“LEA 3 VECES CADA PROBLEMA ANTES DE EMPEZAR A RESOLVERLO”
PROBLEMAS DE HUMIDIFICACION Y ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Nancy Ebner Gerschberg
Problema 1.Aire a 100 ºF y presión atmosférica tiene una temperatura de bulbo húmedo de 85 ºF. a.- Calcule la humedad absoluta, el porcentaje de humedad relativa y el punto de rocío del aire. b.- El aire de (A) pasa a un evaporador de donde sale a 120 ºF y temperatura de bulbo húmedo de 115.3 ºF. Calcule el porcentaje de humedad relativa y el peso de vapor de agua evaporada por 1000 ft3 de aire que entra. Problema 2.Para una masa de aire a 40 ºC y temperatura húmeda de 25 ºC, calcule: i. Humedad absoluta y relativa ii. Temperatura de rocío y volumen húmedo iii. Humedad de saturación por enfriamiento adiabático iv. Humedad de saturación a la temperatura a que se encuentra Problema 3.El aire que se suministra a un secador tiene una temperatura de bulbo seco de 21.1 ºC y una temperatura de bulbo húmedo de 15.6 ºC. Se calienta a 93 ºC por medio de serpentines y se inyecta al secador. En éste se enfría adiabáticamente y sale del mismo completamente saturado. Calcule: A. Temperatura de rocío y volumen húmedo del aire inicial B. Humedad absoluta y relativa del aire inicial C. Cantidad de calor necesaria para calentar 100 m3 de aire a 93 ºC D. Cantidad de agua que se evapora por cada 100 m3 de aire que entran E. Temperatura a la salida del secador Problema 4.Se desea disponer de aire a 131 ºF con una temperatura húmeda de 95 ºF a partir de aire atmosférico a 68 ºF y humedad relativa de 60 %. El proceso completo consta de una precalefacción, seguida de una humidificación adiabática hasta que su humedad relativa sea 90 % y calefacción final hasta las condiciones deseadas. Calcule: I. II. III.
La temperatura de salida del aire del humidificador La temperatura de precalefacción del aire El calor que es necesario suministrar al sistema por m3 de aire medido en las condiciones
“LEA 3 VECES CADA PROBLEMA ANTES DE EMPEZAR A RESOLVERLO”
Problema 5.Usando el diagrama calcule la humedad y el volumen del aire resultante si 1000 ft3 de aire a 200 ºF y temperatura de bulbo húmedo de 110 ºF se mezclan con aire a 80 ºF y humedad relativa de 50 %. Determine además el volumen de aire de la mezcla 2 que es necesario agregar para que la mezcla resultante este a 120 ºF. Problema 6.En un sistema en operación continua, 6000 lb/h de aire a tbs = 40 ºF y φ = 60 % se mezclan con 4000 lb/h de aire a tbs = 80 ºF y φ = 50 %. Encuentre las siguientes características de la mezcla: a) Temperatura y Entalpía b) Humedad específica y Humedad relativa c) Represente en la carta psicrométrica el proceso de mezcla de dos flujos de aire. Problema 7.En un proceso de enfriamiento y deshumidifícación, 1000 lb/h de aire inicial que está a 80 ºF y φ = 60 % pasa a través de un serpentín de enfriamiento con una temperatura efectiva en la superficie de 50 ºF. El aire sale a 53 ºF, se desea saber: a) Peso de la humedad condensada b) Calor total removido Problema 8.200 lb/h de una corriente de aire que se encuentra a 160 ºF y 30 % de humedad se mezclan con otra que está a 100 ºF y 70 % de humedad. El aire resultante se hace pasar por unos serpentines donde se calienta hasta 200 ºF y 10 % de humedad. Determine: A. La cantidad de aire de la segunda corriente que se requiere B. El calor que se requiere agregar en los serpentines. Problema 9.Explicar y dibujar el proceso seguido para bajar la temperatura de un aire que se encuentra a 70 ºF y 90 % de humedad relativa hasta 60 ºF y 40 % de humedad relativa. Calcular cuánto calor y cuánta humedad se retira, tomando en cuenta que se procesan 497 lb/h de aire, medidos en las condiciones iniciales. Problema 10.En un sistema de acondicionamiento de aire, el aire fresco que se encuentra a 30 ºF y 60 % de humedad en el exterior, pasa a través de un proceso de calentamiento y humidificación adiabática, de donde sale a 80 ºF y 80 % de humedad. a.- Explicar como se representa el proceso en la carta psicrométrica, no olvide dibujar. b.- Calcular la cantidad de humedad agregada por cada metro cúbico de aire alimentado. c.- Calcular la cantidad total de calor que requiere. d.- Lea e indique sobre la carta el punto de rocío de la condición final. 2
“LEA 3 VECES CADA PROBLEMA ANTES DE EMPEZAR A RESOLVERLO”
Problema 11.A partir de 100 m3 de aire que se encuentra a 45 ºF y 20 % de Humedad se desea obtener aire a 100 ºF y 25 % de humedad, haciéndolo pasar por un proceso que consta de una precalefacción, seguida de una humidificación adiabática y un posterior calentamiento. El aire sale del humidificador con un 90 % de humedad. Determine: a.El proceso sobre la carta psicrométrica b.- El calor requerido en el precalentador, en Btu c.La cantidad de humedad agregada, en libras d.- La temperatura de salida del precalentador, en ºF Problema 12.Se necesita introducir aire al interior de un salón de conferencias a una temperatura de bulbo seco, tbs, de 60 ºF y una humedad, H, del 50 %. El aire en el exterior está a tbs = 90 ºF y H = 40 %, por lo cual debe hacerse pasar por un sistema de acondicionamiento de aire que consiste en un enfriamiento hasta la temperatura de rocío, seguido de una etapa de condensación-enfriamiento, para luego calentar el aire hasta la temperatura deseada. Calcule: i. La temperatura a la entrada del calentador ii. El calor removido en la etapa de enfriamiento y el calor agregado en el calentador iii. La cantidad de agua retirada Problema 13.Se desea obtener 100 m3 de aire a 86 ºF y 40 % de humedad a partir de aire atmosférico que se encuentra a 50 ºF y 30 % de Humedad. Para ello la alimentación de aire se hace pasar por un proceso que consta de una precalefacción, seguida de una humidificación adiabática y un posterior calentamiento. El aire sale del humidificador con un 90 % de humedad. Determine: a.El proceso sobre la carta psicrométrica b.- El calor requerido en el precalentador, en Btu c.La cantidad de humedad agregada, en libras Problema 14.Se desea secar 7 toneladas al día de arvejas recién cosechadas, desde un contenido de humedad del 80 % hasta uno del 10 %. Se emplea un secador rotatorio donde el aire fluye a contracorriente sobre el grano, entrando a una temperatura de bulbo seco de 225 ºF y una temperatura de bulbo húmedo de 110 ºF y sale a 125 ºF de bulbo seco. Haciendo los supuestos que estime necesario, calcule: a.- La cantidad de arvejas que sale del secador en libras por día b.- El agua eliminada en libras por hora c.- El volumen de aire que entra, en m3/h
3
“LEA 3 VECES CADA PROBLEMA ANTES DE EMPEZAR A RESOLVERLO”
Problema 15.En un proceso de enfriamiento y deshumidificación una corriente de 1000 lb/h de aire que se encuentra inicialmente a una temperatura de bulbo seco de 90 ºF y una temperatura de bulbo húmedo de 70 ºF se hace pasar a través de un serpentín de enfriamiento a una temperatura efectiva en su superficie de 50 ºF. Si el aire sale con una temperatura de bulbo seco de 58 ºF, determine: A.- El proceso sobre la carta psicrométrica B.- El calor removido en el serpentín, en Btu/h C.- La cantidad de humedad condensada, en libras de agua/hora Problema 16.En un sistema de aire acondicionado se recicla parte del aire que sale del edificio climatizado, a 80 ºF y 55 % de humedad, para mezclarlo adiabaticamente con aire fresco a 5 C y 40 % de humedad. 1 m3/min de la mezcla resultante se calienta hasta las condiciones de confort que se requieren en los salones del edificio, es decir, a 75 ºF de bulbo seco y 58 ºF de bulbo húmedo. i. Determine la cantidad de calor, en Btu/h, que se requiere en el proceso. ii. Calcule la razón en peso, de reciclo a aire fresco, que se debe alimentar al sistema Problema 17.En el Hotel Amanecer 5 * se está pensando en instalar un sistema de acondicionamiento de aire para su salón de reuniones y convenciones. En un auditorio diseñado para 2000 personas se requiere alimentar aire a razón de 150 ft3/h-persona a 65 ºF y 50 % de humedad. Dado que las condiciones del aire en el ambiente exterior son 75 ºF y 60 % de humedad: A. Grafique el proceso sobre el diagrama adjunto B. Determine el calor total que debe ser liberado por el aire C. Determine el calor total que debe adicionarse al aire D. Calcule la cantidad de humedad que debe removerse. Problema 18.Se desea implementar un sistema de aire acondicionado para obtener 160 m3/h de aire a 80 F y 50 % de humedad. Para ello se ha propuesto un sistema de humidificación que consta de tres etapas: un precalentamiento del aire que se encuentra a 55 F y 40 % de humedad, seguido de una humidificación adiabática hasta que el aire alcance un 85 % de humedad y una calefacción final hasta las condiciones deseadas. a.- Trace el proceso sobre la carta de humedad. b.- Determine la cantidad de calor, en Btu/h, que se debe agregar en la etapa de precalefacción. c.- Determine la cantidad de agua que se debe agregar en la etapa de humidificación adiabática, en lb/h.
4
“LEA 3 VECES CADA PROBLEMA ANTES DE EMPEZAR A RESOLVERLO”
Problema 19.Diseñe un proceso de acondicionamiento de aire que permita introducir un volumen de 5 m3/h de aire a un salón de conferencias, a una temperatura de 60 F y una humedad del 50 %, si el aire en el exterior está a una temperatura de 90 F y una humedad del 40 %. Calcule: i. La cantidad de calor que se debe remover o agregar, según corresponda ii. La cantidad de agua que se debe agregar o retirar, según corresponda. Problema 20.70 m3/h de una corriente de aire que se encuentra a 105 F y 40 % de humedad se mezclan con otra que está a 75 F y 50 % de humedad. El aire resultante se hace pasar por intercambiador de calor, de donde sale a 80 F y 70 % de humedad. Trace el proceso sobre la carta de humedad y determine: A. La cantidad de aire de la segunda corriente que se requiere, expresada en m3/h B. El calor que se requiere agregar (o quitar) en el intercambiador de calor, en Btu/h. Problema 21.Usando el diagrama calcule la humedad y el volumen del aire resultante si 150 ft3 de aire a 180 F y temperatura de bulbo húmedo de 110 F se mezclan con aire a 80 F y humedad relativa de 60 %. Determine además el volumen de aire de la mezcla 2 que es necesario agregar para que la mezcla resultante este a 120 F. Problema 22.Se desea implementar un sistema de aire acondicionado para obtener 100 m3/h de aire a 50 F y 40 % de humedad. Para ello se ha propuesto un sistema de deshumidificación que consta de tres etapas: un enfriamiento del aire que se encuentra a 75 F y 60 % de humedad hasta su temperatura de rocío, seguido de una condensación y una calefacción final hasta las condiciones deseadas. Determine la cantidad de calor que se debe agregar en la etapa de calefacción y la cantidad de agua que se debe condensar. Problema 23.Empleando la carta de humedad, determine la temperatura de bulbo seco que alcanzarían 500 ft3/h de aire, que se encuentran a 50 F y 60 % de humedad, si se les pone en contacto con una resistencia eléctrica que le proporciona 400 Btu/h de calor. Problema 24.Se desea obtener aire a 86 F y 40 % de humedad a partir de aire atmosférico. Para ello 1000 ft3/h de aire se alimentan a un proceso que consta de una precalefacción, seguida de una humidificación adiabatica y un calentamiento final. El aire sale del humidificador con un 90 % de humedad. Determine: a.El proceso sobre la carta psicrometrica b.- El calor requerido en el calentador final, en Btu/hora c.La cantidad de humedad agregada o retirada, según sea el caso, en libras/hora 5
