Termodinámica Quinta edición, 2010
Alexánder Gómez Libardo Mendoza
Ejercicio: Psicrometría – Acondicionamiento Acondicionamien to de aire Bogotá, D.C., Noviembre de 2010
Psicrometría acondicionamiento acondicionamie nto de aire: 1. 2. 3. 4. 5.
Procesos
Carta psicrométrica. Enfriamiento simple. Enfr En fria iami mien ento to con con desh deshum umid idif ific icac ació ión. n. Cale Ca lent ntam amie ient nto o con con hum humid idif ific icac ació ión. n. Enfr En fria iami mie ent nto o ev evap apor orat ativ ivo. o.
de
Psicrometría acondicionamiento acondicionamie nto de aire: 1. 2. 3. 4. 5.
Procesos
Carta psicrométrica. Enfriamiento simple. Enfr En fria iami mien ento to con con desh deshum umid idif ific icac ació ión. n. Cale Ca lent ntam amie ient nto o con con hum humid idif ific icac ació ión. n. Enfr En fria iami mie ent nto o ev evap apor orat ativ ivo. o.
de
% 0 0 1 =
a a z c l l e e m s e c o d e a a p í e a i r r e l p a a t n d a e a s a l a a a a r d e m p a a d c a l d d a T e E s r u n i m p o p
r a s d o u r a t ú m e e p h e m l b o V e t d e y b u d e o a l l a c í o m u m e c r s o a E r a e t s n u e a d r a p d e b u l b o h ú m e d o
d o e r a u ir n e i d s a e d c o
0 % = 5
= 10%
E
J
F
H
A
B
C I G D
Ejemplo 1: Carta sicrométrica Usar la tabla sicrométrica del aire para determinar: a.La humedad relativa b.La humedad específica c.La temperatura de rocío d.La temperatura de bulbo húmedo e.La entalpia f.El volumen específico Para: 1.φ= 50 %, w=0,010 kgv/kga 2.φ= 60 %, T bh= 15 ºC 3.w= 0,008 kgv/kga, Tbh= 17 ºC 4.w= 0,006 kgv/kga, Tbs= 10 ºC
Ejemplo 1: Carta sicrométrica
1 2 4
3
Ejercicio 1 En una habitación se tiene aire a una presión de 1 atm, una temperatura de 35 ºC y una humedad relativa del 50 %. Determinar: a) b) c) d) e)
La humedad específica del aire. La entalpía específica del aire. La temperatura de bulbo húmedo del aire. La temperatura de punto de rocío del aire. El volumen específico del aire.
Con ayuda encuentra: a) 1 b) h1
de
la
carta
13,5 gr H 2O/kg aire seco 65 kJ/kg aire seco
c) T bh,1
22 ºC
d) T pr ,1
18, 3 ºC
e) v1
0,877 m3 /kg aire seco
psicrométrica
se
Ejercicio 2 En un sistema de acondicionamiento de aire ingresan 20 m3/min de aire a 1 atm, 35 ºC y humedad relativa del 50 % y se enfría hasta 20 ºC.
Determinar: a) La humedad específica y la temperatura de bulbo húmedo del aire a la salida del sistema. b) La humedad relativa del aire a la salida del sistema. c) El calor retirado del aire en el proceso de enfriamiento.
Con ayuda encuentra: a) 2
T bh ,1
b) 2
1
de
la
carta
psicrométrica
se
13, 5 gr H 2O/kg aire seco
19 ºC
90 %
c) Aplicando la Primera Termodinámica al sistema: Q ma h1 h2
Ley
de
la
El flujo másico de aire es: ma
V 1 v1
22,805 kg aire seco/min
Además, con ayuda de la carta psicrométrica: h2
54,5 kJ/kg aire seco
h1
65 kJ/kg aire seco
Por lo tanto: Q12
ma h1 h2
Q12
3,991 kW
Ejercicio 3 En un sistema de acondicionamiento de aire ingresan 20 m3/min de aire a 1 atm, 35 ºC y humedad relativa del 50 % y se enfría hasta 13 ºC. La humedad del aire condensada durante el proceso, se extrae del sistema también a 13 ºC. Determinar: a) La humedad específica y la temperatura de bulbo húmedo del aire a la salida del sistema. b) La humedad relativa del aire a la salida del sistema.
c) La tasa a la que se condensa la humedad durante el proceso. d) El calor retirado del aire en el proceso.
Con ayuda encuentra: a) 2
T bh ,2
b) 2
de
la
carta
psicrométrica
9,5 gr H 2O/kg aire seco
13 ºC
100 %
c) Aplicando un balance de masa del agua: ma1
ma 2
mcond
se
El flujo másico de aire es: ma
V 1
v1
22,805 kg aire seco/min
Además, con ayuda de la carta psicrométrica: 1
13, 5 gr H 2 O/kg aire seco
Por lo tanto: mcond
ma 1 2
mcond
0, 09133 kg H2 O/min
d) Aplicando la Primera Termodinámica al sistema:
Ley
de
la
0 Q12 ma h1 h2 mcond hcond
Con ayuda de la carta psicrométrica: h1
65 kJ/kg aire seco
Además:
hcond
h2
37,5 kJ/kg aire seco
h f @13º C 54,6 kJ/kg
Por lo tanto: Q12
ma h1 h2 mcondhcond
Q12
10,369 kW
Ejercicio 4 Un sistema de acondicionamiento de aire se compone de una sección de calentamiento y de un humidificador que suministra vapor de agua saturado a 100 ºC. Un flujo de 20 m 3/min entra a la sección de calentamiento a 1 atm, 7 ºC y humedad relativa del 40 % y sale de la sección de humidificación a 25 ºC y 60 % de humedad relativa. Determinar: a) El flujo másico de vapor requerido en la zona de humidificación.
b) La temperatura y la humedad relativa del aire a la salida de la sección de calentamiento. c) El calor adicionado al aire en la sección de calentamiento.
a) Aplicando balances de masa para la sección de calentamiento: Aire seco:
ma ,1
Agua:
ma1
ma ,2
ma2
ma
1
2
y para la sección de humidificación: Aire seco:
ma ,2
Agua:
ma2 mH 2O
ma ,3
ma
ma 3
Por lo tanto: m H2O
ma 3 2
Con ayuda de la carta psicrométrica, se encuentra para el estado 1: 1
2,5 gr H 2O/kg aire seco
v1
0, 797 m 3 /kg aire seco
y para el estado 3: 3
10 gr H 2 O/kg aire seco
El flujo másico de aire es: ma
V 1 v1
25, 094 kg aire seco/min
Por lo tanto: m H2O
ma 3 2
m H 2O
0,1882 kg H 2 O/min
b) Aplicando un balance de energía a la sección de humidificación: ma h2 mH 2O hH 2O
ma h3
0
Por lo tanto: h2
ma h3 mH2O hH2O ma
Con ayuda de la carta psicrométrica: h3
Además:
h H 2O
51 kJ/kg aire seco
2675,6 kJ/kg
Por lo tanto: h2
30,933 kJ/kg aire seco
Del estado 2 se conoce entonces: 2 h2
2,5 gr H 2O/kg aire seco 30,933 kJ/kg aire seco
Con ayuda de la carta psicrométrica: T 2
2
24, 2 ºC
13 %
c) Aplicando un balance de energía a la sección de calentamiento: Q12
ma h2 h1
Con ayuda de la carta psicrométrica: h1
13,5 kJ/kg aire seco
Por lo tanto: Q12
ma h2 h1
Q12
7, 291 kW
Ejercicio 5 A un enfriador evaporativo entran 20 m 3/min de aire a 1 atm, 35 ºC y 10 % de humedad relativa y sale con una humedad relativa de 70 %.
Determinar: a) La temperatura del aire a la salida del sistema. b) La temperatura mínima a la que el aire puede enfriarse mediante este proceso. c) El flujo másico de vapor requerido en el equipo.
a) Con ayuda de la carta psicrométrica: T bh ,1
v1
0,878 m3 /kg aire seco
16 ºC
En un proceso de enfriamiento evaporativo: Tbh ,2
T bh ,1
16 ºC
Por lo tanto: T 2
19, 3 ºC
b) La temperatura mínima que se alcanzar mediante este proceso es: T 2,min
16 ºC
c) El flujo másico de aire es: ma
V 1 v1
22, 78 kg aire seco/min
puede
Aplicando un balance de masa al agua: ma1 mH 2O
ma 2
m H2O
ma 2 1
Con ayuda de la carta psicrométrica: 1
3,5 gr H 2O/kg aire seco
2
10 gr H 2 O/kg aire seco
Por lo tanto: m H 2O
0,1481 kg H 2 O/min
Ejercicio 6 En un sistema de acondicionamiento de aire, ingresan 35 m3/min de aire acondicionado a una temperatura de bulbo seco de 13 ºC y una temperatura de bulbo húmedo de 7 ºC (Estado 2), y se mezcla de manera adiabática con 20 m3/min de aire de los alrededores que se encuentra a 35 ºC y 50 % de humedad relativa (Estado 1). La presión de las dos corrientes de aire es de 1 atm. Determine:
a) El flujo másico de aire a la salida del sistema. b) La humedad específica del aire a la salida del sistema. c) La temperatura y la humedad relativa del aire a la salida del sistema.
a) Aplicando un balance de masa al aire seco: ma ,1 ma ,2
ma,3
Con ayuda de la carta psicrométrica: v1 v2
0,877 m 3 /kg aire seco 3
0,815 m /kg aire seco
El flujo másico de aire es: ma
V 1 v1
22,805 kg aire seco/min
ma
V 2
v2
42,945 kg aire seco/min
Por lo tanto: ma ,3
ma ,1 ma,2
ma ,3
1, 096 kg H 2 O/min
b) Aplicando un balance de energía al vapor de agua: ma ,11 ma ,22
ma,3 3
Con ayuda de la carta psicrométrica: 1
13, 5 gr H 2 O/kg aire seco
2
3, 75 gr H2 O/kg aire seco
Por lo tanto: 3
ma ,11 ma ,2 2 ma ,3
3
7,132 gr H 2 O/kg aire seco
c) Aplicando un balance de energía al vapor de agua: ma ,1h1 ma ,2 h2
ma,3 h3
Con ayuda de la carta psicrométrica: h1 h2
65 kJ/kg aire seco 23 kJ/kg aire seco
Por lo tanto: h3
ma ,1h1 ma ,2 h2 ma ,3
h3
37,56 kJ/kg aire seco
Con ayuda de la carta psicrométrica: T 3
19 ºC
3
50 %
