Humidificación e Intercambio Iónico
Introducción
Tanto Humidificación e Intercambio iónico son dos operaciones unitarias ampliamente utilizadas en las plantas industriales una se caracteriza por la transferencia de materia entre una fase líquida pura y un gas permanente que es casi insoluble en el líquido, mientras el intercambio 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.
Esquema básico de un Humidificador.
Esquema de un Intercambiador iónico
contiene solamente un componente y no hay gradientes de concentración ni resistencia
a la transferencia de materia en la fase líquida.
Por otra parte, tanto la transferencia de calor como la transferencia de materia son importantes y se condicionan mutuamente.
Humidificación
Es una
operación unitaria en la cual se da una transferencia simultánea de
materia y calor sin la presencia de una fuente de calor externa, 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 el aire. Su principal aplicación industrial es el
enfriamiento de agua de refrigeración.
Humificadores
Son dispositivos que regulan la humedad ambiente de donde se
encuentran, puede ser desde una pequeña habitación hasta un edificio
entero. La mayoría de las veces se usan en hogares, hospitales, hoteles y
laboratorios ya que deben tener una humedad específica y controlada.
Cuando tenemos la humedad controlada al mismo tiempo estamos regulando
la climatización de la vivienda ya que la presión del ambiente cambia.
Se usa especialmente para restaurar el nivel de humedad relativa cuando
en verano el aumento de temperatura produce una disminución de ésta. Existen 3 tipos:
-
Humidificadores Fríos (ultrasónicos)
-
Humidificadores Calientes (electrodos)
-
Humidificadores Calientes (evaporación)
El diseño mas simple de un Humidificador
Funcionamiento.
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 interfase.
El seno del líquido cede entonces calor a la interfase, y por lo tanto se enfría.
A su vez, el agua evaporada en la interfase se transfiere al aire, por lo que se humidifica.
Usos en la Industria
La
principal aplicación de la humidificación y de la deshumidificación es
en el acondicionamiento de aire y en el secado de gases. Un aspecto de
interésrelacionado con esta operación básica es el enfriamiento de aguas
después de un proceso industrial, con el fin de poder ser utilizada
nuevamente; el equipo utilizado tiene forma de torre en la que el agua
caliente se introduce por la parte superior y fluye sobre un relleno en
contracorriente con aire que entra por la parte inferior de la torre de
enfriamiento.
Aplicación en la industria de alimentos
El
conocimiento de los procesos de humidificación y deshumidificación, 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.
Las ventajas de usar
humidificadores son muchas, con beneficios en la industria hasta en los
invernaderos. Un ejemplo es cuando se trabaja con el alcohol, se puede
manipular la evaporación del mismo, trayendo como beneficio un ahorro de
hasta el 5%. Otro beneficio es durante el proceso del vino ya que evita
la producción de mermas.
Tipos de humidificadores:
humidificador ultrasónico:
Son humidificadores evaporativos de vapor frío dependen de los ventiladores
para soplar aire a través de sus filtros de mecha. Por otro lado, los
humidificadores ultrasónicos, contienen una pequeña placa de metal que vibra a una frecuencia ultrasónica.
Humidificador Electrodo:
El funcionamiento de los humidificadores por electrodos sumergidos se basa en un principio físico muy sencillo. Debido a que el agua potable común contiene una cierta cantidad de sales minerales disueltas y es, por lo tanto, ligeramente conductora, aplicando una tensión a los electrodos metálicos sumergidos en el agua, se obtiene un paso de corriente eléctrica que calienta el agua hasta la ebullición, produciendo vapor.
Humidificador Evaporización:
El agua se calienta hasta la ebullición y luego se libera en el aire.
Sus desventajas son el nivel de ruido bastante alto, el consumo de
energía eléctrica y la necesidad de una limpieza periódica para prevenir
la formación de piedra caliza.
Intercambio Ionico.
Es una Operación unitaria de separación basada en la transferencia de materia fluido-sólido.
El intercambio iónico
es un proceso reversible, estequiométrico y rápido mediante el cual la fase
sólida retira y retiene algunos iones de la solución del suelo, al tiempo que
le entrega cantidades equivalentes de otros, para establecer un nuevo
equilibrio entre las dos fases
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.
¿Pero de
qué se trata exactamente el intercambio iónico?
El
intercambio iónico describe un proceso químico específico en el que iones
disueltos no deseados son intercambiados por otros iones con una carga similar.
Los iones son átomos o moléculas que contienen un número total de electrones
que no es igual al número total de protones.
Hay dos
grupos diferentes de iones, los cationes, que están cargados en forma positiva,
y los aniones, que están cargados en forma negativa. Tenemos que agradecerle a
Michael Faraday por estos nombres, que provienen de la atracción de los
cationes hacia el cátodo y de la atracción de los aniones hacia el ánodo en un
dispositivo galvánico.
Aplicaciones de las resinas intercambiadoras en acondicionamiento de aguas
El Intercambio Iónico en el Tratamiento del Agua
Potable
En
forma reciente ha comenzado a incrementarse el uso de resinas de intercambio
iónico para la producción de agua potable. Se han diseñado resinas especiales
para tratar diversos contaminantes realmente perjudiciales, como el perclorato
y el uranio.
Hay
diversas resinas diseñadas para estos propósitos, como la resina de base fuerte
/ anión fuerte, que se utiliza para eliminar nitratos y percloratos. También
hay perlas de resina que se pueden utilizar para el ablandamiento del agua.
El
proceso de ablandamiento principalmente es por medio de precipitación química o
por medio del uso de resinas intercambiadoras de iones en ciclo sódico. En las
siguientes tablas se muestran la clasificación del grado de dureza para
diferentes aguas y la concentración de CaCO3 en los distintos tipos de agua.
Usos en la industria
- Ablandamiento, separación de calcio y magnesio.
- Desmineralización
- Tratamiento de agua.Proceso muy utilizado en las fábricas textiles.
Tipos de Intercambiador Ionico.
Existen 3 clases de intercambiador ionico:
- Intercambiadores de cationes, que intercambian iones cargados positivamente (cationes).
- Intercambiadores de aniones que intercambian iones con carga negativa (aniones).
- Anfóteros que son capaces de intercambiar cationes y aniones al mismo tiempo.
Tips sobre el uso de resinas para el intercambio iónico:
- Medidas de precaución.
- Toxicidad.
- Eliminación.
- Almacenamiento.
Fuentes/Enlaces:
- https://www.condair.ec/humidificadores-de-vapor/Serie%20EL%20Humidificadores
- https://www.carel.es/immersed-electrode-humidifiers
- https://www.academia.edu/20215870/Humidificadores
- https://www.humidificadores.mx/
- https://www.condair.ec/aplicaciones/
- https://comprarmihumidificador.com/humidificadores-ultrasonicos/
- https://www.fluencecorp.com/es/que-es-el-intercambio-ionico/
- https://www.ecured.cu/Intercambio_i%C3%B3nico
- http://www.industriaquimica.net/intercambio-ionico.html
- https://www.fluencecorp.com/es/que-es-el-intercambio-ionico/
- https://www.quiminet.com/articulos/la-importancia-del-uso-de-las-resinas-de-intercambio-ionico-3841833.htm
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