UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE MECÁNICA
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III
PSICROMETRÍA
REALIZADO POR:
REVISADO POR:
Br. Arnaldo Martínez, C.I.: 19.939.196
Prof.: Johnny Martínez
Br. Henry Ríos, C.I.: 20.390.450 Sección 02
Puerto La Cruz, Febrero de 2014
RESUMEN
Se realizó un estudio de los principios de la psicrometría y el acondicionamiento de aire a través de un banco de prueba, con la finalidad de demostrar experimentalmente dichos principios. El equipo utilizado fue un banco de psicrometría Air Conditioning L aboratory Unit de la marca P. A. Hilton LTD. La práctica se realizó de la siguiente forma: para una velocidad en el motor del ventilador de 340 y 1012 1 012 rpm, se realizó una prueba prue ba de enfriamiento con deshumidificación, calentamiento simple y calentamiento doble. De forma general, para cada uno de estos experimentos se tomó nota de las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo en la entrada y la salida y, la caída de presión a la salida. Entre los resultados se tiene que, para el enfriamiento con deshumidificación se consigue una redu cción de la humedad relativa más efectiva para 340 rpm. Para el calentamiento simple y doble se demostró que el proceso se realizó con humedad específica constante y, a medida que aumenta la temperatura del fluido, incrementa su capacidad para sostener humedad.
II
RESUMEN
Se realizó un estudio de los principios de la psicrometría y el acondicionamiento de aire a través de un banco de prueba, con la finalidad de demostrar experimentalmente dichos principios. El equipo utilizado fue un banco de psicrometría Air Conditioning L aboratory Unit de la marca P. A. Hilton LTD. La práctica se realizó de la siguiente forma: para una velocidad en el motor del ventilador de 340 y 1012 1 012 rpm, se realizó una prueba prue ba de enfriamiento con deshumidificación, calentamiento simple y calentamiento doble. De forma general, para cada uno de estos experimentos se tomó nota de las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo en la entrada y la salida y, la caída de presión a la salida. Entre los resultados se tiene que, para el enfriamiento con deshumidificación se consigue una redu cción de la humedad relativa más efectiva para 340 rpm. Para el calentamiento simple y doble se demostró que el proceso se realizó con humedad específica constante y, a medida que aumenta la temperatura del fluido, incrementa su capacidad para sostener humedad.
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CONTENIDO RESUMEN .................................................. ............................................................................ ............................................... ..................... II CONTENIDO ................................................... ............................................................................ ......................................... ................ III I.
INTRODUCCIÓN .................................................. ....................................................................... ..................... 1
II.
OBJETIVOS ................................................. ........................................................................... ............................. ... 9
III.
EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS............................ ............................ 10
IV.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL...................................... ...................................... 11
V.
RESULTADOS ................................................. ........................................................................ ....................... 13
VI.
ANÁLISIS DE RESULTADOS ................................................ ................................................ 16
VII.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................... .......................... 20
VIII.
BIBLIOGRAFÍA ................................................ ....................................................................... ....................... 22
APÉNDICE ................................................. ........................................................................... ............................................. ................... 23 APÉNDICE A: MUESTRA MUESTR A DE CÁLCULOS ........................... 23 APÉNDICE B: ASIGNACIÓN ................................................ .................................................. 28 APÉNDICE C: ANEXOS................................................... ......................................................... ...... 29
III
I. 1.1.
INTRODUCCIÓN
Comodidad humana y acondicionamiento de aire Los seres humanos tienen una debilidad inherente: necesitan sentirse cómodos. Quieren vivir en un ambiente que no sea ni caliente ni frío, ni muy húmedo ni muy seco. Sin embargo, la comodidad no se obtiene de manera sencilla dado que las necesidades del cuerpo humano y el clima no suelen ser muy compatibles. No es difícil que la gente descubra que no puede cambiar el clima en una región. Todo lo que puede hacer es cambiarlo en un espacio confinado, como una casa o un lugar de trabajo (figura 1.1). En el pasado, esto se logró parcialmente mediante fuego y sencillos sistemas de colección de interiores. Hoy día, los modernos sistemas de acondicionamiento de aire pueden calentar, enfriar, humidificar, deshumidificar, limpiar e incluso desodorizar el aire; en otras palabras, acondicionar el aire según las necesidades de las personas [1].
Figura 1.1. No es posible cambiar las condiciones climatológicas, pero sí el clima en un espacio confinado por medio del acondicionamiento de aire [1].
1.2.
La carta psicrométrica El estado del aire atmosférico a una presión especificada se establece por completo mediante dos propiedades intensivas independientes. El resto de las propiedades se calcula fácilmente a 1
partir de las relaciones anteriores. El dimensionamiento de un sistema común de aire acondicionado implica un gran número de cálculos, lo que con el tiempo afecta los nervios del más paciente de los ingenieros. Por lo tanto, hay una clara motivación para efectuar esos cálculos una vez y presentar los datos en gráficas que sean fáciles de leer. Dichas graficas reciben el nombre de cartas psicrométricas, y se utilizan en aplicaciones de acondicionamiento de aire. Una carta psicrométrica para una presión de 1 atm (101,325 kPa o 14,696 psia) se presenta en la figura 1.2 en unidades del SI [1].
Figura 1.2. Carta psicrométrica a 1 atm de presión total [1].
1.3.
Temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo La humedad de las mezclas de aire y vapor de agua se ha medido tradicionalmente con un dispositivo llamado psicrómetro, en el cual se utiliza el flujo de aire que pasa en torno a los termómetros
2
de bulbo húmedo y de bulbo seco. El bulbo de uno de los termómetros, bulbo húmedo, está cubierto con una mecha de algodón saturada con agua. El termómetro de bulbo seco se utiliza simplemente para medir la temperatura del aire. El flujo de aire se puede mantener por medio de un ventilador como se representa en el psicrómetro de flujo continuo de la figura 1.3.
Figura 1.3. Aparato de flujo estable para m edir las temperaturas de bulbo húmedo y de bulbo seco [3].
Los procesos que se llevan a cabo en el termómetro de bulbo húmedo son complicados. Primero, si la mezcla de aire y vapor de agua no está saturada, parte del agua en la mecha se evapora y se difunde al aire del entorno, que enfría el agua en la mecha. Tan pronto como la temperatura del agua desciende, se transfiere calor al agua tanto del aire como del termómetro, con el enfriamiento correspondiente. Se llegará a un régimen permanente determinado por los flujos de transferencia de calor y masa en donde la temperatura del termómetro de bulbo húmedo es más baja que la temperatura del termómetro de bulbo seco [3].
3
1.4.
Aire seco y aire atmosférico El aire es una mezcla de nitrógeno, oxígeno y pequeñas cantidades de otros gases. Normalmente, el aire en la atmósfera contiene cierta cantidad de vapor de agua (o humedad) y se conduce como aire atmosférico. En contraste, el aire que no contiene vapor de agua se denomina aire seco. Es conveniente tratar al aire como una mezcla de vapor de agua y aire seco, porque la composición del aire seco permanece relativamente constante, pero la cantidad de vapor de agua varía por la condensación y evaporación de los océanos, lagos, ríos, regaderas e incluso del agua del cuerpo humano. En consecuencia, es importante tomarlo en cuenta en los dispositivos de acondicionamiento de aire [1].
1.5.
Temperatura de punto de rocío La temperatura de punto de rocío T pr se define como la temperatura a la que se inicia la condensación si el aire se enfría a presión constante. En otras palabras T pr es la temperatura de saturación del agua correspondiente a la presión de vapor (ver ecuación 1.1):
= @
(1.1)
Eso se muestra también en la figura 1.4. Cuando el aire se enfría a presión constante, la presión de vapor P v permanece constante. Por lo tanto, el vapor en el aire (estado 1) experimenta un proceso de enfriamiento a presión constante hasta que alcanza la línea de vapor saturado (estado 2). La temperatura en este punto es T pr y si la temperatura desciende un poco más, algo de vapor se co ndensa. En consecuencia, la cantidad de vapor en el aire disminuye, lo que produce una disminución de P v. El aire permanece saturado durante el proceso de condensación y, por ello, sigue una trayectoria de humedad relativa de 100% (la línea de vapor saturado). La temperatura ordinaria y la temperatura de punto de rocío del aire saturado son idénticas en este caso [1]. 4
Figura 1.4. Enfriamiento a presión constante del aire húmedo y temperatura de punto de rocío en el diagrama T-s del agua [1].
Es posible que en un día caliente y húmedo, al comprar un refresco de lata frío en una máquina expendedora, se advierte que se forma rocío sobre la lata. Esa formación de rocío indica que la temperatura de la bebida está por debajo de la T pr del aire de los alrededores (figura 1.5) [1].
Figura 1.5. Cuando la temperatura de una lata de bebida fría está por debajo de la temperatura de punto de rocío del aire circundante, la lata “suda” [1].
5
1.6.
Humedad específica y relativa del aire La cantidad de vapor de agua en el aire puede determinarse de varias maneras. Es probable que la más lógica sea precisar directamente la masa de vapor de agua presente en una unidad de masa de aire seco, a la que se denomina humedad absoluta o específica (conocida también como relación de humedad) y que se representa por medio de [1]:
=
(1.2)
Donde:
= masa de vapor de agua en kg. = masa de aire seco en kg.
La humedad específica también se expresa como:
∗) = / =0,622 = = (( ∗)/( ∗)/( ∗) /
(1.3)
Donde:
1.7.
= presión de vapor en kPa. = presión del aire en kPa. = constante de gas para el vapor de agua en kJ/kg. K. = constante de gas para el aire en kJ/kg. k. y T = volumen específico del fluido en m 3/kg y temperatura del fluido en K, respectivamente, para un determinado estado. Humidificación
La humidificación es el proceso mediante el cual se aumentan la humedad específica y la cantidad de calor del aire. En algunos procesos, la humedad específica se aumenta agregando agua, que se absorbe en forma de vapor. 6
El agua vaporizada en el aire absorbe calor del propio aire, lo cual hace descender la temperatura. Por lo tanto, para conservar o aumentar la temperatura, es necesario agregar calor de otra fuente. La figura 1.6, muestra cómo se logra un proceso sencillo de humidificación, usando en aire acondicionado [2].
Figura 1.6. Humidificación del aire [2].
1.8.
Deshumidificación La Deshumidificación es necesaria muy a menudo en procesos de aire acondicionado o en procesos industriales. La humedad puede removerse por absorción en líquidos o en sólidos (procesos llamados de “absorción química”) o enfriando por
debajo del punto de rocío. La deshumidificación representada en el diagrama TS puede verse en la figura 1.7, que muestra solamente el proceso del vapor de agua. El proceso se lleva a cabo en dos etapas: primero, enfriando hasta el punto de rocío; después, hasta condensar y eliminar el agua necesaria, para alcanzar el punto de rocío del estado final. Una vez separada la humedad, se puede recalentar hasta las condición final, sin añadir ni absorber agua (figura 1.8 a y 1.8 b) [2].
7
Figura 1.7. Diagrama de temperatura en función de la entropía. Deshumidificación [2].
Figura 1.8. a (arriba): deshumidificación del aire y b (abajo): carta psicrométrica. Deshumidificación del aire [2].
8
II. 2.1.
OBJETIVOS
Objetivo general Conocer los principios de la psicrometría y el acondicionamiento del aire y demostrar experimentalmente dichos principios.
2.2.
Objetivos específicos
2.2.1. Conocer y manejar la unidad de acondicionamiento de aire del laboratorio. 2.2.2. Medir la temperatura de bulbo seco, bulbo húmedo y obtener la humedad relativa del aire. 2.2.3. Demostrar experimentalmente el proceso de calentamiento y su influencia sobre las propiedades del aire. 2.2.4. Demostrar experimentalmente el proceso de humedecimiento y su influencia sobre las propiedades del aire. 2.2.5. Demostrar experimentalmente el proceso de enfriamiento y su influencia sobre las propiedades del aire.
9
III. 3.1.
EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS
Equipos.
3.1.1. Banco de Psicrometría Air Conditioning Laboratory Unit Serial Nº 5756. P.A Hilton LTD Engineers. Está compuesto por: 3.1.1.1.
Ventilador controlado en el panel, para la variación del caudal de aire suministrado al sistema.
3.1.1.2.
Juego de resistencias.
3.1.1.3.
Tanque de agua para la humidificación del aire.
3.1.1.4.
Sistema de refrigeración.
3.1.1.5.
Panel C, encendido del ventilador y sistema de refrigeración.
3.1.1.6.
2 Termómetros de bulbo seco. Marca: Brannan England. Capacidad: 50 ºC. Apreciación: ±1 ºC. 1 Termómetro de bulbo húmedo. Marca: Brannan England. Capacidad: 50 °C. Apreciación: ±1 ºC.
3.1.1.7.
3.1.1.8.
1 Termómetro de bulbo húmedo. Marca: no se especifica. Capacidad: 50 ºC. Apreciación: ±1 ºC.
3.1.1.9.
Cilindro graduado Marca: Saniver. Capacidad: 100 ml. Apreciación: 1 ml.
10
IV.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
La práctica se realizó en tres partes:
4.1.
Enfriamiento con deshumidificación.
4.1.1. Se encendió el ventilador del banco de pruebas a una velocidad de 340 rpm. 4.1.2. Se encendió el sistema de refrigeración y se esperó que el sistema se estabilizara (es indicado por los termómetros de bulbo seco y húmedo cuando su temperatura se mantiene constante). 4.1.3. Se tomó las lecturas de los termómetros de bulbo seco y bulbo húmedo a la entrada y a la salida del sistema de refrigeración en el tramo en estudio. 4.1.4. Se tomó la lectura del manómetro de la caída de presión existente a la salida. 4.1.5. En el momento en que comienza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire atmosférico tomado, se midió la cantidad de agua condensada mediante un cilindro graduado y el tiempo con un cronometro para un tiempo determinado. 4.1.6. Se repitió el procedimiento mencionado con una velocidad del ventilador de 1012 rpm.
4.2.
Calentamiento simple.
4.2.1. Se encendió el ventilador regulando su velocidad 340 rpm. 4.2.2. Se encendió el interruptor de la resistencia para aplicarle una potencia de 1 kW. 4.2.3. Se esperó que el sistema se estabilizara. 11
4.2.4. Se tomaron las lecturas en los termómetros de bulbo húmedo y bulbo seco del flujo de aire antes y después de atravesar el sistema. 4.2.5. Se tomó la lectura del manómetro la caída de presión existente a la salida. 4.2.6. Se repitió los pasos anteriores, pero regulando el ventilador a una velocidad de 1012 rpm.
4.3.
Calentamiento doble.
4.3.1. Se encendió el ventilador del banco de pruebas a una velocidad de 340 rpm nuevamente. 4.3.2. Se encendió las resistencias eléctricas de inmersión a 2 Kw. 4.3.3. Se esperó que el sistema se estabilizara. 4.3.4. Se tomaron las lecturas en los termómetros de bulbo húmedo y bulbo seco del flujo de aire antes y después de atravesar el sistema, al igual que la caída de presión. 4.3.5. Se repitió los pasos anteriores, pero regulando el ventilador a una velocidad de 1012 rpm. 4.3.6. Se culminó el proceso y se apagó el equipo completamente.
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V.
RESULTADOS
Tabla 5.1. Resultados de enfriamiento más deshumidificación. Velocidad Parámetro Temperatura de bulbo seco Temperatura de bulbo húmedo Humedad relativa (%) Temperatura de punto rocío (°C) Humedad absoluta (kg/kg) Entalpía (kJ/kg) Volumen específico (m3/kg aire seco) Masa de agua (kg) Masa de aire (kg) Caudal de aire (m3/s) Flujo volumétrico de líquido (ml/s) Flujo másico de aire (kg/s) Flujo másico de vapor entrada (kg/s) Flujo másico de vapor salida (kg/s) Flujo másico del líquido "teórico" (kg/s) Flujo másico del líquido "experimental" (kg/s) Calor extraído (kW)
340 rpm Entrada Salida 28 23
1012 rpm Entrada Salida 29 24
24
18
25
20
72
62
73
70
22,5
15
23,6
18
0,0173 72
0,011 51
0,0185 76
0,013 58
0,875
0,853
0,881
0,859
0,036 5,714285714 0,415983398
0,046 8,363636364 0,790957687
0,3
0,383333333
0,478380908
0,90960134
0,00827599
-
0,01682762
-
-
0,00526219
-
0,01182482
0,0030138
0,005002807
0,0003
0,000383333
10,04599906
16,37282412
13
Tabla 5.2. Resultados de calentamiento simple. Velocidad Parámetro Temperatura de bulbo seco Temperatura de bulbo húmedo Humedad relativa (%) Temperatura de punto de rocío (°C) Humedad absoluta (kg/kg) Entalpía (kJ/kg) Volumen específico (m3/kg aire seco) Masa de aire (kg) Caudal de aire (m3/s) Flujo másico de aire (kg/s) Flujo másico de vapor entrada (kg/s) Flujo másico de vapor salida (kg/s) Calor extraído (kW) Calor cedido al aire por la resistencia eléctrica (kW)
340 rpm
1012 rpm Entrada Salida 34 25 31 22 80 78
Entrada 45 30 34
Salida 28 21 54
25,5
18
30,2
21
0,0209 99
0,0209 61
0,02775 106
0,02775 65
0,931
0,87
0,908
0,865
0,423907603 0,487493744
0,786739216 0,904750098
0,01018862
-
0,02510682
-
-
0,01018862
-
0,02510682
18,52476227
37,09475403 1
14
Tabla 5.3. Resultados de calentamiento doble. Velocidad Parámetro Temperatura de bulbo seco Temperatura de bulbo húmedo Humedad relativa (%) Temperatura de punto de rocío (°C) Humedad absoluta (kg/kg) Entalpía (kJ/kg) Volumen específico (m3/kg aire seco) Masa de aire (kg) Caudal de aire (m3/s) Flujo másico de aire (kg/s) Flujo másico de vapor entrada (kg/s) Flujo másico de vapor salida (kg/s) Calor extraído (kW) Calor cedido al aire por la resistencia eléctrica (kW)
340 rpm Entrada Salida
1012 rpm Entrada Salida
44
37
37
34
35
29
34
28
54
55
80
64
33
26,5
33
26
0,0325
0,0325
0,0325
0,0325
127
95
124
90
0.9
0,91
0,88
0,9
0,423907603
0,790957687
0,487493744
0,90960134
0,01584355
-
0,02956204
-
-
0,01584355
-
0,02956204
15,59979981
30,92644556 2
15
VI.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
De acuerdo a lo señalado en la tabla 5.1, el enfriamiento con deshumidificación consigue eliminar la humedad relativa del ambiente y a la vez, colocar un lugar determinado en condiciones de confort. De acuerdo a los resultados, se consigue una eliminación de la humedad relativa del ambiente más considerable con el ventilador a 340 rpm, por lo que si el objetivo es eliminar tal humedad con 1012 rpm, es necesario utilizar un equipo de refrigeración de mayor potencia. La temperatura de rocío es mayor a la salida cuando la velocidad del ventilador es mayor, se tiene que existe una relación proporcional con la humedad relativa y por lo tanto, la temperatura para la cond ensación es mayor. La humedad absoluta es mayor en la entrada a causa de que la deshumidificación no ha hecho efecto a ese punto. A la salida, a 1012 rpm, la humedad absoluta es mayor, pero también se debe tener en cuenta que se maneja una mayor masa de aire para tal condición de trabajo. La entalpia es mayor a la salida cuando la velocidad es 1012 rpm por motivo de que la temperatura de rocío es mayor (la temperatura guarda proporcionalidad con la entalpia). El caudal de aire es mayor para 1012 rpm simplemente porque esta presenta una mayor velocidad en el fluido. El flujo volumétrico de líquido es mayor con 1012 rpm a razón de que se consigue condensar mayor cantidad de líquido para un tiempo determinado. Entre otros parámetros, se tiene que el calor extraído por medio del equipo condensador es mayor para la velocidad del ventilador a 1012 rpm. Se tiene que el equipo de aire acondicionado elimina 16,37 KJ/s a esa determinada condición de trabajo. Para la tabla 5.2 y 5.3 se tienen los resultados del calentamiento simple y doble respectivamente. La prueba se hizo sin el dispositivo para humidificar el aire a través de vapor de agua, por lo que solo se tiene el calentamiento otorgado por la resistencia; por tal hecho, se tiene que durante este proceso la humedad especifica o absoluta se mantiene constante tal cual como se señala en la tabla, pero la humedad relativa disminuye; este último punto se demostró experimentalmente con la velocidad de 1012 rpm y a la vez, con los resultados de 340 rpm de acuerdo a siguiente afirmación: la humedad relativa es la relación entre el contenido de humedad y la capacidad del aire de sostener humedad a la misma temperatura, y la capacidad de sostener 16
humedad aumenta con la temperatura. Dicho esto se observa que el calor sede en mayor proporción al aumentar con la velocidad, y por esto, cuando el fluido se encuentra a menor temperatura, la capacidad para sostener la humedad es menor. Particularmente la temperatura a la salida es menor para el calentamiento simple y doble por la baja tasa de calor añadido por el banco de prueba (1 kW y 2 kW respectivamente).
Br. Henry Jesús Ríos H. C.I.: 20.390.450
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ANÁLISIS DE RESULTADOS En la tabla 5.1 se puede apreciar que tanto la humedad relativa en la salida del serpentín (62% para 340 rpm y 70% para 1012 rpm) como la absoluta (0,011 Kg/Kg para 340 rpm 0,013 Kg/Kg para 1012) son menores que en la entrada del serpentín de enfriamiento (72% a 340 rpm, 73% a 1012 de humedad relativa y 0,0173 Kg/Kg para 340 rpm, 0,0185 Kg/Kg para 1012rpm de humedad absoluta) así como también las humedades son mayores a medida que aumentan las revoluciones, como era de esperarse en el proceso de enfriamiento con deshumidificación. Al comparar los resultados obtenidos a baja y altas revoluciones se puede observar que a altas velocidades se extrae más calor del sistema, 16,373 KW aprox. con respecto a 10,046 KW aprox. para la cantidad de revoluciones más baja, también se condensa mayor cantidad de líquido, y aumentan tanto el flujo de aire (ap roximadamente 1 Kg/s para el cálculo con mayor revoluciones por minuto) como de vapor (0,0168 y 0,0118 Kg/s aprox. de flujo de vapor a la entrada y salida respectivamente en la prueba con mayor revoluciones). Es notable también que el cambio de temperaturas en el proceso a baja velocidad es muy similar al obtenido en el proceso a alta velocidad. En la tabla 5.2 están los resultados de la prueba de calentamiento simple donde se nota que la humedad absoluta es la misma en la entrada y en la salida de la unidad de enfriamiento, tanto en baja (0,0209 Kg/Kg) como alta velocidad (0,02775 Kg/Kg), esto se debe a que no hub o condensación de agua durante el proceso debido a que como muestra la tabla la temperatura de rocío (18 ºC a 340 rpm y 21 ºC a 1012 rpm para la salida) es menor que las temperaturas alcanzadas en la salida (28 y 21 ºC para 340 rpm así como 25 y 22 ºC para 1012 rpm, bulbo seco y bulbo húmedo a la salida respectivamente). Lo mismo sucede en los resultados de la prueba de calentamiento doble reflejado tabla 5.3, pero con diferentes valores de temperaturas, donde tampoco varía la humedad absoluta ya que no se obtiene condensación del agua por no alcanzar la temperatura de rocío. En la tabla 5.2 y 5.3 se observa el mismo comportamiento que en la 5.1 en lo que respecta al calor y flujos de aire y vapor. Los datos muestran como en los tres diferentes procesos se obtuvo que la entalpía y el volumen específico van disminuyendo con la temperatura del aire.
18
Finalmente, al comparar el proceso de enfriamiento y deshumidificación con los procesos de calentamiento, se aprecia que la unidad de aire acondicionado fue capaz de extraer más calor del sistema durante el calentamiento, pero a su vez pudo extraer menos calor del sistema durante el calentamiento doble debido a que las temperaturas eran muy elevadas.
Br. Arnaldo Martínez C.I.: 19.939.196 19
VII. 7.1.
CONCLUSIONES
7.2.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se demostró experimentalmente que el proceso de enfriamiento con deshumidificación se lleva a cabo con una disminución de la humedad específica, que es consecuencia de la que el fluido se manejó por debajo de la temperatura de rocío. Se requiere de un equipo de aire acondicionado de mayor tonelaje para eliminar la carga térmica del ducto cuando se trabaja con una velocidad de 1012 rpm, a partir de comparación en términos de proporción de calor extraído para ambas condiciones de trabajo. Se demostró experimentalmente que el calentamiento simple y doble se lleva a cabo con una humedad específica constante. Se concluyó que, cuando el fluido de trabajo (para calentamiento simple y doble a una velocidad del ventilador de 1012 rpm) tiene menor temperatura, la capacidad para sostener la humedad es menor. Se requiere de resistencias que introduzcan una tasa mayor de calor para cuando se opera el ventilador a baja velocidad.
RECOMENDACIONES
Poner en funcionamiento el equipo del laboratorio o, en el mejor de los casos, adquirir uno más moderno a fin de que los usuarios tengan una experiencia tangible de la práctica. Realizar los experimentos de calentamiento simple, calentamiento doble, calentamiento con deshumidificación y enfriamiento con deshumidificación con mayor variedad de velocidades en el ventilador y en plasmadas en informes separados.
Br. Henry Jesús Ríos H. C.I.: 20.390.450 20
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se logró conocer los principios de la psicrometría y el acondicionamiento del aire . Se demostró experimentalmente los principios de la psicrometría y el acondicionamiento del aire
Los estudiantes se pudieron familiarizar con la unidad de aire acondicionado del laboratorio gracias a la práctica realizada.
Se midió la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo correctamente.
Se consiguió calcular la humedad relativa del aire en la práctica.
Se demostraron de forma experimental las variaciones los procesos de calentamiento, humedecimiento y enfriamiento, así como se logró diferenciar la influencia de cada uno de ellos sobre las propiedades del aire. Buscar la forma posible de comprar un nuevo equipo, realizar una reparación al existente o estudiar un experimento diferente de modo que se pueda realizar la práctica, para que los estudiantes tomen sus propios datos, observen el funcionamiento y dejen de trabajar con una data registrada tomada cuando el equipo estuvo en funcionamiento años anteriores. Realizar una limpieza a fondo al laboratorio y mantenerlo en limpieza constante así como también realizar un recaudo de fondos para el acondicionamiento del mismo con el fin de realizar las prácticas en un ambiente con mejores condiciones.
Br.: Arnaldo Martínez C.I: 19.939.196 21
VIII.
BIBLIOGRAFÍA
1. Cengel, Y. y Boles, M. (2009) “Termodinámica”. Sexta edición, Editorial McGraw-Hill, México. 2. Hernández, E. (2006) “Fundamentos de Aire Acondicionado y Refrigeración”. Reimpresión, Editorial Limusa, México. 3. Van Wylen, G., Sonntag, R. y Borgnakke, C. (2008) “Fundamentos de Termodinámica”. Segunda edición, editorial Limusa Wiley, México.
22
APÉNDICE APÉNDICE A: MUESTRA DE CÁLCULOS A1. Propiedades del fluido: Utilizando la carta psicrométrica (figura 1.2), se buscan las propiedades del fluido: Tabla A.1 Proceso de enfriamiento con deshumidificación.
Propiedades Bulbo seco (°C) Bulbo húmedo (°C) Humedad relativa Ø (%) Temperatura punto de rocío (ºC) Humedad absoluta W (Kg/Kg) Entalpia h (KJ/Kg) Volumen específico v (m3/Kg)
í
A2. Masa de agua
Para 340 rpm Entrada Salida 28 23 24 18 72,02 61,81 22,49 15,31
Para 1012 rpm Entrada Salida 29 24 25 20 72,56 69,59 23,57 18,12
0,01718
0,01085
0,01838
0,01310
71,99 0,931
50,71 0,87
76,08 0,908
57,25 0,865
:
=
Donde: V: Volumen promedio de agua extraída para un tiempo igual a 120 seg (m3).
f
: Volumen específico del líquido saturado a la temperatura de salida del sistema (23 °C).
23
− (33+39)×10 = 2×0,0010026 =0,0359 A3. Masa de aire
:
= Donde: mf: Masa de agua (Kg) We: Humedad absoluta de entrada (Kg/Kg) Ws: Humedad absoluta de salida (Kg/Kg)
A4. Caudal de aire
0,0360107 =5,6714 = 0,01710, =∗√ 2 ∆ :
Donde:
∆P γ:
: Caída de presión (pa).
Peso específico del aire.
g: Gravedad (9.81 m/s2). 24
=2.6 × 0.1071 =24.29 : Densidad del aire (1.15 kg/m 3).
Ad: Área del ducto (m2)
= ×=1.15×9.81=11.2815 / =0,25 ∗ √ 2×9,81 (11.(24.281529) ) =0,4063 / A5. Flujo volumétrico
∀ ̇
:
∀ ̇ =
Donde: V: Volumen promedio de líquido condensado (ml). t: tiempo requerido para extraer el volumen de líquido condensado (seg).
∀ ̇ = (33+39) 2×120 =0,3 / 25
A6. Flujo Másico del aire
̇
:
̇ = × ̇ =1,15×0,4063=0,4671 / ̇
A7. Calor extraído del aire por la resistencia eléctrica :
̇ =̇ ∗()
Donde:
He: Entalpía de entrada. Hs: Entalpía de salida.
̇ = 0,4671 ∗ (71,9950,71) ̇ =9,9398 ̇ ̇ = ×̇ =0,01718× 0,4671
A8. Flujo másico del vapor
:
̇ =0,00802477 / 26
Donde:
̇
: Flujo másico del vapor en la entrada.
: Humedad absoluta en la entrada.
A9. Flujo másico del líquido “teórico”
̇
:
̇ =̇ ∗()
̇ =0,4671∗(0,017180,01085) ̇ =0,002957 / ̇
A10. Flujo másico del líquido “experimental”
:
̇ = ∀ ̇ Donde:
∀ ̇
: Flujo volumétrico del líquido (m 3/seg). : Volumen especifico del líquido saturado
− 0, 3 ×10 ̇ = 0,001 =0,0003 / 27
APÉNDICE B: ASIGNACIÓN
28
APÉNDICE C: ANEXOS
Figura C1. Banco psicrométrica del laboratorio utilizado para la práctica [fuente: Henry Ríos]
Figura C2. Ventilador del banco psicrométrico [fuente: Henry Ríos].
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