uv climatización 4
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Objetivos.
• Comprender el concepto de mezcla de gases ysu aplicación en la climatización.
• Comprender y aplicar la ley de presionesaditivas (DALTON).
• Comprender y aplicar la ley de volúmenesaditivos (AMAGAT).
09-11-2013 2MDH/ING MECÁNICO
Objetivos.
• Diferenciar entre aire seco y aire atmosférico.
• Definir y calcular la humedad especifica y relativa del aire atmosférico.
• Definir y calcular la temperatura del punto de roció.
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Objetivos.
• Relacionar la temperatura de saturación y ladel bulbo húmedo del aire atmosférico.
• Utilizar la carta psicométrica como unaherramienta importante en climatización.
• Aplicar los principios de conservación demasa y energía en diferentes proceso declimatización.
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¿Qué es un Gas?.
• Gas: Sustancia que a ciertas condiciones detemperatura y presión sus moléculas no generanenlaces moleculares.
• Sustancia compresible y en algunas situacionesincompresible.
• Coeficiente de compresibilidad y expansiónvolumétrica.
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¿Qué es un Gas?.
• Coeficiente de compresibilidad (k).
– Los fluidos actúan como sólidos en estado elástico respecto a la presión.
– Los cambios de densidad respecto a los cambios de presión se expresa por:
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¿Qué es un Gas?.
• Coeficiente de expansión volumétrica (β).– En los gases los cambios de densidad son
considerablemente mas dependientes a los cambios detemperatura.
– Elevado valores de β implica importantes cambios dedensidad respecto a los cambios de temperatura.
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Gases ideales.
• Es solo un aproximación desde el punto devista de la ingeniería.
• Un gas es ideal a altas temperaturas y bajaspresiones.
• Ecuación de estado: Relaciona la presión,temperatura y volumen del gas.
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Gases ideales.
• Ejemplo el aire, M = 28,97 (kMol/kg).
– Raire= 8,314/28,97 = 0,287 (kJ/kg*K).
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Entalpia y energía interna en gasesideales.
• Energía interna: u = cv*T (kj/kg).
– ¿Qué es la energía interna?
• Entalpia: h = cp *T (kj/kg).
h = Energía interna + Trabajo de flujo o frontera.
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¿El Vapor de Agua es un gas ideal?
Solo en ciertas condiciones.
Alta temperatura y Baja presión.
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Mezcla de Gases.
• La suma de sus masas genera la masa total en un estanque.
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Aire seco y Aire atmosférico.
• El aire seco es el aire libre de humedad y a una mezcla de gases ideales.
– Aire seco= Nitrógeno (79%) + Oxigeno (20,9%) + Otros gases.
• El aire atmosférico es aire seco mas humedad o vapor de agua..
– Aire atmosférico=Aire seco + Vapor de agua.
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Aire seco y Aire atmosférico.
• El vapor de agua es tratado como un gas ideal paraeste caso.
• Es una mezcla de gases ideales.
• Por lo cual se cumple la ley de Dalton y Amagat.
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Humedad relativa y especifica.
• Humedad especifica (w): Masa de humedad contenida en unkilogramo de masa de aire seco.
• Humedad relativa (φ): La cantidad porcentual de masa devapor contenida en el aire. Respecto a la máxima cantidadque podría existir para ciertas condiciones de temperatura ypresión.
• ¿Qué es el aire saturado?• Recordar la neblina cuando te bañas.
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Humedad relativa y especifica.
• Humedad relativa: Su valor será 100% cuandoel aire este saturado de humedad.
• Recordar que el vapor de agua aporta unacantidad de presión y volumen a la mezcla deaire atmosférico.
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Humedad relativa y especifica.
• Entonces.
• ¿Qué significa que en Viña del Mar lahumedad relativa sea del orden del 60%? Y,¿cual es el motivo aparente?
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Temperatura del punto de roció.
• En esta condiciones se alcanza el 100% de humedad relativa.
• Es cuando el vapor de agua contenido en el aire atmosférico. Comienza a CONDESAR.
• Recordar tu espejo cuando te bañas.
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Temperatura adiabática y bulbohúmedo.• Temperatura adiabática.
– Suponga un flujo de aire seco que fluye sobre un a canal de agua.
– El contenido de humedad en el aire aumentara y con ello su temperatura.
– Puesto que el calor latente de evaporación del agua es equivalente al calor sensible del aire.
– Si el canal es los suficientemente largo el aire saldrá completamente saturado y a una temperatura de saturación o adiabática.
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Temperatura adiabática y bulbohúmedo.
• Temperatura adiabática.– Determinando la temperatura adiabática es posible
determinar la humedad relativa y especifica.
– Determinar esa temperatura implica complejosinstrumentos y análisis algo complejos.
– Para ello se aplica el uso del bulbo húmedo de un termómetro.
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Diagrama psicométrico.
• Grafica del aire atmosférico que muestra suspropiedades en diferentes condiciones de temperaturay humedad.
• Cada diagrama es solo valido para una determinadapresión atmosférica.
• Simplifica significativamente los cálculos y el análisis.
• Permite ejemplificar el proceso de climatización.
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Diagrama psicométrico.
• Mediante dos parámetros del aire ambiente, es posible determinar los faltantes respecto a la carta psicométrica.
• Ejemplo aire a 30°C y 40% HR.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Enfriamiento simple.
• Calentamiento simple.
• Humidificar
• Deshumidificar.
– Todos los proceso de acondicionamiento térmicoson representado en la carta psicométrica.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Es fundamental para el análisis:• Balance de masa al aire seco.
• Balance de masa al vapor de agua.
• Balance de energía.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Enfriamiento simple.– Se realiza a humedad especifica
contante. Y aumento de la humedadrelativa.
– Consiste en solo disminuir latemperatura del aire atmosférico.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Calentamiento simple.– Se realiza a humedad
especifica contante. Ydisminución de la humedadrelativa.
– Consiste en solo disminuir latemperatura del aireatmosférico.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Calentamiento con humidificación.
– Típico para lugares fríos y secos.
– Requiere de vapor de agua para el proceso.
– Parte del calentamiento es simple.
– Y el resto es humidificación mas calentamiento.
– Implica el aumento de temperatura y humedad especifica.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Calentamiento con humidificación.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Calentamiento con humidificación.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Enfriamiento con deshumidificación.
– Típico de lugares cálidos y húmedos.
– El proceso típico de CASI TODOS LOS EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO.
– Implica la disminución de temperatura y humedad especifica.
– Se requiere llevar al aire a la condición de saturación (100% HR) para que el vapor de agua condense, es decir, enfriar mas haya de la temperatura del punto de rocio.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Enfriamiento con deshumidificación.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Enfriamiento con deshumidificación.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Enfriamiento evaporativo.
– Típico de lugares cálidos y secos.
– La disminución de temperatura implica elaumento de humedad mediante agua atomizada.
– El enfriamiento ocurre a entalpia constante, ¿Porqué?.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Enfriamiento evaporativo.
– Entalpia constante.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Mezcla adiabática de corrientes de aire.
– Dos flujos de aire atmosférico a distintas condiciones térmicas. Se mezclan.
– Las propiedades de la corriente mezclada dependerá de la cantidad másica de cada corriente.
– Casos típicos: Aire recirculado y aire exterior.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Mezcla adiabática de corrientes de aire.
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Procesos de acondicionamiento deaire.
• Mezcla adiabática de corrientes de aire.
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Ejemplo N°1.
• Un sistema de aire acondicionado toma aire a 1 atm ,34°C y 70% HR y lo entrega a 50% y 22°C. Supongaque el proceso de deshumidificación es a 10°C,determine si el flujo de aire es de 3000 m3/hr.
– Las propiedades del aire ambiente en la entrada y salida de sistema(calculadas).
– Definir el tipo de proceso que se experimentan en el equipo.
– Determinar la potencias térmicas de enfriamiento o calentamiento,flujo de vapor, agua, etc.
– Representar el proceso en la carta Psicométrica.
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Ejemplo N°2.
• Un sistema de aire acondicionado toma aire a 1 bar, el aireentra al sistema a 70% HR y 10°C. Los requerimientos deconforte debe ser 20° y 50% HR, si el flujo de aire a tratar esde 5000 m3/hr, determinar.– Las propiedades del aire ambiente en la entrada y salida de sistema
(calculadas).
– Definir el tipo de proceso que se experimentan en el equipo.
– Determinar la potencias térmicas de enfriamiento o calentamiento,flujo de vapor, agua, etc.
– Representar el proceso en la carta Psicométrica.
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