Umidificação e Desumidificação

Prof. Dr. Félix Monteiro Pereira

Introdução

Umidificação e Desumidificação:

• Operações Unitárias que envolvem transferênciasimultânea de calor e massa.

• Estão envolvidos dois componentes e duas fases: a fase• Estão envolvidos dois componentes e duas fases: a faselíquida que na maioria das vezes é água; e a fasegasosa, usualmente ar que contém uma fração de vapor(condensável) da fase líquida.

• Não necessariamente se trata de aumento ou diminuiçãode água em uma corrente de gasosa.

Objetivos da Umidificação

• Controlar a umidade de um ambiente.

• Resfriar e recuperar água de processo mediante ocontato com ar de baixa umidade (caso mais típicodesta operação).

Objetivos da desumidificação

• A desumidificação é efetuada usualmente comouma etapa no condicionamento de ar.

• Pode ser usada como partes de sistema derecuperação de solvente, como porexemplo, orgânicos como o CHCl3.

Equipamentos de Umidificação

Câmara de nebulização

1. Forma mais simples de um equipamento deumidificação.umidificação.

2. O Líquido é disperso na forma de uma névoagrossa 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 asseguradopelo uso de bocais de estrangulamento.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 deágua industrial.

• A água aquecida é gotejada na parte superior datorre e desce lentamente através de “enchimentos”torre e desce lentamente através de “enchimentos”de diferentes tipos .

• O gás frio é injetado pela base da torre.

• Processo contracorrente.

Esquema de uma

torre de

resfriamentoresfriamento

Torres de resfriamento

• Maioria das torres são demadeira.

(material isolante, baixo custo).(material isolante, baixo custo).

• Podem ser também dealumínio, aço, tijolos, concreto echapa de amianto.

Componentes das Torres

HéliceBico distribuidor

Eliminador de gotas Grades de enchimento

Hélice

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 sãodesumidificadores de serpentina.

• Consiste de um certo número de serpentinas pelo• Consiste de um certo número de serpentinas pelointerior das quais circula um refrigerante tradicional(salmoura, freon, amônia).

• O ar úmido inside e atravessa a comeia, através da qualtroca calor com o refrigerante e condensa.

Desumidificador de serpentina

SerpentinaSerpentina

Uso de agentes secantes na desumidificação

Secantes líquidos (absorção)

1. Ácido sulfúrico concentrado (H2SO4)

2. Líquidos orgânicos diversos (DMSO)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.

Leis de Raoult e Dalton:pa é a pressão parcial do componente condensável nafase gasosa;

a s ap Py P x= =

fase gasosa;P é a pressão total da fase gasosa;Pa é a pressão de vapor do componente condensável;ys, x correspondem a fração molar do componentecondensável na fase vapor e na faselíquida, respectivamente que estão em equilíbrio.No caso da fase líquida ser um único componente x=1:

as

Py

P=

Relações entre as fases e definições

• Umidade molar (razão molar entre componentecondensável e não condensável), Umidadeabsoluta (massa de vapor d’água/massa de gás nãocondensável), umidade percentual (saturaçãopercentual) e umidade relativa (saturaçãopercentual) e umidade relativa (saturaçãopercentual relativa).

• Umidade molar:

• Umidade absoluta:

• Umidade relativa:

• Umidade percentual:

Onde: Ys = razão molar presente na saturação.

' a

b

MY Y

M=

( )

( )100 100

a a

s a a

p P PY

Y P P p

−=

−

100 100 a

s a

py

y P=

a

b

nY

n=

Psicrometria�Ramo da termodinâmica que estuda:

• Propriedades das misturas ar + vapor d’água

• Propriedades das misturas formadas pelos gases perfeitos + vaporescondensáveiscondensáveis

• E fundamental para projetar sistemas de controle ambiental paraplantas, animais e seres humanos bem como para o controle edimensionamento de diferentes processos industriais.

• Fornece uma saída gráfica simples e prática para a obtenção dosparâmetros definidos anteriormente

1. Carta psicrométrica

2. Carta de umidade

Terminologias

3. Diagrama psicrométrico

4. Diagrama de Carrier

5. Diagrama de Mollier

Unidades Inglesas

Sistema Internacional

(SI)(SI)

Uso da carta psicrométrica

• Uma das formas de determinação das propriedadespsicrométricas do ar é o uso de gráficos ou cartaspsicrométricas.

• Essas cartas diferem entre si principalmente com respeito àpressão barométrica e ao número de propriedades quepressão barométrica e ao número de propriedades quepodem apresentar.

• Qualquer ponto marcado sobre o gráfico representa umacondição característica de temperatura e umidade em umdeterminado local num determinado tempo, associado auma pressão de referência, sendo chamado de ponto deestado.

Uso da carta psicrométrica

• A pressão de referência normalmente utilizada naelaboração do gráfico é a pressão de 1013,25 kPa.

• Um ponto de estado pode ser localizado utilizando• Um ponto de estado pode ser localizado utilizandodois termos quaisquer.

• A partir do ponto de estado, todas as demaispropriedades representadas, nesse mesmoestado, podem ser determinadas.

Variáveis mensuráveis em uma carta

psicrométrica

Exemplo 1:

Exemplo 1:

a as

P PY = =

−

0,5 ( 70 )s

yar a F

y= °

s

b a

YP P P

= =−

a

s a

py

y P=

100 / ( )100

/ ( )

a a

s a a

p P pYSaturação percentual

Y P P P

−= =

−

Ponto em saturação percentual de 49,3%e Temperatura de 70°F

Exemplo 1:

Exemplo 2:

Exemplo 2:

‘

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Dados: cL=75,31 J/mol°CHi=2011-107,1Ti+4,51*Ti²

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Resolução: a) V’min/S=?Determinação de Hv1:Processo adiabático, a entalpia do vapor na entrada será a mesma que a do arsaturado na temperatura de bulbo úmido (15°C) (Hv1=1200J/mol).

Cálculos de Operações de Umidificação e

Desumidificação

Resolução:a) V’min/S=?, Hv1=1200J/molPlote 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 atemperatura de 25°C. A curva de operação para a determinação de V’min é obtida por meio da reta que fazinterseção com a curva de equilíbrio em um único ponto, ou caso a temperatura da saída for maior que a doponto de tangência, deve-se construir a reta ligando o ponto de Hv1 ao ponto correspondente à temperaturade saída na curva Hi. Nessa condição operacional (V’=V’min) o comprimento da coluna de secagem tende ainfinito.infinito.

O coeficiente angular da reta dá 249, ou seja:L*cL/V’min=249Como L/S=900 mol/hm² e cL=75,31 J/mol°C900*S*75,31/V’min=249V’min/S=900*75,31/249=272,2 mol/hm²

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

15 20 25 30 35 40 45 50

H (

J/m

ol)

T (°C)

Hi (ou HL) Hv

Cálculos de Operações de Umidificação e

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

7000

8000

9000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

15 20 25 30 35 40 45 50

H (

J/m

ol)

T (°C)

Hi (ou HL) Hv

Cálculos de Operações de Umidificação e

DesumidificaçãoResolução:b) V’/S=2*V’min/S=544.4 mol/hm², Hv1=1200J/mol, L*cL/V’min=124,5 J/mol°CPara proceder a integração da equação de projeto é preciso achar os valores de

Hi-Hv, obtidos por meio da especificação =-600 J/mol°C

Para obter os valores para a integração, pode-se considerarvalores de temperatura variando entre a da entrada (25°C) e ada saída (45°C) na curva de operação (Hv) e traçar as retascom inclinação -600 J/mol°C.A integração pode ser realizada pelo método dos trapézios,5000

6000

7000

8000

9000

H (

J/m

ol)

A integração pode ser realizada pelo método dos trapézios,onde obtém-se um comprimento para a coluna de secagemz=11,5 m

0

1000

2000

3000

4000

5000

15 20 25 30 35 40 45 50

H (

J/m

ol)

T (°C)

Hi (ou HL) Hv 25 30 35 40 45

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.autor – São Paulo 2005.

• GOMIDE, Reynaldo – Manual de operações unitárias, 2ª Edição, Editora do autor – São Paulo 1991.