Diseño de un desalinizador de agua a escala piloto por humidificación-deshumidificación de aire empleando columnas de burbujeo

Abstract

Resumen .- El presente trabajo tuvo como objeto el diseño de un desalinizador de agua de mar a escala piloto por humidificación – deshumidificación de aire empleando columnas de burbujeo. Se montó un sistema experimental que permitió investigar la influencia del flujo de aire y la temperatura de humidificación sobre la producción de condensado. Se aplicó un diseño experimental factorial 32 cuyos niveles fueron 40, 50 y 60 L/min para el flujo de aire y 50 y 60 ºC para la temperatura; se realizaron dos repeticiones. Empleando un análisis estadístico de los datos recolectados se determinó que la influencia de la temperatura es determinante en el proceso y que las mejores condiciones de operación corresponden a 60 L/min para el flujo de aire y 60 ºC para la temperatura. Bajo dichas condiciones se produjo en promedio 0,601 kg/h de agua y se estableció un rendimiento del 83 %. Adicionalmente se halló que la efectividad del humidificador y deshumidificador fue igual a 0,935 y 0,995 respectivamente. Con los resultados obtenidos se procedió a dimensionar un sistema capaz de producir 1000 L de agua al día. El dimensionamiento de las columnas de burbujeo se realizó tomando como criterios de escalado la velocidad superficial del gas, el coeficiente volumétrico de transferencia de masa y el número de Froude. Para determinar los valores de las corrientes involucradas en el proceso se efectuaron balances de masa y energía en cada unidad. Se especificaron las condiciones de operación y se diseñaron los serpentines de refrigeración y aspersores. A continuación se seleccionaron el compresor de aire, las bombas y los eliminadores de niebla. Finalmente se realizó una estimación económica que dio como resultado un costo de $ 62,26/m3 la producción de agua fresca a escala piloto. Abstract .- The objective of this work was to design a pilot scale seawater desalinator via air humidification – dehumidification using bubble columns. In order to investigate the influence of air flow and humidification temperature over condensate production, an experimental system was mounted and a 32 factorial experimental design was applied. Variable levels were 40, 50 and 60 L/min for air flow and 50 and 60 °C for temperature; two repetitions were performed. Through a statistical analysis of the data collected it was determined that the influence of temperature is crucial in the process and that the best operating conditions are 60 L/min for air flow and 60 °C for humidification temperature. Under these conditions, an average of 0,601 kg/h of water was produced, reaching a yield of 83 %. Additionally it was found that the effectiveness of the humidifier and dehumidifier was 0.935 and 0.995 respectively. With the results obtained, a system capable of producing 1000 L of water per day was dimensioned. Bubble column size was found considering superficial gas velocity, volumetric mass transfer coefficient and Froude number as scaling criteria. To determine the values of the currents involved in the process, mass and energy balances were made in each unit. Operating conditions were specified and both cooling coils and spargers were designed. Air compressor, pumps and mist eliminators were also selected. Finally, the estimate cost of fresh water production at pilot scale was found to be $ 62.26/m3.