Procesos Industriales: (1) Operaciones con Aire Humedo

En esta entrada se comparte con ustedes algunos ejercicios relacionados con operaciones con aire húmedo dentro del curso de procesos industriales. Como siempre encontraras problemas propuestos y su respectivo proceso de solución para facilitar su estudio.

Espero que les sea de utilidad y lo compartan con sus compañeros.

Ejercicio 1
En un proceso de aire acondicionado, el aire húmedo del medio ambiente está a 35 °C, HR=60% y presión barometrica 700 torr. El agua condensada resuperada del aire acondicionado en un tiempo de 6 horas pesa 3 kg y está a 20 °C. El aire acondicionado se entrega a la habitación a 25 °C. Calcular:

a) El flujo másico del aire seco en g/min. (R/1129)

 

 

 

b) La HR del aire acondicionado. R/73,5%

c) El flujo volumetrico del aire húmedo que entra. R/1115 L a.h/min

d) El flujo volumetrico del aire acondicionado. R/1067 L a.h/min

 

 

e) Las entalpias del aire húmedo que entran y salen. R/hi=95,294 kJ/kg a.s; ho=65,994 kJ/kg a.s

f) El calor producido por el aire acondicionado. R/ Q=32,389 kJ/min

Ejercicio 2
Se requieren humidificar 5000 m3/h de aire húmedo que está a 10 °C y tbh = 5 °C, poniéndolos en contacto con 4000 kg/h de agua que se encuentra inicialmente a 18 °C. Suponga que no hay pérdidas de calor hacia el exterior. Las condiciones de salida del aire son tbs = 12,1 °C, HR = 100%. Calcular:

a) La cantidad de agua evaporada. (R/34kg H2O se evaporan)

b) La cantidad de calor absorbida por el aire. (R/ 99081 kJ/h)

 

 c) La temperatura de salida del agua. (R/12,18 °C)

 

 

 

Ejercicio 3

Una torre de enfriamiento de agua se alimenta con 235000 m3/h de aire húmedo a 27 °C y tbh = 18 °C. El aire de salida está a 35 °C y tbh = 32 °C. Cuanta agua puede enfriarse en kg/h, si el agua que va a enfriarse no se recicla, ingresa a la torre a 49 °C y sale a 32 °C (tbh del aire de salida). Todo el proceso ocurre a 1 atm. R/ W2 = 214071 kg H2O/h.

 

Ejercicio 4

Se requiere humidificar y enfriar 5000 m3/h de aire húmedo que esta a 40 °C y HR= 10%. El aire absorbe 40 kg/h de agua líquida que está a 20 °C. El proceso se realiza adiabáticamente, a la presión absoluta de 1 atm. Represente el proceso en un diagrama sicromérico y calcule:

a) La humedad final del aire. (R/0,01137 kg H2O/kg a.s)

 

 

b) La temperatura final del aire. (R/ 22,47 °C)

 

 

 

Ejercicio 5
Un secador rotatorio no adiabático, que opera a la presión de 86,66 kPa, seca 450 kg de solido húmedo, que entra a un secador a 25 °C y tiene un contenido de humedad del 10% en peso y lo va a secar hasta que contenga 2% en peso de humedad, referidas a la base húmeda. El solido sale a 35 °C. El aire fluye a contracorriente entrando a 90 °C y tbh=35 °C y sale del secador a la temperatura de 50 °C con HR= 50%. El valor del Cp del solido seco es 0,80 kJ/kg-°C. Calcular:

 

a) La cantidad de agua evaporada del solido en kg/h. R/el sólido en kg/h. R/36,74

 

 

b) El flujo volumétrico del aire húmedo que entra al secador en m³/h. R/ 1353,65

 

Ejercicio 6
Para secar un sólido adiabáticamente se emplean 20 m³/min de aire húmedo el cual entra al secador a 68 °C y HR=10%, saliendo del mismo con una del HR=90%. La presión total es de 1 atm. El sólido a la entrada del secador tiene una humedad total de 15% y a la salida su humedad total es del 5%. Calcule:

 

a) La temperatura de salida del aire del secador. R/ 34.5 °C
 

b) La cantidad de agua evaporada del solido húmedo. R/ 0,291 kg H₂O /min

 

 

c) Los kg/min de sólido que salen del secador. R/ 2,474 kg/min

 

 

Ejercicio 7
A un secador rotatorio que opera en estado estacionario a 1 atm, le entran 60 kg/min de carbón húmedo que está a 20 °C y que contiene una humedad total del 12%. El carbón sale del secador a 30 °C con una humedad total del 4%. El Cp del carbón completamente seco es de 1,32 kJ/kgss-°C. En contracorriente le entran al secador aire húmedo a 71 °C y HR=5%. El aire húmedo sale 45 °C y HR=30%. La presión total es de 1 atm. Calcular:

 

a) Para el aire húmedo; su humedad, ve, tbh, tr y entalpia especifica. R/ H=0,010 kgH₂O/kgas: ve=0,9937 m³ah/kgas; tbh=30 °C; tr= 14 °C; h= 97,43 kJ/kgas

 

 

b) Cuantos m³ah/min le entran al proceso. R/ 622 m³ah/min

 

 

c) Cuanto calor en Kj/min pierde o habría que darle al proceso de secado del carbon. R/ El proceso pierde 3230 kJ/min

 

 

Ejercicio 8
En una empresa se producen 350 m³/min de una mezcla de vapor de acetona y aire seco; con saturación relativa (SR) de 35%, T= 25 °C y Pt= 700 torr. Se requiere recuperar la mayor cantidad de acetona, sometiendo la mezcla a una condensación isobárica a 6 °C por debajo de su temperatura de rocío (Tr) y posteriormente la mezcla remanente se somete a una compresión isotérmica, a una presión desconocida, con el fin de recuperar un 30% mas de acetona. Calcular:

 

 

a) Para la mezcla que se alimenta, presión parcial de la acetona, Tr, S, Ve, kg de a.s/min (G). R/ pp= 79,95 torr; Tr= 275,58 K; S= 0.25967 kg actona/kg a.s; Ve= 1,0393 m³mezcla/kg a.s; Ga.s= 336,77 kg a.s/min

 

 

b) El % de recuperación de acetona por condensación. R/ 29,47%

 

 

c) Determine el FV de mezcla que ingresa a la compresión isotérmica. R/FV= 305,74 m³ mezcla/min

 

 

d) Calcule los kg de acetona/min que se recuperan en la compresión isotérmica. R/ 18,50

 

 

e) Determine la presión de operación del compresor isotérmico. R/ Pt=974,94 torr 

 

 

f ) Determine el % de recuperación total. R/ 50,63%