Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación y, por lo tanto, el
flujo másico del aire seco permanece constante durante todo el proceso. 2 El aire
seco y el vapor de agua son gases ideales. 3 Los cambios en las energías cinética
y potencial son insignificantes. 4 La torre de enfriamiento es adiabática.
Propiedades La entalpía del agua líquida saturada es de 92.28 kJ/kg a 22 °C
y 146.64 kJ/kg a 35 °C (tabla A-4). De la carta psicrométrica se tiene:
h 1 42.2 kJ/kg aire seco
v 1 0.0087 kg H 2 O/kg aire seco
v 1 0.842 m 3 /kg aire seco
h 2 100.0 kJ/kg aire seco
v 2 0.0273 kg H 2 O/kg aire seco
Análisis Considere la torre de enfriamiento como el sistema, representado de
manera esquemática en la figura 14-34. Advierta que el flujo másico del agua
líquida disminuye en una cantidad igual a la cantidad de agua que se evapora en
la torre durante el proceso de enfriamiento. El agua que se pierde por evaporación
debe restituirse después en el ciclo para mantener la operación estacionaria.
a) Al aplicar los balances de energía y de masa a la torre de enfriamiento se
obtiene
Balance de masa de aire seco:
Balance de masa de agua:
o
Balance de energía:
o
Al despejar m· a resulta
Al sustituir,
m a
#
m
#
m
3 m 4 m
# # #
a m h asal
m h S m
ent
#
# #
3 h 3 m a 1h 2 h 1 2 1m 3 m
m a
100 kgs146.64
# # #
m a 1
m a 2
m a
# # # #
m 3 m a 1
v 1 m 4 m a 2
v 2
#
#
a 1v 2 v 1 2 m reemplazo
# # #
a 1
h 1 m 3 h 3 m a 2
h 2 m
reemplazo 2h 4
Entonces, el flujo volumétrico de aire en la torre de enfriamiento es
b) El flujo másico del agua de reposición se determina de
# #
m reemplazo m a 1v 2 v 1 2 196.9 kg >s 210.0273 0.00872 1.80 kg/s
#
m 3 h 3 h 4
h 2 h 1 2 1 h 4
92.28 kJkg
100.0 42.2 kJkg 0.0273 0.008792.28 kJkg
V 1 m av 1 96.9 kgs0.842 m 3 kg 81.6 m 3 /s
Comentario Por consiguiente, más de 98 por ciento del agua de enfriamiento
se recupera y recircula en este caso.
4 h 4
96.9 kgs
Agua
caliente
35 °C
100 kg/s
Frontera
del sistema
100 kg/s
Agua
fría
22 °C
Agua de
reposición
759
CAPÍTULO 14
30 °C
f 2 = 100%
FIGURA 14-34
Esquema para el ejemplo 14-9.
Aire
1 atm
20 °C
f 1 = 60%
V·
1
RESUMEN
En este capítulo se estudió la mezcla de aire-vapor de agua,
que es la mezcla de gas-vapor más común en la práctica. Normalmente
el aire en la atmósfera contiene un poco de vapor
de agua, y se denomina aire atmosférico. En contraste, el aire
que no contiene vapor de agua se llama aire seco. Dentro de
los límites de la temperatura en la cual trabajan los sistemas
de acondicionamiento de aire, tanto el aire seco como el vapor de
agua pueden tratarse como gases ideales. El cambio de entalpía
del aire seco durante un proceso se encuentra a partir de
¢h aire seco c p ¢T 11.005 kJ>kg # °C2 ¢T
El aire atmosférico puede tratarse como una mezcla de
gases ideales cuya presión es la suma de la presión parcial
del aire seco P a y la del vapor de agua P v :
P P a P v