Las operaciones más sencillas en las que se presenta una transferencia simultánea de masa y calor son la humidificación y la deshumidificacion. En estas operaciones solamente están involucradas dos fases y dos componentes: una fase liquida (agua generalmente) y una fase gaseosa compuesta por un gas incondensable a temperatura ambiente; y en el que la primera se encuentra como vapor. Torres de enfriamiento: Se logra mediante el contacto directo con aire, el cual se encuentra a una temperatura menor que el agua. Tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible y latente de una corriente de aire seco y frío que circula por el mismo aparato. Operaciones de humidificación: Se utilizan para controlar la humedad de un proceso, pero más frecuentemente, para enfriar y recuperar el agua utilizada como medio de enfriamiento en un proceso. Implican transferencia de materia entre una fase liquida pura y un gas que es casi insoluble con el líquido. Es una operación en la que ocurre de manera simultánea transferencia de masa y de calor, condicionada mutuamente. Radiación: Es la transmisión de calor entre dos cuerpos los cuales, en un instante dado, tienen temperaturas distintas, sin que entre ellos exista contacto ni conexión por otro sólido conductor. Este efecto será probablemente muy pequeño en condiciones normales y puede despreciase. Conducción y convección: Dependerá de la diferencia de temperatura, la superficie expuesta, la velocidad del aire, etc. Conducción: Es el fenómeno consistente en la propagación de calor entre dos cuerpos o partes de un mismo cuerpo a diferente temperatura debido a la agitación térmica de las moléculas, no existiendo un desplazamiento real de estas. Convección: Es la transmisión de calor por movimiento real de las moléculas de una sustancia. Este fenómeno sólo podrá producirse en fluidos en los que por movimiento natural (diferencia de densidades) o circulación forzada (con la ayuda de ventiladores, bombas, etc.) puedan las partículas desplazarse transportando el calor sin interrumpir la continuidad física del cuerpo. Evaporación: este es, por mucho, el efecto más importante. El enfriamiento tiene lugar porque las moléculas de agua se difunden desde la superficie hacia el aire que la rodea. Estas moléculas son reemplazadas por otras del líquido evaporado y la energía que se requiere para este proceso se toma del líquido que permanece. Evaporación en una superficie húmeda: El ritmo de evaporación de una superficie húmeda hacia el aire que la envuelve depende de la diferencia de presión de vapor entre la superficie del líquido, es decir, la presión de saturación que corresponde a la temperatura de esa superficie y la presión de vapor del aire que la envuelve. Esta última depende de la presión total del aire y de su humedad absoluta.
Temperatura de bulbo húmedo: Es la temperatura de equilibrio alcanzada por la superficie en condiciones adiabáticas, es decir, en ausencia de pérdidas o ganancias de calor externo al sistema.
Temperatura de bulbo seco: Es la medida con un termómetro convencional de mercurio o similar cuyo bulbo se encuentra seco.
Rendimiento de la torre de refrigeración: Los siguientes factores afectan el rendimiento de una torre de refrigeración: La velocidad del flujo del aire. La velocidad del flujo del agua. La temperatura del agua La temperatura del aire y la humedad en la entrada, en especial la temperatura de bulbo húmedo. El tipo de empaque que se use. El área y volumen del empaque. La torre de enfriamiento permite que todos estos factores se puedan modificar de manera que se pueda llegar a tener una idea general de las características de una torre de enfriamiento. Clasificación de las torres de enfriamiento: Torres de enfriamiento Tiro natural: No existe ventilador y el flujo de aire es consecuencia únicamente de la convección natural. Torres de enfriamiento de Tiro Mecánico: El agua caliente que llega a la torre puede distribuirse por boquillas, aspersores o compartimientos que dejan pasar hacia abajo el flujo de agua a través de unos orificios. Torres de enfriamiento de Tiro Forzado : El aire se fuerza por un ventilador situado en el fondo de la torre y se descarga por la parte superior; o el ventilador se encuentra instalado en la parte inferior de la torre, de manera que el aire es empujado.
Características de las torres de Tiro Forzado: Descarga de aire a baja velocidad por la parte superior de la torre. Flujo en contracorriente y cruzado. Más eficientes que TI (Tipo Inducido). Aire frio de mayor densidad que TI. Mayor duración del equipo que TI. Inconvenientes: Puede existir recirculación del aire de salida hacia la zona de baja presión (creada por el ventilador en la entrada de aire). Intervalo de refrigeración: Diferencia entre la temperatura del agua a la entrada y a la salida de la torre. Carga de refrigeración: Calor que se extrae del agua. Puede expresarse en kW, BTU / h, o kCal/h. Entrada: Cantidad de agua fresca que debe suministrarse al circuito de agua para compensar las pérdidas debidas a la evaporación o a otra causas.
Arrastre: Gotas de agua que son arrastradas por la corriente de aire que sale de la torre. Empaquetado o relleno: Material sobre el cual fluye el agua, conforme cae a través de la torre de manera que se presenta una gran superficie de agua a la corriente de aire . Aproximación de Bulbo húmedo : Diferencia entre la temperatura del agua que sale de la torre y la temperatura de bulbo húmedo del aire que entra.
Capacidad calorífica (Cp): Es el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que experimenta. En una forma menos formal es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura de una determinada sustancia. Higrómetro: Es un instrumento utilizado para medir el contenido de agua de la atmosfera. Existen muchos tipos de higrómetros diferentes. La lectura los valores de las humedades relativas porcentuales, junto al uso de las cartas de humedad o Psicométricas permiten determinar las propiedades necesarias para especificar un sistema aire-agua.
Leyes de Dalton y de Gibbs: El aire es una mezcla de aire seco (oxigeno, nitrógeno y otros gases) y vapor de agua. El comportamiento de tal mezcla viene gobernado por las leyes de Dalton y de Gibbs. La presión total del aire es igual a la suma de las presiones que el aire seco y el vapor de agua ejercerían por separado si ocuparan todo el volumen de la mezcla a la temperatura. El aire seco y el vapor de agua respectivamente obedecen las relaciones normales de propiedades correspondientes a sus presiones parciales La entalpia de la mezcla puede calcularse sumando las entalpias que el aire seco y el vapor de agua tendrían si cada uno de ellos fuera el único ocupante del espacio ocupado por la mezcla a la misma temperatura
