Download REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL
Document related concepts
no text concepts found
Transcript
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL SEDE BARINAS. NÚCLEO BARINAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA PSICROMETRÍA ING ERNESTO MÁRQUEZ TERMODINÁMICA II JOSÉ FALCÓN 6TO SEMESTRE SECCIÓN “A” BARINAS, ABRIL DE 2011. 1 ÍNDICE Pág INTRODUCCIÓN 3 PSICROMETRÍA 4 MEZCLA AIRE-VAPOR DE AGUA 4 LEY APLICADA A MEZCLA AIRE-VAPOR DE AGUA 6 PROCESOS PSICROMÉTRICOS 6 TEMPERATURA DEL BULBO HÚMEDO Y DEL BULBO SECO 10 DIAGRAMA PSICROMÉTRICO 12 PROCESO DEL DIAGRAMA PSICROMÉTRICO 12 CONCLUSIONES 14 BIBLIOGRAFÍA 15 2 INTRODUCCIÓN El uso eficiente de la energía es uno de los grandes retos a que nos enfrentamos, no sólo es responsabilidad de los sectores industrial, transporte y energético, el optimizar los recursos energéticos, sino también del sector residencial. El sector residencial es un gran demandante de energía la cual se transforma para ofrecer tanto enfriamiento como calentamiento. El porcentaje entre ambos dependerá de la latitud geográfica y de las condiciones necesaria de la la vivienda. Por participación especialistas, en lo de el cual se hace arquitectos, desarrollo de cada vez más ingenieros los y proyectos arquitectónicos que incluyan dispositivos y sistemas que permitan por un lado un ambiente confortable y por otro un ahorro substancial en el consumo de los energéticos. El vapor de agua tiene una gran capacidad de transmisión de radiación, dependiendo del de onda, pudiéndose convertir en gran absorbedor cuerpo negro- y poder radiación, provocando Este trasmitir una un y especie dominio absorción permitir de de longitudes el - casi paso ventana de un la atmosférica. diferente comportamiento, del vapor de agua con respecto a la radiación hace que el intercambio radiactivo de y la tierra y entre la superficie la atmósfera provoque efectos de calentamiento o de invernadero o efectos de enfriamiento por pérdidas de radiación. La climatización se aplica en general al tratamiento actuando sobre los parámetros ya mencionados, provocando de enfriamiento o de calentamiento, no sólo sobre humana sino transformar su apariencia también, para crear condiciones del aire, efectos la fisiología para conservar, o manejar algunos productos o materiales sin perjudicar y propiedades como en el caso de los alimentos. 3 PSICROMETRÍA Psicrometría es termodinámicas la del ciencia aire que húmedo, involucra y el las efecto de propiedades la humedad atmosférica sobre los materiales y el confort humano. MEZCLA AIRE-VAPOR DE AGUA Y SUS PROPIEDADES El aire es una mezcla de gases incolora, inolora e insabora que rodea a la tierra. Este aire que envuelve a la tierra se conoce como atmósfera. Se extiende hasta una altura de aproximadamente 645 kms, y se divide en varias capas. La capa más cercana a la tierra se llama tropósfera, y va desde el nivel del mar hasta los 15 kms. La capa que se extiende desde los 15 hasta los 50 kms, se llama estratósfera. La capa de los 50 kms hasta los 95 kms, se llama mesósfera, y de los 95 a los 400 kms, se llama ionósfera. El aire, no es un vapor saturado que esté cercano a temperaturas donde pueda ser sobrecalentado, o condensado. más Es siempre precisamente, es una un gas mezcla altamente de gases altamente sobrecalentados. El aire atmosférico es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, hidrógeno, vapor de agua, y un porcentaje muy pequeño de gases raros como argón, neón, ozono, etc. En la tabla, se muestran los porcentajes de estos gases, tanto en peso, como en Volumen, para el aire seco (sin vapor de agua). Gases que componen el aire en la atmósfera. 4 La densidad del aire, varía con la presión atmosférica y la humedad. Un kilogramo de aire seco en condiciones normales (21°C y 101.3 kPa), ocupa 0.8329 metros cúbicos. La humedad es un término utilizado para describir la presencia de vapor de agua en el aire, ya sea a la intemperie, o dentro de un espacio. La humedad está "en el aire", solamente en el sentido de que los dos, aire y vapor de agua, existen juntos en un espacio dado al mismo tiempo. Por costumbre común, se dice que el aire contiene humedad, y es conveniente hacerlo así, en el entendido de que siempre es meramente una manera de hablar, y que en realidad, los dos son independientes uno del otro, y que no responden de la misma manera a los cambios de condiciones, especialmente a los cambios de temperatura. Las palabras "vapor" y "gas", comúnmente se emplean para referirse a lo mismo; pero en realidad, un gas un vapor altamente sobrecalentado, muy lejos de su temperatura de saturación, como el aire. Un vapor está en sus condiciones de saturación o no muy lejos de ellas, como el vapor de agua. Así pues, el vapor de agua o "humedad" saturación cuantos en o un espacio, ligeramente grados, se puede arriba condensa, y estar de si en ella. se le una Si condición se aplica enfría de unos calor, se sobrecalienta. De acuerdo a la ley de Boyle, sabemos que el volumen de un gas varía inversamente con la presión, si la temperatura permanece constante, lo que en este caso es cierto. El volumen del aire seco a 15 °C es 0.8159 m³/kg a la presión de 101.3 kpa; así que, su volumen a la presión de 99.6 kpa será: 5 LEY APLICADA A MEZCLA DE AIRE-VAPOR DE AGUA Ley de Dalton de las presiones parciales El vapor de agua no se rige exactamente por las leyes que gobiernan a los gases, pero son lo suficientemente aproximadas para usarlas en la práctica. La ley más importante, para el cálculo del aire húmedo es la ley de Dalton o ley de las presiones parciales, e indica, que cada componente en una mezcla de gases perfectos ejerce la misma presión, como si el componente estuviera sólo en el espacio ocupado por la mezcla, a la temperatura de la mezcla. La presión total de los gases es la suma de sus presiones parciales, y el volumen de la mezcla de gases es igual al volumen ocupado por cada gas a su presión parcial. La entalpía total de la mezcla es la suma de las entalpías de cada componente a su presión parcial. El aire atmosférico existe a una presión total igual a la presión atmosférica (Patm) la cual es igual a la suma de las presiones parciales del los gases existentes en la atmósfera: PROCESOS PSICROMÉTRICOS CALENTAMIENTO SENCIBLE: Cuando se entrega energía al aire, la temperatura aumenta, pero la razón de humedad permanece constante, pues no hay aumento ni disminución en la cantidad de masa de la mezcla (aire seco y vapor de agua). Por tanto, el proceso de calentamiento del aire aparece en el gráfico con líneas horizontales, paralelas a la abscisa, a partir del punto 6 de estado en que se encuentra el aire. En la Figura, el aire cuyas propiedades termodinámicas están en el punto de estado definido por T = 25 °C y Tbh = 20 °C, pasa primero por un proceso de calentamiento hasta la temperatura de 46 °C; en otro proceso, pasa por enfriamiento hasta la temperatura de 20°C. En el Cuadro, están los valores de las propiedades del aire al término de los procesos de calentamiento señalados en el gráfico psicrométrico. Propiedades Calentamiento Punto de estado 1 2 T Tbh f Pv W h Ve Tpr 25,0 20,0 65,0 2,1 0,0127 57,5 0,86 17,7 46,0 26,0 20,0 2,1 0,0127 80,0 0,922 17,7 7 Durante el calentamiento, de 25°C a 46°C la entalpía del aire pasó de h1 = 57,5 kJ/kg de aire seco a h2= 80,0 kJ/kg de aire seco, lo que significa que es preciso proporcionar 22,5 kJ/kg de aire seco para llevar la masa de aire del punto de estado 1 al punto de estado 2. SATURACIÓN ADIABÁTICA: El aire fluye a través de un conducto perfectamente aislado donde existe un depósito de agua abierto al flujo de aire. A medida que circula, el aire aumenta su humedad específica hasta alcanzar saturación si el contacto aire agua es lo suficientemente prolongado. La entalpía del aire húmedo se mantiene constante. Como consecuencia, la temperatura disminuye a la salida. T2 = TSA TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA CALENTAMIENTO: Permite eliminar los problemas asociados a una humedad relativa baja. El aire pasa por una sección de calentamiento (proceso 1-2) y después una sección de humidificación (proceso2-3). 8 ENFRIAMIENTO: Necesario si la humedad relativa alcanza niveles extremadamente altos durante el enfriamiento a Y = ctte. El aire caliente y húmedo entra en la sección de enfriamiento, su T disminuye y su humedad relativa aumenta a Y = ctte. Si la sección de enfriamiento es muy larga el aire sale saturado. El enfriamiento adicional del aire provocara la condensación de la parte de la humedad. El aire permanece saturado durante todo el proceso de condensación, sigue la línea de saturación hasta el estado 2. PROCESO ADIABÁTICO: Un proceso de saturación adiabática se lleva a cabo con un flujo de aire constante y a presión total constante. La figura ilustra el proceso; aire no saturado entra en el estado 1 a una temperatura T1, con humedad específica ω1 y una entalpía h1 y se hace pasar sobre una superficie de agua, su humedad empieza a incrementarse; la cámara es lo bastante larga para que el aire al salir (estado 2), salga saturado. La cantidad 9 de agua líquida evaporada al aire es (ωsat-ω1) con una temperatura de Tad, para reemplazar el agua evaporada durante el proceso. Proceso adiabático. SECADO ADIABÁTICO: siguientes: El secado generalmente el adiabático equipo ofrece necesario las es ventajas pequeño en comparación con la cantidad de producto; la operación se integra fácilmente con la fabricación química continua, sin necesidad del almacenamiento intermedio; el producto tiene un contenido más uniforme de humedad, y el costo de secado por unidad de producto es relativamente pequeño. Como en el caso del secado por lotes, la naturaleza del equipo que se utiliza depende bastante del tipo de material que se va a secar. Pueden utilizarse el secado directo o indirecto y algunas veces los dos. TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO Y BULBO SECO La temperatura de bulbo húmedo (Tbh), es la temperatura medida con el bulbo de un termómetro cubierto con una franela o con un trapo húmedo y haciendo pasar aire rápidamente por éste, preferentemente con una velocidad mayor de 2 m/s; de esta forma la humedad empieza a evaporarse. La temperatura del agua y del aire circundante baja proporcionalmente a la evaporación ocurrida. La temperatura final que alcanza depende de la humedad 10 del aire. Si el aire que rodea al termómetro está seco, la evaporación es relativamente grande grande. y Por el el descenso en contrario, si la temperara el aire está es muy húmedo, la evaporación es lenta y, por lo tanto, la diferencia entre la temperatura de bulbo seco y la temperatura de bulbo húmedo es pequeña. En el caso en que el aire se encuentre saturado, no habrá evaporación, y por consiguiente la temperatura no disminuye. Para cálculos temperatura de psicrométricos bulbo húmedo se es dice que sinónimo el de término de temperatura de saturación adiabática. Se puede decir que el proceso de bulbo húmedo se realiza cambiando calor latente por agua de la gasa húmeda, y el proceso calor sensible del de saturación adiabática del mismo aire y enfriándolo. De este modo, midiendo simultáneamente la temperatura de bulbo seco Tbs y la temperatura de bulbo húmedo Tbh y sustituyéndolas en la ecuación se obtiene la expresión de la humedad específica: Donde Wsat se puede calcular a partir de la ecuación 11 DIAGRAMA PSICROMÉTRICO El diagrama psicrométrico es la representación gráfica de las propiedades del aire húmedo, a una determinada presión total (generalmente, a 1 atm estándar = 101.391 kpa = 1.01391 bar). Estos diagramas son distintos según sea la presión atmosférica (Patm). Se representa en las ordenadas la humedad absoluta ω, y en las abscisas la temperatura de bulbo seco del aire, Diagrama Psicrométrico. PROCESOS DEL DIAGRAMA PSICROMÉTRICO El diagrama psicrométrico o carta de humedad se pueden representar procesos simples como calentamiento o enfriamiento a humedad y presión constante o los mismos procesos de humedad variable tal como se muestra en las siguientes figuras. Calentamiento o en enfriamiento sensible. 12 Variaciones latentes Aquí esta representado un proceso que se aumento o disminución permaneciendo constante del contenido de caracteriza humedad del por un aire, la temperatura de bulbo seco. 13 CONCLUSIONES Se han desarrollado rutinas computacionales para calcular las características psicométricas y las propiedades termodinámicas del aire atmosférico. Estas rutinas calculan las propiedades a cualquier presión atmosférica requerida conociendo otras dos características o propiedades del aire atmosférico en el espacio a acondicionar. Los datos obtenidos por las rutinas sustituyen con mayor confiabilidad grafico. Estas cálculo de a aquellos características los parámetros del de obtenidos aire se por el ocuparon funcionamiento método en del el aire acondicionado y de las torres de enfriamiento. El ser humano estará confortable bajo una variedad de combinaciones de temperatura y humedad. La mayoría de la gente está confortable en una atmósfera con una humedad relativa de entre 30% y 70%. Es por esta razón que existe la industria del acondicionamiento de aire (refrigeración, ventilación y calefacción), porque la naturaleza no siempre proporciona las condiciones ideales anteriores. 14 BIBLIOGRAFIA ALVAREZ MORALES, Alejandro (2004). TERMODINÁMICA DEL AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIÓN. Universidad Autónoma Metropolitana. División de Ciencias Básicas e Ingeniería. IZTALAPA, MÉXICO. Dr. PILATOWSKY FIGUEROA, Isaac (2002). Psicrometría, métodos de humidificación y dehumidificación y sus aplicaciones en el diseño arquitectónico. Universidad Nacional Autónoma de México. Guadalajara, Jalisco. México. 15