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Física y Mecánica de las Construcciones ETSAM TEMA 2 Psicrometría

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Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM

TEMA 2Psicrometría

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Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM

AIRE HÚMEDO: mezcla binaria de aire seco y vapor de agua

- Cantidad de vapor de agua: depende de P y T

0: aire seco

Fase de saturación: equilibrio entre aire húmedo y agua

- Los gases no reaccionan químicamente, no se combinan

- TRATAMIENTO: MEZCLA DE GASES IDEALES

Revisamos las leyes de las mezclas.......

PSICROMETRÍA: estudio propiedades termodinámicas de mezclas de gases.

Aire húmedo: aire seco y vapor de agua.

2.1. Introducción

2.1. Introducción

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Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM

LEYES DE LAS MEZCLAS:

- número de moles de una mezcla

- ley de las presiones parciales o de Dalton

- ley de los volúmenes parciales o de Amagat

- constante específica de una mezcla

2.1. Introducción

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Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM

Leyes de las mezclas:

im

iM i

ii M

mn = ∑=∑=

==

i

n i

ii

ni M

mnn

11

1) Número de moles de la mezcla:

2) Presiones parciales y ley de Dalton:

⇒=∑=

RTnPVi

ni

1

..........3211

VRTn

VRTn

VRTn

V

RTnP

i

ni

++=∑

= =

∑=++==

i

nipppP

121 .......

2.1. Introducción

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Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM

Leyes de las mezclas:

3) Volúmenes parciales y ley de Amagat:

⇒=∑=

RTnPVi

ni

1..........3211

PRTn

PRTn

PRTn

P

RTnV

i

ni

++=∑

= =

∑==

i

niVV

1

4) Constante específica de la mezcla:

nRTPV =

mrTPV =∑=∑=∑==⇒====

n

i i

in

i i

in

ii M

RmmM

mmRn

mRn

mRrmrnR

111

1

⇒=i

i MRr

m

rmr

n

iii∑

= =1

2.1. Introducción

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MEZCLA: AIRE HÚMEDO (AIRE SECO + VAPOR DE AGUA):

Ecuación para el vapor de agua en el aire:

nRTeV = e: presión parcial o tensión de vapor

TrmRTMm

nRTeV VVV

V ===

mrmrm

m

rmr VVSS

n

iii +=

∑= =1

KKgJ

molg

KmolJ

MRraire

S ⋅=⋅== 287

29

31,8

KKgJ

molg

KmolJ

MRrvapor

V ⋅≅⋅== 462

18

31,8

2.1. Introducción

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MEZCLA: AIRE HÚMEDO (AIRE SECO + VAPOR DE AGUA):

Ecuación de estado para el aire húmedo:

∑ +==∑

===

= n

iVVSSii

n

iii

TrmrmTrmTm

rmmmrTPV

1

1 )()(

TrmVP SSS =

TrmeV VV=

mrTPV =

TrTrVm

P SSSS

S ρ==

TrTrVm

e VVVV ρ== 8

5462287

≅====V

S

S

S

V

S

V

rr

TrP

Tre

ρρ

ε

2.1. Introducción

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2.2. Humedad atmosférica e índices de humedadHUMEDAD: proporción de vapor de agua que existe en el aire húmedo

PARÁMETROS HABITUALES:

HUMEDAD ESPECÍFICA q: masa de vapor de agua por unidad de masa de aire húmedo

SV

VV

mmm

mm

q+

==

RAZÓN DE MEZCLA w(x): masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco

S

V

mm

w =

qq

mmm

m

mmm

mm

wV

V

V

V

S

V

−=

−=

−==

11

2.2. Humedad atmosférica e índices de humedad

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TENSIÓN DE VAPOR e: presión parcial del vapor en el aire húmedo considerado

⇒= TrmVP SSS

TrmeV VV= ePPS −=

TrmVeP SS=− )(

w

rrm

meP

eTrmTrm

VePeV

V

SS

V

SS

VV

581

)(≅=

−⇒=

Peww

Pe

85

58

≅⇒≅

2.2. Humedad atmosférica e índices de humedad

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HUMEDAD RELATIVA h, f: relación entre la masa de vapor de agua que contiene un

volumen y la que contendría en el caso de estar saturado

)()(Te

Temm

fhsatVsat

V ===

2.2. Humedad atmosférica e índices de humedad

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HUMEDAD ABSOLUTA a: masa de vapor de agua (en gramos) contenida en un metro

cúbico de aire húmedo

)/(10 36 mga Vρ= )/( 3cmgVρ

⇒== TrTrVm

e VVVV ρ

Trea

VV

66 1010 == ρ

2cmdinase =

Kgcmdinas

KKgmNJrV ⋅

⋅⋅=

⋅⋅=

= 410462)(462

Te

KTKg

cmdinascmdinase

mcm

Trea

V22,0

)(10462

)()(1010

4

2

3

366 =

⋅⋅⋅

⋅==

⇒=Tr

eaV

610satsat aa

TeTefh ===

)()(

2.2. Humedad atmosférica e índices de humedad

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Otros índices:

- Temperatura de rocío o punto de rocío

- Temperatura de saturación adiabática

2.2. Humedad atmosférica e índices de humedad

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2.3. Temperatura de rocío o punto de rocío

TEMPERATURA DE ROCÍO: temperatura a la cual el vapor de agua comienza a

condensarse manteniendo constante la tensión de vapor y razón de mezcla

2.3. Temperatura de rocío o punto de rocío

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ENFRIAMIENTO A PRESIÓN CONSTANTE

¿ES LA TEMPERATURA DE ROCÍO UN ÍNDICE DE HUMEDAD?

2.3. Temperatura de rocío o punto de rocío

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AIRE MUY SECO: Tr distinta de T

AIRE MUY HÚMEDO: Tr ~T

Tr: puede utilizarse como índice de humedad

2.3. Temperatura de rocío o punto de rocío

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EN LA ATMÓSFERA:

- enfriamiento: mezcla con aire más frío o enfriamiento nocturno

- descenso nocturno de la T de plantas: condensación

Tr = 0ºC: rocío, nieblas o lluvia

Tr < 0ºC: cristales de hielo, nevadas o escarcha

EN UN RECINTO CERRADO:

- enfriamiento por contacto con paredes externas

- e(T) = esat (T) de alguna pared: condensación

2.3. Temperatura de rocío o punto de rocío

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2.4. Temperatura de saturación adiabática

TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA:

temperatura teórica a la que el vapor de agua se hace saturante

sin intercambiar calor con entorno

En Tr se intercambia calor con entorno

Vm

hTS

V

mm

´=w

hTT

´Vm

PROCESO ADIABÁTICO E ISOBARO

2.4. Temperatura de saturación adiabática

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Definición compleja en la práctica (Th desconocida):

- Agregar agua a cualquier temperatura hasta saturación

- Medir temperatura aire saturado

- Cambiar temperatura del agua por esta

- Repetir hasta que coincidan temperatura del agua agregada y del aire

saturado

Vm

hTS

V

mm

´=w

hTT

´Vm

PROCESO ADIABÁTICO E ISOBARO

2.4. Temperatura de saturación adiabática

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¿ES LA TEMPERATURA DE SATURACIÓN ADIABÁTICA

UN ÍNDICE DE HUMEDAD?

Cuanto mayor sea la humedad de aire:

menos agua evaporada, Th más próxima a T

Vm

hTS

V

mm

´=w

hTT

´Vm

PROCESO ADIABÁTICO E ISOBARO

2.4. Temperatura de saturación adiabática

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Relación Th y otro índices de humedad:

Vm

hTS

V

mm

´=w

hTT

absorbidocedido QQ =

)()()( ´VVhPVVhPSS mmLTTcmTTcm −=−+−

gcalL 597=

KgcalcPV ⋅

= 45,0Kg

calcPS ⋅= 24,0

2.4. Temperatura de saturación adiabática

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Relación Th y otro índices de humedad:

Vm

hTS

V

mm

´=w

hTT

)()(´

S

V

S

VhPV

S

VPS m

mmm

LTTcmm

c −=−⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

[ ] )()( ´ wwLTTwcc sathPVPS −=−+

01.0pw

2.4. Temperatura de saturación adiabática

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Relación Th y otro índices de humedad:

)85

85()()()( ´

Pe

Pe

LTTcwwLTTc sathPSsathPS −=−⇒−=−

Pew

85

)(7742

)(58

hsathPSsat TTPeTTcLPee −

⋅−=−−=

)(037,21

hsat TTee −−=

2.4. Temperatura de saturación adiabática

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2.5. PsicrómetrosLectura rápida, cómoda y exacta de los índices de humedad

)(037,21

hsat TTee −−=

Propiedad dependiente de humedad relativa:

Resistencia o capacidad eléctrica (ox. de aluminio, polímeros...)

2.5. Psicrómetros

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2.6. Diagramas psicrométricos

- Propiedades del aire húmedo: relacionadas entre sí,

de dos se deduce el resto

- DIAGRAMA PSICROMÉTRICO:

representación gráfica de ecuaciones deducidas

- Estado del aire: punto

- Proceso psicrométrico: línea

- Contienen la información para el estudio y diseño de equipos y

procesos relacionados con PSICROMETRÍA

2.6. Diagramas psicrométricos

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Pew

85

≅)()(Te

Tehsat

=)(

037,21

hsat TTee −−=

Isolíneas auxiliares: volumen específico, entalpía específica

2.6. Diagramas psicrométricos

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CTr º7=KggvaporW /4.6=Tseca= 40ºC

Thúmeda= 20ºC KgKJh /7.56= %14=h

2.6. Diagramas psicrométricos

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Ejemplo de algunos procesos:

a) Calentamiento de aire húmedo:

2.6. Diagramas psicrométricos

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Ejemplo de algunos procesos:

b) Enfriamiento del aire:

2.6. Diagramas psicrométricos

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Ejemplo de algunos procesos:

c) Secado o deshumedecimiento químico:

Gel de sílice:

- se libera calor

- temperatura crece

2.6. Diagramas psicrométricos

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2.7. Acondicionamiento de aire

Temperatura y humedad relativa óptimas para el bienestar: 20ºC y 75 %

1) ACONDICIONAMIENTO DE AIRE FRÍO Y SECO: 3ºC, 30%⇒ 20ºC, 75%

2.7. Acondicionamiento de aire

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2) ACONDICIONAMIENTO DE AIRE CÁLIDO Y HÚMEDO: 30ºC, 90%⇒ 20ºC, 75%

2.7. Acondicionamiento de aire