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Investigación teórico experimental de un desalinizador de tipo humidificación-deshumidificación dispuesto con intercambiadores de calor y masa de contacto directo
Experimental and theoretical investigation of a direct-contact humidification-dehumidification desalination system
ALEJANDRO ALVAREZ MORALES
Daniel Sauceda Carvajal
RODGER TERENCE EVANS
Acceso Abierto
Atribución
Humidificación, deshumidificación, contacto directo
Humidification, dehumidification, direct contact
En este trabajo se presenta una investigación numérica y experimental de un sistema de desalinización por humidificación-deshumidificación usando intercambiadores de calor de contacto directo. El sistema opera en circuitos abiertos tanto para el aire como para el agua y no contiene materiales o dispositivos de relleno dentro del humidificador o del deshumidificador. Las ecuaciones de conservación de masa y energía en estado estacionario se resolvieron mediante un esquema de diferencias finitas, durante la solución, las propiedades de los fluidos se evaluaron tomando en cuenta una malla nodal y se analizaron los efectos de las principales propiedades de los fluidos de trabajo, así como los efectos de la geometría de los intercambiadores de calor a través de la variación de la relación de alturas entre ambos equipos. La mayor producción alcanzada fue de 242.2 kg/h con una relación de alturas de 2.0. El aumento de la relación de altura favorece el desempeño del sistema; sin embargo, los incrementos en la producción de agua dulce con una relación de alturas mayor a 1.5 no fueron significativos. Dado que no se consideró ningún proceso de recuperación de calor en la configuración estudiada, la relación de producto obtenido (GOR) calculada fue consistentemente bajo para todos los casos analizados. El valor máximo de GOR obtenido fue de 0.58. Se fabricó e instrumentó una instalación experimental donde se reprodujeron las condiciones de operación de una planta de desalinización con las características planteadas en el estudio numérico. Los resultaros experimentales se compararon con resultados numéricos obteniendo errores relativos no mayores al 10\% para las temperaturas del aire de salida del humidificador y errores relativos menores a un 4.5\% para la temperatura de salida del deshumidificador. La mayor producción alcanzada en la instalación experimental fue de 3.2 L/día, con un suministro de energía térmica de 88 kWh. La salinidad de la salmuera generada por el sistema se calculó con un valor de 35.10 ppm.
This work presents a numerical and experimental study of a Humidification Dehumidification desalination system using direct contact heat exchangers. The system operates in open circuits for both air and water and contains no packing materials or devices inside the humidifier or dehumidifier. The mass and energy conservation equations in stationary state were solved by means of a scheme of finite differences. During the solution, the properties of the fluids were evaluated taking into account a nodal mesh and the effects of the main properties of the working fluids were analyzed, as well as the effects of the geometry of the heat exchangers through the variation of the relation of heights between both devices. The highest freshwater production was 242.2 kg/h with a height ratio of 2.0. The increase in the height ratio favors the performance of the system; however, the increases in freshwater production with a height ratio greater than 1.5 were not significant. Since no heat recovery process was considered in the configuration studied, the calculated Gained-output ratio (GOR) was consistently low for all cases analyzed. The maximum GOR obtained was 0.58. An experimental facility was manufactured and instrumented where the operating conditions of a desalination plant were reproduced with the conditions raised in the numerical study. The experimental results were compared with numerical results obtaining relative errors not greater than 10\% for the humidifier outlet air temperatures and relative errors less than 4.5\% for the dehumidifier outlet temperature. The highest production reached in the experimental installation was 3.2 L/day, with a thermal energy supply of 88 kWh. The salinity of the brine generated by the system was calculated with a value of 35.1015 ppm.
CICESE
2019
Tesis de doctorado
Español
Álvarez Morales, A. 2019. Investigación teórico experimental de un desalinizador de tipo humidificación-deshumidificación dispuesto con intercambiadores de calor y masa de contacto directo. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 113 pp.
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