Psicrometría: Estudio de las Propiedades Termodinámicas del Aire Húmedo, Guías, Proyectos, Investigaciones de Ingenieria Eléctrica

¡Descarga Psicrometría: Estudio de las Propiedades Termodinámicas del Aire Húmedo y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Ingenieria Eléctrica solo en Docsity!

a

Instrumentos y Sistemas de Medida

Unidad 2

Introducción

Teniendo en cuenta la importancia de los instrumentos dentro de la ingeniería, es im- portante el estudio de cada fenómeno o elementos para ser entendidos y a la vez mani- pulados. Es por ello que nos introducimos en lo que es el estudio del aire, el elemento más importante y fundamental para los seres vivos (Oxígeno); así también es importante para ciertas máquinas como procesos dentro de la industria u otras actividades. La Psicrometría es la ciencia encargada del estudio de las propiedades termodinámicas del aire húmedo y el uso de estas propiedades para analizar condiciones y procesos que involucran aire húmedo. En esta unidad, se espera que el estudiante pueda adquirir los conocimientos por medio de los datos como temperatura, humedad y punto de roció el cálculo de la presión atmosférica, entalpía y volumen específico..

Objetivos

General

• Aplicar los principios básicos de la psicrometría en el campo de la ingeniería.

Específicos

• Conocer los temas de estudio de la psicrometría.
• Comprender las características de los principios de la psicrometría.
• Identificar los instrumentos adecuados para la medición en la psicrometría.
• Relacionar las áreas de la ingeniería donde son aplicables dichas mediciones.

A nivel del mar, cada litro de aire pesa 1,3 gramos.

Definición de Aire Seco

Por sus dimensiones y por los procesos físico-químicos que se produjeron, el planeta Tierra posee hoy una capa gaseosa que lo envuelve (aire atmosférico), la que constituye la atmósfera de la Tierra y es esencial para las formas de vida que se encuentran en ella. El aire atmosférico se compone de una mezcla de gases, vapor de agua y una mezcla de contaminantes, tales como humo, polvo, y otros elementos gaseosos que no están presentes normalmente, en lugares distantes de las fuentes de contaminación. Por definición, existe aire seco cuando se ha extraído todo el vapor de agua y los con- taminantes del aire atmosférico. Mediante extensas mediciones se ha demostrado que la composición del aire seco es relativamente constante, si bien el tiempo, la ubicación geográfica y la altura determinan pequeñas variaciones en la cantidad de componentes. La composición porcentual, en volumen o número de males por 100 moles de aire seco, aparece en el cuadro 1. Cuadro 1: Composición del Aire Seco. Fuente: Libro de Soisson, (2008)

2.2 Características

Hay diversas características termodinámicas fundamentales ligadas a las propiedades del aire húmedo. Hay dos propiedades independientes, además de la presión atmosfé- rica necesaria para establecer el estado termodinámico del aire húmedo. Tres propiedades se relacionan con la temperatura: a) Temperatura de bulbo seco; b) Temperatura termodinámica de bulbo húmedo; c) Temperatura del punto de rocío.

Algunas propiedades termodinámicas caracterizan la cantidad de vapor de agua pre- sente en el aire húmedo: a) Presión de vapor; b) Razón de humedad; c) Humedad relativa; d) Grado de saturación. Otras propiedades de fundamental importancia, relacionadas con el volumen ocupado por el aire y con la energía del aire, respectivamente, son: a) El volumen específico, b) La entalpía. La entalpía y el volumen específico Son propiedades de la mezcla de aire seco y vapor de agua, pero para mayor comodi- dad se expresan sobre la base de una unidad de masa de aire seco. La temperatura psicrométrica de bulbo húmedo. (Tbh) No es una propiedad termodinámica de la mezcla de aire seco y vapor de agua y se tratará separadamente. Temperatura de bulbo seco (T) La temperatura de bulbo seco, es la verdadera temperatura del aire húmedo y con fre- cuencia se la denomina sólo temperatura del aire; es la temperatura del aire que marca un termómetro común. Temperatura de punto de rocío (Tpr) La temperatura de punto de rocío es la temperatura a la cual el aire húmedo no saturado se satura, es decir, cuando el vapor de agua comienza a condensarse, por un proceso de enfriamiento, mientras que la presión y la razón de humedad se mantienen constan- tes. Temperatura termodinámica de bulbo húmedo (T)* La temperatura termodinámica de bulbo húmedo, es la temperatura de equilibrio que se alcanza cuando la mezcla de aire seco y vapor de agua pasa por un proceso de enfria- miento adiabático hasta llegar a la saturación. Presión de vapor (Pv) La presión de vapor, es la presión parcial que ejercen las moléculas de vapor de agua presentes en el aire húmedo. Cuando el aire está totalmente saturado de vapor de agua, su presión de vapor se denomina presión de vapor saturado (PVS). Razón de humedad (razón de mezcla) (W) La razón de humedad del aire, se define como la relación entre la masa de vapor de agua y la masa de aire seco en un volumen dado de mezcla. Algunos autores confunden los términos razón de humedad y humedad absoluta; la humedad absoluta, denominada

Se entiende por estado de equilibrio la situación en que el flujo de energía del aire al bulbo del termómetro es igual a la energía necesaria para la evaporación de la humedad. En ese estado de equilibrio, a partir de un balance de energía, se puede escribir la ecua- ción siguiente Pv = PVS,bh - a1 P(T-Tbh) ec.1; en que a1 se denomina constante psicrométrica, y depende de la temperatura, de la geometría del bulbo del termómetro y de la velocidad del aire. Varios investigadores determinaron empíricamente los valores de la constante psicrométrica, con los siguien- tes resultados: a1 = 0,000662 °C- 1 - para psicrómetros con sistema de movimiento de aire (aspiración) de tipo ASSMANN, donde la velocidad del aire es mayor que 3 mis. a1 = 0,000800 °C- 1 - para psicrómetros sin aspiración de aire, instalado en una caseta meteorológica, donde la velocidad del aire es del orden de 1 m/s. a1 = 0,00120 °C (-1) - para psicrómetros no ventilados, es decir, aire sin movimiento (en reposo). Las propiedades termodinámicas de la mezcla de aire seco y vapor de agua que cons- tituyen el aire atmosférico, se pueden presentar adecuadamente en forma de gráfico, con el nombre de gráfico psicométrico, el cual se construye según una presión atmos- férica determinada, aunque suele haber curvas de corrección para otras presiones.

2.4 Aplicaciones

Hay diferentes gráficos psicrométricos en uso. Ellos difieren en cuanto a la presión ba- rométrica, la banda de temperaturas, número de propiedades comprendidas, elección de las coordenadas y temperatura de referencia para la entalpía. El de uso más fre- cuente en EE.UU. es aquél en que la razón de humedad o la presión de vapor, que es una de las coordinadas, se gráfica en función de la temperatura de bulbo seco, y en que la otra coordenada que se escoge para la construcción (coordenada oblicua) es la en- talpía. En Europa en cambio, se usa el gráfico de MOLLIER, cuyas coordenadas son la razón de humedad y la entalpía. En las Fi- guras 2 y 3 se ven gráficos psicométri- cos de temperaturas normales y tempera- turas elevadas, cons- truidos con presión at- mosférica normal. Figura 2. Fuente: Libro de Soisson, (1998)

Figura 3. Libro de Soisson, (1998) En el gráfico psicrométrico, una vez elegidos las coordenadas, las demás propiedades aparecen como parámetros. Dos propiedades independientes cualesquiera, incluso la temperatura psicométrica de bulbo húmedo, fijan el estado de la mezcla (punto de es- tado). La Figura 4 muestra en forma esquemática las líneas que representan las propiedades termodinámicas del aire húmedo en el gráfico psicométrico.

Para complementar los conocimientos, se propone que se determinen las propiedades termodinámicas del aire en los puntos de estado constante del Cuadro 3, utilizando el gráfico psicométrico. Cuadro 3. Fuente: Libro de Soisson, (1998)

Video

• Salvador FI Facultad de ingeniería. (2021) Video institucional. Psicrometría, Pro- piedades y su Significado |Diagrama Psicrométrico| Salvador FI [Archivo de Ví- deo]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=kCZ3fWoD5YY
• Salvador FI Facultad de ingeniería. (2021) Video institucional. Temperatura de Bulbo Seco y Bulbo Húmedo |Psicrometría| Salvador FI [Archivo de Vídeo]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=ynzBXPK7YY

Referencias Bibliográficas

1 - Bibliografía Básica

• ENRÍQUEZ HARPER, G.(2009) El ABC de la Instrumentación en el control de procesos industriales, Limusa. México, 292 pág.

2 - Bibliografía Complementaria

• SOISSON, H. (1998), Instrumentación industrial, Tercera Edición, Prentice Hall, México, 550 pág.

3 - Biblioteca Virtual UPAP

• VILLALOBOS, G. (2006), Medición y control de procesos industriales, Ed. Insti- tuto Politécnico Nacional, México, recuperado de https://elibro.net/es/ereader/bi- blioupap/