DIAGRAMA PSICROMETRICO

El diagrama psicrométrico es la representación gráfica de las ecuaciones analíticas. La figura (3.1) representa este diagrama para las mezclas aire y vapor de agua a la presión atmosférica normal. En este diagrama se representa la temperatura como abscisa y la humedad absoluta en ordenadas calculadas relativa del 100% o curva de saturación, en donde se obtiene la humedad del aire saturado en función de su temperatura. Las propiedades termodinámicas del vapor de agua saturado se representan en el apéndice III, en donde las propiedades se localizan en función de la temperatura y en función de la presión. En este mismo apéndice se incluye un diagrama de Mollier para el vapor de agua.

Los puntos localizados a la izquierda de la curva de saturación representan mezclas de aire saturado con agua en estado líquido, lo que provoca bruma y son condiciones muy inestables. Cualquier punto localizado a la derecha de la curva de saturación, representa una mezcla bien definida de aire y vapor de agua. La figura 3.2 representa las diferentes zonas dentro del diagrama psicrométrico.

Sobre el diagrama psicrométrico se pueden trazar las líneas de temperaturas constantes o isotermas de bulbo seco que son paralelas al eje de la humedad absoluta como lo indica la figura 3.3.

Las líneas inclinadas con pendiente negativa corresponden a las isotermas de saturación adiabática, que como se mencionó anteriormente coinciden con las de la temperatura húmeda para el caso aire-vapor de agua. Estas líneas están representadas en la figura 3.3

Isolíneas de humedad relativa

Las curvas localizadas entre el eje de las abscisas y la curva de saturación corresponden a las isolíneas de humedad relativa cuyo valor disminuye a medida que se alejan de la curva de saturación. La figura 3.4 representa las líneas de humedad relativa.

Como se puede observar en la mayoría de los diagramas psicométricos su construcción está basada para una presión de 1 atm, sin embargo, puede emplearse para otras presiones, por medio de un factor de corrección, que consiste en multiplicar los valores obtenidos de las humedades relativas en el diagrama por la relación entre la presión de operación y la presión a que se ha construido el diagrama.

METODOS DE HUMIDIFICACION

Introducción

Existen diferentes métodos por medio de los cuales se puede humidificar el aire. En la mayoría de los casos, la masa de aire se pone en contacto sea con líquidos, sólidos húmedos o con masas de aire húmedo. La mayoría de los métodos son simples, a excepción de la humidificación adiabática la cual requiere de condiciones adiabáticas (sin intercambio de calor con el medio ambiente).

1. Mezclado de masas de gases húmedos.

Este método consiste en mezclar adiabáticamente masas de gases húmedos, los cuales tienen humedades diferentes. Las condiciones finales de la masa gaseosa resultante se pueden evaluar en función del estado inicial de las corrientes gaseosas. En el caso de la mezcla de dos masas de gases húmedos (A y B) las condiciones son: YA, YB; HA, HB; TA, TB y MA, MB. Las condiciones finales de la mezcla están dadas por YC, HC, TC y MC y las podemos calcular a partir del establecimiento de un balance de materia y energía aplicado tanto a toda LA masa y al vapor.

Las condiciones de aire húmedo resultante se pueden encontrar sobre el diagrama psicométrico, en la recta de unión de los dos puntos representativos de las masas mezcladas.

En la figura 4.1, el punto A representa la condición de una masa gaseosa y el punto B la de la otra masa gaseosa en contacto. Estos dos puntos se unen por medio de una línea recta. El punto C sobre la línea representa la condición final de la mezcla. La posición del punto C, depende del porcentaje de cada masa gaseosa presente en la mezcla.

Mientras mayor sea A, más cerca estará C a B y más cercano estará de B si ocurriese lo contrario.

Con el objeto de mantener una temperatura estable en el hábitat es necesario que el equipo de enfriamiento esté por debajo de este valor. Si el aire está a una temperatura superior, se requerirá más energía. Si el equipo de enfriamiento funcionara solamente con aire exterior, la potencia de refrigeración sería considerable para enfriarlo hasta la temperatura de acondicionamiento.

La mezcla de masas gaseosas podría ser interesante desde el punto de vista económico, ya que es posible mezclar el aire exterior con el aire de retorno. El aire resultante de esta mezcla tendrá una temperatura más baja que el aire exterior, economizando energía en la máquina de enfriamiento.

Existen casos en los cuales no se puede utilizar el aire de retorno, ya que siempre se requiere aire fresco. Este es el caso de algunas áreas en centros hospitalarios.

Si en espacio acondicionado no hay contaminación y no se afecta el bienestar se puede usar por un periodo determinado el aire de retorno, después es necesario renovarlo.

2. Adición de un vapor en condiciones de saturación

En este proceso a una masa de gas húmedo (GA) en las condiciones YA, HA ,TA , se le adiciona una masa de vapor saturado MV con una entalpía HV. Al realizar un balance de materia y energía, se obtienen las expresiones siguientes:

en donde YM y HM

son la humedad y entalpía de la mezcla resultante.

Como en el caso anterior, este proceso se puede representar en un diagrama psicrométrico y las condiciones de la mezcla resultante se obtienen sobre la recta de unión de los puntos representativos del vapor saturado y el gas húmedo.

3. Adición de un líquido que se evapora totalmente en la masa gaseosa.

La adición de un líquido provoca que la masa gaseosa disminuya su temperatura, ya que el aire cede su calor sensible al líquido para provocar su evaporación, por lo que se produce su enfriamiento. En el caso de la adición de vapor saturado existe un calentamiento de la masa gaseosa debido al calor sensible del vapor.

Es claro que el abatimiento de temperatura es mucho más rápido con el contacto con un líquido que con un vapor debido básicamente a la diferencia importante entre el calor latente de vaporización del líquido y el calor sensible.

En este caso, las relaciones para el cálculo de las condiciones finales son análogas a las del caso anterior, solo se substituyen las condiciones del vapor saturado por las del líquido.

4. Adición de un líquido en cualquier condición, en donde sólo se evapora una parte

En este caso suceden dos procesos simultáneamente; la masa del aire GA que pasa de las condiciones YA1, HA, a las condiciones YA2, HA2 y la cantidad de líquido inicial ML1 se enfría de TL1 a TL2. Si se efectuaron un balance de masa.

Del balance de energía se obtiene:

En donde HA y HL son las entalpías de la masa gaseosa y del líquido respectivamente.

El proceso de adición del líquido puede variar en función de las condiciones del líquido. En la figura 4.2 están representados tres procesos de humidificación: con adición de agua caliente (A) con adición de agua fría (B) y con adición de agua muy fría (C).

5. Humidificación por contacto de una masa gaseosa con un sólido húmedo

Este es un proceso en donde el sólido transfiere humedad al aire. Secando el sólido y humidificando el aire. En este proceso de secado el sólido se introduce en un secador a una temperatura TS1 con una humedad YS1 y se obtiene a una temperatura TS2 con una humedad YS2, (estas humedades se refieren al sólido seco). Siendo MS la cantidad de sólido que entra y sale del secador, si la masa de aire GA que entra al secador a TA1 con humedad YA1 sale a TA2 con una humedad YA2 se obtiene de la figura 4.3 el balance de masas siguiente:

Si consideramos un proceso adiabático, el balance de energía es:

En donde HS2 y HS1 son la entalpía de entrada y salida del sólido (respecto a 0°) y definida por:

En donde CS y CL son los calores específicos del sólido seco y del líquido que acompaña al sólido respectivamente, TS y YS la temperatura y humedad del sólido y H0 el calor integral de mezcla del sólido (referido a 0°C).

Si el proceso no es adiabático es decir intercambia calor con el medio, el balance de energía es:

Siendo (q) la cantidad de calor intercambiada.

6. Humidificación de una masa gaseosa por medio de un líquido que se encuentra a la temperatura de rocío de la masa gaseosa correspondiente a las condiciones de humedad de diseño.

En este proceso se requiere llevar a la masa gaseosa en el punto B a las condiciones de diseño YB a partir de las condiciones iniciales en el punto A, con YA de acuerdo al diagrama de la figura 4.4. Para lograr este proceso se requiere poner en contacto la masa gaseosa con un líquido que se encuentra a la temperatura correspondiente al punto C. Para poder mantener el líquido bajo estas condiciones es necesario suministrar una cantidad de calor equivalente a la que absorberá la masa gaseosa en forma de calor latente al humidificarse. La masa gaseosa pasará de la condición A a C y después, fuera de contacto con el líquido se calentará de forma sensible para llevarlo a las condiciones deseadas del punto B. Este proceso se encuentra representado sobre el diagrama psicrométrico de la figura 4.4.

7. Humidificación adiabática de una masa gaseosa en contacto con un líquido

Este método de humidificación es el más empleado a nivel industrial. Este proceso consiste en el contacto de una masa gaseosa con un líquido para alcanzar las condiciones de saturación adiabática. El líquido que entra al humidificador se encuentra a la temperatura de saturación adiabática.

El líquido se circula constantemente y no recibe ni cede calor. Cuando la temperatura inicial del líquido es igual a la temperatura inicial de bulbo húmedo, la temperatura del líquido no cambiará durante el contacto con la masa gaseosa. La temperatura del líquido se mantendrá constante mientras que la temperatura del bulbo húmedo del gas se conserve. Además, como la temperatura del líquido está por debajo de la de bulbo seco, éste se enfría.

El calor latente requerido para la evaporación del agua, solo se puede obtener aprovechando el calor sensible que pierde el aire, de acuerdo a la disminución de la temperatura de bulbo seco. En contenido total de calor no cambia, aunque sí los valores parciales del calor latente y el calor sensible.

La humidificación del aire se realiza por medio de un rociador, en donde el agua se circula constantemente, de acuerdo al diagrama de la figura 4.5.

Si disponemos de una masa gaseosa en las condiciones de A y se desea llevarlo hasta las condiciones de D, de acuerdo a la figura 4.6, el proceso se realiza como sigue:

1) El aire se somete a un calentamiento fuera de contacto del agua (segmento AB), hasta que la temperatura de saturación adiabática (T3) la cual corresponde a la temperatura de rocío del aire en las condiciones (D).

2) El aire caliente se introduce en el humidificador adiabático, en donde alcanza las condiciones de saturación al ponerse en contacto con el líquido, el cual se encuentra a una temperatura igual a la de saturación del aire. Una porción del líquido se transfiere al aire, y el resto para a la parte inferior del humidificador a la temperatura de bulbo húmedo del aire. Para asegurar la recirculación constante del líquido, éste se bombea hacia los rociadores, siempre a la temperatura húmeda.La relación entre la temperatura del aire y su humedad a lo largo del humidificador adiabático está dada por la ecuación:

3) El aire que sale por la puerta alta del humidificador que tiene la humedad deseada (Y2) en el punto D, se calienta fuera del contacto con el líquido (segmento C, D), hasta la temperatura final T2.

Sin embargo en la mayoría de los casos no se alcanza la saturación completa a la salida del humidificador, pero sale a la humedad Y (punto E). La temperatura a la salida T4 a la TBH2 es más grande que la temperatura de rocío correspondiente al estado D. Para que el aire salga del humidificador en el punto E, deberá entrar en el mismo a una temperatura TS (punto F) un poco superior a T3 pero con una temperatura de bulbo húmedo igual que F.

Para desarrollar el proceso de E a D, sólo se le aplica el calor necesario, fuera del contacto del líquido, a la salida por la parte alta del humidificador.

Si la temperatura de líquido no corresponde a la de bulbo húmedo de la masa gaseosa, la relación entre la temperatura del aire y su humedad es este humidificado está dada por:

En donde es el calor de vaporización del líquido a la temperatura de entrada en el humidificador, TS la de saturación de la masa gaseosa y T0 la del líquido a la entrada. Si TS es cercana a T0, el valor del calor sensible c (TS-T0) es muy pequeño comparado con el calor latente y la ecuación (4.19) se simplifica y se convierte en la (4.20):

Las relaciones anteriores son aplicables para el secado de sólidos, bajo las consideraciones de una operación adiabática y que el material por secar entra y sale del secador a la temperatura de saturación adiabática. Este proceso no es completamente isoentálpico, aunque la desviación es pequeña. Si desarrollamos un balance de energía en un humidificador adiabático:

En donde, H0 y HS son las entalpías de entrada y salida y HL las del líquido a la temperatura de entrada.

La disminución de entalpía es:

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

MÉTODOS DE HUMIDIFICACIÓN(Definición y ejercicios resueltos)