CLASES HUMIDIFICACIÓN

7/29/2019 CLASES HUMIDIFICACIN

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UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERAPROGRAMA DE INGENEIRA

QUMICATRANSFERENCIA DE MASA II


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OBJETIVOS

Adquirir los fundamentos ingenieriles de las operaciones deseparacin (extraccin lquido lquido, lixiviacin, Humidificacin,secado entre otros) mediante el uso de conceptos termodinmicos,estequio mtricos y fenmenos de transporte para el diseo yanlisis de estos procesos.

Conocer los conceptos bsicos de transferencia de masa enprocesos industriales. Dominar tcnicas para solucin de problemas en Ingeniera

Qumica, teniendo en cuenta el proceso a estudiar. Proporcionar una expresin exhaustiva de los conceptos de las

ecuaciones de balance. Desarrollar un marco de referencia sistemtico para el anlisis de la

informacin y las especificaciones concernientes a los diagramas deflujo.

Desarrollar algoritmos que permitan resolver en la computadoraproblemas de transferencia de masa.


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CONTENIDO

HUMIDIFICACIN.Definicin.Equilibrio V-L.

Entalpa de sustancias puras.Mezcla vapor-gas.Humedad absoluta, humedad relativa, humedadporcentual, calor hmedo y volumen hmedo,

temperatura de saturacin adiabtica, diagrama dehumedad, temperatura de bulbo seco y de bulbohmedo, medida de la humedad, descripcin deequipos utilizados.


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CONTENIDO

SECADO.Equilibrio. Definiciones.Fundamentos

velocidad de secadohumedad crticaclculo del tiempo de secado en condiciones desecado constante

tiempo de secado en condiciones de secadovariable.Secado por lotes.Secado contino.


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CONTENIDO

EXTRACCIN LIQUIDO-LIQUIDO.

Fundamentos

equilibrio en sistemas de tres componenteseleccin del solvente, balance de materiales

solucin grfica de los procesos

procesos de una sola etapa y de etapasmltiples

procesos de contacto continuo en

contracorriente con o sin reflujo.


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CONTENIDO

LIXIVIACIN.

Definicin

Tipos de procesosEquilibrio, retencin, balance de materia, clculode nmero de etapas, mtodos numricos y

grficas.


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CONTENIDO

INTERCAMBIO INICO.

Adsorcin (qumica y fsica)

Isotermas de adsorcinEcuaciones de LANGMUIR y FREUNDLICH

Ecuacin diferencial bsica del intercambio

inico, lechos empacados


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CONTENIDO

EVAPORACIN.

Fundamentos, caractersticas del lquido

Evaporacin de efecto simple y mltipleTipos de evaporadores, elevacin del punto deebullicin, regla de Duhring, balance de

entalpa, clculo de un simple efecto, clculo deevaporadores de mltiple efecto.


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BIBLIOGRAFA

MC CABE, W. SMITH, J. Operaciones Bsicas de IngenieraQumica.Mc Graw-Hill.1991PERRY, J.H Manual del Ingeniero Qumico. Ed McGraw Hill .Mxico.1992.

TREYBAL, Robert E. Operaciones de Transferencia de Masa.Ed. McGraw Hill. Mxico. 1988.GIAMKOPLAS. Procesos de Transporte y OperacionesUnitarias. 2 Edicion. Editorial Continental. Mxico.1995.GASTO LOPEZ. Introduccin a los procesos, las operaciones

unitarias y los fenmenos de transporte en IngenieraQumica. Editorial Reverte. 1984Revistas Especializadas: Chemical Engineering, HidrocarbonProcessing, Industrial & Engineering Chemical, AICHE Journal,etc.


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EVALUACIN


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QU ESINGENIERIA QUMICA?

Ing. RODRIGO R. RICARDO P.


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Segn el Instituto Americano de IngenierosQumicos:

La Tcnica es el campo de la actividadhumana en que los conocimientos de lasCiencias Fsicas, Naturales y Econmicas se

aplican a la consecucin de fines tiles.Dentro de este campo, la Ingeniera

Qumica, trata de la modificacin de:composicin, contenido energtico, o deestado fsico que puedan experimentar las

sustancias.Ing. RODRIGO R. RICARDO P.


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Segn los profesores Cathala y Letort, del

Instituto de Ingenieros Qumicos deToulousse:

Ingeniera Qumica, es el arte de concebir,

calcular, proyectar, hacer construir y hacerfuncionar las instalaciones donde se pueda

llevar a cabo, a escala industrial, unareaccin qumica, o cualquier operacinfsica de separacin inmediata



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CUL ES

ENTONCES LA

MISION DEL

INGENIERO

QUMICO?Ing. RODRIGO R. RICARDO P.


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OBJETIVOS DE LA ING. QUMICA1) El desarrollo de procesos qumicos (diseo, construccin, operacin,

control, optimizacin, mejora, cambio de escala, investigacin....).

2) Estos procesos conllevan un importante consumo energtico con el consiguienteagotamiento de los recursos naturales, por lo que el desarrollo de nuevosrecursos energticos se est convirtiendo en una importante tarea para laIngeniera Qumica.

3) A su vez, la creciente preocupacin por el medio ambiente, desarrollo sostenibley el endurecimiento de la legislacin medioambiental requiere el desarrollo y lamejora de tecnologas para la eliminacin de residuos lo que estconvirtiendo a la ingeniera medioambiental en un campo de la ingeniera qumica enexpansin.

4) Otro rea que est experimentando un fuerte desarrollo son los procesos que

incluyen tratamientos de tipo biolgico.

5) La necesidad de procesos ms eficientes y las nuevas tecnologas requieren a suvez el desarrollo de nuevos materiales.


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Desarrollo de los procesosindustriales, transformando

cualquier concepcin delaboratorio en un procesode fabricacin eficaz



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Fabricacin de sal comn:

Transporte de lquidos y slidos.

Transmisin de calor.

Evaporacin. Cristalizacin.

Secado. Tamizado.



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Craqueo de alguna fraccinpetrolfera, con o sin catalizador:

Transporte de fluidos y slidos.

Destilacin, absorcin, etc.

Diversas operaciones mecnicas.



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OPERACIONES UNITARIAS ENINGENIERIA QUIMICA

Las operaciones unitarias estudianprincipalmente la transferencia y los

cambios de energa Transferencia y los cambios de materiales

que se llevan a cabo por medios fsicos,pero tambin por medios fisicoqumicos



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TIPOS DE OPERACIONES

Clasificacin en funcin del modo de operacin

Rgimen

estacionario

Rgimen

no estacionario


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TIPOS DE OPERACIONES

Clasificacin en funcin del modo de operacin

Rgimen

no estacionario


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VENTAJAS YDESVENTAJAS DE LAS

OPERACIONESCONTINUAS RESPECTO

A LAS DISCONTINUAS


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Economa de escala (grandesproducciones)

Fcil recuperacin o aportacin de calor

Mayor uniformidad de los productosMayor produccin por unidad de volumenReduccin de la mano de obra (automatizacin)

Eliminacin de tiempos muertos (carga y descarga)


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-Se requiere uniformidad de composicin de materiasprimas y reaccionantes

-Difcil versatilidad (adaptacin de la produccin al

consumo-Arranque y parada complicada (grandesinstalaciones)

-Equipo de instrumentacin y control costoso

ELEVACIN DE COSTOS


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EJEMPLOS DE APLICACIN DELOS DISTINTOS

TIPOS DE OPERACINOPERACIN CONTINUA:

- Productos qumicos bsicos, tanto orgnicos como

inorgnicos. cidos, bases, etileno, propileno, amoniaco...y sus derivados.

- Rectificacin del crudo en las refineras de petrleo.

- Absorcin para la preparacin de cidos sulfrico yntrico.

- Extraccin de aromticos, previa a la formulacin de

aceites lubricantes.


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TIPOS DE OPERACINOPERACIN DISCONTINUA:

Es adecuada cuando se opera a pequea escala, se fabrican

compuestos de alto valor aadido o existen algunas condicionesespecficas del producto (corrosin, etc.) que motiven que lasparadas hayan de ser frecuentes.

- Fabricacin de colorantes y productos farmacuticos.

- Cristalizacin en balsas empleadas para la produccin de sal.

- Filtracin para separaciones en la industria agroalimentarias.


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TIPOS DE OPERACIN

- Lixiviacin de minerales.

- Secado de materiales en corriente

de aire


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Clasificacin en funcin del contacto entre fases

CONTACTO CONTINUO

CONTACTO DISCONTINUO


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Clasificacin en funcin del tipo de circulacin

Operacin conflujoen paralelo

Las dos fases fluyenen el mismo sentido

Operacin conflujoen contracorriente

Las fases fluyen ensentido contrario

Operacin conflujocruzado

Las fases fluyen de formaperpendicular


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Clasificacin de las

operaciones unitarias



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OPERACIONES BSICAS DE SEPARACIN

Absorcin-desorcin:

Consiste en la transferencia selectiva de uno o ms componentes deuna mezcla gaseosa a un disolvente lquido de reducida volatilidad oviceversa.

Rectificacin:En la destilacin el contacto se realiza entre una mezcla en faselquida y una mezcla en fase vapor generada por ebullicin dellquido pero que no se encuentran inicialmente en el equilibrio,

a consecuencia de ello, la fase vapor se condesa parcialmente yla fase lquida se vaporiza tambin parcialmente de modo quetras el contacto entre ambas el vapor se enriquece en loscomponentes ms voltiles de la mezcla y el lquido lo hace en

los menos voltiles.


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Operaciones de interaccin aire-agua:Humidificacin y deshumidificacin de aire y enfriamiento de agua:En ellas el vapor de agua equivalente al componente voltil pasa deuna fase a otra con el consiguiente efecto trmico del elevado calorlatente de vaporizacin/condesacin.

Evaporacin:

Consiste en eliminar parte del disolvente de una disolucin porebullicin de sta, separando el vapor generado. As la disolucinresulta concentrada en el soluto no voltil. La diferencia con ladestilacin/rectificacin es que slo hay un componente voltil.

Operaciones lquido-lquido:

Extraccin: Se ponen en contacto dos mezclas lquidas inmisciblescon objeto de transferir uno o varios componentes de una fase a

otra.


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Operaciones lquido-slido:

Lixiviacin: es una extraccin lquido-slido, es laseparacin de uno o varios solutos contenidos en unafase slida mediante su contacto con un disolvntelquido que lso disuelve selectivamente.

Adsorcin: esta puede ser tambin gas-slido. Uno oms componentes de una mezcla gaseosa o lquida seadsorben preferentemente sobre la superficie de unslido, separndose as del resto de los componentes.

A diferencia de la absorcin donde los componentes seincorporan a toda la masa del lquido aqu loscomponentes se incorporan slamente a la superficie dela fase receptora.


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Intercambio inico: Es similar a la adsorcinpero lo que se transfiere del lquido al slido

son especies inicas en la fase lquida.Cristalizacin: aqu se produce la transferenciade un soluto desde una disolucin a una fase

slida cristalina del mismo mediante uncambio en la temperatura y/o en laconcentracin.

Secado: en el secado se separa un lquidovoltil de un slido no voltil porvaporizacin.


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HUMIDIFICACIN


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HUMIDIFICACIN

Operacin unitaria en la quetiene lugar una transferencia

simultnea de materia y calor sinla presencia de una fuente de

calor externa


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FUNDAMENTOS DE LAHUMIDIFICACIN

La transferencia simultnea demateria y calor en la operacin de

humidificacin tiene lugar cuandoun gas se pone en contacto con un

lquido puro, en el cual esprcticamente insoluble.


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APLICACIONES DE LA HUMIDIFICACIN

Este fenmeno nos conduce a diferentesaplicaciones adems de la humidificacin del gas:Deshumidificacin

Enfriamiento de gas (acondicionamiento degases)Enfriamiento de lquido

Permite la medicin del contenido de vapor en elgas.Su principal aplicacin industrial es el

enfriamiento de agua de refrigeracin

OPERACIN DE HUMIDIFICACIN


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OPERACIN DE HUMIDIFICACIN

1- Una corriente de agua caliente se pone en

contacto con una de aire seco (o con bajo contenidoen humedad), normalmente aire atmosfrico.

2- Parte del agua se evapora, enfrindose as lainterfase.

3- El seno del lquido cede entonces calor a la

interfase, y por lo tanto se enfra.

3- A su vez, el agua evaporada en la interfase se

transfiere al aire, por lo que se humidifica.


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(

calor

agua

Aire seco

Aire hmedo Agua caliente

Agua fra


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COMO OCURRE EL

PROCESO DEDESHUMIDIFICACIN?Agua fra se pone en contacto

con aire hmedo

La materia transferida entre las fases es la sustancia


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La materia transferida entre las fases es la sustanciaque forma la fase lquida, que dependiendo de cmoestemos operando, o se evapora (humidificacin), o

bien se condensa (deshumidificacin.)

Existen diferentes equipos de humidificacin, entre

los que destacamos las torres de enfriamiento porsu mayor aplicabilidad. En ellas, el agua sueleintroducirse por la parte superior en forma de lluviaprovocada, y el aire fluye en forma ascendente, deforma natural o forzada. En el interior de la torre seutilizan rellenos de diversos tipos que favorecen elcontacto entre las dos fases.

CONCEPTOS BASICOS


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CONCEPTOS BASICOS1- HUMEDAD MOLAR

2- HUMEDAD ABSOLUTA3- HUMEDAD RELATIVA4- HUMEDAD PORCENTUAL

5- PUNTO DE ROCIO6- VOLUMEN ESPECFICO7- CALOR ESPECFICO

8- ENTALPA ESPECFICA9- TEMPERATURA HUMEDA10- TEMPERATURA DE SATURACIN

ADIABATICA


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RECORDEMOS

Para una mezcla gaseosa que tenga uncomportamiento ideal la presin total de lamisma est dada por:

Por la ley de DALTON complementamos que:


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HUMEDAD

TRMINO EMPLEADO PARA INDICAR LACONCENTRACIN DEL VAPOR EN EL GAS

HUMEDAD MOLAR

RELACIN ENTRE EL NMERO DE MOLES DEL

GAS Y EL VAPOR CONTENIDOS EN UNA MEZCLAGASEOSA


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HUMEDAD ABSOLUTA

RELACIN ENTRE EL PESO DEL VAPOR Y EL DEL GASCONTENIDOS EN UNA MEZCLA GASEOSA

PARA EL CASO EN EL QUE EL GAS EST SATURADOCON VAPOR SE PUEDEN EMPLEAR LAS MISMAS

ECUACIONES PERO CAMBIANDO LA PRESIN DEVAPOR POR LA TENSIN DE VAPOR A LATEMPERATURA DE LA MEZCLA


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HUMEDAD RELATIVA

RELACIN EXISTENTE ENTRE LA PRESINPARCIAL DEL VAPOR Y LA TENSIN DEL VAPOR ALA MISMA TEMPERATURA


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HUMEDAD PORCENTUAL

RELACIN ENTRE LA HUMEDAD EXISTENTE ENLA MASA GASEOSA Y LA SE PRESENTARA SIESTUVIERA SATURADA:


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EJEMPLO 1

UNA MEZCLA AIRE-VAPOR DE AGUA CONTIENE EL30% EN VOLUMEN DE VAPOR DE AGUA A 85c Y UNA750mmHg, DETERMINE LA HUMEDAD RELATIVA Y LA

HUMEDAD PORCENTUAL.


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PUNTO DE ROCIO

TEMPERATURA QUE ALCANZA LA MASA DE UN GASHUMEDO EN LA SATURACIN POR ENFRIAMIENTO APRESIN CONSTANTE

VOLUMEN ESPECFICO DEL GAS HUMEDO

VOLUMEN OCUPADO POR LA MEZCLA QUE CONTIENE 1 KGDE GAS


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CALOR ESPECFICO DEL GAS HUMEDO

CANTIDAD DE CALOR QUE SE REQUIEREADICIONAR A UN KILOGRAMO DE GAS Y ALVAPOR QUE CONTIENE PARA ELEVAR EN 1C LA

TEMPERATURA MANTENIENDO LA PRESINCONSTANTE


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ENTALPA ESPECFICA

SUMA DEL CALOR SENSIBLE DE UN KILOGRAMO DEGAS Y EL CALOR LATENTE DE VAPORIZACIN DELVAPOR QUE CONTIENE A UNA TEMPERATURA

DETERMINADA

EJEMPLO 2-3


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EJEMPLO 2-3


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TEMPERATURA HUMEDA

TEMPERATURA LMITE DE ENFRIAMIENTOALCANZADA POR UNA PEQUEA MASA DELQUIDO EN CONTACTO CON UNA GRAN MASA

DE GAS HUMEDO


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TEMPERATURA DE SATURACIN


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TEMPERATURA DE SATURACINADIABTICA

TEMPERATURA ALCANZADA POR UNA MASA DEGAS CUANDO SE PONE EN CONTACTO CON UNLQUIDO EN CONDICIONES ADIABTICA


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DIAGRAMA DE MOLLIER


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CARTA PSICROMETRICA


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EJEMPLO 4

Hoy en el informe del tiempo se ha sealado que enla ciudad habr una temperatura de 32,5 [C] yuna h R = 80%. Tambin se inform que durante

la noche la temperatura bajar hasta 20,3 [C] y lapresin baromtrica es y ser de 760 [mm Hg]. i) Seproducir roco?, y si es as, ii) Qu Porcentajedel agua de la atmsfera se depositar cmo roco?


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EJEMPLO 5

Aire hmedo a 30C y 90% de humedadrelativa ingresa a un deshumificador a

razn de 200 m 3 /min. El agua condensay el aire saturado sale a 10C a unapresin de 1 atm. Determine el flujo msico

de agua condensada.

El aire en las condiciones de presin y temperatura del


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El aire en las condiciones de presin y temperatura delproblema puede ser considerado como un gas ideal,

para el que se cumple PV=nRT


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EJEMPLO 6

Se requiere secar un mineral que contiene25% de humedad con aire ambiental (25 C y30% h R ). Se tiene 1 ton de mineral y se desea

bajar su humedad al 4%. Cunto aire senecesita?


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