Mezcla de Aire Humedo

Mezcla de aire húmedo

Durante el mezclado de aire, se observa que el flujo resultante posee características que pueden ser calculadas por medio de balances de masa y energía. Es uno de los cálculos mas sencillo, debido a que no entran en los cálculos otros compuestos diferentes a agua y aire seco

Observemos los ejemplos a continuación:

Mezcla de aire húmedo

1[pic 1]

3

2

A las formulas ya conocidas se utilizarán además, las siguientes:

• Balance de aire seco[pic 2]

(𝒌𝒈 𝑩)𝟑= (𝒌𝒈 𝑩)𝟏+(𝒌𝒈 𝑩)𝟐

• Balance de agua

𝑯𝒂,𝟑 =

𝑯𝒂,𝟏 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟏 + 𝑯𝒂,𝟐 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟐 (𝒌𝒈 𝑩)𝟑

• Balance de energía, aquí se resume el balance de entalpias realizando las simplificaciones adecuadas y exponiendo el resultado en función de las temperaturas en grados Celsius

𝑻𝟑 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟑 = 𝑻𝟏 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟏 + 𝑻𝟐 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟐

Observemos el siguiente ejemplo:

Se dispone 1000 m3/h de aire a 50°C y Tbh de 30°C, y se desea que luego de mezclarse con aire atmosférico que esta a 15°C y Hr de 50%, la mezcla resultante quede a 25°C. calcúlese:

• Humedad absoluta del aire resultante
• Volumen de aire atmosférico adicionado
• Volumen de aire resultante

1000 m3/min

T=50°C        1

Tbh=30°C

T=15°C        2

Hr=50%

V=?

T=25°C

3        V=?[pic 3]

Ha=?

Aire 1         𝐻𝑎

𝑇 = 50°𝐶

𝑘𝑔𝐴

= 0,01865 𝑘𝑔𝐵[pic 4][pic 5]

𝑘𝐽[pic 6]

𝑇𝑏ℎ

= 30°𝐶

𝐻 = 98,5968 𝑘𝑔𝐵

𝑚3[pic 7][pic 8]

𝑚3

𝑉 = 1000 𝑚𝑖𝑛[pic 9]

𝑉𝐻 = 0,94195784 𝑘𝑔𝐵

𝑇 = 25°𝐶[pic 10]

3

Aire 2

2

𝐻𝑎 = 0,005279

𝑘𝑔𝐴

[pic 11]

𝑘𝑔𝐵

𝑇 = 15°𝐶

𝐻𝑟 = 50%

𝑘𝐽

𝐻 = 28,4415 𝑘𝑔𝐵[pic 12]

𝑚3

𝑉𝐻 = 0,822383 𝑘𝑔𝐵[pic 13]

  •        Se halla los (kgB)1 (kg de B)1= V/𝑉𝐻 =1061,6186 kg/min

  •        Balance de energía:   𝑻𝟑 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟑 = 𝑻𝟏 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟏 + 𝑻𝟐 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟐

(𝒌𝒈 𝑩)𝟏= 𝟏𝟎𝟔𝟏, 𝟔𝟏𝟖𝟔 𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏

𝟐𝟓°𝑪[𝟏𝟎𝟔𝟏, 𝟔𝟏𝟖𝟔 𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏 + (𝒌𝒈 𝑩)𝟐] = 𝟓𝟎°𝑪 ∗ (𝟏𝟎𝟔𝟏, 𝟔𝟏𝟖𝟔 𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏) + 𝟏𝟓°𝑪 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟐

  •        Hallamos        (𝒌𝒈 𝑩)𝟐= 𝟐𝟔𝟓𝟒, 𝟎𝟒𝟔𝟓 𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏

Volumen de aire adicionado

  V2= 2182,642 m3/min        

Aire 1         𝐻𝑎

𝑇 = 50°𝐶

𝑘𝑔𝐴

= 0,01865 𝑘𝑔𝐵[pic 14][pic 15]

𝑘𝐽[pic 16]

𝑇𝑏ℎ

= 30°𝐶

𝐻 = 98,5968 𝑘𝑔𝐵

𝑚3[pic 17][pic 18]

(𝑘𝑔 𝐵)1= 1061,6186 𝑘𝑔/𝑚𝑖𝑛

𝑚3

𝑉 = 1000 𝑚𝑖𝑛[pic 19]

𝑉𝐻 = 0,94195784 𝑘𝑔𝐵

𝑇 = 25°𝐶[pic 20]

3

Aire 2

2

𝐻𝑎 = 0,005279

𝑘𝑔𝐴

[pic 21]

𝑘𝑔𝐵

𝑚3

𝑉 = 2182,642 𝑚𝑖𝑛[pic 22]

𝑇 = 15°𝐶

𝑘𝐽

[pic 23]

(𝑘𝑔 𝐵)

= 2654,0465 𝑘𝑔/𝑚𝑖𝑛

𝐻𝑟

= 50%

𝐻 = 28,4415 𝑘𝑔𝐵        2

𝑚3

𝑉𝐻 = 0,822383 𝑘𝑔𝐵[pic 24]

  •        Hallamos (𝒌𝒈 𝑩)𝟑

(𝒌𝒈 𝑩)𝟑= (𝒌𝒈 𝑩)𝟏+(𝒌𝒈 𝑩)𝟐

(𝒌𝒈 𝑩)𝟐= 𝟐𝟔𝟓𝟒, 𝟎𝟒𝟔𝟓 𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏

(𝒌𝒈 𝑩)𝟏= 𝟏𝟎𝟔𝟏, 𝟔𝟏𝟖𝟔 𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏

Entonces        (𝒌𝒈 𝑩)𝟑= 𝟑𝟕𝟏𝟓, 𝟔𝟔𝟓𝟏𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏

[pic 25]

𝑇 = 50°𝐶

𝑇𝑏ℎ = 30°𝐶

𝐻𝑎

Aire 1

1[pic 26]

𝑔𝐴

= 0,01865[pic 27]

𝑘𝑔𝐵

  solución  

𝑇 = 25°𝐶

(𝑘𝑔 𝐵)3= 3715,6651 𝑘𝑔/𝑚𝑖𝑛[pic 28]

(𝑘𝑔 𝐵)1= 1061,6186 𝑘𝑔/𝑚𝑖𝑛

3

Aire 2        2

𝑇 = 15°𝐶

(𝑘𝑔 𝐵)2= 2654,0465 𝑘𝑔/𝑚𝑖𝑛

𝐻𝑟 = 50%

𝐻𝑎

𝑘𝑔𝐴

= 0,005279[pic 29]

𝑘𝑔𝐵

  •        Hallamos 𝑯𝒂,𝟑

𝑯𝒂,𝟑

  𝑯𝒂,𝟏 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟏 + 𝑯𝒂,𝟐 ∗ (𝒌𝒈 𝑩)𝟐 

=[pic 30][pic 31]

(𝒌𝒈 𝑩)𝟑

𝑯𝒂,𝟑 =[pic 32][pic 33]

𝑘𝑔𝐴[pic 34]

3715,6651 𝒌𝒈  

  •        Hallamos 𝑽𝑯,𝟑

𝑯𝒂,𝟑 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟗𝟎𝟗𝟗 𝑘𝑔𝐵

𝑚3

𝑉𝐻,3 = 0,856814099 𝑘𝑔𝐵[pic 35]

  •        Hallamos 𝑽𝟑         𝑽𝟑

= 𝑉𝐻,3 ∗

𝑚3

3 = 3183,6342[pic 36][pic 37]

𝑚𝑖𝑛

Ejercicio 36

1. En una industria de secado de rodajas de piña se utiliza aire a condiciones de 30°C y Hr=65% para secar 400kg/h de una producción de piña La cual se va a exportar a México. Las rodajas de piña pasan de tener una humedad del 35% en peso a contener solo el 5% de humedad. El proceso cuenta con un condensador donde se deshumidifica el aire que sale del secador. Del condensador, el aire sale completamente saturado. Del condensador, el aire pasa a un intercambiador de calor donde se recalienta, obteniendo una temperatura de 60°C y una Hr=10%, de este aire húmedo se recicla (1000m3/h) en la corriente M y la otra parte (2000m3/h) sale del sistema hacia los extractores por la corriente K . Se desea calcular:

1. Kg/h de agua condensada
2. Calor suministrado en el intercambiador en Kcal/h
3. Volumen de aire húmedo (m3/h) que deben entrar en la corriente C

[pic 38]

  •        Se buscan los datos del solido y del aire        

  solución  

𝑘𝑔𝐴

𝐻𝑎,𝐶 = 0,0740559 𝑘𝑔𝐵[pic 39]

T = 60°𝐶

𝑀 = 1038,9398 𝑘𝑔/ℎ[pic 40]

𝑉𝐻,𝐶 = 0,88264913

𝑚3

[pic 41]

𝑘𝑔𝐵[pic 42][pic 43]

...