Capitulo 14 Mezclas De Gas-Vapor Y Aire Acondicionado Guía De Estudio .
Capitulo 14Mezclas de Gas-Vapor y Aire AcondicionadoGuía de estudio en PowerPointPara AcompañarThermodynamics: An Engineering Approach, 6th editionby Yunus A. Çengel and Michael A. Boles
Objetivos Diferenciar entre aire seco y aire atmosférico. Definir y calcular la humedad especifica y relativadel aire atmosférico. Calcular la temperatura de punto de rocío del aireatmosférico. Relacionar la temperatura de saturaciónadiabática y la temperatura de bulbo húmedo delaire atmosférico. Usar la carta psicrometrica como una herramientapara determinar las propiedades del aire seco. Aplicar los principios de la conservación de lamasa y la energía a varios procesos deacondicionamiento de aire.2
Nos enfocaremos en la mezcla de aire seco y vapor de agua. Esta mezcla esllamada a menudo aire atmosférico.La temperatura del aire atmosférico en aplicaciones de aire acondicionado estaoscila entre –10 y 50oC. Bajo estas condiciones, tratamos a aire como un gas idealcon calores específicos constantes. Tomando Cpa 1.005 kJ/kg K, la entalpia del aireseco esta dada por (asumiendo el estado de referencia como aquel en que T 0oCdonde la entalpia de referencia es tomada como 0 kJ/kga)La asunción de que el vapor de agua es un gas ideal es valida cuando latemperatura de la mezcla es menor de 50oC. Esto significa que la presión desaturación del vapor de agua en la mezcla aire-vapor esta por debajo de 12.3 kPa.Para estas condiciones, la entalpia del vapor de agua es aproximada por hv(T) hg ala temperatura de la mezcla T. el siguiente diagrama T-s para el agua ilustra elcomportamiento de un gas ideal a bajas presiones del vapor. vea Figura A-9 para elactual diagrama T-s.3
El valor de la entalpia para el vapor es una función de la temperatura y puede serexpresado comoNota: para la mezcla de aire seco-vapor de agua, la presión parcial del vapor deagua en la mezcla es menor que su presión de saturación a esa temperatura.PvPsat @Tmix4
Considere aumentar la presión total de una mezcla de aire-vapor de agua mientrasla temperatura de la mezcla se mantiene constante. Ve si puedes bosquejar elproceso en el diagrama P-v relativo al as líneas de saturación para el aguasolamente en el diagrama dado debajo. Asuma que el vapor de agua estainicialmente sobre calentado.PvCuando la presión de la mezcla aumenta mientas la temperatura de la mezcla semantiene constante, la presión parcial del vapor aumenta hasta la presión desaturación a la temperatura de la mezcla y la condensación comienza. Por lo tanto,la presión parcial del vapor del agua nunca puede ser mayor que u presión desaturación correspondiente a la temperatura e la mezcla.5
DefinicionesPunto de Rocío, TdpEl punto de rocío es la temperatura a la cual el vapor se condensa o solidificacuando se enfría a presión constante.Considere el proceso de enfriamiento de una mezcla de aire-vapor de agua mientrasla presión total de la mezcal se mantiene constante. Cuando la mezcla es enfriada auna temperatura igual a la temperatura de saturación para la presión parcial de lamezcla agua-vapor, la condensación comienza.Cuando una mezcla de aire atmosferico-vapor se enfría a presión constante de talmanera que la presión parcial del vapor de agua es 1.491 kPa, entonces latemperatura de punto de rocía de esa mezcla es 12.95oC.Steam375325275T [C]2251751.491 kPa12575TDP25-250246s [kJ/kg-K]810126
Humedad Relativa, ϕMass of vapor in airMass of in saturated airmvmgPvPgPv y Pg son mostrados en el siguiente diagrama T-s para la mezcla agua-vapor solo.Steam125T [C]75Tm25o Vapor StatePg 3.169 kPaTdpPv 1.491 kPa-25024681012s [kJ/kg-K]SincePgPv ,1 or 100%,PvPg1491.kPa3169.kPa0.477
Humedad Absoluta o Especifica (algunas veces llamada razón de humedad),Mass of water vapor in air mvMass of dry airmaPVMPv M vvv / ( Ru T )PVMPa M aaa / ( Ru T )PPv0.622 v 0.622PaP PvUsando la definición de humedad especifica, la humedad relativa puede expresarsecomoP(0.622) Pg0.622 PgandPPgVolumen de la mezcla por unidad de aire seco, vVmavmm RmTm / PmmaDespués de varios pasos, podemos mostrar que (debería tratar esto)vVmavaRa TmPa8
Por tanto el volumen de la mezcla por unidad de masa de aire seco el volumenespecifico del aire seco calculado a la temperatura de la mezcla y a la presión parcialdel aire seco.Masa de la mezclam mamvmvma (1)mama (1) a del aire seco,Razón de Flujo Másico mBasado en la razón volumétrica del flujo de la mezcla en el estado dado, la razón deflujo másico del aire seco esm aV vm3 / sm3 / kgakgasEntalpia de la mezcla por unidad de masa de aire seco, hhHmmahaHaHvmama ha mv hvmahv9
Ejemplo 14-1Aire Atmosférico a 30o C, 100 kPa, tiene su punto de rocío a 21.3oC. Encuentre lahumedad relativa, Razón de Humedad y h de la mezcla por unidad de masa de aireseco.PvPg0.622h2.548 kPa4.247 kPa0.6 or 60%2.548 kPa(100 2.548) kPa0.01626kgvkgahahvCp, a T(25013. 182. T)1005.kJkgakJ7171.kgaoC(30o C ) 0.01626kgvkJ(25013. 182. (30o C ))kgakgv10
Ejemplo 14-2Si el aire atmosférico en el ultimo ejemplo es acondicionado a 20oC, 40 por ciento dehumedad relativa, que masa de agua se añade o remueve por unidad de masa deaire seco ?A 20oC, Pg 2.339 kPa. PvPgw0.4(2.339 kPa )0.622PvPPv0.00588kgvkga0.6220.936 kPa0.936 kPa(100 0.936) kPaEl cambio en la masa de agua por unidad de masa de aire seco esmv , 2mv ,1mamv , 2mamv ,121(0.00588 0.01626)kgv0.01038kgakgvkga11
O, a medida que la mezcla cambia del estado 1 al 2, 0.01038 kg de vapor de aguase condensa por cada kg de aire seco.Ejemplo 14-3Aire atmosférico se encuentra a 25oC, 0.1 MPa, 50 por ciento de humedad relativa.Si la mezcla se enfría presión constante a 10oC, encuentre la cantidad de aguaremovida por unidad de masa de aire seco.Grafique los estados del agua-vapor relativos a las líneas de saturación en elsiguiente diagrama T-s.TsoA 25 C, Psat 3.170 kPa, y conPv ,1Tdp ,1 50%1P1 g ,1Tsat @ Pv0.5(3.170 kPa ) 1.585 kPa13.8o C12
w10.622Pv ,1P0.01001Pv ,10.62215845.kPa(100 15845.) kPakgvkgaPor tanto, cuando la mezcla se enfría a T2 10oC Tdp,1, la mezcla se encuentrasaturada y 2 100%. Entonces Pv,2 Pg,2 1.228 kPa.w20.622Pv , 2P Pv , 20.007730.6221.228 kPa(100 1.228) kPakg vkg aEl cambio en la masa del agua por unidad de aire seco esmv , 2mamv ,121(0.00773 0.01001)0.00228kgvkgakgvkga13
O , a medida que la mezcla cambia del estado 1 al 2, 0.00228 kg de vapor de aguase condensa por cada kg de aire seco.Análisis de flujo estable Aplicado a mezclas de Gas-VaporRevisaremos los principios de la conservación de la energía y la masa a medida quela aplicamos a las mezclas de gas-vapor en el siguiente ejemplo.Ejemplo 14-3Dadas las condiciones de entrada y salida del aire acondicionado mostrado debajo.Cual es la transferencia de calor removida por unidad de Kg de aire seco al atravesarel dispositivo ? Si la razón de flujo volumétrico del aire atmosférico entrante es 200m3/min, determine la razón necesaria de transferencia de calor.14
Antes de aplicar la conservación de la energía y la masa para un flujo estable,necesitamos decidir si alguna cantidad de agua se condensa en el proceso. Lamezcla se enfría por debajo del punto de rocío para el estado 1?Pv ,10.8(4.247 kPa ) 3.398 kPa1 Pg ,1Tdp ,1Tsat @ Pv26.01o CEntonces para T2 20oC Tdp, 1, Alguna cantidad de agua-vapor se condensara.Asumamos que el agua condensada deja el aire acondicionado a 20oC. Algunosdicen que el agua sale a temperatura promedio de 26 y 20oC; como sea, 20o C esadecuado para nuestro uso acá.Aplicando la conservación de la energía a un volumen de control de flujo estable.Q net 2V i (hm2inletsgz)iW net 2V e (hm2exitsgz) eDespreciando las energías cinéticas y potencial y notando que el trabajo es cero,tenemosQ net a1ha1 m v1hv1m a 2ha 2 m v 2hv 2 m l 2hl 2mLa Conservación de la masa para el volumen de control de flujo estable es iminlets emexits15
Para el aire seco:m a1m a 2m aPara el vapor de agua:m v1m v 2m l 2La masa de agua que se condensa y deja el volumen de control es l2m v1 m v2m a ( 1m2)Dividiendo la ecuación de la conservación de la energía porQ netm aQ netm aQ netm aha1h1 v1ha 2 ha1C pa (T2 T1 )m a , tenemosha 22 v2h(12)hl 2h1 v1h(12)hl 22 v2h2 v2h1 v1(12)hl 216
Ahora para encontrary h.10.622 Pv1P1 Pv10.02188Pv 2220.622(3.398)100 3.398kg vkg aPg 2(0.95)(2.339 kPa ) 2.222 kPa0.622 Pv 2 0.622(2.222)P2 Pv 298 2.222kg0.01443 vkga17
Usando las tablas de vapor, la entalpias h para el agua sonkJhv1 2555.6kg vhv 22537.4hl 283.91kJkg vkJkg vLa transferencia de calor por unidad de masa de aire seco se obtiene deQ netm aC pa (T2 T1 )1.005kJkg a o C0.021888.627h2 v2h1 v1(1(20 30)o C 0.014432)hl 2kg vkJ(2537.4)kg akg vkg vkgkJkJ(2555.6) (0.02188 0.01443) v (83.91)kg akg vkg akg vkJkg a18
La transferencia de calor del aire atmosférico esQ netm aqoutkJ8.627kg aLa razón de flujo másico del aire seco esta dado porm av1RaT1Pa1V 1v1kJ(30 273) K 3kg a Km kPa(100 3.398)kPakJ0.287m30.90kg am am3200minm30.90kg akg a222.2min19
Q outm aq out 222.231.95kWkg akJ 1min 1kWs(8.627)minkg a 60s kJ9.08TonsEl proceso de Saturación adiabáticoAire con una humedad relativa menor de 100 por ciento fluye sobre agua contenidaen un ducto bien aislado. Una vez el aire tiene 100 por ciento, parte del agua seevaporara y la temperatura de la mezcla air-vapor disminuirá.20
Si la mezcla que deja los ductos saturada y si el proceso es adiabático, latemperatura a la que sale la mezcla del dispositivo es conocida como Temperaturade saturación Adiabática.Par que este proceso sea un proceso de flujo estable, agua es añadida a latemperatura de saturación adiabática a la misma razón a la que el agua se evapora.Asumimos que la presión total se mantiene constante durante el proceso.Aplicando la conservación de la energía a un volumen de control de flujo estableQ net 2V i (hm2inletsgz)i 2V e (hm2exitsW netgz) eDespreciando las energías cinéticas y potencial y notando que el trabajo y latransferencia de calor son cero, obtenemosm a1ha1 m v1hv1 m l 2 hl 2m a 2 ha 2m v 2 hv 2La conservación de la masa para el volumen de control de flujo estable es iminlets emexits21
Para el aire seco:m a1m a 2m am v1 m l 2m v 2Para el vapor de agua:La razón de flujo másico del agua que debe ser suplido para mantener el flujoconstante es, l2m v2 m v1m a ( 2m1)Dividiendo la ecuación de la conservación de la energía por m aha1h1 v1(21)hl 2ha 2, luegoh2 v2Que es conocido y que es desconocido en esta ecuación ?Resolviendo para11ha 2 ha1hl 2 )2 ( hv 2(hv1 hl 2 )C pa (T2 T1 )2 h fg 2(hg1 h f 2 )22
Como1es definida también como10.622Pv1P1 Pv1Podemos resolver para Pv1.Pv1P1 10.6221Luego la humedad relativa en el estado 1 es1Pv1Pg123
Ejemplo 14-4Para el proceso de saturación adiabática mostrado debajo, determine la humedadrelativa, la razón de humedad (humedad especifica) y la entalpia del aire atmosféricapor unidad de masa de aire seco en el estado 1.24
Usando las tablas de vapor:67.2hv12544.7kJkg vh fg 22463.0kJkg vDel análisis anteriorC pa (T2 T1 )1kJkg vhf 22h fg 2(hg1 h f 2 )1.005kg vkJkJo1624C0.0115(2463.0)okg akg vkg a CkJ(2544.7 67.2)kg v0.00822kg vkg a25
Podemos resolver para Pv1.P0.6221 1Pv110.00822(100kPa )0.622 0.008221.3 kPaEntonces la humedad relativa en el estado 1 es1Pv1Pg1Pv1Psat @ 24o C1.3 kPa3.004 kPa0.433 or 43.3%La entalpia de la mezcla en el estado 1 esh1ha1C paT11.00545.04h1 v1h1 v1kJkg akJkg aoC(24o C ) 0.00822kg vkJ2544.7kg akg v26
Temperaturas de bulbo Húmedo y Bulbo secoEn la practica, el estado del aire atmosférico es especificado determinando lastemperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo. Estas temperaturas son medidasusando un dispositivo llamado psicrómetro. El psicrómetro esta compuesto de dostermómetros montados en un sling. Un termómetro es equipado con una mallamojada y lee la temperatura de bulbo húmedo. El otro termómetro lee la temperaturaordinaria o de bubo seco. A medida que el psicrómetro es golpeado por el aire,agua es vaporizada de la mala mojada, resultando en un descenso de la temperaturaque es registrada por el termómetro. Mientras mas seco sea el aire atmosférico, masbaja será la temperatura de bulbo húmedo. Cuando la humedad relativa del aire estacerca del 100 %, existirá una pequeña diferencia entre las temperaturas de bulboseco y Bulbo húmedo. La temperatura de bulbo húmedo es aproximadamente igual ala temperatura de saturación adiabática. La temperaturas de bulbo seco y bulbohúmedo y la presión atmosférica determinan de forma única el estado del aireatmosférico.27
La carta PsicométricaPara una presión total dada de la mezcla aire-vapor, las propiedades de la mezclaestán dadas de forma grafica en una cata psicométrica.Procesos de acondicionamiento de aire:28
PROCESOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIREMantener un hogar o un áreaindustrial a la temperatura yhumedad deseada requiere dealgunosprocesosllamadosprocesos de acondicionamiento deaire.Estosprocesosincluyencalentamiento simple (elevar latemperatura), Enfriamiento simple(bajarlatemperatura),humidificación (añadir humedad), ydeshumidificación(removerhumedad).Algunas veces do o mas de estosprocesos son necesarios para lograrla temperatura y humedad deseadadel aire. El aire es comúnmentecalentado y humidificado en invierno Varios procesos de acondicionamiento dey enfriado y deshumidificado enaireverano.29
Calentamiento y enfriamiento simple ( constante)Muchos sistemas de calentamiento residenciales consisten en una estufa, unabomba de calor, o de un calentador de resistencia eléctrica. El aire en estesistema se calienta haciéndolo circular a través de un ducto que contiene lostubos de los gases calientes o las resistencias eléctricas.El enfriamiento puede ser logrado haciendo pasaraire sobre algunosserpentines a través de los cuales fluye un refrigerante o agua fría.El calentamiento y enfriamiento aparece como una línea horizontal cuando no seañade o remueve humedad del aire.DuranteunenfriamientoBalance de masa del airesimple, la humedad especificasecose mantiene constante, pero laBalance masico del aguahumedad relativa aumenta.Balance de EnergiaDurante un calentamiento simple, la humedadespecifica se mantiene constante, pero lahumedad relativa disminuye.30
Calentamiento con HumidificaciónLos problemas con humedad relativa baja que resultan de un calentamientosimple pueden ser eliminados humidificando el aire calentado. Esto se lograhaciendo pasar primero el aire a través de una sección de calentamiento y luegopor una sección de humidificación.31
Enfriamiento con DeshumidificacionLa humedad especifica del aire se mantiene constante durante un proceso deenfriamiento simple, pero su humedad relativa aumenta. Si la humedad relativaalcanza altos niveles no deseados, puede que sea necesario remover algunahumedad del aire, eso es, deshumidificarlo. Esto requiere enfriar el aire pordebajo de su temperatura de punto de rocío.32
En climas desérticos (caliente y seco),podemos evitar el alto costo ativos,tambiénconocidos swamp coolers.A medida que el agua se evapora, elcalor latente de vaporización esabsorbido del agua y el aire de losalrededores. Como resultado, ambos elagua y el aire son enfriados durante elproceso.Agua en una jarra porosa en un áreaabierta y ventosa, se enfría comoresultado del enfriamiento evaporativo.Enfriamiento EvaporativoEste proceso es esencialmenteidéntico a un proceso de saturaciónadiabático.33
Mezcla adiabática de corrientes de aireMuchas aplicaciones de A-C requieren lamezcla de dos corrientes de aire. Esto esparticularmente cierto en grandes edificios, enla mayoría de plantas de producción y deprocesos y hospitales, los cuales requierenque el aire acondicionado sea mezclado conuna cierta fracción de aire fresco exterior ndo dos corrientes de aire enestados1y2semezclanadiabáticamente, el estado de la mezclayace en la línea recta que conecta losdos estados.34
35
Ejemplo 14-5Determine la humedad relativa, la razón de humedad (Humedad especifica), entalpiadel aire atmosférico por unidad de masa de aire seco y el volumen especifico de lamezcla por unidad de masa de aire seco en un estado en el cual la temperatura debulbo seco es 24oC, la temperatura de bulbo húmedo es 16o C y la presiónatmosférica es 100 kPa.De la carta psicrométrica leemos44%gvkgakJ46kga8.0hv0.008kgvkgam30.853kga36
Ejemplo 14-6Para el sistema de acondicionamiento de aire mostrado debajo en el cual el aireatmosférico es calentado primero y luego humidificado con vapor rociado, determinela razón de transferencia de calor requerida en la sección de calentamiento a latemperatura del vapor requerida en la sección de humidificación cuando la presión elvapor es de 1 MPa.37
El diagrama psicométrico esPsychrometric Diagram0.0500.045Pressure 101.3 [kPa]0.040Humidity Ratio0.0350.80.03030 C0.0250.60.020h3 48 kJ/kga0.0150.0100.4310 Ch1 17 kJ/kga1-53 0.0091kgv/kga0.20C0.0050.000-1020 Ch2 37 kJ/kga1 2 0.0049 kgv/kga20510v1 0.793 m 3/kga152025303540T [C]Aplicando la conservación de la masa y la conservación de la energía para estadoestable a los procesos1-2.La Conservación de la masa para un volumen de control de flujo estable es iminlets emexits38
Para el aire secom a1m a 2m aPara el vapor de agua (nota: no se añade o condensa agua durante el calentamientosimplem v1m v 2Por tanto,21Despreciando las energías cinéticas y potencial y notando que el trabajo es cero ydejando que la entalpia de la mezcla por unidad de masa del aire h sea definidocomohObtenemosE inQ in m a h1Q inhahvE outm a h2m a (h2 h1 )39
a y h's usando la carta psicométrica.Ahora para encontrar el mAt T1 5oC,1 90%, and T2 24oC:La razón de flujo másico de aire seco esta dada porm aV 1v140
m am360minm30.793kgakga 1 min75.66min 60skga1261.sLa transferencia de calor requerida para la sección de calentamiento esQ inkgakJ 1kWs(37 17)skga kJ25.22 kW1261.Esta es la transferencia de calor requerida para el aire atmosférico. Enliste algunasmaneras de las cuales esta cantidad de calor puede ser suplido.A la salida, estado 3, T3 25oC y3 45%. La carta psicométrica da41
Aplicando la conservación de la masa y la conservación de energía a los procesos2-3.La Conservación de la masa para un volumen de control para flujo estable es iminlets emexitsPara el aire seco a2m a3m amPara el vapor de agua (nota: Agua es añadida durante el proceso de humidificación )m v 2m sm sm sm v 3m v 3 m v 2m a ( 32)kgakgv1261.(0.0089 0.0049)skgakgv0.00504s42
Despreciando las energías cinética y potencial y notando que la transferencia decalor y el trabajo son cero, La conservación de la energía producem a h2E inm s hsm s hsE outm a h3m a (h3 h2 )Resolviendo para la entalpia del vapor,m a (32)hshsm a (h3 h2 )h3 h23(48 37)hs2kJkg akg v(0.0089 0.0049)kg akJ2750kg v43
A Ps 1 MPa y hs 2750 kJ/kgv, Ts 179.88oC y la calidad xs 0.985.Vea el libro de texto para aplicaciones que involucran enfriamiento condeshumidificación, Enfriamiento evaporativo, Mezcla adiabática de corrientes de airey torres de enfriamiento húmedo.44
Nos enfocaremos en la mezcla de aire seco y vapor de agua. Esta mezcla es llamada a menudo aire atmosférico. La temperatura del aire atmosférico en aplicaciones de aire acondicionado esta oscila entre -10 y 50oC. Bajo estas condiciones, tratamos a aire como un gas ideal con calores específicos constantes. Tomando C
EN MIL PEDAZOS (Serie After, 2) Traducción de Vicky Charques y Marisa Rodríguez. Índice Portada Aplicación Seire AFTER Portadilla Dedicatoria Prólogo Capítulo 1 Capítulo 2 Capítulo 3 Capítulo 4 Capítulo 5 Capítulo 6 Capítulo 7 Capítulo 8 Capítulo 9 Capítulo 10 Capítulo 11 Capítulo 12 Capítulo 13 Capítulo 14
Magia Blanca Novelas del Tarot. Libro 3 (último de la trilogía) Malala Macaroni Irene de Westminster. Índice de contenido Título Portadilla Sinopsis Dedicatoria Agradecimientos Primera Parte Capítulo 1 Capítulo 2 Capítulo 3 Capítulo 4 Capítulo 5 Capítulo 6 Capítulo 7 Capítulo 8 Capítulo 9 Capítulo 10
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Índice portada dedicatoria prÓlogo capÍtulo uno capÍtulo dos capÍtulo tres capÍtulo cuatro capÍtulo cinco capÍtulo seis capÍtulo siete capÍtulo ocho
Capítulo 8: El rol del mediador Capítulo 9: Fomento lector en sectores vulnerables Capítulo 4: Ver para leer Capítulo 5: Edición y mercado del libro infantil Capítulo 6: El fomento lector en la formación docente Capítulo 3: Lectura y construcción de identidad Capítulo 7: Leer en pañales 159 169 183 201 217 239 253 261 267 283 301 317 .
Índice: La Vida de San Pablo James Stalker Capítulo 1: Lugar de Pablo en la Historia Capítulo 2: Su Preparación Inconsciente Para Su Obra Capítulo 3: Su Conversión Capítulo 4: Su Evangelio Capítulo 5: La Obra Que Aguardaba al Obrero Capítulo 6: Sus Viaj
Scott Cunningham INDICE Parts I : BASES. Capítulo Uno: Tocando la Tierra Capítulo Dos: La Magia Descifrada Capítulo Tres: Técnicas Capítulo Cuatro: Los Elementos en la Magia. Parts II : Magia de los elementos Capítulo Cinco: Magia de la Tierra Capítulo Seis: Magia del Aire Capí
