proceso de acondicionamiento de aire expo
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INDICE
Tabla de contenido
1.-PROCESO DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE .......................................................................... 4
1.1.-Introducción ....................................................................................................................... 4
1.2.-MEZCLA DE GASES ............................................................................................................. 5
1.3.-LEY DE GIBBS-DALTON ....................................................................................................... 5
1.4.-MEZCLA DE GAS-VAPOR ..................................................................................................... 6
1.4.1Mezcla gas vapor saturada ........................................................................................... 6
1.4.2.-Mezcla gas vapor no saturada .................................................................................... 6
1.5.-HUMEDAD RELATIVA ......................................................................................................... 7
1.6.-HUMEDAD ESPECÍFICO ...................................................................................................... 8
1.7.-TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCIO ................................................................................ 8
1.8.-TEMPERATURA DE SATURACION ADIABATICA .................................................................. 9
1.9.-TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO ................................................................................. 9
2.-CARTA DE PSICOMETRICA ......................................................................................................... 9
2.1.-HUMEDAD RELATIVA ....................................................................................................... 10
2.2.-HUMEDAD ESPESIFICA ..................................................................................................... 10
3.-PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE APLICATIVO .................................................. 12
3.1.-Deshidratación con calentamiento .................................................................................. 12
3.2.-Calentamiento y enfriamiento sensible. .......................................................................... 14
3.3.-Enfriamiento y deshumidificación: .................................................................................. 15
3.4.-Mezcla adiabática de dos corrientes. .............................................................................. 16
3.5.-Torres de Refrigeración.................................................................................................... 18
4.-EJEMPLOS APLICATIVOS .......................................................................................................... 20
4.1.-EJERCICIO1.- ..................................................................................................................... 20
4.2.-EJEMPLO 2.- ..................................................................................................................... 21
INDICE DE TABLAS
1.-PROCESO DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
1.1.-Introducción El Acondicionamiento de Aire, consiste en el enfriamiento o calentamiento del aire
atmosférico en un ambiente interior con el fin de establecer y mantener los estados
requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento.
Este tratamiento comprende también la ventilación de ambientes.
. Temperatura
. Humedad: humedecer y/o secar
. Limpieza
. Movimiento
Las aplicaciones del Aire Acondicionado son muy diversas, aquí algunas de las
principales:
- Industria Textil, industria fotográfica, imprenta.
- salas de cómputo, auditorios, instalaciones médicas, instalaciones bancarias.
- Conservación de productos, secado de productos. (Postigo, TERSERA impresion 2010,
pág. 269)
El aire admosferico o aire húmedo es una mezcla de dos gases: oxigeno y nitrógeno que
en las condiciones atmosféricas se comportan como gases ideales, y un vapor
condensable,el vapor de agua.
Se denomina procesos de acondicionamiento de aire a los procesos que por medio de de
los cuales se logran las regulaciones de la temperatura y las relaciones aire seco-vapor.
Uno de los factores importantes a tener en cuenta en los sistemas de acondicionamiento
de aire, es la carga térmica. Esta se debe a lo siguiente.
·Calor transferido a través de paredes, techo, piso y vidrios.
·Calor liberado por alumbrado interior, equipos (motores u otros).
·Carga del aire interior.
·Infiltraciones de aire.
·Calor liberado por la presencia de personas. (PUCP, pág. 16)
Ilustración 1 DIFERNCIA DE PROCESO DE AIRE ACONDICIONADO
1.2.-MEZCLA DE GASES Una mezcla de sustancias puras se considera mezcla de gases ideales cuando todas y cada
unade las sustancias se comportan como tales
1.3.-LEY DE GIBBS-DALTON la presion total ejercida por una mezcla de gases es igual ala suma delas presiones
parciales de los componentes.
Presión parsial de un componente se define como la presión que ejercería si ala misma
temperatura me la mezcla ocupara el integro del volumen.
Les presiones parciales de un componente es igual a producto de su fracción mol por la
presión total de la mezcla.
Pi = fi x p
La fracción mol de un componente está dado por la relación entre el número de moles de
dicho componente y el número total de moles.
1.4.-MEZCLA DE GAS-VAPOR Una mezcla de sustancias puras se considera una mezcla gas-vapor si uno de los
componentes es un vapor condensable.es decir que dicho vapor está próximo a su estado
de saturación
1.4.1Mezcla gas vapor saturada
Se dice que una mezcla gas vapor está saturada cuando cuando el componente vapor lo
está; es decir que la temperatura de la mezcla es la temperatura de saturación
correspondiente a la presión parcial del vapor.
También si una mezcla gas vapor está en equilibrio con el líquido correspondiente, está
saturada y el líquido no forma parte de la mezcla.
1.4.2.-Mezcla gas vapor no saturada
Se dice que que una mezcla gas vapor no está saturada cuando el vapor presente esta
sobrecalentado.
En otros términos si la temperatura de la mezcla es mayor que la temperatura de
saturación de la presión parcial del vapor. (Postigo, TERSERA impresion 2010, pág. 270)
En la figura 8.1.si pv presenta la presion parcial del componente vapor, esta mezcla estará
saturada de la mezcla es TB y no lo estará si la temperatura de la misma se eleva hasta
TA
𝑓𝑖 =𝑛𝑖
n
1.5.-HUMEDAD RELATIVA ⦰ se define como la relación de la masa de vapor presente y la masa de vapor que a la
misma temperatura saturaría la mezcla.
También se determina, como consecuencia ,como la relación entre la presion parcial del
vapor y la presion de saturación a la misma temperatura. (Postigo, TERSERA impresion
2010, pág. 271)
Donde:
mv= masa de vapor presente
mg = masa del vapor en la mezcla saturada
Ilustración 2 LINEAS DE HUMEDAD RELATIVA %
Los valores limites de la humedad relativa son cero, para una mezcla que no contiene
vapor (pv = 0) y 100% para una mezcla saturada (pv=pg).
⦰ =𝑚𝑣
mg=
𝑝𝑣
pg
0≤⦰≤100%
1.6.-HUMEDAD ESPECÍFICO Se define como la relación de masa del gas no condensable.
(E.1.4) (E.1.4)
Si se supone que ambos componentes se comportan, en forma aproximada, como gas
ideal.
(E.1.5)
Para el caso del aire húmedo; Ra=0,287 y Rv=0,4615
(E.1.6)
Done:
P= es la presion atmosférica
Pv=es la presion parcial del vapor
1.7.-TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCIO Se designa así a la temperatura que mediante un enfriamiento isobárico tendría que
alcanzar una mezcla aire-vapor para formarse la primera gota de condensado. Es una
𝑤 =𝑚𝑣
ma
𝑤 =𝑚𝑣
ma
W = 0.622𝑃𝑣
𝑝 − 𝑝𝑣
consecuencia, la temperatura de saturación del vapor correspondiente a la presión parcial
de este.
1.8.-TEMPERATURA DE SATURACION ADIABATICA Se denomina así a la temperatura que alcanzaría una mezcla aire-vapor si mediante un
proceso adiabático se le lleva a la saturación.
El proceso (fig.8.3) consiste en hace pasar la mezcla aire-vapor por un recinto adiabático
que contiene agua manteniéndolos en contacto al tiempo suficiente para que como
consecuencia de la evaporación llegue a saturarse. El líquido fresco debe suministrarse
en forma continua para compensar la evaporación. La evaporación se produce a expensas
del descenso de temperatura de la mezcla como la temperatura así alcanzada es la
temperatura de saturación adiabática.
1.9.-TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO Cuando la mezcla aire vapor en una humedad relativa menor que 100% se hace pasar por
un termómetro cubierto por un brasa impregnada en agua denominada termómetro de
bulbo húmedo el aire próximo al termómetro se satura a consecuencia de la saturación el
calor latente es seguido por el aire húmedo y por lo tanto su temperatura desciende hasta
un valor denominado temperatura de bulbo húmedo (TBH)
La temperatura de bulbo húmedo es muy aproximadamente igual a la temperatura de
saturación adiabática y para propósitos prácticos puede considerare igual la velocidad
relativa entre el termómetro húmedo y la mezcla aire vapor como debe ser comprendida
entre 30 y 60m por minuto la temperatura de bubo húmedo no es estrictamente una
propiedad del aire si no que es una media del efecto del aire sobre el agua cuando está en
intimo contacto con él. (Postigo, TERSERA impresion 2010, pág. 267)
2.-CARTA DE PSICOMETRICA Con el fin de evita las complejidades del cálculo de las propiedades de las mezclas aire-
vapor, se han elaborado diagramas a escalas de las propiedades de las mismas que resiben
la denominación de carta psicométrica (Postigo, TERSERA impresion 2010)
Para facilitar el cálculo y la visualización de los procesos en los que intervienen las
mezclas de aire húmedo es útil representar gráficamente los parámetros importantes del
aire húmedo en un diagrama conocido como diagrama o carta psicométrica (ver figuras
siguientes). En ella se hace una descripción grafica de cómo pueden obtener los distintos
valores a través de la carta psicrométrica en el sistema internacional o el inglés.
(SÁNCHEZ, 2016)
2.1.-HUMEDAD RELATIVA A partir de la definición de humedad relativa:
(E.1.7)
2.2.-HUMEDAD ESPESIFICA Como ya se ha visto la humedad especifica o masa de vapor por kg. De aire seco, depende
de la presión total de la mezcla y de la presión parcial de vapor. (Postigo, TERSERA
impresion 2010)
(E.1.8)
⦰ =𝑝𝑣
pg
pv = ⦰pg
W = 0.622𝑃𝑣
𝑝 − 𝑝𝑣
Ilustración 3 CARTA DE PSICROMETRIA
Fuente (SÁNCHEZ, 2016)
Observe que todas las líneas que cruzan al grafico de forma vertical indican los valores
de la temperatura de bulbo seco (Tbs). Las líneas curvas que atraviesan el grafico e
indican valores en % son las líneas de humedad relativa.
La temperatura de bulbo húmedo (Tbh) está definida por las líneas en diagonal que cortan
a la curva de 100 % humedad relativa. Para obtener los valores de entalpía del aire se
prolonga la línea del Tbh hasta cortar a la línea que indica la escala de valores de entalpía.
Para obtener valores de temperatura de punto de rocío (Tpr) es necesario desplazarse
desde cualquier punto de referencia hacia la izquierda en forma horizontal hasta llegar a
la línea de 100% de humedad, allí es posible obtener una lectura del valor de Tpr. Para
obtener valores de humedad especifica ω y presión parcial del Pv el desplazamiento es
similar al realizado para obtener Tpr pero hacia el lado derecho del grafico hasta cortar
las líneas de ω y Pv y obtener el valor.
El volumen específico es posible obtenerlo ubicando en el grafico las líneas en diagonal
que indican este valor.
3.-PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE APLICATIVO
En general, las personas se sienten más cómodas si el aire dentro de un edificio se
mantiene dentro de un intervalo limitado de temperaturas y de humedades relativas. Sin
embargo, por la transferencia de masa y calor entre el interior del edificio y el entorno
local, y por efectos internos tales como cocinar, hornear y lavar ropa en el hogar. La
temperatura y la humedad relativa alcanzan a menudo niveles indeseables. Para obtener
valores de T y V dentro de los intervalos deseados (la zona de bienestar), usualmente es
necesario alterar el estado del aire. Esto exige que se diseñe equipo que eleve o disminuya
la temperatura, así como la humedad relativa, individual o simultáneamente. Además de
alterar el estado de una corriente de aire especifica mediante calentamiento, enfriamiento,
humidificación o deshidratación, también puede obtenerse un cambio de estado
mezclando directamente el aire del edificio (interno) con otra corriente de aire que no }
venga, por ejemplo, del exterior del edificio. Así, se ve que existen muchos procesos
básicos que se deben considerar con respecto al acondicionamiento del aire atmosférico.
Las relaciones básicas disponibles para la evaluación de tales procesos son tres.
Puede ser necesario un balance de energía del flujo o flujos de corriente, lo mismo que
balances de masa del vapor de agua y del aire seco. Además, se deben conocer datos
acerca de las propiedades del aire seco y del agua. Se utilizara la carta psicrométrica para
describir cualitativamente varios diseños de proceso. La carta es sumamente útil como
auxiliar para visualizar los cambios de estado provocados por el equipo de proceso, así
como para estimar los valores de las propiedades.
3.1.-Deshidratación con calentamiento Una situación muy común dentro de los edificios industriales y residenciales, en
particular durante el verano, es la tendencia a que haya altas temperaturas y humedades
relativas también altas. La incomodidad del cuerpo en estas condiciones es muy conocida.
El aire que se va a tratar se hace pasar a través de un canal de flujo que contiene espiras
o serpentines de enfriamiento. El fluido dentro de las espiras podría ser, por ejemplo, agua
relativamente fría o un refrigerante que haya sido enfriado mediante un ciclo de
refrigeración por compresión de vapor. El estado inicial de la
corriente de aire se indica como estado 1 en el esquema de una carta psicrometrica en la
figura 8.7b. Al pasar el aire a través de las espiras enfriadoras, su temperatura
disminuye y su humedad relativa aumenta a humedad específica constante. Si el aire se
mantiene en contacto con la espira enfriadora el tiempo suficiente, la corriente de aire
alcanza su temperatura de rocío, indicada como el estado 2 en la figura 8.7b. Un
enfriamiento posterior requiere que el aire se mantenga saturado, y su estado sigue la línea
de humedad relativa del 100% a la izquierda hacia el estado 3. Durante este ultimo
proceso, se condensa agua del aire, disminuyendo su humedad especifica. Así, mediante
un contacto lo suficientemente prolongado con los serpentines, disminuyen tanto la
temperatura como el contenido de agua del aire. En muchos casos, este aire acondicionado
circula directamente de regreso y se mezcla con el aire del edificio.
Sin embargo, en algunos casos el aire acondicionado podría tener una temperatura muy
baja. Esto se resuelve haciendo pasar luego la corriente de aire que sale de la sección de
enfriamiento a través de una sección de calentamiento. Mediante una elección apropiada
de la temperatura del fluido dentro del serpentín de calentamiento, la temperatura de la
corriente de aire que sale finalmente del equipo se puede ajustar al valor deseado. En la
figura 8.7b se indican tres posibilidades, marcadas como los estados 4, 4' y 4". Haciendo
un ajuste adecuado de la cantidad de enfriamiento (que controla la posición del estado 3)
y de la cantidad de calentamiento, se puede obtener un estado 4 confortable. En los
ejemplos siguientes se observa el proceso completo. (escate, pág. 189)
Ilustración 4 Proceso de deshidratación con calentamiento (a) equipo; (b) proceso
representado en una carta Psicrométrica
Fuente.- (escate)
3.2.-Calentamiento y enfriamiento sensible.
El término «cambio de calor sensible», se refiere a un cambio en calor que provocará un
cambio en la temperatura del aire. Con frecuencia, al enfriar el aire seco y caliente del
desierto, o al calentar aire helado, se requerirá tan sólo un cambio en el calor sensible del
aire. Puesto que un cambio en el calor sensible del aire no afectará la cantidad de humedad
de éste; dicho cambio puede graficarse en la carta psicrométrica, paralelo a las líneas
constantes de punto de rocío. Esto significa que el punto de rocío del aire, no cambiará
mientras sea solamente calor sensible el que se agrega o se quita. Por otra parte, el peso
total del aire en kg permanece constante, pero su volumen (m³/kg) sí cambia, puesto que
el aire se contrae al ser enfriado.
Ilustración 5 CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO SENSIBLE
Fuente. (SÁNCHEZ, 2016)
3.3.-Enfriamiento y deshumidificación: La combinación de enfriamiento y deshumidificación, se encuentra en prácticamente
todos los sistemas de aire acondicionado. La deshumidificación misma, no puede llevarse
a cabo por la refrigeración mecánica, sin remover también el calor sensible. Si solamente
se desea deshumidificar individualmente, entonces deben utilizarse desecantes químicos.
La deshumidificación es la remoción del vapor de agua presente en el aire. La cantidad
del vapor de agua, presente dentro de una zona ocupada, variará dependiendo del número
de personas presentes y de su actividad, la condición del aire exterior, la estructura del
edificio y la cantidad de infiltración.
Al enfriamiento y deshumidificación del aire para confort humano, se le conoce
comúnmente como aire acondicionado. Esto no es totalmente correcto, ya que el término
«aire acondicionado», se refiere a cualquiera o todas las fases de enfriar, calentar, ventilar,
filtrar, distribuir, entre otros, el aire, para que cumpla los requerimientos del espacio
acondicionado. El enfriamiento y deshumidificación del aire, es la fase del aire
acondicionado que le concierne al técnico en refrigeración, ya que normalmente, requiere
el uso de un equipo de refrigeración mecánica. Para poder producir el enfriamiento y la
deshumidificación requeridos para el espacio 8
acondicionado, el equipo de refrigeración debe estar funcionando adecuadamente, y debe
tener la capacidad correcta para la aplicación. (SÁNCHEZ, 2016)
Ilustración 6 ENFRIAMIENTO CON DESHUMIDIFICACION
3.4.-Mezcla adiabática de dos corrientes. El mezclar dos cantidades de aire a diferentes temperaturas y contenidos de humedad,
también se usa extensivamente en el acondicionamiento del aire, donde se requieren
condiciones de abastecimiento de aire constantes, sin importar las condiciones del aire a
la entrada. En este método, una porción del aire entrante es desviada del serpentín de
enfriamiento (o del de calefacción), y luego mezclada con el aire tratado para
proporcionar las condiciones deseadas.
Desde luego, cuando no sea necesario, se pueden mezclar cantidades de aire exterior con
aire de retorno, sin hacer ningún desvío. La mezcla completa pasa a través del aparato
acondicionador.
Ilustración 7 MEZCLA ADIABATICA DE DOS CORRIENTES
Entre otros procesos de acondicionamiento de aire
Ilustración 8 HUMIDIFICACION
3.5.-Torres de Refrigeración La torre atmosférica de enfriamiento es aquella en que la pérdida de calor se logra
primordialmente gracias al movimiento natural del aire a través de la estructura. La
capacidad de enfriamiento de cualquier torre, con una temperatura de bulbo húmedo y
velocidad de viento dados, varía con la concentración del agua.
Ilustración 9 TORRES DE REFRIGERACION
(SÁNCHEZ, 2016, pág. 07)
4.-EJEMPLOS APLICATIVOS
4.1.-EJERCICIO1.-
4.2.-EJEMPLO 2.- El aire atmosférico exterior, que se encuentra a 32ºC y 70% de humedad relativa, debe
acondicionarse para que entre a una casa habitación a 22ºC y 45% de humedad relativa.
El aire pasa primero por unas espiras enfriadoras. El aire se enfría por debajo de su
Temperatura de rocío, condensándose agua de la corriente de aire hasta que se alcanza la
relación deseada de humedad. Luego el aire pasa por una espira de calentamiento hasta
que la corriente alcanza los 22º C. Determine: a) la cantidad de agua eliminada, en kg/kg
de aire seco, b) el calor eliminado por el sistema de enfriamiento, en kJ/kg de aire seco,
y d) la cantidad de calor agregado en la sección final, en kJ/kg de aire seco.
Solución:
Las cantidades de Transferencia de calor están dadas por q = hsalida - hentrada, y la
cantidad de agua eliminada la da w para el proceso 2-3 de la figura 8.7 b. por tanto los
valores de h y w son las propiedades importantes por evaluar en todo el proceso. Las
expresiones básicas son:
Referencias
Escate, b. c. (s.f.). mezcla de gas y vapor psicometria.
Postigo, J. (TERSERA impresion 2010). TERMODINAMICA-II. LIMA-UNI: W-H.
PUCP, T. p. (s.f.). Hadzich-capitulo 16.
SÁNCHEZ, J. (2016). termodinamica aplicada -PSICROMETRÍA. UNIVERSIDAD NACIONAL
EXPERIMENTAL-FRANCISCO DE MIRANDA.