Elementos de Aire Humedo-2013

7/23/2019 Elementos de Aire Humedo-2013

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ELEMENTOS DE AIRE HUMEDO

El aire hmedo es la mezcla de aire seco con algo de agua, que puede estarcomo vapor, lquido slido.

Es tpico del aire atmosfrico, en el cual el vapor de agua est muy baja presinparcial, por lo cual dicho aire puede ser tratado como mezcla de gases ideales. Valeentonces la ley de Dalton de las presiones parciales para sus dos componentes: aireseco (as) y hmedo (v).

vast PPP +=

tvv PxP .=

tasas PxP .=

Con las fracciones molares respectivas = ivv NNx / = iasas NNx / Las principales caractersticas del aire hmedo se definen as:

1)- Humedad absoluta ( contenido de humedad)Es la relacin;

asag mm /= siendo magmasa del agua y masmasa del aire seco.

Cuando el agua est slo como vapor la mezcla es homognea y su humedadabsoluta se calcula as:

asasvvasv MNMNmm ././ == siendo respectivamente

Mv, masa molar del agua, 18,015Mas, masa molar del aire, 28,97

Nv, n de kmoles del agua = mv/MvNas, n de kmoles del aire = mas/Mas

De aqu, teniendo en cuenta la proporcionalidad entre n de kmoles y presionesparciales

Nv/Nas= Pv/Pas tendremos y Pas= Pt-Pv)/(622,0)97,28/015,18).(/(

vtvasv PPPPP ==

2)-Humedad absoluta de saturacin s.Estando el aire a una temperatura T, llamada de bulbo seco, y a una presin

total Ptel vapor se encuentra a T y a Pv. En el diagrama T-S ese estado es el 1,que corresponde a la fase vapor sobrecalentado.

Si le agregamos vapor a T = cte., va a aumentar su presin parcial Pv, hastaque el aire se satura de humedad al llegar al estado 2 sobre la curva deequilibrio.

TP.C.

T2 1

1-3 P = cte TrTR 1-2 T = cte Ps,P

3

S

Pvs

Pv


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2

Ah la presin pasa a ser la saturacin del vapor, Pvs, o sea la quecorresponde a la temperatura de saturacin en la curva de tensin del vapor.

En esa situacin la humedad de saturacin sser

)/(.622,0 vstvss PPP =

3)-Humedad relativa .Se denomina humedad relativa ( H.R.) a la relacin entre la humedad

absoluta y la humedad absoluta de saturacin a esa temperatura

s /=

puede variar entre cero (aire seco) y 1 (aire saturado de humedad)Aire con 100% de H.R. no admite ms agua en estado de vapor: si se leagrega algo ms de vapor ste precipitar como condensado.

4)-Temperatura de roco t rSi enfriamos el aire a P=cte., el vapor conserva su presin parcial Pvpero

disminuye su temperatura hasta llegar a la saturacin en el estado 3. En esepunto comienza a condensarse el vapor, (roco) y la temperatura a la quecomienza la condensacin se llama temperatura de roco tr.

5)-Entalpa del aire hmedo hah

El aire hmedo es una mezcla de 1 kg de aire seco con kg de vapor deagua. Su entalpa h es suma de las entalpas de ambos componentes

hah= ha+ hv

Se toma como origen referencial 0 C, en el cual las entalpas del aire seco yla del agua lquida se conviene que valgan cero. Luego

ha= cpa.t [kcal/kg]hv= 597 + cpv.t [kcal/kg]

Con [cp] = kcal/kg.K y calor de vaporizacin del agua a 0 C igual a 597kcal/kg. Por lo tanto

ha = cpa.t + (597 + cpv.t) [kcal/kgas]

6)-Temperatura de bulbo hmedo.( de saturacin adiabtica)Hemos visto dos formas de saturar el aire con vapor, a P = cte. y a T = cte.Hay una tercera forma de saturar el aire: adiabticamente.Para eso se usa un canal de suficiente longitud, aislado trmicamente, dentro

del cual hay agua, y se hace pasar aire con temperatura te, humedad absoluta ey entalpa hea la entrada. El agua se evapora y dicho vapor se incorpora al aire,

saliendo ste por el otro extremo del tubo saturado de humedad.


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te tsae sahe hsa

entrada magl agua salida

saturacin adiabtica

Aplicando los balances de masa y de energa a un Sistema AbiertoPermanente sin intercambio de calor ni trabajo, se comprueba que la entalpa a lasalida debe ser igual a la de la entrada ms la que incorpora el valor absorbido.

emas+ magl= smas

hagl + he= hs (kcal/kgas)

he= cpa.te+ e(597 + cpv.te); hs= cpa.tsa+ sa.(597 + cpv.tsa) [kcal/kgas] (1)

Donde

tsa, temperatura de saturacin adiabtica, se llama tambin temperatura de bulbohmedo (tbh)sa, humedad absoluta de saturacin adiabtica calculada con

sa= 0,622.Pvsa / (Pt-Pvsa)

donde Pvsasale de la curva de tensin de vapor correspondiente a tsa(se lee enlas tablas de vapor saturado)

La tsaes aproximadamente igual a tbh. Esta ltima se obtiene prcticamentecon un termmetro de mercurio con su bulbo envuelto en un pao hmedo,hacindole pasar el aire cuya temperatura de bulbo hmedo se quiere medir. Elbulbo se enfra por el calor que cede al agua del pao mientras se evapora.

7)-Cuadro resumen de caractersticas.

Sea la curva de presin de vapor del agua a presin baromtrica total de 760mm de Hg.

P [MPa]P=f (Ts)

s= 0,622 Pvs PvsPT-Pvs

sa= 0,622 Pvsa PvsaPT-Pvsa

= 0,622 Pv Pvsr

PT-Pv= 0 tR tBH tBS T (C)

sQ=0 sat a T=cte.


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Entrando con las tres temperaturas introducidas, tbs, try tbh, se obtienen lastres presiones de vapor saturado indicadas. En el caso del Roco esa Pvsrcoincidecon la Pvdel vapor en el aire, es decir Pvsr=Pv(pues fue un proceso a P=cte).

En este cuadro estn las relaciones de las seis caractersticas , , h, tbs

, tbh

,tr, entre s, de modo que conociendo dos de ellas (dada una determinada Pt) sepueden obtener analticamente las otras cuatro.


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8)-Diagrama Psicromtr ico. (, t)El diagrama psicromtrico es el ms usado en problemas de

acondicionamiento del aire. Otro diagrama es el de Mollier diagrama (h-)El diagrama Psicromtrico se traza para una presin total dada (aunque generalmente es la

presin atmofrica 760 mm de Hg) y sus dos ejes coordenados son la humedad absoluta y latemperatura t [C]

kcal/kg 100%40

75%

h1 3020

1 50%10 1

0 25%

h=cte

tR tBH tBS 0

Temperaturas t [C]

Humedadabsoluta

entalpias


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Debajo de la lnea = 100% estn los estados gaseosos del aire hmedo.Se pueden leer para el estado 1 los valores t1=tbs; 1; h1y 1. Para leer tbhy trhay que hacer un trazado.

Para obtener tbhse debe saturar el aire 1 a entalpa constante y leer latemperatura de saturacin: ser tbh.

Para trsaturar el aire en 1 a humedad absoluta constante y leer la

temperatura de roco: ser tr.

9)-Procesos para acondic ionar el aire.Los procesos ms frecuentes son cuatro: calentar, enfriar, humidificar,

deshumidificar.Se indican grficamente en el diagrama psicromtrico siguiente; en l se

pueden leer los valores de entalpa y de humedad, para calcular calorintercambiado y agregado extraccin de humedad respectivamente.

Calentamiento: se hace a humedad absoluta constante: Proceso 1-2

Enfriamiento: igual que calentar, se mantiene constante la humedad, 1-3

h Q1-2=h2-h1 kj/kgas100% Q1-3=h1-h3

h2 w1-4=4-1 kgagua/kgash1=h4 4 w1-5=5-1

h3 4

h5 R 3 1 2 1=2=3

5 5

tbs C t5 tR1 t3 t1 t2

Humidificacin evaporativa: se hace a entalpa constante, tal cual se explicen la saturacin adiabtico

Deshumidificar: se enfra hasta por debajo del punto de roco; el vaporcomienza a condensarse en el punto de roco, hasta llegar al valor deseado: 1-5

1-4.

Debido a que estas evoluciones son a P1= cte., los intercambios de calor secalculan simplemente por diferencias de entalpas.

Sea un EJEMPLO ESQUEMTICO, el Proceso 1-S-R-2

Se quiere tratar aire caliente y muy hmedo para disponer de aire fresco ymenos hmedo. Del estado 1 llevarlo al estado 2. Hay que extraerle calor yhumedad.


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Escalas de h y tbh

h

h1 100%

s 1 1

1hR h2 2

R 2 2

tR t2 t1 t C

El proceso que corresponde es hacerlo pasar al aire por un enfriador (tiporadiador, por donde circula fluido refrigerante de una mquina frigorfica), a menor

temperatura que la del roco de S, enfriarlo hasta tR , retirando la cantidad deagua 12y luego calentarlo en un serpentn de resistencias hasta lograr latemperatura requerida t2.

Estos procesos son todos a P = cte. = 1 atm.Se le extrae (1-2) kg de agua y se le extrae (h1-hR) kcal/kg de calor;

adems se le entrega (h2-hR) kcal/kg de calor, de tal manera que el calor netoextrado debe ser (h1-h2).

10)-Torre de enfriamiento.

Se puede aprovechar la capacidad que tiene el aire hmedo con bajahumedad relativa de evaporar agua caliente puesta en contacto, generando unenfriamiento de la masa de agua, debido al calor que debe absorber una pequeaparte de ella para evaporarse e incorporarse el aire.

Un esquema de una torre de enfriamiento es el siguiente:

2 salida de aire

ventilador saturado ( )a

m

3 entrada de aguacaliente )( 3wm

agua caliente 1 entrada de airepulverizada 1 atmofrico con

H.R.


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Se cumplen los dos balances tpicos:De agua: 2413 awaw mmmm +=+

De entalpas: 244133 aawwaaww hmhmhmhm +=+

Generalmente se conocen los cuatro estados termodinmicos y la cantidad

3wm de agua que entra para ser enfriada, por lo que se debe calcular am y 4wm

resolviendo las dos ecuaciones de balances. Cuantomenor es la del aireentrante mayor efecto evaporizador produce aumentando la capacidad derefrigeracin de dicho aire.

11). Diagrama Multipresin.

Como el aire hmedo (entendiendo aire atmosfrico) tambin es utilizadocon otras presiones que no sea la atmosfrica, como por ejemplo aire comprimidoindustrial, para movimientos neumticos, movimiento de piezas por soplado,gomeras, etc, es necesario saber como tratarlo a diferentes presiones, para ellorecurrimos al diagrama multipresin, que resulta de construirlo a partir de undiagrama de Mollier para 1 ata y transformarlo para distintas presiones comosigue: entindase al decir diagrama H-X, se quiere decir en la nueva nomenclaturaH-


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