HUMIDIFICACIÓN
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La humidificación es una operación unitaria en la que tiene lugar la transferencia simultánea de materia y calor sin la presencia de una fuente de calor externa. Dicha transferencia se da cuando un gas se pone en contacto con un líquido puro, en el cual es prácticamente insoluble. Su principal aplicación industrial es el enfriamiento de agua de refrigeración en la cual el agua caliente procedente de la refrigeración de las unidades de una planta puede enfriarse si se pone en contacto con un gas (preferiblemente más frío) no saturado. El caudal de la corriente de agua se reduce en una cierta cantidad por la evaporación de una parte de la misma.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.El proceso que tiene lugar en la operación de humidificación es el siguiente:
  • Una corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco (o con bajo contenido en humedad), normalmente aire atmosférico.

  • Parte del agua se evapora, enfriándose así la interfase.

  • El seno del líquido cede calor a la interfase, y por lo tanto se enfría.

  • A su vez, el agua evaporada en la interfase que se transfiere al aire, por lo que, se humidifica.

  • La deshumidificación del aire se consigue cuando se pone en contacto aire húmedo con un líquido más frío, así la temperatura del gas disminuye por debajo del punto de rocío y condensa el agua, disminuyendo la humedad absoluta del aire hasta el valor deseado.


MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN

Existen diferentes métodos por medio de los cuales se puede humidificar el aire. En la mayoría de los casos, la masa de aire se pone en contacto sea con líquidos, sólidos húmedos o con masas de aire húmedo. La mayoría de los métodos son simples, a excepción de la humidificación adiabática la cual requiere de condiciones adiabáticas (sin intercambio de calor con el medio ambiente).
1. Adición de un líquido que se evapora totalmente en la masa gaseosa

La adición de un líquido provoca que la masa gaseosa disminuya su temperatura, ya que el aire cede su calor sensible al líquido para provocar su evaporación, por lo que se produce su enfriamiento. En el caso de la adición de vapor saturado existe un calentamiento de la masa gaseosa debido al calor sensible del vapor. Es claro que el abatimiento de temperatura es mucho más rápido con el contacto con un líquido que con un vapor debido básicamente a la diferencia importante entre el calor latente de vaporización del líquido y el calor sensible del vapor.
2. Adición de un líquido en cualquier condición, en donde solo se evapora una parte

En este caso suceden dos procesos simultáneamente; la masa del aire G que pasa de las condiciones YA1, HA , a las condiciones YA2 , HA2 y la cantidad de líquido inicial ML1 se enfría de TL1 a TL2 . Si efectuaron un balance de masa.



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En donde Ha y Hl corresponden a las entalpías de la masa gaseosa y líquida respectivamente

El proceso de adición del líquido puede variar en función de las condiciones del líquido, en la siguiente figura se muestra el comportamiento de cada uno de los casos, (A) adición de agua caliente, (B) adición de agua fría, (C) adición de agua muy fría, se verá su comportamiento.

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Fig: Proceso de Adición de un líquido

3. Humidificación por contacto de una masa gaseosa con un sólido húmedo

En este proceso de secado el sólido se introduce en un secador a una temperatura Ts con una humedad Ys y se obtiene a una temperatura Ts2 con una humedad la cantidad sólido que entra y sale del secador, si la masa de aire GA que entra al secador a TA1 con humedad YA1 sale a TA2 con una humedad YA2 se obtiene de la figura 4.3 el balance de masa siguiente:

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DEFINICIONES:
VAPORForma gaseosa de un componente que también está presente en la fase líquida.Gas.- componenteque se encuentra sólo en la fase gaseosa en condiciones normales.
GAS
Componente que se encuentra solo en la fase gaseosa en condiciones normales.
GAS SATURADO
Gas en el que el vapor, está en equilibrio con el líquido en condiciones de presión y temperatura dados.

HUMEDAD ABSOLUTA
Humedad aboluta (ha) es el peso del vapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio d eun metro cúbico . En este espacio, puede existir aire pero no necesariamente. La humedad relativa está basada en la humedad abosluta, bajo las condiciones establecidas, es decir la humedad relativa es una comparación con la humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de agua si el vapor de agua está saturado. Tanto la humedad abosluta como la relativa, están basadas en el peso del vapor de agua en un volumen dado. Mediante la Humedad Absoluta se puede valorar la cantidad de vapor contenido en el aire, lo que sirve, con el dato de la temperatura, para estimar la capacidad del aire para admitir o no mayor cantidad de vapor
La humedad depende solamente de la presión vapor en la mezcla cuando la presión total es fija.

external image Humedad+Absoluta.bmp
H= PwMw/(P-Pw)MA
donde:
Mw: peso molecular del agua18 g/mol MA: peso molecular del aire; MA: 28,9g/mol Pw: presión parcial que ejerce el vapor de agua en la mezcla gaseosa P: presión total (atmosférica)

HUMEDAD RELATIVA (Hr)Es aquella que expresa la cantidad de huedad en una muestra dadad de aire, en comparacion con la cantidad de humedad que el aire tendría estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa en porcentaje. Tambien podemos definir la humedad relativa de maner técnica, diciendo que, hr es la realción de la fracción mol de vapor dfe agua presente en el aire, con la afracción mol del vapor de agua presente en el aire saturado , a la misma temperatura y presión.
Hr = (Presión de vapor de agua en el aire * 100%) / Presión de vapor de agua libre.
Hr = (Humedad absoluta * 100%) / Humedad de saturación.
HR = (Presión de vapor agua aire x100%) / Presión de vapor de agua libre.
Ejemplo:El vapor del agua esta a 15ºC el cual se encuentra saturado, y a 21 ºC estaba sobrecalentado.¿Cuál seria la humedad relativa a 21ºC? para realizar este ejercicio se debe utilizar los valores de la densidad de capor de agua saturada a15ºC y la del vapor de agua sobrecalentada a 21ºC que en este caso sería 0.01834 kg/m3 hr= 0.01283/ 0.01834* 100= 69.59% Esto significa que en el cespacio del cuarto a 21ºC, la humedad es el 69.59% de la que tendría si estuviera en cndiciones de saturación. Este porcentaje es a humedad relativa. Otro método para calcularla, es utiliizando los valores en la presión del vapor, en lugar de los de la densidad. Es más preciso y es el que se recomienda utilizar, ya que la presión de vapor, es la que realmente determia la velocidad de la evaporación y por lo tanto en el acondicionamiento de aire es lo que afecta directamente a la conservación de alimentos y la mayoría de los demás procesos. Por lo tanto, la presión de vapor de agua saturado a 21ºC es 2.48 kPa y del vapor de agua sobrecalentada es de 1.79 kPa; ya que su presión de vapor es la misma que tenía a 15ºC , no aumento al ser sobrecalentado.Así la humedad relativa es: hr = 1.70/2.48*100 = 68.55% este resultado es algo diferente que el calculo utilizando las densidades de vapor, peor es más preciso. La diferencia no afecta a la mayoria de los calculos de aire acondicionado Los equipos más utilizados en la industria para llevar a cabo la Humidificación son las conocidas Torres o Columnas de Enfriamiento. Estas torres constan de una serie de persianas o bandejas y pulverizadores con el fin de que la corriente de agua se divida en pequeñas gotas, formando una especie de lluvia dentro del equipo, mojándolo por completo y favoreciendo así el optimización de la transferencia de calor y materia.

SATURACIÓN : El porcentaje de saturación , es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire seco a la tenperatura del bulbo seco.
Porcentaje de Saturación= w1/ws * 100
Donde:w1: humedad especifica en el punto de roció de la mazcla de aire seco y vapor de agua.
ws: humedad específica en el punto de saturación
Ejemplo: Se desea calcular la humedad relativa y el porcentaje de saturación a la temperatura de bulbo seco de 35ºC y a la temperatura de rocío de a 15ºC. Por lo tanto usamos los valores de presión de vapor y los humedad especifica po lo tanto: hr = 1.70/5.62 *100 = 30.25% %saturación= (4.835/16.611)*100=29.10% como podemos ver hay una diferencia entre los dos resultados, ya que la humedad relativa esta basada en las presiones, las cuales están afectadas por la temperatura y volumen. El porcentaje de saturación esta basado en el peso , el cual no esta afectado por los cambios de temperatura y este es el mas preciso de los dos. A una masa de aire con una cierta temperatura se le dice saturada cuando contiene la máxima cantidad de vapor de agua que puede estar presente con una cierta temperatura y una cierta presión. Si se aumenta la cantidad de vapor de agua (por ejemplo cocinando) o se baja la temperatura del aire, el vapor condensa y vuelve al estado líquido.
HUMEDAD DEL GAS SATURADO

Un gas está saturado cuando el vapor en él contenido, está en equilibrio con el líquido a la temperatura y presión de trabajo.


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CALOR ESPECIFICO HUMEDO (CH)

Es el calor necesario para aumentar la temperatura de 1 kg de gas más el vapor que le acompaña, en 1°C.

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TEMPERATURA DEL PUNTO DE ROCÍO:
El punto de rocío se define como la temperatura abajo de la cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse. También es el punto de 100% de humedad. La humedad relativa de una muetara de aire, puede determinarse por su punto de rocío, Existen varios métodos para determinar el punto de rocío uno de ellos es, colocar un fluido volátil en un recipiente de metal brillante; después se agita el fluido con un aspirador de aire. Para saber la temperatura del fluido y del recipiente, se introduce un termómetro dentro del fluido. Mientras se va agitando hay que tomar en cuenta la temperatura a la cual aparece una niebla por fuera del recipiente de metal. Esto indica la temperatura del punto de roció. La niebla por fuera del recipiente es la humedad en el aire, que comienza a condensarse sobre el mismo. No debe emplearse fluidos inflamables o explosivos ara esta prueba. Otro método es utilizar el instrumento conocido como Psicrómetro., el cual se basa en la temperatura de "búlbo húmedo" y la de "bulbo seco" Es la temperatura de saturación, es decir la temperatura máxima por debajo de la cual el aire húmedo, enfriándose, forma la condensación. El punto de rocío depende de la concentración de vapor de agua presente, y por lo tanto de la humedad relativa además de la temperatura del aire.


TEMPERATURA DE BULBO SECO

En el acondicionamiento de aire, la temperatura del aire indicada es normalmente la temperatura de bulbo seco (bs), tomada con el elemento sensor del termómetro en una condición seca



TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO:


El termómetro de bulbo húmedo tiene una peueña mecha o pedazo de tela alrededor del bulbo. Si esta mecha se humedece con agua limpia, la evaporacion de esta agua, disminuirá (la lectura) temperatura del termómetro. Esta temperatura se la conoce como la del bulbo húmedo (bh)



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Donde :

A: Temperatura de bulbo seco

B: Temperatura de bulbo húmedo

C: Mecha que envuelve el bulbo húmedo


TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO

Los dispositivos más empleados para el enfriamiento de líquidos y agua son las torres de enfriamiento. Estas son columnas de relleno de madera o de material plástico por las que asciende el aire, provistas en su parte superior de distribuidores de agua. En el siguiente video se muestra la estructura y funcionamiento de una torre de enfriamiento:











Podemos clasificarlas en tres tipos, según el modo de introducir el aire a la torre:
COLUMNA DE TIRO FORZADO: El ventilador se encuentra instalado en la parte inferior de la torre, por lo que, el aire es empujado para que fluya a través de ella. Trabaja en un modo de operación a contracorriente.












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COLUMNA DE TIRO INDUCIDO: El ventilador se encuentra en la parte superior de la torre, con lo cual, el aire es succionado para que pase a través de la misma. También trabaja en contracorriente.
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COLUMNA DE TIRO NATURAL:No existe ventilador y el flujo de aire es consecuencia únicamente de la convección natural.

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Aplicaciones de la humidificación:

-En la industria de alimentos, El conocimiento de los procesos de humidificación y deshumidificación, así como sus cálculos implicados en ella, serán útiles en el diseño y análisis de diferentes sistemas de almacenamiento y procesado de alimentos. Así mismo, resulta imprescindible conocer las propiedades de las mezclas aire – vapor de agua en el diseño de sistemas tales como equipos de aire acondicionado para conservar alimentos frescos, secaderos de granos de cereal y torres de enfriamiento en plantas de procesado de alimentos.

-En el siguiente video se muestra una aplicación importante de la humidificación en un invernadero por medio de nebulización:
































-Adjunto un archivo de El rol de la humidificación en la terapia de oxígeno:



- Un archivo de la Humidificación para diferentes aplicaciones en cuidados intensivos, anestesia y durante la respiración espontánea




-Y por último:

Humidificacion e Interfaces en VNI RC Enero 2009






























EJEMPLO DE UNA PANIFICADORA









































REFERENCIAS: * http://www.slideshare.net/pabolo19/carta-psicrometrica