Cap_5_Sicrometría


 * SICROMETRÍA **

=OBJETIVO: = Analizar mezclas termodinámicas y sus propiedades.

=APLICACIÓN: = Secado de granos tales como el café, arroz, maíz, entre otros.

=DEFINICIONES: =

VAPOR: Sustancia que se encuentra en condiciones de presión y temperatura relativamente cercana a la de su condensación.

GAS: Vapor que se encuentra por encima de su temperatura crítica.

HUMEDAD: Concentración de un vapor en un gas seco.

HUMEDAD ABSOLUTA (Ha): Es la relación entre la masa de un vapor con respecto a la masa del gas seco. Ha= masa vapor / masa gas seco (=) Kgvapor / Kggasseco

HUMEDAD ABSOLUTA MOLAR (Ha, m): Es la relación entre las moles del vapor con respecto a las moles del gas seco.  Ha, m= moles del vapor / moles gas seco (=) g-molvapor / g-molgasseco

Vapor: Vapor de agua Gas seco: aire

VAPOR SATURADO: Se presenta cuando el vapor y el líquido están en equilibrio uno con el otro.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">VAPOR NO SATURADO: Se presenta cuando la presión parcial del vapor de agua en una mezcla de aire y de vapor de agua es menor que la presión de vapor de agua pura a la misma temperatura de la mezcla.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">PH2O < P°H2O(T) a T de la mezcla

=<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">ECUACIONES =

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Ley de Dalton: PT= ∑Pi

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Gas ideal: PV = nRT

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">nH2O = PH2O*V / RT naire = Paire *V / RT

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Ha, m= nH2O / naire = PH2O*V / RT **<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16pt;"> / ** <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Paire *V / RT = PH2O / Paire = PH2O / PH2O – 1

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Paire = PT - PH2O <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Ha, m= mH2O/MH2O <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 18pt;">/ <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">maire/Maire = Ha * Maire/ MH2O

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">PH2O = YH2O * PT Paire = Yaire * PT

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">Ha, m= YH2O / Yaire

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">EJEMPLO:
<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">El aire se utiliza en la industria de alimentos para operaciones de secado, tiene una humedad absoluta de 0.030Kg H2O / Kg aire a una T=57°C y PT= 1 atm. Calcular Ha, m, la fracción molar de la humedad y la humedad relativa.

=Solución:=


 * // Ejemplo: //**

La presión total de una mezcla Benceno (vapor) con Nitrógeno (gas) es de 1.05 atm. Si la presión parcial de Nitrógeno en la mezcla es de 0.92 atm, calcular la humead absoluta.

Datos: Ptotal = 1.05 atm PNitr = 0.92 atm

PBenc= 1.05 - 0.92 = 0.13 atm


 * // Ejemplo: //**

Se va secar grano de café utilizando aire a 20˚C a 1 atm de presión con un higrómetro se mide la humedad relativa la cual tiene un valor del 70%

Calcular:

> Es aquella en que se forma la primear burbuja de vapor al calentar o vaporizar lentamente una mezcla de liquido a presión constante especificada. También se conoce como liquido insaturado. > > **// Temperatura del bulbo seco (Tbs) //** > Temperatura normal indicada por el termómetro normal. > > **// Temperatura del bulbo Húmedo //** > Es aquella que se alcanza cuando el bulbo de un termómetro de mercurio se cubre con un paño o un trapo húmedo y luego se expone a una corriente de aire sin saturar el cual fluye a altas velocidad.
 * 1) La PH2O
 * 2) La Ha (LbH2O/lb Aire)
 * 3) La Ha,m.s (Lb-mol H2O/ Lb-mol Aire)
 * 4) %Ha
 * 5) [[image:Sicrometria6.png]]
 * 6) **// Temperatura en el punto de Rocio //**

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">Ejemplo:

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">Para procesar granos de arroz se utiliza una unidad de un proceso el cual se alimenta con aire húmedo a 75˚c ; 1.1 Bar y 30% de humedad relativa con un flujo volumétrico de 1000 m3/h.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">Determinar:

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">a. Las velocidades de flujo molar del agua, aire seco y oxigeno que entra a la unidad del proceso.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">b. La humedad molar [Ham], [ Ha], y el % de humedad del aire.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">c. Punto de Roció.

Humedad Relativa (HR): Relación de la presión parcial del vapor en la mezcla con respecto a la presión de vapor puro a la temperatura de la mezcla multiplicada por 100.



 * // Vapor saturado: //** Se presenta cuando el vapor y el liquido se encuentran en equilibrio uno con el otro.
 * // Vapor no Saturado: //** Se presenta cundo la presión parcial del vapor de agua en una mezcla de aire y vapor de agua es menor que la presión de agua pura a la misma temperatura de la mezcla.
 * // Humedad de Saturación ( Hs): //** Es la cantidad de vapor de agua transportada por la unidad de agua de masa a unidad molar del aire seco, cuando la mezcla esta saturada.




 * // Porcentaje de Humedad (%Ha): //** Relación de la humedad absoluta de la mezcla con respecto a la humead de saturación a la misma temperatura de la mezcla.


 * // Ejemplo: //**

La presión total de una mezcla Benceno (vapor) con Nitrógeno (gas) es de 1.05 atm. Si la presión parcial de Nitrógeno en la mezcla es de 0.92 atm, calcular la humead absoluta.

Datos: Ptotal = 1.05 atm PNitr = 0.92 atm

PBenc= 1.05 - 0.92 = 0.13 atm




 * // Ejemplo: //**

Se va secar grano de café utilizando aire a 20˚C a 1 atm de presión con un higrómetro se mide la humedad relativa la cual tiene un valor del 70%

Calcular:

> Es aquella en que se forma la primear burbuja de vapor al calentar o vaporizar lentamente una mezcla de liquido a presión constante especificada. También se conoce como liquido insaturado. > > **// Temperatura del bulbo seco (Tbs) //** > Temperatura normal indicada por el termómetro normal. > > **// Temperatura del bulbo Húmedo //** > Es aquella que se alcanza cuando el bulbo de un termómetro de mercurio se cubre con un paño o un trapo húmedo y luego se expone a una corriente de aire sin saturar el cual fluye a altas velocidad.
 * 1) La PH2O
 * 2) La Ha (LbH2O/lb Aire)
 * 3) La Ha,m.s (Lb-mol H2O/ Lb-mol Aire)
 * 4) %Ha
 * 5) [[image:Sicrometria6.png]]
 * 6) **// Temperatura en el punto de Rocio //**

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">Ejemplo:

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">Para procesar granos de arroz se utiliza una unidad de un proceso el cual se alimenta con aire húmedo a 75˚c ; 1.1 Bar y 30% de humedad relativa con un flujo volumétrico de 1000 m3/h.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">Determinar:

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">a. Las velocidades de flujo molar del agua, aire seco y oxigeno que entra a la unidad del proceso.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">b. La humedad molar [Ham], [ Ha], y el % de humedad del aire.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 14pt;">c. Punto de Roció.



<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Es el volumen ocupado por una mezcla vapor-gas por unidad de masa de gas libre de humedad a la temperatura y presión del sistema.
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">VOLUMEN ESPECÍFICO PARA UNA MEZCLA HÚMEDA **

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Dónde: <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">T: Temperatura de bulbo seco (ºF) <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Pt: Presión total (atm) <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Ha: Húmeda absoluta <span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Es calor necesario para elevar en un grado la temperatura de un kilogramo de gas y del vapor que este contiene a presión constante. <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 21.3333px;">Cc,h = Cc,gas + HaCc,vapor
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">CAPACIDAD CALORÍFICA DE LA MEZCLA HÚMEDA (Cc,h) **

<span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;"> <span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;"> <span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;"> <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 26.6667px;">Qrequerido = mgasCc,hΔT

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Cantidad de energía calórica por unidad de masa de gas libre de húmeda.
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">ENTALPIA (H) **

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 16px; line-height: 0px; overflow-x: hidden; overflow-y: hidden;"> <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Dónde: <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">To: Temperatura de referencia (normalmente 0ºC o 273K) <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Tbs: Temperatura de bulbo seco

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Ejemplo: <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Calcular el volumen específico de una mezcla de aire y vapor de una mezcla de aire y vapor de agua Tbs = 8ºC, Ha = 0,003Kg H2O/Kg aire, PT = 1atm. <span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;"> <span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Ejemplo:

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Calcular Cc,h y su entalpia de una mezcla de aire y vapor de agua a Tbs = 8ºC, Ha = 8g H2O/Kg aire seco.

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Cp = a + bT + cT2

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Dónde T está en Kelvin (K)

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 18.6667px;">Cc,aire = 6,386 + 1,762x10-3(303) – 0,2656x10-6(303)2

<span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 18.6667px;">Cc,H2O = 7,136 + 2,640x10-3(303) + 0,0459x10-6(303)2

<span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;">

<span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;">

<span style="font-family: 'Calibri','sans-serif'; font-size: 14.6667px;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">ΔHv = 596,4 Kcal/Kg H2O

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Una carta psicrométrica, es una gráfica de las propiedades del aire, tales como temperatura, //hr//, volumen, presión, etc. Las cartas psicrométricas se utilizan para determinar, cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad en el aire. <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Aunque las tablas psicrométricas son más precisas, el uso de la carta psicrométrica puede ahorrarnos mucho tiempo y cálculos, en la mayoría de los casos donde no se requiere una extremada precisión. <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Como se mencionó al inicio de este párrafo, la carta psicrométrica es una gráfica que es trazada con los valores de las tablas psicrométricas; por lo tanto, la carta psicrométrica puede basarse en datos obtenidos a la presión atmosférica normal al nivel del mar, o puede estar basada en presiones menores que la atmosférica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar. <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para el rango de media temperatura y otras para el rango de alta temperatura. <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">La siguiente carta sicrometrica, está hecha con datos basados a la presión atmosférica normal de 101.325 kPa, y las unidades son las del Sistema Internacional, (S.I.). Las temperaturas están en grados centígrados; el volumen en m³/kg; la humedad relativa en porcentajes; el contenido de humedad en g/kg aire seco; la entalpía y la entropía están en kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Un kJ/kg = 0.239 kcal/kg = 0.430 btu/lb. <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">En una carta psicrométrica se encuentran todas las propiedades del aire, de las cuales las de mayor importancia son las siguientes: <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire, las otras pueden determinarse a partir de la carta.
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 24px;">CARTA SICROMÉTRICA **
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">1. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Temperatura de bulbo seco (//bs//).
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">2. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Temperatura de bulbo húmedo (//bh//).
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">3. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Temperatura de punto de rocío (//pr//)
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">4. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Humedad relativa (//hr//).
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">5. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Humedad absoluta (//ha//).
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">6. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Entalpía (//h//).
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">7. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Volumen específico.

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">1. Temperatura de Bulbo Seco. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">En primer término, tenemos la temperatura de bulbo seco. Como ya sabemos, es la temperatura medida con un termómetro ordinario. Esta escala es la horizontal (abcisa), en la parte baja de la carta.

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; line-height: 0px; overflow: hidden;">
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">2. Temperatura de Bulbo Húmedo. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Corresponde a la temperatura medida con un termómetro de bulbo húmedo, es decir cubierto con un paño humedo. La escala de temperaturas de bulbo húmedo, es la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la parte curva de la carta psicrométrica.


 * <span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">3. Temperatura de Punto de Rocío. **<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;"> Esta es la temperatura a la cual se condensará la humedad sobre una superficie. La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que la escala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la misma escala para ambas propiedades. Sin embargo, las líneas de la temperatura de punto de rocío, corren horizontalmente de izquierda a derecha.

<span style="font-family: Arial,sans-serif; font-size: 12pt;">


 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">4. Humedad Relativa. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Las líneas de humedad relativa constante, son las líneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en porciento, y este valor se indica sobre cada línea.

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">5. Humedad Absoluta. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. También se le conoce como humedad específica. La escala de la humedad absoluta, es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicrométrica, Los valores de esta propiedad se expresan, como ya sabemos, en gramos de humedad por kilogramo de aire seco (g/kg), en el sistema internacional, y en granos por libra (gr/lb), en el sistema inglés.

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">
 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">6. Entalpía. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Debe notarse que estas líneas, son meramente extensiones de las líneas de bulbo húmedo; puesto que el calor total del aire, depende de la temperatura de bulbo húmedo. La escala del lado izquierdo lejana a la línea curva, da el calor total del aire en kJ/kg (kilojoules por kilogramo) de aire seco, en el sistema internacional o en btu/lb de aire seco, en el sistema inglés.


 * <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">7. Volumen Específico. **<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Estas líneas están en un ángulo aproximado de 60° con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha. Por lo general, el espacio entre cada línea, representa un cambio de volumen específico de 0.05 m³/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas líneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Si se desea saber la densidad del aire a cualquier condición, como ya sabemos, se debe dividir uno entre el volumen específico, puesto que la densidad es la inversa del volumen específico y viceversa. Debido a que la mayoría de los cálculos en trabajos de aire acondicionado, se basan en el peso del aire en lugar del volumen de aire, se recomienda el uso del volumen específico (m³/kg de aire) en vez de la densidad (kg/m³ de aire).

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">El siguiente link lo llevara a un documento donde se explica con mas detalle las lecturas de la carta sicrométrica carta sicrometrica

//**Condiciones que pueden expresarse en una mezcla de aire-agua**//
<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Proceso adiabático: No existe transferencia de calor hacia o desde el entorno.
 * 1) **//<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Secado: //**<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Se presenta cuando la mezcla gaseosa se pone en contacto con un material solido húmedo el cual se le desea retirar humedad.

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px; line-height: 0px; overflow: hidden;">

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Humedades absolutas constantes <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Calentamiento H↑ à <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> HR ↓ Ha = Cte. <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> Enfriamiento H↓ à <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> HR ↑ Ha = Cte.
 * //2.//** **//<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Calentamiento o enfriamiento //**

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">
 * //<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> 3. Humidificación //**<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">: Es agregarle humedad al sistema.

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">
 * //<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;"> 4. Deshumidificación: //**

**//<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Ejercicio //**

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Calcular la cantidad de agua que se retira por día de un proceso de enfriamiento y deshumidificación de 5m3 de aire húmedo a una atmosfera. Inicialmente el aire se encuentra a una Tbs = 50°C y Ha = 24 (g H2O/ Kg Aire seco) .Al salir el aire se encuentra saturado a <span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">Tbs = 10 ° C

<span style="font-family: 'Arial','sans-serif'; font-size: 16px;">