Unidad1 Humidificacion deshumidificacion

OPERACIONES UNITARIAS IIUNIDAD 1: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

OCTUBRE 2013 PROF: ING. JOSE VELAZQUEZ

UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACIONCONCEPTOS PREVIOS

Ley de Dalton:

Donde: P:Presin total de la mezcla; pv: Presin parcial del vapor a T de la mezcla;pg:Presin parcial del gas

Humedad o saturacin Molar ( Moles o Lbmol de v/Moles o Lbmol de g):

Ym: Humedad Molar; nv:Moles del vapor; ng:Moles del gas


Humedad o saturacin Absoluta (Kg o Lb de v/Kg o Lb de g)::

Y: Humedad Absoluta; Mv:Masa de vapor; Mg:Masa del gas

Para una mezcla aire-vapor de agua la humedad absoluta se expresa de la siguienteforma:

Humedad o saturacin relativa:

:Humedad o saturacin relativa; pv: Presin parcial de vapor en el aire; pv*: Presin de vapor del

liquido puro a la temperatura del aire

Humedad o saturacin relativa porcentual:

X100

Y*:Humedad absoluta en saturacin.

Cuando =0 Significa que no hay vapor en el gas

Cuando 0


Volumen especifico hmedo (m3 gas humedo/Kg seco de g o Ft3/Lb de g):

Para una mezcla aire-vapor de agua el volumen en m3 gas humedo/kg aire seco aT:K y P:Atm se expresa de la siguiente forma:

Calor especifico del gas hmedo (Kcal/Kg C oBTU/Lb F):

c: Calor; Cpg: Calor especifico del gas; Cpv Calor especifico del vapor

Para una mezcla aire-vapor de agua el calor especfico en Kcal/KgC) se expresa dela siguiente forma:


Entalpa Especfica (Kcal/Kg gas o BTU/Lb gas):

I: Entalpa especfica; t: Temperatura del sistema; to: Temperatura de referencia; o: Calorlatente de vaporizacin.

Para una mezcla aire-vapor de agua la entalpa especfica en Kcal/Kg aire para elagua a una temperatura de referencia de 0C se expresa de la siguiente forma:

Punto de roco: Temperatura a la cual el vapor presente en la mezcla comienza acondensar. Esto ocurre cuando la presin parcial del vapor (pv) es igual a la presinde vapor (pv*) tomada de las tablas o grficas de Cox o estimada por la ecuacin deAntoine.

La presin parcial del vapor de agua en una masa de aire hmedo a 30C y 740 mmHg es 14 mm Hg. Calcule:a) Punto de Rocob) Humedad Absolutac) Calor especficod) Volumen especficoe) Entalpa Especfica

EJERCICIO 1

e) Entalpa Especfica

En el punto de roco:OHOH 22

*PP =

bar 0,0186750mmHg

1bar14mmHg*P Si OH2 =

=

EJERCICIO 1

Interpolando a una Pv* de 0.0186 bar( )( ) ( )112

121 PPPP

TTTT

+= TROCIO = 16,3C

EJERCICIO 1

( ) seco AireKgOH Kg

0,01214740

142918Y 2=

=

C AireKgKcal0,24550,0120,460,24C

=+=

Humedad Absoluta

Calor especfico

( )Aire Kg

m0,897

760

1740

273300,082

18

0,012

29

1V

3

H =

+

+=

Aire Kg

Kcal14,530,012597,2300,012)0,46(0,24iH =++=

Volumen especfico

Entalpa Especfica

INTRODUCCIN A LA PSICROMETRA

Es la Ciencia que estudia las Propiedades Termodinmicas del Aire hmedo y el efecto que tiene la humedad sobre los materiales y el confort humano; tambin estudia los Mtodos para controlar las propiedades termodinmicas del aire hmedo para sus diferentes aplicaciones

PSICROMETRA

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA Secado de alimentos Humidificacin y Deshumidificacin Almacenamiento

UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

Refrigeracin Fermentacin de alimentos Climatizacin de plantas industriales y laboratorios Torres de enfriamiento

TEMPERATURA DEL BULBO SECO

Es la temperatura que se usa para medir el gas

TEMPERATURA DEL BULBO HUMEDO (Tw o TBH)

Es la temperatura que alcanza en estado estacionario una pequea masa de lquido cuando se encuentra sumergido, en condiciones adiabticas, sometido a una corriente continua de gas

INTRODUCCIN A LA PSICROMETRA


El concepto de temperatura de bulbo hmedo se basa en el equilibrio entre las velocidades de transferencia de energa al bulbo y de evaporacin del agua.

( ) ( )HHHkTTh BHVapgBHC =

Transferencia de calor al agua = Transferencia de calor desde el agua

hmedo aire del aTemperatur T

bulbo el hacia conveccin la paracalor de ncia transferede eCoeficienthC

=

=

INTRODUCCIN A LA PSICROMETRAUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

hmedo aire del HumedadH

in vaporizacde latenteCalor H

masa de ncia transferede eCoeficientk

hmedo aire del aTemperatur T

Vap

g

=

=

=

=

( )( )

Vapg

C

BH

BH

Hk

hTTHH

=

TEMPERATURA DEL BULBO HUMEDO (Tw o TBH)

MEZCLA AIRE-AGUA

INTRODUCCIN A LA PSICROMETRAUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

DIAGRAMA PSICROMETRICO

Es un diagrama que tiene como ordenada la humedad absoluta y como abscisa la temperatura de bulbo seco. En l estn trazadas tambin las lneas de humedad relativa constante, las de temperatura de bulbo hmedo constante, de entalpa especifica y volumen especifico aire-vapor. La Carta Psicromtrica se construye para una presin de la mezcla constante.


DIAGRAMA PSICROMETRICOUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

DIAGRAMA PSICROMETRICOINTRODUCCIN A LA PSICROMETRA

USO DEL DIAGRAMA PSICROMETRICO




Nota: Recuerda corregir las entalpas sumando la desviacin

Enumere todas las propiedades que puede obtener del diagrama psicromtrico en unidades inglesas para el aire hmedo a una temperatura de bulbo seco de 90F y una temperatura de bulbo hmedo de 70F.

Puede encontrar la ubicacin del punto A para 90F (bulbo seco) y 70F (bulbo hmedo) siguiendo una linea vertical en TBS = 90F hasta que cruce la lnea de bulbo hmedo para 70F.

EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico

Esta lnea puede encontrarse buscando sobre la lnea de 100% de humedad


Esta lnea puede encontrarse buscando sobre la lnea de 100% de humedad hasta llegar a la temperatura de saturacin de 70F, o bien, avanzando por una lnea vertical a 70F hasta que corte la linea de 100% de humedad. De la temperatura de bulbo hmedo de 70 F, siga la lnea de enfriamiento adiabtico (que es la misma que la lnea de temperatura de bulbo hmedo en la carta de humedad) a la derecha hasta que interseque la lnea de 90F Bulbo seco.

Ahora que ha fijado el punto A, puede leer las dems propiedades del airehmedo de la carta.

Lnea de aire saturado(100% de humedad relativa)

EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtricoUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

32F 70F 90F

Lnea de bulbo hmedo para

70 F

A

70

T

Punto de rocio. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60F






32F 60F 70F 90F


70 F

A

70

T

60B

Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60F

Humedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%




=40


32F 60F 70F 90F


70 F

A

70

T

60B

=40

=30

Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60F

Humedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%



Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:0,0112 Ib H2O/Ib aire seco


=40[ ]

Seco AireLbOH LbY 2=



32F 60F 70F 90F


70 F

A

70

T

60B

=40

=30

Y = 0,012

Seco AireLb

Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60FHumedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%

Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:




Volumen Hmedo (VH) Una vez ms, interpolando entre las lneas de 14.0 y14.5 pie3, encontramos que el volumen hmedo es de 14,097 ft3/lb de aireseco


=40[ ]


14,5 pie3

14,0 pie3



32F 60F 70F 90F


70 F

A

70

T

60B

=40

=30

Y = 0,012

Seco AireLb14,0 pie

Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60FHumedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%

Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:




Volumen Hmedo (VH) Una vez ms, interpolando entre las lneas de 14.0 y14.5 pie3, encontramos que el volumen hmedo es de 14,097 ft3/lb de aireseco

Entalpa ( iH ) El valor de la entalpa para aire saturado con una temperaturade bulbo hmedo de 70F es iH = 34.1 Btu/lb de aire seco. La desviacin deentalpa (que no se muestra en la figura) para aire no saturado es deaproximadamente -0.2 Btu/lb de aire seco; por tanto, la entalpia real del airecon 37 es de 34,10 +- 0.2 = 33.9 Btu/lb de aire seco


=40[ ]


14,5 pie3

14,0 pie3


32F 60F 70F 90F


70 F

A

70

T

60B

=40

=30

Y = 0,0112

Seco AireLb14,0 pie


Y = 0,0112

14,5 pie3

14,0 pie3

70


Y = 0,011260

=40

=30

EJERCICIO 3 = 100%T = 60F


0,01113,24760

13,242918Y 2=

=

=100

60 Y = 0,011

EJERCICIO 4 = 70%T = 80F

psia 0,5067*PF80 @OH2

=

=70Y = 0,0153

OHOH

OH

OH

22

2

2

*PP

70100*P

P

=

==

7,0

psia 0,3547 0,5067psia0,7P OH2 ==


0,01530,354714,7

0,35472918Y 2=

=

Procesos que se pueden obtener a partir del diagrama psicromtrico


Calentamiento o enfriamiento sensible (a humedad absoluta constante= presion de vapor de agua constante)



Calentamiento con humidificacin



Deshumidificacin con enfriamientoProcesos que se pueden obtener a partir del diagrama psicromtrico


Enfriamiento evaporativo o Humidificacion adiabatica



EJERCICIO 5Una forma de agregar humedad al aire es pasarlo por un roco de agua olavadores de aire. Normalmente, el agua que se usa se recircula, no sedesperdicia. Entonces, en el estado estacionario, el agua est a la temperaturade saturacin adiabtica, que es la misma que la temperatura de bulbohmedo. El aire que pasa por el lavador se enfra y,


si el tiempo de contacto entre el aire y el agua es lo bastante largo, el aire estar tambin a la temperatura de bulbo hmedo. Sin embargo, supondremos que el lavador es tan pequeo que el aire no llega a la temperatura de bulbo hmedo; en vez de ello, prevalecen las siguientes condiciones:

Determine la humedad agregada a cada Lb de aire seco.

F6,08TSALIDA AIRE

F6,17TENTRADA AIRE

F104TENTRADA AIRE

BS

BH

BS

=

=

=

EJERCICIO 5UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

Se supone que todo el proceso es adiabtico , se lleva a cabo entre lospuntos A y B a lo largo de la lnea de enfriamiento adiabtico. Latemperatura de bulbo hmedo permanece (71,6F).

YB = 0,0145Punto B

seco Aire Lb

OH Lb 0,00520,00930,0145

YYAgregada Humedad

2

AB

=

=

EJERCICIO 5

Aire Entrada TBS= 104F

YA = 0,0093

Punto A

Aire Salida TBS= 80,6F

Aire hmedo a 100,4F y 48 se calienta en un horno a 186,8F. Cunto calores necesario agregar por pie cbico de aire hmedo inicial, y cul es el punto deroco final del aire?

HORNO

Aire Entrada100,4F48

Aire Salida 186,8F

T =?

EJERCICIO 6UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION

F186,8TSALIDA AIRE

F100,4TENTRADA AIRE

BS

BS

=

=

Q=?

TROCIO =?

Punto iH(BTU/LbAS)

Desv iH(BTU/LbAS)

iH REAL (BTU/LbAS)

A 46 -0,2 45,8B 68,5 -1,5 67,0 seco AireLb

BTU 21,245,867

AiBi AgregadoCalor HH

=

=

inicial Hmedo AiredepieBTU1,452

pie 14,6seco AireLb

seco AireLbBTU

21,2 33 =

Punto B


iHB = 68,5 BTU/Lb AS

Desv iH = -1,5Aire Entrada TBS= 100,4F

=50

=40

Punto A

iHA = 46 BTU/Lb AS

Desv iH = -0,2

Aire Entrada TBS= 100,4F

=50

=40

Punto B


Punto A

TROCIO = 76,4F

PROBLEMAS PROPUESTOS Si con un psicrmetro se toman las lecturas de temperaturas de bulbo hmedo y

seco, siendo stas de 24C y 17C, respectivamente. Cul ser la humedad relativa?

A una muestra de aire se le midi con un higrmetro la humedad relativa y sta es de 60%. Si la temperatura de bulbo seco es de 27C, cul ser el punto de roco?

Encontrar la humedad relativa cuando la temperatura seca es de 32C y el contenido de humedad es de 14 gr/kg aire seco.

Si a un aire se le toman las temperaturas de bulbo seco (35C) y bulbo hmedo (22C), cules sern las dems propiedades?(22C), cules sern las dems propiedades?

Que calor es necesario entregar a 5 m3 de aire (hmedo) a 20 C y 70% de humedad relativa para calentarlo hasta 45C?

Especificar las condiciones de entrada y salida de un flujo de aire que entra en un humidificador con Tbs=35C, Tbh= 18C, y sale a una Tbs de 19.2 C . Considere que el intercambio se da adiabticamente

Por un conducto se hace pasar 0.35 kg/s de aire hmedo a 1 bar. Se instala un psicmetro donde se aprecia que la temperatura de bulbo seco es 30 C y la de bulbo hmedo 25 C. Determinar:a) La humedad absoluta del aire hmedo.b) La presin parcial del vapor y la humedad relativac) El flujo de masa de aire seco y vapor.d) El volumen especfico de vapor.

PROBLEMAS PROPUESTOS Se tiene una mezcla de aire y vapor de agua a una presin de 1 bar y 20 C, el cual

ocupa un volumen de 0.2 m3. Si su humedad relativa es 70%, determinar:a)La masa de vapor existente, en gramos.b)Si se realiza un enfriamiento a presin constante, a qu temperatura empezar la condensacin?c)Qu cantidad de vapor se condensar si la mezcla se enfra a 10C, mantenindose constante la presin total?d)Si la mezcla original se calienta hasta 40 C, a presin constante, Cul ser la humedad relativa final?e)Si para el caso d) se requiere alcanzar nuevamente una humedad relativa de 70%. Qu cantidad de agua tendr que agregarse si este se encuentra a 40C?

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