Termodinámica y Máquinas Térmicas

Transcripción

1 Termodinámica y Máquinas Térmicas Tema 08. Psicometría Inmaculada Fernández Diego Severiano F. Pérez Remesal Carlos J. Renedo Estébanez DPTO. DE INGENIERÍ ELÉCTRIC Y ENERGÉTIC Este tema se publica bajo Licencia: CreaKve Commons BY NC S 3.0

2 T2.- TERMODINÁMIC Psicrometria, Calidad Y MÁQUINS del ire TÉRMICS y Confort T 08.- Psicrometría Objetivos: Este tema está destinado a conocer las propiedades del aire húmedo y sus transformaciones. Se presenta el diagrama psicrométrico y su potencial en la resolución rápida de problemas. 1

3 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 1.- Introducción 2.- Psicrometría 3.- El diagrama psicrométrico 4.- Las transformaciones psicrométricas 1.- Introducción El aire puede presentar contaminantes que pueden tener gran incidencia sobre la salud o el confort - Calor - Vapor de agua - Ruido - Olores - Gases - Pelusas - Velocidad - Polvo - Humo 2

4 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 2.- Psicrometría (I) El aire que nos rodea es "aire húmedo", contiene vapor de agua La psicrometría estudia las propiedades de la mezcla aire-vapor Dentro de las propiedades del aire se habla de las propiedades del aire seco (as), del vapor de agua (va), y de la mezcla: el aire húmedo (ah) Las propiedades del aire seco: El volumen: El calor específico; f(t, p), a 760 mm.hg: La entalpía: Si se referencia a 0ºC y 760 mm.hg siendo T la temperatura de bulbo seco en ºC 3

5 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 2.- Psicrometría (II) Las propiedades del vapor de agua: El volumen: El calor específico: La entalpía: W la humedad específica del aire (kg va / kg as) 595 el calor latente de evaporación [kcal/kg] Las propiedades de la mezcla: La entalpía: El volumen: La presión total: 4

6 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 2.- Psicrometría (III) ire saturado: p v = p sat (T) Temperatura de rocío: T p actual = p sat (condensación de la humedad ambiente) Humedad específica (x): es la cantidad de vapor de agua por masa de aire, [kg vapor agua / kg aire seco] Humedad relativa (ϕ, HR): la relación entre p v y p sat en % Saturación adiabática: aporte de agua hasta la sat. en una cámara térmicamente aislada Temperatura de bulbo húmedo: es la T sat adiabática h 1 (la del agua de aporte) 5

7 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 2.- Psicrometría (III) ire saturado: p v = p sat (T) p v en Pa y T sat en ºC Temperatura de rocío: T p actual = p sat (condensación de la humedad ambiente) Humedad específica (x): es la cantidad de vapor de agua por masa de aire, [kg vapor agua / kg aire seco] Humedad relativa (ϕ, HR): la relación entre p v y p sat en % Saturación adiabática: aporte de agua hasta la sat. en una cámara térmicamente aislada Temperatura de bulbo húmedo: es la T sat adiabática h 1 (la del agua de aporte) 6

8 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 2.- Psicrometría (IV) Temperatura de bulbo seco, T BS (T aire ) Temperatura de bulbo húmedo, T BH (T agua ) T BS T BH T BS = T BH aire saturado (T BS T BH ) T BS > T BH aire no saturado ire (T BS T BH ) en tablas HR Si (T BS >>> T BH ) HR baja Si (T BS T BH ) HR alta gasa humedecida 7

9 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 3.- El Diagrama Psicrométrico (I) Es el empleado para resolver los problemas del aire húmedo Hay que considerar la presión (altitud) Existen diferentes tipos 8

10 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 3.- El Diagrama Psicrométrico (I) Es el empleado para resolver los problemas del aire húmedo Hay que considerar la presión (altitud) Existen diferentes tipos 9

11 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 3.- El Diagrama Psicrométrico (II) T h = T s h cte T h cte T h cte h cte 10

12 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 3.- El Diagrama Psicrométrico (III) Lectura de un punto H HR V W T R T H T S 11

13 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Trasformaciones Psicrométricas (I) Mezcla adiabática de dos masas de aire ( y B) con distinta humedad la mezcla (M) situada en la recta que une los dos puntos M B B G es la masa de aire (kg) w humedad específica h entalpía (kj/kg) G + G B = G M G w + G B w B = G M w M G h + G B h B = G M h M 12

14 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Trasformaciones Psicrométricas (I) Mezcla adiabática de dos masas de aire ( y B) con distinta humedad la mezcla (M) situada en la recta que une los dos puntos M B B G es la masa de aire (kg) w humedad específica h entalpía (kj/kg) G + G B = G M G w + G B w B = G M w M G h + G B h B = G M h M 13

15 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Trasformaciones Psicrométricas (I) Mezcla adiabática de dos masas de aire ( y B) con distinta humedad la mezcla (M) situada en la recta que une los dos puntos M B B G es la masa de aire (kg) w humedad específica h entalpía (kj/kg) G + G B = G M G w + G B w B = G M w M G h + G B h B = G M h M 14

16 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (II) Calentamiento sensible, no varia W Paso por una batería caliente, resistencia eléctrica No varía la humedad absoluta (W) F En realidad hay un cierto bypas del aire por la batería, produciéndose una mezcla de aire tratado y aire no tratado Q calor aportado (kcal / h) Q = 0,24 M aire (T F T ) Q = M aire (h h F ) T batería F nº filas letas Separación entre filas Separación entre aletas Velocidad del aire 15

17 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (II) Calentamiento sensible, no varia W Paso por una batería caliente, resistencia eléctrica No varía la humedad absoluta (W) F En realidad hay un cierto bypas del aire por la batería, produciéndose una mezcla de aire tratado y aire no tratado Q calor aportado (kcal / h) Q = 0,24 M aire (T F T ) Q = M aire (h h F ) T batería F nº filas letas Separación entre filas Separación entre aletas Velocidad del aire 16

18 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (III) Enfriamiento sensible, sin deshumidificación Paso por una batería fría a T bat > T r No varía la humedad absoluta (W) F (T bat > T r ) En realidad hay un cierto bypas del aire por la batería, produciéndose una mezcla de aire tratado y aire no tratado Q calor aportado (kcal / h) Q = 0,24 M aire (T F T ) Q = M aire (h h F ) T batería F nº filas letas Separación entre filas Separación entre aletas Velocidad del aire 17

19 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (III) Enfriamiento sensible, sin deshumidificación Paso por una batería fría a T bat > T r No varía la humedad absoluta (W) F (T bat > T r ) En realidad hay un cierto bypas del aire por la batería, produciéndose una mezcla de aire tratado y aire no tratado Q calor aportado (kcal / h) Q = 0,24 M aire (T F T ) Q = M aire (h h F ) T batería F nº filas letas Separación entre filas Separación entre aletas Velocidad del aire 18

20 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (IV) Enfriamiento con deshumidificación Paso por una batería fría a T bat < T r Condensa humedad (W) (T bat > T r ) C Sigue por curva de sat. hasta Tbat (B C) Enfriamiento sensible hasta sat. ( B) W condensada C T batería En realidad hay un cierto bypas del aire por la batería, produciéndose una mezcla de aire tratado y aire no tratado nº filas letas Separación entre filas Separación entre aletas Velocidad del aire 19

21 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (IV) Enfriamiento con deshumidificación Paso por una batería fría a T bat < T r Condensa humedad (W) (T bat > T r ) C Mezcla, D, de la corriente de aire tratada, C, con la entrante, C D nº filas letas Separación entre filas Separación entre aletas Velocidad del aire 20

22 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (IV) Enfriamiento con deshumidificación Paso por una batería fría a T bat < T r Q sustraido = M aire (h h D ) Condensa humedad (W) Q sensible = 0,24 M aire (T T D ) (T bat > T r ) Q sustraido = Q sensible + Q latente Q latente = 0,595 M aire (w w D ) C Mezcla, D, de la corriente de aire tratada, C, con la entrante, C D nº filas letas Separación entre filas Separación entre aletas Velocidad del aire 21

23 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones transformaciones psicrométricas Psicrométricas (V) gua Enfriamiento y humidificación Pasando aire por pulverizadores de agua recirculada en una cámara termicámente aislada Se realiza a Th cte h cte Tela mojada C T C = T h del aire y de equilibrio agua Eficiencia de sat C En realidad el humectador tiene una eficiencia, y el aire no se llega a saturar 22

24 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones transformaciones psicrométricas Psicrométricas (V) gua Enfriamiento y humidificación Pasando aire por pulverizadores de agua recirculada en una cámara termicámente aislada Se realiza a Th cte h cte Tela mojada C T C = T h del aire y de equilibrio agua D Eficiencia de sat C En realidad el humectador tiene una eficiencia, y el aire no se llega a saturar 23

25 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (VI) Paso del aire por una cortina de agua (I): múltiples posibilidades f(ts, Th, Tag) 1. Tag > Ts, pulverizando agua caliente, o inyectando vapor de agua el aire se calienta y se humecta, por lo que su h aumenta 2. Tag = Ts, el aire se humecta aumentando su h 3. Tag < Ts, Tag > Th, el aire se enfría y se humecta, pero gana h 4. Tag = Th, el aire se enfría y se humecta, con h cte (saturación adiabática) 5. Tag < Th, Tag > Tr, el aire se enfría y se humecta, pero perdiendo h 6. Tag = Tr, el aire se enfría sin cambio en su humedad, pierde h 7. Tag < Tr, el aire se enfría perdiendo humedad, por lo que pierde h 24

26 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (VII) Paso del aire por una cortina de agua (II): Tag > Ts 2. Tag = Ts 3. Tag < Ts, Tag > Th 4. Tag = Th 5. Tag < Th, Tag > Tr 6. Tag = Tr 7. Tag < Tr 25

27 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (VIII) Humectación con vapor de agua: Δh F ΔW 26

28 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (IX) Calentamiento con deshumidificación; pasando el aire por un material absorbente sólido, el aire se calienta h crece porque el absorbente libera algo del calor de condensación al aire R T 27

29 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (X) En las transformaciones con sólo una corriente de aire El FCS: porcentaje de calor sensible sobre el calor total Una escala en la dcha del diagrama, referida a Ts 24ºC y 50% HR La recta de maniobra en un semicírculo en la parte superior del diagrama, relaciona el porcentaje de calor sensible como la humedad aportada al aire B Ref B 28

30 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (XI) Control de T y HR en verano (enfriamiento con deshumidificación y postcalentamiento) C D (T bat < T r ) Teórico Control de T sin control de Tª B D Gran gasto energético Q C = m as (h h C ) Ref. C D Q CD = m as (h D h C ) Cal. h, h C,y h D las del aire húmedo Q 29 D` = m as (h h D`) Ref.

31 T2.- Psicrometria, T 08.- PSICROMETRÍ Calidad del ire y Confort 4.- Las Transformaciones Psicrométricas (XII) Torre de refrigeración El aire se satura adiabáticamente ire saturado irw gua caliente gc B C ire seco ird m as (w irw w ird ) = m gc - m gf Q g = Q ir m as c pas ΔT ir = m ag c pag ΔT ag gf gua enfriada 30