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UNI-FIQT PI 147

LABORATORIO DE DESHUMIDIFICACIÓN POR ENFRIAMIENTO

OBJETIVOS

  Exponer los fundamentos teóricos de la operación unitaria de deshumidificación por

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

  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.

TEORÍA

La deshumidificación es una operación unitaria de transferencia simultánea de calor y masa, que

tiene por objeto la separación de un soluto (vapor) desde una fase gaseosa. Dicha operación se

 puede realizar de diversas maneras; sin embargo, el presente trabajo se refiere a la

deshumidificación por el método de condensación por enfriamiento, por lo tanto, esto implica

trabajar a bajas temperaturas (por debajo de la temperatura de rocío de la mezcla gaseosa que se

quiere procesar). Los gases no condensables, principalmente aire, son descargados a la atmósfera.

El soluto condensado se puede separar por decantación si fuera inmiscible con el solvente.

La deshumidificación está relacionada con la Psicrometría, por tanto es necesario tener claros los

conceptos de Humedad Absoluta, Temperatura de Rocío, Entalpía de mezclas aire-agua, etc. Ya que

la operación que se realizará en el laboratorio utiliza una columna empacada, también es necesario

tener claros los conceptos de la teoría de transferencia de masa a través de la doble película, los

coeficientes de transferencia y otros relacionados.

FUNDAMENTO DE LA DESHUMIDIFICACIÓN

Una corriente de aire en contacto con una corriente de agua fría perderá humedad si al ponerseambas en equilibrio la temperatura resultante del aire está por debajo de la temperatura de rocío del

aire a la presión de la mezcla. En estas condiciones la humedad del aire condensará y quedará

mezclada con la fase líquida. Para conseguir este fenómeno es necesario que la temperatura del

líquido usado para enfriar el aire esté por debajo de la temperatura de rocío del aire tratado. Si la

operación se realiza en una columna empacada para mejorar el contacto entre las fases, es

conveniente que la temperatura del líquido se menor que la temperatura de rocío del aire que saldrá

de la columna. Si el soluto es un vapor diferente al agua el comportamiento será exactamente elmismo, aunque cuantitativamente los valores de concentraciones, presiones de vapor y temperaturas

sean diferentes que para el sistema Aire-Agua.

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USOS DE LA DESHUMIDIFICACIÓN POR ENFRIAMIENTO

En la industria se usa para recuperar solventes orgánicos. También se usa para reducir la

contaminación ambiental por emisiones volátiles, eliminación de olores y solutos tóxicos, vapores

orgánicos tales como acetona, benceno, éteres, solventes alifáticos y aromáticos.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Esta es una operación que no deja residuos sólidos ó líquidos si los solventes son inmiscibles con

agua, ya que permite una buena recuperación de ellos. Sin embargo, su uso es limitado cuando la

concentración de vapores en aire es alta. Por otro lado, si la temperatura que debe tener el líquido

frío es muy baja, habrá un consumo de energía en la refrigeración que podría ser prohibitivo.

EQUIPO Y MATERIALES

 

Columna Multipropósito.  Equipo de refrigeración portátil.  Higrómetro.  Anemómetro.  Densímetro 0-0.8 g/ml.

 

Alcoholímetro 0-40º.  Vasos de 1L  Probetas de 100 y 500 mL.  Termómetros 0-60ºC.  Cronómetro.

PROCEDIMIENTO

Revisar las conexiones y ajustar la abertura de las válvulas

 para los flujos indicado en la figura. Colocar 4 L de alcohol

etílico en el tanque de solvente e iniciar el calentamiento,

chequeando que la temperatura superficial no exceda 50ºC.

Llenar el tanque con 40L de agua, asegurarse que la válvula de

salida está abierta. Medir la temperatura y humedad del aire

ambiente. Instalar el equipo de refrigeración y operar para

enfriar el agua del tanque por debajo del punto de rocío del

aire ambiente (5-8ºC). Iniciar la operación del extractor de aire

y de la bomba cuando se haya conseguido la temperatura

requerida en el agua del tanque. Ajustar el flujo de aire por el

rotámetro correspondiente al 90% de su escala. Ajustar el flujo

de agua a 100 lb/h el rotámetro principal. Iniciar el cronómetro

cuando empieza a salir líquido por la salida de la columna.

Anotar las medidas de las variables cada 3 min. durante los primeros 15 minutos, luego cada 5

minutos hasta acabar la prueba. Durante la prueba ajustar los flujos para que tengan valores

constantes. Al terminar la prueba apagar el calentamiento de solvente, apagar el extractor, luego la

 bomba y el equipo de refrigeración.

Rotámetro

Aire

Equipo de

refrigeración   TanqueB

TG1

Aire

TL2   FL2

TS1

TG2

HS2  FS2

Extractor

Solv

FL1

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MEDICIONES

Temperatura y humedad del aire de entrada; flujo (midiendo su velocidad), temperatura y humedad

del aire de salida; temperatura del agua en el tanque y en la salida de la columna, flujo del líquido

entrando a la columna; densidad del líquido saliendo de la columna y en el tanque; contenido de

solvente antes y después de la prueba. Asumir que el flujo de solvente ingresando con el aire es

constante a lo largo de la prueba. Todos los datos serán tabulados para su entrega al final de la

 prueba.

Tiempo TG1,ºC TG2,ºC TS1,ºC TL2,ºC FS2,ft/min FL1, lb/h HS2, %03… 90

CÁLCULOS A REALIZAR

Calcular las temperaturas de rocío de las corrientes de aire de entrada y salida. Realizar el balance

de materias y energía en la columna. Trazar las temperaturas de operación del aire en una Carta

Psicrométrica y los datos de temperaturas y entalpías de entrada y salida en un Diagrama H vs T.

Conociendo las alturas del relleno y el diámetro en la columna, calcular el coeficiente de

transferencia  K G·a para esta operación. Simular la operación en Aspen Hysys, usando los mismos

datos obtenidos en la práctica.

UNI, 21 de Septiembre de 2015