Psicrometria Usp

PRACTICA Nº1 TEMA

: PSICROMETRIA

I

OBJETIVO:

1.1

OBJETIVOS GENERALES: Reconocer los aspectos fundamentales del estudio de las propiedades termodinámicas de psicrometría, presencia de humedad en el aire u otros gases.

1.2

OBJETIVOS ESPECIFICOS:  Determinar la humedad relativa

presente en una mezcla, en la atmósfera, a

condiciones normales mediante un psicrómetro de bulbo seco y bulbo húmedo.  Reconocer valores de estado como punto de rocío, punto de escarcha, humedad relativa, humedad absoluta y presiones parciales.  Leer correctamente Diagramas psicrométricos.

II

TIEMPO: 3 horas

III

FUNDAMENTO TEORICO: PUNTO DE ROCIO: Es la temperatura a la cual una muestra de aire húmedo se satura. Si la muestra sé enfría por debajo del punto de rocío el vapor de agua se condensa. Este fenómeno es la base de los sensores ópticos de condensación. PUNTO DE ESCARCHA: Si la medición de la temperatura esta debajo del punto de congelación del agua, esto es el punto de rocío esta debajo del punto de congelación del agua, entonces el equilibrio es entre la presión de vapor de hielo, que es algo menor que la del agua, esto es el punto de escarcha, es un poco superior que el punto de rocío. Si se conocen la Humedad relativa y la Temperatura de Bulbo seco se puede calcular el punto de rocío calculando primero la presión de saturación del vapor a la temperatura

del bulbo seco y después multiplicando por la humedad relativa para obtener la presión parcial de vapor Pws Para puntos de rocío en el rango desde 0°C y 100°C se aplica la siguiente formula: Td = 110.45 +( 2.32 * ) + ( 1.21 * 2 ) +( 33.19* 3 ) +( 0.17 *Pw0.184 ) Para Puntos de rocío por debajo de los 100°C: Td = 90.12 + (26.412 *  ) + (0.8927 * 2) Donde para ambas expresiones Td = punto de rocío en °F  = Ln ( Pw)

, donde Pw en psia.

RELACION DE VOLUMEN (PPMv) Es la relacion entre el volumen de agua y el volumen de aire seco ( Vw/Vd) , como la relacion de volúmenes de una mezcla de gases es igual a la relacion entre las presiones parciales , la relacion de volumen puede expresarse como: VR = Pw / Pd , P = Pw + Pd Como la presión total es la suma de las presiones parciales , la presión del aire seco puede calcularse conociendo la presión de vapor y la presión ambiente que suponemos es 1 atm. Se obtiene la magnitud PPMv multiplicando la relación entre estos valores por 1 millón. RELACION DE HUMEDAD (PPMw) Es la relacion entre la masa de vapor de agua y el aire seco . Para calcular este valor se multiplica la relacion de volumen por los pesos moleculares. W = ( Mw/ Md) = ( 18.01*Pw )/ ( 28.96* Pd ) Por ejemplo se podrá combinar la relacion de volumen con la lectura de un caudalimetro para calcular la masa de vapor de agua que fluye por un conducto por unidad de tiempo

PSICROMETRIA: Es el estudio de las propiedades termodinámicas de los gases húmedos mientras que humedad se refiere simplemente a la presencia de vapor de agua en el aire u otros gases. Mucho del estudio de la mezcla de vapor con el aire seco se aplica también a otros gases ya que las propiedades termodinámicas del vapor de agua son aproximadamente independientes del gas de transporte. Además como la composición del aire atmosférico es relativamente constante el aire seco como una masa homogénea con peso molecular 28.96, el peso molecular del agua es 18.01.Análisis de la composición del aire a nivel del mar. PRESION PARCIAL: Las leyes de los gases dicen que la presión total de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales de los gases constituyentes. también , la relacion de los volúmenes son iguales a las relaciones de sus Presiones parciales. Por ejemplo : la presión atmosférica es la suma de las presiones parciales del aire seco y el vapor de agua. PAtm. = P = Paire + P agua PRESION DE VAPOR DE AGUA Cuando la mezcla de aire y vapor de agua esta en equilibrio con el agua liquida o el hielo se considera que esta saturada (100% de humedad) El valor de la presión en ese caso es la presión de vapor de agua. HUMEDAD RELATIVA Es la relación entre la presión parcial de vapor sobre la presión de saturación del vapor a la temperatura de bulbo seco. RH = Pws (Tseco) / Pws( T) Donde el numerador Pws (Tseco) es la presión de saturación e en el punto de rocío y el denominador Pws( T) es la presión de saturación a la temperatura de bulbo seco . La humedad relativa es dependiente de la temperatura y el contenido de agua pero independiente de la presión total.

La medición de la humedad relativa consiste en la relacion entre la presión parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la presión de saturación del vapor , a una temperatura dada. Por lo tanto la humedad relativa es función de la temperatura. La medición es expresada como un porcentaje . La humedad relativa es un parámetro utilizado principalmente en aplicaciones de acondicionamiento de aire o mediciones metereologicas ya que afectan al confort humano .La medición de la Humedad relativa puede hacerse con sensores basados en : psicometría , desplazamiento , resistivos ,capacitivos ,etc. TEMPERATURA DE BULBO SECO: Es la indicada por un termómetro ordinario introducido en una mezcla (aire) TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO: Es la que indica un termómetro cubierto con un material saturado de líquido después de haber alcanzado el conjunto una evaporación en equilibrio con la mezcla. Se dice que una mezcla gas-vapor esta saturada cuando una reducción en la temperatura hace que se condense parte del vapor. Por consiguiente existe una mezcla saturada en el punto de rocío y la presión parcial del vapor en tal mezcla es la presión de saturación a la temperatura de la mezcla.

BULBO SECO

BULBO HUMEDO, MECHA SATURADA CUBIERTA DE ALGODÓN HUMEDO

HUMEDAD ESPECIFICA (w): Es la relación entre la masa de vapor a la del gas no condensable. Para las mezclas aireagua-vapor se tiene: (w) = 0.622 Pws (Tseco)/ Paire

HUMEDAD ABSOLUTA (Y’) Es la relación entre la masa de vapor / masa del gas. Si la cantidad esta en moles, la relación es conocida como Humedad absoluta molar Y. VOLUMEN ESPECÍFICO (V) Es el volumen en pie cubico de 1 Lb de gas seco y el vapor que lo acompaña a la t y P reinantes. Para una mezcla de humedad absoluta Y’, tenemos : V = ( 1/29) + (( Y / 18) * ( 0.082 * T /P)) m3/ Kg de aire Donde: P en atmosferas T en ° K Y es humedad absoluta en Kg de agua/Kg de aire seco CALOR ESPECIFICO ( C) Se calcula mediante la formula: C = 0.24 + (0.46*Y)

Kcal/ kg °C

ENTALPIA ESPECIFICA: (He) Es la suma de calor sensible de 1 Kg. De gas y el calor latente de vaporización del vapor que contiene a la temperatura que se refieran las entalpias: He = C ( t – t0 ) + Y Para el caso del aire húmedo: He = (0.24 + 0.046 Y) t + (597.2 * Y ) Kcal/Kg IV

PSICROMETRIA DE BULBO HUMEDO/BULBO SECO. La psicometría desde hace un tiempo es uno de los métodos más populares para el monitoreo de la humedad. Un psicrómetro consta de un par de termómetros acoplados, uno de los cuales opera en estado húmedo. Cuando el dispositivo funciona la evaporación del agua enfría el termómetro humedecido, resultando una diferencia medible con la temperatura ambiente o la temperatura de bulbo seco. Cuando el bulbo húmedo alcanza su máxima caída de temperatura la humedad puede determinarse comparando la temperatura de los dos termómetros en un Diagrama Psicrometrica.

V.

EQUIPOS Y MATERIALES: 01 psicrómetro 02 Termocuplas, uno para TBH y otra para TBS. 01 Fuente de 12 V. 01 Diagrama Psicrométrico. 01 Malla o Porción de Yute 01 Multímetro 01 Cocina 01 Vaso precipitado

VII

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS POR CONSIGNAR: Se realizarán 06 tipos de ensayos distintos con el psicrómetro, para esto en el ducto de entrada se debe colocar el yute, bajo distintas condiciones, esto es: -

Yute a condiciones normales.

-

Yute humedecido con agua a condiciones normales.

-

Yute seco empapado con hielo.

-

Yute humedecido con agua helada.

-

Yute seco calentado con una cocina

-

Yute humedecido con agua caliente

Con la finalidad de poder simular distintas condiciones ambientales. El procedimiento será el siguiente para cada uno de los 06 ensayos: 1. Verificar el estado de los termistores , y mojar una pequeña porción de algodón y cubrir uno de los termistores 2. Conectar los bornes del motor del ventilador del psicrómetro a la batería de 12 V. 3. Instalar el yute en el ducto de entrada del psicrómetro. 4. Dejar que se estabilice el régimen de trabajo del ventilador del psicrómetro un promedio de 5 minutos. 5. Tomar los valores de las resistencias que consigna cada termistor y compararlos con las curvas patrones del psicrómetro. 6. Tomar tres valores y sacar un promedio. 7. Realizar los 05 Ensayos y llenar el siguiente cuadro:

CUADRO N° 01 VALORES Ensayo 01 Ensayo 02 Ensayo 03 Ensayo 04

VIII

TBS ( °C) 22 21 22 23

TBH ( °C) 20 18 19.5 20

CUESTIONARIO: 1. Para cada uno de los ensayos, con la ayuda de una Carta Psicrometrica determinar: -

Humedad Relativa.

-

Humedad Absoluta

-

Temperatura de rocío.

-

Humedad de saturación por enfriamiento adiabático.

-

Humedad de la saturación a la temperatura que se encuentra

-

Calor especifico.

-

Volumen especifico

-

Entalpía especifica

YUTE N°1 Mojado con agua TBS=22°C TBH=20°C

YUTE N°2 Solo con hielo TBS=21°C TBH=18°C

YUTE N°3 Empapado con Hielo TBS=22°C TBH=19.5°C

YUTE N°4 Mojado con agua caliente TBS=23°C TBH=20°C

2. En función a los resultados obtenidos, ¿Como varían el TBS y TBH en función a las condiciones ambientales simuladas? Estas pérdidas de calor provocan una disminución en la temperatura. La diferencia entre estas dos temperaturas dependerá del grado de saturación del aire. Entre más humedad contenga, la diferencia será menor, y en condiciones de saturación, la temperatura de bulbo seco será igual a la de bulbo húmedo. Con el conocimiento de estas dos temperaturas es posible calcular el valor de la humedad relativa.

3. ¿Por qué desciende la temperatura en el termómetro de Bulbo húmedo? La temperatura de bulbo húmedo se determina cubriendo el bulbo de un termómetro con franela o con un trapo húmedo y haciendo pasar aire rápidamente; en esta forma la humedad comienza a evaporarse. La temperatura del agua y el aire circundante baja proporcionalmente a la evaporación ocurrida. Si está seco el aire que rodea el termómetro la evaporación es rápido y el descenso de temperatura es grande, por si el contrario si el aire esta húmedo la evaporación es lenta y por lo tanto la diferencia de temperatura entre el bulbo seco y húmedo es pequeña. Si el aire está saturado no habrá evaporación ni bajará la temperatura

En el bulbo húmedo del psicrómetro, se establecen dos flujos de calor, uno que entra, que corresponde al calor sensible debido al contacto con el aire y otro latente hacia el exterior provocado por la evaporación del líquido presente en la gasa. En un proceso continuo, todo el calor transferido hacia la gasa se utiliza para vaporizar la masa del líquido Para determinar el calor necesario para causar la evaporación, se toma del calor sensible que contiene el agua depositada en la gasa disminuyendo en temperatura. Durante el proceso de evaporación

el calor sensible se forma en calor latente de

vaporización 4. ¿Cuáles son los factores que intervienen o influyen en el incremento o disminución del TBS y el TBH? La temperatura del bulbo seco es la medida del calor sensible del aire y la temperatura de bulbo húmedo es la cantidad de calor total contenido en el aire, por lo tanto los factores que influyen el incremento y disminución de la temperatura es el calor sensible y latente Calor sensible: Es la cantidad de calor que hace falta aportar a un fluido para modificar su temperatura, sin cambiar de fase. Calor latente: Es la cantidad de calor que hace falta aportar a un fluido para hacerlo cambiar de fase (por ejemplo, la vaporización o la condensación). 5. ¿Qué significado tienen las HR obtenidas en función a las condiciones simuladas. ? La humedad relativa es una medida de la cantidad de agua en el aire comparada con la cantidad de agua que el aire puede sostener a la temperatura existente cuando se mide Cuando el aire es más caliente, mayor cantidad de agua puede sostener. El punto de condensación es la medida de cuanto vapor de agua hay realmente en el aire. 6. ¿Cuál es la diferencia entre punto de rocío y TBH? La temperatura de rocío indica la cantidad de humedad contenida en el aire. Es la temperatura a la cual el aire se satura cuando se enfría suponiendo que no hay aumento ni disminución de humedad. Si el aire se enfría a una temperatura menor que la del rocío empieza la condensación La temperatura de bulbo húmedo indica la cantidad de calor total contenido en el aire se expresa en grados Fahrenheit o centígrados. 7. Podría Ud. suponer a que condiciones ambientales o climáticas del Perú corresponden cada uno de los valores obtenidos en los distintos ensayos. ? Estas condiciones ambientales que obtuvimos en los ensayos se parecen mucho a las que tenemos en la costa norte de nuestro país en la estación de invierno comparando resultados con la web del senamhi. 8. ¿Por qué en la costa hay mayor porcentaje de vapor de agua que en la sierra?

Altura: a mayor altura existe una menor presión. Esto se explica porque a mayor altura, existe una cantidad inferior de moléculas, es decir, el aire es menos denso. Por esta menor densidad, el peso del aire es menor, por lo tanto, allí la atmósfera ejerce menor presión. Un hecho común donde se puede detectar esta variación, es en la ebullición de los líquidos, a distinta altura. Por ejemplo: si se toma una cantidad de agua y se hierve en Santiago, esto demora un tiempo determinado; pero si la misma cantidad se hierve en una ciudad que está a 3.000 metros de altura, el tiempo será menor. Esto se basa en que en la ebullición de un líquido se debe lograr cierta presión y esta debe igualar o superar el valor de la presión atmosférica.

Temperatura: cada vez que las masas de aire se calientan por un aumento de la temperatura, se hacen menos densas y esto determina que el aire ascienda, provocando una disminución en la presión atmosférica. Este fenómeno provoca zonas de la atmósfera con mayor presión y otras de menor, generándose movimientos de aire, es decir, los vientos. 9. Definir : -

Humedad Relativa. La humedad relativa es la aquella que contiene una masa de aire, en relación con la máxima humedad absoluta que podría admitir sin producirse condensación, conservando las mismas condiciones de temperatura y presión atmosférica.

-

Humedad Absoluta El término "humedad absoluta" (ha), se refiere al peso del vapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio de un metro cúbico (o un pie cúbico). En este espacio, normalmente hay aire también, aunque no necesariamente.

-

Temperatura de rocío. es la temperatura a la que una muestra de aire húmedo en las mismas condiciones de presión alcanza la saturación de vapor de agua. En este punto de saturación, el vapor de agua comenzaría a condensarse en agua líquida o (si estuviera por debajo del punto de congelación) en escarcha, al continuar quitando calor.

-

Calor especifico. es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad, ésta se mide en varias escalas. En general, el valor del calor específico depende del valor de la temperatura inicial.

-

Volumen especifico

es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es el inverso de la densidad, por lo cual no dependen de la cantidad de materia. -

Entalpía especifica es una propiedad que aparece tabulada en tablas termodinámicas y a partir de ella se puede determinar el valor de la energía interna específica cuando esta no aparece en las tablas. Como el volumen y la energía interna, la entalpía es una propiedad extensiva; por ende, la entalpía específica o entalpía molar es intensiva.

IX CONCLUSIONES:

 Se logró efectuar las mediciones de temperatura de bulbo seco y húmedo por el psicrómetro de flujo continuo.  Se logró hallar las propiedades termodinámicas con la carta psicrométrica.  Los valores de las propiedades termodinámicas del aire aumentan cuando se realizan a alturas elevadas a nivel del mar.

X

BIBLIOGRAFÍA : -

UNI .Laboratorio del Ingeniero Mecánico II.

-

PUCP. Laboratorio de Termodinámica.

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Robert Guevara. Apuntes del Curso de Laboratorio de Energía I.

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Daniel Herencia : Refrigeración y Aire acondicionado

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Calderón Torres. Apuntes del Curso de Termodinámica II. Giovanni Zucchi . Apuntes del Curso de Termodinámica.