INDICE Objetivos…………………………………………….…………..
2
Equipo a emplear………………………………………….……
2
Antecedentes………………… Antecedentes………………………………… ………………………….…… ………….…….. ..
3
Instrumentación………………………………….…………….
3
rocedimiento……………….……………………….……...…
3
!oja de datos…………………………………………………..
"
!oja de in instrumentación………….……………………………
#
C$lculo………….………………………………………………
%
&alance A'C…………………………………….
%
&alance C'D……………...…………….…...….
((
C$lculo de de ca caudales……………………..…….
(3
Conclusiones………………………………….……………..…
()
Ane*o…….………………… Ane*o…….………………………………… ……………….……………… .………………….. …..
("
&iblio+ra,-a………………………………….…………………..
(#
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Objetivos •
•
Estudiar el e,ecto de adición / sustracción d calor / 0umedad sobre una masa de aire 01medo en movimiento. Investi+ar las propiedades psicromtricas del aire 01medo con a/uda de la carta psicomtrica. psicomtrica.
Equipo a emplear a planta de psicrometr-a del laboratorio .A. !ilton 4D. Compuesta de dos sitemas •
5istema de tratamiento de aire.
os si+uientes elementos est$n instalados en el ducto cuadrado de (677 de lado o
o
o
o o
8entilador tipo 5irocco en la sección A / control de velocidad por medio de un trans,ormador 98ariac:. Dos calentadores de aire ;resistencia elctrica< en la sección & de ( => cada uno / dos en la sección E de ? => cada uno. 5istema de in/ección de vapor en la sección C / evaporador de a+ua por medio de tres resistencias de inmersión dos de 2 ?=> / una de (=>. Evaporador del sistema de re,ri+eración en la sección D. @na placa ori,icio para la medición del caudal de aire con un manómetro inclinado.
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•
•
5istema de tratamiento de aire. o A lar+o lar+o de un ducto ducto cuadrado de (6: (6: de lado est$n instalados instalados los si+uientes elementos o 8entilador tipo 5irocco en la sección A / control de velocidad por medio de un trans,ormador 98ariac:. o Dos calentadores de aire ;resistencia elctrica< en la sección & de ( => cada uno / dos en la sección E de ? => cada uno. o 5istema de in/ección de vapor en la sección C / evaporador de a+ua por medio de tres resistencias de inmersión dos de 2 ?=> / una de (=>. o Evaporador del sistema de re,ri+eración en la sección D. o @na placa ori,icio para la medición del caudal de aire con un manómetro inclinado 5istema de Be,ri+eración. Be,ri+eración. o Con B'(2 como portador de ener+-a consta de o Evaporador instalado en la ona D con tubo e*tractor de condensado. o @nidad compresor condensador. o 8$lvula de e*pansión termost$tica. o Control e instrumentación. instrumentación. o Estos dos sistemas se pueden observar en el esquema tcnico de la ,i+ura 2. o os controles se encuentran en dos paneles en el panel de la iquierda se ubican los interruptores de los tres calentadores de inmersión / los cuatro calentadores calentadores de aire mientras que en el panel de la derec0a se ubican los interruptores del ventilador / de la unidad compresor condensador condensador ascomo el dial de control de velocidad del ventilador.
Instrumentación o o o o o o o o o o
;6(< 4ermómetro de bulbo seco. ;6(< 4ermómetro de bulbo 01medo. ;6(< anómetro inclinado. ;6(< @n rot$metro para re,ri+erante B'(2. ;6(< @na termocupla de inmersión. ;6)< oos trmicos en el sistema de re,ri+eración. ;6)< anómetros de &ourdon. ;6(< robeta re+ulada. ;6(< Cronómetro. ;6(< Amper-metro de pina con puntas de medición de voltaje.
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rocedimiento
Pruebas a realizar: o o
o
o
o
Condiciones ambientales Calentamiento Calentamiento sensible ( en la sección & por medio de resistencias elctricas. !umidi,icación por calentamiento en la sección C por medio de la adición de vapor. Este vapor es el resultado de un proceso de ebullición con resistencias elctricas Des0umidi,icación Des0umidi,icación por en,riamiento en la sección D +racias a la absorción de calor en el evaporador del sistema de re,ri+eración Calentamiento Calentamiento sensible 2 en la sección E por medio de dos resistencias elctricas ; (F2=> cada una<
Antes del ensayo: o o
o o o
Ase+urarse de que el tanque de de a+ua se encuentre encuentre lleno Ase+urarse de que el termómetro termómetro de bulbo 01medo 01medo ten+a a+ua a+ua en su recipiente Cuida que todos los interruptores se 0allen en posición de apa+ado C0equear la cone*ión a tierra del equipo. Conectar el equipo al suministro +eneral de corriente.
Durante el ensayo: o o o
o o
Colocar ON la llave principal de corriente del equipo. Accionar el interruptor interruptor del ventilador ventilador Be+ular la velocidad de ventilador 0asta obtener una variación en la presión ma/or ó i+ual a (mm!2O en el manómetro indicado. 4omar datos correspondientes a las condiciones ambientales. 4omar la lectura de la ca-da de presión en la placa ori,icio durante todo el ensa/o ;4res tomas<.
Sección A: o
4omar datos de temperatura de bulbo seco / bulbo 01medo en la sección A ;4res tomas en cada sección con intervalos de 2 min<.
Sección B – Calentamiento Sensible: o o
o
Encender una ;6(< resistencia elctrica de ( => en la sección &. Esperar " minutos a que estabilice el sistema / tomar datos de temperatura de bulbo seco / bulbo 01medo en la sección & ;4res tomas en cada sección con intervalos de 2 min<. edir voltaje / corriente en las borneras de las resistencias elctricas. elctricas.
Sección C – Humidificación por Calentamiento: o
o
Encender todas las resistencias de inmersión / mantenerlas as- 0asta que el a+ua 0ierva lue+o apa+ar una de las resistencias de (=> para evitar que el tanque colapse. Cuando se observe que el tanque est$ +enerando vapor esperar " minutos a que estabilice el sistema / tomar datos de temperatura de bulbo seco / bulbo 01medo en la sección C ;4res tomas en cada sección con intervalos de 2 min<.
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Sección D – Deshumidificación por Enfriamiento: o
o
Encender el compresor / esperar a que se ,orme condensado de ,orma continua. 4omar datos de temperatura de bulbo seco / bulbo 01medo en la sección C ;4res tomas en cada sección con intervalos de 2 min<.
o o
o o
o
En simult$neo re+istrar los valores de presión / temperatura en los cuatro procesos del sistema de re,ri+eración. 4omar el dato de ,lujo de re,ri+erante B'(2 en el rot$metro. Con a/uda de la probeta re+ulada / cronómetro medir el caudal de condensado que se +enera. edir la temperatura del condensado con una termocupla de inmersión.
Sección E – Calentamiento Sensible: o o
Encender dos ;62< resistencias elctricas de ? => en la sección E. 4omar datos de temperatura de bulbo seco / bulbo 01medo en la sección A ;4res tomas en cada sección con intervalos de 2 min<.
Para apaar el e!uipo o
o o
o o •
Desconectar el compresor. Desconectar todas las resistencias de inmersión. Desconectar la resistencia elctrica. oner el re+ulador de velocidad en cero / desconectar el interruptor del ventilador. oner en OGG la llave principal de corriente del equipo. Desconectar el equipo del suministro de ener+-a elctrica.
Precauciones durante el ensayo: o
o
a ebullición del a+ua en el tanque evaporador puede ocasionar un colapso del mismo. a ,ormación continua de condensado en el sistema de re,ri+eración puede demorar 0asta 36 minutos.
o!a "e #ato$ toma"o$ en Laboratorio: %Con"icione$ Ambienta&e$ Parámetro Temperatura Presión Humedad Relativa
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Unidad es
Valo r
°C atm
2' (
)
*+
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%#ato$ "e& $i$tema "e tratamiento "e aire Secci Temperatura de bulbo Temperatura de bulbo ón seco (°C) hmedo (°C) Promedi Promedi o o ( 2 , ( 2 , !
24. 5
24. 5
24. 5
2+-./
"
38
39
39
,*-'0
C
43 38. 5 43. 5
44 38. 5
44
+,-'0
39 43. 5
,*-'0
# $
44
+,-'0
19. 5 25. 5 35. 5
20 25. 5 36
35 35. 5
35 35
20 25. 5 36. 5
22-./
35 35. 5
,0-(/
,,-/2 +/-,*
+/-(/
%#ato$ a"iciona&e$ "e& $i$tema "e tratamiento "e aire Parámetro #ierencia de presiones en placa oricio (Δh) Corriente de consumo de resistencias en tramo !" ( &!") Volta*e de consumo de las resistencias en tramo !" ( V!")
&nicio
%ediciones %itad
'inal
mm21
(
(-.
(-2
A
+-(+
+-+,
+-++
22+
220-0
220-*
Unidades
%#ato$ "e& $i$tema "e refrigeración Sistema de reri+eración Parámetro
Unidad
Presión ,! Presión ," Presión -
3gf4cm52 3gf4cm52 3gf4cm52
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Prome dio
%ediciones
+-+ +-, (,-.
+-. +-, (+
+-. +-, (+
+-+0 +-,/ (,-*,
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Presión . 'lu*o másico reri+erante Temperatura , Temperatura Temperatura . Temperatura / 'lu*o del condensado
3gf4cm52
(,
(,
(,-.
(,-(0
g4$
(.-.
('
(0
('-(0
6C 6C 6C 6C o&8men 9m& ;iem
,,-' ',-7 ./-2 (0 (//
,2-+ '0-0 .(-0 (*-+ ('*
,//
+*/ ,'/
,*/
ca8"a& 9m 9m&4$
/-,,,
/-,. /-,' / (
/-,+*
6C
2*-'
2*-0 2*-*
2*-0
&nstrument o 0 Tipo
Ran+o
!pro1imaci ón
;ermómetro ;ermómetro "e merc8rio
=%(/:'/>
/-.
;ermómetro ;ermómetro "e merc8rio
=%(/:'/>
/-.
=/:(2>
/-(
=%+/:2//>
/-(
Temperatura condensado
,(-7 ,2-' '7-2 ''-7 .(-7 .(-, (* (*-. (*-/ (,/ (,2-'0
o!a "e In$tr8mentación: $ntorno de la medición
Parámetro
;em
Condensad o
Manómetro inc&ina"o ;ermómetro ;ermómetro "e inmer$ión
&8!o má$ico "e& refrigerante
Rotómetro
=.:2.>
(
Pre$ión
Manómetro
=/:*> =/:,.>
/-( /-.
=,/:2./>
2B/-*
=/:((> %
(. %
o&8men ;iem
Probeta Gra"8a"a Cronómetro %
Cá&c8&o$ GráDco$: •
•
•
Rea&iar e& ba&ance tFrmico en &o$ ca&enta"ore$ "e &a <&anta "e <$icrometría <$icrome tría 9;ramo 9;ramo A%Rea&iar e& ba&ance tFrmico en e& eHa
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•
Com
Balance t"rmico A#C Datos del sistema de tratamiento de aire
Secció n
$emperatura $emperatura de bulbo seco %&C' ) * + Promedio
A
24. 5
24. 5
24. 5
*,-./
B
38
39
39
+1-23
C
43 38. 5 43. 5
44 38. 5
44
,+-23
39 43. 5
+1-23
D E
44
,+-23
$emperatura $emperatura de bulbo h(medo %&C' ) * + Pomedio 19. 5 25. 5 35. 5
20 25. 5 36
35 35. 5
35 35
20 )0-1+ 25. 5 *.-./ 36. +2-// 5
+.-//
35 35. 5
+.-++
Datos adicionales del sistema de tratamiento de aire
Par4metro 5nidades Diferencia de presiones en placa orificio % ∆ h ' mm!2O Corriente de consumo de resistencias en tramo A#B % I A −B ' A 7ota8e 7ota8e de consumo de resistencias en tramo A#B % V A− B ' 8
)
6ediciones * +
1
1.5
2
4.14
4.43
4.44
224
227.7
227.8
Prom
)-./
,-+,
**2-./
Besultados de entalp-a / otras propiedades en cada estado ;con carata psicromtrica<
DA$9S 9B$E;D9S DE $=;CA ES$AD9 $BS % &C' $BH %& %&C' ? % @ @ @s' %m+ @as' h%@@as ' A 2)." (H.3 #)J 6.# "%.2" B 3.#% 2"." 33J 6.H6" % )3.#% 3# #6J 6.H)% (3" C D 3.#% 3" %HJ 6.H32 (2H E )3.#% 3".33 "J 6.H)" (3(
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%@s @ @as' 6.6(2) 6.6("( 6.63") 6.63"6 6.633#
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Nota: los puntos de la carta psicométrica para cada tramo son representados gráicamente aun cuando estos no se encuentren dentro del rango graicado! sin em"argo! para estos puntos se utili#a una $carta psicrometrica %irtual& para o"tener %alores más apro'imados de entalpias (uente: )ttp:**+++.sc.e)u.es*nm+miga,*-artas/.)tm
C4lculo teórico de la entalpa %de erificación (nicamente': 5e tiene que la entalp-a espec-,ica ;0<
h = 1,0035 t 1+( 1,8723 t 1 + 2500 ) ω1 donde t( es la temperatura de bulbo seco en KC. Asimismo
ω1 =
ω 2 ( hfg 2 )−C p ( TBS −TBH ) as
h g 1−h f 2 2
Donde
ω2 =0,622
p s
∅
p−∅ p s
Entonces para el estado A se tiene que
ω2 =0,622
ω1 =
1 (2,3147 ) 101,325−1 ( 2,3147 )
=0,01454 kg v / kgas
0,01454 ( 2537,81 −83,23 )−1,0035 ( 24,5−19,83 )
( 2546,35 )−( 83,25)
=0,01259 kg v / kgas
h1=1,0035 t 1+ ( 1,8723 t 1 + 2500 ) ω1=1,0035 ( 24,5 ) + ( 1,8723 × 24,5 + 2500 ) ( 0,01259 )
h1=56,64 kJ / kgas "ser%acin: con ello se %eriica ue los cálculos o"tenidos con la carta psicométrica guardan un "uen grado de e'actitud respecto del %alor calculado tericamente tericamente .
Flu8o m4sico de aire seco !allamos el ,lujo de volumen de aire a travs de los ductos con la ecuación presentada en la +u-a del laboratorio laboratorio
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Obtenemos los valores de las e*presiones para la ecuación de las las tablas termodin$micas / la carta psicromtrica se+1n los datos tomados para el tramo C'D •
ρw = 997.009 kg / m
•
g= 9.81 m / s
•
•
•
Δh
3
2
´ ah=6.033∗10−2 m V
L 1.5 mm H 2 O
v E= 0.945
3
s
3
m kg− aire aire sec sec
! E= 0.0336 kgv / kg as
!allamos a0ora la presión del aire seco 5e tiene que para el estado E M L "J entonces
pas = p0− ∅ ( p s ) pas =101.325 − 0.58 ( 8,9492 ) =96,134 k"a Aplicando ecuación ecuación de estado estado para +ases ideales ideales se obtiene obtiene el ,lujo m$sico m$sico de aire seco
´ as= m
´ as p as V #T
=
96,134 ( 0,06033) 0,287 ( 316,82 )
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=0,06378 kg as / s
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(era le/ en proceso A'& 5e tiene por un lado la potencia elctrica de las resistas ;E< / el ,lujo , lujo de calor al aire ;
´ < $
" E =2 VI = 2 ( 226,5 V × 4,34 A )=1,966 k%
´ = ´mas ( h B−h A )= 0,06378 ( 78 −57,25 )=1,323 k% $ or ende con estos valores podemos calcular la e,iciencia del calentamiento calentamiento sensible
& A − B=
1,323 1,966
=67,3
(era le/ en proceso A'C
´ = ´m as ( hC − hB ) =0,06378 ( 135−78 )=3,635 k% $ or otro lado se tiene la potencia de las resistencias elctricas que calientan el a+ua que se evapora para producir el proceso de 0umidi,icación por calentamiento
" E =6 k% ( (va'r (mi(a' ) or ende con estos valores podemos calcular la e,iciencia del proceso de 0umidi,icación 0umidi,icación por calentamiento calentamiento
& A − B=
3,635 6
=60,6
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Balance t"rmico C#D Datos del sistema de refrieración: Sistema de reri+eración Parámetro Presión ,! Presión ," Presión -
unidad
%ediciones
3gf4cm52 3gf4cm52 3gf4cm52
Presión . 'lu*o másico reri+erante Temperatura ,
6C
33.6
Temperatura -
6C
63.9
Temperatura .
6C
50.2
Temperatura /
6C Ho& 9m& ;iem
'lu*o del condensado
Prome dio
4.4
4.5
4.5
4 .4 7
4.3
4.3
4.3
4 .3 0
13.5
14
13.83
3gf4cm52
13
13
14 13. 5
g4$
15.5
1 17 7 31. 9 69. 2 51. 9 18. 5
16.17
17
16 32. 4 67. 7 51. 7 18. 4
1 00
1 68
1 30
1 3 2 .6 7
3 00
4 80 0.3 50 28. 7
3 60 0.3 61 28. 8
38 0
ca8"a& 9m&4$ Temperatura condensado
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6C
0.333 28.6
13.17
32.6 66.9 51.3 18.0
0.348 28.7
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ara pasar de presión en =+,Fcm2 a pa se usa la si+uiente conversión 2
kgf 100 cm 9,81 * 1 )"a )× )"a= 2 × ( × kg 1m 1000000 "a cm Asimismo las presiones presiones re+istradas re+istradas en el laboratorio laboratorio son manomtricas manomtricas por lo que la presión absoluta es la si+uiente
pa= p0 + pm or ejemplo para la presión (A 2
pa= 0,101 + 4,47 ×
100 × 9,81 1000000
=0,53 )"a
As- se procede con con las dem$s presiones presiones / se obtienen obtienen los si+uientes si+uientes valores ;para ;para las entalp-as se 0ace uso de la tabla '0 del B'(2<
#ato$ "e& refrigerante 9obteni"o$ "e& "iagrama P%? "e& R%(2 ES;A#1 ; 9°C P9MPa ?9343g
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(A ( 2 , +
,2J' ,2J' ''-7 .(-, (*
/J., /J.2 (J+' (J,7 /J.,
2/, 2/+ 2(' '' (7+
Esquema tcnico del proceso C'D ;Des0umidi,icación por en,riamiento<
#e &o$ "ato$ toma"o$ en &aboratorio obtenemo$ e& K8!o má$ico "e& refrigeranteJ "e& con"en$a"o "e& aire en C #−2
m a 2=¿ ´ mas =6,378∗10 kgas / s m´a 1=¿´ −3
´ 4 =m ´ ref =16.17∗10 kg / s m´ 3=m
m´ 5=0.384
m' ∗1 ' s ∗1 m3 1000 m' ∗1 kg 1000 ' 0.001004 m
3
=3.466 ∗10−4 kg / s
1btenemo$ &a$ enta&
P
h (3453+)
, -
-
-
135 129
. / : ;S
18 32.6 28.7
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0,52 MPa -
194 203 1 2 0 .3 6
6btenido de7 Carta psicrom8trica (3453+9aire seco) Tablas R,Tablas H-6
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(ra LE
´= $
∑ m × h −∑ m × h + % ´ s
s
i
i
´ =( ´ma 2 × h a 2+ ´mv 2 × h v 2 + ´m4 × h4 + ´m5 × h5 ) −( ´ma 1 × h a 1+ ´mv 1 × h v 1 + ´m3 × h3 ) $ ´ v 1=w 1∗m´ a 1 Por "eDnición m
J a"emá$ $e con$i"era
h v + h g ( T ) )
h × ( ¿ ¿ a 1 + w1∗ hg 1 )+ ´m3 × h 3 ´ a1 ¿ m
´ =( ´ma2 × ( ha 2 + w 2 ¿ h g 2)+ m ´ 4 × h4 + m´ 5 × h5 ) −¿ $ 1btenemo$ "e tab&a$ 21 &o$ Ha&ore$ "e ?g(2.*/-* 343g ?g22.0(-7
´ =( 6,378 × 10 × ( 129+ 0.03495 × 2571.9 ) +16.17 × 10 × 203 + 3,466 × 10 × 120,36 ) −( 6,378 × 10 × ( $ −2
´ =−286.1 % $
−3
−4
−2
9Ca&or 8e $a&e "e& $i$tema
C4lculo del caudal con ayuda de la carta psicrom"trica De la carta psicromtrica se conoce para el tramo C'D
ωC =0.0354 kg v / kg a s ω , =0.0350 kg v / kgas
´ as=0.06378 kg as / s m 3
Con
m T =28,7 ℃ - v =0,0010039 kg
−8 3 ´$c(. = ´mc(. ( v )= ´mas ( ωC −ω , ) ( v ) =0,06378 ( 0,0354 − 0,0350 ) ( 0,0010039 )=2,6507 × 10 m =0,0265
s
"ser%acin: e o"ser%a ue el caudal calculado mediante el uso de la carta psicrométrica es es considera"lemente considera"lemente menor ue ue el caudal real real apro'. 10 %eces %eces menor.
Conclusiones
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•
•
•
•
•
Al encender las las resistencias de de inmersión / lue+o lue+o los calentadores calentadores de aire aire la presión di,erencial se observa que aumento de 3# a 3H mm!2O / lue+o a )(. Ello se debe a que la presión del vapor en el aire 01medo aumentó / por ende tambin lo 0io la presión total del aire 01medo puesto que la presión del aire seco es constante en todo t odo el proceso. ;Carlos E/a+uirre 26(32(%)<. Es conveniente ,ijar correctamente los l-mites de un sistema / establecer las condiciones condiciones particulares bajo las cuales se va a analiar un proceso. or ejemplo se podr-a 0aber supuesto que el intercambio de calor entre el proceso C / D se da sin que 0a/a calor suministrado al sistema / por ende considerarlo considerarlo adiab$tico no obstante los c$lculos demuestran que no todo el calor que cede el re,ri+erante B'(2 es absorbido por el aire puesto que se calcula un ,lujo de calor de (" => 0acia el sistema en este proceso. Ello se debe en parte a que el aire es un mal conductor del calor por lo que no es capa de absorber todo el calor perdido por el B'(2. ;Carlos E/a+uirre 26(32(%)<.
Al calcular el caudal caudal de condensado condensado se observa observa que este es menor menor que el caudal medido en laboratorio ;apro*imadamente (6 veces menor< esta si+ni,icativa di,erencia entre lo medido / lo calculado puede ocurrir debido a diversos ,actores entre ellos problemas con el aislamiento trmico del ducto errores en la toma de temperaturas ;lo cual repercute en el c$lculo de la masa de aire seco<. ;Piovani &errospi Aquino 26(6""2(< os procesos realiados durante el e*perimento representados en la carta psicromtrica salen parecidos a la tra/ectoria que en s- debe se+uir se+1n las bases teóricas sin embar+o se puede notar ciertas di,erencias como que en el proceso A'& al ser calentamiento sensible la tra/ectoria sale inclinado en ve de salir una l-nea 0oriontal e*istiendo un pequeQ-simo aumento de 0umedad absoluta a comparación del que si deber-a estar as- como es el caso del tramo &'C as- que se puede considerar que para este caso lo teórico con lo e*perimental si ser-a i+ual sin embar+o para el tramo C'D ;des0umidi,icación por en,riamiento < no lle+a a en,riarse tanto para lle+ar al (66J de 0umedad relativa / esto se deber-a a que el procesos no est$ tan bien aislado completamente 0aciendo que el en,riamiento por el re,ri+erante no sea el 1nico in,lu/ente. ; Ror+e D-a Iarra 26(2(33)<
En la e*periencia tenemos que el caudal que se condensa del vapor de a+ua tiene un incremento respecto al tiempo mientras tom$bamos la medida en el probeta re+ulada de este proceso psicromtrico podemos concluir que en la des0umidi,icación des0umidi,icación por en,riamiento real que observamos en el laboratorio no
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tiene coincidencia con los +r$,icos de la carta psicromtrica uno de los motivos por los que no tiene relación al lle+ar a la temperatura de saturación es que la carta psicromtrica con la que trabajamos es para una presión de,inida / en nuestro caso no podemos ase+urar lo mismo. ; 5er+io Rord$n 8illena 26((6#(<
&iblio+ra,-a ic0ael R. oran !oSard N. 50apiro Daise D. &oet0er (undamentos de ermodinámica 7 ma ed. 26((
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Raime osti+o Ruan Cru ermodinámica plicada 2 da ed. (HH( &ur+0ardt . David ngeniera termodinámica 2 da ed. (H) ua de la"oratorio de ermodinámica ermodinámica ; sicrometra
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