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MODULO PSICROMETRIA EN CLIMATIZACION |
ING ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ
CANAL YOUTUBE: ANTONIO OSPINO
CONTENIDO DEL MODULO
1. PARAMETROS FUNDAMENTALES
1.1. HUMEDAD RELATIVA Φ ( RELATIVY HUMIDITY )
1.2. RELACION DE HUMEDAD O HUMEDAD ESPECIFICA O ABSOLUTA ( RATIO HUMIDITY OR ESPECIFIC HUMIDITY )
1.3. TEMPERATURA DE BULBO SECO ( DRY BULB TEMPERATURE ).
1.4. TEMPERATURA DE BULBO SECO Y DE BULBO HUMEDO ( WET BULB TEMPERATURE )
1.5. PUNTO DE TEMPERATURA DE ROCIO ( DEW POINT TEMPERATURE )
1.6. LA ENTALPIA DE LA MEZCLA O AIRE HUMEDO
1.7. VOLUMEN ESPECÍFICO ( ν ) DE LA MEZCLA O AIRE HUMEDO
1.8. EL DIAGRAMA PSICROMETRICO
1.9. PROCESOS DE CLIMATIZACION USANDO LA CARTA PSICROMETRICA
1.9.1. PROCESO DE MEZCLA ADIABATICA DE FLUJOS AIRE
1.9.2. PROCESO DE ENFRIAMIENTO IDEAL SIN CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION
1.9.3. PROCESO DE ENFRIAMIENTO REAL SIN CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION CON FACTOR DE BYPASS
1.9.4. PROCESO DE ENFRIAMIENTO IDEAL CON CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION
1.9.5. PROCESO DE ENFRIAMIENTO REAL CON CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION Y FACTOR DE BYPASS
1.9.6. TORRES DE ENFRIAMIENTO
1.10. USO DE LA CARTA PSICROMETRICA PARA DETERMINAR EL ESTADO DE LIMPIEZA DE UN EVAPORADOR
1. PARAMETROS FUNDAMENTALES
Muchos sistemas de interés en ingeniería implican la utilización de mezclas gas – vapor. Una de las aplicaciones importantes es el acondicionamiento de aire atmosférico. En los temas siguientes se limitará el estudio a las mezclas de dos componentes que contienen aire seco y vapor de agua. Estas mezclas reciben el nombre de AIRE HUMEDO o AIRE ATMOSFERICO y el estudio de su comportamiento se denomina PSICROMETRIA.
Recordemos que el aire está compuesto por una mezcla de gases como Nitrógeno, Argón, Dióxido de Carbono, Vapor de agua, y otros.
Cuando se mide la presión del aire , se esta midiendo la suma de las presiones de cada gas componente del aire, según la ley de Dalton:
Presion total = Presion gas 1 + Presion gas 2 +….+ Presion gas N
Presión aire = Presión N2 + Presión O2 + Presión CO2 + Presión Vapor H2O + …+ Presión Otros gases.
La anterior ecuación la podemos resumir en:
Presión total aire = Presión aire seco ( Pas ) + Presión vapor de agua ( Pw )
P = Pas + Pw
1.1. HUMEDAD RELATIVA Φ ( RELATIVY HUMIDITY )
Es la relación entre la presión parcial del vapor de agua a una temperatura dada contenida en el aire ( Pv ) y su presión de saturación a esa temperatura ( Psv ).
Φ = Pv / Psv
Donde:
Pv: Presión parcial del vapor en una mezcla
Psv: Presión de saturación del vapor a la temperatura de bulbo seco de la mezcla.
El estado 1 es el estado inicial del vapor de agua en la mezcla y su presión de vapor en ese estado es Pv. Si este mismo vapor se encontrara en aire saturado a la misma temperatura, su presión tendría que ser necesariamente la correspondiente a la del estrado 2, que es la presión de saturación Psv a esa temperatura.
Por ejemplo si se tiene una mezcla a 21 grados Celsius y su presión de vapor es de 1,7 Kpa, se busca ahora cual seria la presión de vapor en estado saturado para esa misma temperatura de 21 grados, la presión de vapor es de 2,28 Kp, por tanto:
Φ = Pv / Psv = 1.7 Kpa / 2.28 Kpa = 0.68
Φ = P1 / P2
OBS: La humedad relativa siempre es menor o igual a la unidad.
En un diagrama o carta psicrométrica, son curvas que van de izquierda a derecha tal como se muestran:
1.2. RELACION DE HUMEDAD O HUMEDAD ESPECIFICA O ABSOLUTA ( RATIO HUMIDITY OR ESPECIFIC HUMIDITY )
La RELACION DE HUMEDAD o HUMEDAD ESPECÍFICA w indica la cantidad de masa de vapor de agua contenida en una mezcla con respecto a la cantidad de masa de aire seco presente. Se define como la relación entre la masa de vapor de agua ( mv ) y la masa de aire seco ( ma ). Sus unidades comunes son grm/kg as o bien gramos/Lb as
w = mv / mas
Si se supone nuevamente que los ambos gases se comportan como ideales:
Pi : Presiones parciales de un gas i
Mi : Masa molar del componente i
Pero el cociente entre las masas molares del vapor de agua y aire seco w = 0,622 y la presión parcial del aire seco Pas = P – Pv , entonces la ecuación de w queda de la siguiente forma:
La presión de saturación PSV que se necesita en algunas relaciones se obtiene de las tablas de saturación del agua con entrada de temperatura.
En una carta psicrométrica, se encuentra trazando líneas horizontales que interceptan la escala en la parte derecha del diagrama:
Si a la misma presión de vapor se enfría el vapor de agua, sin condensarlo ( sin variar ω ), se reduce Φ; si se calienta el vapor de agua a la misma presión de vapor entonces se aumenta Φ
Podemos ver este comportamiento en la tabla psicrométrica:
Ahora, si a la misma temperatura de bulbo seco, se incrementa la cantidad de vapor de agua con humidificación ( aumenta ω ); se aumenta su Φ; si se reduce la cantidad de vapor deshumidificando ( reduce ω ), se reduce su Φ.
Podemos ver este comportamiento en la carta psicrométrica, tal como observa:
1.3. TEMPERATURA DE BULBO SECO ( DRY BULB TEMPERATURE ).
Es la temperatura de una mezcla gas- vapor medida con un termómetro convencional.
En una carta psicrométrica las líneas de temperatura de bulbo seco son líneas verticales, tal como se muestra:
1.4. TEMPERATURA DE BULBO SECO Y DE BULBO HUMEDO ( WET BULB TEMPERATURE )
Es la medida de la temperatura con un termómetro con un bulbo recubierto con una funda húmeda y expuesta a un flujo de aire constante. En otras palabras, es una medida del efecto del aire sobre el agua y representa el efecto de enfriado por evaporación del agua.
Ambas temperaturas se emplean para hallar las propiedades de la mezcla aire-vapor de agua en un diagrama psicrométrico.
En una carta psicrométrica las líneas de temperatura de bulbo húmedo son líneas inclinadas hacia la derecha, tal como se muestra:
1.5. PUNTO DE TEMPERATURA DE ROCIO ( DEW POINT TEMPERATURE )
La TEMPERATURA DE ROCIO también se puede definir como aquella temperatura a la que comenzaría la condensación si la mezcla se enfriara a presión constante. A una mezcla de aire seco y vapor de agua, saturada de agua, se le denomina AIRE SATURADO. Es necesario poder cuantificar la cantidad de agua presente en las mezclas no saturadas de aire seco y vapor de agua en un estado de la mezcla determinado. Esto puede llevarse a cabo utilizando las propiedades denominadas HUMEDAD RELATIVA o HUMEDAD ESPECIFICA. La HUMEDAD RELATIVA de una mezcla de gases ideales se define como el cociente entre la presión parcial del vapor en una mezcla y la presión de saturación del vapor a la temperatura de bulbo seco de esa mezcla.
Aquí se ilustra el proceso en el que la temperatura de una mezcla gas – vapor disminuye mientras que la presión se mantiene constante. Cuando se enfría una mezcla de aire seco y vapor de agua desde un estado no saturado ( 1 ), la temperatura a la que la mezcla se vuelve saturada o a la que comienza la condensación, se le llama TEMPERATURA DE ROCIO ( 2 ). La temperatura de rocío del aire atmosférico es igual a la temperatura de saturación del agua correspondiente a la presión parcial del vapor de agua que hay realmente en la mezcla.
Para determinar el valor de la temperatura de rocío, de la mezcla, solo basta trazar una línea horizontal desde el punto de referencia hasta interceptar la línea de humedad relativa Φ del 100%.
1.6. LA ENTALPIA DE LA MEZCLA O AIRE HUMEDO
La entalpía de una mezcla de aire seco – vapor de agua es la suma de las entalpías de cada uno de los componentes individuales:
H mezcla = ( H aire seco + H vapor de agua ) = ( mas has + mv hv )
Donde:
mas : Masa de aire seco
mv : Masa del vapor de agua
Por unidad de masa de aire seco, la entalpía específica se expresa:
( H mezcla / mas ) = [ ( H aire seco / mas ) + ( H vapor de agua / mas ) ] = [ ( has + mv hv ) / mas ]
h mezcla = ( has + hv ) = ( h aire seco + h vapor de agua )
Donde:
h mezcla : kJ/kgm aire seco o BTU/Lbm aire seco
En una carta psicrométrica, las líneas de entalpia so líneas inclinadas hacia la derecha que se superponen a las líneas de temperatura de bulbo húmedo, al como se muestra:
1.7. VOLUMEN ESPECÍFICO ( ν ) DE LA MEZCLA O AIRE HUMEDO
Es la relación entre el volumen que ocupa la mezcla por unidad de masa de la misma; sus unidades comunes son Mts Cub / kg. En la carta psicrométrica son lineas inclinadas hacia la izquierda, tal como se muestra:
También se pueden obtener las curvas de densidad, tal
como se muestra:
1.8. EL DIAGRAMA PSICROMETRICO
Las propiedades de mezclas de aire – vapor de agua, han sido consignadas en forma gráfica en el mencionado diagrama psicrométrico, que se ve a continuación:
En el diagrama con las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo, se pueden hallar las siguientes variables:
Temperatura de bulbo seco
Temperatura de bulbo húmedo
Temperatura de rocío.
Relación de humedad w.
Humedad relativa f.
Entalpía de la mezcla aire – vapor de agua en kJ/Kgm aire seco ( hm )
Presión del vapor de agua ( Pv )
Volumen específico en mts3/kgs aire seco.
Factor de calor sensible.
La entalpía de la mezcla, basada en el diagrama psicrométrico se puede calcular con base en las temperaturas de bulbo seco mediante las formulas:
SISTEMA METRICO
has = 1,005 ( ºC )
hv = 2501,7 + 1,82 ( ºC )
hm = 1,005( ºC ) + [ 2051,7 + 1,82 ( ºC ) ]
hf = 4,19 ( º C )
0º < ºC < 40º
SISTEMA INGLES
has = 0,24 ( ºF )
hv = 1061,5 + 0,435 ( ºF )
hm = 0,240( ºF ) + [ 1061,5 + 0,435 ( ºF ) ]
hf = 1 ( ºC ) – 32
32º < ºF < 110º
Existe un punto de referencia muy especial y es el punto focal, que se halla con temperatura de bulbo seco de 24 ºC y una humedad relativa del 50%, tal como se observa:
Con este punto se puede hallar el FCS ( factor de calor sensible ) que es la relación entre:
FCS = ( Calor sensible / Calor Total )
También se puede expresar como:
FCS = Calor Sensible / ( Calor Sensible + Calor Latente )
En otras palabras podemos decir que el FCS expresa el porcentaje de energía que se emplea para cambiar la temperatura de la mezcla en el proceso.
Recordemos que:
En una carta psicrométrica, podemos calcular los calores sensibles y latentes específicos, tal como se muestra:
El calor sensible específico, para este caso, va del punto A hasta el punto X, donde se mantiene constante la humedad absoluta ω; el calor latente va desde e punto X hasta el punto B, donde cambia ω, pero se mantiene constante la temperatura de bulbo húmedo.
El calor específico total trasferido en el proceso de A a B, viene dado por la diferencia de entalpías del punto B y el punto A.
Para hallar el FCS en el diagrama, se traza una línea paralela al proceso dado ( para el caso la línea que une los puntos A y B ) que inicie desde el punto focal y que intercepte a la escala FCS que está a la derecha de la cata tal como observa:
Ver videos:
UBICACIÓN DE PUNTOS Y PARAMETROS EN DIAGRAMA PSICROMETRICO
1.9. PROCESOS DE CLIMATIZACION USANDO LA CARTA PSICROMETRICA
Tengamos en cuenta las siguientes fórmulas que nos ayudarán en los cálculos:
En caso que se den valores como flujos de aire V ̇ en Mts3/Hr, se pueden hallar los flujos de masa de aire seco mediante la fórmula:
m ̇as = V ̇ / ν
Partimos de la primera ley de la termodinámica:
0 = Q – W + ( Σ Hm ) ENTRAN - ( Σ Hm ) SALEN
Donde:
Q: Es el calor en el volumen de control y es positivo cuando ingresa y negativo cuando sale del mismo.
W: Es el trabajo en el volumen de control y es negativo cuando se suministra y es positivo cuando sale del mismo.
Hm: Es el valor de las entalpias de las sustancias que entran y salen del volumen de control.
Ahora recordando la ecuación de la entalpía de la mezcla, podemos reemplazar en la ecuación general:
0 = Q – W + ( Hm1 + Hm2 + Hm3 + …Hmn )ENTRAN - ( Hma + Hmab + … + Hmn )SALEN
Si dividimos la anterior ecuación, por la masa de aire seco mas se tiene que:
0 = ( Q/ mas ) – ( W / mas ) + [( Hm1 + Hm2 + …Hmn )ENTRAN/ mas ] – [( Hma + Hmab + … + Hmn )SALEN / mas ]
0 = ( Q/ mas ) – ( W / mas ) + [( hm1 + hm2 +.. +hmn )ENTRAN ] – [( hma + hmab + .+ hmn )SALEN ]
OBS: Para ésta última ecuación, vemos que el calor, el trabajo y la entalpias especificas están un función de los kilogramos de aire seco.
Para un sistema dinámico se tiene que:
0 = Q ̇ – W ̇ + ( Σ H ̇m ) ENTRAN - ( Σ H ̇m ) SALEN
Las unidades anteriores son las de Potencia calorífica, potencia mecánica y entalpia en función del tiempo.
El valor del H ̇, se puede expresar como:
H ̇ = m ̇as * hm
Recordemos que el hm, está en función de la masa de aires seco, por tanto al multiplicarla por el flujo de masa de aire seco, queda en función del tiempo.
Por tanto la ecuación general queda:
0 = Q ̇ – W ̇ + [ ( m ̇ as1 * hm1 )+…+( ( m ̇ asn * hmn ) ] ENTRAN - [ ( m ̇ as1 * hm1 )+…+( ( m ̇ asn * hmn ) ] SALEN
1.9.1. PROCESO DE MEZCLA ADIABATICA DE FLUJOS AIRE
El comportamiento típico de este proceso lo podemos ver a continuación en la carta psicrométrica:
Partiendo de la ecuación de la primera ley de la termodinámica:
Q ̇ es la potencia calorífica que entra al sistema es positivo y el que sale del sistema es negativo.
m ̇as : Es el flujo másico de aire seco
hm: Es la entalpía específica de la mezcla
W ̇ es la potencia mecánica que entra al sistema es negativo y el que sale del sistema es positivo.
Se tiene:
Como no hay condensación, la masa de vapor de agua que entra así como la masa de aire seco, poseen los mismos valores a la salida, por tanto:
Para comprender el proceso, tengamos en cuanta el siguiente ejercicio: Se tiene un sistema, el cual, por un ducto 1 entra 1000 Mts3/hr un ducto, con 30º de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del 60%, y otro ducto 2 con condiciones de entrada 500 Mts3/Hr, con 20º de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del 40% se desea saber las condiciones de salida del aire.
Se ubican el punto de entrada del flujo 1 en la carta psicrométrica y se determinan sus propiedades o características:
Se ubican el punto de entrada del flujo 2 en la carta psicrométrica y se determinan sus propiedades o características:
Se hallan los flujos másicos de aire seco en las entradas 1 y 2:
Se halla el flujo másico de aire seco a la salida 3, mediante la formula:
Se halla ahora el valor de la entalpía específica en el punto 3 con la fórmula:
Se hallan los flujos másicos de vapor en las entradas 1 y 2 con las fórmulas:
Se halla el flujo másico de vapor de agua a la salida 3, mediante la formula:
Con los valores de ( mv) ̇3 y de ( mas) ̇3 se hallan el valor de ω3 con la fórmula:
Con los valores de ω3 y de hm3 , se encuentra el punto de salida 3 en el diagrama o carta Psicrométrica:
Ver video:
1.9.2. PROCESO DE ENFRIAMIENTO IDEAL SIN CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION
En este proceso, el aire pasa por una batería de enfriamiento o refrigeración, donde reduce su temperatura de bulbo seco, pero mantiene su humedad absoluta constante, porque no hay condensación. Para que esto pueda ser posible, la temperatura de la batería de enfriamiento debe ser mayor que la temperatura de rocío del aire de entrada
En una carta psicrométrica el proceso va de derecha a izquierda en línea horizontal sin tocar la curva de humead relativa del 100%, tal como se muestra en la figura:
De acuerdo a la primera ley de la termodinámica:
Considerando que en el proceso no hay adición ni extracción de potencia mecánica, la ecuación queda:
También hay que tener en cuenta que, como no hay condensación, entonces el flujo másica de aire seco que entra es el mismo que sale y lo mismo podemos decir del flujo másico de vapor de agua.
Por tanto, la ecuación de la potencia frigorífica del sistema queda:
Veamos el siguiente ejercicio: Se tiene un sistema, el cual extrae 6000 btu/hr ( 6326,1 kJ/Hr ) de calor en un ducto, con condiciones de entrada de 35º de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del 50%, con un flujo de 1000 mts3/hr. se desea saber las condiciones de salida del aire.
Se ubica el punto de inicio 1 con los valores de temperatura de bulbo seco de 35ºc y humedad relativa del 50% y se determinan sus propiedades:
Se hallan el flujo másico de aire seco en la entrada 1 que es el mismo de la salida 2 :
Se hallan el flujo másico de vapor en la entrada 1 que es el mismo de la salida 2:
Se hallan la entalpía de la salida 2 a partir de la fórmula:
Con los valores de ω2 y de hm2 , se encuentra el punto de salida 2 en el diagrama o carta Psicrométrica:
Ver video:
1.9.3. PROCESO DE ENFRIAMIENTO REAL SIN CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION CON FACTOR DE BYPASS
En este proceso, la mayor parte del aire pasa por una batería de enfriamiento o refrigeración, donde reduce su temperatura de bulbo seco, pero mantiene su humedad absoluta constate, porque no hay condensación; y otra parte de ese flujo no pasa por la batería de enfriamiento, por lo cual NO es tratado y por consiguiente, se mezcla con el aire tratado haciendo una mezcla de flujo, que hace que la temperatura de salida del aire se incremente un poco.
Podemos observar el proceso en la carta psicrométrica a continuación:
En la carta anterior, se observa que el punto de salida del aire, por efectos de su mezcla con aire no tratado se desplaza de un temperatura menor en 2 a un temperatura mayor en 3; y mientras más filtraciones tenga la batería de enfriamiento, más se desplaza el punto 3 hacia la derecha.
Por la anterior razón, hay que analizar al concepto de Factor de Bypass o FB. El factor de bypass o FB es una manera de indicar la efectividad de una batería de calefacción o de refrigeración. Un valor bajo indica una alta efectividad de la batería. Su fórmula general es:
También se pude expresar como:
Donde:
T OUT : Temperatura seca aire que sale ( tratado y no tratado.
T BAT : Temperatura batería de enfriamiento
T IN : Temperatura del aire que entra
Observando en la carta psicrométrica:
Para analizar el proceso, partimos de la primera ley de la termodinámica:
Sabiendo que no se añade ni extrae potencia mecánica en el proceso:
Como en el proceso no hay condensación, entonces los flujos másicos de aire seco y vapor se mantienen constantes:
Para hallar la temperatura de bulbo seco se usa la fórmula:
La fórmula de la potencia calorífica Q ̇ queda:
Este valor de potencia calorífica Q ̇ se refiere a la potencia frigorífica de la batería de refrigeración o potencia frigorífica del equipo.
Para comprender mejor, realicemos el siguiente ejercicio: Se tiene una batería de refrigeración a una temperatura de 25º C en un ducto, con condiciones de entrada de 40º de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del 40%, con un flujo de 100 mts3/hr. se desea saber las condiciones de salida del aire, con un factor de bypass FB de 0,2 y el calor retirado al aire y la potencia frigorífica requerida por el equipo
Se ubica el punto de inicio 1 con los valores de temperatura de bulbo seco de 40ºc y humedad relativa del 40% y se analizan sus propiedades:
Se ubica el punto 2 con los valores de temperatura de batería de 25ºc y humedad absoluta de 0,0187 kg/kgas y se analizan sus propiedades
Se hallan el flujo másico de aire seco en la entrada 1 que es el mismo de la salida 3:
Se hallan el flujo másico de vapor de agua en la entrada 1 que es el mismo de la salida 3:
Recordemos que el valor de la humedad absoluta ω en el punto 1 es igual a la del punto 3, por tanto:
Se sabe que la temperatura 2 es la misma temperatura de la batería de refrigeración, por tanto, se calcula el valor de la temperatura de salida 3 con la fórmula:
Se ubica el punto 3 con los valores de temperatura de bulbo seco de 28ºc y humedad absoluta igual a la del punto 1 de 0,0187 kg/kgas y se analizan sus propiedades
Se halla el calor retirado del aire desde la entrada 1 a la salida 3 con la fórmula:
Para hallar el flujo volumétrico a la salida 3 se hace con la fórmula:
Ver video:
1.9.4. PROCESO DE ENFRIAMIENTO IDEAL CON CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION
En este proceso, todo el aire pasa por una batería de enfriamiento o refrigeración, donde reduce su temperatura de bulbo seco, y llega a una humedad relativa del 100%, donde se produce la condensación. Para que este proceso sea posible, la temperatura de la batería de refrigeración, debe ser menor que la temperatura de rocío del aire que entra.
Podemos ver el proceso en la carta psicrométrica, tal como se observa:
Analizando la primera de la termodinámica:
Teniendo en cuenta que no hay ni se extrae potencia mecánica del sistema:
Tengamos en cuanta que la masa de aire seco que entra, es la misma que sale, por tanto:
Con relación con las masas de vapor que entra y sale, así como el flujo másico de condensado, se tiene:
La fórmula de la potencia calorífica Q ̇ queda:
Este valor de potencia calorífica Q ̇ se refiere a:
La potencia calorífica perdida por el aire desde la entrada 1 a la salida 2.
La potencia frigorífica absorbida por la batería de refrigeración o potencia de enfriamiento del equipo
Veamos el siguiente ejercicio: Se tiene un aire acondicionado en el cual entra aire al evaporador a 600 Mts3/hr, con 30º de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del 80%, y sale a 14º de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del 100% se desea saber la potencia frigorífica del evaporador, el flujo de agua condensada
Se ubica el punto de inicio 1 con los valores de temperatura de bulbo seco de 30ºc y humedad relativa del 80% y se analizan sus propiedades
Se ubica el punto de inicio 2 con los valores de temperatura de bulbo seco de 14ºc y humedad relativa del 100% y se analizan sus propiedades
Se hallan los flujos másicos de aire seco en las entradas 1 y 2, que son el mismo valor:
Se hallan el flujo másico de vapor a la entrada 1 y salida 2 con las formulas:
Se halla el flujo másico de liquido condensado con la formula:
Para hallar el calor retirado por el evaporador al aire se hace con la fórmula:
Ver video:
1.9.5. PROCESO DE ENFRIAMIENTO REAL CON CONDENSACION O DESHUMIDIFICACION Y FACTOR DE BYPASS
En este proceso, la mayor parte del aire pasa por una batería de enfriamiento o refrigeración, donde reduce su temperatura de bulbo seco, y llega a una humedad relativa del 100%, donde se produce la condensación; pero otra cantidad de aire, no pasa por la batería de enfriamiento, mezclándose con el aire tratado, lo que incrementa la temperatura del mismo. Para que este proceso sea posible, la temperatura de la batería de refrigeración, debe ser menor que la temperatura de rocío del aire que entra.
Este comportamiento lo podemos ver en la carta psicrométrica:
Para el análisis del factor de bypass, que es una manera de indicar la efectividad de una batería de calefacción o de refrigeración. Un valor bajo indica una alta efectividad de la batería. Se parte de :
Donde:
TOUT : Temperatura seca aire que sale.
TSAT : Temperatura seca del aire que sale tratado saturado
TIN : Temperatura seca del aire que entra.
De acuerdo a la situación presentada:
A partir de la fórmula anterior, podemos obtener la temperatura de bulbo seco de salida 3, ahora falta ubicar otra propiedad para poder ubicar el punto en la carta psicrométrica, para ello hacemos el siguiente análisis a partir de las humedades absolutas:
Pero tengamos en cuenta que:
Reemplazando se tiene que:
Partiendo de la ecuación de la primera ley de la termodinámica:
Como no hay perdida de aire ni adición de aire
externo:
La temperatura de salida 3 se halla despejando de la fórmula del FB:
La fórmula de la potencia calorífica absorbida por la batería de refrigeración aire Q ̇ queda:
Analicemos el siguiente ejercicio: Se tiene un aire acondicionado en el cual entra aire al evaporador a 600 mts3/hr, con 30º de temperatura de bulbo seco y humedad relativa del 50%, la temperatura de la batería de congelación es de 14 grados centígrados, se desea saber la potencia frigorífica del evaporador, el flujo de agua condensada, las condiciones de salida 3, con un FB de 0,2.
Se ubica el punto de inicio 1 con los valores de temperatura de bulbo seco de 30ºc y humedad relativa del 50% y se analizan sus propiedades
Se ubica el punto 2 con los valores de temperatura de bulbo seco de 14ºc y humedad relativa del 100% y se analizan sus propiedades
Se halla el flujo másico de aire seco en la entrada 1 y salida 3 con la fórmula:
Se halla el flujo másico de vapor de agua en la entrada 1:
Se halla la temperatura de la mezcla a la salida en el punto 3 a partir del FB:
Se halla la humedad absoluta ω del punto 3 con la fórmula:
Con el valor de la temperatura de bulbo seco en el punto 3 así como el valor de su humedad absoluta, se ubica el punto 3 en la carta psicrométrica
Se halla el flujo másico de vapor de agua en la salida 3:
Se halla el flujo másico de condensado con la fórmula:
Se halla el valor del calor retirado de la mezcla con la fórmula:
Se halla el flujo volumétrico en la salida 3 con la fórmula:
Ver video:
ENFRIAMIENTO DE AIRE REAL CON DESHUMIDIFICACION CON FACTOR DE BYPASS EN CARTA PSICROMETRICA
1.9.6.TORRES DE ENFRIAMIENTO
El objetivo de las torres de enfriamiento es el de reducir la temperatura del fluido, para después volver a ser utilizado, como por ejemplo en la condensación de refrigerante de unidades industriales de refrigeración.
Para el análisis se tiene que:
0 = a1 hm1 + f3 hf3 - mf4 hf4 - a2 hm2 Ecuación 1
0 = a1 ( ha1 + 1 hv1 ) + ( f3 hf3 ) – ( f4 hf4 ) - a2 ( ha2 + 2 hv2 )
Se tiene presente que:
ma1 = ma2 = ma
El agua que se evapora durante el proceso es ( f3 - f4 ), dicha agua evaporada se adiciona a la masa de vapor que trae el aire a la entrada del proceso. Por tanto se puede concluir que:
Dividiendo la ecuación 1 entre a, se tiene que:
1.10. USO DE LA CARTA PSICROMETRICA PARA DETERMINAR EL ESTADO DE LIMPIEZA DE UN EVAPORADOR
Hagamos los siguientes pasos:
1) Se pone a operar el equipo por 20 minutos aproximadamente, deje el set point en mínima temperatura y abra puertas y ventanas para máxima carga térmica del equipo.
Obs: Asegúrese que el equipo tenga condensación para ejecutar la prueba y tome las medidas de presión de succión y de corriente del equipo.
2)Tenga disponible un instrumento anemómetro – psicrómetro o un anemómetro y un psicrómetro para obtener las medidas de:
*Temperatura de bulbo seco (DB ).
*Humedad relativa ( RH o φ )
*Velocidad del aire
3) Se toman las medidas de temperatura de bulbo seco y humedad relativa a la entrada del evaporador, asi como la velocidad del aire en Mts/Seg a la entrada del mismo con ayuda de los instrumentos especificados anteriormente
4)Se toman las medidas de temperatura de bulbo seco y humedad relativa a la salida del evaporador, y si lo desea, la velocidad del aire a la salida del mismo como valor de comprobación de flujos
5) Se toman las medidas de las dimensiones de la superficie de entrada del aire en el evaporador con el fin de hallar el flujo volumétrico V ̇IN en Mts3 /Hr, con la fórmula:
En este caso, el caudal volumétrico da casi igual al especificado por el fabricante; caudales bajos indican sucio en los filtros.
6) Con los valores del flujo volumétrico V ̇IN 2160 Mts3 /Hr, la temperatura de bulbo seco en 28 Grados Celsius y la humedad relativa a la entrada del evaporador en 60%, en la carta psicrométrica se ubica este punto en la carta de ATECYR
7)Con los valores de la temperatura de bulbo seco de 18 Grados Celsius y la humedad relativa de 84% a la salida del evaporador y teniendo en cuenta que se hace un proceso de enfriamiento con deshumidificación en la carta psicrométrica se ubica este punto en la carta de ATECYR
Para interpretar el grafico tenga en cuenta:
La temperatura mínima de batería de refrigeración según diagrama, debe ser igual o ligeramente mayor a la temperatura de evaporación.
Un equipo limpio y con pocas filtraciones debe tener un FB menor de 0,2; factores de bypass mayores a 0,2 indican exceso de filtraciones, evaporador o filtros sucios u obstruidos.
Un equipo limpio y con pocas filtraciones debe tener una humedad relativa de salida ,mayor de 90%. Equipos con humedad relativa de salida menor del 90% y FB mayor de 0,2, indican que se debe hace mantenimiento de limpieza y revisión de carga de refrigerante.
Lo potencia total calculada debe estar dentro de un 10% mas o menos de la capacidad de refrigeración en placas del equipo.
Ver video:
FIN
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