Humidificacion Teoria Arturo

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 , temperatura bulbo seco.
Cuando se hace circular aire de temperatura de bulbo seco 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.
4. Humedad especifica ( 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:
2
M VAPOR pVAPOR M VAPOR p VAPOR

H= × = ×
M GAS pGAS 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:
18 pVAPOR DE AGUA pVAPOR DE AGUA
H= ¿ 0,62 (2)
29 p AIRE PT −p VAPOR DE AGUA ❑
5. Humedad saturada H S
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:
M VAPOR PSAT
VAPOR M VAPOR PSATVAPOR
HS= = (3)
M GAS PSATGAS
M ❑ SAT
GAS P T −PVAPOR
Siendo:
PSAT
VAPOR : presión de saturación del vapor.
PSAT
GAS : presión de saturación del gas.
Para el caso de la mezcla agua-aire, la ecuación (3) se convierte:
SAT SAT
18 PVAPOR DE AGUA PVAPOR DE AGUA
H= SAT
¿ 0,62 SAT (4)
29 PGAS PT −PVAPOR DE AGUA ❑
6. Humedad relativa ( H R )
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:
pVAPOR
H R= ×100 (5)
PSAT
VAPOR
3
Siendo: PSAT
VAPOR > pVAPOR
7. Humedad porcentual ( H A )
Es la relación entre la humedad absoluta y la humedad de saturación, a la temperatura

del aire. Se define por:
H
H R= × 100 (6)
HS
Siendo: HS> H
8. Capacidad calorífica del gas húmedo :C S
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=CpGAS +CpVAPOR H (7)
Para el caso de la mezcla agua-aire:
Btu kcal
Cp GAS =Cp AIRE =0,24 O
=0,24
lb . ❑ F kg . ❑O F
Btu kcal
CpVAPOR=CpVAPOR DE AGUA=0,46 O =0,46
lb. ❑ F kg . ❑O F
Luego la ecuación (7), se convierte:
C S=0,24+0,46 H (8)
kJ
C S=1005+ 1,884 H
[ kg aire seco . K ] (9)
9. Entalpía del gas húmedo H Y
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 T O (temperatura de referencia para los dos componentes) y el calor
sensible del vapor. Por consiguiente:
H Y =calor sensible gas seco+calor latente líquido+calor sensible vapor (10)
H Y =CpGAS ( T −T O ) +❑O H +CpVAPOR H ( T −T O ) (11)

4
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 (12)
Donde:
T O : es la temperatura de referencia.
❑O : es el calor latente del agua a T O .
Es común utilizar como T O, la temperatura de 0 ❑

O
C , entonces ❑O toma los valores:
kJ
❑O=2501,4
kg
kcal
❑O=597,2
kg
10. Volumen específico del gas húmedo ( v¿ ¿ H ) ¿
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 P es la presión, V el volumen, R es la constante de los gases
y M la masa del gas.
v H =volumen de 1 kg gas seco+ volumen vapor que lo acompaña
RT RT
v H =n 1 kg gas seco +n vapor que acompaña
P P
1 RT H RT
vH= + (13)
M GAS P M VAPOR P
Para el sistema agua-aire, la ecuación (13) se convierte:
1 RT H RT
vH= + (14)
29 P 18 P
11. Volumen específico del gas seco ( v SECO )
El volumen específico del gas seco se calcula cuando se supone que la humedad
absoluta es cero, se define por:
5
1 RT
v SECO= (15)
M GAS P
Para el caso del sistema agua-aire, la ecuación (15), se convierte:
1 RT
v SECO= (16)
29 P
12. Volumen específico del gas saturado v SAT
El volumen específico se mide cuando la humedad que acompaña al gas seco es

saturado y se define por:
RT RT
v SAT =n1 kg gas seco +nvapor saturadoque acompaña (17)
P P
1 RT H S RT
v SAT = + (18)
M GAS P M VAPOR P
Para el caso del sistema agua-aire, la ecuación (18) se convierte en:
1 RT H S RT
v SAT = + (19)
29 P 18 P
Siempre : v SAT > v H > v SECO
De modo que:
HR
v H =v SECO + ( v −v ) (20)
100 SAT SECO
13. Saturación adiabática
Consideremos el proceso de la figura, en el que un gas con humedad inicial H y

temperatura T 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 T S y recibe el nombre de temperatura de saturación adiabática.
Siempre que el gas que entra a la cámara no esté saturada, la temperatura de
saturación adiabática es menor que la temperatura del gas a la entrada.
Gas húmedo                      Gas Saturado


Vapor de agua
6
 
Agua
A este proceso se puede aplicar un balance de entalpía, tomando como T S la

temperatura de referencia de entalpías:
Cp GAS ( T −T S ) +Cp VAPOR H ( T −T S ) +❑O =Cp GAS ( 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 −C S
= (21)
T −T S ❑S
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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HUMIDIFICACION ARTURO MELGAR MERINO

Definición: La humidificación es una operación unitaria en la que tiene lugar una

Definición de vapor y gas

1. Temperatura de bulbo seco T BS

La temperatura de la mezcla aire-vapor de agua que se lee en un termómetro se

2. Temperatura de bulbo húmedo ( T BH )

La temperatura de rocío es aquella en la que el aire de cierta humedad comienza a

M VAPOR pVAPOR M VAPOR p VAPOR

Es la relación entre la humedad absoluta y la humedad de saturación, a la temperatura

8. Capacidad calorífica del gas húmedo :C S

C S=CpGAS +CpVAPOR H (7)

Para el caso de la mezcla agua-aire:

Luego la ecuación (7), se convierte:

9. Entalpía del gas húmedo H Y

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

H Y =calor sensible gas seco+calor latente líquido+calor sensible vapor (10)

H Y =CpGAS ( T −T O ) +❑O H +CpVAPOR H ( T −T O ) (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

Es común utilizar como T O, la temperatura de 0 ❑

10. Volumen específico del gas húmedo ( v¿ ¿ H ) ¿

v H =volumen de 1 kg gas seco+ volumen vapor que lo acompaña

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

11. Volumen específico del gas seco ( v SECO )

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

12. Volumen específico del gas saturado v SAT

El volumen específico se mide cuando la humedad que acompaña al gas seco es

Siempre : v SAT > v H > v SECO

13. Saturación adiabática

Consideremos el proceso de la figura, en el que un gas con humedad inicial H y

Gas húmedo                      Gas Saturado

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

( CpGAS +CpVAPOR H ) ( T −T S ) +❑S H =❑S H S

14. Carta de humedad o diagrama psicrométrico

Diagrama Psicrométrico ASHRAE a altas temperaturas

Diagrama Psicrométrico ASHRAE a altas temperaturas

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