo 2) se obtiene que a las temperaturas de bulbo humedo y seco la humedad es igual a 0.0135 kg H 2 O/kg aire seco.
a) Cálculo del volumen humedo, v (^) H ,
v (^) H= (^) ( 2.83E-3+4.56E-3 H ( ))⋅T
= (^) ( ( )) (⋅ (^) )=
3 H
m v 2.83E-3+4.56E-3 0.0135 302.55 0. kg a. s.
