Sin t

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.FACULTAD DE
INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA
MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
PSICROMETRIA
TERMODINAMICA.
PROF. CARLOS G. VILLAMAR LINARES MAYO 2003
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MECANICA.DEPARTAMENTO DE CIENCIAS TERMICAS.
PSICROMETRIA Parte de la Termodinámica que
estudia una mezcla de gases ideales con un vapor
condensable.

• Se considera un vapor a un gas que se encuentra
  por debajo de su temperatura critica, es decir un
  gas que se encuentra cerca de la zona de
  saturación.
• - Se considera Gas aquella sustancia que se
  encuentra a una temperatura superior que su
  temperatura critica.

TERMODINAMICA.
Estudiaremos el aire atmosférico que contiene
una mezcla de gases ideales y vapor de agua.

• SIMPLIFICACIONES
• La fase gaseosa se considera una mezcla de gases
  ideales.
• La fase líquida no contiene gases disueltos.
• El estado de equilibrio entre el vapor y su fase
  condensada no se altera por la presencia de otras
  sustancias.

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Aire Seco Esta compuesto por una mezcla de gases
que se pueden considerar que se comportan como
gases ideales, y no contiene vapor de agua.
Aire Atmosférico Considera que la mezcla de
gases ideales contiene vapor de agua.
TERMODINAMICA.
La base de calculo es la masa de aire seco.
La composición del aire atmosférico permanece
relativa constante pero varia la cantidad de
vapor de agua debido a la condensación y
evaporación de océanos, lagos, ríos. La
cantidad de vapor de agua dentro del aire es muy
pequeña pero desempeña un papel importante en la
comodidad.
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P Pa
Pv Pa Presión parcial del aire seco. Pv
Presión parcial del vapor de agua, es la presión
que ejercería el vapor de agua si existiera solo
y estuviera a la temperatura y volumen de la
mezcla. hv Entalpía
del vapor de agua evaluada a la temperatura de la
mezcla. Tmezcla Temperatura ambiente.
TERMODINAMICA.
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HUMEDAD ESPECIFICA ? Representa la masa de vapor
de agua presente en una masa unitaria de aire
seco.
Si consideramos el vapor y el aire como gases
ideales
TERMODINAMICA.
? 0 Aire Seco.
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HUMEDAD RELATIVA F Relación entre la fracción
molar de vapor presente en la mezcla y la
fracción molar del vapor si la mezcla estuviera
saturada.
P2
P1
TERMODINAMICA.
Tamb
2
1
Además se debe cumplir la ecuación de los gases
ideales, considerando que T, P, R son iguales.
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P2
P1
TERMODINAMICA.
Tamb
2
1
Entalpía del vapor (hv) hv h _at_ Tamb y
Pv Donde Pv Psat _at_Tamb F Pero en los problemas
con aire atmosférico, debido a la baja presión
del vapor de agua presente en la atmósfera, se
puede hacer la siguiente aproximación. hv
hg_at_Tmezcla
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RELACION ENTRE HUMEDAD ESPECIFICA (?) Y HUMEDAD
RELATIVA (F)
TERMODINAMICA.
- La humedad relativa cambia con la temperatura,
pero la humedad especifica se mantiene
constante. - La humedad especifica es la cantidad
real de vapor contenida en una unidad másica de
aire seco. - La humedad relativa es la proporción
entre la cantidad real de humedad en el aire y la
máxima cantidad de humedad que puede contener el
aire a esa temperatura.
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TEMPERATURA DE BULBO SECO (Tbs) Es la temperatura
medida con un termómetro ordinario, la
temperatura del aire atmosférico se conoce como
temperatura de bulbo seco.
TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO (Tbh) Es la
temperatura medida con un termómetro que tiene el
bulbo envuelto en una mecha húmeda. Si el aire
esta saturado (F1) Tbs Tbh En el ambiente Tbs
gt Tbh
TERMODINAMICA.
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PSICROMETRO. Aparato que cuenta con un termómetro
normal y uno de bulbo húmedo, en un espacio
determinado, y así poder determinar el
comportamiento de la mezclas de aire húmedo.
TERMODINAMICA.
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TEPERATURA DE PUNTO ROCIO (Tpr) Es la
temperatura a la cual se inicia la condensación
si el aire se enfría a presión constante, es
decir es la temperatura de saturación del agua a
la presión parcial del vapor.
Pv
TERMODINAMICA.
Si la temperatura desciende por debajo de T2 algo
de vapor de agua se condensa, la cantidad de
vapor en el aire disminuye lo que produce una
disminución de Pv
T1
1
Tpr
2
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Determinación de la humedad especifica y
relativa La determinación directa es difícil por
tanto se relacionan con cantidades fáciles de
medir como P y T
Determino Tpr enfriando agua en una copa metalica
cuando empieze a haber condensación en su
superficie esa es la Tpr con ella busco en las
tablas de vapor Pv Conociendo Pv y Pg Psat _at_
Tamb Finalmente hallo F Pv / Pg y ? f(F,
Pv, Pa)
TERMODINAMICA.
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PROCESO DE SATURACION ADIABATICA
T2 Temperatura de saturación adiabática. - El
agua de reemplazo entra al canal a la misma
relación de saturación y a T2 - El proceso de
saturación adiabática puede analizarse como un
proceso de FEEE con 2 entradas y una salida. Q
0 W 0 ?EC
0 ?EP 0
TERMODINAMICA.
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PROCESO DE SATURACION ADIABATICA
APLICANDO CONTINUIDAD
TERMODINAMICA.
APLICANDO CONSERVACION DE LA ENERGIA
hv2 hg _at_ T2 hv1 hg _at_ T1 hf2 hf _at_ T2
T2 Temperatura de saturación adiabática Tbh
(caso especial de mezcla aire agua vapor
saturado)
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CARTA PSICROMETRICA - El estado del aire
atmosférico se puede definir por completo
mediante dos propiedades intensivas e
independientes. - Manteniendo la presión de la
mezcla constante se pueden construir curvas que
representan los procesos en los cuales la
temperatura, humedad especifica y relativa
permanecen constante. - Se puede construir un
diagrama que represente el comportamiento del
aire atmosférico.
TERMODINAMICA.
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PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
TERMODINAMICA.
HUMIDIFICACION

• En el invierno el aire se calienta y humidifica.
• En el verano se enfría y deshumidifica.

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CALENTAMIENTO SIMPLE O SENSIBLE
Se incrementa Tbs mediante una bomba de calor,
resistencia eléctrica o un serpentín de
calentamiento. Es un proceso a presión constante
Serpentín de Calentamiento
T1 ?1 F1
T2 gt T1
F2 lt F1
?1 ?2
Q
TERMODINAMICA.
Si la humedad relativa es muy baja puede causar
resequedad en la piel y dificultad para
respirar. Se debe humidificar.
F
1
2
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ENFRIAMIENTO SIMPLE O SENSIBLE
Disminuye Tbs mediante el enfriamiento obtenido
por un serpentín por el cual fluye un
refrigerante o agua fría. Es un proceso a presión
constante
Serpentín de Enfriamiento
T1 ?1 F1
T2 lt T1
F2 gt F1
?1 ?2
Q
TERMODINAMICA.
Si la humedad relativa es muy alta, se debe
deshumidificar.
F
1
2
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ENFRIAMIENTO CON DESHUMIDIFICACION
Se enfría el aire a ? constante, hasta la
saturación (Tpr), parte del agua se condensa y su
? disminuye así como la Tbs
Serpentín de Enfriamiento
T1 ?1 F1
T1 lt T3
F1 lt F3
?1 gt ?3
Q
TERMODINAMICA.
2
1
3
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ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO
Se atomiza agua en el aire, aumenta F, ? y
disminuye la Tbs , si no existe intercambio de
calor con el exterior el proceso es equivalente
al de saturación adiabática por tanto se realiza
a Tbh constante, ya que Tbh Tsat. adiab
Humidificador
T1 ?1 F1
T1 gt T2
F2 gt F1
?2 gt ?1
TERMODINAMICA.

• Se implementa en climas desérticos para reducir
  costos de refrigeración.
• El enfriamiento se basa en el principio de que
  cuando se evapora agua, el calor latente de
  evaporación se absorbe del cuerpo del agua y del
  aire circundante.
• El proceso es a Tbh Cte
• Este no seria el caso si el agua se atomizada a
  una temperatura diferente a la de salida del aire.

2
1
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CALENTAMIENTO CON HUMIDIFICACION
Se calienta el aire a ? constante, luego se
atomiza agua o vapor en la corriente de aire.
Serpentín de Calentamiento
Humidificador
T1 ?1 F1
T1 lt T3
F1 gt F3
?1 lt ?3
Q
TERMODINAMICA.

• Si se introduce vapor en la sección de
  humidificación produce una razonable
  humidificación con calentamiento adicional.
• Si la humidificación se realiza rociando agua en
  la corriente de aire, parte del calor latente de
  vaporización producirá enfriamiento en la
  corriente de aire, en este caso el aire se debe
  calentar mas en la sección de calentamiento para
  compensar el enfriamiento en la sección de
  humidificación.

3
1
2
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CALENTAMIENTO CON DESHUMIDIFICACION
El aire se enfría hasta la saturación en un
proceso a ?, si se sigue enfriando se produce
condensación, luego se aumenta la temperatura
hasta la deseada.
Serpentín de Enfriamiento
Serpentín de Calentamiento
T1 ?1 F1
T1 lt T4
F1 gt F4
?1 gt ?4
Q
Q
TERMODINAMICA.
Los procesos pueden combinarse entre si,
dependiendo de los requerimientos.
F
1
2
3
4
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TORRES DE ENFRIAMIENTO

• Son intercambiadores de calor de contacto
  directo.
• Se utilizan para enfriar grandes caudales de
  agua, pero los cambios de temperatura que se
  pueden obtener son relativamente pequeños.
• Utilizan la posibilidad que tiene el aire de
  absorber humedad cuando se pone en contacto con
  el agua que se desea enfriar, de manera que como
  el agua requiere energía para evaporarse y no la
  puede tomar del aire ya que Taire lt Tagua , por
  tanto toma energía de la misma agua que permanece
  líquida, esto trae como consecuencia el
  enfriamiento del agua.
• El máximo enfriamiento que se puede obtener es
  hasta alcanzar la saturación del aire.
• Como existe evaporación debe reponerse el agua
  perdida

TERMODINAMICA.
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TIPOS DE TORRES DE ENFRIAMIENTO
Estanque de Enfriamiento. Se atomiza el agua para
enfriarla, presenta grandes perdidas por el
arrastre del agua. Requiere de 20 a 25 veces el
área de una torre de enfriamiento
Hiperbólicas. Operan utilizando el efecto de tiro
natural, suelen tener grandes alturas, el
objetivo del perfil es darle mayor resistencia
estructural y no por alguna razón termodinámica.
TERMODINAMICA.
De tiro Forzado o Inducido. Utilizan ventiladores
para obtener la circulación adecuada del aire,
son de menores alturas
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ANALISIS TERMODINAMICO DE UNA TORRE DE
ENFRIAMIENTO
BALANCE DE ENERGIA
Si no hay Calor ni Trabajo
CONTINUIDAD
TERMODINAMICA.
Combinando ambas ecuaciones
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• No se emplean intercambiadores de calor ya que
  serian muy ineficientes debido a las pequeñas
  diferencias de temperatura y baja conductividad
  del aire, se recurre al enfriamiento por
  evaporación del agua.
• El ?T del agua de enfriamiento no debe ser mayor
  de 10 a 15C
• La circulación del aire puede ser por tiro
  natural, forzado o inducido.
• El uso de tiro natural implica mayores costos de
  instalación, ya que se requieren torres muy
  altas, algunas veces llegan a 100 metros de
  altura.
• La eficiencia se mide como el enfriamiento del
  agua conseguido en relación con el que se podría
  haber conseguido si el aire y el agua salieran en
  equilibrio. (aire saturado de humedad y agua a la
  misma temperatura)

TERMODINAMICA.
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Fin
TERMODINAMICA.