Estudio de las propiedades del aire húmedo. Aplicación a balances de masa y energía

1. PSICROMETRÍA
Estudio de las propiedades del aire
húmedo

2. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA
 Aire: mezcla de gases y vapor de agua. La cantidad de
vapor de agua en el aire varía según la localidad y
condiciones climatológicas.
 Psicrometría: estudia las propiedades termodinámicas del
aire húmedo y el uso de las mismas para analizar
condiciones y procesos que involucran aire húmedo.

3. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA
Aplicaciones:
 Diseño y análisis de sistemas de almacenamiento y
procesado de alimentos
 Diseño de equipos de refrigeración (ej: conservación de
carnes)
 Estudio del secado de alimentos
 Todos los procesos industriales que exijan un fuerte
control del contenido de vapor de agua en el aire

4. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

5. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

6. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

7. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

8. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

9. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

10. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

11. INTRODUCCIÓN PSICROMETRÍA

12. EJEMPLOS
1. Si la temperatura de bulbo seco es de 24 °C y la humedad
relativa de 50 % ¿Cuál es el contenido de humedad?
Contenido de
humedad:
9,2 g vapor de
agua/ kg aire seco

13. EJEMPLOS
2. Si la temperatura de bulbo seco es de 38°C y la temperatura
del bulbo húmedo es 30 ¿cuál es la humedad relativa?
59 % de humedad
relativa

14. DATOS QUE SE OBTIENEN DEL DIAGRAMA

15. PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

16. TRANSFORMACIONES – Calentamiento a humedad
constante
Si se debe calentar un aire a una temperatura
determinada, por ejemplo, para ser utilizada
en un secadero o para acondicionamiento de
aire, el dato más importante que se puede
obtener de este diagrama, es la cantidad de
calor a agregar a cada unidad de masa de aire.

17. TRANSFORMACIONES – Calentamiento a humedad
constante

18. TRANSFORMACIONES – Calentamiento a humedad
constante
Ejemplo: queremos calentar 13450 m3
de aire
hasta 40 °C. Las condiciones iniciales del aire
son: , , 1 kW/h cuesta 0,22
euros. ¿Cuánto dinero cuesta y qué humedad
relativa tiene el aire resultante?
Solución:

19. TRANSFORMACIONES – Calentamiento a humedad
constante
Disminución de la HR

20. TRANSFORMACIONES – Enfriamiento sensible sin
deshumidificación
 Esta transformación es inversa a la anterior
 Se retira energía y la relación de humedad
permanece constante
Ejercicio: tenemos un caudal de 7500 m3
/h a
40 °C y con 40 % HR y hay que llevarlo hasta 30
°C. ¿Cuánto calor tengo que extraer? ¿Cuál es
la humedad relativa del aire resultante?

21. TRANSFORMACIONES – Enfriamiento sensible sin
deshumidificación

22. TRANSFORMACIONES – Calentamiento con
humidificación
 El aire pasa por una sección de
calentamiento (proceso 1-2) y después por
una sección de humidificación (proceso 2-3)

23. TRANSFORMACIONES – Calentamiento con
humidificación
En el invierno, o a grandes alturas, el aire
atmosférico es frecuentemente seco y frío. El
problema de ingeniería es aumentar tanto el
contenido de agua como la temperatura del
aire que entre a un edificio

24. TRANSFORMACIONES – Enfriamiento con
deshumidificación
En la medida que el aire se enfría su humedad
relativa ambiente comienza a aumentar. Si
sigue bajando la temperatura, la humedad
relativa ambiente puede llegar al 100 % (con lo
cual comenzaría a condensar el agua) y esa
sería la temperatura de rocío. Si se sigue
disminuyendo la temperatura el vapor de agua
condensa (para mantener la HR ambiente al
100 %), por lo cual la humedad absoluta
disminuye (por eso un aire acondicionado
gotea agua desde el enfriador)

25. TRANSFORMACIONES – Enfriamiento con
deshumidificación
12
3

26. TRANSFORMACIONES – Enfriamiento con
deshumidificación
Ejemplo: Se enfría una masa de aire que inicialmente
está a 25 °C y Tw = 20 °C hasta alcanzar el punto de
rocío (2). Si el enfriamiento continúa hasta la
temperatura de 14 °C (3), detallar los valores de las
propiedades termodinámicas.
1 2 3
T
Tw
Φ
Pv
W
H
Ve
Tpr

27. TRANSFORMACIONES – Mezcla de dos corrientes de
aire
En el diseño de un sistema de acondicionamiento de
aire, es a veces necesario mezclar dos o más corrientes
de aire para producir una mezcla final con una
temperatura y humedad determinadas.
Cuando dos corrientes de aire en
dos estados diferentes (1 y 2) se
mezclan adiabáticamente, el
estado de la mezcla final 3 estará
sobre la línea que conecta los dos
estados en la carta psicrométrica

28. TRANSFORMACIONES – Mezcla de dos corrientes de
aire
Balance de materia de aire:
Balance de materia de agua:
Balance de energía (suponiendo proceso adiabático):

29. TRANSFORMACIONES – Mezcla de dos corrientes de
aire
Ejercicio: dos corrientes de aire húmedo se mezclan
adiabáticamente. Si las propiedades de las dos
corrientes son,
Corriente 1:
Corriente 2:

30. TRANSFORMACIONES – Mezcla de dos corrientes de
aire
a) Determinar todas las propiedades psicrométricas
de
ambas corrientes de aire que pueden ser leídas en el
diagrama de Carrier, a una presión atmosférica de 750
m sobre el nivel del mar
b) Determinar las propiedades de la nueva corriente
de aire
1 2 3
T
Tw
Φ
Pv
W
H
Ve
Tpr

31. TRANSFORMACIONES – Mezcla de dos corrientes de
aire

32. TRANSFORMACIONES – Secado
Secado de granos: método universal de adecuar
los granos mediante la eliminación del agua hasta
un nivel que prevenga el crecimiento de hongos y
bacterias, de manera que se conserve el aspecto
y la calidad nutritiva del grano como alimento, o su
viabilidad como semilla.
La rapidez de este proceso depende del aire (la
velocidad con la que éste circule alrededor del
producto, su grado de sequedad, etc.), y de las
características del producto (composición,
contenido de humedad, tamaño de las
partículas, etc.)

33. TRANSFORMACIONES – Secado
Existe un intercambio de calor y masa. Las
ventajas de su empleo son:
 Facilitar la manipulación en etapas
posteriores.
 Facilitar la conservación.
 Aumentar el valor del producto.

34. TRANSFORMACIONES – Secado
Ejemplo:
Aire ambiente:
Calentamiento del aire:
Humedad inicial de los granos:
Temperatura del aire de salida = ?

35.  BM y BE se basan en las leyes de conservación de materia
y energía
 Para determinar: flujos, composiciones y temperaturas de
todas las corrientes en un diagrama de flujo
 La información de las corrientes de entrada y salida es
indispensable para el diseño de cada pieza del equipo
RESOLUCIÓN DE BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA

36. RESOLUCIÓN DE BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
 Aplicar correctamente las leyes de conservación de masa
y energía
 Esbozar el esquema del proceso
 Plantear el problema a través de ecuaciones algebraicas
 Sustituir los datos en las ecuaciones planteadas