UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA

UNIDAD CURRICULAR: TERMODINÁMICA APLICADA

PUNTO FIJO-ESTADO FALCÓN

GUIA COMPLEMENTARIA

TEMA 5: PSICROMETRIA

UNEFM

Objetivo terminal: Analizar el comportamiento termodinámico del aire atmosférico

sometido a diferentes condiciones por medio de sistemas mecánicos de

acondicionamiento.

ELABORADA POR:

ING. GELYS GUANIPA. MSc

ING. JOSMERY SANCHEZ. MSc

ING. ELIER GARCÍA

Ultima modificación: Abril, 2017 Aprobado por:

TEMA 7: PSICROMETRIA

Contenido:

• Definición de psicrometría y principal aplicación

•Definición de aire seco y atmosférico

•Propiedades de una mezcla aire-vapor.

• Temperatura de bulbo seco y húmedo.

• Temperatura de saturación adiabática.

• Carta Psicométrica.

• Procesos de acondicionamiento de ambientes:

Calentamiento y enfriamiento simple.

Deshidratación con calentamiento.

Enfriamiento Evaporativo.

Calentamiento con humidificación.

Mezcla adiabática de dos corrientes de aire.

•Torres de enfriamiento.

¿QUE ES LA PSICROMETRIA?

Es la ciencia que involucra las propiedades termodinámicas del aire húmedo, y

el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y el confort humano,

es decir, el método de controlar las propiedades térmicas del aire húmedo.

Su aplicación más importante es en los procesos de

acondicionamiento de aire

La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning

Engineers) define el acondicionamiento del aire como: "El proceso de tratar el aire,

de tal manera, que se controle simultáneamente su temperatura, humedad,

limpieza y distribución, para que cumpla con los requisitos del espacio

acondicionado".

AIRE SECO Y ATMOSFÉRICO

Es conveniente tratar al aire como una mezcla de vapor de agua y de aire seco,

porque la composición del aire seco permanece relativamente constante, pero la

cantidad de vapor de agua cambia por la condensación y evaporación de los oceanos,

lagos, ríos, e incluso del agua del cuerpo humano.

El aire es una mezcla de nitrógeno, oxígeno y pequeñas cantidades de otros gases.

Normalmente el aire en la atmósfera contiene cierta cantidad de vapor de agua (o

humedad) y se conoce como aire atmosférico. En contraste, al aire que no contiene

vapor de agua se le llama aire seco.

La temperatura del aire en aplicaciones de acondicionamiento de ambientes varía de -

10 a cerca de 50°C. En esta rango el aire seco puede tratarse como gas ideal con un

valor de Cp constante de 1,005 kJ/kg.K ó 0,240 Btu/lbm.R

A 50°C, la presión de saturación del agua es 12,3kPa. A presines por debajo de este

valor, el vapor de agua puede tratarse como gas ideal, incluso cuando es vapor

saturado. Por tanto, el vapor de agua en el aire se comporta como si existiera solo y

obedece a la relación P.v=R.T. El aire atmosférico se trata como una mezcla de

gases ideales cuya presión total esta dada por:

va PPP (kPa)

Pa: Presión parcial del aire sec; Pv: Presión parcial del vapor

PROPIEDADES DE UNA MEZCLA AIRE-VAPOR

a

v

m

m

aa

vv

aa

vv

RP

RP

TRVP

TRVP

/

/

/

/

Humedad específica o absoluta ():

Es la masa de vapor de agua (mv) presente en una masa unitaria de aire seco (ma),

también conocida como relación de humedad, y se determina a través de:

g

g

v

v

a

v

pP

P

pP

P

P

P

622,0622,0622,0

va pPp

(kg vapor de agua/kg de aire seco)

Siendo:

Pg: presión de saturación a la temperatura indicada

g

v

g

v

v

g

gg

vv

g

v

m

m

v

v

vRT

vRT

P

P

/

/

Humedad relativa : Se refiere a la cantidad de humedad que el aire contiene (mv) en

relación con la cantidad máxima de humedad que el aire puede contener a la misma

temperatura (mg). Es decir:

PROPIEDADES DE UNA MEZCLA AIRE-VAPOR

Esta varia de 0 para aire seco a 1 para aire saturado. La misma varia con la temperatura

aunque su humedad especifica permanece constante.

Con lo planteado en esta ecuación podemos determinar que:

g

a

g

v

P

P

P

P

622,0

Pgw

P

)622,0(

.

PROPIEDADES DE UNA MEZCLA AIRE-VAPOR

vam hhh

cTCTh CCm /º82,17,2501/º005,1

Entalpia del aire atmosférico: Se refiere a la entalpia del aire seco mas la entalpía del

vapor de agua, y se determina de la siguiente manera:

CTC C º40º0 Para rangos de: Sist. Internacional

FTFTh FFm /º435,05,1061/º240,0

FTF C º110º32

Sist. Inglés

Volumen especifico del aire:

v

a

a

aa

a

am

PP

TR

P

TRv

m

Vv

TEMPERATURA DE BULBO SECO Y BULBO HÚMEDO

Temperatura de punto de rocío: Temperatura a la que se inicia la condensación si el aire se enfría a presión constante. Es decir, la temperatura de saturación del agua correspondiente a la presión de vapor.

PvSatpr TT ,

Temperatura de bulbo seco: Es la temperatura de una mezcla gas-vapor medida con un termómetro convencional.

Temperatura de bulbo húmedo:

Es la temperatura de la humedad contenida en el aire. Se obtiene empleando un

termómetro cuyo bulbo está cubierto con una mecha de algodón saturada con agua y se

hace pasar aire sobre ella.

TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA

332,21,10 wwmama hmhmhm

El sistema se compone de un canal largo aislado que contiene una pila de agua. Por

el canal se hace pasar una corriente uniforme de aire no saturado que tiene una

humedad especifica de w1 (desconocida) y una temperatura de T1. Cuando el aire

fluye sobre el agua, un poco de esta se evapora y mezcla con la corriente de aire. El

contenido de humedad del aire aumentará durante este proceso y su temperatura

descenderá, puesto que parte del calor latente de evaporación del agua que se

gasificará provendrá del aire. Si el canal tiene un largo suficiente, la corriente del aire

saldrá como aire saturado a la temperatura de T2 , que se llama temperatura de

saturación adiabática.

TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA

Partiendo de: ; la ecuación de la energía puede escribirse como: vamez hhh

322110 wwvaavaa hmhhmhhm

(Masa de aire seco) 121 aaa mmm

1233210 vvwwvv mmmommm (Masa de agua)

Empleando e igualando los flujos másicos del aire seco tenemos: av mm /

123 aw mm

Sustituyendo la ecuación final del balance de masa en la ecuación de balance de energía y

dividiendo entre tenemos:

am

312221110 wvava hhhhh

TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA

Resolviendo esta ecuación en la relación de humedad del aire húmedo que entra al

proceso de saturación adiabática, se tiene la siguiente expresión:

1Resolviendo esta ecuación en la relación de humedad del aire húmedo que entra al

proceso de saturación adiabática, se tiene:

31

32212,

31

32212

1

wg

wgaP

wv

wvaa

hh

hhTTC

hh

hhhh

gvaPa hhyTCh ,

21

22,11,,

1

fg

fgsatsaaP

hh

hTTC

Donde están medidos a la temperatura de saturación adiabática 22,2, , ffgsat hyh1,2 satTT

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Para facilitar el cálculo y la visualización de los procesos en los que interviene el aire

atmosferico es útil representar gráficamente las propiedades del mismo en un

diagrama conocido como carta psicométrica (ver figura).

PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE

Para mantener un ambiente en las condiciones deseadas, son necesarios algunos procesos que generalmente se aplican para modificar la temperatura y humedad del aire. Estos procesos incluyen el calentamiento simple (aumentar la temperatura), enfriamiento simple (disminuir la temperatura), la humidificación (agregar humedad) y la deshumidificación (eliminar humedad). Algunas veces dos o mas de estos procesos son necesarios para llevar el aire al nivel de temperatura y humedad requeridos.

CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO SIMPLE

222211110 vvaavvaa hmhmhmhmQ

Donde para las dos corrientes, la de entrada y la de salida. Basándose en la ecuación . Por tanto, la ecuación de la energía queda:

av mm

Tch apa ,

111,222,11112222 gapagapavaavaa hTcmhTcmhhmhhmQ

Siendo . 12

Ambos procesos se representan por una linea horizontal sobre la carta psicrométrica debido a que la humedad especifica es constante. El calentamiento hacia la derecha (aumento de temperatura) y el enfriamiento hacia la izquierda (disminución de la temperatura). Aplicando el balance de energia nos queda:

DESHIDRATACIÓN CON CALENTAMIENTO

ent sal

hmhmQ 0

Balance de energía

gairepm hTch

donde

g

g

pP

p

622,0

ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO

Se basa en un sencillo principio: cuando se evapora el agua el calor latente de evaporación se absorbe del cuerpo del agua circulante. Como resultado tanto el agua como el aire se enfrían durante el proceso. Es utilizado bajo condiciones de altas temperaturas y humedad relativa y especifica baja.

ent sal

hmhmQ 0

2210 hmhmhm awwa

21210 hhh w

Balance de energía

Para el proceso de enfriamiento adiabático se tiene:

Dividiendo entre la masa de aire seco, se tiene

CALENTAMIENTO CON HUMIDIFICACIÓN

Es utilizado bajo condiciones de bajas temperaturas y humedad relativa y especifica baja.

ent sal

hmhmQ 0

Balance de energía

20 hmhmhm assa

Debido a que se tiene: aaa mmm 23

Donde el subíndice s representa a la corriente

de vapor. El balance de masa del agua es:

as

saa

mm

mmm

23

23 0

MEZCLA ADIABÁTICA DE DOS CORRIENTES DE AIRE

321 aaa mmm

332211 aaa mmm

332211 hmhmhm aaa

13

32

2

1

a

a

m

m

13

32

2

1

hh

hh

m

m

a

a

Para eliminar se tiene:

De la misma forma se tiene:

3am

TORRES DE ENFRIAMIENTO

Una torre de enfriamiento húmedo es un enfriador evaporativo semiencerrado. El aire

entra a la torre por el fondo y sale por la parte superior. El agua caliente del

condensador se bombea hacia la parte superior de la torre y se rocía en esta corriente

de aire. Cuando las gotas de agua caen por la influencia de la gravedad, una pequeña

fracción del agua se evapora y enfría el agua restante. La temperatura y contenido de

humedad del aire aumentan durante este proceso. El agua enfriada se acumula en el

fondo de la torre y se bombea de nuevo al condensador para recuperar calor de

desecho adicional.

Existen torres de tiro natural y de tiro forzado.

TORRES DE ENFRIAMIENTO

44223311 wwmawwma hmhmhmhm

442222

331111

wwgaa

wwgaa

hmhhm

hmhhm

o

Para relacionar con se plantea: 43 ww mm

1234 aww mmm

Aplicando un balance de energía en la torre:

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

LEVENSPIEL, O (2001). Fundamentos De Termodinámica .Pearson

Educación.

POTTER, M; SOMERTON, C (2004). Termodinámica Para Ingenieros. Editorial

McGraw-Hill.

VAN WYLEN G, SONNTAG R. (1999). Fundamentos de Termodinámica.

México: Limusa.

WARK K; RICHARDS D (2001). Termodinámica. España: Mc Graw Hill.

YUNUS C; BOLES, M (2006). Termodinámica. México: Mc G