HUMIDIFICACIÓN 3 (1)

HUMIDIFICACIÓN

HUMIDIFICACIÓN

UNIDAD 2

UNIDAD 2

Conceptos Generales

Conceptos Generales

Las máquinas y los

Las máquinas y los procesos industriales, así comprocesos industriales, así como aquellos dedicados al co aquellos dedicados al confort humano, onfort humano, generan generan enormesenormes cantidades de calor qu

cantidades de calor que deben se deben ser continuamente er continuamente disipadas si se disipadas si se quiere que quiere que esas máquinas y pesas máquinas y procesosrocesos operen eficientemente.

operen eficientemente. Aunque lAunque los intercambiadores naturales son os intercambiadores naturales son los ríos, arroyos, lagos los ríos, arroyos, lagos e inclusive e inclusive loslos océanos, el proceso natural de evaporación los hace muy efectivos aunque sin control, debido a la superficie a océanos, el proceso natural de evaporación los hace muy efectivos aunque sin control, debido a la superficie a veces fija, a veces variable, que los contiene y a su total dependencia de los vientos dominantes.

veces fija, a veces variable, que los contiene y a su total dependencia de los vientos dominantes.

Las torres de enfriamiento regulan el proceso de enfriamiento mediante la evaporación controlada

Las torres de enfriamiento regulan el proceso de enfriamiento mediante la evaporación controlada, reduciendo, reduciendo así la cantidad de agua consumida. Esto se logra cuando a la gota que se pone en contacto con el aire, se le así la cantidad de agua consumida. Esto se logra cuando a la gota que se pone en contacto con el aire, se le evapora

evapora la película exla película exteriorterior, requiriendo para , requiriendo para este proceso este proceso de absorber calorde absorber calor, el cual , el cual se toma se toma de de la la propia propia gota,gota, enfriándola consecuentemente. E

enfriándola consecuentemente. Es decir, el enfriamiento se s decir, el enfriamiento se realiza tanto por Calor realiza tanto por Calor sensible (cambio sensible (cambio dede temperatura) como por calor latente (cambio de estado físico).

temperatura) como por calor latente (cambio de estado físico). El objeto

El objeto que se que se persigue en persigue en la tola torre es rre es que la que la gota gota este este el mael mayor tiempo yor tiempo posible en posible en contacto contacto con con el el aire, aire, lo lo cuálcuál se logra con la altura de la misma y además interponiendo obstáculos (el relleno), que la van deteniendo y al se logra con la altura de la misma y además interponiendo obstáculos (el relleno), que la van deteniendo y al mismo tiempo la van fragmentando facilit

mismo tiempo la van fragmentando facilitando más el proceso evaporativo. En los nuevos sistemas los obstáculos ando más el proceso evaporativo. En los nuevos sistemas los obstáculos enen lugar de romper la gota, hacen que se forme una película muy delgada en donde se lleva a cabo el mismo proceso. lugar de romper la gota, hacen que se forme una película muy delgada en donde se lleva a cabo el mismo proceso. En términos

En términos generales, podemos generales, podemos decir que decir que la cla capacidad de apacidad de enfriamiento de enfriamiento de una torre una torre es es una una combinación combinación dede todas

todas las las variables variables involucradas involucradas en en el el diseño diseño y y selección selección de de la la misma misma y y nos nos indica indica la la cantidad cantidad de de agua agua que que enfríaenfría en condiciones de operación comparada con las condiciones de diseño, esto es entonces, el equivalente de la en condiciones de operación comparada con las condiciones de diseño, esto es entonces, el equivalente de la eficiencia térmica.

eficiencia térmica.

HUMIDIFICACIÓN

Conceptos Generales

Conceptos Generales

Las máquinas y los

Las máquinas y los procesos industriales, así comprocesos industriales, así como aquellos dedicados al co aquellos dedicados al confort humano, onfort humano, generan generan enormesenormes cantidades de calor qu

cantidades de calor que deben se deben ser continuamente er continuamente disipadas si se disipadas si se quiere que quiere que esas máquinas y pesas máquinas y procesosrocesos operen eficientemente.

operen eficientemente. Aunque lAunque los intercambiadores naturales son os intercambiadores naturales son los ríos, arroyos, lagos los ríos, arroyos, lagos e inclusive e inclusive loslos océanos, el proceso natural de evaporación los hace muy efectivos aunque sin control, debido a la superficie a océanos, el proceso natural de evaporación los hace muy efectivos aunque sin control, debido a la superficie a veces fija, a veces variable, que los contiene y a su total dependencia de los vientos dominantes.

veces fija, a veces variable, que los contiene y a su total dependencia de los vientos dominantes.

Las torres de enfriamiento regulan el proceso de enfriamiento mediante la evaporación controlada

Las torres de enfriamiento regulan el proceso de enfriamiento mediante la evaporación controlada, reduciendo, reduciendo así la cantidad de agua consumida. Esto se logra cuando a la gota que se pone en contacto con el aire, se le así la cantidad de agua consumida. Esto se logra cuando a la gota que se pone en contacto con el aire, se le evapora

evapora la película exla película exteriorterior, requiriendo para , requiriendo para este proceso este proceso de absorber calorde absorber calor, el cual , el cual se toma se toma de de la la propia propia gota,gota, enfriándola consecuentemente. E

enfriándola consecuentemente. Es decir, el enfriamiento se s decir, el enfriamiento se realiza tanto por Calor realiza tanto por Calor sensible (cambio sensible (cambio dede temperatura) como por calor latente (cambio de estado físico).

temperatura) como por calor latente (cambio de estado físico). El objeto

El objeto que se que se persigue en persigue en la tola torre es rre es que la que la gota gota este este el mael mayor tiempo yor tiempo posible en posible en contacto contacto con con el el aire, aire, lo lo cuálcuál se logra con la altura de la misma y además interponiendo obstáculos (el relleno), que la van deteniendo y al se logra con la altura de la misma y además interponiendo obstáculos (el relleno), que la van deteniendo y al mismo tiempo la van fragmentando facilit

mismo tiempo la van fragmentando facilitando más el proceso evaporativo. En los nuevos sistemas los obstáculos ando más el proceso evaporativo. En los nuevos sistemas los obstáculos enen lugar de romper la gota, hacen que se forme una película muy delgada en donde se lleva a cabo el mismo proceso. lugar de romper la gota, hacen que se forme una película muy delgada en donde se lleva a cabo el mismo proceso. En términos

En términos generales, podemos generales, podemos decir que decir que la cla capacidad de apacidad de enfriamiento de enfriamiento de una torre una torre es es una una combinación combinación dede todas

todas las las variables variables involucradas involucradas en en el el diseño diseño y y selección selección de de la la misma misma y y nos nos indica indica la la cantidad cantidad de de agua agua que que enfríaenfría en condiciones de operación comparada con las condiciones de diseño, esto es entonces, el equivalente de la en condiciones de operación comparada con las condiciones de diseño, esto es entonces, el equivalente de la eficiencia térmica.

eficiencia térmica.

HUMIDIFICACIÓN

Conceptos Generales

Conceptos Generales

La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa;

gaseosa; el el vapor vapor puede aumentpuede aumentar ar pasando pasando el el gas gas a a través través de de un un líquido líquido que que se se evapora evapora en en el el gas.gas. EstaEsta transfere

transferencia ncia hacia hacia el el interior interior de de la la corriente corriente gaseosa gaseosa tiene tiene lugar lugar por difusión por difusión y y en la en la interfase interfase hayhay,, simultáneamente, transf

simultáneamente, transferencia de calor erencia de calor y de y de materia.materia.

Los procesos que tiene lugar en la operación de humidificación son: Los procesos que tiene lugar en la operación de humidificación son:

1.-1.- Una corriente de agua caliente se pone en contUna corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire secacto con una de aire seco (oo (o con bajo contenido en humedad).

con bajo contenido en humedad).

2.-2.- Parte del agua Parte del agua se evapora, se evapora, enfriándose así la interfenfriándose así la interfase.ase.

3.-3.- El seno del líquido cede entonces calor a la interfase, y por lo El seno del líquido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfría.tanto se enfría.

4.-4.- A su vez, el agua evaporA su vez, el agua evaporada en la interfase se trada en la interfase se transfiere al aire, por lo que seansfiere al aire, por lo que se humidifica.

humidifica.

HUMIDIFICACIÓN

Conceptos Generales

HUMIDIFICACIÓN

Conceptos Generales

Humidificación

Implica la transferencia de masa y energía de una fase líquida a una mezcla gaseosa de aire y vapor.

Cuando un líquido relativamente caliente se pone en contacto directo con un gas que no esté saturado, parte del líquido se vaporiza. La temperatura del líquido disminuye debido principalmente al calor latente de evaporación.

Conceptos Generales

Deshumidificación

Implica la transferencia de masa y energía de un vapor que se transfiere desde la fase gaseosa a la fase líquida. Transferencia inversa de la humidificación.

Conceptos Generales

Particularmente el aire húmedo tiene importancia tecnológica en refrigeración, acondicionamiento de aire y secado. Desde el punto de vista industrial podemos encontrar las siguientes necesidades:

- enfriar un gas caliente - humidificar un gas - deshumidificar un gas - enfriar un líquido Para qué: • Secado de alimentos • Humidificación y Deshumidificación • Almacenamiento • Refrigeración • Fermentación de alimentos

• Climatización de plantas industriales y laboratorios

Sin embargo el tema no se limita al sistema aire – vapor de agua. El estudio es válido para cualquier

sistema de gas permanente y vapor condensable. Como el gas en la mezcla permanece inalterable (se lo suelo llamar gas fijo), resulta conveniente referir todos los valores a 1 kg de gas permanente en nuestro caso particular 1 kg de aire seco

Conceptos Generales

Conceptos Generales

Las mezcla vapor

Las mezcla vapor – –agua bajo un comportamiento de la Ley de los gases ideales, se deduce que:agua bajo un comportamiento de la Ley de los gases ideales, se deduce que:

P = presión total

P = presión total

p

p

_vv

= presión parcial del

= presión parcial del vapor (agua).

vapor (agua).

p

p

_gg

= presión del gas.

= presión del gas.

n

n

_vv

= # moles del vapor.

= # moles del vapor.

n

n

_tt

= # moles totales.

= # moles totales.

y = fracción molar. y = fracción molar.

HUMIDIFICACIÓN

Conceptos Generales

Conceptos Generales

Humedad molar

Humedad molar, saturación molar o humedad molar a , saturación molar o humedad molar a saturación (Ysaturación (Y_mm).).

Se define como la relación entre el numero de moles de vapor y de gas contenidos en una masa gaseosa Se define como la relación entre el numero de moles de vapor y de gas contenidos en una masa gaseosa determinada.

determinada.

Humedad absoluta o a

Humedad absoluta o a saturación absoluta o humedad específica (Ysaturación absoluta o humedad específica (Y, H, H_AA).).

Es la relación entre el peso del vapor y el peso del gas contenidos en una determinada masa gaseosa. Es la relación entre el peso del vapor y el peso del gas contenidos en una determinada masa gaseosa.

Humedad relativa o saturación relativa. (

Humedad relativa o saturación relativa. ( o Ho H_RR)) Es la relación entre l

Es la relación entre la presión parcial del vapor a presión parcial del vapor y la presión de y la presión de vapor saturado a la misma temperatura. Tvapor saturado a la misma temperatura. También se leambién se le

representa con las siglas “H

representa con las siglas “H_RR””, y norma, y normalmente se expresa como plmente se expresa como porcentaje.orcentaje.

HUMIDIFICACIÓN

HUMIDIFICACIÓN

Kg vapor agua Kg vapor agua Kg aire seco Kg aire seco

mol vapor agua mol vapor agua mol aire seco mol aire seco

Kg vapor agua Kg vapor agua Kg aire seco Kg aire seco

* 100

* 100

Conceptos Generales

Conceptos Generales

Humedad porcentual o saturación p

Humedad porcentual o saturación porcentual. (orcentual. ( o Ho H_PP)) Es la relación entre l

Es la relación entre la humedad existente en la masa gaseosa y la ha humedad existente en la masa gaseosa y la humedad de saturación o saturada.umedad de saturación o saturada.

Volumen especifico del gas húmedo Volumen especifico del gas húmedo

Es el volumen ocupado por la masa de gas húmedo. Es el volumen ocupado por la masa de gas húmedo.

Calor específico del aire húmedo. Calor específico del aire húmedo.

T

También ambién llamado llamado “calor “calor húmedo”húmedo”, , es es la la cantidad cantidad de de calor calor necesaria necesaria para para elevar elevar la la temperatura temperatura en en 11°C a 1 kg de°C a 1 kg de

aire seco y su vapor asociado a

aire seco y su vapor asociado a una presión constante.una presión constante.

HUMIDIFICACIÓN

HUMIDIFICACIÓN

m m33 kg aire seco kg aire seco KJ ó KJ ó KcKcalal

Conceptos Generales

Entalpía específica o total.

Es la suma del calor sensible de 1 kg de gas, y el calor latente de vaporización del vapor que contiene, a la temperatura de referencia de las entalpías.

Aire Saturado

Es considerado como el punto donde el aire ya no puede contener más humedad. Cualquier humedad agregada al aire saturado se condensará.

Para el aire Saturado la Presión de Vapor es igual a la Presión de Saturación del agua: Ejemplo:

Aire a 25ºC y 100Kpa

Psat,H2O a 25ºC=3.169KPa Si p_v=0 Aire Seco

p_v< 3.169KPa Aire no saturado

Conceptos Generales

Temperatura de saturación adiabática.

Es la temperatura alcanzada por una masa de gas cuando se pone en contacto con un líquido en condiciones adiabáticas. Se determina por medio de la siguiente formula:

•

Temperatura de Saturación Adiabática

S  S  c H  T  T   H   H     

88

,

1

005

,

1

   

Conceptos Generales

HUMIDIFICACIÓN

Conceptos Generales

Ejercicios

Conceptos Generales

Ejercicios

Conceptos Generales

PSICROMETRÍA

• “ … es la Ciencia que estudia las Propiedades Termodinámicas del Aire húmedo y el efecto que tiene la humedad sobre los materiales y el confort humano; también estudiamos los Métodos para controlar las  propiedades termodinámicas del aire húmedo para sus diferentes aplicaciones…” 

HUMIDIFICACIÓN

•

Propiedades del aire

•

Mezcla de Gases Incolora, Inodora e Insípida

•

Masa que cubre a la tierra: Atmósfera..645km

• Tropósfera: 15 km desde el nivel del mar. • Estratósfera: de 15 a 50 km.

• Mesósfera: de 50 a 95 km • Ionósfera: 95 a 400 km

Psicrómetros

Psicrometría

HUMIDIFICACIÓN

Psicrometría / Carta Psicométrica

Los parámetros que definen las propiedades psicométricas son:

• Gramos ó Kg Agua. • Calor específico.

• Temperatura de bulbo seco o termómetro seco.

• Temperatura de bulbo húmedo o termómetro húmedo. • Tensión de vapor o presión de vapor saturado.

• Humedad absoluta • Humedad relativa • Calor latente.

• Volumen específico.

• Temperatura de punto de rocío. • Humedad específica.

• Calor sensible.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Temperatura de bulbo seco.

La temperatura de una substancia tal como se lee de un termómetro común. La temperatura de bulbo seco es una indicación del calor sensible contenido en una substancia. Las temperaturas de bulbo seco se muestran en líneas verticales con origen en el eje horizontal al fondo de la carta.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Temperatura de bulbo húmedo.

La temperatura de bulbo húmedo es usada como una medición del contenido de agua en la humedad del aire. Se obtiene por pasar aire sobre un termómetro que tiene un trapo húmedo sobre su bulbo sensor. Cuanto más seco es el aire, mas agua se evaporará del trapo lo que reduce la lectura del termómetro.

Si el aire es saturado (100% de humedad relativa), no se evaporará agua del trapo y la temperatura de bulbo húmedo se igualará a la temperatura de bulbo seco.

Las líneas de bulbo húmedo se originan donde las líneas de bulbo seco intersectan la línea de saturación y se inclina hacia abajo y a la derecha.

Las líneas de bulbo húmedo son casi pero no exactamente paralelas a las líneas de entalpía.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Humedad relativa.

• La relación de la cantidad de vapor de agua en una

muestra dada de aire a la máxima cantidad de vapor de agua que el mismo aire puede mantener. El 100% de humedad relativa indica aire saturado (el aire no puede mantener mas vapor de agua), y 0% de humedad relativa indica aire seco.

• (Nota: La definición de arriba es exacta para todos los

procesos prácticos. La correcta definición de humedad relativa es la relación actual de presión de vapor de agua en una muestra de aire, para la presión de vapor de agua en aire saturado a la misma temperatura).

Psicrometría / Carta Psicométrica

Humedad absoluta o a saturación absoluta o humedad específica (Y, H_A).

Es la relación entre el peso del vapor y el peso del gas contenidos en una determinada masa gaseosa.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Temperatura de Punto de rocío (Dew Point)

• La temperatura a la cual el aire tiene que ser enfriado

antes de que comience la condensación de su

humedad. Ya que una muestra de aire es enfriado, su HR sube hasta que alcanza 100% HR (aire saturado). Esta es la temperatura de punto de rocío.

• En la saturación, la temperatura de punto de rocío, la

temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco se igualan, y la HR es 100%.

• Si el aire es pasado a través de una superficie que está

debajo del punto de rocío, la humedad del aire se condensara en esa superficie.

• Es el punto de rocío del aire yendo a través de las aletas

del serpentín enfriador, la que determina si las aletas serán húmedas o secas.

• El punto de rocío se muestra en la línea de saturación.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Entalpía específica o total.

Es la suma del calor sensible de 1 kg de gas, y el calor latente de vaporización del vapor que contiene, a la temperatura de referencia de las entalpías.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Volumen especifico del gas húmedo

Es el volumen ocupado por la masa de gas húmedo.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Psicrometría / Carta Psicométrica

HUMIDIFICACIÓN

Psicrometría / Carta Psicométrica

Ejemplo: Una masa de aire a 32 °C tiene una temperatura húmeda (bulbo

húmedo) de 20°C. Utilice la Carta Psicométrica para encontrar:

1. Humedad absoluta.

2. Humedad relativa.

3. Temperatura de rocío.

4. Humedad de saturación por enfriamiento adiabático.

5. Humedad de saturación a la temperatura que se encuentra.

6. Entalpia de saturación.

7. Volumen específico.

Ejercicios Carta Psicométrica



Si con un psicrómetro se toman las lecturas de temperaturas

de bulbo húmedo y seco, siendo éstas de 17°C y 24°C,

respectivamente. ¿Cuál será la humedad relativa?



A una muestra de aire se le midió con un higrómetro la

humedad relativa y ésta es de 60%. Si la temperatura de

bulbo seco es de 27°C, ¿cuál será el punto de rocío?



Encontrar la humedad relativa cuando la temperatura seca es

de 32°C y el contenido de humedad es de 14 gr/kg aire seco.



Si a un aire se le toman las temperaturas de bulbo seco (35°C)

y bulbo húmedo (22°C), ¿cuáles serán las demás

propiedades? (Humedad relativa, Humedad absoluta o

específica, Temperatura de rocío, entalpía de saturación,

volumen epsecífico).

Psicrometría / Carta Psicométrica

HUMIDIFICACIÓN

Psicrometría / Carta Psicométrica

HUMIDIFICACIÓN

ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE Y

Psicrometría / Carta Psicométrica

HUMIDIFICACIÓN

• En el diagrama psicométrico o carta de humedad se pueden representar procesos simples como

calentamiento o enfriamiento a humedad y presión constante. También se pueden representar procesos de humidificación adiabática y mezcla de gases.

Psicrometría / Carta Psicométrica

Que calor es necesario entregar a 5 m3 de aire

(húmedo) a 20 °C y 70% de humedad relativa

para calentarlo hasta 45°C?

Calentamiento o Enfriamiento sensible

(a humedad absoluta constante= presion de vapor de agua constante)

Calentamiento con humidificación

Deshumidificación con enfriamiento

Enfriamiento evaporativo o humidificación adiabática

Mezcla adiabática de dos corrientes de aire

Procesos en la carta psicométrica

Ejemplos

HUMIDIFICACIÓN

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN / Mezcla de 2 gases húmedos

•

Implica:

•

Balance de materia y entalpia a toda la masa.

•

Balance de materia al vapor.

• Ejercicio: Se cuenta con 1000 m3 de aire a 50°C con t_{w =}30 °C (temperatura de bulbo húmedo,

también identificada como BH, t_bh, t_wb), se requiere que una vez mezclado con el aire ambiente la mezcla resultante esté a 25°C.

Aire ambiente: 15 °C conj  50% (también identificada como HR, RH).

Calcular:

a) humedad absoluta del aire resultante b) El volumen de aire a adicionar.

aa)) HuHumemedadad ded del al airire re resesululttaantnte.e.

De la carta psicométrica ubicar los puntos de la información que tenemos: De la carta psicométrica ubicar los puntos de la información que tenemos: Aire que disponemos:

Aire que disponemos:

YY₁₁= 0.0184 kg H= 0.0184 kg H₂₂O/ kg aire O/ kg aire seco (abrevseco (abrev. AS). AS)

i 

i ₁₁= 23.4 kcal/kg AS= 23.4 kcal/kg AS

Aire ambiente: Aire ambiente:

YY₂₂= 0.0053 kg H= 0.0053 kg H₂₂O/ kg aire O/ kg aire seco (abrevseco (abrev. AS). AS)

i 

i ₂₂= 6.79 kcal/kg AS= 6.79 kcal/kg AS

Ejemplo

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

HUMIDIFICACIÓN

•

•

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN /

MÉTODOS D

E HUMIDIFICACIÓN / Mezcla

Mezcla de 2 g

de 2 gases

ases

húmedos

húmedos

1 KJ = 0.239006 Kcal 1 KJ = 0.239006 Kcal

Utilizando la ecuaciones: Utilizando la ecuaciones:

Ejemplo

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

HUMIDIFICACIÓN

•

•

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN /

MÉTODOS D

E HUMIDIFICACIÓN / Mezcla

Mezcla de 2 g

de 2 gases

ases

húmedos

húmedos

1 KJ = 0.239006 Kcal 1 KJ = 0.239006 Kcal YY – –00..00118844 == (0.24 + 0.46Y)*25 + 597.2*Y (0.24 + 0.46Y)*25 + 597.2*Y – –23.423.4 YY – –0.00530.0053 (0.24 + 0.46Y)*25 + 597.2*Y (0.24 + 0.46Y)*25 + 597.2*Y – –6.796.79 8.64 Y = 0.0775 8.64 Y = 0.0775

Y = 0.0090 kg H

Y = 0.0090 kg H

₂₂

O/ Kg AS

O/ Kg AS

Gráfico = 0.0187 Gráfico = 0.0187 Gráfico = 0.0052 Gráfico = 0.0052 Gráfico = 6.69 Gráfico = 6.69 28 KJ 28 KJ Gráfico = 23.66 Gráfico = 23.66 99 KJ 99 KJ Gráfico = 0.0092 Gráfico = 0.0092

b

b ) El volum) El volumen de airea a aen de airea a adiciondicionar (Gar (G₂₂):):

Volumen específico del Aire

Volumen específico del Aire que disponemos:que disponemos:

La masa de aire seco inicial La masa de aire seco inicial será :será : G1 = 1000 m G1 = 1000 m33_{/ 0.94 m/ 0.94 m}33_{/kg AS = 1064 kg AS/kg AS = 1064 kg AS}

Ejemplo

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

HUMIDIFICACIÓN

•

•

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN /

MÉTODOS D

E HUMIDIFICACIÓN / Mezcla

Mezcla de 2 g

de 2 gases

ases

húmedos

húmedos

Y Y –  – YY₁₁= G= G₂₂ Y Y₂₂ –  – Y Y GG₁₁

Se necesita pasar de masa a volumen.

c ) El volumen de aire resultante

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

•

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN / Mezcla de 2 gases

húmedos

25°C = 298 °K

Gráfico = 0.8578

Pasar la masa de aire resultante a volumen con el volumen específico A las condiciones reultantes, 25°C.

Gráficamente se realizó:

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

•

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN / Mezcla de 2 gases

húmedos

tw tbs i1 i2 tbs

Ejemplos

HUMIDIFICACIÓN

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN / Adición de un líquido que se evapora totalmente

en la fase gaseosa.

•

Implica:

•

Balance de materia y energía.

•

Ejercicio: 5000 m3 de aire a 40°C con una humedad relativa del 10% a la presión atmosférica

normal, se humidifican y enfrían añadiéndole 40 L de agua a 20°C. Si el proceso se realiza

adiabáticamente, determinar:

a) Humedad resultante.

b) Temperatura final.

Ejemplos

HUMIDIFICACIÓN

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN / Adición de un líquido que se evapora totalmente

en la fase gaseosa.

Gráficamente: 0.8904

Se considera que se evapora toda el agua, 40 L,

Por los que Mv (masa de vapor) = 40 kg

Y = 0.0042 + 40 = 0.0113 kg H2O/kg AS

5586.6

a) Humedad Resultante

Gráficamente: 0.0045

i 

= c*t +

₀

*Y

c = 0.24 + 0.46Y

Masa de aire seco:

Ejemplos

HUMIDIFICACIÓN

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN / Adición de un líquido que se evapora totalmente

en la fase gaseosa.

b) Temperatura final Entalpía inicial del aire

i ₁=(0.24 + 0.46*0.0042)*40 + 597.2*0.0042 = 12.18 Kcal/kg

Entalpía del agua a 20°C (Tabla A-7 Ocon y Tojo)

i _L= 20 Kcal/Kg

i = 12.18 + 20*(0.0113 –0.0042) = 12.32 Kcal/kg

De la formula de Entalpía despejamos t:

t = 12.32 –597.2*0.0113 =

22.7 °C

Y = 0.0042 + 40 = 0.0113 kg H2O/kg AS

₅₆₁₀

i 

= c*t +

₀

*Y

i 

= c*t +

₀

*Y

Gráficamente se realizó: Enfriamiento evaporativo o Humidificación adiabática.

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

•

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN / Mezcla de 2 gases

húmedos

Nota:

El punto final no alcanzó la línea de saturación, por lo Que el punto final quedo en la línea de desplazamiento De humidificación adiabática.

Esto indica que se requeriría de mayor cantidad de agua Para saturalo.

TIPOS DE TORRES

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

Las torres de enfriamiento son intercambiadores de calor que enfrían agua por

medio de la evaporación. Este tipo de enfriadores se utiliza principalmente en los

condensadores industriales. Las torres de enfriamiento son usadas cuando los

rangos de enfriamiento son bajos, generalmente entre 5 y 25ºC.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

El acercamiento, aproximación oapproaches la diferencia de temperatura entre el agua que sale de la torre y

la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra. Mientras menor sea el acercamiento mayor será el tamaño de la torre. Un acercamiento típico está por el orden de los 7ºC, llegando hasta 3 ó 4ºC. En la figura a se muestra una gráfica sencilla donde se distingue el acercamiento.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Es la diferencia de temperatura entre el agua fría que sale de la torre y el agua caliente que entra. El salto térmico determina la carga térmica de la torre y es un parámetro de selección importante.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Sistema de distribución de agua

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Relleno o empaques

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Eliminadores de gotas

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Ventiladores

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Atmosféricas

•

Tiro natural

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Atmosféricas

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Tiro natural

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Tiro natural



Movimiento del aire generado por la diferencia de densidades entre el húmedo caliente y el

atmosférico.



Óptimo para grandes caudales de agua.



Bajos costes de mantenimiento.



Formación de nieblas (contaminante térmico).



Aplicación fundamental: centrales térmicas.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Tiro inducido

•

Tiro forzado

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Tiro inducido

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Tiro forzado

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Tiro inducido flujo cruzado

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Tiro forzado flujo cruzado

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

La transferencia de energía entre el aire y el agua se puede expresar mediante la siguiente

ecuación:

 ∗ 



∗ 

1



2

=  ∗(

2



1

)

Donde:

L: Flujo másico de agua en kg/h

T₁y T₂: temperatura de entrada y salida del agua de la torre en °C G: Flujo másico de aire en kg/h

H₁y H₂: Entalpía de entrada y salida del aire en Kcal/kg°C

C_p: Calor específico del agua, puede tomarse como C_p=1 kCal/kg°C

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Es posible evaluar el anterior balance de energía en forma diferencial entre dos puntos internos de

la torre de tal manera que

 ∗ =  ∗

Al interior de la torre existe un volumen efectivo de transferencia, compuesto tanto por los rellenos

como por los espacios vacíos por los que fluye el agua y el aire y define un área total de

transferencia conocida como

a

. Con base en ésta área puede calcularse la transferencia de energía

de la siguiente forma:

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

 ∗ = 



∗dV ∗ 







= G ∗ dH

Donde:

K: Parámetro experimental común al agua y al relleno definido por el fabricante.

H_a: Entalpía del aire en cada punto calculada con base en la temperatura de bulbo húmedo. H_w: Entalpía del aire saturado a la temperatura del agua en cada punto de la torre.

De la ecuación anterior se obtiene por integración dos expresiones independientes:







 = න















 







 න







Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Ecuaciones características

Mediante un balance de masa es posible obtener una expresión para el agua de reposición, valor

importante cuando se desean evaluar los costos de operación de la torre, la reposición se calcula

como:

 ሶ

ó

= ሶ

 

∗ (

2

 

1

)

donde w

₂

y w

₁

son las humedades específicas del aire a la salida y la entrada de la torre

respectivamente.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Altura de la torre

 = 

_{ ∗ ∗ න}



∗ 



_











∗

 



Donde:

L: Flujo másico de agua en kg/h

T₁y T₂: temperatura de entrada y salida del agua de la torre en ºC H*_G:Entalpia del aire en equilibrio Kcal/kg°C

H_G: Entalpía del aire Kcal/kg°C

C_pL: Calor específico del agua, puede tomarse como C_p=1 kCal/kg°C



: Parámetro experimental común al agua y al relleno definido por el fabricante. A: Área de transferencia

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Interpretación en la Carta Psicométrica del proceso de una torre de

enfriamiento

•

Rendimiento y eficiencia

ɳ = 

 −





 



ℎ  

Una eficiencia superior al 60% refleja un buen desempeño de la torre, valores inferiores a este

indican posibles problemas en los rellenos, flujos inadecuados de aire debido a fallas de los

ventiladores o flujos inadecuados de agua debidos a fallas de operación en las bombas.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Las torres de enfriamiento tienen como finalidad enfriar una corriente de

agua por vaporización parcial de esta con el n parcial de esta con el

consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una consiguiente

intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y frí o

que circula por el mismo aparato.

•

Las torres pueden ser de muchos tipos, sin embargo el enfoque se centra

en un equipo de costo inicial bajo y de costo de operación también

reducido.

•

Con frecuencia la armazón y el empaque interno son de madera.

•

Es común la impregnación de la manera con fungicidas.

•

Generalmente el entablado de los costados de la torre es de pino o

poliéster reforzado con vidrio.

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

AIRE Altura de la torre (z)

L Gs

Sección de la torre (S)

i ₁

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

Ejemplo

HUMIDIFICACIÓN

No. de elementos de transmisión

Altura del elemento de transmisión

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Interpretación en la Carta Psicométrica del proceso de una torre de

enfriamiento

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Se enfrían 800 L/h de agua desde 40°C hasta 20°C, empleando 1000

kg/h aire, que entra por la base de la columna a 20°C con una

entalpía de 8.25 Kcal/kg.

•

La sección de la torre tiene 1 m2 y de Kya = 400 Kg/m

3

 –

h.

•

Determine la altura de la torre.

1) Trazar curva de saturación.

2) Trazar las condiciones del aire de entrada. 3) Calcular la pendiente de la línea de operación. 4) Trazar la línea desde el punto A con pendiente L/G hasta la temperatura del agua de entrada. L/G = ?

5) Alternativa.

Calcular con la pendiente el punto B. m = y2 –y1 / x2 –x1 6) B =?

Línea de saturación

Línea de operación

Temp. Temp. L/G Rango

orres e n r am ento

HUMIDIFICACI N

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Cálcular el # de

elementos de

transmisión.

Temperatura bs Entalpía aire entrada Entalpía aire saturado 20 8.25 13.65 5.4 0.185 10 15.75 5.75 0.174 0.180 1.75 0.314 12 17.8 5.8 0.172 0.173 2 0.346 14 20.6 6.6 0.152 0.162 2 0.324 16 23.4 7.4 0.135 0.143 2 0.287 18 26.6 8.6 0.116 0.126 2 0.251 20 30.3 10.3 0.097 0.107 2 0.213 22 34.8 12.8 0.078 0.088 2 0.175 24 39.1 15.1 0.066 0.072 2 0.144 40 24.25 39.6 15.35 0 .065 0.066 0.25 0.016

2.072

tbs Valor

medio Intervalo Integral Integración

i i _* i _{* -}i  _1/ i _{* -}i 

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Cálcular la altura de los elementos de transmisión.

H

₀i 

= 1000/ 400 = 2.5

•

El agua empleada en un proceso de refrigeración sale del refrigerante a 45°C y

ha de enfriarse hasta 30°C en una torre de enfriamiento de agua, con cuerpos

de relleno, para poder emplearla nuevamente en el proceso de refrigeración.

Para su enfriamiento se introduce en la parte superior de la torre a razón de 5

m

3

_{/h, su velocidad másica a lo largo de la misma es de 6000 kg/h-m}

2

_(referida

el área a la sección transversal de la torre), entrando el aire por el fondo con

un caudal de 2.45 veces superior al caudal mínimo, a 25°C y con t

_w

(temp.

bulbo húmedo) = 15°C. Para el tipo de relleno empleado en las condiciones de

operación el valor del coeficiente Kya es 2600 kg/m

3

_{-h. Determinar:}

1. No. elementos de transmisión.

2. Sección de la torre.

3. Altura de la unidad de transmisión.

4. Altura de la torre.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Trazar la curva de operación (A

 –

B).

•

A = t

_w

= 15 °C,

i 

= 9.98

•

B. Donde se une la curva de saturación a la temperatura del agua

caliente.

•

Trazar la L/G mínima.

•

Obtener la pendiente de la L/G mínima.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

m = 50.8 – 9.98 = 2.72 45 - 30

•

El flujo másico del aire es:

•

G = 2.45* 1838 = 4500 kg/h

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Completar tabla Nueva L/G con el flujo real

L/G = 5000/4500 = 1.11 Nueva pendiente

Para ubicar el punto B real Con la fórmula de la pendiente se encuentra la entalpía del aire de salida m = y2 –y1

x2 –x1

y2 = (1.11)* (45 –30) + 9.98

y2 = 26.63 kcal/kg

Entalpía en punto inicial A: 9.98 kcal/kg Entalpía en punto final B = 26.63 kcal/kg

93

A

B

B’ i  L/G mín L/G real

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

Con la L/G real trazar línea recta

Con pendiente 1.11 hasta el punto 26.63 Kcal/kg Ubicado sobre la línea de la teperatura del agua de Entrada.

Kcal/kg

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN

•

Pérdidas por evaporación = 0.00085*L*(Temp agua caliente

 –

Tem agua fría)

[ (Y abs salida torre

 –

Y abs entrada torre)

 –

1/(L/G)]*100

•

Purga de agua: Pérdidas por evaporación / (Ciclos de concentración

 –

1).

•

Pérdidas por arrastre: 0.1

 –

0 .2 % del flujo de agua alimentada.

•

OBSERVACIÓN

•

Un cambio en la temperatura de bulbo húmedo (condiciones atmosféricas) no cambiara la KaV/L

de la torre.

•

Solo un cambio en la relación L/G cambiará la KaV/L de la Torre de enfriamiento.

Torres de Enfriamiento

HUMIDIFICACIÓN