Humidificación (Enfriamiento de Agua)

HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN.

TORRES DE ENFRIAMIENTO.
El enfriamiento de agua con aire es la operación más importante dentro de las operaciones de humidificación. El agua, entibiada por el paso a través de intercambiadores de calor, condensadores y otros equipos de enfriamiento, se enfría por contacto con el aire atmosférico para ser utilizada nuevamente. El calor latente del aguaes tan grande que una pequeña cantidad de evaporación produce grandes efectos de enfriamiento.

Balance de Materia y de Energía.




En la torre se tienen las siguientes condiciones:




La cantidad de agua evaporada es muy pequeña en comparación con el flujo másico de agua en la torre. Por lo tanto:

Por lo tanto el balance de energía se simplifica de la siguiente manera,considerando que la capacidad calorífica es constante en el rango de temperaturas:

Reordenando:

Donde m es la pendiente de operación de la torre de enfriamiento, la cual puede ser representada convenientemente en el diagrama de equilibrio H* vs t.
Curva de equilibrio entalpia vs temperatura.
Las operaciones de humidificación y deshumidificación estarán limitadas por las condiciones deequilibrio de entalpia (H*) y temperatura del liquido (tL). La entalpia de equilibrio se calcula a las condiciones de saturación del aire y en los rangos de temperatura del líquido.

Se grafica la entalpia de saturación contra la temperatura para obtener la curva de equilibrio:


La línea de operación se representa de la siguiente manera:

Para humidificación la línea de operación siempreestará por debajo de la curva de equilibrio, mientras que para deshumidificación la línea de operación estará por encima de la curva de equilibrio.
Si la cantidad de aire disminuye, conservando los demás parámetros iguales, la pendiente de operación aumentara hasta un máximo, formando una tangente con la curva de equilibrio. Donde se obtendrá una entalpia máxima de aire a la salida y un gasto mínimode aire seco.



Por lo general se establece un porcentaje de exceso de aire seco utilizado con respecto al mínimo:



Análisis de la transferencia de calor y la transferencia de masa.
Durante el contacto del aire y el agua se lleva a cabo una transferencia de masa y energía. Si analizamos una pequeña gota de agua en contacto con el aire, se considera lo siguiente:






Velocidadde transferencia de calor


Velocidad de transferencia de masa


Las torres de enfriamiento están rellenas de empaques de diferentes materiales, cuya finalidad es aumentar el área de transferencia. El área específica (a) se introduce en los coeficientes de transferencia de masa y calor, obteniendo los coeficientes volumétricos.



Coeficiente de transferencia individual y global.
A lolargo de la torre se tiene que:


Puesto que la rapidez de transferencia de masa es generalmente pequeña, el nivel de temperatura es generalmente bastante pequeño y puesto que la relación de Lewis se aplica al sistema aire-agua en forma razonablemente adecuada, se tienen las siguientes igualdades:




Con la relación de Lewis para el sistema aire-agua:



Se observa quela fuerza motriz de la transferencia de calor es la diferencia de entalpias, utilizando el coeficiente de transferencia de masa. Haciendo un análisis similar pero con coeficientes globales obtenemos:

Por lo tanto:





La pendiente promedio de la curva de equilibrio se puede calcular como:



Sustituyendo con:Dividendo entre :

Esta ecuación representa la suma de las resistencias a la transferencia de la fase liquida y gaseosa.

Para calcular la entalpia y la temperatura de interfase se usa la siguiente igualdad:

La recta que une el punto de interfase con el punto de operación se conoce como línea de reparto y su pendiente se calcula con la siguiente ecuación:

En torres...