RESUMEN Siendo estudiantes de ingeniería es de suma importancia tener conocimiento de la termodinámica y sus aplicaciones en el ahorro de energía y en hacer más cómoda la vida cotidiana del ser humano. Para determinar las propiedades de una mezcla es necesario conocer la composición de la mezcla, así como las propiedades de los componentes individuales. Hay dos maneras de describir la composición de una mezcla: ya sea mediante la especificación del número de moles de cada componente, método que recibe el nombre de análisis molar, o mediante la especificación de la masa de cada componente, denominado análisis gravimétrico. Un gas ideal se define como aquel cuyas moléculas se encuentran lo suficientemente alejadas, de forma tal que el comportamiento de una molécula no resulta afectado por la presencia de otras – una situación hallada a densidades bajas-. También se menciono que los gases reales se aproximan mucho a este comportamiento cuando se encuentran a baja presión o a altas temperaturas respecto de sus valores de punto crítico. La predicción del comportamiento P-v-T de mezclas de gas suele basarse en dos modelos: La ley de Dalton de las presiones aditivas: la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si existiera sólo a la temperatura y volumen de la mezcla. La ley de Amagat de volúmenes aditivos: El volumen de una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes que cada gas ocuparía si existiera solo a la temperatura y presión de la mezcla. El aire es una mezcla de nitrógeno, oxigeno y pequeñas cantidades de otros gases. Normalmente, el aire en la atmosfera contiene cierta cantidad de vapor de agua (o humedad) y se conoce como aire atmosférico. En contraste, el aire que no contiene vapor de agua se denomina aire seco. Es conveniente tratar el aire como una mezcla de vapor de agua y aire eco, porque la composición del aire seco permanece relativamente constante, pero la cantidad de vapor de agua varia por la condensación y evaporación de los océanos, lagos. Ríos, regaderas e incluso del agua del cuerpo humano. 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 especifica y que se representa por medio de ω. La cantidad de humedad en el aire tiene un efecto definitivo en las condiciones de comodidad que ofrece un ambiente. Sin embargo, el nivel de comodidad depende más de la cantidad de humedad que el aire tiene (m v) respecto a la cantidad máxima de humedad que el aire puede contener a la misma temperatura (m g). La relación entre estas dos cantidades se conoce como humedad relativa φ. El exceso de humedad en el aire se condensa en las superficies frías y forma el roció. La temperatura de roció 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. 1
FRACCIONES MOLARES Y DE MASA Para determinar las propiedades de una mezcla es necesario conocer la composición de la mezcla, así como las propiedades de los componentes individuales. Hay dos maneras de describir la composición de una mezcla: ya sea mediante la especificación del número de moles de cada componente, método que recibe el nombre de análisis molar, o mediante la especificación de la masa de cada componente, denominado análisis gravimétrico. Considere una mezcla de gases compuesta de K componentes. La masa de la mezcla m m es la suma de las masas de los componentes individuales, y el número de moles de la mezcla Nm es la suma del número de moles de los componentes individuales, esto es:
La relación entre la masa de un componente y la masa de la mezcla se conoce como fracción de masa (o másica), y la relación entre el número de moles de un componente y el número de moles de la mezcla se denomina fracción molar (o mol) y:
La masa de una sustancia puede expresarse en términos del numero de moles N y la masa molar M de la sustancia como m= NM. Entonces, la masa molar aparente (o promedio) y la constante del gas de una mezcla se expresa como
La masa molar de una mezcla también se puede expresar como
Las fracciones de masa y malar de una mezcla están relacionadas por medio de
COMPORTAMIENTO P-V-T DE MEZCLAS DE GASES IDEALES Y REALES Un gas ideal se define como aquel cuyas moléculas se encuentran lo suficientemente alejadas, de forma tal que el comportamiento de una molécula no resulta afectado por la presencia de otras – una situación hallada a densidades bajas-. También se menciono que los gases reales se aproximan mucho a este comportamiento cuando se encuentran a baja presión o a altas temperaturas respecto de sus valores de punto crítico. El comportamiento P-v-T de un gas ideal se expresa por medio de la relación Pv=RT, que recibe el nombre de ecuación de estado de gas ideal. El comportamiento P-v-T de gases reales se expresa con ecuaciones de estado más complejas o por medio de Pv=ZRT, donde Z es el factor de compresibilidad. 2
Cuando se mezclan dos o más gases ideales, el comportamiento de una molécula no es afectado por la presencia de otras moléculas similares o diferentes y, en consecuencia, una mezcla no reactiva de gases ideales se comporta también como un gas ideal. El aire, por ejemplo, se trata convenientemente como un gas ideal en el intervalo donde el nitrógeno y el oxigeno se comportan como gases ideales. Sin embargo, cuando una mezcla de gases está compuesta por gases reales (no ideales), la predicción del comportamiento P-v-T de la mezcla se vuelve bastante ardua. La predicción del comportamiento P-v-T de mezclas de gas suele basarse en dos modelos: La ley de Dalton de las presiones aditivas: la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada gas ejercería si exixtiera sólo a la temperatura y volumen de la mezcla.
La ley de Amagat de volúmenes aditivos: El volumen de una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes que cada gas ocuparía si existiera solo a la temperatura y presión de la mezcla.
Estas leyes se cumplen con exactitud en mezclas de gases ideales, pero solo como aproximación en mezclas de gases reales. Esto se debe a las fuerzas intermoleculares que pueden ser considerables en gases reales a densidades elevadas. En el caso de gases ideales, estas dos leyes son idénticas y proporcionan resultados idénticos.
En estas relaciones, P i recibe el nombre de presión de componente, y V i se denomina volumen de componente. Advierta que Vi es el volumen que un componente ocuparía si existiera aislado a T m y Pm, no el volumen real ocupado por el componente de la mezcla. Además, la relación P i/Pm se conoce como fracción de presión, y la relación Vi/Vm recibe el nombre de fracción de volumen del componente i.
Mezclas de gases ideales. Para gases ideales, P i y V i pueden relacionarse con yi mediante la relación de gas ideal, tanto para los componentes como para la mezcla de gases:
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Por ende,
Esta ecuación solo es válida para mezclas de gases ideales, dado que se derivo al considerar el comportamiento del gas ideal para la mezcla de gases y cada uno de sus componentes. La cantidad YiPm se denomina presión parcial y la cantidad Y iVm se denomina volumen parcial. Advierta que es una mezcla de gases ideales, resultan idénticas la fracción molar, la fracción de presión y la fracción de volumen de un componente.
Mezcla de gases reales La ley de Dalton de las presiones aditivas y de Amargat de los volúmenes aditivos pueden emplearse también en gases reales, a menudo con una precisión razonable. Sin embargo, en este caso las presiones de componentes o los volúmenes de componentes deben evaluarse a partir de relaciones que consideran la desviación de cada componente del comportamiento de gas ideal. Una manera de hacerlo es utilizar ecuaciones de estado más exactas en lugar de la ecuación de estado de gas ideal. Otra manera es empleando el factor de compresibilidad. El factor de compresibilidad de la mezcla Z m puede expresarse en términos de los factores de compresibilidad de los gases individuales Zi, al aplicar la ecuación anterior en ambos lados de la expresión de la ley de Dalton o de Amagat y simplificando. Se obtiene
Donde Zi se determina ya sea a T m y Vm (Ley de Dalton) o a T m y Pm (Ley de Amagat) para cada gas individual. En apariencia, al emplear cualquiera de las leyes se obtendrá el mismo resultado, pero no sucede así.
PROPIEDADES DE MEZCLAS DE GASES IDEALES Y REALES Considérese una mezcla de gases que contiene 2 kg de N 2 y 3 kg de CO2. La masa total (una propiedad extensiva) de esta mezcla de kg. Aquí solo se suma la masa de cada componente. Este ejemplo sugiere una manera simple de avaluar las propiedades extensivas de una mezcla no reactiva de gases ideales o gases reales: únicamente se suman las contribuciones de cada componente mezclado. Asi, la energía interna, la entalpia y la entropía totales de una mezcla de gases se expresan respectivamente como:
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Con una lógica similar, los cambios en la energía interna, la entalpia y la entropía de una mezcla de gases durante un proceso se expresan, respectivamente como:
Reconsidera ahora la misma mezcla y supóngase que los componentes están a 25ºC. La temperatura (una propiedad intensiva) de la mezcla es, como se supone, también de 25ºC. Advierta que no se suman las temperaturas de los componentes para determinar la temperatura de la mezcla. En lugar de esto, se emplea algún tipo de esquema para promediar un planteamiento característico al determinar las propiedades intensivas de la mezcla de gases. La energía interna, la entalpia y la entropía de la mezcla por unidad de masa o por unidad de mol de la mezcla, puede determinarse si se dividen las ecuaciones anteriores entre la masa o el número de moles de la mezcla (m m o N m). Así se obtiene:
De manera similar, los calores específicos de una mezcla de gases se expresan como
Advierta que las propiedades por unidad de masa se calculan por medio de las fracciones molares (fm i), y las propiedades por unidad de mol se calculan por medio de las fracciones molares (Y i). Las relaciones que acaban de darse por lo general son exactas para mezclas de gas ideal, y aproximadas para mezclas de gas real. La única gran dificultad asociada con estas relaciones es la determinación de las propiedades de cada gas individual en la mezcla. Sin embargo, el análisis puede simplificarse considerablemente al tratar a los 5
gases individuales como gases ideales, si al hacerlo no se introduce un error significativo.
MEZCLAS DE GASES IDEALES Y VAPORES Mezclas de gases ideales Los gases que componen una mezcla con frecuencia se encuentran a alta temperatura y baja presión respecto a los valores del punto crítico de los gases individuales. En estos casos, la mezcla de gases y sus componentes pueden tratarse como gases ideales con error despreciable. Bajo la aproximación de gas ideal, las propiedades de un gas no son afectadas por la presencia de otros gases, y cada componente de gas en la mezcla se comporta como si existiera aislado a la temperatura de la mezcla T m y al volumen de la mezcla Vm. este principio se conoce como Ley de Gibbs-Dalton, que es una extensión de la ley de Dalton de las presiones aditivas. Además, las h,u,c y c p de un gas ideal dependen solo de la temperatura y son independientes de la presión o el volumen de la mezcla de gases ideales. La presión parcial de un componente en una mezcla de gases ideales es simplemente P i = yiPm, donde Pm es la presión de la mezcla.
Dónde . Observe que la presión parcial Pi de cada componente se utiliza en la evaluación del cambio de entropía, no así la presión de la mezcla P m.
AIRE SECO Y AIRE ATMOSFÉRICO El aire es una mezcla de nitrógeno, oxigeno y pequeñas cantidades de otros gases. Normalmente, el aire en la atmosfera contiene cierta cantidad de vapor de agua (o humedad) y se conoce como aire atmosférico. En contraste, el aire que no contiene vapor de agua se denomina aire seco. Es conveniente tratar el aire como una mezcla de vapor de agua y aire eco, porque la composición del aire seco permanece relativamente constante, pero la cantidad de vapor de agua varia por la condensación y evaporación de los océanos, lagos. Ríos, regaderas e incluso del agua del cuerpo humano. A pesar de que la cantidad de vapor de agua en el aire es pequeña, desempeña un importante papel en la comodidad cotidiana del ser humano. En consecuencia, es importante tomarlo en cuenta en las dispositivos de acondicionamiento de aire. La temperatura del aire en aplicaciones de acondicionamiento de aire varía de -10 a cerca de 50ºC. En este intervalo, el aire seco puede tratarse como un gas ideal con valor C constante de 1.005 kJ/kg*K con un error insignificante (menor a 0.2%). Si se toma como temperatura de referencia los 0ºC, la entalpia y el cambio de la entalpia de aire seco se determinan por p
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Donde T es la temperatura del aire en ºC y ϪT es el cambio en la temperatura. Por supuesto sería conveniente tratar el vapor de agua en el aire como un gas ideal; y probablemente usted esté dispuesto a sacrificar un poco de exactitud por tal ventaja. A 50ºC, la presión de saturación del agua es 12.3 KPa. A presiones por debajo de este valor, el vapor de agua puede tratarse como un gas ideal con un error insignificante (menor a 0.2%), incluso cuando es un vapor saturado. Por lo tanto, el vapor de agua en el aire se comporta como si existiera solo y obedece la relación de gas ideal PV = RT. En este caso, el aire atmosférico se trata como una mezcla de gases ideales cuya presión es la suma de la presión parcial del aire seco P u y la del vapor de agua P v:
P = Pu + PV A la presión parcial del vapor de agua se le conoce como presión de vapor. Es la expresión que el vapor de agua ejercería si existiera solo a la temperatura y volumen del aire atmosférico. Dado que el vapor de agua es un gas ideal, la entalpia del vapor de agua es una función exclusiva de la temperatura, es decir, h = h(T). por lo tanto la entalpia de vapor de agua en el aire puede considerarse igual a la entalpia del vapor saturado a la misma temperatura. Es decir,
La entalpia del vapor de agua a 0ºC es 2500.9 KJ/Kg. El valor C p promedio del vapor de agua en el intervalo de temperatura de -10 a 50ºC puede considerarse igual a 1.82 KJ/Kg*ºC. Por lo tanto, la entalpia del vapor de agua se determina aproximadamente a partir de
HUMEDAD ESPECÍFICA Y RELATIVA 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 especifica (conocida también como relación de humedad) y que se representa por medio de ω:
La humedad especifica también se expresa como
Considere 1 kg de aire seco. Por definición, el aire seco no contiene vapor de agua y , por ende, su humedad especifica aumentara. Ahora añada algo de vapor de agua a este aire seco. La humedad específica aumentara. A medida que se añada mas vapor o humedad, la humedad especifica crecerá hasta que el aire ya no pueda contener mas 7
humedad. En este punto se dice que el aire estará saturado por humedad, y se le denominara aire saturado. Cualquier humedad agregada al aire saturado se condensara. La cantidad de vapor de agua en el aire saturado a una temperatura y presión especificadas puede determinarse a partir de la ecuación anterior si se sustituye Pv por Pg, la presión de saturación del agua a esa temperatura. La cantidad de humedad en el aire tiene un efecto definitivo en las condiciones de comodidad que ofrece un ambiente. Sin embargo, el nivel de comodidad depende más de la cantidad de humedad que el aire tiene (m v) respecto a la cantidad máxima de humedad que el aire puede contener a la misma temperatura (m g). La relación entre estas dos cantidades se conoce como humedad relativa φ.
Donde Si se combinan las ecuaciones anteriores, también se puede expresar la humedad relativa como
La humedad relativa varía de 0 para aire seco a 1 para aire saturado. Advierta que la cantidad de humedad que el aire puede contener depende de su temperatura aunque su humedad específica permanezca constante. El aire atmosférico es una mezcla de aire seco y vapor de agua, por ello la entalpia del aire se expresa en términos de las entalpias del aire seco y del vapor de agua. En la mayor parte de las aplicaciones prácticas, la cantidad de aire seco en la mezcla de airevapor de agua permanece constante, pero la cantidad de vapor de agua cambia. En consecuencia, la entalpia del aire atmosférico se expresa por unidad de masa del aire seco, y no por unidad de masa de la mezcla de aire-vapor de agua. La entalpia total (una propiedad extensiva) del aire atmosférico es la suma de las entalpias del aire seco y el vapor de agua:
Al dividir por m a se obtiene
O Puesto que Observe también que la temperatura ordinaria del aire atmosférico se conoce como la temperatura de bulbo seco para diferenciarla de otras formas de temperatura que deben estudiarse. 8
PUNTO DE ROCIO El exceso de humedad en el aire se condensa en las superficies frías y forma el roció. La temperatura de roció Tpr 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: TEMPERATURAS USADAS EN PSICROMETRÍA Una forma de determinar la humedad relativa consiste en encontrar la temperatura de punto de roció del aire. Al conocer esta temperatura del punto de rocío es posible determinar la presión de vapor Pv y con ello, la humedad relativa. Otra manera de determinar la humedad absoluta o relativa se relaciona con un proceso de saturación adiabática. El sistema se compone de un canal largo aislado que contiene una pila de agua. La medida de la humedad absoluta con los dos métodos anteriores (punto de rocío y temperatura de saturación adiabática) es poco práctica: para medir el punto de rocío se necesita disponer de un sistema de refrigeración, que sea capaz de enfriar el aire de modo controlado; ·
y la medida de la temperatura de saturación adiabática nos obliga a añadir agua exactamente a la temperatura que se pretende medir, lo cual sólo es posible por prueba y error. ·
Un método mucho más práctico para medir la humedad absoluta es el empleo de dos termómetros, uno de bulbo seco y el otro de bulbo húmedo, El termómetro de bulbo seco mide la temperatura del aire. El de bulbo húmedo se rodea de un paño empapado en agua. El agua se evapora del paño hacia el aire, lo que provoca una disminución de la temperatura del agua en el paño. La temperatura final que alcanza depende de la humedad del aire: cuanto más baja sea la humedad (aire más seco), mayor será el descenso de la temperatura en el termómetro de bulbo húmedo. La temperatura de bulbo húmedo depende de la velocidad de transferencia de calor (se establece un flujo de calor entre el agua del paño y el aire del entorno, más caliente) y de la velocidad de transferencia de materia (flujo de agua desde el paño al aire). El parámetro que mide el cociente entre estos dos procesos es el número de Lewis, Le: cociente entre la difusividad térmica, a , y la difusividad másica, D : Le = a /D Para el aire, el número de Lewis es muy próximo a la unidad. Por este motivo, la temperatura de bulbo húmedo es prácticamente igual a la temperatura de saturación adiabática. De este modo, midiendo simultáneamente la temperatura de bulbo seco T 1 y la de bulbo húmedo T 2, mediante la ecuación anterior se puede calcular la humedad absoluta. En general, la temperatura de saturación adiabática y la temperatura de bulbo húmedo no son iguales. Pero para mezcla de aire-vapor de agua a presión atmosférica, la temperatura de bulbo húmedo es aproximadamente igual a la temperatura de 9
saturación adiabática. Así, la temperatura de bulbo húmedo puede emplearse en lugar de T2 para determinar la humedad específica del aire.
LA CARTA PSICOMÉTRICA 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 partir de las relaciones anteriores. El dimensionamiento de un sistema común de aire acondicionado implica un gran número de esos 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 gráficamente que sea fácil de leer. Dichas graficas reciben el nombre de cartas psicométricas, y se utilizan en aplicaciones de acondicionamiento de aire. Las características más importantes de la carta psicométrica se presentan en la siguiente figura:
Las temperaturas de bulbo seco se muestran sobre el eje horizontal y la humedad específica sobre el eje vertical. En el extremo izquierdo de la carta se observa una curva (llamada línea de saturación) en lugar de una línea recta. Todos los estados de aire saturado se localizan en esta curva. Por lo tanto, es también la curva de un 100% de humedad relativa. Las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante tienen una apariencia descendente hacia la derecha. Las líneas de volumen específico constante (en m 3/Kg de aire seco) parecen similares salvo que son más inclinadas. Las líneas de entalpia constante (en KJ/Kg de aire seco) están casi paralelas a las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante. Para aire saturado, las temperaturas de bulbo seco, de bulbo húmedo y de punto de rocío son idénticas. Por ende, la temperatura de punto de rocío del aire atmosférico ω en cualquier punto sobre la grafica se determina al dibujar una línea horizontal desde el punto hasta la curva saturada. El valor de la temperatura en el punto de intersección es la temperatura de punto de rocío. La carta psicométrica también es una valiosa ayuda en la visualización de los procesos de acondicionamiento de aire. Un proceso de calentamiento o enfriamiento ordinario, por ejemplo, aparecerá como una línea horizontal en esta carta si no se incluye humidificación (es decir ω = constante). Cualquier desviación de la línea horizontal indicada que durante el proceso se añade o se extrae humedad al o del aire. 10
PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Los seres humanos tienen una debilidad inherente: necesitan sentirse cómodos. Quieren vivir en un ambiente que no sea ni caliente ni frio, ni muy húmedo ni muy seco. Para alcanzar la comodidad es necesario luchar constantemente contra los factores que causan descontento, como temperaturas mayores o menores y humedades altas o bajas. La tarea del ingeniero es ayudar a la gente a sentirse cómoda. Los sistemas de acondicionamiento de aire están diseñados para satisfacer las necesidades del cuerpo humano; en consecuencia, es fundamental comprender los aspectos termodinámicos del cuerpo. Para mantener una vivienda o una construcción industrial a la temperatura y humedad deseadas son necesarios algunos procesos de finidos como “acondicionamiento de aire”. Estos procesos incluyen el calentamiento simple, el enfriamiento simple, la humificación (agregar humedad) y la deshumificación (eliminar humedad).
Se consideran aquí diversos procesos de transferencia de calor y masa en los que interviene una corriente de aire húmedo. La humidificación tiene por objeto aumentar el contenido de vapor de agua de una masa de aire, y se consigue añadiendo vapor (es lo mejor) o añadiendo agua pulverizada (o pasando aire a través de materiales húmedos).
CALENTAMIENTO El calentamiento isobaro (Figura 10.8) no modifica la presión parcial del vapor, ni por tanto su humedad absoluta. Pero sí disminuye la humedad relativa. La cantidad de calor necesaria viene dada por el balance de energía: Q 12 = ma (h 2 – h1 ) = ma (cpa +w cpv )(T 2 – T 1)
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ENFRIAMIENTO El enfriamiento isobaro (Figura 10.9), si se realiza hasta temperaturas por debajo del punto de rocío (Tr ), produce condensación parcial de la humedad. El aire sale saturado (2), pero con menor humedad absoluta; el agua condensada (3) es un líquido saturado, a la misma temperatura de salida que el aire. Este proceso es la manera más sencilla de reducir la humedad absoluta del aire. Del balance de materia de agua se deduce la cantidad retirada:
La cantidad de calor necesaria se deduce del balance de energía:
En muchas aplicaciones prácticas se busca reducir sólo la humedad, sin cambiar la temperatura. Para esto, después del enfriamiento habría que volver a calentar el aire. En la Figura se muestra el esquema de un climatizador de aire (incluye también la posibilidad de humidificar.
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CALENTAMIENTO POR HUMIFICACIÓN Se puede incrementar la humedad absoluta del aire añadiendo vapor o agua líquida pulverizada. Si se añade líquido, el aire se enfría a la vez que se humidifica. Por eso, este proceso sirve también como método de enfriamiento de agua por evaporación.
El balance de materia de agua requiere
y el de energía (despreciando el cambio de temperatura del exceso de agua)
Combinando
La diferencia de este proceso respecto de la saturación es que en la saturación adiabática el agua debe entrar a la temperatura de salida del aire T 2, mientras que en la humidificación la temperatura del agua líquida que entra admite cualquier valor razonable. Esta diferencia en la temperatura del agua que entra es relativamente irrelevante para el análisis. Por tanto, el camino que sigue el proceso es muy semejante a una línea de bulbo húmedo constante en el diagrama psicométrico. La energía de la corriente de agua líquida inyectada es mucho menor que la energía de las corrientes de aire húmedo: h 2 h 1, y un proceso de enfriamiento por evaporación se aproxima a una isoentálpica, lo mismo que la línea de bulbo húmedo. Hay un límite en la temperatura mínima (y en la humedad máxima) que puede alcanzarse en este proceso, que es el estado de aire saturado indicado como 2’. La climatización de aire que requiere aumento de la humedad del aire incluye, además de la humidificación, dos procesos de calentamiento, antes y después de la humidificación. (En la Figura se muestra el esquema de un climatizador de aire, capaz de regular tanto la temperatura como la humedad del aire. La humidificación puede realizarse añadiendo vapor de agua en vez de agua líquida; en ese caso, aumenta la humedad del aire, pero no se produce el efecto de enfriamiento.
MEZCLADO ADIABÁTICO DE FLUJOS DE AIRE 13
En muchas aplicaciones del acondicionamiento de aire es necesario el mezclado de dos fluidos de aire. Esto es particularmente cierto en los grandes edificios, la mayor parte de las plantas de producción y procesamiento y los hospitales, donde es preciso que el aire acondicionado se mezcle con una fracción de aire fresco exterior antes de enviarse a los espacios habitación. El intercambio de calor con los alrededores suele ser pequeño y, por lo tanto, puede suponerse que el proceso de mezclado es adiabático. En general, los procesos de mezclado no implican interacciones de trabajo, y los cambios en las energias cinetica y potencial, si lo hay, son despreciables. En este caso, los balances de masa y de energía para el mezclado adiabático de dos flujos de aire se reducen a
Si se elimina m as de las relaciones anteriores, se obtiene
De las ecuaciones se deduce que la humedad y entalpía final es una media ponderada de las de las corrientes que se mezclan; por tanto, es un punto intermedio de la recta que une los estados en un diagrama w –h . En un diagrama w –T (psicrométrico) la línea de mezclas no es exactamente una recta, pero se puede aproximar.
CONCLUSIONES 14
Una vez analizado todos los puntos referentes a esta unidad, podemos darnos cuenta que el hombre siempre va a buscar la comodidad, un ambiente en el cual se sienta cómodo al realizar sus actividades o simplemente para un descanso, para esto es indispensable tener los conocimientos detallados en esta unidad en la cual se explicas los conceptos básicos para el acondicionamiento del aire y algunos procesos mediante los cuales se puede hacer el ambiente más confortable al disminuir la temperatura. Otro de los factores clave que se dieron a conocer en este trabajo fue de cómo calcular algunas de las propiedades de algunos de los gases reales, primeramente considerándose ideales al estar a una presión menor y a una temperatura mayor a la de saturación de cada gas, lo cual nos facilitaba calcular el comportamiento del gas al tratarlo como un gas ideal tan solo con un margen de error insignificante. Siendo este el último trabajo respecto a esta materia se podría decir que ya tenemos las bases bien fundamentadas acerca de la termodinámica para las futuras materias relacionadas con esta disciplina, que en si se relaciona con casi todo a nuestro alrededor.
BIBLIOGRAFÍA
Libro: TERMODINÁMICA, autores: Yunus A. Çengel y Michael A. Boles, editorial Mc Graw Hill, sexta edición, capítulos 12 y 13, paginas 664 – 755
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