PSICROMETRÍA

Transferencia de Energa. Psicrometra.

Bravo Calzadilla Ivn Al Ing. Mecnico

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Psicrometra: Es una rama de la ciencia por la cual se estudian las propiedades

termodinmicas del aire hmedo y del efecto de la humedad atmosfrica en los materiales y en el confort humano.

Este aire, conocido como aire hmedo, est constituido por una mezcla de aire seco y vapor de agua.

El aire seco es una mezcla de varios gases. Su composicin general es la siguiente:

Nitrgeno: 77%. Peso Molecular (PM) = 28.02 Kg/Kmol Oxgeno: 22%. PM=32 Kg/Kmol

Dixido de carbono y otros gases: 1%

En relacin con su temperatura, el aire tiene la propiedad de retener cierta cantidad de vapor de agua. A menor temperatura, menor cantidad de vapor, y a la inversa: a mayor

temperatura, mayor cantidad de vapor de agua, si se mantiene ste a presin atmosfrica constante.

Tambin se considera que es un mtodo para controlar las propiedades trmicas del aire hmedo. Se representa mediante un diagrama psicomtrico.

El aire hmedo: El aire hmedo se supone que est constituido por una mezcla de aire

seco y vapor de agua. Si llamamos ma a la fraccin de aire seco y mw a la fraccin de vapor de agua, se cumplir:

Saturacin: Se produce cuando la presin parcial del agua en la mezcla se iguala a la presin de vapor (Psat) del agua a esa temperatura.

El termmetro de bulbo hmedo: Es un termmetro de mercurio que tiene el bulbo

envuelto en un pao de algodn empapado de agua. Al proporcionarle una corriente de

aire, el agua se evapora ms o menos rpidamente dependiendo de la humedad relativa

del ambiente, enfrindose ms cuanto menor sea sta, debido al calor latente de

evaporacin del agua.

Temperatura de bulbo seco o temperatura seca: Es la medida con un termmetro

convencional de mercurio o similar cuyo bulbo se encuentra seco.



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Temperatura de punto de roco (Tr): Es la temperatura que alcanza una mezcla

vapor-gas, cuando se enfra a presin constante, por debajo de la cual se forma la

primera gota de vapor condensado persistiendo las condiciones de saturacin.

Humedad: La humedad es un trmino utilizado para describir la presencia de vapor de agua en el aire, ya sea a la intemperie, o dentro de un espacio.

Humedad especfica: Representada con el smbolo w, se define como el cociente entre la masa de vapor contenida en el aire y la masa de aire seco.

Humedad relativa (hr o ): Es el cociente en la humedad absoluta y la cantidad mxima de agua que admite el aire por unidad de volumen se mide en %.

Caudal(Q): Es el cociente entre el volumen de un fluido por unidad de tiempo.

Tambin se puede decir que es la velocidad de un fluido por el rea transversal de un

ducto. Q = A X V = Volumen / tiempo

Diagrama Psicomtrico: Es un diagrama en el que se relacionan mltiples parmetros

referentes a una mezcla de aire hmedo: temperatura, humedad relativa, humedad absoluta, punto de roco, entalpa especfica o calor total, calor sensible, calor latente y

volumen especfico del aire. Los valores del diagrama no son constantes: varan segn la altura sobre el nivel del mar. En la bibliografa especializada es usual encontrarlo

referido a la altura del nivel del mar.



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Lneas de humedad absoluta o especfica: La escala de la humedad absoluta es la

escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicomtrica. Las lneas de humedad absoluta Corren horizontalmente de derecha a Izquierda. Se

puede ver que la cantidad de humedad en el aire depende del punto de roco del aire.

Lneas de humedad relativa: Las lneas de humedad relativa constante, son las lneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en tantos

por ciento, y este valor se indica sobre cada lnea. Lneas de temperatura del bulbo seco constante: Esta escala es la horizontal

(abscisa), en la parte baja de la carta, segn se muestra en la figura. Las lneas que se extienden verticalmente, desde la parte baja hasta la parte alta de la carta.

Son constantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas lneas corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala de la parte baja.

Lneas de temperatura de bulbo hmedo constantes: Corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, en un ngulo de aproximadamente 30de la

horizontal. Tambin se les dice constantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas lneas, estn a la misma temperatura de bulbo hmedo.

Lneas de volumen especfico constante: Estas lneas estn en un ngulo aproximado de 60con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha.

Por lo general, el espacio entre cada lnea, representa un cambio de volumen especfico

de 0.05 m3/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas lneas, naturalmente debe ser un valor estimado.

Lneas de temperatura punto de roco: La escala para las temperaturas de punto de roco es idntica que la escala para las temperaturas de Bulbo hmedo; es decir, es la

misma escala para ambas propiedades. Sin embargo, las lneas de la temperatura de punto de roco corren horizontalmente de izquierda a derecha.

Lneas de entalpa: Estas lneas, son meramente extensiones de las lneas de bulbo hmedo; puesto que el calor total del aire depende de la temperatura de bulbo hmedo.



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Procesos Psicomtricos

1. Enfriamiento y Calentamiento sensible: Son procesos en los que se modifica la

temperatura del aire sin que se produzca evaporacin o condensacin (calentamiento o enfriamiento sensible). En este caso se mantiene constante la cantidad de vapor

presente en el aire. En el proceso de calentamiento las temperaturas de bulbo seco, bulbo hmedo y la

entalpia se incrementan mientras la humedad relativa disminuye. El proceso de enfriamiento ocurre lo contrario o sea, las temperaturas de bulbo seco,

bulbo hmedo y la entalpia disminuye, entonces la humedad relativa se incrementa.

Enfriamiento y Calentamiento Sensible

Balance de Masa Aire Seco; mas1 = mas2

Vapor de Agua; mv1 + m1 = mv2 + m2 mH2O = m2 - m1 mv1 = ma w1 mv2 = ma w2 mH2O = mv1 - mv2 mH2O = ma w1 - ma w2 mH2O = ma (w1 - w2 )

Balance de Energa Q W = mShS - mEhE W= 0 Q = mas2h2+m2h2-mShS(mas1h1 + m1h1) Q = mas(h2-h1)+ mH2O hH2O

w1 = w2 Q = mas(h2-h1)

Ejercicio 1: En una seccin de enfriamiento de 40 cm de dimetro entra aire a 1 atm,

32c y 30% de humedad relativa y 18 m/s. El calor se extrae del aire a una relacin de 1200 kj/ min. Determine:

a) Temperatura de salida. b) Humedad relativa de salida del aire.

c) Velocidad de salida. Ejercicio 2: En una seccin de calentamiento entra aire a 95 kpa, 15C y 30 5 de

humedad relativa a una relacin de 6 m3/min y sale a 25 C. Determine: a) La relacin de transferencia de calor en la seccin de calentamiento.

b) Humedad relativa del aire a la salida. 2. Calentamiento Con Humidificacin

Humidificador: Es un aparato que sirve para aumentar la humedad del ambiente en

una habitacin. Humidificacin: Es el proceso mediante el cual se aumenta la humedad especifica y la

cantidad de calor del aire. Permite eliminar los problemas asociados a una humedad relativa baja El aire pasa por una seccin de calentamiento (proceso 1-2) y despus por una seccin de humidificacin (proceso 2-3).



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Humidificacin con vapor de agua produce calentamiento adicional (T3>T2) Humidificacin por rociado de agua provoca enfriamiento de la corriente calentada (T3



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Si la seccin de enfriamiento es suficientemente largo el aire sale saturado El enfriamiento adicional del aire provocar la condensacin de parte la humedad El aire permanece saturado durante todo el proceso de condensacin, sigue la lnea de saturacin hasta el estado 2.

Balance de Masa

Aire Seco; mas1 = mas2 = mas Vapor de Agua; mv1 + m1 = mv2 + m2 mH2O = m2 - m1 mv1 = ma w1 mv2 = ma w2 mH2O = mv1 - mv2 mH2O = ma w1 - ma w2

mH2O = ma (w1 - w2 )

Balance de Energa

Q W = mShS - mEhE W= 0 Q = mas2h2+m2h2(mas1h1 + m1h1) Q = mas(h2-h1) - mH2OhH2O

Ejercicio 1: en una unidad de aire acondicionado de ventana entra airea 1atm, 30C, 80% de humedad relativa, a una tasa de 10 m3/min y sale como aire saturado a 14C,

parte de la humedad en el aire que se condensa durante el proceso se elimina tambin a 14C. Determine:

a) Tasa de eliminacin de calor. b) Humedad del aire.

4. Enfriamiento Evaporativo Aire caliente y seco entra en el enfriador evaporativo (estado 1) donde se roca con agua lquida Parte del agua se evapora durante este proceso al absorber q de la corriente de aire La temperatura del aire disminuye y su humedad aumenta (estado 2) En el caso lmite el aire saldr saturado (temperatura ms baja que puede alcanzarse con este proceso) (estado 2) Enfriamiento evaporativo similar al proceso de saturacin adiabtico. El proceso de enfriamiento sigue una lnea de saturacin adiabtica.



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Balance de Masa Aire Seco; mas1 = mas2 =mas

Vapor de Agua; mv1 + mH2O = mv2 mH2O = mv2 - mv1 mv1 = maw mv2 =maw2 mH2O = ma w2 - ma w1

mH2O = ma (w2 - w1)

Balance de Energa Q W = mShS - mEhE Q W= 0 0 = mas1has1+mv1hv1+mH2OhH2O = mas2h2 + mv2hv2 (dividiendo mas)

0 = has1+w1hv1+ (w2 - w1 )hH2O = h2 + w2hv2 w2 - w1 =0 h2 = h1

5. Mezcla Adiabtica de dos Corrientes Cuando dos corrientes de aire en dos estados diferentes (1 y 2) se mezclan adiabticamente, el estado de la mezcla final (3) estar sobre la lnea que conecta los dos estados 1 y 2 en la carta psicromtrica.

Balance de Masa Aire Seco; mas1 + mas2 = mas3

Vapor de Agua; mv1 +mv2 = mv3 mv = ma w

ma1 w1 + ma2 w2 = ma3 w3 ma1 w1 + ma2 w2 = (mas1+mas2) w3 ma2(w2 - w3 )= mas1(w3 - w1)

Balance de Energa Q W = mShS - mEhE Q - W= 0 mShS = mEhE mas3h3 =mas1h1 + mas2h2 (mas1 + mas2) h3 = mas1h1 + mas2h2 mas1 (h3 - h1) = mas2 (h2 - h3)

Ejercicio 1: Dos corrientes de aire atmosfrico sufren un proceso de mezcla adiabtica

en flujo estacionario a 1 bar para formar una nueva mezcla en el estado 3. La corriente

1 tiene una temperatura de bulbo seco de 20C y una humedad relativa del 90%, mientras que la corriente 2 tiene valores respectivos de 33C y 20%. Si la mezcla final

debe tener una humedad especifica de 0.0090 kg/kg de aire seco. Calcule: a) El gasto de masa de la corriente 2 en kg de aire seco/ min.

b) Temperatura de bulbo seco de la mezcla final. c) El gasto de volumen de la corriente 3, en m3/min, si el gasto de masa para la

corriente 1 es de 100 kg de aire seco/ min. 6. Torre de Enfriamiento (Tiro Inducido)

Enfriador evaporativo semiencerrado. El aire entra en la torre por la parte inferior y sale por la superior. El agua caliente (proceso) se bombea hacia la parte superior y se roca sobre la corriente de aire.

Una pequea masa de agua se evapora y se enfra el agua restante. La temperatura y contenido de humedad del aire aumentan durante el proceso. El agua enfriada se acumula en el fondo de la torre y se enva a proceso. El agua de reemplazo debe aadirse para sustituir el agua perdida por evaporacin y por el arrastre de agua.



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Balance de Masa Aire Seco; mas1 + mas2 = mas

Vapor de Agua; mv1+m3=mv2 + m4 mv = ma w

mas1 w1 + m3 = mas2 w2 + m4 m3 - m4= mas (w2 - w1)

m4= m3 - mas (w2 - w1)

Balance de Energa Q W = mShS - mEhE Q - W= 0 mShS = mEhE mas1h1 + m3h3=mas2h2 + m4h4 m3h3 - m4h4 = mas(h2 -h1) m3h3 ((m3 - mas (w2 - w1))h4 = mas(h2 -h1) m3h3 m3h4 - mas(w2 - w1)h4 -mas(h2 -h1)= 0

m3(h3h4)+ mas((w2 - w1)h4 -(h2 -h1))=0 m3(h3h4) = mas((h2 -h1)-(w2 - w1)h4) mas = m3(h3h4)/((h2 -h1)-(w2 - w1)h4)

Ejercicio1: Una torre de enfriamiento va a enfriar 60 kg/s de agua de 40 a 26C. en la

torre entra aire atmosfrico a 1 atm con temperatura de bulbo seco y hmedo de 22 y 16C, respectivamente y sale a 34 C con humedad relativa de 90%. Determine:

a) La relacin de flujo de volumen del aire dentro de la torre de enfriamiento. b) La relacin de flujo de masa del agua de remplazo requerida.

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