tema8 psicrometria

7/23/2019 tema8 Psicrometria

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Tema 8. Psicrometra y procesos psic romtricos

Termodinmica y fund. Grado en ITI. EINA - Unizar 1/34

Tema 8. Psicrometra y

procesos psicromtricos



ndice

Objetivos

- Conocer y saber calcular las propiedades termodinmicas del aire hmedo

- Aprender a util izar el diagrama psicromtrico como herramienta para el clculo depropiedades y representacin de procesos

- Saber aplicar el anlisis termodinmico a procesos psicromtricos: secado,acondicionamiento de aire y enfriamiento de agua con aire.

ndice

Tratamiento de mezclas no reactivas

Principios de psicrometra

Diagrama psicromtrico

Procesos psicromtricos

Torres de refrigeracin

Bibliografa Moran-Shapiro, Fundamentos de termodinmica tcnica, Ed. Revert. Tema 12. engel-Boles, Termodinmica, McGraw Hill. Tema 14.

Marn-Czar. Apuntes de Ingeniera Trmica. Universidad de Zaragoza. Tema 6



Apl icacio nes en i ngen ier a

Definicin: la psicrometra es el estudio del comportamiento del airehmedo, consistente en una mezcla de aire seco y vapor de agua.

Modelo a aplicar: en condiciones ambientales el aire hmedo secomporta como una mezcla de 2 gases ideales.

Se necesitan 3 propiedades para establecer un estado

Aplicaciones en Ingeniera: Sistemas de aire acondicionado: humidificacin y deshumidificacin

Confort, conservacin y transporte de alimentos

Enfriamiento de agua con aire: torres de refrigeracin

Procesos de secado: secaderos



Mezclas de gases no reactivos

Descripcin de la composicin de una mezcla no reactiva

- Mezcla no reactiva: composicin constante, sin reacciones qumicas

- Se considera una mezcla de volumen total V, temperatura T y presin P

- Anlisis gravimtrico: basado en la masa de cada componente

clculo de las fracciones msicas

- Anlisis molar: basado en el nmero de moles de cada componente

clculo de las fracciones molares

- Masa molar aparente:


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Relaciones P-V-T: se supone que la mezcla se comporta como un G.I.

- Modelo de Dal ton: cada componente de la mezcla se supone que secomporta como un gas ideal que ocupa todo el volumen de la mezcla a lamisma temperatura.

Cada componente ejerce una presin parcial:

- Modelo de Amagat: cada componente se supone que se comporta comoun gas ideal a presin y temperatura de la mezcla.

Cada componente ocupa un volumen parcial:

Anlisis volumtrico (equivalente a las fracciones molares)




Ejemplo:

Modelo de aire seco estndar

La masa molar aparente:

La composicin en peso:




Clculo de las propiedades extensivas:

- Base molar: X=U,H,S

Por derivacin:

- Base msica:

Relacin entre ambas formulaciones:




Aire hmedo: puesto que lo que cambia con la meteorologa es la fraccin devapor, se trata como una mezcla de aire seco de composicin fija y vaporde agua en cantidad variable. Ambos como G.I.

Por la ley de Dalton, las presiones parciales:

Aire saturado:

- Mxima fraccin de vapor a P y T

- Propiedades de vapor saturado


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Humedad absoluta:

Donde:

Las fracciones molares y msicas:

Humedad relativa: fraccin molar del aire saturado a P y T

Unidades: kg-v/kg-as

Pv




Punto de roco:

- Proceso 1 - d: reduccin de la temperatura a Pv=cte (composicin cte)

- Estado d: se alcanza la temperatura de roco en la saturacin Tsat(Pv) = TR

- Proceso d - 2+3: reduccin de la temperatura con condensacin y Pv




Clculo de propiedades extensivas y especficas:

- La entalpa especfica por unidad de masa de aire seco:

Para obtener valores coherentes: ha: se obtiene de las tablas de G.I.

hv hg(T): para tener el mismo valor de referencia vapor-lquido

- La entropa especfica:

donde: (G.I.)




Balance de materia:

Balance de energa:

Donde:

Tablas de lquido o vapor

Tablas de agua saturada


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Modelo de saturador adiabtico:

- Rgimen estacionario

- Modelo de gas ideal para la mezcla y comp.

--

-

Temperatura de saturacin adiabtica

Temperatura alcanzada cuando un flujo de airehmedo entra en contacto con agua lquida,

evaporando parte de sta hasta el estado desaturacin, a costa de su energa interna, es decir,adiabticamente y a P=cte.




Modelo de saturador adiabtico: balance de energa

Se puede obtener la humedad absoluta de la mezcla inicial:

Siendo:

Aire hmedo entrada Agua reposicin Aire hmedo salida




Temperatura de bulbo hmedo:

- Termmetro de bulbo comn, con el bulbo envuelto en una muselina humedecidacon agua. Tbh

- Acoplado a un termmetro de bulbo comn (Tbs), forma un psicrmetro.

- En condiciones habituales de T y P atmosfricas Tbh Tsa





Presin baromtrica: 1 atm


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Lneas dehumedad relativa

(%)

Tbs=30C

=

0.

014kg-v/kg-as

= 53 %= 100 %




Escala de

TR (C)

Tbs=30C

=

0.

014kgv/kgas

TR = 19 C




Escala de

Tbh (C)

Tbs=30C

=

0.

014kgv/kgas

Tbh = 22 C




Escala de entalpas

(kJ/kg aire seco)

Tbs=30C

=

0.

014kg-v/kg-as

h=66 kJ/kg-as


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Lneas de volumenpor kg aire seco

Tbs=30C

=

0.

014

kg-v/kg-as

v= 0,878 m3/kg-as




Escala de entalpas

(kJ/kg aire seco)

Tbs= 22 C

=

0.

01

kg-v/kg-as

h=47.5 kJ/kg-as

Ejercicio 5.4

v= 0,85 m3/kg-as




Escala de entalpas

(kJ/kg aire seco)

Tbs=19.5C

=

0.

01

kg-v/kg-as

h=45.3 kJ/kg-as

Ejercicio 5.4




Escala de

Tbh (C)

Tbs=24C

=

0.

0081

kg-v/kg-as

Tbh=16C

Ejercicio 5.5


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Tbs=40C

=

0.

014kgv/kgas

TR = 19 C

=

0.

008

kgv/kgas

Ejercicio 5.6

Tbs=20CTbs=10C




Procesos psicromtricos:

CalentamientoEnfriamiento

Humidificacin

Deshumidificacin

Vapor in yectadoLquido inyectado

(enfriamiento evaporativo)




Mezcla adiabtica de dos corrientes:

El estado de salida se encuentra enla lnea que une los dos estados deentrada en el diagramapsicromtrico:




Deshumidificacin:- Puede ser el objetivo

- Puede ser necesario durante elenfriamiento si la humedad es alta.


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Humidificacin:

Vaporinyectado

Lquidoinyectado

Calentamiento + Humidificacin

2

3

1



Procesos psicromtricos: aplicaciones

Acondicionamiento de aire:

- El cuerpo humano es una mquina trmica y, por tanto, disipa calor mediante conveccin y radiacin y mediante evaporacin de sudor.

- La temperatura y la humedad ambiental de confort depende de la actividad.

- En reposo, la temperatura de confort est en torno a 21C y la humedadrelativa alrededor del 50%, con una velocidad del aire de unos 15 m/min

- Procesos de acondicionamiento de aire:

Calentamiento y humidificacin en invierno

Enfriamiento y deshumidificacin en verano

Condensado




Enfriamiento evaporativo:

Agualquida

Airecaliente

1

Aire fro2 >1

- Parte del agua se evapora acosta de energa interna del aire

- Sigue una curva de saturacinadiabtica, es decir, Tsa=cte




Torres de refrigeracin:

- Intercambiador de contacto directo:agua caliente y aire hmedo fro

- Principio de funcionamiento:enfriamiento evaporativo

- Existe transferencia de calor y masa- Aplicaciones:

Centrales elctricas

Sistemas de aire acondicionado

Produccin de fro

Industria qumica


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Torres de refrigeracin: clasificacin

Segn intercambio: directo (circuito abierto) o indirecto (circuito cerrado).

Segn el relleno o empaquetamiento: sin relleno, de lminas o de goteo

Circuito abiertocon relleno

Circuito cerrado

sin relleno

Relleno tipo splash

Relleno tipo film





Segn el tiro: natural o mecnico (forzado o inducido)

Torre de tiro inducido

Salida aire 2


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Tbs=Tbh(=100%)

Tbs=30C

=

sat=0,

02

75

kg-v/kg-as

Tbh = 30 C





Segn el tiro: natural o mecnico (forzado o inducido)

Segn el flujo: contracorriente o cruzado

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