Umidificaçãoe Desumidificação Prof. Dr. Félix Monteiro Pereira
Introdução Umidificação e Desumidificação: Operações Unitárias que envolvem transferência simultânea de calor e massa. Estão envolvidos dois componentes e duas fases: a fase líquida que na maioria das vezes é água; e a fase gasosa, usualmente ar que contém uma fração de vapor (condensável) da fase líquida. Não necessariamente se trata de aumento ou diminuição deáguaemumacorrentedegasosa.
Objetivos da Umidificação Controlar a umidade de um ambiente. Resfriar e recuperar água de processo mediante o contato com ar de baixa umidade (caso mais típico desta operação).
Objetivos da desumidificação A desumidificação é efetuada usualmente como uma etapa no condicionamento de ar. Pode ser usada como partes de sistema de recuperação de solvente, como por exemplo,orgânicoscomoochcl 3.
Equipamentos de Umidificação Câmara de nebulização 1. Forma mais simples de um equipamento de umidificação. 2. O Líquido é disperso na forma de uma névoa grossa na corrente de gás 3. Tempo de contato grande
Câmara de Nebulização
Exemplos de nebulizadores
Depurador de fumos É uma variedade da câmara de nebulização. O contato íntimo entre as correntes assegurado pelo uso de bocais de estrangulamento. Pode remover poeiras de uma corrente gasosa. Pode realizar reação química
Depurador de fumos
Torres de resfriamento São equipamentos utilizados para o resfriamento de água industrial. A água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente através de enchimentos de diferentes tipos. Ogásfrioéinjetadopelabasedatorre. Processo contracorrente.
Esquema de uma torre de resfriamento
Torres de resfriamento Maioria das torres são de madeira. (material isolante, baixo custo). Podem ser também de alumínio, aço, tijolos, concreto e chapa de amianto.
Componentes das Torres Bico distribuidor Hélice Eliminador de gotas Grades de enchimento
Equipamentos de desumidificação Desumidificadores de contato direto 1. São câmaras horizontais, torres de recheio ou colunas de spray. 2. Entrada de um líquido frio em contato com um gás úmido quente a ser desumidificado. 3. o gás efluente já seco é reaquecido até a temperatura desejada.
Desumidificador por contato (Câmara)
Desumidificador por contato (torre)
Desumidificadores de superfície Os equipamentos em sua maioria são desumidificadores de serpentina. Consiste de um certo número de serpentinas pelo interior das quais circula um refrigerante tradicional (salmoura, freon, amônia). Oarúmidoinsideeatravessaacomeia,atravésdaqual troca calor com o refrigerante e condensa.
Desumidificador de serpentina
Serpentina
Uso de agentes secantes na desumidificação Secantes líquidos (absorção) 1. Ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4 ) 2. Líquidos orgânicos diversos (DMSO) Secantes sólidos (adsorção) 1. Sílica gel 2. Cloretos de lítio e cálcio hidratados 3. Hidróxido de sódio (NaOH)
Relações entre as fases e definições Caso especial: soluções ideais. LeisdeRaoulteDalton: pa = Pys = Px a p a é a pressão parcial do componente condensável na fase gasosa; Péapressãototaldafasegasosa; P a éapressãodevapordocomponentecondensável; y s, x correspondem a fração molar do componente condensável na fase vapor e na fase líquida, respectivamente que estão em equilíbrio. Nocasodafaselíquidaserumúnicocomponentex=1: y s = P a P
Relações entre as fases e definições Umidade molar (razão molar entre componente condensável e não condensável), Umidade absoluta(massa de vapor d água/massa de gás não condensável), umidade percentual (saturação percentual) e umidade relativa (saturação percentual relativa). na Umidade molar: Y = nb Ma Umidade absoluta: Y' = Y M b Y p ( P P ) Umidade relativa: 100 = 100 a a Ys Pa ( P pa) y p Umidade percentual: 100 = 100 a ys Pa Onde: Ys = razão molar presente na saturação.
Psicrometria Ramo da termodinâmica que estuda: Propriedades das misturas ar + vapor d água Propriedades das misturas formadas pelos gases perfeitos + vapores condensáveis E fundamental para projetar sistemas de controle ambiental para plantas, animais e seres humanos bem como para o controle e dimensionamento de diferentes processos industriais. Fornece uma saída gráfica simples e prática para a obtenção dos parâmetros definidos anteriormente
Terminologias 1. Carta psicrométrica 2. Carta de umidade 3. Diagrama psicrométrico 4. Diagrama de Carrier 5. Diagrama de Mollier
Unidades Inglesas
Sistema Internacional (SI)
Uso da carta psicrométrica Uma das formas de determinação das propriedades psicrométricas do ar é o uso de gráficos ou cartas psicrométricas. Essas cartas diferem entre si principalmente com respeito à pressão barométrica e ao número de propriedades que podem apresentar. Qualquer ponto marcado sobre o gráfico representa uma condição característica de temperatura e umidade em um determinado local num determinado tempo, associado a uma pressão de referência, sendo chamado de ponto de estado.
Uso da carta psicrométrica A pressão de referência normalmente utilizada na elaboração do gráfico é a pressão de 1013,25 kpa. Um ponto de estado pode ser localizado utilizando dois termos quaisquer. A partir do ponto de estado, todas as demais propriedades representadas, nesse mesmo estado, podem ser determinadas.
Variáveis mensuráveis em uma carta psicrométrica
Exemplo 1:
Exemplo 1: y 0,5 ( ara70 F) y = s P Pa P P P a Ys = = b y p = y P s a a a Y 100 pa/( P pa) Saturação percentual = 100 = Y P /( P P) s a a Ponto em saturação percentual de 49,3% e Temperatura de 70 F
Exemplo 1:
Exemplo 2:
Exemplo 2:
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação Dados: c L =75,31 J/mol C Hi=2011-107,1Ti+4,51*Ti²
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação Resolução: a) V min/s=? Determinação de Hv1: Processo adiabático, a entalpia do vapor na entrada será a mesma que a do ar saturado na temperatura de bulbo úmido(15 C)(Hv1=1200J/mol).
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação Resolução: a) V min/s=?, Hv1=1200J/mol Plote a curva de equilíbrio a partir da carta psicrométrica ou da equação empírica: Hi=2011-107,1Ti+4,51*Ti² válida para 15<Ti<50 (erro de 3%) e adicione o ponto Hv1=1200J/mol para a temperatura de 25 C. A curva de operação para a determinação de V min é obtida por meio da reta que faz interseção com a curva de equilíbrio em um único ponto, ou caso a temperatura da saída for maior que a do ponto de tangência, deve-se construir a reta ligando o ponto de Hv1 ao ponto correspondente à temperatura de saída na curva Hi. Nessa condição operacional (V =V min) o comprimento da coluna de secagem tende a infinito. H (J/mol) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 15 20 25 30 35 40 45 50 T ( C) O coeficiente angular da reta dá 249, ou seja: L*cL/V min=249 Como L/S=900 mol/hm²e c L =75,31 J/mol C 900*S*75,31/V min=249 V min/s=900*75,31/249=272,2 mol/hm² Hi (ou HL) Hv
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação Resolução: b) V /S=2*V min/s=544.4 mol/hm², Hv1=1200J/mol A inclinação da reta passa a ser: L*cL/V min=900*75,31/544.4=124,5 J/mol C H (J/mol) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 15 20 25 30 35 40 45 50 T ( C) Hi (ou HL) Hv
Cálculos de Operações de Umidificaçãoe Desumidificação Resolução: b) V /S=2*V min/s=544.4 mol/hm², Hv1=1200J/mol, L*cL/V min=124,5 J/mol C Para proceder a integração da equação de projeto é preciso achar os valores de Hi-Hv, obtidos por meio da especificação =-600 J/mol C H (J/mo ol) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 15 20 25 30 35 40 45 50 T ( C) Hi (ou HL) Hv 25 30 35 40 45 Para obter os valores para a integração, pode-se considerar valores de temperatura variando entre a da entrada (25 C) e a da saída (45 C) na curva de operação (Hv) e traçar as retas com inclinação-600 J/mol C. A integração pode ser realizada pelo método dos trapézios, onde obtém-se um comprimento para a coluna de secagem z=11,5 m
Referências Bibliográficas e materiais de apoio digital FOUST, WENZEL, CLUMP, MAUS, ANDERSEN Princípios das operações unitárias, 2ª Edição, LTC - Rio de Janeiro 1982. GOMIDE, Reynaldo Operações unitárias Volume 5, 2ª parte- Umidificação, condicionamento e secagem de gases, Editora do autor São Paulo 2005. GOMIDE, Reynaldo Manual de operações unitárias, 2ª Edição, Editora do autor São Paulo 1991.