Balance de materia y energía en un proceso de acondicionamiento de aire (psicometría). Alumna: Martínez Reséndiz Angélica Problema a resolver: En un laboratorio de microbiología se desea una corriente de aire con una humedad relativa del
40% a una temperatura de 28°C. Realizar un estudio general del equipo de acondicionamiento de aire disponible y encontrar las condiciones de operación que cumplan con las características requeridas.
Antecedentes:
El Acondicionamiento de Aire, consiste en el enfriamiento o calentamiento del aire atmosférico en un ambiente interior con el fin de establecer y mantener los estados requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento. Este tratamiento comprende también la ventilación de ambientes. Las aplicaciones del Aire Acondicionado son muy diversas, aquí algunas de las principales: - Industria Textil, industria fotográfica, imprenta. - Salas de cómputo, auditorios, instalaciones médicas, instalaciones bancarias. - Conservación de productos, secado de productos. Humedad Relativa Es el cociente entre la masa de vapor en una unidad de volumen (mv) y la masa de vapor que dicho volumen podría contener si el vapor estuviera saturado a la temperatura de la mezcla, entre la presión de saturación del vapor a la temperatura de la mezcla, es decir a la misma temperatura. Humedad absoluta. Es el cociente de masa de vapor y masa de aire seco.
Material:
1) Cronómetro 2) Psicrómetro
3) Carta psicométrica a 585 mmHg 4) 5 termómetros de bulbo seco
5) 2 termómetros de bulbo húmedo 6) 4 tapones de hule 7) Probeta de 1L.
8) Probeta de 100 mL. Equipo.
Condiciones de operación. El tanque de agua debe estar lleno ¾ partes.
El tapón que conecta a la atmosfera del manómetro inclinado debe estar destapado Las 3 corridas se realizan a flujo de vapor constante. Metodología: Primera corrida : Encender el botón del ventilador y mover el reóstato a la posición deseada.
Verifique que la lectura en el manómetro inclinado esté entre 5 y 9 mmH2O, encender las 3 resistencias de inmersión y esperar a que hacienda el flujo de vapor manipular el reóstato del ventilador y esperar a que se estabilice el equipo 10 minutos.
Segunda corrida: Flujo de aire constante y calentamiento variable, la caída de presión del reóstato
tiene que tener una caída de presión de entre 6 y 7 mmH2O.encender los botones de las resistencias de calentamiento de aire.
Análisis de resultados. 1) Datos.
posición
entradas °C
Δp
del
mmH₂O
reóstato 60
5
93
7
70
resistencia s
encendida
TBs
6
Voltaj e (v)
salidas °C
TBH
25
15.3
28
21.5
28.2
Amper aje (A)
s
Δp
reostat
O
o
125
4.4
70
6
1-b,2-
370
17.6
70
6
490
26.4
1-b,2-b
250
b,1-f
1-b,2-
b,1-f,2-f ~
~
8.8
~
21.5
entradas °C
mmH₂
1-b
70
6
15 22
22.1
posici
ón del
TBH
velocidad
ambiente
m/s TBS
25 28 28
TBH
9.2
14.5
10.6
16.5
11.5
Salidas c°
TBS
24.5
17
ambiente
24.5
veloc
idade s
TBs
TBH
22.8
28.7
22.7 26.5
28.6 37.3
TBH
24 25 28
TBS
TBH
37
16
33 44
15.5
16
TBS
24.5
10.7
24.5
10.9
24.5
10.8
70
6
30.1
46.8
28
52
15.5
24.5
11.2
70
6
28
21.5
22
28
16.5
24.5
10.6
Calcular el área de la salida de flujo: Diámetro del circulo =0.15239m Área del circulo=0.01823907543 m² Calcular el flujo volumétrico: Q=velocidad*área Q=(9.2 )*( 0.01823907543 m²)=0.167799494
24
velocidad
área del
m/s
circulo m²
Flujo
Flujo
m3/s
L/s
volumétrico
volumétrico
9.2 0.01823908 0.16779949 167.799494
10.6 0.01823908
0.1933342
193.3342
11.5 0.01823908 0.20974937 209.749367
Calcular la densidad ƍ= ƍ=
(
)
(
Δp mmH₂O
)
atmosferas
Q L/s
densidad (L/s atm)
densidad (L/s
mmH20)
5 0.00047619 167.799494 1791.96608 0.17066344 6 0.00057143
193.3342 1982.36953
0.1887971
7 0.00066667 209.749367 1999.96214 0.19047258
Calculo del flujo masico Fm=Q*ƍ 300691.001
Q L/s
densidad (L/s atm)
flujo másico
167.799494 1791.96608 300691.001 193.3342 1982.36953 383259.826
209.749367 1999.96214 419490.794
Usando la carta psicométrica para calcular las Y posición del
reóstato
Δp mmH₂O
entradas
(Kg aire
°C
salidas °C
humedo/
velocidad
ambiente
m/s
Kg aire
y
seco)
TBs
TBH
y
60
5
25 15.3
0.0068
93
7 28.2 22.1
0.0142
70
6
28 21.5
0.0138
posición
Flujo
Flujo
reóstato
m3/s
L/s salida
del
volumétrico
TBH
15
TBS
25 0.0068
22
28 0.0142
21.5
28 0.0134
flujo másico
volumétrico
y
salida
densidad (L/s atm)
60 0.16779949 167.799494 300691.001 1791.96608 70
0.1933342
193.3342 383259.826 1982.36953
93 0.20974937 209.749367 419490.794 1999.96214
Balance
Calcular el flujo de aire total (
Balance general
)
(
)
(
)
(
)
TBH
9.2 14.5
10.6 16.5 11.5
17
velocidad m/s
9.2
10.6 11.5
TBS
24 0.0064
24.5 0.0084 24.5
0.009
Para resolver el problema: En un laboratorio de microbiología se desea una corriente de aire con una humedad relativa del
40% a una temperatura de 28°C. Realizar un estudio general del equipo de acondicionamiento de aire disponible y encontrar las condiciones de operación que cumplan con las características requeridas. %Rh=40%
Tbs=24.5°C se considera la presión atmosférica de la ciudad de México P=0.7697atm
y la humedad del aire a temperatura ambiente como Y=0.008 para obtener 100KgAs/h Con la ecuación de Antoine se obtiene la presión de vapor a 24.5 °C Despejando de Sustituyendo
( (
Po= 0.0324275 atm,
) Y=0.0168520
)
Para obtener el flujo de agua necesario para obtener la composición deseada en una corriente de aire de 500 m3/h se despeja del balance de materia total.
(
)
G2= 0.8842 KgH2O/h Por lo tanto para obtener un flujo de aire seco de 100Kg/h con una humedad relativa del 40% a 24.5°C y una presión de 585mmHg, condiciones de trabajo de la ciudad de México, se necesitan 0.8842 KgH2O/h.
Conclusiones En la práctica obtuvimos varios resultados de velocidad y flujo másico y volumétrico, en orden
descendiente se midieron también las velocidades experimentalmente con un velocímetro. Así
mismo se puede observar que los datos concuerdan con la teoría, ya que cuando se disminuyó la posición de control del equipo, la velocidad obtenida bajo, así como el cambio de temperatura, ya
que disminuía esta. Los errores que se obtuvieron fueron mayormente de medición, pero esto se
podría corregir usando dispositivos como termostatos y humidistatos, los cuales retiran la necesidad de usar cartas psicométricas dando lecturas más confiables y por ende con menos error.
Los estudios psicométricos son de gran importancia para un ingeniero químico ya que mediante
un sistema como el usado en esta práctica es posible controlar las condiciones de temperatura y de humedad de una habitación, estas condiciones influyen en las condiciones de los alimentos por ejemplo y el tiempo en que se conservan, y como esta hay muchas otras aplicaciones. Bibliografía Principios elementales de los procesos químicos. Richard M. Felder, 2 edición editorial Addison Wesley. Pp 400
