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1 HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO

HUMIDIFICACION

Definición: 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. La transferencia simultánea de materia y calor en la operación 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 es el aire. Definición de vapor y gas Vapor.- Es la forma gaseosa del componente que también está presente en la fase líquida. Gas.- Es el componente que se encuentra únicamente en la fase gaseosa. 1. Temperatura de bulbo seco

T BS

La temperatura de la mezcla aire-vapor de agua que se lee en un termómetro se denomina de bulbo seco. Mientras no se diga otra cosa, cuando se habla de temperatura del aire se hace referencia a la temperatura de bulbo seco. 2. Temperatura de bulbo húmedo

( T BH )

Es la temperatura de estado estable y no de equilibrio que se alcanza cuando se pone en contacto una pequeña cantidad de agua con una corriente continua de gas en condiciones de estado estable. Se determina sumergiendo el termómetro con su bulbo recubierto de aire-vapor de agua cuya temperatura es

T BS

seco. Cuando se hace circular aire de temperatura de bulbo seco

, temperatura bulbo

T

y humedad

H

sobre una superficie de agua, ésta última alcanza una temperatura de equilibrio llamada de bulbo húmedo. En este caso se supone que todo el calor de vaporización del agua lo proporciona el aire; sin embargo, ni este hecho, ni la masa de agua que se evapora cambia las propiedades del aire que circula. 3. Temperatura de rocío

(T r)

La temperatura de rocío es aquella en la que el aire de cierta humedad comienza a condensar agua cuando se enfría a presión constante. En la carta psicrométrica se encuentra trazando una línea recta horizontal (a humedad constante) desde un punto que ubique el aire dado hasta que se alcance la línea de saturación; la temperatura de bulbo seco de este último punto es la de punto de rocío.

2 HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO 4. Humedad absoluta

(H)

Es la razón másica del vapor de agua respecto al aire seco y depende solamente de la presión parcial del vapor en la mezcla, cuando la presión total está fijada. La humedad absoluta se puede expresar como:

H=

M VAPOR p V APOR M VAPOR pVAPOR × = × M GAS p GAS M GAS PT − pVAPOR

(1) Siendo:

M VAPOR : peso molecular de vapor. M VAPOR : peso molecular del gas. pVAPOR : presión parcial del vapor. pVAPOR : presión parcial del gas.

Para el caso de la mezcla agua-aire, se puede tomar como peso molecular medio de aire 29 y la del agua 18, entonces (1) se convierte:

H=

5. Humedad saturada

p VAPOR DE AGU A 18 p VAPOR DE AGUA ¿ 0,62 29 p AIRE PT − pVAPOR DE AGUA ❑

(2)

HS

Ocurre cuando el gas está en equilibrio con el líquido. De acuerdo a la ley de Dalton la presión parcial de vapor en un gas saturado es igual a la presión de vapor del líquido a la temperatura del gas. Se define por: SAT

SAT

M P M P H S = VAPOR VAPOR = VAPOR ❑ VAPOR SAT M GAS PGAS M GAS PT −PSAT VAPOR (3) Siendo:

PSAT VAPOR : presión de saturación del vapor. SAT

PGAS : presión de saturación del gas. Para el caso de la mezcla agua-aire, la ecuación (3) se convierte:

3 HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO SAT

SAT

P VAPOR DE AGU A 18 PVAPOR DE AGUA H= ¿ 0,62 SAT SAT 29 PGAS P T −PVAPOR DE AGUA ❑

6. Humedad relativa

(4)

(HR )

Es la relación entre la presión parcial del vapor del líquido y la presión de saturación del vapor del líquido a la temperatura del gas. Generalmente se expresa como una base porcentual, de tal forma que la humedad del 100 % corresponde al gas saturado y el 0 % al gas seco. Se define por:

HR=

pVAPOR SAT PVAPOR

×100

(5) Siendo:

7. Humedad porcentual

PSAT VAPOR > p VAPOR

( H A)

Es la relación entre la humedad absoluta y la humedad de saturación, a la temperatura del aire. Se define por:

HR=

Siendo:

H ×100 HS

(6)

HS> H

8. Capacidad calorífica del gas húmedo :

CS

El calor específico que corresponde a una mezcla vapor-gas, se define como el calor que hay que suministrar a una unidad másica del gas y al vapor que contiene, para elevar un grado de temperatura, manteniendo la presión constante de acuerdo a la relación siguiente:

C S=Cp GAS +Cp VAPOR H

Para el caso de la mezcla agua-aire:

(7)

4 HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO

Cp GAS=Cp AIRE=0,24

Btu kcal =0,24 O lb . ❑F kg . ❑O F

Cp VAPOR=CpVAPOR DE AGUA =0,46

Btu kcal =0,46 O lb . ❑F kg . ❑O F

Luego la ecuación (7), se convierte:

C S=0,24 +0,46 H

C S=1005+1,884 H

9. Entalpía del gas húmedo

[

(8)

kJ kg aireseco . K

]

(9)

HY

Es la entalpía de un kilogramo de gas seco, más la del vapor que lo acompaña. Si la temperatura del gas seco es

T

y su humedad es

H

, la entalpía total viene dada

por la suma de tres términos. El calor sensible del gas seco, el calor latente del líquido a la temperatura

TO

(temperatura de referencia para los dos componentes) y el

calor sensible del vapor. Por consiguiente:

H Y =calor sensible gas seco+ calor latentelíquido +calor sensible vapor H Y =CpGAS ( T −T O ) +❑O H +Cp VAPOR H ( T −T O )

(10) (11)

Para el caso de la mezcla agua-aire, la ecuación (11), se convierte a:

H Y =0,24 ( T −T O ) +❑O H +0,46 H ( T −T O ) H Y =( T −T O ) ( 0,24+0,46 H ) +❑O H

H Y =C S ( T −T O )+❑O H Donde:

TO

: es la temperatura de referencia.

(12)

5 HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO

❑O

: es el calor latente del agua a

Es común utilizar como

TO

.

T O , la temperatura de

O

0 ❑C , entonces

❑O

toma los

valores:

❑O =2501,4 ❑O =597,2

kJ kg

kcal kg

v (¿¿ H) 10. Volumen específico del gas húmedo ¿ Se define por el volumen ocupado por la mezcla que contiene una unidad másica de gas más el vapor que lo acompaña, y se calcula a partir de la ecuación del estado gaseoso ideal, en donde de los gases y

M

P

es la presión,

V

el volumen,

R

es la constante

la masa del gas.

v H =volumen de 1 kg gas seco+volumen vapor que loacompaña v H =n1 kg gas seco

RT RT +n vapor q ueacompaña P P v H=

1 RT H RT + M GAS P M VAPOR P

(13)

Para el sistema agua-aire, la ecuación (13) se convierte:

v H=

1 RT H RT + 29 P 18 P

11. Volumen específico del gas seco

(14)

( v SECO )

El volumen específico del gas seco se calcula cuando se supone que la humedad absoluta es cero, se define por:

6 HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO

v SECO=

1 RT M GAS P

(15)

Para el caso del sistema agua-aire, la ecuación (15), se convierte:

v SECO=

1 RT 29 P

12. Volumen específico del gas saturado

(16)

v SAT

El volumen específico se mide cuando la humedad que acompaña al gas seco es saturado y se define por:

v SAT =n1 kg gasseco

RT RT + nvapor saturado que acompaña P P

v SAT =

(17)

H S RT 1 RT + M GAS P M VAPOR P

(18)

Para el caso del sistema agua-aire, la ecuación (18) se convierte en:

v SAT =

1 RT H S RT + 29 P 18 P

(19)

v SAT > v H >v SECO

Siempre : De modo que:

v H =v SECO +

HR ( v −v ) 100 SAT SECO

(20)

13. Saturación adiabática Consideremos el proceso de la figura, en el que un gas con humedad inicial temperatura

T

H

y

circula en régimen estacionario a través de la cámara de

pulverización. La cámara está térmicamente aislada, de modo que el proceso es esencialmente adiabático. El líquido se hace circular mediante la bomba desde el depósito situado en el fondo de la cámara, a través de las boquillas de pulverización, cayendo nuevamente en el tanque. El gas que pasa a través de la cámara se enfría y se humidifica. Cuando se alcanza el estado estacionario la temperatura del líquido adquiere un valor definido que se representa por

TS

y recibe el nombre de

temperatura de saturación adiabática. Siempre que el gas que entra a la cámara no

7 HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO esté saturada, la temperatura de saturación adiabática es menor que la temperatura del gas a la entrada.

Gas húmedo

  Vapor de      agua 

Gas Saturado

Agu a

A este proceso se puede aplicar un balance de entalpía, tomando como

TS

la

temperatura de referencia de entalpías:

Cp GAS ( T −T S ) + CpVAPOR H ( T −T S ) +❑O =CpGAS ( T S −T S ) +Cp VAPOR H S ( T S−T S ) +❑O H S

( CpGAS +CpVAPOR H ) ( T −T S ) +❑S H

=

❑S H S

C S ( T −T S )=❑S ( H−H S ) H −H S −CS = ❑S T −T S

(21)

14. Carta de humedad o diagrama psicrométrico La carta de humedad para el sistema aire-agua que se muestra, es la construida por Grosvenor a 1 atm de presión. Diagrama Psicrométrico ASHRAE a altas temperaturas

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Diagrama Psicrométrico ASHRAE a altas temperaturas

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