>	restart:#"m08_p50"

La figura representa una hipotética instalación para producir hielo. Por 1 entra un a corriente de 0.1 m3/s de aire seco a 20 ºC que se enfría en el cambiador HX hasta 0 ºC, entrando por 2 a una cámara de congelación evaporativa de la que sale saturado a 0 ºC por 3, enfriando luego el aire de entrada en el cambiador HX. Por 5 entra agua a 15 ºC, y por 6 sale hielo a 0 ºC. Suponiendo que la transmisión de calor al exterior es despreciable, se pide:
a) Esquema de la evolución del aire en el diagrama de Mollier h-w.
b) Balances másicos y energético de la cámara de congelación.
c) Cantidad de hielo que podría producirse.
d) Estudiar el efecto de la presión ambiente.

Datos:

>	read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):

>	su1:="Aire":su2:="H2O":dat:=[Vdot=0.1e*m_^3/s_,T1=(20+273)*K_,T2=(0+273)*K_,T3=(0+273)*K_,T5=(15+273)*K_,T6=(0+273)*K_];

Esquema:

>

>

Eqs. const.:

>	Adat:=get_gas_data(su1):Adat:=subs(c[p]=c[pa],R=R[a],M=M[a],T[b]=nada,[Adat]):Wgdat:=get_gas_data(su2):Wgdat:=subs(c[p]=c[pv],R=R[v],M=M[v],[Wgdat]):Wldat:=get_liq_data(su2):Wdat:=op(Wgdat),Wldat:get_pv_data(su2):dat:=op(dat),Const,SI2,SI1:

a) Esquema de la evolución del aire en el diagrama de Mollier h-w.

b) Balances másicos y energético de la cámara de congelación.

>

eqBMa:=ma2=ma3;eqBMa:=ma=rho*Vdot;eqBMa_:=ma=subs(dat,Adat,dat,p0*Vdot/(R[a]*T0)):evalf(%,2);eqBMw:='ma*w2+m5=ma*w3+m6';w2:=0;eq8_8;w3_:=subs(dat,w(1,T3,p0)):'w3'=evalf(%,2);eqBMw_:=subs(eqBMa_,w3=w3_,eqBMw):evalf(%,2);eqBE:='ma*h2+m5*h5=ma*h3+m6*h6';h=h(T,w);h2_:=subs(Adat,Wdat,T=T2,dat,h(T,0)):'h2'=evalf(%,2);h3_:=subs(Adat,Wdat,T=T3,dat,h(T,w3_)):'h3'=evalf(%,2);h5_:=subs(dat,Wdat,T=T5,dat,hl(T)):'h5'=evalf(%,2);h6_:=subs(dat,Wdat,T=T6,dat,hl(T)-h[sl0]):'h6'=evalf(%,2);

c) Cantidad de hielo que podría producirse.

>	eqBE_:=subs(eqBMa_,eqBMw_,h2=h2_,h3=h3_,h5=h5_,h6=h6_,dat,eqBE):'eqBE'=evalf(%,2);m6_:=subs(dat,solve(eqBE_,m6)):'m6'=evalf(%,2);evalf(%*3600*s_/h_,2);

i.e. se podría conseguir producir 10 kg/hora de hielo.

d) Estudiar el efecto de la presión ambiente.

En el BMa, el gasto másico de aire es proporcional a la presión.

En el BMw, w3 varía casi con 1/p, luego ma*w3 apenas varía.

En el BE, h3 es casi proporcional a w3, así que ma*h3 apenas varía.

Conclusión: si se mantiene el gasto volumétrico, la cantidad de hielo no depende apreciablemente de la presión ambiente.

Por ejemplo, a doble presión:

>

m5:='m5':m6:='m6':p0=2e5*Pa_;dat:=[p0=2e5*Pa_,op([dat])]:eqBMa:=ma2=ma3;eqBMa:=ma=rho*Vdot;eqBMa_:=ma=subs(dat,Adat,dat,p0*Vdot/(R[a]*T0)):evalf(%,2);eqBMw:='ma*w2+m5=ma*w3+m6';w2:=0;w3_:=subs(dat,subs(dat,w(1,T3,p0))):'w3'=evalf(subs(dat,%),2);eqBMw_:=subs(eqBMa_,w3=w3_,eqBMw):evalf(%,2);eqBE:='ma*h2+m5*h5=ma*h3+m6*h6';h=h(T,w);h2_:=subs(Adat,Wdat,T=T2,dat,h(T,0)):'h2'=evalf(%,2);h3_:=subs(Adat,Wdat,T=T3,dat,h(T,w3_)):'h3'=evalf(%,2);h5_:=subs(dat,Wdat,T=T5,dat,hl(T)):'h5'=evalf(%,2);h6_:=subs(dat,Wdat,T=T6,dat,hl(T)-h[sl0]):'h6'=evalf(%,2);eqBE_:=subs(eqBMa_,eqBMw_,h2=h2_,h3=h3_,h5=h5_,h6=h6_,dat,eqBE):'eqBE'=evalf(%,2);m6_:=subs(dat,solve(eqBE_,m6)):'m6'=evalf(%,2);evalf(%*3600*s_/h_,2);

Comentario adicional.

Todo se ha basado en la disponibilidad de aire seco, pero en la Naturaleza no hay aire seco (en medio del Sahara ya tiene una humedad media del 15%, debido a la circulación atmosférica).

En la práctica se podría producir aire seco mediante un absorbedor higroscópico, que habría que regenerar aparte calentándolo.

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