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UNIVERSIDAD TÉCNICA LUIS VARGAS TORRES FACULTAD DE INGENIERIAS Y TECNOLOGIAS

INGENIERÍA QUÍMICA

TRANSFERENCIA DE MASA

Ing. EDINSON CASTRO URIARTE

Tema HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN

Integrantes: ACOSTA JIMENEZ ERIKA ESTUPIÑAN DUEÑAS EVELYN MONTAÑO ARBOLEDA DAMARIS PALACIO GARCIA MELINA

CURSO: 6TO ¨A¨

HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN

Humidificación. La humidificación es una operación unitaria en la que tiene lugar una transferencia simultánea de materia y calor sin la presencia de una fuente de calor externa. De hecho siempre que existe una transferencia de materia se transfiere también calor. La transferencia simultánea de materia y calor en la operación de humidificación tiene lugar cuando un gas se pone en contacto con un líquido puro, en el cual es prácticamente insoluble. Este fenómeno nos conduce a diferentes aplicaciones además de la humidificación del gas, como son su des humidificación, el enfriamiento del gas (acondicionamiento de gases), el enfriamiento del líquido, además de permitir la medición del contenido de vapor en el gas. Generalmente la fase líquida es el agua, y la fase gas el aire. Su principal aplicación industrial es el enfriamiento de agua de refrigeración, que será el objeto de estudio de la práctica que nos ocupa. A grandes rasgos, el proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente: • Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con bajo contenido en humedad), normalmente aire atmosférico. • Parte del agua se evapora, enfriándose así la interface. • El seno del líquido cede entonces calor a la interface, y por lo tanto se enfría. • A su vez, el agua evaporada en la interface se transfiere al aire, por lo que se humidifica. En la des humidificación, agua fría se pone en contacto con aire húmedo. La materia transferida entre las fases es la sustancia que forma la fase líquida, que dependiendo de cómo estemos operando, o se evapora (humidificación), o bien se condensa (des humidificación.) Existen diferentes equipos de humidificación, entre los que destacamos las torres de enfriamiento por su mayor aplicabilidad. En ellas, el agua suele introducirse por la parte superior en forma de lluvia provocada, y el aire fluye en forma ascendente, de forma natural o forzada. En el interior de la torre se utilizan rellenos de diversos tipos que favorecen el contacto entre las dos fases. Que es la humedad: medida del contenido de agua en la atmósfera. La atmósfera contiene siempre algo de agua en forma de vapor. La cantidad máxima depende de la temperatura; crece al aumentar ésta: a 4,4 °C, 1.000 kg de aire húmedo contienen un máximo de 5 kg de vapor; a 37,8 °C 1.000 kg de aire contienen 18 kg de vapor. Cuando la atmósfera está saturada de agua, el nivel de incomodidad es alto ya que la transpiración (evaporación de sudor corporal con resultado refrescante) se hace imposible. El peso del vapor de agua contenido en un volumen de aire se conoce como humedad absoluta y se expresa en unidades de masa de agua por unidades de masa o de volumen de aire seco. Frecuentemente se utiliza la medida de gramos de vapor de agua por metro cúbico de aire.

La humedad relativa, es la razón entre el contenido efectivo de vapor en la atmósfera y la cantidad de vapor que saturaría el aire a la misma temperatura. Si la temperatura atmosférica aumenta y no se producen cambios en el contenido de vapor, la humedad absoluta no varía mientras que la relativa disminuye. Una caída de la temperatura incrementa la humedad relativa produciendo rocío por condensación del vapor de agua sobre las superficies sólidas. La humedad se mide con un higrómetro. El índice de temperatura-humedad (índice T-H, también llamado índice de incomodidad) expresa con un valor numérico la relación entre la temperatura y la humedad como medida de la comodidad o de la incomodidad. Se calcula sumando 40 al 72% de la suma de las temperaturas en un termómetro seco y en otro húmedo. Por ejemplo, si la temperatura en el termómetro seco es de 30 °C y en el húmedo es de 20 °C, el índice TH será de 76. Cuando el valor es 70, la mayoría de la gente está cómoda, si el índice es de 75 el ambiente se hace más incómodo. • Humidificación: En la actualidad hay una gran variedad de Humidificadores y deshumidificadores para controlarla, siendo parte muy esencial en el acondicionamiento del aire. Humidificadores Centrífugos Tipo electrodo De vapor vivo Por atomización Humidificadores centrífugos: Los humidificadores centrífugos trabajan con un motor y un disco rompe gotas que hace que el agua que pasa por el disco sea centrifugada hacia el rompe gotas y pulverizada para lograr vapor de agua, este sistema es uno de los más comunes y se utiliza en espacios abiertos o para ductos. Humidificadores de Electrodo: Estos equipos trabajan con electricidad, con base a un cilindro que tiene electrodos donde entra el agua y por medio de esta se genera una resistencia, calentando el agua hasta el punto de ebullición y generando vapor, estos equipos también pueden ser utilizados para espacios abiertos y para instalación en ductos. Humidificadores de Vapor Vivo: Estos equipos son utilizados normalmente para aplicaciones donde cuenten con vapor vivo, este humidificador se conforma por medio de una trampa de vapor, una válvula que habré y cierra la inyección de vapor, un distribuidor, entre otros componentes; estos humidificadores son para instalarse en ductos de inyección de aire. Humidificadores por Atomización: Los humidificadores por atomización son los que utilizan agua a presión o agua y aire comprimido; normalmente se utilizan para espacios abiertos, por ejemplo en la industria papelera, invernaderos, textil, etc. DES HUMIDIFICACIÓN. La des humidificación es el proceso de retirar el vapor de agua contenida en el aire, llamada también humedad. Existen diferentes procesos para remover la humedad del aire, estos son: por enfriamiento, hasta alcanzar una temperatura por debajo del punto de rocío, por el

incremento de la presión total, lo cual causa la condensación, y por último poner en contacto un desecante con el aire, con lo cual, la humedad del aire migra hacia el desecante, impulsado por la diferencia en las presiones de vapor entre el aire y el desecante. Observando el proceso de des humidificación en una carta psicométrica, nos damos cuenta de que se trata de un proceso adiabático, esto significa que la transferencia de vapor de agua contenido en el aire, al material con el que está construido la rueda desecante, no involucra un intercambio de energía. La rueda desecante no transfiere ni retira calor al aire de proceso, solo le remueve el exceso de humedad. Sin embargo, la porción de calor latente asociado al vapor de agua ahora se ve liberado en el aire seco, en forma de calor sensible. El aire a la descarga del deshumidificador presenta la misma entalpía pero con una mayor temperatura. Esta característica de la des humidificación por desecante, debe ser tomada muy en cuenta cuando el aire de proceso se va a utilizar en áreas donde se pretende mantener condiciones de confort. Normalmente un sistema de des humidificación incluye una etapa de post enfriamiento para este propósito. Al seleccionar un deshumidificador es importante observar la cantidad de humedad que es capaz de colectar por cada libra de aire que procesa, así como la cantidad de energía requerida para la reactivación del material. El mejor rotor será entonces el que capture la mayor cantidad de humedad y que requiera la menor cantidad de energía para la reactivación del desecante. Considerando que la inversión inicial es solamente una fracción del costo de operación del equipo, es muy importante buscar que el equipo deshumidificador demande el menor consumo de energía posible para su operación. En deshumidificadores: Deshumidificador por refrigeración o enfriamiento. Deshumidificador a base de Silica Gel o desecantes. Des humidificación por refrigeración o enfriamiento: El aire puede deshumidificarse con sistemas de aire acondicionado convencionales de compresión de vapor. Estos enfrían al aire a una presión constante hasta una temperatura abajo de la temperatura del punto de rocío, ocurre que se condensa parte del vapor de agua presente en el aire. Este tipo de des humidificación es el más utilizado en los equipos de aire acondicionado comercial y residencial. Para realizar este proceso el evaporador, del sistema de compresión de vapor, debe operar a una temperatura más baja que la que es requerida para extraer la carga de calor sensible de enfriamiento del espacio acondicionado, esto hace que el sistema tenga bajos coeficientes de operación (COP). Además, algunas veces es necesario recalentar el aire para evitar un excesivo enfriamiento sensible del espacio acondicionado. Des humidificación a base de silica gel o desecantes: En el caso de la des humidificación con desecantes no es un proceso de enfriamiento propiamente dicho, se considera que es opuesto a un enfriamiento evapórativo. Antes de describir el proceso es conveniente definir ciertos conceptos que permitan entender, sin confusiones, el proceso de des humidificación por desecantes.

Desecantes y sus propiedades Un desecante es una sustancia química que tiene una gran afinidad por la humedad, es decir, es capaz de extraer o liberar vapor de agua del aire, en cantidades relativamente grandes con relación a su peso y volumen. El proceso físico que permite la retención o liberación de la humedad es la diferencia en la presión de vapor entre la superficie del desecante y el aire ambiente. Los desecantes pueden ser clasificados como adsorbentes, las cuales absorben la humedad sin experimentar cambios químicos o físicos, o absorbentes las cuales absorben la humedad acompañado por cambios físicos o químicos. Los desecantes pueden ser sólidos o líquidos. Muchos absorbentes son líquidos y muchos adsorbentes son sólidos. Varios tipos de desecantes sólidos son ampliamente usados en sistemas de enfriamiento por desecantes; por ejemplo la silica gel, cloruro de litio y malla molecular. Propiedades psicométricas del aire seco El aire seco existe solo cuando se le retira el vapor de agua y los contaminantes al aire atmosférico. La composición del aire seco es relativamente constante, está compuesta de nitrógeno, con el 78%, oxígeno, con el 21%, y el restante 1% por: dióxido de carbono y pequeñas cantidades de hidrógeno, helio, neón, argón, kriptón, xenón y ozono. Aire húmedo: El aire atmosférico que rodea a la tierra es una mezcla de aire seco y vapor de agua, a la que se le llama aire húmedo. La cantidad de vapor de agua en el aire seco varía de un lugar a otro y de acuerdo a las condiciones atmosféricas locales. Esta variación es entre el 1 al 3%. El contenido de vapor de agua es mayor en aquellos lugares cercanos a cuerpos de agua grandes, como: lagos, ríos, y el mar, y menor en regiones áridas. Temperatura de bulbo seco: La temperatura de bulbo seco del aire es la temperatura que se mide con un termómetro ordinario, un termómetro de vidrio con mercurio, con el bulbo seco. Cuando se hace esta medición es necesario cubrir al termómetro de la radiación directa producida por el sol para no afectar la lectura de la temperatura. Temperatura de bulbo húmedo: La temperatura de bulbo húmedo del aire es aquella que se mide con un termómetro ordinario con el bulbo cubierto por un pabilo humedecido con agua limpia, haciéndole circular aire. El aire circulado evaporará parte del agua del pabilo para tratar de saturarse; el calor necesario para que se evapore el agua es tomado del agua restante del pabilo que al permanecer húmeda, disminuirá su temperatura hasta un límite. A este límite se le llama temperatura de “bulbo húmedo”. Temperatura de punto de rocío Es la temperatura que alcanza el aire húmedo cuando se enfría a presión constante hasta saturarse, por debajo de la cual se condensa el vapor de agua persistiendo las condiciones de saturación. Presión atmosférica estándar La presión atmosférica es la suma de la presión del aire seco y la presión del vapor de agua contenida en el aire. La presión atmosférica estándar es de 101.325 kPa (1.01325 bar) en el sistema internacional y de 14.69 psi en el sistema inglés. El valor de la presión

atmosférica disminuye conforme se eleva sobre el nivel del mar. Esto se debe a que la atmósfera esta menos densa y pesa menos por lo que se reduce su presión. Humedad Relativa La humedad relativa es la relación entre la presión parcial ejercida por el vapor de agua en cualquier volumen de aire y la presión parcial que ejercería el vapor de agua, si este estuviera saturado a la temperatura del bulbo seco del aire. TORRES DE ENFRIAMIENTO Las torres de enfriamiento son un tipo de intercambiadores de calor que tienen como finalidad quitar el calor de una corriente de agua caliente, mediante aire seco y frío, que circula por la torre. El agua caliente puede caer en forma de lluvia y al intercambiar calor con el aire frío, vaporiza una parte de ella, eliminándose de la torre en forma de vapor de agua. Las torres de enfriamiento se clasifican según la forma de subministramiento de aire en: Torres de circulación natural Atmosféricas: El movimiento del aire depende del viento y del efecto aspirante de los aspersores. Se utiliza en pequeñas instalaciones. Depende de los vientos predominantes para el movimiento del aire. Tiro natural: El flujo del aire necesario se obtiene como resultado de la diferencia de densidades, entre el aire más frío del exterior y húmedo del interior de la torre. Utilizan chimeneas de gran altura para obtener el tiro deseado. Debido a las grandes dimensiones de estas torres se utilizan flujos de agua de más de 200000gpm. Es muy utilizado en las centrales térmicas. A continuación se muestra el funcionamiento de una torre de enfriamiento con tiro natural: TORRES DE TIRO MECÁNICO El agua caliente que llega a la torre es rociada mediante aspersores que dejan pasar hacia abajo el flujo del agua a través de unos orificios. El aire utilizado en la refrigeración del agua es extraído de la torre de cualquiera de las formas siguientes: Tiro inducido: el aire se succiona a través de la torre mediante un ventilador situado en la parte superior de la torre. Son las más utilizadas. A continuación se muestra el funcionamiento de las torres de tiro inducido:

Tiro forzado El aire es forzado por un ventilador situado en la parte inferior de la torre y se descarga por la parte superior. A continuación se muestra el funcionamiento de las torres de tiro forzado:

Otros tipos Torres de flujo cruzado. El aire entra por los lados de la torre fluyendo horizontalmente a través del agua que cae. Estas torres necesitan más aire y tienen un coste de operación más bajo que las torres a contracorriente.

APLICACIÓN GENERAL La principal aplicación de la humidificación y de la deshumidificación es en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspecto de interésrelacionado con esta operación básica es el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial, con el fin de poder ser utilizada nuevamente; el equipo utilizado tiene forma de torre en la que el agua caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de enfriamiento....