condensaciones si la condensaciÓn se produce en … · gas ideal que ocupase él sólo todo el...

CONDENSACIONESCONDENSACIONES

LAS CONDENSACIONES EN LAS CONSTRUCCIONES SON A LA VEZ, CAUSA Y EFECTO DE UN IMPORTANTE NÚMERO

DE PROCESOS PATOLÓGICOS QUE AFECTAN EL CONFORT DE LOS USUARIOS, MENOSCABAN EL PATRIMONIO Y COMPROMETEN LA SALUD DE SUS HABITANTES.

LAS HUMEDADES PROVOCAN:1.-DESARROLLO DE PROCESOS PATOLÓGICOS TALES

COMO LAS EFLORESCENCIAS Y CRIPTOEFLORESCENCIAS 2.-PROLIFERACIÓN DE ORGANISMOS VEGETALES Y

ANIMALES3.-DISGREGACIÓN POR HELADICIDAD

4.- OXIDACIÓN Y CORROSIÓN DE ELEMENTOS METÁLICOS5.- PUDRICIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE

MADERA 6.- DISMINUCIÓN DE LA CAPACIDAD AISLANTE DE LOS

CERRAMIENTOS.

SI LA CONDENSACISI LA CONDENSACIÓÓN SE PRODUCE EN LA N SE PRODUCE EN LA SUPERFICIE INTERIOR DE UN CERRAMIENTO SE LA SUPERFICIE INTERIOR DE UN CERRAMIENTO SE LA LLAMA CONDENSACILLAMA CONDENSACIÓÓN SUPERFICIAL YSI OCURRE N SUPERFICIAL YSI OCURRE

DENTRO DE AQUEL SE LA DENOMINA CONDENSACIDENTRO DE AQUEL SE LA DENOMINA CONDENSACIÓÓN N INTERSTICIALINTERSTICIAL

TIENEN SU ORIGEN EN EL CAMBIO DE ESTADO DE PARTE DEL VAPOR DE AGUA CONTENIDO EN EL AIRE, QUE SE

ENCUENTRA O SE GENERA EN LOS EDIFICIOS, SOBRE LAS SUPERFICIES INTERIORES O EXTERIORES DE LOS

PARAMENTOS O DENTRO DE LOS MISMOS.LA CONDENSACIÓN SE PRODUCE:

- POR UN INCREMENTO DE LA CANTIDAD DE VAPOR DE AGUA DEL AMBIENTE SIN MODIFICACIÓN SIGNIFICATIVA

DE LA TEMPERATURA DEL AIRE (ESTO GENERA UN AUMENTO DE LA HUMEDAD RELATIVA, COMENZANDO LA CONDENSACIÓN AL ALCANZARSE LA PRESIÓN DE VAPOR

DE SATURACIÓN)

- POR UN DESCENSO DE LA TEMPERATURA, AÚN SIN VARIAR EL CONTENIDO DE VAPOR DE AGUA EN EL AIRE

(LO QUE PRODUCIRÁ DE IGUAL MODO UN AUMENTO DE LA HUMEDAD RELATIVA, INICIÁNDOSE LA CONDENSACIÓN AL

ALCANZARSE LA TEMPERATURA DE ROCÍO TR).

AIRE SECO

VAPOR DE AGUA

• Aire atmosférico =

Aire seco+Vapor agua (0-4%)

• Composición del aire seco

Peso(%)Peso(%)Peso(%)Peso(%) Volumen(%)Volumen(%)Volumen(%)Volumen(%) xi xiµµµµ(g/mol)

NNNN2222 75.5 78 0.7809 21.878

OOOO2222 23.1 21 0.2095 6.704

ArArArAr 1.30 0.9 0.0093 0.371

C0C0C0C02222 0.05 0.03 0.0003 0.013

OtrosOtrosOtrosOtros 0.05 0.07

TotalTotalTotalTotal 100 100 1 28.966

1

ii N

k

k

nx=

n=∑

V

RTnp ii=

V

nRTp =

......21 ++++===

i

ii

ii

nnn

ny

n

n

p

pFracción molar

La presión parcial de cada componente es proporcional a su fracción molar

MEZCLA DE GASES IDEALES. MODELO DE DALTONMEZCLA DE GASES IDEALES. MODELO DE DALTON

.Gas ideal formado por partículas que ejercen fuerzas mutuas despreciables y cuyo volumen es muy pequeño en comparación con el volumen total ocupado por el gas.

.Cada componente de la mezcla se comporta como un gas ideal que ocupase él sólo todo el volumen de la mezcla a la temperatura de la mezcla.

. Consecuencia: cada componente individual ejerce una presión parcial, siendo la suma de todas las presiones parciales igual a la presión total de la mezcla.

Pi = yiP

Aire húmedo: Aire seco + Vapor de agua

Aire seco Aire húmedo Aire saturado

Presión de vapor (tensión de vapor)

Presión de vapor de saturación: función de T

Líquido

Vapor

El aire húmedo en contacto con agua líquida se describe con arreglo a lasidealizaciones siguientes:

1) EL AIRE SECO Y EL VAPOR SE COMPORTAN COMO GASESIDEALES INDEPENDIENTES.

2) EL EQUILIBRIO DE LAS FASES LÍQUIDA Y GASEOSA DEL AGUANO ESTÁ AFECTADA POR LA PRESENCIA DE AIRE.

INDICES DE HUMEDAD

DISTINTAS FORMAS DE EXPRESAR LA CANTIDAD DE VAPOR DE AGUA CONTENIDA EN EL AIRE HÚMEDO

INCONVENIENTE:

ESTOS INDICES NO INDICAN SI EL VAPOR ESTA A PUNTO DE CONDENSAR O NO, ES DECIR, SI EL VAPOR ESTA PRÓXIMO A LA SATURACIÓN

LA CANTIDAD DE AGUA EN EL AIRE HUMEDA PUEDEEXPRESARSE DE VARIAS MANERAS

- HUMEDAD ABSOLUTA , XW

Es la relación entre la masa de vapor de agua y la masa de aire seco contenidos en una muestra de aire, es

decir, la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco. Se expresa en kg/kg o g/kg de aire seco.

mPV nRT RT

M= = 18

29

v v vw

vas as t

M p px

M p p p= =

−

- HUMEDAD RELATIVA, ϕϕϕϕ

PARA CUALQUIER TEMPERATURA Y PRESIÓN BAROMÉTRICA DE UN ESPACIO DETERMINADO, LA RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN

PARCIAL PV DEL VAPOR DE AGUA Y LA PRESIÓN DE SATURACIÓN PS A LA MISMA TEMPERATURA, ES UNA MEDIDA DE LA HUMEDAD

RELATIVA.

Pv’’ = PS

(%) 100 V

S

PHR

P=

El aire estará saturado de vapor de agua cuando, a una temperatura dada, su presión parcial sea igual a su presión de

saturación, Ps , a dicha temperatura.

De la misma forma, el aire estará saturado cuando, a una presión parcial Pv cualquiera, su temperatura sea igual a su

temperatura de saturación a dicha presión. Dicha temperatura

se denomina temperatura o punto de rocío, Tr , ya que indica la temperatura a la que comenzará a condensarse el vapor de agua.

Cuando el aire está saturado Pv = Ps y T = Tr y la humedad relativa será del 100%.

Según nos alejemos del 100% el aire estará más seco.

Como Ps aumenta con la temperatura la humedad relativa disminuirá en la misma proporción. Es decir, el aire tendrá menor humedad relativa cuando esté más caliente, aunque contenga la misma cantidad de vapor (la misma humedad absoluta, por ejemplo), y cuanto más alta sea la temperatura más difícilmente se producirá la

saturación.

0V SP P≡

Los valores de presión de saturación del aire, a distintas temperaturas, se pueden obtener de ecuaciones

Los valores de la

presión de saturación del aire, a distintas

temperaturas , se pueden obtener de tablas

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0 10 20 30 40 50

P (bar)

T (ºC)

Presion de vapor del agua (liq) en funcion de la temperatura

Coordenadas punto triple: 0.01 ºC, 0.00611 bar

SATURACIÓN:

Coexistencia de fase líquida y fase gaseosa siendo la presión de vapor igual al valor indicado por la

curva de equilibrio líquido- vapor a cada temperatura

Presión de vapor (tensión de vapor)

Los valores de presión de saturación del aire, a distintas temperaturas, se pueden obtener de gráficos

∼∼∼∼0.024

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0 10 20 30 40 50

P (bar)

T (ºC)

Presion de vapor del agua (liq) en funcion de la temperaturaT (ºC) P (bar)

0.01 0.00611

5.00 0.00872

10.0 0.01228

15.0 0.01705

20.0 0.02339

25.0 0.03169

30.0 0.04246

35.0 0.05628

40.0 0.07384

45.0 0.09593

Interpolación lineal

( )12

12

11 PP

TT

TTPP i

i −−−

+=

barCP 06632.0)º38( =

1 2i

2 1 1

2 1 1

i

i

P P P P

T T T T

− −=

− −

LA CANTIDAD DE AGUA EN EL AIRE HUMEDA PUEDEEXPRESARSE DE VARIAS MANERAS

-TEMPERATURA DE ROCIO O PUNTO DE ROCIO (DEW POINT)

Es la temperatura a la cual comienza a condensarse el vapor de agua de un ambiente (El aire húmedo llega a saturarse), para unas condiciones dadas de humedad y presión, cuando desciende la temperatura del ambiente y

,por tanto, la del vapor en el contenido.

La temperatura o punto de rocío es una medida de la humedad del ambiente

La presión de saturación del vapor de agua a la temperatura de rocío es la presión parcial de vapor de

agua del ambiente.

PUNTO DE ROCÍO:

Temperatura a la que debe enfriarse el aire (manteniendo constante su presión y su contenido

en vapor) para alcanzar la saturación.

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0 10 20 30 40 50

P (bar)

T (ºC)

Presion de vapor del agua (liq) en funcion de la temperatura

Temperatura de rocío ≈≈≈≈ 13.8 ºC

0.012

Ejemplo. Masa de aire húmedo evolucionando desde 40 ºC hasta 10 ºC (pv = 20 mbar, presión atmosférica constante 1010 mbar)

=−

=v

vC

pp

pw εº40

10126.0020.0010.1

020.0622.0 −⋅=

−= kgkg

=−

=v

vC

pp

pw εº10

10748.0012.0010.1

012.0622.0 −⋅=

−= kgkg

El aire mantiene su

humedad específica

o absoluta

pero aumenta la

humedad relativa

HUMEDAD ABSOLUTA

Cuando se rodea el bulbo del termómetro con el algodón o tela lo estamos rodeando de una

sustancia que esta humedecida. El aire circulante en la atmósfera 'choca' con el algodón humedecido y evapora parte del agua . Al evaporar el agua debe absorber el calor latente de vaporización y lo hace robado calor al bulbo del termómetro. Entonces la

temperatura del termómetro desciende continuamente hasta que el aire de los alrededores se satura, es decir, no admite más vapor de aguaENTONCES LA TEMPERATURA PERMANECE

EN UN VALOR FIJO QUE SE DENOMINA TEMPERATURA DEL BULBO HÚMEDO.

La temperatura de bulbo seco se corresponde con la temperatura ambiental tal y como se mide normalmente. Es decir en un lugar sombrío y al abrigo de

corrientes de aire. El bulbo del termómetro se mantiene directamente al aire

Para medir la temperatura de bulbo húmedo se usa el mismo tipo de termómetro pero se realiza la siguiente operación. Se llena un pequeño vaso con agua. Se introduce en el agua una sustancia porosa como una buena cantidad de

algodón y un trozo de tela natural pero siempre de forma que parte estésumergida en el agua y otra parte quede fuera del agua. El bulbo del termómetro

se colocará rodeado de la tela o el algodón que sobresalga del agua.

V ∼∼∼∼ 5 m/s

What happens to the wet bulb temperature when the relative humidity decreases?

Dry Bulb Wet Bulb Relative

Humidity

68 67 95

68 66 90

68 63 76

68 58 55

68 48 17

La temperatura de termómetro húmedo depende de la humedad que contenga el aire

VOLUMEN ESPECIFICO DEL AIRE HUMEDO.VOLUMEN ESPECIFICO DEL AIRE HUMEDO.

VOLUMEN DE UNA MASA DE AIRE HUMEDO POR KILOGRAMO DE AIRE SECO

( )as v

nRT RTPV nRT V n n

P P= = = +

1( ) 1000as v

as v

RT Y RTV n n

P M M P

= + = +

11000

29 18

Y RTV

P

= +

La psicrometría estudia las propiedades termodinámicas de mezclas de gas con vapor. En particular, la mayoría de las

aplicaciones se refieren al aire húmedo, considerado como la mezcla de aire seco y vapor de agua.

La psicrometría resulta entonces útil en

-Diseño y análisis de sistemas de almacenamiento y procesado de alimentos

-Diseño de equipos de refrigeración-Estudio del secado de alimentos,

-Estudios de aire acondicionado y climatización-Torres de enfriamiento

-Procesos industriales que exijan un fuerte control del contenido de vapor de agua en el aire.

PSICROMETRPSICROMETRÍÍAA DIAGRAMAS PSICROMETRICOSDIAGRAMAS PSICROMETRICOSLAS DIFERENTES PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO ESTÁN RELACIONADAS ENTRE SÍ, DE FORMA QUE A PARTIR DE DOS

CUALESQUIERA (T, X, HR, TR , TH , V* , ó ∆H* ) ES POSIBLE OBTENER EL RESTO. SIN EMBARGO, EL USO DE LAS DIVERSAS ECUACIONES O APROXIMACIONES PUEDE COMPLICAR EXCESIVAMENTE EL CÁLCULO

DE LAS PROPIEDADES

EN LA PRÁCTICA SE UTILIZAN DE DIAGRAMAS, QUE NO SON MÁS QUE LAS REPRESENTACIONES GRÁFICAS DE LAS ECUACIONES

ANTERIORES, Y QUE SE DENOMINAN

DIAGRAMAS PSICROMDIAGRAMAS PSICROMÉÉTRICOSTRICOS.

EN ESTOS DIAGRAMAS, CADA ESTADO DEL AIRE VENDRÁREPRESENTADO POR UN PUNTO, Y CADA PROCESO PSICROMÉTRICO

POR UNA LÍNEA. SE CONSIGUE ASÍ UNA ESTIMACIÓN RÁPIDA Y PRECISA DE LA INFORMACIÓN NECESARIA EN EL ESTUDIO Y DISEÑO DE EQUIPOS O PROCESOS RELACIONADOS CON LA PSICROMETRÍA.

ADEMÁS PERMITEN REALIZAR CÁLCULOS EN CUALQUIERMOMENTO Y SITUACIÓN.

DIAGRAMA DE CARRIERDIAGRAMA DE CARRIER

TEMPERATURA SECA (ºC)

HUMEDAD ABSOLUTA, Y

(kg agua/kg aire seco)

0.622va T

Yp p

Y=

+

0.622

T

S

p Y

p Yϕ =

+

0.622 S

T S

pY

p p

ϕϕ

=−

LINEAS TEMPERATURAHUMEDA CONSTANTE

The psychrometric chart has

seven lines.

A AbsoluteHumidity Axis

B Specific VolumeC Dry Bulb Axis

DRelativeHumidity

D

Dew Point E

EnthalpyF

Wet Bulb &Saturation Curve

G

LINEAS DE VOLUMEN ESPECIFICO CONSTANTE

23

14.8

20.1

20.1

68

TR = 14.5 ºC

Problem No. 1

• The dry bulb reading is 78° and the wet bulb is 58°.

Using the chart determine the following values. What is

the:

– a. Relative Humidity?

• 28 percent

– b. Dew Point?

• 42 degrees

– c. Absolute Humidity?

• .0056 lbs water/lb dry air

– d. Specific Volume?

• 13.65 cu.ft. / lb dry air

– e. Enthalphy?

• 25 BTU’s / lbs. dry air

Problem No. 2



the:

– Relative Humidity?

• 50 percent

– Dew Point?

• 57.8 degrees

– Absolute Humidity?

• .0102 lbs. water / lb. dry air

– Specific Volume?

• 13.78 cu. ft. / lb. dry air

– Enthalphy?

• 30 BTU’s / lbs. dry air

Problem No. 3


Using the chart determine the following values. What

is the:


• 33 percent

– Dew Point?

• 40 degrees





– Enthalphy?

• 22.5 BTU’s / lbs. dry air

Problem No. 4



the:


• 22 percent

– Dew Point?

• 41 degrees





– Enthalphy?

• 26.5 BTU’s / lbs. dry air

Use of the psychrometric chart

• A. You have had four practice problems and if

need be you can do more problems later.

• B. When you listen to the weather report on the

radio or watch it on television the two basic facts

are the dry bulb and the relative humidity.

• C. This is done because the relative humidity

recorders are more automated than the sling

psychrometer.

• Repeat the previous problems to prove that

those two values will provide the same answers.

What happens during heating and cooling?

A. There is no change in the absolute humidity of the air-vapor mixture.

B. Cooling occurs from right to left.C. Heating occurs from left to right.D. There is a change in the sensible heat of the air-vapor

mixture.E. Heat must be added or subtracted to cause thetemperature change.

Dry Bulb Temperature

Heating

Cooling

2. Sensible heat required to raise the

temperature of an air-vapor mixture.

• Calculate the amount of sensible heat that must

be added to 10 lb. of air at 55° dry-bulb and 40%

relative humidity to raise the temperature of the

air to 90°F dry bulb.

55 90

40%

Enthalpy

H2

H1

Degrees F

Steps to follow to solve the problem

• A. Locate the 55° dry bulb and 40% R. Humidity point.

• B. Follow the enthalpies line to H1.

• C. Move from point established in (A), right to 90° on a

horizontal constant water content line.

• D. Follow enthalpies line H2.

• E. H2 = 25.9 BTU’s/lb dry air.

• F. H1 = 17.5 BTU’s/lb dry air.

40%

Enthalpy

H2

H1

55 90Degrees F

Solution

• Quantity = W (H(2) - H(1))

• Quantity = 10# (25.9 - 17.5)

• Quantity = 10# (8.4)

• Quantity = 84 BTU’s

55 90Degrees F

40%

Enthalpies

H2

H1

Would you be more comfortable in this

atmosphere?

• The relative humidity is now 12%.

• The 84 BTU’s can be added by humidification.

55 90Degrees F

40%

Enthalpies

H2

H1

What is humidification and

dehumidification?A. Humidification adds moisture to the air which

increase the absolute humidity.

B. Dehumidificaiton remove moisture from the air

which decrease the absolute humidity

Dehumidification

Humidification

4. How is humidity increased?

• A. Water is added in vapor form.

• B. Water is converted from liquid to gas.

• C. There is an increase in the energy level.

Humidification

5. How is humidity decreased?

A. There is a change from gas to liquid.

B. There is a decrease in the energy level.

C. With the loss of energy, condensation occurs.

Dehumidification

6. What is latent heat?A. The amount of heat added or taken away to cause the change

of state in humidification or dehumidification.B. The change occurs without a change in temperature.C. Latent heat is heat needed to change from a liquid to a gas or

the heat released in a change from a gas to a liquid.D. The latent heat of vaporization for water is 970 BTU’s/lb. at

atmospheric pressure (2500000 J/kg)

7. How much moisture is needed to raise the

relative humidity of an air-vapor mixture?

• A. The lbs. water / lb dry air can be calculated

as the relative humidity increase from 12% to

50% and the temperature stays at 75°.

75°

12%

50%

0.0094

0.0022

lbs water/lb dry air

The amount of moisture is.

• Water needed = final absolute humidity - initial

absolute humidity

• Water needed = 0.0094 - 0.0022

• Water needed = 0.0072 lbs

water / lb dry air

75°

12%

50%

0.0094

0.0022


8. How much heat is needed to evaporate the

water that’s needed to increase the relative

humidity?

• A. The BTU’s / lb dry air can be calculated as the

relative humidity increase from 12% to 50% and the

temperature stays at 75°.

• B. Assume that 100 lbs. dry air per hour pass through a

building.

75°db

12%

50%0.0094

0.0022


The amount of heat ….

• BTU’s needed = final enthalpy - initial enthalpy

• BTU’s needed = 28.0 BTU’s/lb dry air - 21.0

BTU’s/lb dry air

• BTU’s needed = 7.0 BTU’s per lb

– dry air

• Total BTU’s for the building =

7.0 BTU’s/lb dry air X 100 lb

dry air/hr=700 BTU’s/hr

75°db

12%

50%H1

H2

9. What is evaporative cooling?A. Through evaporation, moisture in the air accumulates and the

air temperature decreases?

B. Sensible heat from the air vaporizes water from its liquid to

gaseous phase.

C. There is no loss or gain of heat within the system because

the amount of sensible heat removed equals latent heat added

to the water.

D. The process follows a constant enthalpy line.

db TempLowering of

Addition ofmoisture

10. How is evaporative cooling used?

• A. It lowers the dry bulb temperature.

• B. It is used where a lower temperature is

desired.

• C. The maximum temperature reduction is the

difference between starting dry bulb temperature

and its wet bulb temperature.

• This is an air-conditioning example.

11. Determine the amount of water needed for an

evaporative cooler when 1200 lbs. dry air passes

through a livestock building per hour.

• A. Air enters the cooler at 95° dry bulb and 30% relative humidity

and leaves at 80°.

• B. Read absolute humidity value for 95° and 30% relative

humidity>> 0.0106 lbs. water/lb. dry air.

• C. Extend enthalphy line toward saturation curve.

• D. Read absolute humidity value for 80°>>>

0.0143 lbs water/lb dry air.

• E. Water/lb dry air: 0.0143 - 0.0106 =

0.0037 lbs water

• F. Water for bldg. = 0.0037 lbs

water x 1200 lbs dry air/hr

• G. Water, gal/hr = 4.44

lbs/8.3 lbs gal = 0.54 gal/hr

0.0143

0.0106

Lbs water/

lb dry air

95°80°

30%

Dry Bulb Temp.

EJEMPLO.Una masa de aire a 30 ºC con 30 % de humedad se

somete a un proceso de saturación adiabática.

Después se enfría hasta 13.5 ºC y posteriormente

se calienta hasta que su temperatura alcanza

19 ºC. Determínese su humedad relativa y la

variación en su humedad absoluta.

30 ºC

30 %

18 ºC

13.5 ºC

19 ºC

0.080

0.095

∆ω = 0.095-0.080 =

= 0.015 kg·kg-1

1 mm Hg = 1.333 mbar

∼∼∼∼7

(Temperatura constante = 20 ºC)

condensaciones si la condensaciÓn se produce en … · gas ideal que ocupase él sólo todo el...

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