PRACTICA N°1: PSICROMETRÍA I.
INTRODUCCION
Psicrometría es una palabra que impresiona, y se define como la medición del contenido de humedad del aire. Ampliando la definición a términos más técnicos, psicrometría es la ciencia que involucra las propiedades termodinámicas del aire húmedo, y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y el confort humano. Ampliando aún más, incluiríamos el método de controlar las propiedades térmicas del aire húmedo. Lo anterior, se puede llevar a cabo a través del uso de tablas psicométricas o de la carta psicométrica. ps icométrica.
II. OBJETIVOS 1. Determinar las propiedades psicométricas del aire en diferentes condiciones (normales, secado, humidificado y calentado). 2. Evaluar las propiedades psicométricas de las diferentes condiciones utilizando la carta psicométrica a nivel del mar y a altas altitudes. III.
MARCO TEORICO.
Definición Es la Ciencia que estudia las Propiedades Termodinámicas del Aire húmedo y el efecto que tiene la humedad sobre los materiales y el confort humano; también estudiamos los Métodos para controlar las propiedades termodinámicas del aire húmedo para sus diferentes aplicaciones ), es un término utilizado para expresar la cantidad de La humedad relativa (Hr ), humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa en porcentaje, tal como 50%, 75%, 30%, etc.
"humedad absoluta" (Ha), se refiere al peso del vapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio de un metro cúbico (o un pie cúbico). En este espacio, normalmente hay aire también, aunque no necesariamente. La humedad relativa está basada en la humedad absoluta, bajo las condiciones establecidas; es decir, la humedad relativa es una comparación con la humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de agua está saturado.
Tanto la humedad absoluta, como la relativa, están basadas en el peso del vapor de agua en un volumen dado.
La humedad específica, o también llamada contenido de humedad, es el peso de vapor de agua en gramos por kilogramo de aire seco (o bien, granos por libra). La humedad específica, se refiere a la cantidad de humedad en peso, que se requiere para saturar un kilogramo de aire seco, a una temperatura de saturación (punto de rocío) determinada. La humedad específica es muy similar a la humedad absoluta, excepto que esta última, está basada en gramos por metro cúbico, y la humedad específica, está basada en gramos de humedad por kilogramo de aire seco.
El porcentaje de saturación (o porcentaje de humedad), es un término que algunas veces se confunde con la humedad relativa. El porcentaje de saturación, es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire seco a la temperatura del bulbo seco. Esto se puede expresar en una ecuación:
donde: w1 = humedad específica en el punto de rocío de la mezcla de aire seco y vapor de agua. ws = humedad específica en el punto de saturación. La humedad relativa está basada en las presiones, las cuales son afectadas por la temperatura y el volumen. El porcentaje de saturación está basado en el peso, el cual no es afectado por los cambios de temperatura, y éste es el más preciso de los dos.
El punto de rocío se define como: la temperatura debajo de la cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse. También es el punto de 100% de humedad. La humedad relativa de una muestra de aire, puede determinarse por su punto de rocío. Existen varios métodos para determinar la temperatura del punto de rocío. Un método para determinar el punto de rocío con bastante precisión, es colocar un fluido volátil en un recipiente de metal brillante; después, se agita el fluido con un
aspirador de aire. Un termómetro colocado dentro del fluido indicará la temperatura del fluido y del recipiente. Mientras se está agitando, debe observarse cuidadosamente la temperatura a la cual aparece una niebla por fuera del recipiente de metal. Esto indica la temperatura del punto de rocío. La niebla por fuera del recipiente, no es otra cosa que la humedad en el aire, que comienza a condensarse sobre el mismo. No deben emplearse fluidos inflamables o explosivos para esta prueba. Otro medio para determinar el punto de rocío indirectamente, es con un instrumento llamado Psicrómetro. Este método se basa en las temperaturas de "bulbo húmedo" y la de "bulbo seco
Termómetro de Bulbo Seco El confort humano y la salud, dependen grandemente de la temperatura del aire. En el acondicionamiento de aire, la temperatura del aire indicada es normalmente la temperatura de «bulbo seco» (bs), tomada con el elemento sensor del termómetro en una condición seca. Es la temperatura medida por termómetros ordinarios en casa.
Termómetro de Bulbo Húmedo
Básicamente, un termómetro de bulbo húmedo no es diferente de un termómetro ordinario, excepto que tiene una pequeña mecha o pedazo de tela alrededor del bulbo. Si esta mecha se humedece con agua limpia, la evaporación de esta agua disminuirá la lectura (temperatura) del termómetro. Esta temperatura se conoce como de «bulbo húmedo» (bh). Si el aire estuviese saturado con humedad (100% Hr), la lectura de la temperatura en el termómetro de bulbo húmedo, sería la misma que la del termómetro de bulbo seco. Sin embargo, la hr normalmente es menor de 100% y el aire está parcialmente seco, por lo que algo de la humedad de la mecha se evapora hacia el aire. Esta evaporación de la humedad de la mecha, provoca que la mecha y el bulbo del termómetro se enfríen, provocando una temperatura más baja que la del bulbo seco. Mientras más seco esté el aire, más rápida será la evaporación de la humedad de la mecha. Así que, la lectura de la temperatura del bulbo húmedo, varía de acuerdo a qué tan seco esté el aire.
Una carta psicrométrica, es una gráfica de las propiedades del aire, tales como temperatura, hr, volumen, presión, etc. Las cartas psicrométricas se utilizan para determinar, cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad en el aire. Aunque las tablas psicrométricas son más precisas, el uso de la carta psicrométrica puede ahorrarnos mucho tiempo y cálculos, en la mayoría de los casos donde no se requiere una extremada precisión. Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas se s e hacen ha cen para p ara el rango de bajas temperaturas, algunas para el rango ran go de media temperatura y otras para el rango de alta temperatura. A algunas de las cartas psicrométricas se les amplía su longitud y se recorta su altura; mientras que otras son más altas que anchas y otras tienen forma de triángulo. Todas tienen básicamente la misma función; y la carta a usar, deberá seleccionarse para el rango de temperaturas y el tipo de aplicación.
En una carta psicrométrica se encuentran todas las propiedades del aire, de las cuales las de mayor importancia son las siguientes: 1. Temperatura de bulbo seco (bs). 2. Temperatura de bulbo húmedo (bh). 3. Temperatura de punto de rocío (pr) 4. Humedad relativa (hr). 5. Humedad absoluta (ha). 6. Entalpía (h). 7. Volumen específico
IV.
MATERIALES Y METODOS. a. MATERIALES. Secadora Ventilador Aspersor 2 vasos precipitados 3 termómetros Soporte universal Gasa Ligas Hielo Agua Cartas psicométricas
b. METODOLOGIA. Consiste en la modificación del medio ambiente para evaluar cada una de las propiedades psicométricas, luego realizar la comparación de estos medios.
PROCEDIMIENTO 1. Preparación de materiales y equipos: en primer lugar los termómetros fueron acondicionados para bulbo húmedo y bulbo seco. Para el bulbo húmedo uno de los termómetros se colocó una gasa en la parte inferior luego se sumergió en vaso precipitado contenido con agua destilada. Para
el bulbo seco se utilizó el termómetro sin ninguna modificación. . (Ver anexo.1) 2. Lectura de las temperaturas de ambos termómetros en condiciones iniciales. La lectura de los termómetros se realizó a condiciones normales sin la modificación del ambiente (condiciones de ambiente). Luego se hizo una lectura de las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco. (Ver anexo.2)
3. Lectura de las temperaturas de ambos termómetros por absorción de agua de H2O. Se utilizó utilizó el ventilador para modificar el ambiente que rodea al bulbo húmedo y al bulbo seco. (Ver anexo.3). Luego se hizo una lectura de las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco 4. Lectura de las temperaturas de ambos termómetros por humidificación. Esto se realizó por aspersión de H2O, al medio que rodea a los dos termómetros, luego se hizo una lectura de las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco. . (Ver anexo.4) 5. Lectura 1 de las temperaturas de ambos termómetros por calentamiento 1 por 3min. Se realizó este calentamiento del medio ambiente utilizando la secadora, inmediatamente se realizó realizó la lectura 1de los termómetros de bulbo húmedo y bulbo seco. (Ver anexo.5) 6. Lectura 2 de las temperaturas de ambos termómetros por calentamiento 2. Después de haber realizado la lectura 1 en el calentamiento se esperó 3 minutos para después realizar la lectura de los termómetros del bulbo húmedo y bulbo seco. (Ver anexo.6). 7. Lectura de las temperatura temperatura de los termómetros termómetros (Temperatura (Temperatura punto de roció) Este proceso se realizó con un balón de vidrio contenido de hielo el cual a su exterior se colocó un termómetro digital. Luego se realizó la lectura de las temperaturas tanto del termómetro digital como de los termómetros de bulbo húmedo y bulbo seco. Luego se esperó la primera gota en el balón de vidrio para después dar la lectura de los termómetros. 8. Lectura en las cartas psicométricas a nivel del mar y altas altas altitudes de los datos obtenidos.
Se realizó la ubicación de cada una de las propiedades p sicométricas en la carta a nivel del mar y a altas altitudes (3048). (Ver anexo 8).
V.
RESULTADOS Y DISCUCIONES.
de humedad y % de En la tabla N° 01 se presentan los resultados del contenido de humedad relativa para lo cual se utilizó cartas psicométricas diferentes altitudes y presiones barométricas (a nivel del mar y a 3048 msnm de altitud) a una determinada temperatura de bulbo húmedo y seco, observándose una diferencia (aumenta a mayor altitud) bastante considerable en los resultados obtenidos tal CONDICIONES A nivel del mar (0 msnm) A 3048 msnm de altitud INICIALES Presión B. es 101.325 KPa Presión B. es 69.683 KPa N° de T°bh T°bs Contenido de Humedad Contenido de Humeda repetici (°C) (°C) humedad relativa humedad. d relativa ones (kg H2O/Kg a.s) (%) (kg H2O/Kg a.s) (%) A 12 19 0.006 40 0.010 50 B 13 19 0.007 50 0.0112 56 C 12 20 0.0055 38 0.0094 45 como RIETSHEJD, H. (1965) mencionaba: la cantidad máxima de vapor de agua depende de la temperatura y presión atmosférica.
TABLA N°01: condiciones normales En la tabla N° 02, se muestran los resultados a diferentes altitudes y presiones barométricas, después de una humidificación del aire, donde se puede observar el aumento de la humedad relativa relativa tanto también del contenido de humedad a comparación de la tabla N°01 a condiciones normales (sin humidificación). CRUZ. R. (2001) Menciona que el enfriamiento y humidificación, siempre que el aire no este saturado, la humedad especifica aumenta y la temperatura de bulbo seco (tbs) baja. Y efectivamente se observa una disminución disminución de la temperatura temperatura de bulbo seco.
TABLA N°02: con aspersión de agua CONDICIONES INICIALES N° de T°bh T°bs repetici (°C) (°C) ones A 12.7 17.5 B 14 19.5 C 13 20
A nivel del mar (0 msnm) Presión B. es 101.325 KPa Contenido de Humedad humedad relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0073 58 0.0078 55 0.0068 45
A 3048 msnm de altitud Presión B. es 69.683 KPa Contenido de Humeda humedad. d relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0117 65 0.0125 60 0.0107 51
En la tabla N° 03 se muestra los datos tomados después de un tiempo para una normalización de las condiciones iniciales, para luego proseguir con un proceso de calentamiento que se muestra en la tabla N°04. TABLA N°03: CONDICIONES INICIALES N° de T°bh T°bs repetici (°C) (°C) ones A 13 18.5 B 13.5 18.3 C 12.8 20
A nivel del mar (0 msnm) Presión B. es 101.325 KPa Contenido de Humedad humedad relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0072 55 0.0078 57 0.0064 43
A 3048 msnm de altitud Presión B. es 69.683 KPa Contenido de Humeda humedad. d relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0115 59 0.012 63 0.0106 50
En la tabla N° 04 se muestra los resultados obtenidos después de un calentamiento del aire y como se observa se produce una pequeña disminución en la humedad relativa y contenido de humedad comparando con los los datos iniciales que se muestran muestran en la la tabla N°03. N°03. GALARZA J. (2014) menciona que en el calentamiento con un posterior enfriamiento, la relación de humedad (W), es constante, debido a que no se agrega o quita HR del aire. Por lo tanto, el calor latente y consecuentemente la temperatura de PR y masa del aire permanecen constantes. TABLA N°04: calentamiento por 3min CONDICIONES INICIALES N° de T°bh T°bs repetici (°C) (°C) ones A 13.8 19.5 B 18 29 C 17 33
A nivel del mar (0 msnm) Presión B. es 101.325 KPa Contenido de Humedad humedad relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0054 29 0.0084 34 0.0058 18
A 3048 msnm de altitud Presión B. es 69.683 KPa Contenido de Humeda humedad. d relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0118 59 0.0145 39 0.0112 50
En la tabla N° 05 se muestra los datos tomados después de un tiempo para una normalización de las condiciones iniciales, para luego proseguir con un proceso de calentamiento mayor al anterior, que se mostrara en la tabla N°06. TABLA N°05: CONDICIONES INICIALES
A nivel del mar (0 msnm) Presión B. es 101.325 KPa
A 3048 msnm de altitud Presión B. es 69.683 KPa
N° de T°bh repetici (°C) ones A 13.5 B 14 C 15
T°bs (°C)
Contenido de Humedad Contenido de humedad relativa humedad. (kg H2O/Kg a.s) (%) (kg H2O/Kg a.s) 19.5 0.0062 45 0.0115 18.7 0.008 59 0.0123 22 0.0078 47 0.0127
Humeda d relativa (%) 57 63 53
En la tabla N° 06 se muestra los resultados obtenidos después de un calentamiento mayor mayor del aire. CRUZ. R. (2001) menciona que el calentamiento y la deshumidificación simultáneas y en los resultados que se muestran tanto el contenido de humedad como la humedad relativa disminuye enormemente después de este proceso, y además se observa que la temperatura de bulbo seco aumenta por el calentamiento provocado. TABLA N°06: segundo calentamiento CONDICIONES INICIALES N° de T°bh T°bs repetici (°C) (°C) ones A 14.5 29 B 19 43.2 C 17 35
A nivel del mar (0 msnm) Presión B. es 101.325 KPa Contenido de Humedad humedad relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0044 17 0.0038 8 0.0048 14
A 3048 msnm de altitud Presión B. es 69.683 KPa Contenido de Humeda humedad. d relativa (kg H2O/Kg a.s) (%) 0.0092 25 0.0103 14 0.0105 21
En la tabla N°07 se muestra los resultados de la determinación del punto de roció donde GALARZA J. (2014) menciona que para una presión atmosférica dada, es la temperatura de saturación a la cual comienza la humedad a depositarse en forma fo rma de d e pequeñas gotas de d e agua o rocío, cuya máximo contenido de HR es equivalente a la presión de saturación. Para esta condición, la temperatura del aire es igual a la temperatura de saturación y se dice que el aire está saturado. TABLA N°07: temperatura del punto de roció CONDICIONES INICIALES N° de T°bh T°bs T°i repetici (°C) (°C) (°C) ones A 14 21.3 19.3 B 13 18.9 18.6 C 14 21 20
FORMACION DE AGUA T° de T°bh formación de (°C) agua (°C) 16.4 13 14.1 13 11.4 13
T°bs (°C) 19 18.5 20
VI.
CONCLUCION
1. Se determinó las propiedades psicométricas del aire en diferentes condiciones (normales, secado, humidificado y calentado). En donde existe una variación de las propiedades psicométricas en cada proceso que se realizó como en la humidificación, secado, calentamientos (1 y 2) y en el proceso de punto de rocío. 2. las propiedades psicométricas de las diferentes diferentes condiciones utilizando la carta psicométrica a nivel del mar y a altas altitudes existe una variación en donde nos indica que a altas altitudes la temperatura es mayor y la humedad disminuye y a nivel del mar la temperatura menor y la humedad es mucho mayor que que a altas altas altitudes. Por tanto la cantidad máxima de vapor de agua depende de la temperatura y presión atmosférica.
VII.
VIII.
BIBLIOGRAFIA RIETSHEJD, H. 1965 “Tratado de calefacción, ventilación y acondicionamiento de aire”, España, 2da Edición CRUZ. R. 2001. “Sistemas de aire acondicionado” UNIVERSIDAD
AUTÓNOMA METROPOLITANA IZTAPALAPA, Licenciatura en Ingeniería en Energía. GALARZA J. 2014 “diseño de un sistema de acondicionamiento de aire industrial, en la planta de impresión litográfica don Bos co” UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE- QUITO título de ingeniero mecánico
ANEXOS. ANEXO 1. Termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo.
ANEXO 8. Carta psicométricas a nivel del mar y a alta altitud (3048msnm).