psicrometria unt

TEMA: ¨TERMODINÁMICA APLICADA A MEZCLAS AIRE - VAPOR DE AGUA¨ Termodinámica C – 9129

Ing. Nancy Reartes – [email protected] – Tel: 0358 46 74 582 2

PSICROMETRÍA - AIRE ATMOSFÉRICO

INDICE

AIRE ATMOSFÉRICO.................................................................................................................. 4

MODELO SIMPLIFICADO PARA LA MEZCLA GAS-VAPOR ..................................................... 5

ACLARACIONES ..................................................................................................................... 5

DEFINICIONES FUNDAMENTALES ........................................................................................... 6

A.- HUMEDAD................................................................................................................ 6

A.1.1 Humedad Absoluta = Relación de Humedad = Humedad específica................... 6

A.1.2 Humedad Molar .................................................................................................... 6

A.1.3 Humedad Relativa ................................................................................................ 7

A.1.4 Saturación por ciento ≡ Humedad absoluta por ciento ≡ Grado de saturación .... 8

B.- TEMPERATURA DE BULBO SECO ........................................................................ 9

C.- PUNTO DE ROCÍO .................................................................................................. 9

D.- OTRAS DEFINICIONES......................................................................................... 10

OBSERVACIONES ................................................................................................................ 12

E.- TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA................................................ 12

F.- TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO (TBH)........................................................ 14

EXCEPCION .......................................................................................................................... 14

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO................................................................................................. 15

APLICACIONES......................................................................................................................... 17

A.- ACONCIONAMIENTO DEL AIRE........................................................................... 17

A.1.1 Humidificación por saturación no adiabática ...................................................... 17

A.1.2 Humidificación por saturación adiabática ........................................................... 18

A.1.3 Humidificación con mezcla o recirculación ......................................................... 19

A.2.1 Deshumidificación por intercambiador de calor.................................................. 19

A.2.2 Deshumidificación por contacto directo .............................................................. 20

B.- TORRES DE ENFRIAMIENTO............................................................................... 20

BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 23



INTRODUCCIÓN

Como se ha comentado ya, hasta el momento se ha limitado el estudio de la Termodinámica

principalmente a las sustancias puras.

Sin embargo, en la práctica la mayoría de los problemas termodinámicos en la industria,

involucran mezclas de diferentes sustancias.

En este capítulo nos vamos a ocupar del tratamiento termodinámico de mezclas formadas por

un gas y un vapor.

Así la Psicrometría: Es el este estudio de las propiedades de mezclas de un gas y un vapor.

En particular, la Higrometría: responde al estudio en particular de las mezclas de aire – vapor

de agua.

En los procesos en los que se hallan involucrados estas mezclas hay transferencia de masa y

energía. Los objetivos de estas son: humidificación o deshumidificación del gas, enfriamiento

de la mezcla o enfriamiento de líquidos.

A continuación el término vapor se aplica a la sustancia que ingresa o sale de la mezcla (por

cambio de fase) y gas a la/las sustancias que durante todo el proceso permanecen en ese

estado y no cambian de fase.



AIRE ATMOSFÉRICO

El aire que respiramos es una mezcla de aire seco y vapor de agua, denominado ¨aire

atmosférico¨.

Aire atmosférico = Aire seco + Vapor de agua

El ¨aire seco¨, a su vez es una mezcla de gases: oxígeno, nitrógeno, argón, dióxido de

carbono y trazas de otros elementos.

Debido a la frecuencia de uso de esta mezcla a nivel industrial, se dispone de tablas o gráficas

con las propiedades del mismo.

La ¨composición promedio¨ sobre la cual se basan éstos datos es la siguiente: Componente % base molar Observación

Nitrógeno . . . . . . . . . . . . . . . . 78,1 ≈ 80%

Oxígeno . . . . . . . . . . . . . . . . . 20,95 ≈ 20 %

Argón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,92

CO2 y trazas de otro elementos . . . . 0,003

∑=i

MixiM .

288,02,0 22 =+= NOaire PMPMM



MODELO SIMPLIFICADO PARA LA MEZCLA GAS-VAPOR

Consideremos ahora una simplificación, que en muchos casos es razonable, del problema que

involucra una mezcla de gases en contacto con una fase líquida de una sola sustancia.

El ejemplo más familiar, es una mezcla de aire con vapor de agua en contacto con agua

(humidificación). Este caso y otros de mezclas similares, se pueden analizar de una manera

simple y bastante exacta si se hacen las siguientes suposiciones:

A.- La fase gaseosa no es soluble en la fase líquida

De modo que la fase líquida no presenta gases disueltos. (En el caso del oxígeno se tiene que

).

B.- La fase gaseosa puede ser tratada como una mezcla de gases ideales

De modo que son válidos los modelos de Amagat (de los volúmenes aditivos) y de Dalton (de

las presiones aditivas).

C.- Cuando la mezcla y la fase líquida están a una Pt y Tº dadas, el equilibrio entre la

sustancia en la fase líquida y su vapor (en la mezcla) no se ve afectado por la

presencia de otros componentes

Esto significa que, cuando se ha alcanzado el equilibrio (físico) la presión parcial del vapor (en

la mezcla) va a ser igual a la presión de saturación correspondiente a la temperatura de la

mezcla:

ACLARACIONES

A.- Si bien estamos estudiando en forma particular la mezcla aire – vapor de agua, los

principios aquí aplicados se pueden extender a mezclas de cualquier gas permanente y un

vapor cualquiera.

B.- En los procesos que se consideren más adelante, hay transferencia de materia y energía

entre el sistema en estudio (mezcla de gases permanentes + vapor) y el ambiente, en donde se

dan las siguientes características:

B.1 La materia que se transfiere es la que forma la fase

líquida: la cual se evapora (ingresando al sistema desde el

ambiente) o se condensa (saliendo del sistema).

B.2 La masa de gas seco no varía.

ppmCCyTatmpOs 8,

2112, ≅°==

Tbsgv pp ,=



DEFINICIONES FUNDAMENTALES

A.- HUMEDAD

El estado de una masa de aire seco queda definido por la presión y temperatura (admitiendo la

constancia de la composición de la mezcla de gases dada anteriormente).

El aire húmedo tiene vapor y para definir su estado hay que especificar la concentración de

éste.

Se introducen así el concepto de humedad, que puede tener distintos significados. Aún cuando

las unidades comunes de concentración (presión parcial, fracción molar, etc.) que están

basadas en la cantidad total de una mezcla son válidas en estos sistemas, cuando la mezcla es

sometida a un proceso en donde cambia sólo el contenido de la cantidad de vapor presente es

más conveniente utilizar una unidad basada en la cantidad no cambiante del sistema

(esto es el gas seco). Así se puede definir:

A.1.1 Humedad Absoluta = Relación de Humedad = Humedad específica

Es la relación entre la masa de vapor respecto de la masa de aire seco.

Y’ = mv / ma mv = nv x PMv (1.-)

ma = na x PMa

A.1.2 Humedad Molar

Es la misma relación anterior expresada en base molar.

Y = nv / na (2.-)

(3.-)

De acuerdo a esto, la humedad absoluta se relaciona con la humedad molar de la siguiente

manera:

(4.-)

=

bsmezclaV

RTvaporpvaporn

=

bsmezclaV

aire RTpairen

)( vaportotal

vapor

aire

vapor

ppp

pp

Y−

==

YpPMpPM

Yaireaire

vaporvapor 622,0´ ==

)(622,0´

vaporpp

pY

total

vapor

−=



A.1.3 Humedad Relativa Se define como: la relación entre la masa de vapor que contiene una masa de aire y la que

contendría si estuviese saturada a LA MISMA TEMPERATURA. Se expresa como un

porcentaje.

Decimos que el aire está saturado: cuando el vapor en él contenido está en equilibrio con el

líquido a la temperatura y presión existentes.

En estas condiciones la presión parcial del vapor (en la mezcla) es igual a la presión de

saturación (del agua pura) a la temperatura de bulbo seco dada.

φ= (nv / nv*) x 100 (5.-)

Para cualquier vapor la representación gráfica de las condiciones de saturación relativa

constante, puede construirse fácilmente sobre un diagrama presión – temperatura, como se

observa en la siguiente figura:

En estos gráficos se aprecia que, para una mezcla a una temperatura Tbs dada, la curva para el

50% de humedad relativa se halla a la mitad del valor de la presión de saturación a esa misma

Tbs.

o Cuando φ < 100 %: quiere decir que la cantidad de agua presente como vapor en el aire

aún puede aumentar. Obviamente que si este aumento tiene lugar a temperatura constante

la presión parcial del vapor aumenta hasta que iguala a la presión de saturación

correspondiente a esa temperatura.

o Cuando φ = 100 %, la mezcla no puede admitir nuevas cantidades de vapor a esa

temperatura.

100.Tbsg

vapor

pp

=φ



Relación entre humedad relativa y humedad absoluta

La expresión que relaciona φ e Y´ es la siguiente:

(6-)

A.1.4 Saturación por ciento ≡ Humedad absoluta por ciento ≡ Grado de saturación Se define por la relación entre la humedad absoluta que tiene una mezcla y la que tendría si

estuviera saturada a la misma temperatura y presión total.

Y’% = (Y’ / Y’s) x 100 (7-)

(8-)

La representación gráfica de esta cantidad para cualquier vapor se puede hacer sobre una

gráfica de Y´vs. T° (para una presión total única y un gas específico).

Se puede observar que todas las curvas de saturación por ciento constante alcanzan el infinito

en el punto de ebullición del líquido a la presión dominante ( ).

Por esta razón, algunas veces se grafican curvas de humedad relativa y no las de saturación

por ciento.

Estas dos cantidades no son numéricamente iguales. Si se comparan las ecuaciones (8.-) y

(5.-), para una misma ptotal y una Tbs, se tiene:

(9.-)

−=

vaportotal

g

ppp

Y .100/.622,0´ φ

100.´

gtotalg

vaportotalvapor

ppp

ppp

Y

−

−=

totalv pp =

φ

φ

≤

−

−=

%´

.´

Y

pppp

Yvaportotal

gtotal



B.- TEMPERATURA DE BULBO SECO

Es la Temperatura de una mezcla aire-vapor de agua, determinada en forma ordinaria, por

inmersión de un termómetro en la misma.

C.- PUNTO DE ROCÍO

Se llama ¨Punto de Rocío del aire húmedo¨, a la Temperatura a la cual una mezcla se satura

cuando es enfriada a presión constante SIN CONTACTO con el líquido.

En el punto de rocío se igualan la presión parcial del vapor con la presión de saturación (la cual

ha ido disminuyendo con la temperatura).

El proceso se puede apreciar sobre el siguiente diagrama para el agua:

Supongamos que la mezcla tiene inicialmente una y una Tbs tal que se halla en la zona

del vapor sobrecalentado, representado por el punto (1).

Si ésta es enfriada a presión constante, la permanece constante hasta que alcanza el

punto (2), que es el ¨punto de rocío¨.

Si la temperatura se reduce aún más en una cantidad infinitesimal, el vapor comienza a

condensar en forma de rocío líquido, disminuyendo aún más la pg (pero manteniéndose la

igualdad ).

Si la mezcla se enfría a una temperatura inferior aún:

o La mezcla sigue saturada hallándose el vapor en el punto (3)

o Y el líquido condensado (ambiente) en equilibrio con él en el punto (4).

En el diagrama p-T°, el proceso de enfriamiento sigue la trayectoria 1-2. De modo que todas

las mezclas de humedad absoluta Y´1 sobre ésta figura tienen el mismo punto de rocío. Si la

mezcla se enfría hasta la temperatura T3, la masa de vapor condensado por unidad de masa de

aire seco estará dada por (Y´1 – Y´3).

vaporp

vaporp

gvapor pp =



Por último es interesante hacer notar que éste procedimiento es utilizado como método para la

determinación de humedad de una mezcla dada.

Método de determinación de humedad

Una superficie metálica brillante se enfría en presencia de la mezcla, y la aparición de una

niebla que empaña la superficie especular indica que se ha alcanzado el punto de rocío. Con

éste dato, de las tablas de vapor se halla la presión de saturación a la Tr y conociendo la ptotal,

de la ecuación (4) se puede conocer la Y´ del sistema.

D.- OTRAS DEFINICIONES

D.1 Volumen Húmedo: Vh

Es el volumen que ocupa la mezcla por unidad de masa de aire seco a la temperatura de bulbo

seco y presión total predominantes. Aplicando las leyes de los gases ideales se obtiene:

(10.-)

D.2 Calor húmedo (Cs)

Es el calor que se requiere, por unidad de masa de aire seco, para aumentar la temperatura de

la mezcla 1°C a presión constante.

Ahora bien, esta cantidad es la suma del calor específico del aire más el del calor específico de

la parte que corresponde al vapor. Como éstos varían con la temperatura se deben medir

valores medios que se ajustan con bastante aproximación en el intervalo de temperaturas

usuales. Así:

(11.-)

D.3 Entalpía de la mezcla (h’)

La entalpía relativa de una mezcla de aire-vapor de agua es la suma de las entalpías (relativas)

del contenido en aire seco y vapor.

Si la mezcla no está saturada, el vapor presente en ella, está en un estado de

sobrecalentamiento y se puede calcular la entalpía de la mezcla con relación a los respectivos

estados de referencia de aire y vapor, como:

t

bs

ava

mh p

TRMM

YmVV ×

×

+==

1'

vas CYCC ×+= 'CkcalC o

a ⋅= 24,0

CkgkcalC ov ⋅

= 46,0

va hYhh ×+= ''



Así, si la temperatura de referencia para los componentes del sistema es T0:

o La entalpía del aire seco es:

(12.-)

o Para la entalpía del vapor, se puede deducir la ecuación utilizando el diagrama de Mollier

para el agua:

El vapor en la mezcla se halla en un estado representado por el punto A sobre la figura. Su

estado de referencia corresponde al punto D, de modo que la entalpía correspondiente estará

dada por:

Ahora bien, a bajas presiones (como generalmente se trabaja en humidificación), el punto A

que se encuentra sobre una línea de presión constante correspondiente al valor de pv que tiene

en la mezcla, puede considerarse como si estuviera en una línea cuya presión corresponde al

punto A’ (a bajas temperaturas los gases se comportan idealmente, ).

Es decir que .

Entonces:

Por tanto, la entalpía de la mezcla por unidad de masa de aire seco puede expresarse como:

a) (13.-)

Es decir que:

( )0TTCh bsaa −×=

Altas Presiones

L+V

hv=0D.

L

Entalpía (h)

Entropía (S)

..A A'

. Tr

V To

Bajas Presiones

TovPTrvP

TovH∆TrvH∆

( ) ( )orlTvrbsvv TTCHTTChr

−×+∆+−×=

0=∂∂

Tph

'AA hh ≅

( )00 Tvbsvv HTTCh ∆+−×=

( ) ( )

∆+−××+−×=

000 '' Tvbsvbsa HTTCYTTCh



b) (14.-)

siempre y cuando que la temperatura de referencia T0 para el aire y el agua sea la misma, de lo

contrario se utiliza la ecuación a).

OBSERVACIONES La entalpía de la mezcla se puede incrementar:

o Aumentando la temperatura a humedad absoluta constante (o sea por calentamiento de la

mezcla sin contacto con el líquido)

o Aumentando la humedad absoluta a temperatura constante (humidificación)

E.- TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA

Un proceso importante que involucra la mezcla aire – vapor de agua, es el proceso de

saturación adiabático, en donde la mezcla se pone en contacto directo con agua líquida en un

recinto totalmente aislado.

aire mezcla sat. + vapor Tbs2=temp.de h1,Tbs1, sat.adiabát φ1 Tsa φ2=100%, h2 1 2 agua

o Si la humedad relativa inicial es menor del 100%, algo de agua (del reservorio) se va a

evaporar (puesto que el aire que ingresa está en condiciones de recibir más vapor) y la

temperatura de la mezcla aire – vapor de agua va a descender (Tbs2 < Tbs1)

o Si se da un tiempo suficiente para la estadía del aire en contacto con el líquido, la mezcla

sale del equipo en condiciones de saturación. Y la temperatura de la mezcla a la salida se la

conoce con el nombre de temperatura de saturación adiabática Tsa.

o Con el propósito de que este proceso de flujo estable y estado estable se lleve a cabo, la

superficie de donde se evapora el agua está a la temperatura de saturación adiabática e

ingresa al sistema a la misma velocidad con la que se evapora.

o A su vez se supone que la presión total (pt) del sistema permanece constante.

( )0

'' 0 Tvbsa HYTTCh ∆×+−×=



De modo que aplicando la primera ley de la Termodinámica a este proceso y considerando

que:

Q = 0;

Ws = 0;

Las variaciones de energías cinética y potencial son despreciables.

Tenemos que,

y en términos de las entalpías de los componentes de la mezcla ideal en sus respectivos

estados inicial y final podemos expresar que: ¨el contenido energético que sale del sistema =

contenido energético que ingresa al mismo¨

Entonces, como:

Obtenemos: .

(15.-)

Es decir que conociendo únicamente las temperaturas de entrada y salida de la mezcla al

sistema, podemos determinar la humedad del aire que ingresa al mismo.

if hhh ´´0´ −⇒=∆

llvvaavvaa hmhmhmhmhm ×+×+×=×+× 11112222

cttemmm aaa === 12

12 vvl mmm −=

0=∂∂

→≅T

gv phserporhh

22 Tvlv Hhh ∆=−

( ) ( )221211 '' Tvalv HYTTChhY ∆×+−×=−×



F.- TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO (TBH)

Es la temperatura que alcanza, en estado

estacionario, una pequeña cantidad de líquido

que se evapora en una gran cantidad de mezcla

aire – vapor de agua no saturada.

Para determinar la temperatura de bulbo húmedo

se utiliza un psicrómetro, que tiene dos

termómetros: un bulbo seco y el otro cubierto con

un lienzo mojado, a través de los cuales fluye

aire.

El flujo de aire se mantiene por medo de un ventilador o moviendo el termómetro a través del

aire.

Si la mezcla aire – vapor de agua no está saturada, algo de líquido se evapora, ingresando

como vapor en la mezcla circundante, y por lo tanto desciende la temperatura del líquido.

Sin embargo, tan pronto como desciende su temperatura, se transmite calor al mismo desde el

aire. Finalmente se alcanza un estado de equilibrio estable entre las velocidades de

transferencia de masa (evaporación) y de transferencia de calor.

La temperatura de bulbo húmedo es función de la temperatura de bulbo seco y de la humedad

absoluta del aire que circula y es una forma indirecta para medir la humedad del aire.

EXCEPCION Se debe hacer notar que, aunque la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de

saturación adiabática tienen planteos totalmente diferentes!, en forma particular, para mezclas

aire-vapor de agua, a temperaturas moderadas y presión atmosférica, la temperatura de bulbo

húmedo es aproximadamente igual a la temperatura de saturación adiabática.

Esto NO es cierto:

o A temperaturas y presiones que varían significativamente de las condiciones atmosféricas

o Y tampoco es cierto para otros sistemas que no sean aire – vapor de agua.

Tbs Tbh=Temperatura de bulbo húmedo flujo de aire

ventilador

reservorio de agua



DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Las propiedades de las mezclas de aire-vapor de agua, han sido consignadas en forma gráfica

en diagramas psicrométricos de los cuales hay varias formas diferentes.

La carta o diagrama psicrométrico básico consiste del dibujo en un sistema de ejes

coordenados de los puntos correspondientes a temperaturas de bulbo seco (abscisas) y de

humedad absoluta (ordenadas), partiendo de un valor de presión total fijo que suele ser de 1

atm. De todos modos, cuando la presión está comprendida entre 736 mmHg. Y 778 mmHg, se

puede emplear la misma gráfica sin introducir errores de gran importancia.

En el diagrama citado se grafica Y’ Vs. T.

o También (a partir de la ecuación de definición) aparecen graficadas las curvas de

saturación por ciento.

o En el caso de las entalpías, las condiciones de referencia son: aire gaseoso y agua líquida

a 0 °C, de tal forma que este diagrama pueda ser utilizado conjuntamente con las tablas de

vapor.

Los datos para la entalpía del aire saturado se grafica a partir de la ecuación de la entalpía de

la mezcla, tomando Y’=Y’s.

De la misma ecuación, tomando Y’=0, se obtiene los valores para la entalpía del aire seco.



Luego, la entalpía de la mezcla no saturada se halla por interpolación de los dos valores

anteriores con la humedad por ciento a la misma temperatura.

o También aparecen graficadas las curvas de saturación adiabática

o Y las líneas de volumen húmedo para dos estados límites de las mezclas.

Tomando Y’=Y’s se obtiene el volumen húmedo de la mezcla saturada para todo el rango de

temperaturas.

Análogamente, haciendo Y’=0, se obtiene el volumen de aire seco.

De modo que, el volumen de una mezcla no saturada se obtiene por interpolación de

estos valores a una misma Tbs con la Y%.

.

( )oasatoa hhYhh sec%

sec 100' −×+=

( )oasatoah VVYVV sec%sec −×+=



APLICACIONES

A.- ACONCIONAMIENTO DEL AIRE

El objetivo del acondicionamiento del aire es en la mayoría de los casos, el de procrurar

condiciones confortables en edificios públicos, viviendas, etc.

Pero en la actualidad se concede cierta importancia al control de la temperatura y humedad en

aplicaciones industriales, para:

o Materiales que se deben almacenar en condiciones controladas de humedad y temperatura:

semillas, cueros, textiles, papel, tabaco, drogas, componentes electrónicos, etc.

o A veces se usa como paso previo al secado intensivo, y en casos tales como el secado de

materiales inflamables o explosivos o que se descomponen a bajas temperaturas. Así el

aire seco y a temperatura controlada es el medio ideal para obtener un secado de alta

seguridad.

El acondicionamiento del aire es un proceso que tiene por fin obtener aire de una ¨condición¨

determinada, o sea con una humedad y temperatura seca prefijada, a partir de aire

atmosférico.

Esto puede requerir: humidificación o des humidificación, según sea necesario, lo cual puede

ocurrir con calentamiento o enfriamiento.

A.1 HUMIDIFICACIÓN

La humidificación se realiza por medio del contacto del aire con agua líquida a fin de llevarlo a

la humedad absoluta requerida.

Existen varias formas de lograrlo, cada una de ellas adecuada a ciertas situaciones, con sus

respectivas ventajas y desventajas.

A.1.1 Humidificación por saturación no adiabática En este método se ajusta la

temperatura del agua que se ha de

poner en contacto con el aire, al valor

deseado de humedad absoluta de

equilibrio. Para ello es necesario

suministrar calor al agua.

se calienta el aire, sin contacto co

Esta temperatura del agua es superior

a la de saturación adiabática de la

condición inicial (Ti, Hi) de modo que



el agua entrega algo de calor al aire, el

cual luego se sigue calentando hasta

La temperatura de bulbo seco fina Tf. Esta cantidad de calor suplementaria se obtiene de la

diferencia de: hf – ha.

El aire se calienta hasta la temperatura Ta, por contacto directo con el agua caliente, y

adquiere humedad desde Hi hasta Ha.

La ventaja de este método reside en que sólo se requiere controlar la temperatura del agua, lo

que es relativamente fácil. Por supuesto que hay que monitorear también la humedad.

A.1.2 Humidificación por saturación adiabática Este es el método de humidificación

del aire más empleado en la práctica

industrial.

En este proceso las condiciones de

contacto entre el aire y el agua son

tales que el aire alcanza la condición

de saturación (en forma adiabática) en

contacto con el agua.

Luego, si disponemos de aire en las

condiciones “i”, y queremos llevarlo

hasta la condición final “f”, el proceso

se realiza de la siguiente manera

1.- se calienta el aire fuera del contacto del aire (tramo 1-2 en el esquema de abajo), hasta la

temperatura de saturación adiabática correspondiente a la temperatura de rocío del aire en la

condición final “f”.

2.-Se introduce el aire caliente en el humidificador adiabático, en donde se satura en contacto

con agua que se encuentra a una temperatura igual a la de saturación del aire. Parte del agua

pasa al aire saliendo el resto por la parte inferior del humidificador a la temperatura húmeda del

aire. Esta agua se bombea nuevamente a la cúspide del humidificador, de modo que esté

continuamente recirculando.

3.- el aire que sale por la cúspide del humidificador con la humedad deseada, (s) se calienta sin

contacto con el agua hasta la temperatura final Tf.

1Q 2Q

%6020

% =°=

YCTbs

%90% =YCTCT

bh

bs

°=°=

3555

húmedoAire

0=Q

lm



A.1.3 Humidificación con mezcla o recirculación En varias aplicaciones industriales se tira el aire ya usado para evitar la acumulación de

vapores riesgosos o por otros motivos. No obstante esto implica un desperdicio de dinero que

se debe evitar cuando sea posible.

En el acondicionamiento de aire para humanos también es necesario renovar el aire viciado,

pero resulta deseable mezclar una cantidad de aire ambiente con aire atmosférico fresco. A

esto se le denomina recirculación.

A.2 DESHUMIDIFICACIÓN

La deshumidificación se lleva a cabo enfriando la masa de aire hasta una temperatura para la

cual la humedad de saturación sea la requerida.

Es una operación necesaria en el acondicionamiento del aire en climas cálidos y húmedos. Se

puede lograr de dos maneras: con intercambiador de calor (superficie de enfriamiento) o por

contacto directo del aire con agua previamente enfriada.

Así como en el caso de la humidificación casi siempre viene acompañada de un calentamiento,

en el caso de la deshumidificación se asocia al enfriamiento. Esto se puede lograr de las

siguientes maneras:

A.2.1 Deshumidificación por intercambiador de calor En este sistema el aire externo se

pone en contacto con un

intercambiador de calor

(generalmente de tubos aletados)

por el que circula un refrigerante,

que lo enfría a humedad

constante i hasta s. La

temperatura del fluido refrigerante

debe ser menor que la

temperatura de rocío de la

mezcla.

Si prosigue el enfriamiento, a partir del punto ¨s¨, se comienza a eliminar la humedad que

condensa en el intercambiador y lo lleva hasta la condición s´, correspondiente a la

temperatura de rocío de la condición final deseada. Desde aquí se calienta hasta la condición f.



A.2.2 Deshumidificación por contacto directo En este proceso el aire se pone en contacto con agua enfriada a temperatura menor de Ts

(temperatura de rocío del aire que ingresa), que se pulveriza para que al ponerse en contacto

con el aire, lo enfríe.

Durante este proceso, el aire se enfría perdiendo calor sensible y calor latente, mientras que el

agua eleva su temperatura.

B.- TORRES DE ENFRIAMIENTO: ENFRIAMIENTO DEL AGUA POR EVAPORACIÓN

Las torres de enfriamiento son equipos empleados para enfriar agua. El enfriamiento del agua

que ha sido empleada en procesos de refrigeración se realiza con el fin de llevar el agua a su

temperatura primitiva para que pueda entrar nuevamente en servicio en el proceso fabril.

En muchas industrias el agua empleada como fluido de refrigeración, para enfriar otros fluidos

es tratada químicamente para evitar la corrosión de los equipos y la formación de

incrustaciones (en las cañerías). El agua así tratada es demasiado cara para desecharla, por lo

que se recircula y es necesario enfriarla para poder utilizarla nuevamente.

Esto se logra en las torres de enfriamiento. Existen varios tipos, con distintos detalles

constructivos, pero todas funcionan según el mismo principio.

En las torres de riego, el agua cae en forma de cascadas en contracorriente con el aire.

Operación de las torres de enfriamiento El enfriamiento del agua se logra poniéndola en íntimo contacto con una corriente de aire cuya

temperatura de bulbo húmedo sea inferior a la del agua, en equipos denominados ¨torres de

enfriamiento¨. En estas condiciones el agua se enfría por evaporación y también por

transmisión de calor sensible al aire, si la temperatura de éste es menor.

Todas las torres de enfriamiento operan por evaporación del agua en forma de finas gotas o

películas que empapan el relleno de la torre.

En esta humidificación adiabática del aire por contacto con agua, la temperatura del agua se

modifica en el sentido de aproximarse a la de la interfase (o sea la de saturación adiabática o la

de bulbo húmedo). Como consecuencia el agua puede enfriarse por contacto con aire hasta

una temperatura inferior a la de éste, y tanto más baja sea la humedad del mismo.



Esta evaporación depende de la temperatura de bulbo húmedo, que siempre es menor a la

temperatura de bulbo seco (excepto si el aire esta saturado, en cuyo caso son iguales y la

torra prácticamente no puede operar a menos que el aire atmosférico esta a temperatura muy

baja).

Por lo tanto es posible enfriar agua aún si su temperatura es menor que la del aire, siempre

que el aire este seco.

En la práctica por lo común el aire esta generalmente más frío que el agua. Cuando no es así

el funcionamiento de la torre se pone pesado. En verano es muy difícil conseguir que la

temperatura del agua que abandona la torre sea menor de 40°C.

Normalmente se puede esperar que el aire salga de la torre con una humedad relativa del

orden del 90% - 92%.

La temperatura del agua fría a la salida de la torre es 2 o 3°C mayor que la de bulbo húmedo,

aunque una torre nueva o recién limpiada puede alcanzar una diferencia menor de 1,3°C. A

medida que se va ensuciando por efecto del polvo atmosférico y crecimiento de algas, va

perdiendo eficacia.

La diferencia de temperaturas de entrada y salida del agua (llamada intervalo) suele ser del

orden de 10°C y a veces un poco mayor.

Por lo general la torre se diseña y construye asumiendo esta diferencia de temperaturas (el

intervalo) es del orden de 8,3°C. El volumen del relleno (y por lo tanto el tamaño de la torre)

depende de esta diferencia de acuerdo a la siguiente tabla: Intervalo en °C (°F) 2,8 (5) 8,3 (15) 13,9 (25)

Volumen relativo 2,4 1,0 0,55

Agua Fria Tl2 =

Agua Caliente Tl1 = Flujo másico1 =

Aire atmosférico Y1% = Tg1 =

Aire atmosférico saturado



Las pérdidas por evaporación son del orden del 2% por cada 15°C de intervalo. En las torres

de tiro forzado hay pérdidas por arrastre del orden del 0,2% a 0,5%. Estas dos pérdidas

sumadas, si no se compensan, producirán con el tiempo un aumento en la concentración de

sales que se debe prevenir. Para tal fin se suele agregar un 2,5% a 3% del caudal circulanete

en forma de agua tratada fresca.

El funcionamiento de un torre es aproximadamente adiabático, de modo que el calor entregado

por el agua al enfriarse se emplea totalmente en evaporar parte del agua e incrementar la

entalpía del aire.

El agua que se evapora se incorpora al aire como humedad.



BIBLIOGRAFÍA

o Treybal R., Öperaciones de Transferencia de Masa¨, Edit. McGraw Hill, 2° Ed.(1980)

o Rodríguez J., Ïntroducción a la Termodinámica¨,

o Vian A. y Ocón J., Ëlementos de Ingeniería Química¨ (Operaciones Básicas), Editorial

Aguilar, 5° Ed. (1.969)

o Ocón García J. y Tojo Bareiro G., ¨Problemas de Ingeniería Química¨ (Operaciones Básicas

– Tomo I), ), Editorial Aguilar, 3° Ed. (1.980)

psicrometria unt

Documents