Humidificación

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1.− FUNDAMENTO TEÓRICO 1.1.− INTRODUCCIÓN 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. Pero para operaciones como extracción, adsorción, absorción o lixiviación, la transferencia de calor es demenor importancia como mecanismo controlante de velocidad frente a la transferencia de materia. Por otro lado, en operaciones como ebullición, condensación, evaporación o cristalización, las transferencias simultáneas de materia y calor pueden determinarse considerando únicamente la transferencia de calor procedente de una fuente externa. La transferencia simultánea de materia y calor en laoperación 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 deshumidificación, 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 enhumedad), normalmente aire atmosférico. • parte del agua se evapora, enfriándose así la interfase. • el seno del líquido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfría. • a su vez, el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire, por lo que se humidifica. En la deshumidificación, agua fría se pone en contacto con aire húmedo. La materia transferida entre las fases es la sustanciaque forma la fase líquida, que dependiendo de cómo estemos operando, o se evapora (humidificación), o bien se condensa (deshumidificación.) 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 formanatural o forzada. En el interior de la torre se utilizan rellenos de diversos tipos que favorecen el contacto entre las dos fases. . 1.2.− DEFINICIONES EN LA INTERACCIÓN AIRE−AGUA Antes de desarrollar las ecuaciones de diseño en una torre de enfriamiento, hemos de definir una serie de variables y conceptos involucrados en la operación de humidificación. − Humedad absoluta: es la razón másica devapor de agua respecto al aire seco

(1) MA: masa molecular del agua; MA= 18 g/mol 1

MB: masa molecular del aire; MB= 28,9 g/mol PA: presión parcial que ejerce el vapor de agua en la mezcla gaseosa P: presión total (atmosférica.) − Humedad relativa: es la relación molar entre la cantidad de vapor de agua presente en el aire y la cantidad máxima posible (saturación) para esa temperatura: (2) Pves la presión de vapor, que podríamos definir como la presión que ejerce un vapor en equilibrio con su líquido. La presión de vapor es función de la temperatura. Para un rango de temperaturas comprendido entre 0ºC y 50ºC, podemos obtener la Pv del agua mediante la ecuación: (3) en la que Pv está expresada en mm Hg, y la T (temperatura) en K. − Calor específico (cP): calor necesario para aumentar1ºC a una unidad de masa de una sustancia, a presión constante. Tomamos los valores medios de los calores específicos del agua y del aire entre 0ºC y 100ºC: cPaire = cP,B = 1005 J/(kg·ºC) cPvapor de agua = cP,A = 1884 J/(kg·ºC) cPagua líquida = cL = 4180 J/(kg·ºC) − Calor específico húmedo (cS): (es el cP de la mezcla gaseosa aire−agua): cS = cP,B + cP,A ·H = 1005 + 1884·H [J/(kg·ºC)] (4) −...
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