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Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
TEMA 2Psicrometría
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
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
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
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
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
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
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
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 =
mmm
m
mmm
mm
wV
V
V
V
S
V
−=
−=
−==
11
2.2. Humedad atmosférica e índices de humedad
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
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
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
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
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
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´
´=w
hTT
´Vm
PROCESO ADIABÁTICO E ISOBARO
2.4. Temperatura de saturación adiabática
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
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´
´=w
hTT
´Vm
PROCESO ADIABÁTICO E ISOBARO
2.4. Temperatura de saturación adiabática
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
¿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´
´=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´
´=w
hTT
absorbidocedido QQ =
)()()( ´VVhPVVhPSS mmLTTcmTTcm −=−+−
gcalL 597=
KgcalcPV ⋅
= 45,0Kg
calcPS ⋅= 24,0
2.4. Temperatura de saturación adiabática
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
Relación Th y otro índices de humedad:
Vm
hTS
V
mm
w´
´=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
Física y Mecánica de las ConstruccionesETSAM
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