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Balance de materia y energía en un proceso de acondicionamiento de aire (psicometría). Alumna: Martínez Reséndiz Angélica Problema a resolver: En un laboratorio de microbiología se desea una corriente de aire con una humedad relativa del

40% a una temperatura de 28°C. Realizar un estudio general del equipo de acondicionamiento de aire disponible y encontrar las condiciones de operación que cumplan con las características requeridas.

Antecedentes:

El Acondicionamiento de Aire, consiste en el enfriamiento o calentamiento del aire atmosférico en un ambiente interior con el fin de establecer y mantener los estados requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento. Este tratamiento comprende también la ventilación de ambientes. Las aplicaciones del Aire Acondicionado son muy diversas, aquí algunas de las principales: - Industria Textil, industria fotográfica, imprenta. - Salas de cómputo, auditorios, instalaciones médicas, instalaciones bancarias. - Conservación de productos, secado de productos. Humedad Relativa Es el cociente entre la masa de vapor en una unidad de volumen (mv) y la masa de vapor que dicho volumen podría contener si el vapor estuviera saturado a la temperatura de la mezcla, entre la presión de saturación del vapor a la temperatura de la mezcla, es decir a la misma temperatura. Humedad absoluta. Es el cociente de masa de vapor y masa de aire seco.

Material:

1) Cronómetro 2) Psicrómetro

3) Carta psicométrica a 585 mmHg 4) 5 termómetros de bulbo seco

5) 2 termómetros de bulbo húmedo 6) 4 tapones de hule 7) Probeta de 1L.

8) Probeta de 100 mL. Equipo.

Condiciones de operación. El tanque de agua debe estar lleno ¾ partes.

El tapón que conecta a la atmosfera del manómetro inclinado debe estar destapado Las 3 corridas se realizan a flujo de vapor constante. Metodología: Primera corrida : Encender el botón del ventilador y mover el reóstato a la posición deseada.

Verifique que la lectura en el manómetro inclinado esté entre 5 y 9 mmH2O, encender las 3 resistencias de inmersión y esperar a que hacienda el flujo de vapor manipular el reóstato del ventilador y esperar a que se estabilice el equipo 10 minutos.

Segunda corrida: Flujo de aire constante y calentamiento variable, la caída de presión del reóstato

tiene que tener una caída de presión de entre 6 y 7 mmH2O.encender los botones de las resistencias de calentamiento de aire.

Análisis de resultados. 1) Datos.

posición

entradas °C

Δp

del

mmH₂O

reóstato 60

5

93

7

70

resistencia s

encendida

TBs

6

Voltaj e (v)

salidas °C

TBH

25

15.3

28

21.5

28.2

Amper aje (A)

s

Δp

reostat

O

o

125

4.4

70

6

1-b,2-

370

17.6

70

6

490

26.4

1-b,2-b

250

b,1-f

1-b,2-

b,1-f,2-f ~

~

8.8

~

21.5

entradas °C

mmH₂

1-b

70

6

15 22

22.1

posici

ón del

TBH

velocidad

ambiente

m/s TBS

25 28 28

TBH

9.2

14.5

10.6

16.5

11.5

Salidas c°

TBS

24.5

17

ambiente

24.5

veloc

idade s

TBs

TBH

22.8

28.7

22.7 26.5

28.6 37.3

TBH

24 25 28

TBS

TBH

37

16

33 44

15.5

16

TBS

24.5

10.7

24.5

10.9

24.5

10.8

70

6

30.1

46.8

28

52

15.5

24.5

11.2

70

6

28

21.5

22

28

16.5

24.5

10.6

Calcular el área de la salida de flujo: Diámetro del circulo =0.15239m Área del circulo=0.01823907543 m² Calcular el flujo volumétrico: Q=velocidad*área Q=(9.2 )*( 0.01823907543 m²)=0.167799494

24

velocidad

área del

m/s

circulo m²

Flujo

Flujo

m3/s

L/s

volumétrico

volumétrico

9.2 0.01823908 0.16779949 167.799494

10.6 0.01823908

0.1933342

193.3342

11.5 0.01823908 0.20974937 209.749367

Calcular la densidad ƍ= ƍ=

(

)

(

Δp mmH₂O

)

atmosferas

Q L/s

densidad (L/s atm)

densidad (L/s

mmH20)

5 0.00047619 167.799494 1791.96608 0.17066344 6 0.00057143

193.3342 1982.36953

0.1887971

7 0.00066667 209.749367 1999.96214 0.19047258

Calculo del flujo masico Fm=Q*ƍ 300691.001

Q L/s

densidad (L/s atm)

flujo másico

167.799494 1791.96608 300691.001 193.3342 1982.36953 383259.826

209.749367 1999.96214 419490.794

Usando la carta psicométrica para calcular las Y posición del

reóstato

Δp mmH₂O

entradas

(Kg aire

°C

salidas °C

humedo/

velocidad

ambiente

m/s

Kg aire

y

seco)

TBs

TBH

y

60

5

25 15.3

0.0068

93

7 28.2 22.1

0.0142

70

6

28 21.5

0.0138

posición

Flujo

Flujo

reóstato

m3/s

L/s salida

del

volumétrico

TBH

15

TBS

25 0.0068

22

28 0.0142

21.5

28 0.0134

flujo másico

volumétrico

y

salida

densidad (L/s atm)

60 0.16779949 167.799494 300691.001 1791.96608 70

0.1933342

193.3342 383259.826 1982.36953

93 0.20974937 209.749367 419490.794 1999.96214

Balance

Calcular el flujo de aire total (

Balance general

)

(

)

(

)

(

)

TBH

9.2 14.5

10.6 16.5 11.5

17

velocidad m/s

9.2

10.6 11.5

TBS

24 0.0064

24.5 0.0084 24.5

0.009

Para resolver el problema: En un laboratorio de microbiología se desea una corriente de aire con una humedad relativa del

40% a una temperatura de 28°C. Realizar un estudio general del equipo de acondicionamiento de aire disponible y encontrar las condiciones de operación que cumplan con las características requeridas. %Rh=40%

Tbs=24.5°C se considera la presión atmosférica de la ciudad de México P=0.7697atm

y la humedad del aire a temperatura ambiente como Y=0.008 para obtener 100KgAs/h Con la ecuación de Antoine se obtiene la presión de vapor a 24.5 °C Despejando de Sustituyendo

( (

Po= 0.0324275 atm,

) Y=0.0168520

)

Para obtener el flujo de agua necesario para obtener la composición deseada en una corriente de aire de 500 m3/h se despeja del balance de materia total.

(

)

G2= 0.8842 KgH2O/h Por lo tanto para obtener un flujo de aire seco de 100Kg/h con una humedad relativa del 40% a 24.5°C y una presión de 585mmHg, condiciones de trabajo de la ciudad de México, se necesitan 0.8842 KgH2O/h.

Conclusiones En la práctica obtuvimos varios resultados de velocidad y flujo másico y volumétrico, en orden

descendiente se midieron también las velocidades experimentalmente con un velocímetro. Así

mismo se puede observar que los datos concuerdan con la teoría, ya que cuando se disminuyó la posición de control del equipo, la velocidad obtenida bajo, así como el cambio de temperatura, ya

que disminuía esta. Los errores que se obtuvieron fueron mayormente de medición, pero esto se

podría corregir usando dispositivos como termostatos y humidistatos, los cuales retiran la necesidad de usar cartas psicométricas dando lecturas más confiables y por ende con menos error.

Los estudios psicométricos son de gran importancia para un ingeniero químico ya que mediante

un sistema como el usado en esta práctica es posible controlar las condiciones de temperatura y de humedad de una habitación, estas condiciones influyen en las condiciones de los alimentos por ejemplo y el tiempo en que se conservan, y como esta hay muchas otras aplicaciones. Bibliografía Principios elementales de los procesos químicos. Richard M. Felder, 2 edición editorial Addison Wesley. Pp 400