Mezcla aire vapor de agua
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Mezcla aire vapor de agua Presentation Transcript

  • 1. PSICROMETRÍAIng. Romualdo Vilca Curo
  • 2. PsicrometríaLa Psicrometría es el estudio de laspropiedades termodinámicas del aireatmosférico.Sus aplicaciones mas comunes se asocian alas mezclas aire vapor de agua.
  • 3. Componentes del Aire AtmosféricoExisten dos componentes en la fase gaseosa: -Aire seco: componente A -Vapor de agua: componente B
  • 4. Aplicaciones de la Psicrometría Control del clima, en especial en el acondicionamiento de aire para el confort termal. Condensación en superficies frías. Enfriamiento Evaporativo Sistemas de almacenamiento de productos. Diseño de equipos de aire acondicionado
  • 5. Cálculos de propiedadesPsicométricas- Método analítico- Diagrama Psicométrico de Carrier
  • 6. Propiedades del aire secoComposición del aireEl aire es una mezcla de varios gases, cuyacomposición varia ligeramente en funciónde la posición geográfica y altitud.El peso molecular aparente del aire secoestándar es de 28.9645
  • 7. Composición estándar del aire Componente % en volumenNitrogeno 78.084Oxigeno 20.9476Argon 0.934Dioxido de carbono 0.0314Neon 0.001818Helio 0.000524Otros gases (Trasas de metano, dioxidode azufre, hidrogeno, kripton y senon) 0.000658 Total 100
  • 8. Volumen especifico del airesecoDonde:Ve = volumen especifico del aire seco (m3/kg)Ta = temperatura absoluta(K)Pa = presión parcial del aire seco (kPa)Ra = Constante de los gases ideales (m3Pa/kg.°K)
  • 9. Calor especifico del aireseco El calor especifico a una atmosfera (101.325kPa) del aire seco, dentro del intervalo de temperatura comprendido entre -40 y 60°C varia desde 0.997kJ/kg.°K hasta 1.022kJ/kg.°K. en la mayoría de los casos puede utilizarse el valor medio 1.005kJ/kg.°K
  • 10. Entalpia de aire seco La entalpia o contenido energético del aire seco es un termino que se define en función a un punto de referencia. En los cálculos psicométricos la presión de referencia es la atmosfera y la temperatura de referencia es 0°C Donde: Ha = entalpia del aire seco (kJ/kg) Ta = temperatura de bulbo seco To = temperatura de referencia (0°C)
  • 11. Temperatura de bulbo seco(Tbs) Es la temperatura del aire medida en un termómetro convencional.
  • 12. Propiedades del vapor deagua El vapor de agua es esencialmente vapor sobre calentado en condiciones de baja presión y temperatura. Se sabe que el peso molecular del agua es 18.01534, de forma que la constante de los gases ideales para el vapor de agua es:
  • 13. Volumen especifico delvapor de agua Por debajo de 66°C, el vapor saturado y sobrecalentado sigue las leyes de los gases ideales. Donde: Vw = volumen especifico (m3/kg) Rw = constante de los gases (m3Pa/kg°K) Tw = temperatura absoluta (°K) Pw = presión parcial del vapor del agua (kPa)
  • 14. Calor especifico del vaporde agua. El calor especifico del vapor saturado como del vapor sobre calentado no varia dentro de los intervalos de temperatura comprendido entre -71 y 124°C, tomanadose generalmente un valor de 1.88KJ/kg°K
  • 15. Entalpia del vapor de agua. Donde:Hw = entalpia del vapor de agua saturado y sobrecalentado (KJ/kg)Ts = Temperatura del ambiente(°C)To = temperatura de referencia (°C)
  • 16. Propiedades de las mezclasaire – vapor de aguaLey de Gibbs-Dalton Las mezclas aire-vapor de agua existentes en la atmosfera siguen la ley de Gibbs-Dalton, de forma que la presión ejercida por una mezcla de gases es la misma que la suma de las que ejercían los gases constituyentes. El aire atmosférico se encuentra a una presión total igual a la presión barométrica de la ley de Gibbs-Dalton. Donde: Pb = presión total o presión barométrica del aire húmedo (kPa) Pa = presión parcial ejercido por el aire seco (kPa) Pw = presión parcial ejercida por el vapor de agua (kPa)
  • 17. PUNTO DE ROCIO Cuando una mezcla aire-vapor se enfría a presión y relación de humedad constantes se alcanzan una temperatura en la que la mezcla se satura, y por debajo de la cual se produce condensación de la humedad.
  • 18. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMAAIRE-VAPOR DE AGUA Temperatura del Punto de Rocío (TPR)Es la temperatura a la cual ocurre lacondensación cuando el aire se enfría a humedadabsoluta y a presión constantesPuede considerarse como la temperatura desaturación correspondiente a la humedadabsoluta y presión de vapor del aire húmedo.
  • 19. Interacción termal del cuerpo humano y elmedio ambiente
  • 20. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMAAIRE-VAPOR DE AGUA Temperatura de Bulbo Húmedo (Tbh) Es la temperatura del aire medida en un termómetro de bulbo húmedo.
  • 21. Temperatura de Bulbo Seco y Temperatura de Bulbo Húmedo V  5,0 m/s
  • 22. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBO HÚMEDOLa temperatura de bulbo húmedo psicrométrica (Tbh) esla temperatura del aire húmedo que indica untermómetro cuyo bulbo está cubierto de una gasahúmeda.La temperatura de bulbo húmedo termodinámica (Tbh*)es la temperatura alcanzada por el aire húmedo y elagua si el aire se satura adiabáticamente por el aguaque se evapora.Las Tbh psicrométrica y termodinámica para airehúmedo son casi iguales, en el intervalo de condicionesempleadas en el procesamiento de PRODUCTOS.
  • 23. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBO HÚMEDO (2)Considere la siguiente situación :Como Tbs>Tbh, hay un gradiente favorable para latransferencia de calor hacia la gota
  • 24. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBO HÚMEDO (3)Para que se mantenga en equilibrio (estadoestable: q=X xdonde:X = kg de agua evaporada/h x = Calor latente de evaporación (kJ/kg)
  • 25. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBO HÚMEDO (4)La transferencia de calor depende de:1. El área de transferencia, A.2. El coeficiente de transferencia de calor (hc + hr), donde hc es el coeficiente de transferencia por convección, y hr el coeficiente de transferencia por radiación.3. El gradiente de temperaturas.
  • 26. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBOHÚMEDO (5) Entonces: q = (hc + hr) A (Tbs - Tbh) La cantidad de agua transferida desde lasuperficie de la gota puede ser definida como:   NA  KgA( px  pg )donde: Como:NA = Kgmol/hpx = presión parcial de vapor en la superficie de la gota. X = 18.02 NApg = presión parcial de vapor en la masa de aire.
  • 27. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBOHÚMEDO (6)Entonces:   x  18.02 KgA( px  pg )Sustituyendo:  (hc  hr ) A(Tbs  Tbh)  18.02 KgA( px  pg )x
  • 28. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBOHÚMEDO (7)   (hc  hr )(Tbs  Tbh) ( px  pg )  18.02 Kgx Como normalmente hr es despreciable en comparación con hc:   hc ( px  pg )  (Tbs  Tbh) 18.02 Kgx Ecuación básica del concepto de bulbo húmedo
  • 29. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBOHÚMEDO (8) Factores que influyen sobre Tbh Como hc y Kg son afectados por los mismos factores, si se modifica hc, Kg también lo hará en forma proporcional, por lo que puede considerarse que hc/Kg = constante.Por otro lado, el rango de variación de x es pequeño (530-620 Kcal/Kg) y puede considerarse con un valor promedioconstante de 555 Kcal/Kg.
  • 30. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBO HÚMEDO (9)Adicionalmente, la presión parcial de vapor parala mayor parte de las mezclas aire-vapor de aguaes muy pequeña y entonces la humedad:  18.02 p H  28.97(1  p )
  • 31. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBOHÚMEDO (10)Por lo que:  28.97 Hx  28.97 Hg px  y pg  18.02 18.02donde:Hx = Humedad en la superficie de la gota.Hg = Humedad en la masa de aire.
  • 32. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBOHÚMEDO (11)Entonces, hc Hx  Hg  (Tbs  Tbh) 28.97xKgCuando Tbh=Tbs, Hx=Hg y el aire estará saturado.En la mayoría de los casos, Tbs>Tbh y Hg<Hx
  • 33. TEORIA DEL TERMÓMETRO DE BULBOHÚMEDO (12) Al representar esta ecuación en el gráficopsicrométrico obtenemos una línea casi recta: hc hc Hg  Tbs  Tbh  Hx 28.97xKg 28.97xKg
  • 34. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMAAIRE-VAPOR DE AGUA Humedad Absoluta (W). Se define como los kilogramos de vapor de agua contenidos por kilogramo de aire seco
  • 35. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMAAIRE-VAPOR DE AGUA Entalpía Específica (he).Es la cantidad de energía que tiene el aire por unidad de aire seco.
  • 36. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMAAIRE-VAPOR DE AGUA Volumen Específico (Ve).Es el volumen que ocupa el aire por unidad de kilogramo de aire seco.
  • 37. 1.2 PROPIEDADES BASICAS DEL SISTEMA AIRE-VAPOR DE AGUA Volumen Húmedo (Vh)El volumen húmedo de una mezcla aire-vapor de agua es lasuma del volumen de 1 Kg de aire seco más el volumen del vapor de agua que lo acompaña. Utilizando la ley de gas ideal: 22.4T  1 H  Vh    PMB PMA  273   donde: Vh = m3/Kg aire seco
  • 38. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMA AIRE-VAPOR DE AGUA Humedad Relativa (HR) Se define como la razón de la presión de vapor real en el aire, a la presión de aire saturado a la misma temperatura. HR = ( pA /pA) x 100 T=ctedonde:  pA = presión parcial de vapor de agua, (Pa)pA = presión de vapor del líquido a temperatura T, (Pa)
  • 39. Estados del agua
  • 40. Cambio de fases del agua
  • 41. Cambio de fases del agua
  • 42. Humedad Relativa
  • 43. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMAAIRE-VAPOR DE AGUA Presión de vapor (Pv). Es la presión que ejercen las moléculas de vapor de agua presentes en el aire.
  • 44. PROPIEDADES BÁSICAS DEL SISTEMA AIRE-VAPOR DE AGUA Entalpía total (H) Es el contenido entálpico de 1 kg de gas más el vapor que lo acompaña tomando como referencia una cierta temperatura Está determinado por tres factores:1.- El calor sensible del gas libre de vapor.2.- El calor latente ( ) del líquido a la temperatura de referencia(To).3.- El calor sensible del vapor.
  • 45. PROPIEDADES BASICAS DEL SISTEMAAIRE-VAPOR DE AGUAAsí:h = CpB (T - To) + H + HCpA (T - To)h=H + Cs (T - To)
  • 46. 1.2 PROPIEDADES BASICAS DELSISTEMA AIRE-VAPOR DE AGUA Calor húmedo (Cs) Es el calor específico del aire con el vapor deagua que contiene, esto es, el número de Kcalnecesarias para aumentar la temperatura de 1 kilogramo de gas más el vapor que lo acompaña, en 1°C. Cs = CpB + HCpA donde: CpB = calor específico del gas, Kcal/Kg.°C CpA = calor específico del vapor de agua, Kcal/Kg.°C
  • 47. Esquema de un psicrómetro
  • 48. Carta Psicrométrica La carta psicrométrica da las siguientes propiedades termodinámicas del aire húmedo a diferentes presiones atmósfericas:a) Temperatura de bulbo secob) Temperatura de bulbo húmedoc) Temperatura del punto de Rocío (o saturación)d) Contenido de humedade) Humedad Relativaf) Volumen Específicog) Entalpíah) Presión de vapor
  • 49. Ubicación delapropiedadesdel aire en lacartaPsicrométrica
  • 50. Ubicación delapropiedadesdel aire en lacartaPsicrométrica
  • 51. CartaPsicrométrica
  • 52. CartaPsicrométrica
  • 53. Carta Psicrométrica Humidity Ratio (W) Dry Bulb Temperature Válida sólo para una determinada presión
  • 54. Lectura delaspropiedadesdel aire en lacartaPsicrométrica
  • 55. Procesos Psicrométricos1. Calentamiento Sensible2. Enfriamiento Sensible3. Humidificación Adiabática4. Deshumidificación por enfriamiento5. Mezcla de Aires
  • 56. Procesos Psicrométricos :Calentamiento Sensible1. Esquema del proceso
  • 57. Procesos Psicrométricos :Calentamiento Sensible1. Esquema del proceso
  • 58. Procesos Psicrométricos :Enfriamiento Sensible1. Esquema del proceso 2 1
  • 59. Procesos Psicrométricos : Humidificación Adiabática1. Esquema del proceso
  • 60. Procesos Psicrométricos :Humidificación Adiabática1. Esquema del proceso
  • 61. Procesos Psicrométricos :Deshumidificación por enfriamiento1. Esquema del proceso
  • 62. Procesos Psicrométricos :Deshumidificación por enfriamiento1. Esquema del proceso
  • 63. Procesos Psicrométricos :Deshumidificación por enfriamiento1. Representación en la Carta Psicrométrica
  • 64. Procesos Psicrométricos :Mezcla de Aires 1. Esquema del proceso
  • 65. Mezcla de Aires
  • 66. Procesos Psicrométricos :Mezcla de AiresEn varias ocasiones se presenta el mezclado dedos corrientes de aire con distinto flujo másico,temperatura y humedadLos balances de materia y energía para unproceso de este tipo son:m1 + m2 = m3m1W1 + m2W2 = m3W3m1h1 + m2h2 = m3h3
  • 67. Mezcla de Aires en la CartaPsicrométrica
  • 68. Zona de confort térmico