Este documento presenta los resultados de un experimento para acondicionar el aire de un cultivo de flores. Se calibran los rotámetros de aire y agua y se analiza cómo varía la humedad del aire de salida al variar la temperatura. Los cálculos muestran que para un invernadero de 1000 m3 se requieren 24087,6 kJ de energía para elevar la temperatura del aire de 0°C a 20°C y mantener una humedad del 50,61%.

1. FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL
Seneth Mayelli Pulido Saenza, María Camila Fajardo Sanabriab, Camilo Andrés Espinel
Sarmientoc, Luis Mauricio Contreras Clavijod
a smpulidos@unal.edu.co, b macfajardosa@unal.edu.co, c caespinels@unal.edu.co, d
lmcontrerascl@unal.edu.co
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INFORME ACONDICIONAMIENTO DE CONDICIONES PARA UN CULTIVO DE
FLORES
1. RESUMEN
Para el desarrollo de la práctica se cuenta con un equipo de humificación en el que es posible
acondicionar tanto la humedad como la temperatura del aire. El equipo cuenta con rotámetros
que permiten medir tanto la velocidad de aire en el sistema, el cual se asume que no tiene
perdidas a lo largo del recorrido, como el flujo de agua que ingresa para humidificar el aire.
Durante el desarrollo de la misma se pudo visualizar el comportamiento de la humedad en una
corriente de aire continua en función de la temperatura que finalmente permitió determinar la
temperatura adecuada para acondicionar el aire del cultivo de flores.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el flujo másico de aire y agua que logren acondicionar el aire dentro del
invernadero donde se encuentra el cultivo de flores.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Presentar las curvas de calibración del rotámetro del aire y el agua.
• .Analizar el proceso de humidificación del aire

2. 3. DATOS
Tabla 1. Datos para la calibración del rotámetro de aire.
Calibración de rotámetro de flujo
de aire
Nivel de
rotámetro
Velocidad
(m/s)
108 17,4
98 16,3
94 15,1
90 14,0
80 11,1
70 8,0
Tabla 2, Datos para la calibración del rotámetro de agua
Calibración de rotámetro de flujo de agua
Nivel de
rotámetro
Volumen
(mL)
Tiempo
(s)
Flujo de
agua (mL/s)
246 2350,0 33,02 71,2
216 1710,0 27,82 61,5
188 1470,0 28,95 50,8
148 1480,0 38,26 38,7
112 1250,0 43,36 28,8
70 790,0 42,86 18,4
26 570,0 60,85 9,4
Tabla 3. Datos de acondicionamiento del aire en la torre
Temperatura
entrada a torre 2
(ºC)
Humedad
relativa
(%)
Temperatura salida
a torre 2 (ºC)
Lectura de
rotámetro de
aire
53 99 24,6 108
42 99 22,4 108
40 88 19,3 86
37 90 19,4 88
35 89 18,6 82
33 86 19,6 90
32 92 20,0 108
30 92 19,7 78
30 77 19,6 94
28 81 18,6 94
28 80 17,9 90
28 77 17,9 85
28 77 17,9 80
28 77 17,9 70
28 78 18,0 60

3. Tabla 4. Datos de entrada a torre 1
Temperatura de entrada aire (ºC) 20
Diámetro orificio de salida (cm) 2,7
4. CÁLCULOS Y RESULTADOS
Calibración del equipo
Antes de iniciar cualquier medición en el equipo es necesario calibrar los dispositivos de
medida de flujo con los que cuenta, esto es calibrar tanto el rotámetro de aire como el rotámetro
de agua. En las figuras 1 y 2 para aire y agua respectivamente se muestra la calibración de
ambos rotámetros
Figura 1. Curva de calibración del rotámetro de aire
Figura 2. Curva de calibración del rotámetro de agua

4. Tabla 5. Datos de la calibración de los rotámetros
CALIBRACIÓN DE ROTÁMETROS
ROTÁMETRO
DE AGUA
ROTÁMETRO
DE AIRE
R2
0,991 0,973
Pendiente 0,2835 0,9214
Intercepto 0,2577 -9,547
Con los datos de calibración es posible calcular las velocidades de entrada de aire. En la figura
3 se puede evidenciar como es el comportamiento de la relación de humedad relativa con
respecto a la velocidad de aire en el sistema para una misma temperatura de salida.
Figura 3. Comportamiento de la humedad de salida respecto al flujo de aire
En la figura 4 y 5. Se puede ver el comportamiento de la humedad de salida respecto a la
temperatura de salida de las torres 1 y 2 respectivamente
Figura 4. Comportamiento de la humedad de salida respecto a la temperatura de aire de la torre 1
y = -0,1293x2 + 9,6432x - 90,532
R² = 0,9811
76
81
86
91
96
25 30 35 40 45
Humedadrelativa(%)
Temperatura salida torre 1 (ºC)
Variación de la humedad con la
temperatura de salida de la torre 1

5. Figura 5. Comportamiento de la humedad de salida respecto a la temperatura de aire de la torre 2
SISTEMA DE
ACONDICIONAMIENTO
DE AIRE
Q
Aire sin acondicionar Aire Acondicionado
T1, ma,1, w1 T2, ma,2, w1
Figura 6. Esquema del proceso de acondicionamiento
En la torre 1 se calienta el aire debido a la energía transferida por la resistencia. En este caso
no hubo cambio en la humedad del aire, por tanto el balance molar queda de la siguiente
forma:
𝑚𝑚̇ 𝑎𝑎,1 = 𝑚𝑚̇ 𝑎𝑎2 = 𝑚𝑚̇ 𝑎𝑎 (1)
Mientras el balance de energía es descrito por:
𝑄𝑄̇ = 𝑚𝑚̇ 𝑎𝑎�ℎ𝑎𝑎.2 − ℎ𝑎𝑎,1� (2)
La entalpia es función de la capacidad calorífica a presión constante Cp. Expresando el balance
de energía en forma diferencial puede ser escrito como:
,a p a
dQ
m C
dT
=

 (3)
y = -1,0854x2 + 48,413x - 441
R² = 0,9733
75
80
85
90
95
100
17,0
Humedadrelativa(%)
Temperatura de salida torre 2 (ºC)
Variación de la humedad con
respecto a la temperatura de salida

6. Para calcular el Cp,a se utiliza la expresión de forma:
𝐶𝐶𝐶𝐶, 𝑎𝑎 �
𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚° 𝐶𝐶
� = 𝑎𝑎 + 𝑏𝑏𝑏𝑏 + 𝑐𝑐𝑇𝑇2
+ 𝑑𝑑𝑇𝑇3
(4)
Donde a, b, c y d son constantes específicas para el aire, a continuación se muestran los
valores de cada una de estas constantes cuando la temperatura es expresada en °C.
Tabla 6. Constantes del Cp para el aire
Aire
a 2,89E-02
b 4,15E-06
c 3,19E-09
d -1,97E-12
Reemplazando 4 en 3 e Integrando entre las temperaturas de entrada y salida de la torre 1 se
llega a:
. .
2 2 3 3 4 4
,torre1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1
( ) ( ) ( ) ( )
2 3 4
a out in torre out torre in torre out torre in torre out torre in torre
b b b
Q m a T T T T T T T T
 
= − + − + − + − 
 
(6)
El flujo de aire se calcula a partir de la siguiente relación:
𝑚𝑚̇ 𝑎𝑎 = ρ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚vA (7)
Donde v representa la velocidad de aire, ρ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚 la densidad molar del aire y A el área
transversal de salida de aire.
La densidad del aire se encuentra reportada a diferentes temperaturas. En la tabla 7 se
encuentran los valores de calor que se le brindo al sistema para diferentes temperaturas de
salida del acondicionador.
Tabla 7. Valores de calor suministrado para cada temperatura de entrada a la torre 2
Área de salida de
aire (m2
) 0,000573
Temperatura entrada
a torre 2 (ºC)
Velocidad de
aire (m/s)
Densidad molar
de aire (kmol/m3)
flujo de aire
(mol/s)
Valor de la integral
de Cp (kJ/mol)
Calor
Suministrado (kJ)
28 11,03 0,0405 0,256 5,559 1,421
30 12,62 0,0405 0,292 5,559 1,625
32 18,29 0,0405 0,424 5,559 2,356
33 13,65 0,0405 0,316 5,559 1,758
35 11,59 0,0405 0,268 5,559 1,493
37 13,13 0,0402 0,302 7,240 2,188
40 12,62 0,0402 0,290 7,240 2,102
42 18,29 0,0399 0,418 9,036 3,777
53 18,29 0,0398 0,417 9,977 4,157

7. Para acondicionar el aire de 0ºC a 20ºC se requiere un calor por unidad molar que viene
expresado por la expresión:
2 2 3 3 4 4
,torre1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1
( ) ( ) ( ) ( )
2 3 4
out in torre out torre in torre out torre in torre out torre in torre
Q b b b
a T T T T T T T T
m
 
= − + − + − + − 
 
(8)
Entonces el valor de la integral nos dará la cantidad de calor por unidad molar de aire necesario
para acondicionar el invernadero.
Q
m
=0,579 kJ/mol
En la figura 6 se muestra el comportamiento del calor suministrado respecto a la temperatura
de entrada a la torre 2, el cual es igual al de salida de la torre 1 que es donde se realiza el
calentamiento.
Figura 7. Relación del calor por unidad de mol respecto a la temperatura de entrada
La relación entre el calor y la temperatura se ajusta bastante bien a una tendencia lineal, por
lo cual es posible extrapolar con un buen grado de confiabilidad la temperatura a la cual sería
necesario llevar desde 20ºC para suministrar el mismo calor necesario para llevar el aire desde
0 a 20ºC
0,579 28,5
1,1708
º
kJ kJ
mol mol
T
kJ
mol
C
 
+ − 
 = =24,8ºC
De la figura 4 se puede obtener la humedad la cual si la extrapolas para una temperatura de
24ºC tendrá un valor de 66,43% y para 20ºC un valor de 50,61%.
Si asumimos que tenemos un vivero de dimensiones 50m*10m*2m tendremos un volumen de
vivero de 1000 m3. Se puede expresar los resultados obtenidos para calcular la cantidad de
energía necesaria para un vivero de estas dimensiones a una temperatura de 20 ºC.

8. 3
3
0,041602 1000 0,579
1000 · · · 24087,6
1
kmol mol kJ
m kJ
m kmol mol
=
Para llevar de 0ºC a 20º un vivero de 1000 m3 y manteniendo una humedad relativa de 50,61%
se requerirán 24087,6 kJ de energía brindada por la resistencia.
5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
En las figuras 1 y 2 se presenta la curva de calibración para los rotámetros de aire y agua
respectivamente, en estas figuras muestran un buen ajuste lineal lo cual queda demostrado
con el valor de su coeficiente R2, en la calibración se abarco el rango más amplio posible de
la escala de los rotámetros lo que permite probar diferentes flujos de ambos fluidos asegurando
que se pueda tener una medida adecuada respecto a la calibración.
Sin embargo al probar diferentes flujos de agua durante el desarrollo de la práctica se decidió
que lo más conveniente era no humidificar el aire durante el proceso debido a que por las
condiciones del equipo aun con el mínimo flujo de agua posible de manejar el aire se saturaba
a una humedad de 99%, lo cual no es recomendable para el objetivo de la práctica.
En cuanto al flujo de aire la primera asunción que se hace en el sistema es que la velocidad
de aire se mantiene constante a lo largo del sistema para una misma temperatura, por tanto
midiendo la velocidad a la salida se conoce la velocidad de entrada ya que serán iguales, este
de hecho fue el principio de calibración del rotámetro ya que lo que se midió
experimentalmente fue la velocidad de aire a la salida de la torre 2.
En las figuras 4 y 5 se muestra como varía la cantidad de humedad del aire cuando se
aumenta la temperatura de la torre 1, como se esperaba se ve que en general al aumentar la
temperatura la humedad del aire también aumenta ya que el aire tendrá mayor capacidad de
retener agua, además también es cierto que a pesar de no manejar un flujo de agua, es posible
que haya quedado algo de agua retenida en la torre empacada. Ambas curvas tienen un
comportamiento similar ya que como se decidió no humidificar el aire con agua, en la segunda
torre no debe haber intercambio de masa; sin embargo si hay diferencias en los valores de
temperatura que se deben a que el sistema no es completamente adiabático y hay pérdidas
de energía a través de la torre cuando el aire la va atravesando.
Estos perfiles de temperatura, específicamente el de la salida de la torre 1 (entrada torre 2)
son los que permiten determinar las condiciones que serán necesarias para acondicionar el
ambiente al necesario para preservar el cultivo de flores durante las heladas.
A partir de los balances de masa y energía del sistema fue posible obtener la cantidad de calor
que es necesario brindar al sistema para alcanzar unas determinadas condiciones temperatura
y humedad para un flujo de aire específico. En la tabla 7 se muestran estos valores donde el
calor suministrado se expresa en kJ; sin embargo es más práctico expresar el calor requerido
por unidad de cantidad de aire (másica, molar o volumétrica) lo que permitirá determinar pata
una cantidad dada de aire cual será el valor de calor suministrado necesario para llevar a esas
mismas condiciones. Este valor de energía por unidad molar, en este caso, se calcula como

9. el valor de la integral de la capacidad calorífica en función de la temperatura, también mostrada
en la tabla 7 para los diferentes valores de temperatura y flujo de aire.
Haciendo una analogía de estas condiciones con las presentadas durante una helada en las
que el aire tiene una temperatura cercana a los 0ºC y se pretende llevar a condiciones
cercanas a as ambientales de 20ºC y una humedad no superior al 90%, se puede calcular
también la energía necesaria para este proceso y ver con los datos de laboratorio a que
temperatura y humedad será necesario llevar el aire ingresado al equipo de
acondicionamiento. Se encuentra que el aire que se usó en la prueba de laboratorio sería
necesario llevarlo a una temperatura desde 20ºC a 24,8ºC y que tendrá una humedad relativa
de 66,43%.
Además si asumimos que el vivero tiene un volumen cercano a 1000 m3 y que el aire dentro
del vivero ocupa todo este espacio se puede calcular el calor necesario para acondicionar todo
el aire presente en el vivero, se encuentra que el valor de calor total será de 24087,6 kJ
6. CONCLUSIONES
• Se obtuvieron las curvas de calibración para los rotámetros de aire y de agua
presentes en el equipo, la curva de calibración presenta una buena correlación
lineal a lo largo de todo el rango de la escala de medida.
• Se evidencia que a medida que se aumenta la temperatura del sistema el aire tiene
una mayor de agua, aumentando su humedad relativa.
• Se encuentra que con las condiciones de laboratorio, aquellas que se asemejan a
acondicionar el aire presente durante una helada, serán llevar el aire a una
temperatura de 24,8ºC y una humedad relativa de 66,43%
• El calor total requerido para acondicionar un vivero de 1000 m3 es de 24087,6 kJ
7. REFERENCIAS
[1] Green D. W., Perry R. H, Perry's Chemical Engineers' Handbook. Octava edición.
Editorial McGraw Hill. 2007.