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PROPIEDADES PSICROMETRICAS EN EL ALTIPLANO 1. INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES El amplio rango de alturas sobre el nivel del mar (5000 a 300 m.s.n.m.) sobre las cuales están ubicadas las diferentes zonas pobladas de nuestro país, no solo son la base de su amplia diversidad climatológica, sino que esta variabilidad también es fuente de necesidades y especificaciones tecno científicas en el campo de las aplicaciones psicrométricas como el secado y en fin de todas las aplicaciones donde el aire es el fluido de trabajo. Toda la bibliografía da acceso a cartas psicrométricas elaboradas para el aire atmosférico para condiciones normales de diferentes latitudes a la nuestra y con ábacos de corrección que pueden extender el uso de estas cartas para altitudes de hasta 2000 m.s.n.m., muy por debajo de las altitudes promedio de todo el altiplano e incluso de los valles cordilleranos. Para valorar estas limitaciones es necesario hacer una evaluación experimental y analítica de las propiedades psicrometricas del aire en la región altiplánica exclusivamente en la ciudad de Oruro. 1.2 OBJETIVOS - Estudiar las propiedades psicométricas del aire - Establecer la discrepancia entre las propiedades psicométricas evaluadas al nivel del mar y las evaluadas para la altura de Oruro. - Estudiar los recursos analíticos de evaluación de la propiedad psicométrica - Evaluación de las diferencias de las propiedades psicrometricas entre la altura y el nivel de mar. 1.3. FUNDAMENTO TEÓRICO 1.3.1. PSICROMETRÍA La psicrometría es la ciencia que trata de las propiedades termodinámicas del aire húmedo y del efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y sobre el confort humano. Tal como se aplica se aplica en este capitulo, la definición debe ser ampliada para incluir el método de controlar las propiedades térmicas del aire húmedo. 1

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PROPIEDADES PSICROMETRICAS EN EL ALTIPLANO

1. INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES

El amplio rango de alturas sobre el nivel del mar (5000 a 300 m.s.n.m.) sobre las cuales están ubicadas las diferentes zonas pobladas de nuestro país, no solo son la base de su amplia diversidad climatológica, sino que esta variabilidad también es fuente de necesidades y especificaciones tecno científicas en el campo de las aplicaciones psicrométricas como el secado y en fin de todas las aplicaciones donde el aire es el fluido de trabajo.

Toda la bibliografía da acceso a cartas psicrométricas elaboradas para el aire atmosférico para condiciones normales de diferentes latitudes a la nuestra y con ábacos de corrección que pueden extender el uso de estas cartas para altitudes de hasta 2000 m.s.n.m., muy por debajo de las altitudes promedio de todo el altiplano e incluso de los valles cordilleranos.

Para valorar estas limitaciones es necesario hacer una evaluación experimental y analítica de las propiedades psicrometricas del aire en la región altiplánica exclusivamente en la ciudad de Oruro.

1.2 OBJETIVOS

- Estudiar las propiedades psicométricas del aire- Establecer la discrepancia entre las propiedades psicométricas evaluadas al nivel del

mar y las evaluadas para la altura de Oruro.- Estudiar los recursos analíticos de evaluación de la propiedad psicométrica- Evaluación de las diferencias de las propiedades psicrometricas entre la altura y el nivel

de mar.

1.3. FUNDAMENTO TEÓRICO

1.3.1. PSICROMETRÍA

La psicrometría es la ciencia que trata de las propiedades termodinámicas del aire húmedo y

del efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y sobre el confort humano. Tal como

se aplica se aplica en este capitulo, la definición debe ser ampliada para incluir el método de

controlar las propiedades térmicas del aire húmedo.

1.3.2. PROPIEDADES PSICROMETRICAS DEL AIRE

Para alcanzar estas exigencias es necesario reintroducir en las relaciones básicas de la psicrometría, como variable importante, a la presión atmosférica en función de la altura sobre el nivel del mar.

(1.1)

P = Presión atmosférica local (N/m2 ó bar)Po = 1.01325·105 (N/m2) ó 1.01325 bar presión normal para nuestras latitudesTo = 293 K temperatura normal para nuestras latitudesβ = coeficiente local de la variación de temperatura (ºK/m)R = 287 (J/kg ºK) constante de gas de aireg = 9.81 (m/s2) aceleración de la gravedad estándar

1

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(1.2)

Donde:

T =Temperatura promedio local (ºK)To = Temperatura de las condiciones normales de latitud de referencia local (ºK)β = Coeficiente local de la variación de temperatura (ºK/m)h = Altura local sobre el nivel del mar (m)

La presión atmosférica local viene dada por.

(1.3)

Dónde:

P = presión atmosférica local (N/m2 ó bar)pas = presión parcial del aire seco (N/m2 ó bar)pv = presión parcial del vapor de agua (N/m2 ó bar)

(1.4)pv= Presión del vapor de agua (N/m2 ó bar)ps= Presión de saturación del vapor de agua TBS(N/m2 ó bar)HR= Humedad relativa del aire (%)

1.3.2.1 Relación de humedad (HR) es el peso de Vapor por cada kg de aire seco

(1.5)

p = Presión atmosférica (N/m2 ó bar)

1.3.2.2. Volumen específico (v) son los m3 de mezcla por cada kg de aire seco

(1.6)

TBS = Temperatura de bulbo seco (ºC)

Las presiones en esta ecuación deben estar en N/m2

1.3.2.3. Entalpia (H) es la suma de las entalpias consecuente de la variación de temperaturas

del aire seco y el vapor de agua, denominada calor sensible (Csen), más la variación del

contenido energético de la mezcla aire seco-vapor de agua debido a la variación del contenido

de humedad en esta mezcla, denominado calor latente (Llat):

H = Csen + Clat

Reordenando y especificando esta relación se tiene:

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(1.7)

Donde

Cpaire = 1.005 (kJ/kg ºK) Calor especifico del aire a presión constante

Clat = 2501.6 (kJ/kg ) Calor latente de evaporación del agua

Cpvap = 1.86 (kJ/kg ºK) Calor especifico del vapor de agua a presión constante

TBS = Temperatura de bulbo seco (ºC)

TBH = Temperatura del bulbo húmedo (ºC)

1.3.2.4. Temperatura seca.

Es la temperatura que registra un termómetro convencional.

1.3.2.5. Temperatura húmeda.

Es la temperatura que indica un termómetro cuyo bulbo está cubierto por una mecha húmeda y

expuesta a una corriente rápida de aire.

1.3.2.6. Temperatura de rocío.

Es la temperatura a la cual empieza la condensación de la humedad cuando el aire se enfría.

1.3.2.7. Humedad relativa.

Relación entre la presión del vapor de agua contenido en el aire, y la presión del vapor

saturado a la misma temperatura.

1.3.2.8. Humedad específica ó contenido de humedad.

Es el peso de vapor de agua expresado en gramos por kilo de aire seco.

1.3.2.9 Entalpia.

Cantidad de calor contenida en el aire, contada a partir de los 0ºC

1.3.2.10. Variación de entalpia.

Cualquiera que sea la temperatura considerada, la entalpia mencionada se supone en la

saturación. Para el aire no saturado se tendrá que corregir utilizando la línea de variación de

entalpia, en casos en los que es necesario una gran precisión. En casos normales de

acondicionamiento de aire se puede prescindir de dicha corrección , al igual que la entalpia

viene dada en kcal/kg de aire seco.

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1.3.2.11. Volumen especifico.

Es el volumen en m3 de aire húmedo que corresponde a 1 kilo de aire seco.

1.3.2.12. Factor de calor sensible.

Relacion entre los calores sensible y total.

1.3.2.13. Punto de referencia.

Situado a los 26.7 ºC y 50 % de humedad relativa, y que se emplea junto con la escala de de

factores de calor sensible para dibujar las líneas del proceso de aire acondicionado.

1.3.2.14. Kilos de aire seco.

Constituyen la base de todos los cálculos psicrometricos, y permanecen constantes durante

todos los procesos. Las temperaturas seca, húmeda y de rocío y la humedad relativa están

relacionadas en forma tal que cuando se conocen dos de ellas se pueden determinar las

restantes. Cuando el aire está saturado las temperaturas seca, húmeda y de rocío son iguales.

1.3.3. PSICROMETRO

Instrumento utilizado en los centros meteorológicos para la determinación de la de la humedad relativa del aire. Consta de un termómetro seco, TBS, que mide la temperatura del aire, y de un termómetro cuyo depósito está rodeado de una mecha de algodón empapado en agua (termómetro húmedo), TBH.

En tiempo seco el termómetro húmedo, debido a la evaporación marca una temperatura inferior al seco, y la diferencia entre ambos es una función de la humedad relativa que se expresa en unas tablas. Para mayor precisión el aire que rodea ambos depósitos debe renovarse mediante una corriente de aire producida por un ventilador (aspiropsicrómetro)

En las siguientes figuras se muestran diferentes tipos de psicrómetros:

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Figura 1.3 Psicrómetro utilizado en estaciones meteorológicas

Figura 1.4. Psicrómetros de laboratorio

1.3.4. HIGRÓMETRO

El higrómetro es un aparato utilizado para medir la humedad del aire. Entre los diferentes tipos de higrómetros que se utilizan se tienen:

- El higrómetro de condensación consiste en una cápsula metálica en cuyo interior se evapora éter para bajar la temperatura; cuando se alcanza el punto de rocío correspondiente a la humedad existente, se observa visualmente la condensación sobre su superficie.

- El higrómetro de cabello utiliza el alargamiento que experimenta el cabello con la humedad, para efectuar una medición aproximada.

- El higrómetro electrónico mide el cambio de las propiedades eléctricas con la humedad.

Figura 1.5. Higrómetros

1.3.5. SECUENCIAS DE PROCESOS PSICROMETRICOS PARA EL ENFRIAMIENTO Y DESHUMIDIFICACIÓN

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1.3.5.1. DESHUMIDIFACIÓN POR ENFRIAMIENTO EN BATERÍAS

En este caso se produce disminución simultánea de la temperatura seca y de la humedad específica del aire (Recta 1-3 de la figura).

Esta transformación del estado del aire se produce cuando el factor sensible efectivo (ESHF) y el factor calor sensible (SHF) son inferiores a 1, pudiendo variar entre 0,95 (cuando predominan las ganancias de calor sensible) y 0,45 (si las ganancias de calor latente son más importantes).

El coeficiente de calor sensible se calcula como:

(1.25)

Donde SH: Calor sensibleTH: Calor total

El ESHF (Calor sensible efectivo) se define como la relación entre las ganancias sensibles efectivas del local y la suma de las ganancias sensibles y latentes efectivas del mismo.

Estas ganancias efectivas son iguales a la suma de las ganancias del local propiamente dicho aumentadas en las cantidades de calor sensible y latente correspondientes al caudal de aire que para por la batería sin que su estado se modifique, y cuyo porcentaje viene dado por el factor de bypass.

La secuencia de cálculo de este proceso implica calcular:

- Ganancias debidas al aire exterior- Balance térmico total- SHF efectivo- Volumen del aire tratado- Condiciones del aire a la entrada y a la salida.

Figura 1.6. Evolución del aire en las baterías Figura 1.7. Enfriamiento y deshumectación

1.3.5.2. SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO Y DESHUMIDIFACIÓN CON DESECANTES SÓLIDOS

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El ciclo de ventilación fue primero patentado por Pennington en 1955, razón por la cual también se le llama ciclo Pennington. En la figura se observa este ciclo.

El sistema toma aire del ambiente (1) y es enviado al deshumidificador rotativo que utiliza desecantes sólidos, donde se absorbe la humedad contenida en el aire.

La temperatura del aire aumenta debido a la energía liberada durante el proceso de adsorción.

El aire que se introduce al espacio acondicionado se enfría primero sensiblemente en un intercambiador de calor rotativo (2) y luego evaporativamente (3).

El aire que sale del cuarto es enfriado evaporativamente (5), entonces pasa a través del intercambiador de calor sensible donde recupera calor de adsorción del aire de suministro (6).

Luego se calienta con energía térmica de bajo grado (7) y el aire caliente resultante se usa para regenerar el desecante (8). Se esperan, comúnmente durante este ciclo, valores de COP de aproximadamente 0.8 – 1.0.

Figura 1.8. Esquema del ciclo de enfriamiento y deshumidificación con desecante sólido

El ciclo de recirculación es una variación del ciclo de ventilación. La diferencia que existe entre ambos es que el aire se recircula a través del deshumidificador y otros componentes.

Se usa aire ambiente para la regeneración y luego es liberado.

En el modo de ventilación el aire ambiente es secado y calentado por el deshumidificador, enfriado regenerativamente por el aire de descarga, el proceso puede controlarse para que la temperatura y humedad del aire del suministro sean más bajo que el de la casa, y esto permite reunirse las cargas sensibles y latentes.

El aire de la descarga se enfría primero evaporativamente para mantener un sumidero de temperatura bajo la transmisión de calor del aire del suministro en el regenerador.

El aire es calentado entonces por un suministro de energía que podría ser cualquier un combustible convencional, una fuente solar, o ambos.

El paso del aire calentado a través del deshumidificador regenera el desecante y enfría el aire.

El diagrama psicrométrico muestra los estados del aire para las condiciones operando típicas.

Cambio de condiciones de ambiente sobre el curso del día, con cambios resultantes en las cargas sensibles y latentes y en el diagrama psicrométrico.

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Figura 1.9. Ciclo de recirculación

1.3.5.3. ENFRIAMIENTO Y DESHUMECTACIÓN CUANDO SE UTILIZA SOLAMENTE AIRE EXTERIOR

El caudal de aire tratado puede estar constituido solamente por aire exterior, bien porque lo exijan ciertas reglamentaciones (salas de operaciones, por ejemplo) o porque el caudal del aire exterior sea igual o superior al necesario para compensar las ganancias del local.

A continuación se explica cómo calcular el caudal de aire tratado cuando se emplea solo aire exterior:

- Calcular las ganancias de calor, el ADP y el caudal de aire tratado- Si el caudal de aire tratado es igual al del aire exterior la solución es evidente- Si el caudal de aire tratado es inferior al aire exterior necesario:

- Si la diferencia es pequeña podrá tantearse una batería con BF (factor de bypass) más grande.

- SI la diferencia es grande habrá que prever un recalentamiento después de la deshumectación. Este último caso puede presentarse en ocasiones en que se deban mantener grandes caudales de extracción

- Si se debe emplear solamente aire exterior y resulta necesario tratar un volumen de aire mayor que el que se había previsto en un principio, se tomará este caudal de aire tratado para calcular las ganancias debidas al aire exterior

- A partir de éstas ganancias debidas al aire exterior se determinará el nuevo ADP y la nueva cantidad de aire a tratar. Este caudal de aire tratado debe ser sensiblemente igual al calculado inicialmente.

1.3.5.4. ENFRIAMIENTO Y DESHUMECTACIÓN CON GANANCIAS LATENTES IMPORTANTES

Puede darse el caso de que las rectas de ESHF y GSHF no corten a la curva de saturación.

Esto puede producirse cuando las ganancias latentes representen un porcentaje elevado de las ganancias totales.

En este caso se fija arbitrariamente un ADP (Temperatura equivalente de superficie) y se prevé un recalentamiento después de la deshumectación, de forma que se lleve el punto representativo del estado del aire en la impulsión sobre la recta de RSHF.

En algunos casos se puede evitar este recalentamiento, o por lo menos limitar la potencia calorífica necesaria, haciendo variar las condiciones interiores del proyecto

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Cuando el caudal de aire exterior de ventilación está determinado y no viene impuesto un determinado caudal de aire impulsado, el mejor método para determinar el ADP es suponer una diferencia de temperatura máxima entre el aire impulsado y el medio ambiente.

Para el cálculo se puede proceder calculando en el siguiente orden:

- Ganancias debidas al exterior- El ESHF- El estado del aire en la impulsión- El caudal de aire impulsado- Estado del aire a la entrada de la batería- Estado del aire a la salida de la batería- Potencia calorífica necesaria para el recalentamiento- El balance térmico total

Figura 1.10. Enfriamiento y deshumectación con elevada carga latente

1.3.6. PROCESOS PSICROMÉTRICOS DE CALENTAMIENTO Y HUMIDIFICACIÓN

1.3.6.1. CALENTAMIENTO Y HUMECTACIÓN POR MEDIO DE UN LAVADOR

La evolución del aire se caracteriza por el hecho de que se aumenta simultáneamente su calor sensible y su humedad absoluta.

Esto puede ser necesario en invierno o en las estaciones intermedias e igualmente durante el funcionamiento con carga reducida cuando se debe mantener constante el estado higrométrico y la temperatura seca.

Para obtener este resultado se puede:

- Calentar el agua antes de pulverizarla- Precalentar el aire con una batería de agua caliente o vapor y enfriarla adiabáticamente a

continuación en el lavador.-El agua de pulverización se calentará en un intercambiador vapor – agua caliente o por inyección directa del vapor en el circuito de agua.

Como el caudal del aire de impulsión y el de agua pulverizada se han establecido de acuerdo con las condiciones exteriores en verano, lo único que queda por calcular es la cantidad de calor que se debe suministrar al agua de pulverización o a la batería de precalentamiento.

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En las instalaciones donde se hace necesaria la humectación normalmente es inútil calcular las ganancias latentes porque se admite que el RSHF es igual a 1.

Por lo tanto, lo que se debe calcular para estos casos es:

- Estado del aire en la impulsión- Temperatura de entrada y de salida del agua de pulverización- Cantidad de calor suministrado al agua de pulverización (para la selección de

intercambiador)

Figura 1.11. Calentamiento y humidifación pulverizando agua caliente

1.3.6.2. HUMIDIFACORES EVAPORATIVOS POR PANEL CELULAR

Principio operativo y panel celular

Los humidificadores HEF2 y HEF3 de FISAIR se basan en el principio natural de evaporación del agua por una corriente de aire, como sucede continuamente en la naturaleza. El aire que pasa sobre una lámina de agua la evapora parcialmente incorporando el vapor de agua a su composición y paralelamente se enfría puesto que la energía necesaria para la evaporación la aporta el propio aire.

Este principio operativo es totalmente saludable puesto que el agua en fase vapor no incorpora al aire microorganismos, minerales, etc. Sólo en el caso de que exista paralelamente un arrastre de gotas de agua en fase líquida los solutos y otros compuestos o microorganismos presentes en el agua podrían integrarse en la corriente de aire. Esta es la gran diferencia entre los humidificadores evaporativos por panel de contacto aireagua y los humidificadores por atomización (de gotas de agua). Los humidificadores FISAIR utilizan dos tipos de panel (celular) de contacto aire-agua

- El panel HUMI-KOOL, básicamente de papel celulósico con aditivos químicos para darle capacidad de absorción de agua sin perder su rigidez. Su configuración en canales ondulados cruzados permite el paso de aire a su través con mínima resistencia a la vez que ofrece una gran superficie de contacto aire-agua. Debido a su base orgánica y su impregnación, este panel es combustible pero también es muy económico.

- El panel HU-CELL, básicamente de papel de fibra de vidrio con aditivos estructurales que le dan su capacidad de absorción de agua sin perder su rigidez.

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Con la misma configuración de canales ondulados cruzados pero de menor altura y paso, constituyen un panel más denso con mínima resistencia al paso de aire y máxima superficie de contacto aire-agua.

Como su base es prácticamente inorgánica, este panel es incombustible aunque tiene un precio relativamente elevado Ambos paneles se integran con los humidificadores FISAIR en casettes metálicos con sus sistema de riego incorporado para una operativa uniforme.

Construcción

Componentes standard

o Bandeja de almacenamiento y recogida de agua.o Válvula automática de flotador.o Cazoleta de rebosadero y desconcentración.o Manguitos de vaciado y rebosadero.o Bomba de circulación.o Tubos de riego y desconcentración.o Válvulas de regulación de caudal.o Casettes con panel evaporativo.o Bastidor lateral y superior.

Componentes opcionales

- Electroválvula de llenado (NA/NC)- Electroválvula de vaciado (NA/NC)- Parcialización de riego con electroválvulas para control en dos o más etapas.- Control de nivel (neumático o eléctrico).- Caudalímetro.- Cuadro de mando y protección eléctrica.- Separador de gotas integral.- Lámpara germicida UV

La figura adjunta ilustra los procesos psicrométricos habituales en el diseño de los humidificadores: Para obtener aire con 22ºC y 50% H.R. partiendo de aire a –3ºC y 80%H.R. hay dos posibilidades. a) Precalentamiento-humidificación-postcalentamiento (línea A-B-C-D) b) Calentamiento – humidificación (línea A-E-D) En ambos casos, la humidificación realizada ( x) es la misma, esto es, desde 0,0025 Kg/Kg hasta 0,0085 Kg/Kg, pero el humidificador que la hace tiene un rendimiento diferente en cada caso puesto que la línea B-C cubre casi toda la humidificación evaporativa admisible, mientras que la línea E-D sólo lo hace parcialmente. Por ello, se define la denominada eficiencia de saturación

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Figura 1.12. Procesos psicrométricos habituales en el diseño de humidificadores

Eficiencia de Saturación

Como la relación entre la humidificación requerida y la máxima admisible, que se expresa por la relación entre la diferencia de temperatura de bulbo seco del aire de proceso y del humidificado y la diferencia de temperaturas de bulbo seco y húmedo del aire de proceso. En los ejemplos indicados, las eficiencias respectivas son

- Proceso B - C: 21 – 13 / 21 - 12 = 89%- Proceso E - D: 36 – 22 / 36 - 15,5 = 68%

Control Operativo

Correspondiéndose con las opciones generales operativas que se detallan en la página anterior existen dos métodos generales de control operativo de los humidificadores evaporativos:

A. Climatizador con pre- y postcalentamiento: El control de humedad se efectúa por un punto de consigna fijo correspondiente a la temperatura del punto C del ejemplo (13ºC).

Un regulador Con la sonda situada después del humidificador hace que la bomba de riego funcione continuamente mientras que regula la válvula de tres vías de la batería de precalentamiento para que el aire de proceso adquiera la temperatura correspondiente en la línea B-C.

B. Climatizador con sólo pre-calentamiento: El control de humedad se efectúa en forma todo-nada sobre el funcionamiento de la bomba.

Para mejor precisión, se puede trabajar en dos o más etapas parcializando el riego del humidificador.

La opción de variar el caudal de riego es menos aconsejable dado que los humidificadores evaporativos deben trabajar (con agua potable, de pozo o industrial) con exceso de riego para obtener un efecto de lavado continuo sobre sus superficies de contacto y por ello la regulación

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de caudal sólo actuaría sobre un porcentaje menor de la capacidad de la bomba, además de perderse el antedicho efecto de lavado.

Figura 1.13. Diagrama de los procesos en la carta psicrométrica2. METODOLOGIA

La presente practica de laboratorio, propiedades psicrometricas en el altiplano se realizó el día viernes 19 de octubre del presente año de horas 14:00 a 16:00 en el ambiente del Laboratorio de maquinas térmicas de la carrera de Mecánica – Electromecánica de la Facultad Nacional de Ingeniería.

Dicho Laboratorio se realizo por un grupo de 11 estudiantes a cargo del jefe de Laboratorio de Térmicas

2.1. EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS

- Psicrómetro de flujo inducido- Termohigrometro- Dos termómetros de mercurio- Termo ventilador- Soporte universal- Carta psicométrica nivel de mar

2.1.1. FICHAS TECNICAS

Ficha Técnica Nº 1NOMBRE DEL EQUIPO Psicrómetro

MARCA

INDUSTRIA

UNIDAD DE MEDICION

ALCANCE MINIMO

ALCANCE MAXIMO

CAPACIDAD

SENSIVILIDAD 0.1ºC

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Fig.2.1 Psicrómetro

INCERTIDUMBRE ±0.1ºC

FUENTE: Elaboración Propia

Ficha Técnica Nº 2NOMBRE DEL EQUIPO Higrómetro

Fig.2.2 Termo higrómetro

MARCA Testo

INDUSTRIA -----

UNIDAD DE MEDICION [ºC];[ ºF]

ALCANCE MINIMO -50 [ºC], 58 [ºF]

ALCANCE MAXIMO 350 [ºC], 660 [ºF]

CAPACIDAD ------

SENSIVILIDAD 0.1ºC

INCERTIDUMBRE ±0.1ºCFUENTE: Elaboración Propia

Ficha Técnica Nº 3NOMBRE DEL EQUIPO Termómetro de mercurio

Fig.2.3 Termómetro de mercurio

MARCA Testo

INDUSTRIA -----

UNIDAD DE MEDICION [ºC];[ ºF]

ALCANCE MINIMO -50 [ºC], 58 [ºF]

ALCANCE MAXIMO 350 [ºC], 660 [ºF]

CAPACIDAD ------

SENSIVILIDAD 0.1ºC

INCERTIDUMBRE ±0.1ºC

FUENTE: Elaboración Propia

Ficha Técnica Nº 4NOMBRE DEL EQUIPO Termo ventilador

MARCA Somela

INDUSTRIA -----

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Fig.2.4 Termo ventilador

UNIDAD DE MEDICION -----

ALCANCE MINIMO -----

ALCANCE MAXIMO -----

CAPACIDAD ------

SENSIVILIDAD ------

INCERTIDUMBRE ------

FUENTE: Elaboración Propia

Ficha Técnica Nº 5NOMBRE DEL EQUIPO Vaso de Precipitados

Fig. 2.5 Vaso de precipitado

MARCA -----

INDUSTRIA Alemana

UNIDAD DE MEDICION [ml]

ALCANCE MINIMO -----

ALCANCE MAXIMO -----

CAPACIDAD 250 [ml]

SENSIVILIDAD 50 [ml]

INCERTIDUMBRE ± 25 [ml]

FUENTE: Elaboración Propia

2.2. MONTAJE DEL EXPERIMENTO

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Figura 2.6 Montaje del experimento

2.3. DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO

Inicialmente se hizo el pedido de materiales y equipos a utilizar al jefe de Laboratorio de Térmicas.

Seguidamente se instalo el Psicrómetro casero de flujo inducido, los termómetros de mercurio se colocaron en el soporte universal uno de los termómetros mediante el contacto de una gasa se sumergió en el agua contenida en el vaso de precipitado (bulbo húmedo), el otro termómetro quedo expuesto al aire libre (bulbo seco), una vez montado el Psicrómetro se encendió el termo ventilador para conseguir el flujo de aire, con esto comenzó a bajar la temperatura del termómetro de bulbo húmedo hasta que finalmente se estabilizo.

Una vez se estabilizo la temperatura del termómetro del bulbo húmedo se tomaron las lecturas correspondientes de ambos termómetros, paralelamente se tomaron los datos del termo higrómetro así como la temperatura de bulbo seco y la humedad relativa.

Finalmente se hizo la entrega de los materiales, equipos e instrumentos utilizados en el presente laboratorio al jefe de Laboratorio de Térmicas.

2.4. REGISTRO DE DATOS

HoraPsicrómetro Termo higrómetro

TBS [ºC] TBH [ºC] HR [%] TBS2 [ºC]16:10 25 ± 0.1 9 ± 0.1 14 ± 0.1 23.8 ± 0.1

Tabla 2.1. Registro de datos del psicrómetro y termo higrómetro

2.5. CALCULOS

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2.5.1 CALCULO DE LAS PROPIEDADES PSICROMETRICAS PARA ORURO CORRESPONDIENTES PARA LAS LECTURAS DEL PSICROMETRO ESPECIALMENTE LA HR Y TEMPERATURA DE ROCIO

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2.5.2 CALCULO DE LAS PROPIEDADES PSICROMETRICAS PARA ORURO CORRESPONDIENTES PARA LAS LECTURAS DEL TERMO HIGOMETRO ESPECIALMENTE LA TBH Y LA TEMPERATURA DE ROCIO Y OBTENER LAS PROPIEDADES.

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2.5.3 PROPIEDADES PSICROMETRICAS REAJUSTADAS PARA ORURO

Fig. 2.7 Diagrama Psicrométrico ajustado para Oruro

Propiedades Termo higrómetro digital Carta PsicrométricaPresión de vapor a TBS pv=412.9 [Pa] pv=420 [Pa]Temperatura de bulbo seco TBS=297 [C] TBS=288,7 [C]Temperatura de bulbo húmedo TBH=11.64[C] TBH=10,84 [C]Temperatura de rocío TR=-5,224 [C] TR=-5,623[C]Volumen específico ν=1,3[m3 mezcla/kg as] ν=0,817 [m3 mezcla/kg as]Entalpia de la mezcla Hm=33,9 [kJ/kg as] Hm=34,5 [kJ/kg as]Humedad relativa HR=0,14 [14%] HR=0,14 [14%]Relación de humedad RH=0,003919 [kg agua/kg as] RH=0,00331 [kg agua/kg as]

Tabla 2.2 Comparación de propiedades calculadas correspondientes al Termo higrómetro digital vs. Propiedades Carta psicométrica ajustado para Oruro.

Los valores obtenidos a través del termo higrómetro digital son resultados que tienen mayor exactitud en comparación con los valores leídos con la carta psicrométrica ajustada para Oruro que esta a una altura de 3706 msnm.

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2.5.4 MODELADO DEL COMPORTAMIENTO DE LA HUMEDAD RELATIVA PARA EL DIA PROMEDIO DEL MES DE SEPTIEMBRE

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Tabla 2.3 Datos del día promedio del mes de septiembre de 06:00 a 18:00 hr.

Fig. 2.8 Comportamiento de la HR durante el día

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Tabla 2.4 Datos del dia promedio del mes de septiembre de 18:00 a 06:00 hr

Fig. 2.9 Comportamiento de la HR durante la noche

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2.6. RESULTADOS

Los valores obtenidos a través de los cálculos son los siguientes:

Valores calculados con los datos del psicrómetro

Humedad relativa = 14.88 [%]Temperatura de roció = -3.523 [ºC]

Valores calculados con los datos del termo higrómetro

Temperatura del bulbo húmedo = 11.64[ºC]Temperatura de roció = -5.294 [ºC]

Confrontación de resultados según el termo higrómetro y la carta psicrométrica para Oruro

Propiedades Termo higrómetro digital Carta PsicrométricaPresión de vapor a TBS pv=412.9 [Pa] pv=420 [Pa]Temperatura de bulbo seco TBS=297 [C] TBS=288,7 [C]Temperatura de bulbo húmedo TBH=11.64[C] TBH=10,84 [C]Temperatura de rocío TR=-5,224 [C] TR=-5,623[C]Volumen específico ν=1,3[m3 mezcla/kg as] ν=0,817 [m3 mezcla/kg as]Entalpia de la mezcla Hm=33,9 [kJ/kg as] Hm=34,5 [kJ/kg as]Humedad relativa HR=0,14 [14%] HR=0,14 [14%]Relación de humedad RH=0,003919 [kg agua/kg as] RH=0,00331 [kg agua/kg as]

Comportamiento de la humedad relativa

3. DISCUSIÓN E INTERPRETACION DE RESULTADOS

En este acápite podemos poner en claro de a cuerdo a los resultados obtenidos en el primer inciso del acápite de cálculos de las propiedades psicométricas del aire para la altura de Oruro en base a las lecturas del psicrómetro utilizando la formula de carrier se obtuvo el valor de la presión de vapor y con este valor se encontró la humedad relativa y la temperatura de roció, y las demás propiedades.

Cabe recalcar la importancia de la presión atmosférica local, el cual se obtuvo mediante la fórmula planteada por el Ing. Elio García G. que toma como parámetros la altura sobre el nivel del mar en nuestro caso la altura de Oruro, a 3706 msnm.

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Para los cálculos del segundo inciso de las propiedades psicométricas del aire para la altura de Oruro en base a las lecturas del termo higrómetro se obtuvo valores razonables que están dentro del marco aceptable en comparación del primer inciso.

Debemos mencionar que el programa en el EES genera a partir de 2 propiedades compatibles las propiedades restantes, también es posible variar la presión atmosférica lo cual nos ayuda a ver las diferencias que existen en las propiedades psicrometricas del aire para diferentes presiones o alturas sobre el nivel del mar.

En el inciso cuatro del acápite de cálculos una vez realizado el promedio de la humedad relativa para el día promedio del mes de septiembre del 2012 se puede observar el comportamiento de la humedad relativa de 06:00 hrs. a 18:00 hrs. teniendo un valor mas alto de humedad relativa de 59,03% a las 06:30 hrs y un valor mas bajo de humedad relativa de 20,13% a las 15:00 hrs. y durante la noche de 18:00hr. a 06:00hr. am el valor mas alto de humedad relativa es 58.56% a las 06:00 hrs. y el valor más bajo de humedad relativa es 27.53 % a las 18:00 hrs.

4. CONCLUSIONES

En esta práctica de laboratorio podemos decir que es muy importante el estudio de las propiedades psicométricas del aire atmosférico para las diferentes aplicaciones en el campo del aire acondicionado y calefacción.

Estas diferentes propiedades psicométricas del aire atmosférico se las puede obtener de dos maneras diferentes:Utilizando un psicrómetro de flujo inducido el cual nos da dos datos la temperatura de bulbo seco (TBS) y la temperatura de bulbo húmedo (TBH)Utilizando un termo higrómetro digital del cual se obtuvo la temperatura de bulbo seco y la humedad relativa.

Una vez obtenidos los resultados atreves de los cálculos, las diferentes propiedades psicométricas del aire para una altitud de 3706 msnm se puede ver que hay una diferencia significativa en comparación con los resultados leídos en la carta psicométrica a nivel del mar.

En el inciso cuatro se observa un comportamiento variado de la humedad relativa, los porcentajes altos de humedad relativa es en la mañana mas propiamente a las 06:00 hr. y los porcentajes bajos de humedad relativa es en la tarde a las 15:00 hr.

5. BIBLIOGRAFÍA

- Carrier Air Condicioning Company, “Manual de Aire Acondicionado”, Edit. Marcombo Boixareau Editores, Barcelona, España, 1996

- Stoecker W. F, “Refrigeración y Acondicionamiento de Aire”, Edit. Mc Graw – Hill, Madrid, España, 2da Edición.

- Faires Virgil M, “Termodinámica”, Editorial Hispano – Americana, San Sebastián, España.

- Peñaranda Muñoz Edgar S.(2000), Análisis y evaluación de los potenciales Defectos de Calculo Psicrometrico, consecuentes de inadecuados recursos de evaluación de propiedades psicrometricas del aire en el altiplano y valles andinos bolivianos, Imprenta OFFSET GRAFICA DIGITAL, Oruro – Bolivia.

- Software utilizado: EES.

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