FUNDAMENTOS PSICOMÉTRICOS

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3 ÍNDICE NOMENCLATURA xi INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 5 FUNDAMENTOS PSICOMÉTRICOS 5. Propieddes físics del ire seco 5.. Composición del ire seco 5.. Constnte prticulr del ire seco 5..3 Volumen específico del ire seco 5..4 Clor específico del ire seco 6..5 Entlpí del ire seco 6..6 Entropí del ire seco 6. Propieddes del vpor de gu 6.. Constnte prticulr del vpor de gu 6.. Volumen específico del vpor de gu 7..3 Clor específico del vpor de gu 7..4 Entlpí del vpor de gu 7..5 Entropí del vpor de gu 8.3 Propieddes de l mezcl ire-vpor 8.3. Ley de Dlton de ls presiones prciles 8.3. Mezcl ire-vpor sturd y sobreclentd Humedd específic Humedd reltiv Humedd bsolut.3.6 Volumen específico de l mezcl ire-vpor.3.7 Entlpí específic de l mezcl ire-vpor.3.8 Entropí específic de l mezcl ire-vpor.3.9 Tempertur del punto de rocío.3.0 Proceso de sturción dibátic 3.3. Tempertur de bulbo húmedo 4.3. Número de Lewis Relción entre ls temperturs de bulbo seco, de bulbo húmedo y punto de rocío, l humidificr el ire Ecución de Crrier Crt psicométric 7.4 Procesos de ire condiciondo 9.4. Clentmiento y enfrimiento 9.4. Mezcl de flujos de ire Enfrimiento y deshumidificción.4.4 Clentmiento y deshumidificción 3 iii

4 .4.5 Humidificción Deshumidificción 6.5 Cntidd y crcterístics del ire suministrdo 7.5. Cntidd de ire necesri En tempord de invierno En tempord de verno 8.5. Cálculos de humedd Fctor de clor sensible Cálculos con el fctor sensible Csos especiles de ls línes de fctor de clor sensible Aire de retorno 33.6 Metodologí pr obtener ls propieddes termodinámics del ire en los procesos de condicionmiento de ire 34.7 Cnclusiones 43 CAPÍTULO 45 TORRES DE ENFRIAMIENTO 45. Introducción 45. Tipos de torres de enfrimiento 46.3 Humidificción de ire por en un torre de enfrimiento Aproximción de l torre Rngo de l torre Eficienci de l torre Cpcidd de enfrimiento 50.4 Metodologí pr obtener ls propieddes termodinámics del gu y del ire l entrd y slid de un torre de enfrimiento 5.4. Agu 5.4. Aire Flujos de gu El cmbio de entropí del ire húmedo 53.5 Simulción y presentción de resultdos de torres de enfrimiento 54.6 Conclusiones 59 CAPÍTULO 3 6 REFRIGERACIÓN 6 3. Refrigerntes Bióxido de crbono 6 iv

5 3. Ciclo de refrigerción por compresión de vpor Efecto frigorífico Potenci frigorífic Flujo de refrigernte Potenci suministrd l compresor Coeficiente de operción de los sistems de refrigerción Metodologí pr el cálculo de ls propieddes termodinámics del CO en cd proceso en el ciclo de refrigerción Simulción y presentción de resultdos del ciclo de refrigerción por compresión de vpor utilizndo como refrigernte el CO Conclusiones 7 CONCLUSIONES 73 BIBLIOGRAFÍA 75 ÍNDICE DE FIGURAS Figur.. Digrm T-s del vpor de gu. Línes isentálpics. 7 Figur.. Digrm T-s del vpor de gu contenido en el ire húmedo. Estdo del vpor de gu (), estdo de sturción T bs (). 0 Figur.3. Digrms T-s y p-v del vpor de gu contenido en el ire húmedo. Dos posibles procesos de sturción de ire: por compresión isotérmic y por enfrimiento isóbrico. Figur.4. Proceso de sturción dibátic. 4 Figur.5. Digrm T-s del vpor de gu. Sturción de ire por el proceso de bulbo húmedo (proceso -4). 5 Figur.6. Tempertur de bulbo seco, tempertur de bulbo húmedo y tempertur de punto de rocío l humidificrse el ire. 6 Figur.7. Crt psicométric. 7 Figur.8. Clentmiento sensible en los digrms T-s y ω-t bs. 9 Figur.9. Enfrimiento sensible en los digrms T-s y ω-t bs. 0 Figur.0. Digrm ω-t bs. Mezcl de dos corrientes de ire húmedo. Figur.. Digrm ω-t bs. Mezcl de dos corrientes de ire húmedo. Donde ocurre condensción pr el estdo finl. Figur.. Enfrimiento y deshuimidificción del ire. Figur.3. Proceso de enfrimiento y deshumidificción en los digrms T-s y ω-t bs. 3 Figur.4. Digrm ω-t bs. Clentmiento y deshumidificción. 3 Figur.5. Digrm ω-t bs. Procesos de humidificción en un humidificdor. 4 Figur.6. Humidificción de ire. 5 Figur.7. Digrm T-s y crt psicométric. Clentmiento (proceso - ) y humidificción (proceso -) de ire. 5 v

6 Figur.8. Clentmiento, humidificción y reclentmiento. 6 Figur.9. Digrm T-s y Crt psicométric. Humidificción de ire. 6 Figur.0. Deshumidificción de ire. 7 Figur.. Digrm T-s y Crt psicométric. Deshumidificción de ire. 7 Figur.. Líne de fctor sensible con pendiente z. 30 Figur.3. Csos donde l líne de proceso no cort ningun curv de humedd reltiv elevd. 3 Figur.4. Reclentmiento de ire que sle del condiciondor lts humeddes reltivs. 3 Figur.5. Crt psicométric. Condiciones de l mezcl del ire condiciondo y el ire de retorno. 33 Figur.6. Condiciones de l mezcl del ire suministrdo del exterior y el ire de retorno. 34 Figur.7. Digrm esquemático del sistem de ire condiciondo. 34 Figur.8. Crt psicométric. Estdos y procesos del ejemplo. 4 Figur.9. Flujo másico de ire del exterior en función de l tempertur de bulbo húmedo. 4 Figur.30. Flujo másico de ire de retorno en función de l tempertur de bulbo húmedo. 4 Figur.3. Clor retirdo por l unidd de ire condiciondo en función de l tempertur de bulbo húmedo. 4 Figur.. Torres de tiro nturl. ) Flujo cruzdo y b) contr flujo 46 Figur.. Torre de tiro forzdo : ) contr flujo y b) flujo cruzdo. Torre de tiro inducido : c) contr flujo y d) flujo cruzdo. 47 Figur.3. Torre de enfrimiento. 48 Figur.4. Crt psicométric. Comportmiento de un torre de enfrimiento. 50 Figur.5. Crt psicométric. Humedd específic en función de l tempertur de bulbo seco. 55 Figur.6. Entlpí del ire en función de l tempertur de bulbo seco. 56 Figur.7. Línes de operción. Tempertur del gu contr entlpí del ire. 56 Figur.8. Agu evpord en función de l humedd reltiv del ire l entrd de l torre. 57 Figur.9. Tempertur de bulbo húmedo del ire l entrd de l torre de enfrimiento en función de l humedd reltiv del ire l entrd de l mism. 57 Figur..0. Producción de entropí en función de l humedd reltiv del ire l entrd de l torre de enfrimiento 58 Figur.. Aproximción de l torre de enfrimiento en función de l humedd reltiv del ire l entrd de l torre. 58 Figur... Eficienci de enfrimiento de l torre de enfrimiento en función de l humedd reltiv del ire l entrd de l torre de enfrimiento. 59 Figur.3 Cpcidd de enfrimiento de l torre de enfrimiento en función de l humedd reltiv del ire l entrd de torre. 59 Figur 3.. Presión entlpí del ciclo refrigerción por compresión de vpor operndo régimen: ) subcrítico y b) trnscrítico. 63 Figur 3.. Ciclo inverso de Crnot. 63 Figur Esquem de un sistem de refrigerción por compresión de vpor de un etp. Digrm p-h. 64 vi

7 Figur 3.4. Digrm p-h. Ciclo del CO trnscrítico, con vrición en l presión de descrg. 68 Figur 3.5. Coeficiente de operción de refrigerción en función de l presión de condensción diferentes temperturs del refrigernte l slid del condensdor/enfridor de gs. 70 Figur 3.6. COP en función de l tempertur l slid del condensdor, pr distints presiones de descrg. 70 Figur 3.7. Potenci suministrd l compresor en función de l presión de condensción pr diferentes temperturs l slid del condensdor/enfridor de gs. 7 ÍNDICE DE TABLAS Tbl.. Composición del ire seco. 5 Tbl.. Iterciones pr determinr l tempertur de bulbo húmedo. 36 Tbl.3. Propieddes del estdo. 37 Tbl.4. Propieddes del estdo. 38 Tbl.5. Propieddes del estdo Tbl.6. Propieddes del estdo Tbl 3.. Crcterístics de refrigerntes lterntivos. 6 Tbl 3.. Propieddes de cd estdo del ciclo --3-4, operndo un presión de descrg de 80 br. 69 Tbl 3.3. Comportmiento energético del ciclo --3-4, operndo un presión de descrg de 80 br. 69 vii

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9 OBJETIVO El objetivo de este trbjo es relizr un nálisis del comportmiento energético de los sistems de refrigerción, tles como: ire condiciondo, torres de enfrimiento y sistems de refrigerción por compresión de vpor; bsándose en el estudio de los fundmentos del l psicometrí y los ciclos de refrigerción por compresión de vpor. JUSTIFICACIÓN L necesidd de desrrollr nuevs tecnologís de refrigerción menos gresivs con el medio mbiente y con un uso de l energí más eficiente, estimul l investigción de los principios de los procesos de refrigerción con otro tipo de refrigerntes, tles como el CO, pr logrr el desrrollo e innovción de los sistems de refrigerción. ALCANCE Por medio del estudio de los fundmentos y procesos del ire condiciondo y refrigerción, se elborn distintos progrms de computo, que permiten determinr ls propieddes del ire húmedo en los distintos procesos de ire condiciondo; determinr el comportmiento termodinámico de un torre de enfrimiento evportiv; y l simulción de un ciclos de refrigerción por compresión de vpor emplendo el bióxido de crbono como refrigernte. Estos progrms fcilitn el nálisis del comportmiento energético de los sistems de refrigerción. ix

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11 NOMENCLATURA CAPÍTULO Cp clor específico presión constnte; [kj/kg K], D difusividd del gu en ire; [m /s], d humedd bsolut; [kg v / m 3 ], FB fctor de by pss ; [-], FCS fctor de clor sensible; [-], h entlpí por unidd de ms; [kj/kg], H entlpí; [kj], Le número de Lewis; [-] M peso moleculr; [kg/kmol], m ms; [kg], m flujo másico; [kg/min], p presión; [Pscles, br], Q flujo de clor; [kw], q clor por unidd de ms; [kj/kg], R constnte prticulr de los gses, [kj/kg K], s entropí por unidd de ms; [kj/kg K], T tempertur; [K, C], V flujo volumétrico; [m 3 /s], v volumen específico; [m 3 /kg], w humedd liberd; [kg v /min], z pendiente rect; [kg v /kg C]. Letrs griegs α difusividd térmic; [m /s], φ humedd reltiv; [-], ρ densidd; [kg/m 3 ], ω humedd específic; [kg v /kg ]. Subíndices ire seco, d dibático, tm tmosféric, bs bulbo seco, bh bulbo húmedo, f líquido sturdo, fg vporizción, g vpor sturdo, L ltente, l líquido, m mezcl ire-vpor de gu, N nitrógeno, O oxígeno, pr punto de rocío, S sensible, st sturción, t totl, u universl, v vpor. xi

12 CAPÍTULO Cp h m p R s S T v clor específico presión constnte; [kj/kg K], entlpí por unidd de ms; [kj/kg], flujo másico; [kg/min], presión; [Pscles, br], constnte prticulr del ire; [kj/kg K], entropí por unidd de ms; [kj/kg K], producción de entropí; [kw/k], tempertur; [K, C], volumen específico; [m 3 /kg], Letrs griegs φ humedd reltiv; [-], η eficienci; [-], ρ densidd; [kg/m 3 ]. ω humedd específic; [kg v /kg ]. Subíndices ire, tm tmosféric bh bulbo húmedo, bs bulbo seco, e enfrimiento ev evpord, f líquido sturdo, fg vporizción, g vpor sturdo, m mezcl pr punto de rocío, st sturción, univ universo v vpor, entrd de l torre de enfrimiento, slid de l torre de enfrimiento, 3 entrd de gu de repuesto de l torre. CAPÍTULO 3 COP coeficiente de operción; [-], h entlpí por unidd de ms; [kj/kg], m flujo másico; [kg/min], p presión; [Pscles, br], Pc potenci del compresor; [kw], PF potenci frigorífic; [kw], Q flujo de clor; [kw], q clor por unidd de ms; [kj/kg], T tempertur; [K, C], TR toneld de refrigercón; [kw], v volumen específico; [m 3 /kg], w trbjo; [kj/kg], x clidd del vpor; [-]. Letrs griegs η sic Subíndices eficienci isentrópic del compresor; [-]. A rechzdo, B bsorbido, c compresión, con condensción, f líquido sturdo, fg vporizción, g vpor sturdo, l líquido, ref refrigernte s isentrópico, st sturción. xii

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14 INTRODUCCIÓN En muchos de los procesos y trnsformciones hechs por el hombre se requiere desechr grndes cntiddes de clor, por ejemplo, en l generción de energí eléctric, en los procesos industriles, en el condicionmiento de áres pr el confort humno o condicionmiento de espcios donde se dese, por ejemplo, preservr limentos, mntener cierts condiciones lgunos mteriles o relizr cierts trnsformciones industriles. Pr logrr este fin, se emplen los sistems de refrigerción y condicionmiento de ire. Como consecuenci, l crisis energétic, surgid en 973, y l creciente contminción del medio mbiente, se hn ddo cmbios en los ptrones de consumo de l energí. Es por esto que se h ddo un umento en l investigción y el desrrollo en sistems de refrigerción y de ire condiciondo, con el objetivo de utilizr tecnologís menos gresivs con el medio mbiente y tener un uso eficiente de l energí con estos equipos. Pr logrr estos fines es importnte conocer los principios y procesos fundmentles que rigen estos sistems. En el cpítulo se present l teorí básic correspondiente l psicometrí. En el cpítulo se present el estudio de un problem práctico, un sistem de enfrimiento conocido como torre de enfrimiento, donde se emplen los conceptos expuestos en el primer cpítulo. En el cpítulo 3 se estudi el comportmiento de un refrigernte sustituto en los ciclos de refrigerción. L psicometrí es l cienci que comprende el estudio de ls crcterístics y propieddes termodinámics del ire húmedo; y el efecto de l humedd tmosféric en los mteriles y en el confort humno. De l form en que l psicometrí se plic en este trbjo, l definición se puede mplir pr incluir el estudio de los métodos de control de ls crcterístics térmics del ire húmedo, es decir, el estudio de los procesos los cules se debe someter el ire húmedo pr obtener cierts condiciones deseds. L psicometrí es l herrmient medulr del ire condiciondo. Un conocimiento cuiddoso de los fundmentos psicométricos y del comportmiento del ire húmedo sujeto los distintos procesos del ire condiciondo, es primordil pr el diseño eficiente y económico del ire condiciondo. Los principios discutidos en el primer cpítulo de este trbjo tienen muchos usos en l industri del ire condiciondo. Estos fundmentos permiten efectur diverss metodologís que permiten evlur ls propieddes del ire húmedo conociendo sólo dos propieddes de l mezcl ire-vpor de gu y l presión tmosféric l que se encuentre éste; metodologís que comprenden cálculos psicométricos pr lugres donde no se cuent con dtos locles de ls crcterístics del ire húmedo, sin l necesidd de efectur correcciones.

15 Cundo en lguns centrles eléctrics, en grndes sistems de ire condiciondo o en lguns industris, l contminción térmic lcnz niveles preocupntes o el suministro de gu es limitdo. En esos csos, se requiere que por medio de un sistem de refrigerción el clor de desecho debe rrojrse hci l tmósfer, con el gu de enfrimiento recirculndo y sirviendo como un medio de trnsporte pr el clor entre l fuente y el sumidero (l tmósfer). Un mner de logrr esto, es por medio del uso de torres de enfrimiento húmeds. En el cpítulo, se estudi un torre de enfrimiento de un sistem de ire condiciondo, que recibe un flujo de gu un ciert tempertur y que se debe enfrir hst un tempertur propuest. El flujo de ire entr l torre de enfrimiento, un tempertur dd y con ciert humedd reltiv. Entre el gu y el ire ocurre suficiente contcto, pr que el ire incremente su humedd reltiv, l slid de l torre de enfrimiento. A diferenci de Stbt [8], que en su modelo implement los coeficientes de trnsferenci de clor y ms como únicos prámetros, en este trbjo, se desrroll un metodologí que permit evlur ls propieddes del ire y del gu l entrd y l slid de l torre de enfrimiento, sí como sus crcterístics. A prtir de est metodologí, se cre un progrm de cómputo. Con este progrm, se hce un nálisis prmétrico de l torre de enfrimiento. En este trbjo, solmente se presentn los resultdos obtenidos l vrir l humedd reltiv del ire l entrd de l torre de enfrimiento. Con bse l segund ley de l termodinámic, se encuentr el límite termodinámico, es decir, cuál es l humedd reltiv máxim del ire l que debe entrr el ire l torre de enfrimiento. Tmbién se encuentrs ls crcterístics de l torre de enfrimiento, pr ls diferentes humeddes reltivs del ire l entrd de l torre de enfrimiento. Por otro ldo con lo que respect l emisión l tmósfer de gses perjudiciles pr el medio mbiente, el protocolo de Montrel (987) decret l bolición del uso de los clorofluorocrbonos (CFC) y de los hidroclorofluorocrbonos (HCFC) como refrigerntes o fluidos de trbjo. Ests sustncis hn sido, y siguen siendo, utilizds comúnmente en l refrigerción, ire condiciondo y en sistems de bombs de clor. Actulmente, dos grupos principles de refrigerntes son cndidtos potenciles como sustitutos de los CFCs y de los HCFCs, estos son el hidroclorofluorocrbono (HFC) y los llmdos refrigerntes nturles. El HFC (número de identificción del refrigernte: R-34) es el refrigernte que es utilizdo ctulmente por los sistems de ire condiciondo y fue introducido como un refrigernte trnsitorio hst que se pudier desrrollr un tecnologí mbientlmente más migble. Éste no contribuye l gotmiento de l cp de ozono (ODP, por sus sigls en inglés). Sin embrgo, un emisión de un kilogrmo de lgún compuesto de HFC l tmósfer contribuye de veces más l clentmiento globl, que l emisión de un kilogrmo de bióxido de crbono. Es por esto que el protocolo de Kyoto lo define como un sustnci problemátic pr el mbiente. El bióxido de crbono (CO, se identific como el refrigernte: R-744) es un lterntiv excelente entre los refrigerntes nturles, especilmente en los usos donde l toxicidd y l inflmbilidd del moníco y de los hidrocrburos pueden ser un problem. El CO es uno de los pocos refrigerntes nturles, que no es inflmble ni

16 tóxico. Es brto, se encuentr mplimente disponible y no fect tnto l mbiente como otros refrigerntes. El CO tiene un potencil de clentmiento globl (GWP, por sus sigls en inglés) igul [0], pero el impcto de clentmiento globl neto cundo se está utilizdo como un gs técnico es cero, puesto que el CO es un gs de desecho de l producción industril. El CO se puede empler pr diversos usos, por ejemplo, pr bebids gseoss o como refrigernte en sistems de l refrigerción y en bombs de clor. En el cpítulo 3 se present ls crcterístics de un ciclo de refrigerción por compresión de vpor usndo como refrigernte el CO y su comportmiento energético en estos sistems, con l finlidd de nlizr l fctibilidd del uso del CO como refrigernte. Pr el nálisis del CO como fluido de trbjo en los sistems de refrigerción, en este trbjo se desrroll un metodologí que permit evlur ls propieddes del refrigernte en los diferentes estdos del ciclo simple de refrigerción por compresión de vpor. A prtir de est metodologí, se cre un progrm de cómputo. Con este progrm, se hce un nálisis prmétrico del ciclo trbjndo en régimen trnscrítico. Los sistems de refrigerción que ocupen el CO como fluido de trbjo trbjn en el regimen trnscrítico debido l tempertur crític del CO. En este trbjo se presentn los resultdos obtenidos l vrir l presión de condensción, diferentes vlores de l tempertur l slid del condensdor. El estudio const en observr el comportmiento del coeficiente de operción del ciclo en función de l presión de condensción y de l tempertur del refrigernte l slid del condensdor. 3

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18 CAPÍTULO FUNDAMENTOS PSICOMÉTRICOS. Propieddes físics del ire seco.. Composición del ire seco El ire seco, limpio y libre de contminntes es un mezcl de gses, que l nivel del mr tiene l siguiente composición: Tbl.. Composición del ire seco []. Constituyente Porcentjes en Porcentje en volumen (%) peso (%) Nitrógeno N Oxígeno O Argón Ar Bióxido de crbono CO Hidrógeno H El ire contiene normlmente, demás de los constituyentes ntes menciondos, impurezs, como gses, sólidos, polvos, etcéter, en proporciones que dependen de vrios fctores. En este trbjo, cundo se estudi el ire seco no se considern ls impurezs contenids en él... Constnte prticulr del ire seco El peso moleculr del ire seco es de 8.9 kg/kmol y l constnte prticulr del ire se determin como sigue:..3 Volumen específico del ire seco R Ru 8.34 = = = 0.877kJ kgk (.) M 8.9 / Experimentlmente se h comprobdo que el ire seco se comport como un gs idel; por lo tnto, el volumen específico se puede relcionr con l tempertur y presión por medio de l ecución de estdo del gs idel R T v = (.) p 5

19 ..4 Clor específico del ire seco El clor específico (Cp ) del ire no es constnte, sino que depende de l tempertur. A un presión de.03 br y un intervlo de tempertur de C, el Cp vrí tn sólo por kj/kg K. En este trbjo se consider un vlor de kj/kg K pr el clor específico del ire...5 Entlpí del ire seco El cmbio de entlpí de un kilogrmo de ire seco l vrir l tempertur de T ref T se expres de l siguiente mner: h ref ( T T ) h = Cp (.3) Tomndo como l tempertur de referenci de 0 C, donde l entlpí de un kilogrmo de ire seco es igul cero, entonces, l entlpí de un kilogrmo de ire seco es: ref h = Cp T (.4)..6 Entropí del ire seco El cmbio de l entropí por unidd de ms de ire seco se expres con como sigue: s s ref = Cp T + p ln R ln (.5) Tref pref donde T ref y p ref son l tempertur y presión de referenci (T ref =0 C, p ref =br); en ls condiciones de referenci l entropí del ire es igul 0 kj/kg K.. Propieddes del vpor de gu El ire tmosférico contiene un ciert cntidd de vpor sobreclentdo de gu... Constnte prticulr del vpor de gu El peso moleculr del gu es de 8 kg/kmol, y l constnte prticulr del vpor de gu vle: Ru 8.34 Rv = = = 0.469kJ / kgk (.6) M 8 v 6

20 .. Volumen específico del vpor de gu A ls condiciones ls que se mnej el ire condiciondo, condiciones mbiente, el vpor de gu contenido en el ire tmosférico, rrmente excede presiones de br, y se encuentr temperturs por de bjo de 65 C; ests condiciones, el vpor de gu sturdo o sobreclentdo se comport como gs idel, con suficiente exctitud. Es por eso que, se justific el uso de l ecución de estdo del gs idel pr clculr el volumen específico del vpor de gu R T v v v = (.7) pv..3 Clor específico del vpor de gu L experimentción indic que del clor específico pr vpor sturdo y sobreclentdo ument levemente en el intervlo de temperturs de -70 C 4 C. Por convención y puesto que repercute con un error insignificnte, se tom el vlor del clor específico pr vpor sturdo y sobreclentdo de.86 kj/kg C...4 Entlpí del vpor de gu El clor específico del vpor sturdo y del vpor sobreclentdo es substncilmente igul temperturs y presiones reltivmente bjs, tomndo como referenci que 0 C l entlpí del vpor de gu es 0 kj/kg, el cmbio de l entlpí del vpor de gu se clcul con l siguiente expresión: h ( h ) + Cp ( T T ) v href = fg Tref v v ref (.8) Como presiones y temperturs bjs l entlpí del vpor sobreclentdo, sólo depende de l tempertur, como se puede precir en l figur.. T Línes isoentlpics Figur.. Digrm T-s del vpor de gu. Línes isoentálpics. s 7

21 Es por esto que, l entlpí del vpor sobreclentdo de gu un tempertur dd se puede proximr l entlpí de sturción correspondiente est tempertur: h v = ( h g ) Tbs (.9) Hciendo est considerción se tienen errores intrnscendentes que fectn muy poco los cálculos del ire condiciondo...5 Entropí del vpor de gu Ls entropís del vpor de gu ( s v ) se obtienen en tbls de vpor sturdo seco o vpor sobreclentdo, con sus respectivos vlores de l tempertur y de l presión ls que se encuentre el vpor..3 Propieddes de l mezcl ire-vpor Además de ire, l tmósfer terrestre contiene vpor de gu. En l myorí de ls lugres l proporción del gu en l tmósfer es menor l %, incluso en lugres con condiciones climátics extrems l proporción es menor l 3%. A pesr de est proporción reltivmente pequeñ, el vpor de gu contenido en el ire, es un fctor importnte pr el confort humno y en l influenci en ls propieddes de diversos mteriles. Por lo tnto, l proporción de vpor de gu en el ire se debe considerr en todos los cálculos psicométricos. Los cálculos en el ire condiciondo se simplificn considerblemente si ls crcterístics de l mezcl ire-vpor se pueden determinr fácilmente. El ire húmedo (ire tmosférico) se consider un mezcl de ire seco y vpor de gu, y ls propieddes de cd uno se pueden estblecer con much exctitud, porque se consider que el ire seco se comport como un gs idel y ls propieddes del vpor de gu se pueden determinr por medio de modelos mtemáticos o tbls de vpor de gu. Se presentn ls leyes, ls ecuciones y los cálculos psicométricos relevntes utilizdos en ls metodologís desrrollds en este trbjo pr obtener ls propieddes del ire húmedo..3. Ley de Dlton de ls presiones prciles El vpor de gu no se rige exctmente por ls leyes que gobiernn los gses, pero son lo suficientemente proximds pr usrls en l práctic. L ley más importnte, pr el cálculo del ire húmedo es l ley de Dlton o ley de ls presiones prciles, e indic, que cd componente en un mezcl de gses perfectos ejerce l mism presión, como si el componente estuvier sólo en el espcio ocupdo por l mezcl, l tempertur de l mezcl. L presión totl de los gses es l sum de sus presiones prciles, y el volumen de l mezcl de gses es igul l volumen ocupdo por cd gs su presión prcil. L entlpí totl de l mezcl es l sum de ls entlpís de cd componente su presión prcil. 8

22 El ire tmosférico existe un presión totl igul l presión tmosféric (p tm ) l cul es igul l sum de ls presiones prciles del los gses existentes en l tmósfer: p = p + p + p = p + p tm N O v v (.0).3. Mezcl ire-vpor sturd y sobreclentd Cundo el ire y el vpor de gu sturdo ocupn el mismo volumen, se dice que el ire está sturdo. Dich declrción es incorrect, y que sólo el vpor de gu es el que se encuentr sturdo. Aunque el término ire sturdo h sido ceptdo en los términos del ire condiciondo. El vpor de gu y el ire ocupn el mismo espcio y lo relciondo con el comportmiento del vpor puede ser trtdo sin tomr en cuent l ire. Todos los cálculos se pueden relizr tomndo l ire y l vpor por seprdo. Sin embrgo, l determinción de ls propieddes de l mezcl simplificn considerblemente los cálculos pr el ire condiciondo. L tempertur de bulbo seco (T bs ) es l que se mide con un termómetro ordinrio, este nombre se le h ddo, debido que el bulbo del termómetro se mntiene seco. L presión de vpor (p v ) es l presión del vpor de gu existente en culquier posición, tiempo y tempertur; y es dependiente de l cntidd de vpor en l mezcl. En un mezcl, ls propieddes comunes del ire seco y del vpor de gu son l tempertur de bulbo seco y el volumen. Si el vpor sobreclentdo está presente en un espcio un tempertur dd, se puede ñdir vpor de gu hst que el espcio se sture. L máxim cntidd de vpor que puede existir en el ire depende de l tempertur y presión de l mezcl, est cntidd de vpor existe cundo el espcio está sturdo, es decir, cundo l tempertur y l presión prcil del vpor de gu de l mezcl corresponde l tempertur y l presión de sturción del vpor de gu, estdo l cul l presión y l tempertur son dependientes. Es decir, cd tempertur de sturción le corresponde un presión de sturción, cundo se produce el cmbio de fse líquido vpor. Su vlor se puede leer en ls tbls de vpor; no cmbi por el hecho de que el vpor esté mezcldo con el ire. L presión de sturción del vpor (p st ) es l presión máxim l que el vpor de gu puede existir, un tempertur de bulbo seco (T bs ) dd tl y como se muestr en l figur., pr el estdo. En ests condiciones, no se puede ñdir ms vpor sin que se de l condensción o l niebl..3.3 Humedd específic L humedd específic (ω), tmbién conocid como relción de humeddes, puede ser definid como l ms de vpor de gu en un mezcl, expresd en kg de vpor por kg de ire seco. mv ω = (.) m 9

23 Considerndo l ire y l vpor como gses ideles se tiene que R Tp V R Tp V v v v ω = = = 0.6 (.) v R p R p v p p Al sustituir l expresión de l presión prcil del ire de l ecución (.0), se tiene que l humedd específic es: pv ω = 0. 6 (.3) p p Esto es sólo pr mezcl ire-vpor (de gu), y que el fctor 0.6 es el cociente de los pesos moleculres del ire y del vpor de gu..3.4 Humedd reltiv L humedd reltiv se define como l relción entre l presión prcil del vpor del ire y l presión de sturción correspondiente l tempertur de bulbo seco de l mezcl, (ver figur.), y se expres de l siguiente mner: tm ( pv ) Tbs ( p st ) Tbs v φ = (.4) L humedd reltiv tmbién se puede definir en términos de ls densiddes y volúmenes específicos del vpor. Se deduce plicndo l ecución de estdo del gs idel, y se tiene que l humedd reltiv es igul l cociente de l densidd del vpor y de l densidd de sturción o igul l cociente del volumen específico del vpor y el volumen específico de sturción, correspondiente l tempertur de bulbo seco, esto es: ( ρv ) ( vst ) Tbs Tbs φ = = (.5) ρ v ( ) st Tbs ( v ) Tbs T (p st ) Tbs (p v ) Tbs T bs Figur.. Digrm T-s del vpor de gu contenido en el ire húmedo. Estdo del vpor de gu (), estdo de sturción Tbs (). s 0

24 .3.5 Humedd bsolut L ms del vpor expresdo en kg por cd metro cúbico de espcio se llm humedd bsolut o densidd del vpor de gu (dv)..3.6 Volumen específico de l mezcl ire-vpor El volumen de un mezcl de ire y vpor de gu por kilogrmo de ire seco es un propiedd extremdmente útil en cálculos pr el ire condiciondo, porque se emple en el dimensionmiento de ventildores y ductos empledos en los sistems. Y se define de l siguiente mner: Volumen to tl = volumen de ire seco + (volumen de ire en l mezcl - volumen de ire seco)φ esto es RuTbs RuTbs RuTbs v m = + ( ) φ (.6) M ptm M ptm pv M ptm.3.7 Entlpí específic de l mezcl ire-vpor L entlpí de un mezcl de ire seco y vpor de gu es l sum de ls entlpís de cd uno de los componentes individules: H = H + H (.7) m v Por unidd de ms de ire seco, l entlpí específic se expres h m = h + ωh (.8) v Sustituyendo ls definiciones de ls entlpís pr el ire (ec..4) y el vpor (ec..9), se tiene: h m = Cp T + ωh (.9) bs g.3.8 Entropí específic de l mezcl ire-vpor L entropí de l mezcl ire seco y vpor de gu, es l sum de l entropí del ire (ec..5) y entropí del vpor de gu por l humedd específic, y se expres de l siguiente mner: s m = Cp T + R ln p + ωs bs ln v (.0) T ref p ref

25 Al sustituir el vlor de l presión prcil del ire de l ecución (.0), se tiene que l entlpí específic de l mezcl vpor de gu y ire es: s m = Cp T + R p ln p + ωs bs tm v ln v (.) T ref p ref.3.9 Tempertur del punto de rocío Cundo un mezcl de ire-vpor se enfrí presión constnte, sin umento ni disminución de humedd, l tempertur l cul el vpor comienz condensrse se le llm tempertur de rocío del ire. L tempertur de rocío es simplemente l tempertur de sturción correspondiente l presión prcil del vpor en l mezcl ire-vpor. El enfrimiento hst el punto de rocío es el proceso 3 de l figur.3. El punto 3 es ire sturdo, es decir, mezcl de ire y vpor de gu sturdo seco. Otro proceso de sturción de ire, pero distinto del punto de rocío, es l compresión isoterm, proceso de l figur.3. T p p p p st T bs T pr 3 3 s v Figur.3. Digrms T-s y p-v del vpor de gu contenido en el ire húmedo. Dos posibles procesos de sturción de ire: por compresión isotérmic (proceso -) y por enfrimiento isóbrico (proceso -3). Si el ire se continú enfrindo por debjo de l tempertur de rocío, punto 3, o se continú comprimiendo por encim del punto, se sepr gu líquid, y se form niebl. En cso de que l tempertur de rocío se menor que l del punto triple del gu (0.0 C), en vez de gu líquid se form hielo, es decir, escrch. L tempertur del vpor sobreclentdo es myor que l tempertur de sturción correspondiente l presión prcil rel del vpor. L tempertur del ire y del vpor es l mism, por lo tnto l tempertur de bulbo seco del ire es myor que l tempertur de rocío.

26 .3.0 Proceso de sturción dibátic Un proceso de sturción dibátic se llev cbo con un flujo de ire constnte y presión totl constnte. L figur.4 ilustr el proceso; ire no sturdo entr en el estdo un tempertur T, con humedd específic ω y un entlpí h y se hce psr sobre un superficie de gu, su humedd empiez incrementrse; l cámr es lo bstnte lrg pr que el ire l slir (estdo ), slg sturdo. L cntidd de gu líquid evpord l ire es (ω st -ω ) con un tempertur de T d, pr reemplzr el gu evpord durnte el proceso. Mientrs que el proceso se reliz dibáticmente, se pueden hcer ls siguientes observciones: l tempertur de slid (T d ) es menor que l tempertur de entrd (T ), debido l intercmbio de clor sensible del ire l gu, energí necesri pr que se produzc l evporción. L humedd específic del ire de slid (ω st ) es myor que l humedd específic del ire de entrd (ω ). Es por eso que, se le debe gregr l proceso un cntidd de gu de repuesto de (ω st -ω ) m pr que se mnteng en continuo. L entlpí del ire de slid es myor que l entlpí del ire de entrd, porque existe un dición de energí l vpor de gu por medio del gu de repuesto, que es suministrd un tempertur de T d y con un entlpí de h f. Aire húmedo h ω h v T φ m T HO=T d Agu líquid m, ( h l Aire sturdo h,d ω st h v,d T d φ st = f ) Td m, d Figur.4. Proceso de sturción dibátic. L tempertur del ire de slid o tempertur de sturción dibátic depende de ls condiciones dds del ire húmedo de entrd, presión brométric, tempertur y su contenido inicil de humedd (p, T y ω ). Considerndo que l entlpí del ire de slid se igul l entlpí del ire que entr, más l dición de entlpí del gu de repuesto, se tiene l siguiente expresión: El término ( d ω )( h f ) Td ( ωd )( h f ) Td hd h + ω = (.) ω es un cntidd muy pequeñ, normlmente menor l % de l entlpí h d. Por lo tnto, es evidente que el proceso de sturción dibátic se puede considerr como un proceso entlpí constnte. 3

27 L relción entre l tempertur de sturción dibátic T d y ls condiciones del ire p, T y ω, se puede deducir prtir de ls ecuciones de un blnce de ms y energí l proceso de sturción dibátic: Blnce de ms pr el ire: Blnce de ms pr el gu: m = = m, d m (.3) ω m + m = ω m l d (.4) Energí del ire de entrd (estdo ): h + ωhv (.5) Energí del gu líquid: ( st ω ) h f d ω (.6) Energí del ire de slid: h + ω h (.7) st d v d Blnce de energí en el volumen de control de l figur.4: h ( ωst ω ) h f = h d ω d sthvd + ω hv + + (.8) sustituyendo l entlpí del ire por su expresión pr un gs idel Cp ( T T ) + ( h h ) + ω ( h h ) 0 ω (.9) d v f st f v = Pr clculr ω, cundo se conoce T d y T, se despej de l ecución (.9) y de l definición de l entlpí del vpor se sustituyen hv d = ( h g ) Td y h v = ( h g ) Td. Se tiene l siguiente expresión:.3. Tempertur de bulbo húmedo d ( T T ) + ω ( h h ) Cp d st g f Td d ω = (.30) ( h h ) g T L tempertur de bulbo húmedo (T bh ), es l tempertur medid con el bulbo de un termómetro cubierto con un frnel o con un trpo húmedo y hciendo psr ire rápidmente por éste, preferentemente con un velocidd myor de m/s; de est form l humedd empiez evporrse. L tempertur del gu y del ire circundnte bj proporcionlmente l evporción ocurrid. L tempertur finl que lcnz depende de l humedd del ire. Si el ire que rode l termómetro está seco, l evporción es grnde y el descenso en l temperr es reltivmente grnde. Por el contrrio, si el ire está muy húmedo, l evporción es lent y, por lo tnto, l diferenci entre l tempertur de bulbo seco y l tempertur de bulbo húmedo es pequeñ. En el cso en que el ire se encuentre sturdo, no hbrá evporción, y por consiguiente l tempertur no disminuye. L diferenci entre l tempertur de bulbo seco y l tempertur de bulbo húmedo se llm depresión del bulbo húmedo. f d d d 4

28 El clor necesrio pr cusr l evporción de l mner descrit nteriormente, se trnsmite como clor sensible del gu depositd en l gs, provocndo un disminución de l tempertur del gu. Este clor sensible se trnsform en clor ltente de vporizción, pero l energí totl del sistem permnece constnte y l tempertur de bulbo húmedo es constnte. O bien, un proceso de bulbo húmedo constnte se proxim un proceso de entlpí constnte. Pr cálculos psicrométricos se dice que el término de tempertur de bulbo húmedo es sinónimo de tempertur de sturción dibátic. Como conclusión, se puede decir que el proceso de bulbo húmedo se reliz cmbindo clor ltente por clor sensible del gu de l gs húmed, y el proceso de sturción dibátic del mismo ire y enfriándolo. De este modo, midiendo simultánemente l tempertur de bulbo seco T bs y l tempertur de bulbo húmedo T bh y sustituyéndols en l ec. (.30) se obtiene l expresión de l humedd específic: Cp ( Tbh Tbs ) + ωst ( hfg ) ( hg ) ( h f ) Tbs Tbh T bh ω = (.3) donde ω st se puede clculr prtir de l ecución (.3): tm ( pst ) Tbh ( p st ) Tbh ω st = 0. 6 (.33) p L figur.5 ilustr ls temperturs: de bulbo seco, de bulbo húmedo y de punto de rocío ls que se encuentr el vpor de gu en lgún estdo ddo. Est figur tmbién ilustr los procesos de bulbo húmedo que es el proceso dibático (proceso -4) y de enfrimiento hst el punto de rocío (proceso 3). T p st p T bs T bh =T d T pr 3 s Figur.5. Digrm T-s del vpor de gu. Sturción de ire por el proceso de bulbo húmedo (proceso -4). 5

29 .3. Número de Lewis L tempertur de bulbo húmedo depende de l velocidd de trnsferenci de clor (se estblece un flujo de clor entre el gu del pño y el ire del entorno, más cliente) y de l velocidd de trnsferenci de ms (flujo de gu desde el pño l ire). El prámetro que mide el cociente entre estos dos procesos es el número de Lewis (Le), el cul se define como l relción entre l difusividd térmic (α), y l difusividd másic, (D): α Le = (.3) D Pr el ire, el número de Lewis es muy próximo l unidd. Por este motivo, l tempertur de bulbo húmedo es prácticmente igul l tempertur de sturción dibátic..3.3 Relción entre ls temperturs de bulbo seco, de bulbo húmedo y punto de rocío, l humidificr el ire. Si ire no sturdo se somete un proceso de humidificción o de sturción dibátic, donde el clor totl de l mezcl permnece constnte y se le ument su humedd específic, se provoc un umento del punto de rocío y un disminución de l tempertur de bulbo seco; finlmente, l lcnzr l sturción, l tempertur de bulbo seco, de bulbo húmedo y punto de rocío son igules (Figur.6). T T bs T bh T pr 0 φ Figur.6. Tempertur de bulbo seco, tempertur de bulbo húmedo y tempertur de punto de rocío l humidificrse el ire..3.4 Ecución de Crrier El Dr. Willis H. Crrier, en su rtículo llmdo Rtionl Psychrometric Formule, publicdo en 9, presentó l ecución: p ( p ) ( p ( p ) )( T T ) tm st Tbh bs bh v = st Tbh (.34) Tbh 6

30 L ecución es de interés histórico. En el psdo, est ecución fue usd exclusivmente pr cálculos de ire condiciondo; debido que provee un medio conveniente pr estblecer ls propieddes de l mezcl ire-vpor cundo sólo se conocen l presión brométric y ls temperturs de bulbo seco y de bulbo húmedo. En los últimos ños l crt psicométric h ofrecido métodos más convenientes pr obtener ls crcterístics del ire húmedo, unque con los inconvenientes de l incertidumbre propi de un método gráfico y l utilizción de fctores de corrección cundo se requieren cálculos psicométricos de un lugr, cuy presión tmosféric es distint l del nivel del mr. En comprción los dos métodos nteriores, en este trbjo, pr desrrollr los progrms de cómputo se empleron los fundmentos de l psicometrí, es por esto que, con sólo conocer dos propieddes del estdo en que se encuentre el ire, pr culquier presión tmosféric, se pueden clculr ls crcterístics restntes de éste..3.5 Crt psicométric El digrm psicrométrico es l representción gráfic de ls propieddes del ire húmedo, un determind presión totl (generlmente, tm estándr = 0.39 kp =.039 br). Estos digrms son distintos según se l presión tmosféric (p tm ). Se represent en ls ordends l humedd bsolut ω, y en ls bsciss l tempertur de bulbo seco del ire, figur.7. ω (kgv / kg) T pr = C h = 4.4 kj/kg T bh = T d = 5 C φ = 60% ω = kg v /kg P v = br v = m 3 /kg T bs ( C) T bs = 0 C Figur.7. Crt psicométric. Cruzn l crt psicométric un serie de isolínes: de humedd reltiv φ constnte; de tempertur de bulbo húmedo T bh y de sturción dibátic T d constntes (que en mezcls ire gu coinciden); sí como línes de isoentálpics h = cte. e isocors v= cte. Con el fin de estblecer ests isolínes en l crt psicométric, se definen ecuciones pr l humedd específic, en términos de l tempertur de bulbo seco y de l propiedd que se dese que permnezc constnte. 7

31 Línes de humedd reltiv. De l ecución de l humedd reltiv, ecución (.4), se obtiene l presión prcil del vpor, p v : p ( ) Tbs = φ (.35) v p stv sustituyendo l ecución (.35) en l ecución de l humedd específic (.3), entonces, ls línes de humedd reltiv (φ) constnte se construyen con l siguiente expresión: tm ( pst ) Tbs φ( p st ) Tbs φ ω = 0. 6 (.36) p Los vlores de l presión de sturción de gu (p st ) Tbs se pueden tomr de ls tbls del vpor de gu. Cd líne de humedd reltiv tiene su propi síntot. Pr l curv de sturción, cundo φ = 00 %, l humedd específic se expres como sigue: pst ( Tbs) ω st = 0.6 (.37) p p tm st ( Tbs ) Línes isoentálpics. De l definición de entlpí totl de l mezcl ire-vpor, ecución (.9), se obtiene l humedd específic en función de l tempertur de bulbo seco. L ecución de ls isoentálpics es: ( T ) h Cp T Cp m bs m bs ω bs = = (.38) ( h fg ) + CpvT ( h g ) Tbs bs Tbs El primer miembro del denomindor es mucho myor que el segundo, entonces ls línes de entlpí constnte son prácticmente línes rects. Tomndo el vlor de h g se obtienen rects con un error muy pequeño. Ests línes son independientes de l presión totl, p tm. h T Línes de tempertur de bulbo húmedo constnte y de sturción dibátic: se deducen prtir de l ecución (.3). Ests línes son prácticmente prlels ls isoentálpics sí no se tom el vlor de de l entlpí de vpor como h g. Línes de volumen específico constnte: prtir de l ecución (.6) se deduce que v T ptm ω = M v (.39) RuTbs M L pendiente de ests línes no es constnte, pero vrí muy poco. 8

32 .4 Procesos de ire condiciondo El progrm de cómputo desrrolldo en este trbjo, demás de ofrecer un método conveniente pr obtener ls propieddes de un mezcl de ire-vpor, tmbién se us pr ilustrr y resolver un vriedd de procesos y ciclos de ire condiciondo..4. Clentmiento y enfrimiento En un proceso de clentmiento sensible, que generlmente sucede cundo un flujo de ire, presión constnte entr en contcto con un superficie sec y más cliente que el ire, tl y como se represent en l figur.8, el ire ument su tempertur de bulbo seco, que se proxim l tempertur de l superficie (T 3 ) con l que entr en contcto; l humedd específic y l tempertur del punto de rocío permnecen constntes. En este proceso no se greg vpor, pero el vpor contenido en l mezcl ire-vpor l tempertur de bulbo seco (T ), en el estdo, comienz clentrse hst lcnzr un tempertur myor en el estdo (T ). L tempertur de l superficie cliente se supone constnte. T p v T ω h h T T T T 3 s T bs Figur.8. Clentmiento sensible en los digrms T-s y ω-t bs. L proximción de l tempertur de bulbo seco del ire l de l superficie cliente se expres como el fctor de by pss (FB). El fctor de by pss se define como l relción entre l diferenci de l tempertur efectiv de l superficie cliente (T 3 ) y l tempertur de bulbo seco del ire l slid (T ) entre l diferenci de l tempertur efectiv de l superficie cliente (T 3 ) y l tempertur de bulbo seco del ire l entrd (T ): FB T T 3 = (.40) T3 T En un clentdor de ire convencionl el vlor del fctor de by pss depende del diseño del serpentín y de l velocidd con que circul el ire. Este proceso es el más usdo en l práctic, pues se sigue l clentr ire trvés de un serpentín de gu cliente o vpor. El clor por unidd de ms bsorbido por el ire se expres de l siguiente mner: q = h h (.4) 9

33 ó ) el flujo de clor totl bsorbido por el ire es: ( T ) q = Cp ( T T + Cp ω T (.4) v ( ) Q = m h h (.43) Cundo un flujo de ire ps sobre un superficie sec y más frí que el ire, presión constnte, se llev cbo un proceso de enfrimiento sensible. En este proceso l tempertur del ire disminuye. Se supone que l tempertur de l superficie sec tiene un tempertur myor que l tempertur de punto de rocío. Por tnto, l humedd específic se mntiene constnte y no se llegrá l condensción (figur.9). T p v ω h T h T T 3 T T s T bs Figur.9. Enfrimiento sensible en los digrms T-s y ω-t bs. El fctor de by pss en un enfrimiento sensible es: FB T T El clor por unidd de ms rechzdo por el ire es. 3 = (.44) T T3 ó q = h h (.45) ) ( T ) q = Cp ( T T + Cp ω T (.46) v el flujo clor totl rechzdo por el ire es:.4. Mezcl de flujos de ire ( ) Q = m h h (.47) Un proceso frecuentemente usdo en el ire condiciondo es l mezcl de dos o más flujos de ire, todos con diferente tempertur de bulbo seco y humedd específic. Ls propieddes finles de l mezcl de ire dependen de l ms, de ls temperturs y de ls humeddes originles de cd un ls corrientes. 0

34 De cuerdo con l figur.0 se tienen dos mss de ire m y m. Relizndo blnces de ms y energí, suponiendo que el proceso se llev cbo sin umento o disminución de clor, y se tiene que: Blnce de ms del ire: Blnce de ms del gu: m + = (.48) m m3 m + = (.49) ω mω m3ω3 Blnce de energí (suponiendo proceso dibático): m + = (.50) h mh m3h3 De ls 3 ecuciones nteriores se deduce que l humedd y entlpí finl es un medi ponderd de ls de ls corrientes que se mezcln; por lo tnto, es un punto intermedio de l rect que une los estdos y en un digrm ω-t bs (figur.0). ω h T h 3 ω h T 3 ω 3 T ω T bs Figur.0. Digrm ω-t bs. Mezcl de dos corrientes de ire húmedo. Humedd específic de l mezcl: Entlpí de l mezcl: ω m ω + m ω 3 = (.5) m 3 h m h + m h 3 = (.5) m 3

35 En el cso en que el estdo 3 quede como lo indic l figur., ocurrirá l condensción. Entonces el estdo finl 4 se encuentr l considerr un proceso dibático o proceso de bulbo húmedo constnte del estdo 3 hst el estdo de sturción, este estdo será el que represente l nuev mezcl. ω h=cte 3 4 T bs Figur.. Digrm ω-t bs. Mezcl de dos corrientes de ire húmedo. Donde ocurre condensción pr el estdo finl..4.3 Enfrimiento y deshumidificción En plicciones de ire condiciondo se requiere retirr tnto el clor ltente como el clor sensible de lgún espcio, con el fin de que se mntengn condiciones de confort pr los ocupntes; mntener condiciones requerids en lgún proceso determindo o pr mntener equipos en estdo óptimo. Determinr ls condiciones de ire de repuesto requerido pr dichs cuss es uno de los psos más importntes en el diseño de sistems de ire condiciondo. Q m T h ω φ m T h ω φ Agu de condensción m 3 Figur.. Enfrimiento y deshuimidificción del ire. Si el ire ps trvés de un superficie, presión constnte, cuy tempertur se menor que el punto de rocío del ire, prte del vpor de gu del ire se condens y l mezcl se enfrí simultánemente según el proceso - de l figur.3. El ire l enfrirse se stur, estdo, y disminuye su humedd específic. El gu condensd, estdo 3, es un líquido sturdo, l mism tempertur de slid que el ire.

36 T p v p st ω ' T 3 ' T ω ω s T bs Figur.3. Proceso de enfrimiento y deshumidificción en los digrms T-s y ω-t bs. Este proceso es l mner más sencill de reducir l humedd bsolut del ire. En sistems que incluyen condensción, l tempertur T se llm punto de roció del prto. L cntidd de gu retird, se expres de l siguiente mner: l = m.4.4 Clentmiento y deshumidificción ( ω ) m (.53) ω El clentmiento y deshumidificción simultáneos se pueden llevr cbo psndo el ire por un bsorbente sólido tles como gel de silic o luminio ctivo, o por bsorbentes líquidos como cloruro de litio o cloruro de clcio, en mbos csos el bsorbente tendrá un presión de vpor de gu menor que l del ire (figur.4). L humedd se condens del ire, en consecuenci, el clor ltente se liber y ument el clor sensible del ire. h ω h T T Figur.4. Digrm ω-t bs. Clentmiento y deshumidificción. T bs 3

37 .4.5 Humidificción Cundo el ire ps trvés de un humidificdor, el ire se humidific y se puede clentr, enfrir o permnecer l mism tempertur. Durnte este proceso se increment l humedd específic y l entlpí del ire; l tempertur de bulbo seco ument, disminuye o permnece constnte según l tempertur inicil del ire y del gu en el humidificdor. Si se suministr suficiente gu, el ire se cerc l sturción y se pueden obtener los tres csos nteriormente menciondos, los cules se representn en l figur.5. ω 4 3 T bs Figur.5. Digrm ω-t bs. Procesos de humidificción en un humidificdor. De cuerdo con l figur.5: -: l tempertur del gu en el humidificdor es menor que l del ire. -3: l tempertur del gu en el humidificdor es igul l del ire. -4: l tempertur del gu en el humidificdor es myor l del ire. Los estdos, 3 y 4 representn l slid del ire del spersor, estdo de sturción. El ire sle ess condiciones siempre que exist un buen contcto de ire y gu. Tmbién puede suceder que el gu del spersor esté un tempertur menor que l del bulbo húmedo pero myor que l del punto de rocío del ire, entonces el ire se enfrí y humidific simultánemente. En este proceso el ire ps trvés de un spersor de gu; l humedd específic ument y l tempertur de bulbo seco bj. Esto constituye el proceso de sturción dibátic previmente explicdo. En lgunos procesos, l humedd específic se ument gregndo gu, que se bsorbe en form de vpor. El gu vporizd en el ire bsorbe clor del propio ire, lo cul hce descender l tempertur, el ire se enfrí l vez que se humidific. Por eso, este proceso sirve tmbién como método de enfrimiento de gu por evporción. Por lo tnto, pr conservr o umentr l tempertur, es necesrio gregr clor de otr fuente. 4

38 L climtizción de ire que requiere un umento de l humedd del ire incluye, demás de l humidificción, dos procesos de clentmiento, ntes y después de l humidificción. Pr efectur este proceso, existen dos métodos según ls condiciones iniciles del ire que se teng, estos son:.- En l figur.6 se muestr como se logr un proceso sencillo de humidificción cpz de regulr tnto l tempertur como l humedd del ire, usdo en ire condiciondo. Primero, el ire se client (proceso - ) y luego se humidific (proceso -), como se ve en l figur.7. Q h f, m l m T h ω φ m T h ω φ Agu de condensción Figur.6. Humidificción de ire. T p p ω ' ' s T bs Figur.7. Digrm T-s y crt psicométric. Clentmiento (proceso - ) y humidificción (proceso -) de ire. Relizndo un blnce de energí se tiene que: m + l = (.54) h Q + m h f mh 5

39 .- El segundo método, se muestr en l figur.8 consiste: primero clentr en un temperdo; después se humidific con gu cliente hst sturr; luego se vuelve clentr hst obtener l condición finl. El estdo de sturción debe ser tl que se el punto de rocío del estdo (figur.9). Q h f, m l Q m T h ω φ m T h ω φ Q Figur.8. Clentmiento, humidificción y reclentmiento. T p p ω ' ' ' ' s T bs Figur.9. Digrm T-s y Crt psicométric. Humidificción de ire..4.6 Deshumidificción L deshumidificción es necesri muy menudo en procesos de ire condiciondo o en procesos industriles. L humedd puede ser removid por bsorción en líquidos o sólidos; o enfrindo por debjo del punto de rocío. L deshumidificción representd en el digrm T-s puede verse en l figur.0, donde se muestr solmente los procesos del vpor de gu. Primero se enfrí hst el punto de roció; después, l continur enfrindo se condens hst eliminr el gu necesri, pr lcnzr el punto de rocío del estdo desedo. Por último, se puede reclentr hst l condición finl, sin ñdir ni bsorber gu (figur.0 y.). 6

40 Q Q m T h ω m T h ω Agu de condensción Figur.0. Deshumidificción de ire. T p p ω ' ' T bs' =T pr ω =ω ' T bs ' ' T bs' =T pr ω ' =ω T bs ω s T bs ω Figur.. Digrm T-s y Crt psicométric. Deshumidificción de ire..5 Cntidd y crcterístics del ire suministrdo.5. Cntidd de ire necesri.5.. En tempord de invierno. Cundo un espcio se dese clentr, el ire que se suministr debe tener un tempertur myor l tempertur que posee est áre. Con el objeto de que l enfrirse el ire suministrdo hst l tempertur del espcio, proporcione el clor necesrio pr compensr ls fugs de clor que se tengn en el volumen condiciondo hci el exterior. L cntidd de clor que proporcion el ire l enfrirse de l tempertur de entrd (T ) l tempertur del espcio (T ) se expres con l siguiente expresión: ( ) Q = m Cp T T (.55) 7