LJMM/2020

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ATITALAQUIA

SEMESTRE: ENERO – JUNIO, 2020.

ASIGNATURA: PROCESOS DE SEPARACIÓN II

CLASE: 28 DE MAYO

TEMA: UNIDAD 4 HUMIDIFICACIÓN

HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN

Muchas operaciones unitarias requieren del manejo apropiado de mezclas de vapores condensables y gases

incondensables; el ejemplo más común de estas mezclas es la del vapor de agua y aire.

Las condiciones de operación tales como el calentamiento con vapor directo o indirecto, humidificación con vapor o agua y el enfriamiento por agua o con refrigerantes, son variables a considerar en operaciones unitarias tales como secado y enfriamiento, con base en principios fisicoquímicos tales como la tabla de humedad o psicrométrica, temperaturas de bulbo húmedo y de saturación adiabática. Así como el equilibrio entre fases, humedad crítica y humedad ligada.

Diagrama psicométrico Es la representación gráfica del equilibrio entre una mezcla de vapor y un gas y el líquido que da origen al vapor. Los diagramas más usuales son los de las mezclas de vapor de agua y aire, estos diagramas reciben también el nombre de cartas de humedad. Cada carta de humedad se construye a una presión dada, por lo que existen tantas como presiones de trabajo.

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▪ La curva de saturación nos indica la máxima humedad que puede tener un aire a una temperatura y presión

dadas. Todos los puntos situados a la izquierda de la curva representan mezclas de gas saturado y gotitas de líquido que originan nieblas o nubes y que son condiciones inestables. Cualquier punto situado a la derecha de esa curva representa una mezcla gaseosa insaturada.

▪ Las curvas situadas entre el eje de las abscisas y la curva de saturación representan humedades relativas. ▪ En los diagramas psicrométricos se representan las líneas de temperatura de bulbo húmedo y de bulbo

seco. Las líneas de bulbo seco son verticales que parten del eje de temperaturas, las líneas de bulbo húmedo son líneas inclinadas de pendiente negativa y parte desde la línea de saturación.

En las cartas de humedad o psicrométricas se pueden seguir algunos de los procesos más sencillos para acondicionar aire:

a) Calentamiento o enfriamiento a humedad y presión constante En este proceso un gas A puede enfriarse o calentarse haciéndolo pasar por un cambiador de calor para llegar

a las condiciones finales B o C. En una carta de humedad por lo general se pueden encontrar las líneas

siguientes:

b) Humidificación adiabática En este proceso un aire A se hace pasar por una torre de humidificación para que adiabáticamente llegue a las

condiciones B.

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c) Mezclas de aires En este proceso dos tipos de aire a diferentes condiciones de humedad y temperatura A y B se mezclan para

dar un aire en C.

d) Enfriamiento y deshumidificación En este proceso la mezcla se pone en contacto con una superficie seca y más fría que la temperatura de bulbo

seco de la mezcla.

EJEMPLO: La temperatura de bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo de un aire que va a entrar a un secador son, respectivamente, 50 y 30 °C cuando la presión atmosférica es de 760 mm de Hg. Determinar la humedad, humedad relativa y temperatura punto de rocío.

Utilizando la el diagrama Psicométrico

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Humedad = 0.019 kg de vapor de agua/kg de aire seco

Humedad Relativa Se traza entre las dos curvas (0.2 y 0.3) la curva correspondiente al cruce entre la temperatura de 50 °C y la línea que viene de la temperatura de 30 °C. Humedad relativa = 0.25

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Temperatura punto de rocío Se obtiene prolongando (horizontalmente) hacia la curva de saturación la línea que se traza para la humedad.

CAMARA DE ENFRIAMIENTO ADIABÁTICO

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Volumen húmedo

Temperatura de saturación adiabática Es la temperatura alcanzada por una masa de gas cuando se pone en contacto con un líquido en condiciones adiabáticas. Cuando un gas insaturado se pone en contacto con un líquido en un equipo aislado térmicamente, el líquido se evaporará hasta que el gas se sature con vapor. El gas que pasa se humidifica y enfría. A menos que el gas entrante esté saturado la temperatura adiabática es menor que la del gas entrante. Si el contacto entre el gas y el líquido es lo suficientemente grande el gas se saturará alcanzando una temperatura TS. Como el líquido evaporado se pierde hay que poner líquido de repuesto, el cual se debe introducir a TS. El calor latente de evaporación debe ser suministrado por el calor sensible transferido desde el gas.

La entalpía del gas entrante es H = CH (T – T0) + λ0

La entalpía del gas saliente es HS = CH (TS – T0) + YSλ0

Igualando las ecuaciones de entalpía obtenemos:

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DIAGRAMA

Ejemplo En un proceso para producir antibióticos, se usa un fermentador intermitente en el que se esteriliza el medio de cultivo in situ usando un serpentín de vapor. Una vez esterilizado se inocula y se empieza a oxigenar con aire estéril hasta que se lleva a cabo la fermentación completa. El aire que se emplea en el fermentador (que tiene un volumen de diez mil litros) y debe estar saturado para evitar problemas de acarreo de agua, que aumentan la concentración de sales en el fermentador. Por esa razón, el aire atmosférico (que está a 15 °C y 50 % de saturación y a una presión de 1 atm) debe humidificarse adiabáticamente. El requerimiento de oxígeno por el cultivo es de 50 microlitros de oxígeno / mg de células / h y se tiene una concentración de 10 mg de células / ml de solución. El caldo se encuentra a 30 °C y 1 atm y el aire debe inocularse a la misma temperatura. Cuánto aire se necesita alimentar al fermentador y cuánta agua debe introducirse al humidificador.

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ANEXO

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