FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Nombre de los estudiantes
EDUARDO VALENTIN ANCHUNDIA DELGADO
BRYAN KELVIN QUIJIJE GUAICHA
MERO MENDOZA STEVEN ABAD
NESTOR FABIAN TELLO PILLIGUA
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Definición, concepto o descripción del mecanismo
HUMIDIFICACIÓN
La
humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor
presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a
través de un líquido que se evapora en el gas. Esta transferencia hacia el interior
de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interface hay,
simultáneamente, transferencia de calor y de materia.
A
grandes rasgos, 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 interface.
- ·
El seno del líquido cede entonces calor a
la interface, y por lo tanto se enfría.
- ·
A su vez, el agua evaporada en la
interface se transfiere al aire, por lo que se humidifica.
Descripción del proceso
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 interface El seno del líquido cede entonces calor a la
interface, y por lo tanto se enfría. A su vez, el agua evaporada en la
interface se transfiere al aire, por lo que se humidifica.
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Principios operativos y su diagrama de partes
A
grandes rasgos es un dispositivo muy sencillo. Se compone de un recipiente de
agua, que puede ser de unos cuantos litros para los dispositivos para el hogar,
hasta de varias toneladas de agua para los de uso industrial; y mediante diferentes sistemas evapora el agua
para expulsar el vapor dentro de la habitación en donde es colocado.
Puede sonar tan sencillo como el evaporar agua, pero el objetivo de este dispositivo es regular la forma y características del vapor, para poder mejorar la humedad del ambiente y favorecer a los diversos procesos.
Se usan principalmente para restaurar el nivel de humedad relativa en los meses donde la temperatura va en aumento, en zonas con poca humedad ambiental o en procesos donde se requiere una humedad relativa controlada.
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Humidificador frio. El
tipo frio funciona de manera ultrasónica, produciendo nebulización del agua a
través de vibraciones de muy alta frecuencia, son muy seguros y silenciosos.
Sólo pueden ser utilizados con agua lo más purificada posible, está
absolutamente prohibido el uso de cualquier aditivo, puesto que puede dañar el
dispositivo.
Los humidificadores calientes
de electrodos generan vapor mediante la ebullición del agua calentada a través
de la corriente que pasa directamente por el agua. Se requiere un cuidado y
supervisión especial al operarlos, puesto que expulsan vapor a altas
temperaturas que podría significar un riesgo si se entra en contacto directo
con el vapor. Tiene un consumo elevado de agua y energía eléctrica. La salida
del vapor no puede ser regulada, depende del tipo de agua que se utilice. Entre
mayor cantidad de sales tenga el agua mayor la conductividad eléctrica y por
ende mayor la intensidad que circula. Para este tipo de humidificador no
existen restricciones en cuando al añadir en la salida del vapor aceites
balsámicos u otros alicientes.Humidificador caliente por evaporación genera un menor flujo de vapor, no es regulable y debe funcionar sólo con agua destilada. Funcionan mediante una mecha que se mantiene húmeda por capilaridad, calentada por un calefactor eléctrico. Si el agua contiene sales la mecha se taponea con relativa facilidad. Es el tipo de humidificador es el menos usado.
Diagrama de partes:
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Usos en la industria y ejemplo de aplicación como parte de un sistema operativo
Los humidificadores son utilizados en una amplia gama de industrias con distintos fines. Entre algunos ejemplos de sus aplicaciones en distintas industrias encontramos:
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Humidificación para la industria automotriz
Se utilizan principalmente
en las cabinas de pintura que requieren de una humedad relativa constante del
72 por ciento, para reducir la evaporación de la pintura, garantizando que ésta
sea aprovechada al máximo y evitar que haya filtraciones de polvo; en los
bancos de lijado, para suprimir el polvo y la estática del ambiente, lo que
reduce drásticamente el tiempo de lijado; y en las celdas de prueba de motores,
donde las pruebas de emisiones de escape deben llevarse a cabo en un ambiente
controlado de temperatura y humedad.
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Humidificación de salas blancas y laboratorios.
Estos lugares requieren
de un ambiente estéril para la producción, en donde la más mínima variación del
nivel de humedad puede causar que los procesos se sequen con rapidez, se genere
estática o errores en ciertas aplicaciones. Para lograr mantener la humedad en
el rango adecuado se requieren dispositivos de humidificación especializados,
como los de H2O TEK, para conservar las condiciones ambientales 24/7, a un
costo operativo y consumo energético adecuados.
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Humidificación para la industria de insumos médicos.
La fabricación de
insumos médicos se realiza en salas blancas, bajo las más estrictas exigencias
de control ambiental. La humedad se controla en estos ambientes por muchas
razones. Puede ser porque los materiales procesados son sensibles a la humedad
y cualquier cambio en su contenido de humedad puede cambiar su composición.
Asimismo, la humidificación se utiliza también como agente activador y para
prevenir desequilibrios químicos.
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Humidificación para la producción de papel.
Se controla la pérdida de
humedad posterior al proceso secado. Un bajo nivel de humedad, menos del 50 por
ciento, hace que el papel se encoja, se curve y pierda estabilidad en su forma.
Para evitar esto, el nivel óptimo de humedad es de 55 por ciento.
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Humidificación para la industria farmacéutica.
Gran parte de los
procesos en la industria farmacéutica requieren un estricto control de humedad.
Entre ellos, los recubrimientos de los comprimidos con soluciones, la impresión
con tintas con base acuosa, entre otros. El control ambiental debe ser 24/7,
por lo que es importante que un sistema de humidificación esté diseñado
especialmente para la aplicación.
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Ejemplo
Aplicación en la
industria de alimentos
El
conocimiento de los procesos de humidificación 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.
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Tipos o clasificación de los diferentes mecanismos
a)
Humidificador Centrifugo.
b)
Humidificador de Electrodo.
c)
Humidificador de Vapor Vivo.
d)
Humidificador por Automatización.
e)
Deshumidificación por refrigeración o
enfriamiento.
f)
Deshumidificación a base de silica gel o
desecantes. ETC
Humidificador Centrifugo
Los
humidificadores centrífugos trabajan con un motor y un disco rompe gotas que
hace que el agua que pasa por el disco sea centrifugada hacia el rompe gotas y pulverizada
para lograr vapor de agua, este sistema es uno de los mas comunes y se utiliza
en espacios abiertos o para ductos.
Humidificador de Electrodo
Estos
equipos trabajan con electricidad, con base a un cilindro que tiene electrodos
donde entra el agua y por medio de esta se genera una resistencia, calentando
el agua hasta el punto de ebullición y generando vapor, estos equipos también
pueden ser utilizados para espacios abiertos y para instalación en ductos.
Humidificador de Vapor Vivo
Estos
equipos son utilizados normalmente para aplicaciones donde cuenten con vapor
vivo, este humidificador se conforma por medio de una trampa de vapor, una válvula
que habré y cierra la inyección de vapor, un distribuidor, entre otros componentes;
estos humidificadores son para instalarse en ductos de inyección de aire.
Humidificador por Atomatización
Los humidificadores por atomización
son los que utilizan agua a presión o agua y aire comprimido; normalmente se
utilizan para espacios abiertos, por ejemplo en la industria papelera, invernaderos,
textil, etc.
Deshumidificación por refrigeración o
El
aire puede deshumidificarse con sistemas de aire acondicionado convencionales
de compresión de vapor. Estos enfrían al aire a una presión constante hasta una
temperatura abajo de la temperatura del punto de rocío, ocurre que se condensa
parte del vapor de agua presente en el aire. Este tipo de deshumidificación es
el más utilizado en los equipos de aire acondicionado comercial y residencial.
Humidificador
simple o de Contacto.
Este
dispositivo cuenta con una cámara, deposito o reservorio donde se encuentra el
agua con la que vamos a humedecer el aire que le vamos a enviar al paciente,
sin embargo, este cuenta con una humedad absoluta entregada bastante baja, por
lo que generalmente no es una primera elección para humidificar gases
inspirados.
El
gas entre al reservorio donde se encuentra el agua. Luego realiza contacto con
la superficie del agua que se encuentra en el reservorio desprendiendo
partículas de vapor de agua que son transportadas en el gas manteniéndolo
húmedo.
Es importante hacer denotar que la humedad absoluta
entregada por estos dispositivos va a depender principalmente de 3 factores,
los cuales son:
1. Tiempo de contacto con la superficie del agua
2. Área de la superficie de contacto
3. Temperatura del agua del reservorio
Humidificador de inmersión o burbuja
Los
humidificadores de burbuja o inmersión tienen un mecanismo muy similar al de
los humidificadores simples, sin embargo en busca de mejorar la humedad
absoluta entregada por el dispositivo se realizo una modificación al anterior,
esta lo que hace es agregar una capilar que se introduce dentro del reservorio
liberando el gas en lo más profundo del reservorio y generando burbujas que
suben hasta alcanzar la superficie del agua en el reservorio.
De esta manera la humedad absoluta que entregamos
con este dispositivo podemos decir que va a depender de los siguientes
factores.
1. Tamaño de la burbuja (área de superficie de
contacto)
2. Tiempo de contacto con la superficie
3. Temperatura del agua del reservorio
Se
pueden utilizar como sustituto para la humidificación, sin embargo tienen
ciertas desventajas que son importantes de tomar en cuenta y que las veremos en
una comparación más adelante.
Sin embargo dentro de lo primero que podemos mencionar es que estos dispositivos producen partículas de agua que van de 0.5micras a 40 micras, los cuales son mucho más grandes que las partículas de vapor de agua, las cuales rondan un tamaño de 0.00001 micras, esto permite que el agua que estamos entregando al paciente transporte cualquier tipo de agente patógeno sino se manipulan adecuadamente.
Sin embargo dentro de lo primero que podemos mencionar es que estos dispositivos producen partículas de agua que van de 0.5micras a 40 micras, los cuales son mucho más grandes que las partículas de vapor de agua, las cuales rondan un tamaño de 0.00001 micras, esto permite que el agua que estamos entregando al paciente transporte cualquier tipo de agente patógeno sino se manipulan adecuadamente.
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Definición, concepto o descripción del mecanismo
Definición, concepto o descripción del mecanismo
INTERCAMBIO IÓNICO
Intercambio
iónico. Operación de separación basada en la transferencia de materia
fluido-sólido.Involucra la transferencia de uno o más iones de la fase fluida
al sólido por intercambio o desplazamiento de iones de la misma carga, que se
encuentran unidos por fuerzas electrostáticas a grupos funcionales
superficiales. La eficacia del proceso depende del equilibrio sólido-fluido y
de la velocidad de transferencia de materia. Los sólidos suelen ser de tipo
polimérico, siendo los más habituales los basados en resinas sintéticas.
Descripción del proceso
Este
proceso consiste en pasar el fluido sobre un intercambiador catiónico y/o
aniónico sólido, reemplazando los cationes y/o aniones por el ion hidrógeno (H+
) y/o el ion hidroxilo (OH- ) respectivamente
La
eficiencia de este proceso depende de factores como la afinidad de la resina
por un ion en particular, el pH del fluido, la concentración de iones, la
temperatura y la difusión; éste último factor está en función de la dimensión
del ion, carga electrostática, temperatura, estructura y tamaño del poro de la
resina
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Principios operativos y su diagrama de partes
Principios
operativos de intercambiador iónico:
Es
una operación unitaria que consiste en la sustitución de uno o varios iones de
una disolución por otros que forman, inicialmente, parte de la estructura de un
sólido, que es la resina de intercambio iónico.
Las
resinas pueden se catiónicas o aniónicas, según inte
rcambien cationes o
aniones.
Se
aplica a todo tipo de proceso de acondicionamiento de agua a nivel industrial
(agua para calderas) o doméstica (lavavajillas). El ablandamiento de agua
consiste en la eliminación de los cationes divalentes calcio y magnesio del
agua, con lo que disminuye su dureza. Se realiza el intercambio en una
columna catiónica, dondo se sustituyen los iones indicados por sodio, que no
forma sales insolubles.
Las
resinas con el paso del agua dura se agotan y deben regenerarse con la
operación inversa, es decir, haciendo circular a su través una disolución
saturada de NaCl.
La
desmineralización del agua, es la eliminación de los iones que contenga.
Se lleva a cabo con dos columnas consecutivas una catiónica y otra
aniónica. En la primera se sustituyen los cationes por protones y en la
segunda los aniones por iones hidróxido. Las resinas se regeneran
respectivamente con ácido sulfúrico e hidróxido de sodio.
Resinas catiónicas y aniónicas.
En
la parte superior de la imagen se muestra una resina catiónica y en la parte
inferior la aniónica.
Diagrama
de partes:
Los
sistemas de intercambio iónico se explotan habitualmente bajo la configuración
de lecho, fijo o móvil, contenido en un depósito adecuadamente configurado para
favorecer la circulación del agua en su interior. Los equipos de tratamiento
consisten en una o varias vasijas cilíndricas cerradas, en cuyo interior la
resina entra en contacto con el agua a tratar y la solución regenerante,
alternativamente. El diagrama muestra el esquema simplificado de una columna de
intercambio iónico. Habitualmente, la columna no se rellena en su totalidad con
la resina, sino que se deja suficiente espacio libre sobre el lecho para
permitir la expansión del mismo que, dependiendo del tipo de resina, puede
oscilar entre el 30% y el 100% del volumen del lecho compactado. El agua de
alimentación al intercambiador, y también las soluciones regenerantes, acceden
a su interior por la parte superior, distribuyéndose uniformemente a través del
lecho en toda la sección de la columna. El agua tratada se recoge en la parte
inferior mediante un sistema de drenaje adecuado. El equipo dispone además de
los circuitos, válvulas y bombas precisos para el correcto desarrollo del ciclo
de operación-regeneración de la resina. Las columnas de intercambio deben
diseñarse considerando la pérdida de carga que se produce en el lecho,
optimizando sección/altura o seleccionando cuidadosamente el tamaño de
partícula. También deben procurar la distribución homogénea del líquido (agua
de alimentación o solución regenerante) en el conjunto del lecho mediante el
correcto dimensionamiento de los caudales de trabajo y de los sistemas de
difusores.
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Usos en la industria y ejemplo de aplicación como parte de un sistema operativo
Usos sistemas de intercambio iónico
Básicamente el intercambio iónico es un
proceso de eliminación de contaminantes presentes en el agua mediante
reacciones químicas para que un ión contaminante se intercambie por otro
presente en un cordón de resina.
Para llevar a cabo esta eliminación se hace
pasar el agua a través del mencionado cordón de resina con lo que los
contaminantes son intercambiados por los iones inocuos que son depositados en
la superficie de la resina. De este modo los contaminantes quedan atrapados y
son liberados los iones..
Estos efluentes acuosos se descartan, sin
embargo, pueden ser reutilizados generando grandes ahorros, tales como:
- Efluentes que pueden contener elementos valiosos, siendo entonces recuperados.
- Efluentes que pueden contener compuestos tóxicos, que pueden ser removidos antes de expuestos al medio ambiente.
- La misma agua puede ser recuperada y reutilizada, trayendo grandes beneficios económicos en la producción.
Aplicaciones de las resinas de intercambio iónico
En los más diversos segmentos industriales,
principalmente en el de galvanoplastia, es posible el reciclaje de básicamente
todas las aguas de lavado, como por ejemplo:
Agua y aceite
Aplicaciones
del intercambio iónico
1. Tratamiento de agua
- ·
Ablandamiento
- ·
Descarbonatación
- ·
Desmineralización
- ·
Agua potable
2.
Industria azucarera
- ·
Ablandamiento de agua para la extracción de azúcar
- ·
Ablandamiento antes de evaporar
- ·
Desmineralización antes de evaporar
- ·
Inversión de sacarosa
- ·
Separación cromatográfica
- ·
Tratamiento de glucosa
3
aplicaciones en la industria alimenticia
- ·
Productos lácteos
- ·
Bebidas
- ·
Jugos de fruta
- ·
Recuperación de polifenoles
- ·
Ácido cítrico
- ·
Aminoácidos
4.
Otras aplicaciones en la industria química
- ·
Recuperación y eliminación de metales
- ·
Producción de sosa y de
cloro
- ·
Fenol
- ·
Purificación de peróxido de hidrógeno
- ·
Eliminación de aldehídos
5.
Catálisis
- ·
Alquilación
- ·
Condensación
- ·
Esterificación
- ·
Eterificación
- ·
Deshidratación
- ·
Hidrogenación
6.
Industria farmacéutica
- ·
Extracción y purificación de antibióticos
- ·
Medicamentos de liberación progresiva
- ·
Resinas utilizadas directamente como medicamento
- ·
Cromatografía de producción
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Los intercambiadores de iones pueden ser:
1) Intercambiadores de cationes, que
intercambian iones cargados positivamente (cationes).
2) Intercambiadores de aniones que
intercambian iones con carga negativa (aniones)
3) Anfóteros que son capaces de intercambiar
cationes y aniones al mismo tiempo.
El intercambio iónico puede explicarse
como una reacción reversible implicando cantidades químicamente equivalentes.
Ejemplo
Un ejemplo común del intercambio
catiónico es la reacción para el ablandamiento del agua:
Ca++
+ 2NaR ↔ CaR + 2Na+
Donde R representa un lugar estacionario
aniónico univalente en la malla del polielectrolito de la fase intercambiador
HUMIDIFICACIÓN
INTERCAMBIO IÓNICO
