UMIDIFICAÇÃO DE COLUNA DE RECHEIO

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UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA DE LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III
Tubarão/SC, 18 de abril de 2017
PRÁTICA: UMIDIFICAÇÃO DE COLUNA DE RECHEIO
EQUIPE DE TRABALHO:
Barbara Furlan Hübbe;
Giovana Lara Acco;
José Luiz Vieira;
Patrícia Carvalho;
Rafaela Brognara Albino;
Rogério de Souza Junior.
INTRODUÇÃO 
A umidificação é utilizada para controle de umidade do ambiente quando a água se difunde no ar, ou para resfriamento e recuperação da água de processo pelo contato com ar de baixa umidade. Esse processo é utilizado em torres de resfriamento, onde a água escoada é aquecida pelo processo e então repassada para a torre de resfriamento. Neste processo, há transferência de massa da fase gasosa para a condensada, aumentando a umidade absoluta de um gás (ar). 
O projeto de uma torre de resfriamento parte dos valores da vazão e da temperatura da água a ser resfriada. Então, uma vez específicada a geometria da torre em termos de suas dimensões e tipo de enchimento, o funcionamento adequado dependerá do controle da vazão de ar. Em termos de insumo energético, a torre demandará potência para fazer escoar o ar, sendo que o enchimento da torre é um elemento que introduz perda de carga; a água deverá ser bombeada até o ponto de aspersão.
1.1. Objetivos específicos 
Determinar o coeficiente de Transferência de Massa (Kya);
Determinar a carga térmica ou de resfriamento da água (Q);
Apresentar os cálculos realizados;
Abordar sucintamente o referencial teórico do tema. 
REVISÃO TEÓRICA 
Uma torre de resfriamento, é uma coluna de transferência de massa e calor, projetada de forma a permitir uma grande área de contato entre as duas correntes. Isso é obtido mediante a aspersão da água líquida na parte superior e do recheio da torre, que aumentam o tempo de permanência da água no seu interior e a superfície de contato entre água e ar.
No processo de resfriamento de água, a água quente entra em contato com uma mistura de gás e vapor, mais fria. A massa e o calor são transferidos para a fase gasosa. Por isso, os sinais dos termos da força motriz e das velocidades de transferência são positivos.
Figura 1 – Esquema umidificador/torre de resfriamento
Fonte: Apostila Operações Unitárias III, 2017.
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
3.1. Materiais
Termopar;
Termômetro; 
Água;
Cronômetro;
Proveta;
Rotâmetro;
Coluna de recheio;
Mangueiras;
Sela Intalox 1/2” de cerâmica.
3.2. Métodos
Para a determinação experimental do coeficiente de Transferência de massa e carga térmica da torre, foi utilizado uma coluna de vidro, com recheio Sela Intalox ½” de cerâmica. A vazão de massa de ar entrava ao fundo da coluna, passando pela coluna de recheio e saindo ao topo, enquanto água escorria do topo da coluna transpassava o recheio e escoava através de uma manqueira. 
A vazão de massa de ar foi medida por rotâmetro, enquanto que a de água por uma proveta e cronômetro. Foi medido também a temperatura do ar que entrava no fundo e saia no topo da coluna, assim como as temperaturas de bulbo úmido que foram repassadas pelo professor posteriormente. As temperaturas do líquido ao entrar e sair da coluna foram medidas através de um termopar e altura da coluna de recheio, medida por um integrante da equipe por régua. Valores estes obtidos para que pudessem ser feitos os cálculos necessários.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Dados
Y = Umidade absoluta do gás no topo da coluna
Z = Altura do recheio = 49 cm = 0,49 m
S = Área da coluna = 0,1242 m2
V = Vazão volumétrica do ar nos rotâmetros = 136,38 L/min = 8,183 m3/h
L = Vazão volumétrica de água = 6,81 mL/s = 0,0245 m3/h
TV1 = Temperatura do ar = 24,5ºC = 76,1ºF
TV2 = Temperatura do ar = 47,3ºC = 117,14ºF
TBU1 = Temperatura de bulbo úmido = 13ºC = 55,4ºF
TBU2 = Temperatura de bulbo úmido = 46,5ºC = 115,7ºF
TL2 = Termopar = 55ºC 
TL1 = Termômetro = 39ºC
CL = 1 cal/gºC
Di = 75 mm
Tempo = 69 s
Densidade ar = 1,187 kg/m3
Densidade água = 1000 kg/m3
 Carga térmica de resfriamento da água
	A vazão volumétrica da água L, foi convertida para unidade de massa, para que na finalização do cálculo, fosse obtido a unidade em kcal/h.
Foi calculado a carga térmica de resfriamento da água, pela seguinte fórmula:
 392 kcal/h
Coeficiente de Transferência de massa 
As frações de água (vapor) presentes no ar, foram retirados segundo as temperaturas do ar e bulbulo úmido da carta psicométrica, e posteriormente convertidos para fração mássica.
	Para cáculo do número de unidade de transferência, foi utilizada a integral:
	
	A integral foi integrada conforme os resultados a seguir:
	
 
	O coeficiente de transferência de massa (Tm = kya) é calculado pela fórmula:
 
CONCLUSÕES
	No processo de umidificação o Kya diminuia com o aumento da temperatura. Este resultado ocorreu, porque o aumento da temperatura também aumentou o gradiente de transferência de calor da torre. Sendo este um processo controlado pelas transferências de calor e massa, o aumento do gradiente de temperatura aumentava a transferência de calor, que aumentava a transferência de massa, aumentando a eficiência global do sistema.
	Na carga térmica de resfriamento da água, o aumento da temperatura da entrada do projeto de torre de resfriamento para um valor fixo aumentou o desempenho da torre de resfriamento e permitiu que mais calor fosse removido. 
O  desempenho de  uma torre  de  resfriamento varia, entre  outros fatores, conforme  a  temperatura do ar  ambiente, umidade do ar, temperatura de bulbo úmido.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
MATOS, S.P. Operações Unitárias: Fundamentos, Transformações e Aplicações dos Fenômenos Físicos e Químicos. 1ª ed. p.50, 20015.
INCROPERA, Frank P. Fundamentos de transferência de calor e de massa. 6 ed. Rio de Janeiro: E. LTC, 2008.
FOUST, A. S., WENZEL, L. A., CLUMP, C.W., MAUS, L., ANDERSERN, L.B. Princípio das operações unitárias. 2ª ed. p.138, 1982.