UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULT FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA METALURGIA ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL INGENIERÍA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS ASIGNATURA DE TRANSFERENCIA DE MASA: AI - 443
PRÁCTICA DE LABORA L ABORATORIO TORIO N°: N° : 04 TÍTULO:: HUMIDIFICACIÓN Y PSICROMETRÍA TÍTULO DOCENTE: Ing. Alfredo ARIAS JARA ARONÉS De!"# C$rol#n$ ALUMNA: .- BADAJOS ARONÉS %OA &UISPE Ber'#n$ YUCRA R(A D#$n$
GRUPO DE PRÁCTICA: MIÉRCO%ES )*+,, -,+,, $./.0
1
ÍNDICE Pág. ............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...........3 3 OBJETIVOS:....................
I. II.
INFORMACIÓN BI BIBLI BLIOGRÁFICA...........................................................3
III. III.
................................ ..................... ...............................7 .....................7 ASPE ASPECT CTOS OS EXPE EXPERI RIME MENT NTA ALES LES.....................
3.1.
............................... ..................... ..................... ...................... ..................... ............................. ................... 7 Materiale....................
3.!.
............................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........................7 .............7 Pr"#e$i%ie&t".................... 'ATOS OB OBTENI'OS...............................................................................9
IV. (.1.
............................... ..................... ..................... ........................................... ................................. 9 'at" )e&erale.....................
(.!. (.!.
............................... ..................... ........................9 ..............9 E*al E*al+a +a#i #i,& ,& $e #a" #a" $e -+%i -+%i$i $ii i#a #a#i #i,& ,&....................
a/
............................... ...................9 ........9 Cara# Ca ra#ter ter0t 0ti#a i#a i#r i#r"% "%2tr 2tri#a i#a $el %e$i %e$i"" a%ie& a%ie&te te....................
/ 4+%i$i 4+%i$ii#a i#a#i, #i,& & "r "r i&5e# i&5e##i, #i,& & $e *a"r *a"r $e $e a)+a a)+a.........................................10 #/
............................... ...................... ..................... ................10 ......10 Ee# Ee#t" t" $el $el #ale& #ale&ta ta%i %ie& e&t" t" $el $el %e$ %e$i" i"....................
............................... ..................... ..................... ..................... .................................. ........................10 10 V. C6ESTIONARIO.................... VI.
................................ ...................... ..................... ..................... .................................. ....................... 6 'ISC6SIONES:.....................
VII.
............................... ..................... ..................... .......................................... ............................... 6 CONCL6SIONES:....................
VIII III. IX.
REFER FERENC ENCIAS IAS BILBI ILBIOG OGR RÁFICA FICAS S:......................................................6
............................... ...................... ..................... ..................... ........................................... ................................ 7 ANEXOS:....................
2
INTRO'6CCIÓN La psicrometría estudia las propiedades termodinámicas de las mezclas gas-vapor. Constituye el fundamento de importantes operaciones de la industria alimentaria como el secado y acondicionamiento de aire, el enfriamiento de agua o el secado de sólidos. Por lo que es importante desde el punto de vista tecnológico es el estudio de los procesos de humidificación del aire, especialmente especialmente el proceso de humidificación adiaático, que genera aire saturado de humedad a una temperatura conocida como temperatura h!meda. "inalmente es necesario descriir al diagrama psicrom#trico, cuyo uso permite una sencilla descripción de los fenómenos de interacción aire-agua. $l acon acondi dici cion onam amie ient ntoo del del aire aire de un alma almac# c#nn nos nos perm permit itee logr lograr ar cond condic icio ione ness amien amiental tales es satisf satisfac actor torias ias para para los alimen alimentos tos que la ocu ocupan pan,, con consig siguie uiendo ndo así su cons conser erva vaci ción ón.. $sto $sto requ requie iere re que que mant manten enga gamo moss el aire aire del del loca locall en cond condic icio ione ness adecuadas en cuanto a su calidad y los requerimientos higrot#rmicos. Los requerimientos higrot#rmicos se corresponden con la temperatura y humedad que se requiera por proyecto para el interior del local. Para ello el aire del local deerá ser calentado, enfriado, humidificado o deshumidificado, seg!n sean las condiciones del aire e%terior.
3
46MI'IFICACIÓN 7 PSICROMETR8A I.
OBJETIVOS: • • •
II.
&eterminar las condiciones psicrom#tricas del aire amiental local. $studiar el efecto del calentamiento sore las características psicrom#tricas. &eterminar las características psicrom#tricas del aire humidificado con vapor de agua.
INFORMACIÓN BIBLIOGRÁFICA
II.1. 46MI'IFICACIÓN: La humidificación estudia las relaciones cuantitativas de materia y energía e%istente entre el vapor de una determinada especie 'vapor de agua, etanol, etc.( contenido en un gas seco 'aire, monó%ido de carono, nitrógeno, etc.(, como una mezcla oservada a una determinada presión.
Figura 01: sistema: vapor (A) + gas (B), definida para la evaluación de la humidificación.
)ormalmente, cuando un líquido vaporiza hacia una corriente gaseosa, se oserva la acción simultánea de la transferencia de calor y masa en el proceso de la humidificación del gas. 9Aria A. !;11/ La humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa* el vapor puede aumentar pasando el gas a trav#s de un líquido que se evapora en el gas. $sta transferencia hacia el interior de la corriente gaseosa tiene lugar por difusión y en la interface hay, simultáneamente, transferencia de calor y de materia. Los procesos que tiene lugar en la operación de humidificación son+ . na corriente de agua caliente se pone en contacto con una de aire seco 'o con ao contenido en humedad(. /. Parte del agua se evapora, enfriándose así la interface. 0. $l seno del líquido cede entonces calor a la interface, y por lo tanto se enfría. 1. 2 su vez, el agua evaporada en la interface se transfiere al aire, por lo que se humidifica.
II.1.1. Cale&ta%ie&t" #"& -+%i$ii#a#i,&: 4
$l aire puede ser calentado y humidificado simultáneamente se le hacemos pasar a trav#s de un acondicionador con una red de toeras que pulvericen agua que ha sido calentada en un intercamiador agua 3 vapor o simplemente mediante una inyección directa de vapor. $ste proceso se caracteriza por un aumento de la entalpía y de la humedad específica del aire tratado, mientras que su temperatura del ulo seco final puede ser menor, mayor o igual que la inicial, en función de las temperaturas, al comienzo del tratamiento, del aire y del agua y de sus respectivos caudales. 4i el caudal del agua pulverizada es grande respecto al del aire, #ste saldrá casi saturado y a la temperatura del agua.
Figura 02: AB representa la transformación sufrida por el aire en el caso de que la temperatura del agua pulverizada sea inferior a la de bulbo seco del aire a la entrada.
II.1.!. Cale&ta%ie&t" e&ile: Podemos en una operación sencilla calentar el aire hasta alcanzar la temperatura deseada sin modificar su humedad específica, es decir aumentamos su temperatura sin agregar ni quitarle vapor de agua. 5peración que la podemos realizar a trav#s de una atería de agua caliente, resistencia el#ctricas o mediante calefactores a gas. $n el diagrama psicrom#trico esta transformación viene representada mediante un segmento de recta horizontal.
Figura 03: iagrama psicrom!trico
II.!.
OPERACIONES 'E 46MI'IFICACIÓN: 5
Las operaciones se ocupan de la transferencia de masa interfacial y de energía, que resulta cuando un gas se pone en contacto con un líquido, pero en el cual es prácticamente insolule. 6ientras que el t#rmino 7operaciones, humidificación se utiliza para caracterizar en forma general a dichas operaciones, el propósito de la misma aarca , a más a la humidificación del gas, a la humidificación y el enfriamiento del gas, mediciones de su contenido en vapor y el enfriamiento del líquido . $n estos casos el material transferido entre las fases la sustancia que forma la fase liquida o ien se evapora o ien se condensa. Como en todos los prolemas de 'temperatura( 8ransferencia de masa, para lograr una compresión total de las operaciones es necesario familiarizarse con las características en equilirio de los sistemas . Tre5al 91<==/
II.3. PSICROMETR8A: 4e llama atmósfera a la envoltura gaseosa que rodea la tierra. 4e trata de una mezcla de gases, llamada aire, en la que se encuentran partículas en suspensión 'vapor de agua, polvo, sustancias contaminantes, etc.(. Para nuestro análisis, la atmósfera en la que vivimos está constituida por una mezcla de aire seco y de vapor de agua. 7La Psicrometría es la ciencia que estudia las propiedades de la mezcla aire-vapor, prestando atención especial a todo lo relacionado con las necesidades amientales, humanas o tecnológicas9.
Figura 04: iagrama psicrom!trico.
II.3.1. Ee#t" $e la *ariale i#r"%2tri#a e& l" r"$+#t" ere#e$er". a/ Te%erat+ra. La temperatura del aire es la variale más importante deido a que tiende a controlar la temperatura de los productos perecederos. 8odos los perecederos tienen un intervalo óptimo de temperatura de almacenamiento. 2rria del óptimo, #stos respiran a tasas inaceptalemente altas y son más susceptiles a da:o por etileno y enfermedades. &e hecho, los productos hortofrutícolas respiran a tasas del dole, triple y hasta el cuádruple, por cada ;
/ Prei,& $e *a"r. La velocidad de p#rdida de humedad de un perecedero es principalmente controlada por la diferencia entre la presión de vapor del aire en los espacios intercelulares del teido vegetal y del aire que lo rodea. $l aire en los vegetales frescos está prácticamente saturado o, en otras palaras, está muy cerca del ;;> de ?@. La deshidratación se reduce si se disminuye la diferencia en la presión de vapor de agua entre el aire del producto perecedero y la del aire que lo rodea. 8anto la temperatura del producto como humedad asoluta del aire que lo rodea deen ser controladas. #/ 4+%e$a$ A"l+ta: ? A Bg. de vapor agua Bg. de aire seco
$/ 4+%e$a$ relati*a. La humedad relativa '?@( es un t#rmino com!nmente utilizado para descriir la humedad del aire, pero no tiene ning!n significado particular si no se conoce la temperatura del ulo seco del aire. untas, estas dos variales permiten determinar la presión de vapor de agua, que es un meor indicador de una deshidratación potencial. >?@ A 'P2%;;(DP24
e/ Te%erat+ra $e r"#0". La condensación de agua líquida en los perecederos puede contriuir a la aparición de enfermedades. 4i un producto es enfriado a una temperatura de rocío del aire e%terior y sacado de la cámara de refrigeración, ocurre una condensación tami#n tiene lugar en el almacenamiento si la temperatura del aire tiene grandes fluctuaciones. TRE7BAL 91<==/ / Te%erat+ra $e +l" e#". $s la temperatura es estacionario alcanzada por una peque:a cantidad de líquido que se evapora en una gran cantidad de una mezcla vapor 3 gas no asurada. $n condiciones apropiadamente controladas, dicha temperatura puede utilizarse para medir la humedad de la mezcla. La temperatura que indica este termómetro humedecido alcanzara finalmente un valor inferior a la temperatura de ulo seco del gas si este !ltimo no está saturado. O#"& >T"?" 91<=
Figura 05: diferencia entre los termómetros en bulbo seco " h#medo.
II.(.
Ae#t" $e Balae $e Materia 5 E&er)0a 7
$l alance de materia se facilita a trav#s de la información de la humedad asoluta y el volumen específico h!medo para determinar el gas portante de la corriente gaseosa* mientras que, el alance de energía es posile a trav#s de la entalpía específica de la corriente. $n vista que la corriente gaseosa h!meda se considera como una mezcla compuesta por el vapor 2 y del gas portante E, se cumple las siguientes definiciones que facilitan la evaluación del alance de materia y energía en los diferentes tipos de humidificadores+
Figura 06: $valuación de un corriente de gas h#medo circulando en una l%nea o tuber%a.
III.
ASPECTOS EXPERIMENTALES
III.1. Materiale 8ermómetro adaptado para medir la temperatura de ulo h!medo 8ermómetro para determinar la temperatura de ulo seco 4oporte universal Pinzas Compresoras Ea:o 6aría 6atraz de Bitazato Cronómetro III.!. Pr"#e$i%ie&t" $l termómetro de ulo h!medo se prepara curiendo con una peque:a mecha el ulo del termómetro, que se humedece y e%tiende hasta una fuente de agua líquida que provee y garantiza la humedad permanente hacia el ulo o sensor del termómetro+
Figura 07: esquema din&mico de un termómetro con bulbo h#medo.
@egistre la temperatura ordinaria del amiente '8(, la temperatura ordinaria en la fuente del líquido que garantiza la humectación de la mecha '8 líq( y la temperatura de ulo h!medo '8F( en la condición estailizada luego de la instalación. $n la práctica del laoratorio se estudian los siguientes casos+
a/ Cara#teria#i,& i#r"%2tri#a $el %e$i" a%ie&te Gnstalar un sistema compuesto por dos termómetros+ T '( 8emperatura ordinaria o de ulo seco+ T 'sueto a una convección suave( '/( 8emperatura de ulo h!medo+ 6edir amas temperaturas en distintos lugares del laoratorio. Oer*a#i,&: $sperar la estailización de temperaturas en cada lectura.
/ Cara#teria#i,& $e aire -+%i$ii#a$" "r i&5e##i,& #"& *a"r $e a)+a Consiste en un sistema que simula la humidificación de la corriente gaseosa por inyección de vapor procedente por la evaporación permanente de una fuente de líquido en forma constante hacia una corriente de aire* para lo cual, se realiza la siguiente instalación+ •
&isponer en un Hitazato agua líquida y sumergir en un termostatizador 'fiar la temperatura, se recomienda unos 1;
2 partir de la línea de aire comprimido 'procedente de la compresora( conectar la corriente de aire hacia el Hitazato, a trav#s de un rotámetro que permita medir y mantener contante el caudal de aire. tilizando el sistema de los dos termómetros '8 y 8 I( registrar en estado estacionario los valores de la temperatura ordinaria y temperatura de ulo h!medo de la 7corriente de aire9 antes de la entrada al Hitazato 'J ( y uego a la salida del mismo 'J/(, luego de la instalación del humidificador de la corriente gaseosa por inyección de vapor. @eportar el caudal de la corriente gaseosa que ingresa al sistema.
•
#/ Cara#teria#i,& $el aire $+ra&te el #ale&ta%ie&t" tilizando la Cámara de 4ecado de Eandeas que tiene instalados en el panel de control los indicadores de temperatura y humedad 'higrómetros digitales(, para evaluar el efecto del calentamiento del aire en las características psicrom#tricas del aire. La puesta en marcha de la Cámara de 4ecado se limita solamente a la etapa de calentamiento y estailización t#rmica del sistema 'no se carga ning!n material h!medo(. Para lo cual se realiza lo siguiente+
•
@econocer los componentes de la Cámara de 4ecado, especialmente los 8G y ?G. 9
•
•
•
•
•
Conectar el suministro de energía el#ctrica en el 8alero de Control del 4ecador de Eandeas a trav#s del G86 'on( y luego presionar 482@8. $ncender el motor del ventilador de aire de la cámara+ 6 a la posición+ , luego austar el regulador de velocidad para un fluo de aire+ "G A ,; 'mantener constante durante la práctica( $fectuar la lectura 'en t A ;( de los indicadores de temperatura y humedad '8G y ?G( $ncender el calentador el#ctrico de la Cámara+ a la posición+, luego girar el regulador de calentamiento al má%imo y volver a registrar cada tres minutos los indicadores 8G y ?G, hasta la estailización t#rmica. Luego desconectar y dear en el estado original.
IV. 'ATOS OBTENI'OS IV.1. 'at" )e&erale Presión del medio amiente+ K1= mm?g IV.!. E*al+a#i,& $e #a" $e -+%i$ii#a#i,& I&tala#i,& $e l" ter%,%etr": 8emperatura ordinaria del amiente+ 8emperatura ordinaria del líquido+ 8emperatura de ulo h!medo+
T A
a/ Cara#ter0ti#a i#r"%2tri#a $el %e$i" a%ie&te 8ala ;+ 8emperaturas medidas en el interior y e%terior de laoratorio i T 9DC/ T 9DC/ Laoratorio punto Laoratorio punto / "uera del laoratorio Pr"%e$i"
P)85 , Laoratorio
M 1.
P)85 /, Laoratorio
/.= 0 / 1!.
"uera del laoratorio
/ 4+%i$ii#a#i,& "r i&5e##i,& $e *a"r $e a)+a 8emperatura del termostato+ 1;./
'abla : 'emperatura del aire a la entrada " salida del sistema de humidificación
C"rrie&te )ae"a $ntrada 'J( 4alida 'J/(
T 9DC/ . /;
T9DC/ M.1 N.1
Hitazato en el termostato
#/ Ee#t" $el #ale&ta%ie&t" $el %e$i" 'abla *: atos obtenidos en la c&mara de secado de bandeas.
i
t 9%i&/
TI19DC/
4I19HR /
TI!9DC/
4I!9HR /
; / 0 1 K M = N ; /
; 0 M N / K = / /1 / 0; 00 0M
, //,= 0/,0 1;,; 1K,/ 1=,; 1N,= K,0 K,= K/, K, K,/ 1=,1
K/,N 0/,1 , ,K N,/ =,0 ,M ,/ , , ,/ , =,N
,1 /;,; /1,K /,N 0;, 0,1 0/,0 0/,N 00,0 00,M 00,M 00,1 0/,K
K0 1/,/ 0, /K,M //,= /,1 /;,0 N,M N,K N,0 N,0 /;,; /,;
V.
C6ESTIONARIO
V.1.
HA +2 e $ee la $iereia $e te%erat+ra e&tre l" *al"re re)itra$" "r$i&aria%e&te e& el %e$i" a%ie&te e& el l0+i$" +tilia$" ara -+%e#tar la %e#-a 5 e&tre el *al"r re"rta$" "r el ter%,%etr" $el +l" -@%e$" La diferencia entre las temperaturas ordinarias y la de ulo h!medo, se dee a que #ste !ltimo '8 I(, es una temperatura registrada por un termómetro cuyo sensor se encuentra cuierto por una mecha, la cual constantemente suministra líquido hacia el sensor, desde una fuente. $ste líquido se encuentra en permanente evaporación desde el sensor, para lo cual necesita calor para su camio de fase, calor o energía t#rmica que toma de sus alrededores, provocando de este modo la disminución en la lectura del termómetro. 11
V.!.
Eeri%e&t" 9a/: 'eter%i&ar t"$a la #ara#ter0ti#a i#r"%2tri#a ara el %e$i" a%ie&te l"#al +tilia&$" el *al"r r"%e$i" $e l" $at" $el eeri%e&t" 9a/. Cara#ter0ti#a a $eter%i&are: P"r#e&ta?e %"lar *"l+%2tri#" 5 %Ki#" $e *a"r $e a)+a e& el a%ie&te 4+%e$a$ a"l+ta 4+%e$a$ relati*a V"l+%e& ee#0i#" -@%e$" Cal"r ee#0i#" -@%e$" E&tal0a -@%e$a Te%erat+ra $e at+ra#i,& a$iaKti#a Te%erat+ra $e r"#0" 5 "tr". Pree&tar e& +&a tala re+%e&. P=548 mmHg
T W =12.6
T =16.67
A = vapor de agua
B =aire
4+%e$a$ a"l+ta tilizando la temperatura de rocío, determinamos la humedad asoluta. −f ϰ −ϰ w = P T w = T −T w λ w
(
)
− ϰw −0,222 = T −T w λw ϰ
&eterminamos el valor del calor latente de vaporización ' λ w / para /.=
[
λ w =40,669 ×
]
[
647,3 −(12,8 + 273.15 ) 647,3 −373,15
]
0,38
12
λ w =40,669 ×
λ w =45,169
[
647,3 −285.95 647,3 −373,15
]
0,38
molH 2 O kJ 1000 g 0.239006 kcal × × × mol 18,0150 g H 2 O kg kJ
λ w =599,26 kcal / kg
2hora determinamos la presión de saturación para 8F A /,= B0
sat
logP = A0−
t + C 0
(
sat
P A (Tw)= antilog A 0−
(
sat
P A (Tw)= antilog 7,07406− sat
P A (Tw)= 1,4548 kPa×
B0 t + C 0
)
1657,459 12.8 + 227,020
)
7,500627 mmHg
kPa
sat
P A (Tw)= 10,912 mmHg
ϰ
ϰ
w
=
A
w
=
(
sat
P A ( Tw)
B P − P Asat ( Tw )
18,0150
(
)
10,912
28,8500 548−10,912
ϰ
w
)
=0,0127 kg A / kg B
( )
−ϰw − f P = T −T w λw ϰ
ϰ
=ϰ w −
f P λw
( T −T w ) ϰ
=0,0127 − ϰ
0,222 599,26
( 16,67−12,8 )
=0,0113 kg A / kg B
Prei,& $e A: 2 partir de la ecuación de humedad asoluta+ 13
ϰ
A
=
(
P A
B P− P A
)
A P A= B ( P − P A ) ϰ A P A= B ϰ P − B ϰ P A A P A + B ϰ P A = B ϰ P
( A + B ) P A = B ϰ
P A =
P A =
P
ϰ
B ϰP
( A + B ) ϰ
28,8500 × 0,0113 × 548
( 18,0150 + 28,8500 × 0,0113 )
P A =9,740 mmHg
2hora determinamos la presión de vapor de agua para 8 A M,M
Prei,& $e *a"r: tilizando la ecuación de 2ntoine. B0
sat
logP = A0−
t + C 0
(
sat
P A = antilog A 0−
B0 t + C 0
(
sat
P A = antilog 7,07406 − sat
P A =1,8731 kPa×
) 1657,459 16.67 + 227,020
)
7,500627 mmHg
kPa
sat
P A =14,049 mmHg
Fra##i,& %"lar 95/: ! = ! A =
" A "T
=
•
P A
4+%e$a$ relati*a 9 HR/:
P
ϰ
•
! A =
$
9,740 mmHg
=
548 mm Hg
! A =0,0178=1,78 #mol / mol
•
ϰ
=
$
P A
× 100
sat A
P
9,740 14,049
× 100
14
•
ϰ
$
= 69,33 V"l+%e& ee#0i#" -@%e$"
•
% =
(
$T ϰ 1 + P A B
)
•
% =
548 mmHg×
•
(
0,082057 &−atm / mol' ( 16,67 + 273,15 ) ' 0.0113 kg A / kg B
% =32,982
1 atm
18,0150 kg / kmol
+
1 28,8500 kg / kmol
760 mmHg
(
0.0113 kg A / kgB & 1 + × mol 18,0150 kg / kmol 28,8500 kg / kmol
)
•
3
& kmol 1000 mol m % =32,982 × 0.0353 × × × 1000 & mol kg B kmol 3
m % =1,164 kg B •
Cal"r ee#0i#" -@%e$"
•
C s=CpB + Cp A ϰ
E&tal0a ee#0i#a H =ϰ λ T + C s ( T −T 0 )
•
o
H =0,0113 ( 598 )+ 0,2452 ( 16,67 −0 )
•
C s=0,24 + 0,46 ( 0,0113 )
H =10,845 kcal / kg B
C s=0,2452 kcal / kg B ( C
Te%erat+ra $e at+ra#i,& a$iaKti#a •
− ϰsa −C s = T −T sa λsa ϰ
T sa= •
λsa ( ϰ −ϰ sa) C s
+ T
8ala ;1+ Oalores de 8 sa 'supuesto(, alrededor de 8F A /,=
demás datos en función del valor supuesto.
15
)
T
P
T
H D
9
9
D
•
•
•
•
•
M
N
;
•
•
•
•
•
K
;
•
•
•
•
•
K
;
•
•
•
•
•
K
;
•
16
•
TaD V Ta 1.
16.
14.
Ta 12.
10.
. 10.5
11
11.5
12
12.5
13
13.5
14
14.5
TaD
17
• • •
V.3.
Eeri%e&t" 9/: 'eter%i&ar la -+%e$a$ a"l+ta 5 la e&tal0a $e la #"rrie&te )ae"a +e i&)rea al ite%a $e -+%i$ii#a#i,& 9r"#e$e&te $e la #"%re"ra/ 5 $el )a -@%e$" re+lta&te e&tre)a$" "r el itaat". 6i#ar l" +&t" 9e&tra$a 5 ali$a/ "re +& $ia)ra%a i#r"%2tri#" a la rei,& l"#al 5 $e#riir la tra5e#t"ria e)+i$a "r la -+%i$ii#a#i,& $e la #"rrie&te $e aire "r la i&5e##i,& $e *a"r 5 $i#+tir l" re+lta$". •
Q A ;;; 'LDh( 2ire seco 8 A ,
• • • •
?6G&G"GC2CG)
8 A /;,;
Oapor de agua •
Previo a la determinación de la humedad asoluta, se tiene que determinar la presión de saturación, calor latente de vaporización y humedad asoluta, de la temperatura de ulo h!medo. •
•
ESTA'O EN EL INGRESO •
B0
sat
logP = A0−
t + C 0
(
sat
P A (Tw )= antilog 7,07406 −
•
sat
P A (Tw) = 0.9404 kPa×
•
1657,459 6,4 + 227,020
)
7,500627 mmHg
kPa
sat
P A (Tw)= 7,0536 mmHg •
[
Tc− T λ = λb Tc−Tb
•
•
•
]
0,38
λ w= 40,669 ×
λ w= 40,669 ×
λ w =45,471
[ [
647,3 −(6,4 + 273,15 ) 647,3 −373,15 647,3 −279,55 647,3 −373,15
]
]
0,38
0,38
mol H 2 O 1000 g 0.239006 kcal kJ × × × mol 18,0150 g H 2 O kg kJ
1
λ w =603,27 kcal / kg •
ϰ
ϰ
•
w
A
w
=
(
sat
P A ( Tw)
B P− P Asat ( Tw )
= 18,0150
(
)
7,0536
28,8500 548−7,0536
ϰ
w
)
=0,00814 kg A / kg B
•
4+%e$a$ a"l+ta
( •
•
ϰ 1
ϰ
=ϰ w −
=0,00814 − ϰ 1
)
−ϰw − f P = T −T w λw ϰ
f P λw
( T −T w )
0,222 603,27
( 17,1−6,4 )
=0,00420 kg A / kg B
•
V"l+%e& ee#0i#" -@%e$" •
% 1=
(
1 $T ϰ + P A B
)
•
% =
548 mmHg ×
•
(
0,082057 &−atm / mol' ( 17,1 + 273,15 ) ' 0,00420 kg A / kg B
% =33,031
(
1 atm
18,0150 kg / kmol
+
1 28,8500 kg / kmol
760 mmHg
0,00420 kg A / kg B & 1 + × 18,0150 kg / kmol 28,8500 kg / kmol mol
)
19
)
•
3
& kmol 1000 mol m % =33,031 × 0.0349 × × × mol kg B kmol 1000 & •
3
m % 1=1,153 kgB
•
•
E&tal0a ee#0i#a H 1=ϰ λ T + C s ( T −T 0 ) o
H =ϰ ( 598 )+( 0,24 + 0,46 ϰ ) ( 17,1 −0 )
•
H =0,00420 ( 598 ) +( 0,24 + 0,46 × 0,00420 ) 17,1
•
H 1=6,649 kcal / kg B • •
ESTA'O EN LA SALI'A •
sat
logP = A0−
B0 t + C 0
(
sat
P A (Tw)= antilog 7,07406−
•
sat
P A (Tw) = 2,228 kPa×
•
1657,459 19,4 + 227,020
)
7,500627 mmHg
kPa
sat
P A (Tw )= 16,711 mmHg •
[
Tc − T λ = λb Tc − Tb
•
•
•
λ w= 40,669 × λ w= 40,669 ×
λ w =44,854
[ [
]
0,38
647,3 −(19,4 + 273,15 ) 647,3 − 373,15 647,3 −292,55 647,3 −373,15
]
]
0,38
0,38
mol H 2 O 1000 g 0.239006 kcal kJ × × × mol 18,0150 g H 2 O kg kJ
λ w =595,080 kcal / kg •
20
ϰ
ϰ
•
w
A
w
=
(
sat
P A ( Tw)
B P− P Asat ( Tw )
= 18,0150
(
)
16,711
28,8500 548−16,711
ϰ
w
)
=0.0196 kg A / kg B
4+%e$a$ a"l+ta •
(
ϰ
•
•
ϰ 2
)
−ϰw − f P = T −T w λw ϰ
=ϰ w−
=0.0196 − ϰ 2
f P λw
( 20 −19,4 )
0,222 595,080
( 20 −19,4 )
=0,0194 kg A / kg B
•
V"l+%e& ee#0i#" -@%e$" •
% 2=
(
$T ϰ 1 + P A B
)
•
% =
548 mmHg×
•
(
0,082057 &−atm / mol' ( 16,67 + 273,15 ) ' 0.0113 kg A / kg B
% =32,982
1 atm
18,0150 kg / kmol
+
1 28,8500 kg / kmol
760 mmHg
(
0.0113 kg A / kgB 1 & + × 18,0150 kg / kmol 28,8500 kg / kmol mol
)
•
3
& kmol 1000 mol m % =32,982 × 0.0353 × × × mol kg B kmol 1000 & 3
m % 2=1,164 kg B
21
)
•
E&tal0a ee#0i#a •
•
H 2=ϰ λ T + C s ( T − T 0 ) o
H =ϰ ( 598 )+( 0,24 + 0,46 ϰ ) ( 20 −0 )
•
H =0,0194 (598 )+( 0,24 + 0,46 × 0,0194 ) 20
•
H 2=16,580 kcal / kg B • • • • • • •
Gntersección estado Gntersección estado / T!"#$%&'!(" • • • • • • • • •
0,01
• •
0,00
• •
8ala ;K+ resultados de las características psicrom#tricas en la entrada y salida del aire en el Hitazato Cara#ter0ti#a E&tra$a Sali$a i#r"%2tri#a •
•
?umedad asoluta
•
•
$ntalpía
0,00420 kg A / kg B
•
6,649 kcal / kg B
•
0,0194 kg A / kg B •
16,580 kcal / kg B
22
•
•
•
3
Oolumen específico
•
8emperatura ordinaria 8emperatura de ulo h!medo
•
•
m 1,153 kg B
,
3
•
•
•
m 1,164 kg B
/;,;
• •
V.(.
E*al+ar el alae $e %ateria 5 e&er)0a ara el eeri%e&t" 9/ 5 $eter%i&ar el l+?" $e *a"r $e a)+a i"r"ra$" -a#ia la #"rrie&te )ae"a 9% */ ai%i%" $eter%i&ar el l+?" $e #al"r tra&eri$" -a#ia la #"rrie&te )ae"a 9/ e& r2)i%e& eta#i"&ari". • •
Ealance de materia para el gas portante+ •
)p=) p 1=*1 / % 1 3
•
1m & 1000 × + 1000 & )p= 3 1,153 m / kg B 3
•
)p=
1m / + 3
1,153 m / kg B
)p=0.867
kg B +
• •
mv =)p ( ϰ2− ϰ1 ) mv =0.867 ( 0,0194 −0,00420 )
•
mv =0,0132 kg A / + • •
, =) P ( H 2− H 1 ) − mv H v •
, =0.867 ( 16,580 − 6,649 )− 0,0132 - 639.6 , =0.1674
kcal +
• •
23
• • • • •
V..
Eeri%e&t" 9#/: $eter%i&ar la -+%e$a$ a"l+ta +e le #"rre"&$e a #a$a )ra$" $e #ale&ta%ie&t" " le#t+ra $e TI 5 4I 9a la e&tra$a 5 ali$a $e la CK%ara $e e#a$" "r Ba&$e?a/ rearar l" )rKi#" #"%arati*" $e TI 4I 5 la $e -+%e$a$ a"l+ta e& +i,& $el tie%" 5 $i#+tir l" re+lta$". •
'eter%i&a&$" la -+%e$a$ a"l+ta ara la ri%era le#t+ra: sat B0 P A =14,442 mmHg sat logP = A0− t + C 0 •
(
sat
P A = antilog A 0−
•
B0 17,1 + C 0
)
$=
ϰ
•
P A
× 100
sat
P A
sat
P A =ϰ $ × P A sat A
P = antilog
(
7,07406 −
1657,459 17,1+ 227,020
)
P A =0,529 × 14,442
•
P A =7,640 mmHg
• •
sat
P A = 1,925 kPa×
7,500627 mmHg
kPa
•
•
•
A
(
P A
)
ϰ 1
=
ϰ 1
= 18,0150
ϰ 1
=0.0088 'g A / 'gB
B P− P A
(
7,640
28,8500 548−7,640
)
•
&e este modo determinamos las humedades relativas para todas las lecturas realizadas, tanto para las entradas y salidas. $l resumen de datos otenidos luego de los cálculos se encuentra en la siguiente tala+ •
•
8ala ;M+ @esumen de datos otenidos t T 4I1 Ha 9%i&/ I19DC/ 94R / 1.
•
i
•
•
T I!9DC/
•
•
K
;.
•
Ha
4I 194R /
!. •
•
K
; 24
•
•
•
•
•
•
• •
•
•
• •
• •
• •
• •
•
•
•
•
•
•
•
•
0
;.
•
•
;.
•
•
;.
•
•
N
;.
•
•
=
;.
•
•
;.
•
•
;.
•
•
;.
•
•
;.
•
•
;.
•
•
;.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1
;
•
•
0
;
•
•
/
;
•
•
/
;
•
•
/
;
•
•
/
;
•
•
;
•
•
;
•
•
;
•
•
;
•
•
/
; 25
• •
•
•
•
=
;.
•
•
•
/
;
• • • • •
2hora realizamos los gráficos comparativos+
•
1. TI V t •
• •
!. 4I V t • • • • • • • • • • • • •
3. 4I V t 26
• •
V..
Reree&tar "re el $ia)ra%a i#r"%2tri#" l"#al el a*ae $el #ale&ta%ie&t" re)itra$" ara el aire e& la #K%ara $e e#a$" "r a&$e?a 5 $i#+tir l" re+lta$". • •
V..
C+Kl er0a el al)"rit%" $e #Kl#+l" +e le er%itir0a realiar el r")ra%a $e #"&tr+##i,& )rKi#a $el 'ia)ra%a Pi#r"%2tri#" a la rei,& l"#al. •
CONSTR6CCIÓN 'EL 'IAGRAMA PSICROMTRICO:
•
@epresentaremos sore el ee de las ascisas las temperaturas de ulo seco 'en
•
C+r*a $e at+ra#i,& •
27
• • • • • •
La curva de saturación, que limita superiormente al diagrama Psicrom#trico, •
se traza recurriendo a la siguiente fórmula+ Has=0.622 ×
(
P vs
Pv − P vs
)
•
A presión parcial del vapor de la mezcla en BgDm /. A presión de saturación del vapor de agua a la temperatura de
Pv Pvs ulo seco • •
de la mezcla en BgDm /.
• •
L0&ea $e -+%e$a$ relati*a #"&ta&te Para cada valor de la temperatura de ulo seco 8s, se determina la presión de saturación correspondiente Pvs, y luego con la fórmula otendremos la humedad específica de saturación ?as. Puede trazarse aplicando la fórmula+ Pv H$ = × 100 •
Pvs
•
• •
L0&ea $e te%erat+ra $e +l" -@%e$" #"&ta&te $stas líneas, ligeramente curvas, se otienen por puntos aplicando la ecuación+
• •
•
Cpa×Tb+= Ha× ( i v −i sl )− Has × ( is v − isl ) + Cpa×Tbs
2
•
• •
L0&ea $e *"l+%e& ee#0i#" #"&ta&te 2 lo largo de cada una de estas líneas es constante el volumen de la mezcla aire-vapor, e%presando en m 0 por Bg de aire seco. "iando un valor num#rico de Ve y para una a igual a la presión atmosf#rica 'ausencia de humedad(, de la ecuación+ Pa× %e= $a ×Tbs •
•
• •
5tenemos el valor de 8s, llevando sore el ee de las ascisas, identifica sore dicho ee el origen de la línea Oe A cte. •
• • •
• •
4e elige luego, aritrariamente, un valor de la temperatura de rocío 8r, y se determina con ayuda de las talas del vapor saturado la correspondiente presión del vapor. 2 continuación utilizando la ley de &alton+ P A Pa R Pv P A presión atmosf#rica 29
Pa Pv
• •
A presión parcial del aire seco A presión parcial del vapor de agua
• •
5tendremos la presión parcial del aire P. de la ecuación+
•
%e = $a×
Tbs P− Pv
• •
Puede deducirse el valor de la 8s correspondiente a un volumen específico constante Oe. 4i llamamos 8s a la temperatura calculada como se ha indicado, e%presada en
• •
@epitiendo el procedimiento, manteniendo constante el valor de Oe, otendremos la línea de volumen específico constante, que es ligeramente curva.
• • • •
E#ala $e la e&tal0a $e at+ra#i,& 4e determinan a partir de la ecuación+ • •
is=0.24 Tbs − H a s × i v • • • •
is A entalpía saturada ?as A humedad específica iv A entalpia de vapor • •
La escala puede diuarse perpendicularmente a las líneas de temperatura de ulo h!medo constante oportunamente prolongadas.
•
30
• • •
• • • • •
VI. •
'ISC6SIONES: $n el e%perimento 'a(, se midieron las temperaturas normal y de ulo h!medo en diferentes puntos del laoratorio y fuera del laoratorio, con cuyo promedio se determinaron las características psicrom#tricas del medio amiente, las cuales se muestran en el cuestionario . Sstas fueron evaluadas a presión constante 'K1= mm?g(, de las cuales nosotros consideramos de mayor importancia a la humedad relativa, que seg!n ' Aria !;11(, es una característica de uso com!n en el reporte meteorológico de la humedad del medio amiente, su magnitud nos indica el grado de humedad que posee una localidad, de acuerdo a lo mencionado se puede decir 31
que los puntos en los cuales se otuvieron los datos se encontraan con una humedad relativa intermedia, pues se otuvo ϰ@ A MN,00 > . •
$n el ensayo '( se oservó e%perimentalmente la humidificación, mediante la inyección de vapor de agua '1;
•
•
4eg!n el gráfico ; se oserva que la temperatura va aumentado en función al tiempo, esto con la finalidad de calentar la cámara de secado para cumplir así su respectiva función, esto tami#n implica que la humedad relativa disminuirá en el tiempo, a causa de dicho incremento de temperatura. $sta oservación se da tanto en la entrada como en la salida de la cámara de sacado de andeas.
•
• •
VII.
CONCL6SIONES: •
4e logró determinar las condiciones psicrom#tricas del aire amiental local. 4e estudió el efecto del calentamiento sore las características psicrom#tricas. 4e determinó las características psicrom#tricas del aire humidificado con vapor de agua.
• • •
•
VIII. REFERENCIAS BILBIOGRÁFICAS: •
•
•
2@G24 2lfredo./; "undamentos T 2plicaciones &e 8ransferencia &e 6asa niversidad )acional de 4an Cristóal de ?uamanga. "acultad de Gngeniería Química y 6etalurgia. 1M Págs. 5con-8oo'N=N(, 7P@5EL$624 &$ G)J$)G$@G2 QG6GC2 7 .Colección ciencia y t#cnicas 3sección química tomo G 8@$TE2L 'N==(. 7operaciones de transferencia de masa9. 6cJraF ?illD Gnteramericana de 6#%ico .4.2 de CO. •
IX.
ANEXOS: •
F"t")ra0a t"%a$a e& el la"rat"ri": •
Eeri%e&t" 9a/
Eeri%e&t" 9/
Eeri%e&t" 9#/ 32