UV Climatización 4

TEMA N°4.

Mezcla de gases y Aire húmedo.

09-11-2013 1MDH/ING MECÁNICO

Objetivos.

• Comprender el concepto de mezcla de gases ysu aplicación en la climatización.

• Comprender y aplicar la ley de presionesaditivas (DALTON).

• Comprender y aplicar la ley de volúmenesaditivos (AMAGAT).


Objetivos.

• Diferenciar entre aire seco y aire atmosférico.

• Definir y calcular la humedad especifica y relativa del aire atmosférico.

• Definir y calcular la temperatura del punto de roció.


Objetivos.

• Relacionar la temperatura de saturación y ladel bulbo húmedo del aire atmosférico.

• Utilizar la carta psicométrica como unaherramienta importante en climatización.

• Aplicar los principios de conservación demasa y energía en diferentes proceso declimatización.


¡El aire se encuentra en estado gaseoso!


¿Qué es un Gas?.

• Gas: Sustancia que a ciertas condiciones detemperatura y presión sus moléculas no generanenlaces moleculares.

• Sustancia compresible y en algunas situacionesincompresible.

• Coeficiente de compresibilidad y expansiónvolumétrica.


¿Qué es un Gas?.

• Coeficiente de compresibilidad (k).

– Los fluidos actúan como sólidos en estado elástico respecto a la presión.

– Los cambios de densidad respecto a los cambios de presión se expresa por:


¿Qué es un Gas?.

• Coeficiente de expansión volumétrica (β).– En los gases los cambios de densidad son

considerablemente mas dependientes a los cambios detemperatura.

– Elevado valores de β implica importantes cambios dedensidad respecto a los cambios de temperatura.


Gases ideales.

• Es solo un aproximación desde el punto devista de la ingeniería.

• Un gas es ideal a altas temperaturas y bajaspresiones.

• Ecuación de estado: Relaciona la presión,temperatura y volumen del gas.


Gases ideales.


Gases ideales.

• Ejemplo el aire, M = 28,97 (kMol/kg).

– Raire= 8,314/28,97 = 0,287 (kJ/kg*K).


Entalpia y energía interna en gasesideales.

• Energía interna: u = cv*T (kj/kg).

– ¿Qué es la energía interna?

• Entalpia: h = cp *T (kj/kg).

h = Energía interna + Trabajo de flujo o frontera.


¿El Vapor de Agua es un gas ideal?

Solo en ciertas condiciones.

Alta temperatura y Baja presión.


Recuerdo del diagrama T-v del agua.


Mezcla de gases ideales.


Mezcla de Gases.

• La suma de sus masas genera la masa total en un estanque.


Ley de Dalton.

• Presiones aditivas.


Ley de Amagat.

• Volúmenes aditivos.


Aire seco y Aire atmosferico.


Aire seco y Aire atmosférico.

• El aire seco es el aire libre de humedad y a una mezcla de gases ideales.

– Aire seco= Nitrógeno (79%) + Oxigeno (20,9%) + Otros gases.

• El aire atmosférico es aire seco mas humedad o vapor de agua..

– Aire atmosférico=Aire seco + Vapor de agua.



• El vapor de agua es tratado como un gas ideal paraeste caso.

• Es una mezcla de gases ideales.

• Por lo cual se cumple la ley de Dalton y Amagat.



• Entalpias.


Humedad relativa y especifica.



• Humedad especifica (w): Masa de humedad contenida en unkilogramo de masa de aire seco.

• Humedad relativa (φ): La cantidad porcentual de masa devapor contenida en el aire. Respecto a la máxima cantidadque podría existir para ciertas condiciones de temperatura ypresión.

• ¿Qué es el aire saturado?• Recordar la neblina cuando te bañas.



• Humedad especifica.



• Humedad relativa: Su valor será 100% cuandoel aire este saturado de humedad.

• Recordar que el vapor de agua aporta unacantidad de presión y volumen a la mezcla deaire atmosférico.


Humedad relativa y especifica.• Humedad relativa.



• Entonces.

• ¿Qué significa que en Viña del Mar lahumedad relativa sea del orden del 60%? Y,¿cual es el motivo aparente?


Punto de roció.


Temperatura del punto de roció.

• En esta condiciones se alcanza el 100% de humedad relativa.

• Es cuando el vapor de agua contenido en el aire atmosférico. Comienza a CONDESAR.

• Recordar tu espejo cuando te bañas.


Temperatura del punto de roció.


Temperatura adiabática y bulbo húmedo.


Temperatura adiabática y bulbohúmedo.• Temperatura adiabática.

– Suponga un flujo de aire seco que fluye sobre un a canal de agua.

– El contenido de humedad en el aire aumentara y con ello su temperatura.

– Puesto que el calor latente de evaporación del agua es equivalente al calor sensible del aire.

– Si el canal es los suficientemente largo el aire saldrá completamente saturado y a una temperatura de saturación o adiabática.


Temperatura adiabática y bulbohúmedo.

• Temperatura adiabática.– Determinando la temperatura adiabática es posible

determinar la humedad relativa y especifica.

– Determinar esa temperatura implica complejosinstrumentos y análisis algo complejos.

– Para ello se aplica el uso del bulbo húmedo de un termómetro.



• Temperatura del bulbo húmedo.


Diagrama Psicométrico.


Diagrama psicométrico.

• Grafica del aire atmosférico que muestra suspropiedades en diferentes condiciones de temperaturay humedad.

• Cada diagrama es solo valido para una determinadapresión atmosférica.

• Simplifica significativamente los cálculos y el análisis.

• Permite ejemplificar el proceso de climatización.



Humedad especifica.



• Mediante dos parámetros del aire ambiente, es posible determinar los faltantes respecto a la carta psicométrica.

• Ejemplo aire a 30°C y 40% HR.


Procesos de acondicionamiento de aire.


Procesos de acondicionamiento deaire.

• Enfriamiento simple.

• Calentamiento simple.

• Humidificar

• Deshumidificar.

– Todos los proceso de acondicionamiento térmicoson representado en la carta psicométrica.



• Es fundamental para el análisis:• Balance de masa al aire seco.

• Balance de masa al vapor de agua.

• Balance de energía.



• Enfriamiento simple.– Se realiza a humedad especifica

contante. Y aumento de la humedadrelativa.

– Consiste en solo disminuir latemperatura del aire atmosférico.


Procesos de acondicionamiento deaire.• Enfriamiento simple.



• Calentamiento simple.– Se realiza a humedad

especifica contante. Ydisminución de la humedadrelativa.

– Consiste en solo disminuir latemperatura del aireatmosférico.



• Calentamiento simple.



• Calentamiento con humidificación.

– Típico para lugares fríos y secos.

– Requiere de vapor de agua para el proceso.

– Parte del calentamiento es simple.

– Y el resto es humidificación mas calentamiento.

– Implica el aumento de temperatura y humedad especifica.



• Enfriamiento con deshumidificación.

– Típico de lugares cálidos y húmedos.

– El proceso típico de CASI TODOS LOS EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO.

– Implica la disminución de temperatura y humedad especifica.

– Se requiere llevar al aire a la condición de saturación (100% HR) para que el vapor de agua condense, es decir, enfriar mas haya de la temperatura del punto de rocio.



• Enfriamiento evaporativo.

– Típico de lugares cálidos y secos.

– La disminución de temperatura implica elaumento de humedad mediante agua atomizada.

– El enfriamiento ocurre a entalpia constante, ¿Porqué?.




– Entalpia constante.



• Mezcla adiabática de corrientes de aire.

– Dos flujos de aire atmosférico a distintas condiciones térmicas. Se mezclan.

– Las propiedades de la corriente mezclada dependerá de la cantidad másica de cada corriente.

– Casos típicos: Aire recirculado y aire exterior.


Veamos Algunos ejemplos.


Ejemplo N°1.

• Un sistema de aire acondicionado toma aire a 1 atm ,34°C y 70% HR y lo entrega a 50% y 22°C. Supongaque el proceso de deshumidificación es a 10°C,determine si el flujo de aire es de 3000 m3/hr.

– Las propiedades del aire ambiente en la entrada y salida de sistema(calculadas).

– Definir el tipo de proceso que se experimentan en el equipo.

– Determinar la potencias térmicas de enfriamiento o calentamiento,flujo de vapor, agua, etc.

– Representar el proceso en la carta Psicométrica.


Ejemplo N°1.


Ejemplo N°2.

• Un sistema de aire acondicionado toma aire a 1 bar, el aireentra al sistema a 70% HR y 10°C. Los requerimientos deconforte debe ser 20° y 50% HR, si el flujo de aire a tratar esde 5000 m3/hr, determinar.– Las propiedades del aire ambiente en la entrada y salida de sistema

(calculadas).

– Definir el tipo de proceso que se experimentan en el equipo.

– Determinar la potencias térmicas de enfriamiento o calentamiento,flujo de vapor, agua, etc.

– Representar el proceso en la carta Psicométrica.


Ejemplo N°2.


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