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Psicrometría

AIRE-AGUA. Humedad: Concentración de vapor en aire. Temperatura. Presión. Presión de vapor. líquido. sólido. presión. Psicrometría. vapor. temperatura. AIRE-AGUA. Humedad: Concentración de vapor en aire. HUMEDAD ABSOLUTA Y : kg vapor agua/kg aire seco. Psicrometría. Temperatura.

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Presentation Transcript

  1. AIRE-AGUA Humedad: Concentración de vapor en aire Temperatura Presión Presión de vapor líquido sólido presión Psicrometría vapor temperatura

  2. AIRE-AGUA Humedad: Concentración de vapor en aire HUMEDAD ABSOLUTA Y: kg vapor agua/kg aire seco Psicrometría Temperatura

  3. AIRE-AGUA Humedad: Concentración de vapor en aire HUMEDAD ABSOLUTA PORCENTAJE HUMEDAD Psicrometría PORCENTAJE HUMEDAD RELATIVA

  4. AIRE-AGUA Humedad: Concentración de vapor en aire Temperatura de rocío: T saturación de una mezcla aire-vapor de agua Comienza la condensación Calor húmedo de mezcla aire + vapor de agua: Cp aire: 1.005 kJ/kg aire seco·K Cp vapor agua: 1.88 kJ/kg vapor agua:K CpG = 1.005 +1.88 · Y kJ/kg aire·K CpG = 0.24 + 0.45 · Y kcal/kg aire·K Psicrometría

  5. AIRE-AGUA Volumen húmedo de mezcla aire + vapor de agua: gas en C.N : 1 mol-g 22.4 l = (2.83·10-3 + 4.56·10-3 · Y) · T (K) [=] m3/kg aire seco Entalpía de mezcla aire + vapor de agua: HG= cpG · (T-To) + Y·lo Psicrometría Si To = 0ºC: HG = (1.005 +1.88 · Y)·T(ºC) + 2501.4·Y kJ/kg aire seco HG = (0.24 +0.45 · Y)·T(ºC) + 596.4·Y kcal/kg aire seco

  6. AIRE-AGUA Psicrometría

  7. AIRE-AGUA Temperatura de saturación adiabática: Temperatura en estado estacionario cuando gran cantidad de agua es puesta en contacto con aire Aire Y, T Aire YS>Y, TS<T Referencia T = TS Psicrometría Agua TS

  8. AIRE-AGUA Psicrometría

  9. AIRE-AGUA Temperatura de bulbo húmedo Tw: Temperatura alcanzada, en estado estacionario, cuando una pequeña cantidad de agua está en contacto en condiciones adiabáticas con una corriente continua de gas Calor necesario para vaporizar el agua q = lw·PMaire·ky·(Yw-Y) YW, a Tw Agua Tw Psicrometría Calor cedido por el gas q = hG·(T-Tw) hG: coef transferencia calor gas Aire T, Y Aire T, Y

  10. AIRE-AGUA Equivalencia de Lewis: hG = PM Aire·ky·CpG Psicrometría Sistema aire-agua Tw≈TS

  11. SECADO: EQUILIBRIO + CINÉTICA EQUILIBRIO Xt : Humedad total (kg agua/kg sólido seco) X*: Humedad de equilibrio Secado Diagramas de equilibrio de SECADO experimentales Histéresis X*(secado o desorción) > X* (mojado o adsorción) Díficil predicción teórica (Adsorción en multicapa) Correlaciones empíricas (HENDERSON): Materiales agrícolas

  12. Secado

  13. Secado

  14. X: Humedad libre = Xt - X* = f (sólido, aire) Agua ligada: Humedad de equilibrio con aire saturado Pº agua ligada < Pº agua Humedad en células o tejidos con sustancias disueltas Agua en capilares Agua en combinación química o fco-qca Problemas de difusión de fluidos para eliminación por contacto aire-agua. Secado Materiales higroscópicos: Humedad de agua ligada

  15. X: Humedad libre = Xt - X* = f (sólido, aire) • Agua no ligada: Xt - agua ligada • Pº agua no ligada = Pº agua • Secado de agua no ligada → • Transf materia-energía agua-aire • El sólido únicamente influye en superficie expuesta al aire • Tsólido = Tw Secado Materiales húmedos: Humedad de agua no ligada

  16. Secado

  17. Secado

  18. Secado

  19. Periodo de velocidad constante • R = constante; X1, X2 >XC Secado Para todo el periodo de R constante: X2=XC,

  20. Sólido húmedo S/A= 21.5 kg sólido seco·m-2 Secado desde X1= 0.38 kg agua/kg ss hasta X2= 0.25 kg agua/kg ss t secado???? • Curva X = f(t) • (S/A cte) • X1; t1=1.28 h • X2; t2=3.08 h • t = 3.08-1.28 • t = 1.80 h Secado

  21. Sólido húmedo S/A= 21.5 kg sólido seco·m-2 Secado desde X1= 0.38 kg agua/kg ss hasta X2= 0.25 kg agua/kg ss t secado???? • Curva R = f (t) • X1 X2>Xc R = cte Secado Rc= R = 1.51kg agua/h·m2.

  22. 2) Periodo de velocidad decreciente; X1, X2 <XC • Se dispone de curva de secado: Integración gráfica1/R = f(X) • Tramo lineal: R = a·X + b (válido en muchos sólidos porosos) Secado Para todo el tramo lineal comprendido entre XC y X’:

  23. 2) Periodo de velocidad decreciente; X1, X2 <XC • Se dispone de curva de secado: Integración gráfica1/R = f(X)º • Tramo lineal: R = a·X + b (válido en muchos sólidos porosos) • Representamos R decreciente como línea recta, ordenada (0,0): R = a·X Secado R1=RC, X1=XC, R1/R2 = X1/X2

  24. S=399 kg s.s. A=18.58m2 Secado desde X1=0.38 kg agua/kg ss hasta X2=0.04 kg agua/kg ss t secado???? Periodo R=constante t???? desde X1 hasta Xc =0.195 Periodo R decreciente t???? desde Xc=0.195 hasta X2 =0.04 a) Integración gráfica b) Estimación R = f(X): Recta que pasa por (0,0) , (Xc, Rc) Secado tiempo de secado total = 2.63+4.06 = 6.69 h

  25. ECUACIONES DE PREDICCIÓN DE Rc PERIODO DE R CONSTANTE = Rc Superficie de sólido totalmente húmeda Sólido sólo influye en el valor de S/A T sólido = Tw TRANSF DE MATERIA ↔ TRANSF DE CALOR TRANSFERENCIA DE MATERIA (cinética de secado): Secado R(kg agua·m-2·s-1)= Nv (mol-kg.m-2·s-1)·Pmv (kg·mol-kg-1)

  26. ECUACIONES DE PREDICCIÓN DE R PERIODO DE R CONSTANTE Superficie de sólido totalmente húmeda Sólido sólo influye en el valor de S/A T sólido = Tw TRANSF DE MATERIA ↔ TRANSF DE CALOR TRANSFERENCIA DE CALOR necesario para evaporar q(J·s-1) = Nv·Pmv (kg agua·m-2·s-1)·li(J·kg-1)·A(m2) Si no existe radiación ni conducción q = h·A·(T-Ti) Secado R = ky·Pmg·(Yi-Y) = q/(li·A) =h·(T-Ti)/li MATERIA = CALOR

  27. 45ºC<T<150ºC 2450 kg·h-1·m-2<G<29300 kg·h-1·m-2 0.61 m·s-1<u< 7.6 m·s-1 ECUACIONES DE PREDICCIÓN DE R PERIODO DE R CONSTANTE Superficie de sólido totalmente húmeda Sólido sólo influye en el valor de S/A T sólido = Tw R = ky·Pmg·(Yi-Y) = q/(li·A) =h·(T-Ti)/li MATERIA = CALOR PREDICCIÓN DE R : CALOR O MATERIA??? CALOR: Menor influencia de errores en Ti INTERFASE aire-agua, sólido húmedo: Ti =Tw; Yi =Yw; li = lw Secado Correlaciones de h en la literatura: Flujo paralelo a la superficie h= 0.0204·G0.8 (SI) h[=]W·m-2·K-1 h=0.0128·G0.8 (English) h[=]Btu·h-1ft-2F-1 Flujo perpendicular a la superficie h = 1.17·G0.37 (SI) h = 0.37·G0.37 (English) 3900 kg·h-1·m-2<G<19500 kg·h-1·m-2 0.9 m·s-1<u< 4.6m·s-1

  28. ECUACIONES DE PREDICCIÓN DE R PERIODO DE R CONSTANTE Superficie de sólido totalmente húmeda Sólido sólo influye en el valor de S/A T sólido = Tw CÁLCULO DEL TIEMPO DE SECADO. BATCH R= Rc =ky·Pmg·(Yw-Y) = h·(T-Tw)/lw Velocidad del gas G↑ h ↑ R ↑t↓ (efecto↓ con conducción o radiación) Secado Humedad del gas Y ↑ Tw ↑ R ↓t ↑ Temperatura del gas T ↑: Tw↑ en menor proporción que T; R↑ t ↓

  29. SECADERO INDIRECTO + DIRECTO CONVECCIÓN + CONDUCCIÓN + RADIACIÓN Secado q = qC + qR + qK

  30. SECADERO INDIRECTO + DIRECTO CONVECCIÓN + CONDUCCIÓN + RADIACIÓN q = qC + qR + qK Convección: qC = hC · (T - TS) · A Radiación: qR = hR· (TR - TS) · A Secado Conducción: qK = UK · ((T - TS) · A

  31. SECADERO INDIRECTO + DIRECTO CONVECCIÓN + CONDUCCIÓN + RADIACIÓN q = qC + qR + qK Secado Tanteo (TS, YS) aire saturado Siempre se cumple: TS > Tw, YS>Yw.

  32. SECADO CONTINUO EN CONTRACORRIENTE TRATAMIENTO CON UNIDADES DE TRANSFERENCIA Balance de calor a un dz de secadero: dqg=dqs+dqp dqg: calor cedido por el gas dqs: calor tomado por el sólido dqp: pérdidas de calor al exterior = 0 Secadero adiabático dqg=G·cpg·dT=dqs=U·A·(T-Ts)·dz T: Temperatura del gas Ts: Temperatura del sólido U·A: Coeficiente de transmisión de calor · Área de transmisión. Determinación experimental conjunta Secado

  33. SECADO CONTINUO EN CONTRACORRIENTE TRATAMIENTO CINÉTICO T, Y del aire varían Calentamiento directo, sólo convección Período de R = constante Ts=Tw=Tinterfase S·dX=G·dY→ dX=(G/S)·dY Secado Tw Yw constantes

  34. SECADO CONTINUO EN CONTRACORRIENTE TRATAMIENTO CINÉTICO T, Y del aire varían Calentamiento directo, sólo convección Período de R decreciente R = f(X) línea recta que pasa por los puntos (Xc, Rc) (0,0) dX=(G/S)·dY X=X2+(G/S)·(Y-Y2) Secado

  35. SECADO CONTINUO EN CONTRACORRIENTE TRATAMIENTO CINÉTICO T, Y del aire varían Calentamiento directo, sólo convección Período de R decreciente R = f(X) línea recta que pasa por los puntos (Xc, Rc) (0,0) Otra posibilidad de cálculo: Rc basada en la transferencia de calor. Sustituir: Humedades del gas (Y) por temperaturas del gas (T) (ky·Pmg) por (h/lw). Secado

  36. Secado

  37. Secado

  38. Secado

  39. Secado

  40. Secado

  41. Secado

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