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Universidad Nacional de IngenieríaTransferencia de Masa II PI 147A Deshumidificación por Enfriamiento

DESHUMIDIFICACIÓN POR ENFRIAMIENTO

I.- OBJETIVO

Exponer los fundamentos teóricos de la operación unitaria de deshumidificación por enfriamiento.

Mostrar el efecto de los parámetros más importantes sobre la operación de deshumidificación.

Deshumidificar una corriente de aire ambiental, empleando un líquido a baja temperatura. Tomar conocimiento de otra operación unitaria de separación, la cual puede ser dirigida a

la limpieza de cualquier gas, lo cual es un tema de interés en el momento actual

II.- FUNDAMENTO TEÓRICO

DESHUMIDIFICACIÓN

La deshumidificación es el proceso de retirar el vapor contenido 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.

DESHUMIDIFICACIÓN POR 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 deshumidificación 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. Además, algunas veces es necesario recalentar el aire para evitar un excesivo enfriamiento sensible del espacio acondicionado.

En la carta psicrométrica.


Figura 1 Procesos de Deshumidificación por Enfriamiento a) Esquemático, b) En la carta psicométrica

DEFINICIONES

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.

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.

Enfriamiento y Deshumidificación: Se logra un enfriamiento con deshumidificación simultáneo del aire cuando se hace pasar este aire a través de una superficie de enfriamiento que tiene su temperatura a un valor menor que la temperatura de rocío del aire y por lo tanto se presentará una condensación de la humedad contenida en el aire.

III. DIIAGRAMA DE FLUJO

V.- DATOS EXPERIMENTALES


tiempo H.R T Tope V Tope TL fondo Tl - 4 Tl - 1(min) ºC m/s ºC

0 56,2 21,4 0,9 11 10,5 103 50,6 21,2 0,7 11 11 106 50,3 21,3 0,8 11,8 10 109 40,4 23,1 0,6 11,8 10 10

12 33,5 24,1 0,9 11,8 10 1015 32,7 24,7 0,9 11,8 10 1018 38,2 24,7 0,8 11,8 10 1021 32,1 24,2 0,5 11,2 10 1023 26,9 25,9 0,8 11,2 10 1025 28,3 26,7 0,8 11,5 10 1027 28,6 27,2 0,8 11 10 1030 33,4 27,3 0,8 11,5 10 1033 40,2 25,3 0,8 11,7 10 1036 31,6 25,3 0,6 11,8 10 1039 28,4 25,3 0,6 11,9 10 1042 28,8 22,7 0,5 11,1 10 1045 25,5 26,2 0,9 11 10 1048 24,4 26,2 0,9 11 10 1051 52,2 26,2 0,8 11 10 10

Tabla Nº2 Datos Experimentales de la Corriente Gaseosa

El flujo de agua a la entrada era de 129 lb/h que tuvo ligeras variaciones.La humedad del ambiente era 58.5%La temperatura del ambiente era 21ºCEl volumen de alcohol era de 4 litros.El flujo de la corriente de gas a la columna era de 90 lb/hr

VI.- CÁLCULOS

Datos Extras

MB = Peso molecular del gas seco (aire) = 29 g/molMA = Peso molecular del vapor (alcohol etanol) = 46 g/molMH20 = Peso molecular del agua = 18.02 g/molCA = Capacidad calorífica del gas seco (aire) = 29.145 KJ/Kmol.ºCCB = Capacidad calorífica del alcohol (etanol) = 65.55 KJ/Kmol.ºCl0 = Calor latente del etanol a 25ºC = 39338.97 KJ/KmoltG = Temperatura del gas seco (aire) = 21 ºCt0 = Temperatura de referencia = 0ºC.daire 1 = Densidad del aire a 21 °C = 1.1560 kg/m3daire 2 = Densidad del aire a 26.5 °C = 1.1774 kg/m3


d etanol =Densidad de etanol a 15°C = 758.5 kg/m3 A = area de salida = (4*6.8) CM2


VII.- CONCLUSIONES

La deshumidificación por enfriamiento es una técnica valiosa para la separación de vapores, de olores y otros compuestos, pero que tienen que estar en bajas concentraciones, aun así le podríamos hacer un tratamiento previo a una línea de gases con altas concentraciones del soluto mediante absorción u otra técnica de separación.

Se recomienda realizar la corrida de la práctica con los controladores y/o sensores de flujo automático, ya que el flujo de gas es complicado de mantenerlo manualmente.

El aumento de la densidad en el flujo de salida del líquido se debió a que durante el proceso de deshumidificación el líquido de salida iba enriqueciéndose de alcohol (soluto).

VIII.- BIBLIOGRAFÍA

Robert E. Treybal “Operaciones de Transferencia de Masa” Segunda Edición Editorial Mc Graw Hill Pág. 257-262

Roberth H. Perry “Manual del Ingeniero Químico” Editorial Mc Graw Hill Tabla 3-2


ANEXO

Construcción de carta psicométrica de etanol – aire seco

Constantes de AntoineA 16,1952B 3423,53C -55,7152

Tk Pkpa Patm Y Y masa278 2,2115 0,0218 0,0223 0,0354283 3,1033 0,0306 0,0316 0,0501288 4,2918 0,0424 0,0442 0,0702293 5,8548 0,0578 0,0613 0,0973298 7,8854 0,0778 0,0844 0,1339303 10,4931 0,1036 0,1155 0,1832308 13,8060 0,1363 0,1577 0,2502313 17,9720 0,1774 0,2156 0,3420318 23,1612 0,2286 0,2963 0,4700323 29,5668 0,2918 0,4120 0,6536328 37,4070 0,3692 0,5852 0,9283333 46,9264 0,4631 0,8626 1,3683338 5,840E+01 5,763E-01 1,360E+00 8,576E-01343 7,212E+01 7,118E-01 2,470E+00 1,557E+00348 8,843E+01 8,727E-01 6,857E+00 4,323E+00

353 1,077E+021,063E+0

0 -

1,693E+01 -1,068E+01

358 1,303E+021,286E+0

0 -

4,499E+00 -2,837E+00


270 280 290 300 310 320 330 3400.0000

0.2000

0.4000

0.6000

0.8000

1.0000

1.2000

1.4000

1.6000

Etanol + Aire

T(K)

H(K

g e

tan

ol /

Kg

air

e )

des humid if

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