Informe de Psicometria.docx

UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO ANZOÁTEGUI ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III PSICROMETRÍA

Realizado Por: Vásquez Manuel C.I: 20.633.621 De la Rosa José C.I: 21.068.355

Revisado por: Prof. Johnny Martínez

Puerto la Cruz, Abril del 2016

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

RESUMEN

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

ÍNDICE Pag 1.

2.

3.

4.

INTRODUCCIÓN....................................................................................................6 1.1.

Aire....................................................................................................................6

1.2.

Temperatura de Roció......................................................................................6

1.3.

Compresor........................................................................................................6

1.4.

La Carta Psicrométrica.....................................................................................6

1.5.

Humedad específica y relativa del aire.............................................................6

1.6.

Proceso de saturación adiabática....................................................................8

1.7.

Temperatura de bulbo seco..............................................................................8

1.8.

Calentamiento y enfriamiento simple...............................................................8

1.9.

Enfriamiento con Deshumidificación................................................................9

OBJETIVOS............................................................................................................9 2.1.

Objetivo general................................................................................................9

2.2.

Objetivos específicos......................................................................................10

MATERIALES Y EQUIPO.....................................................................................10 3.1.

Materiales.......................................................................................................10

3.2.

Equipos Utilizados..........................................................................................10

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL...................................................................11 4.1.

ENFRIAMIENTO CON DESHUMIDIFICACIÓN.............................................11

4.2.

CALENTAMIENTO CON HUMIDIFICACIÓN.................................................12

4.3.

CALENTAMIENTO DOBLE:...........................................................................12

5.

RESULTADOS......................................................................................................13

6.

ANÁLISIS DE RESULTADO.................................................................................16 3

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

7.

CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES........................................................19

8.

BIBLIOGRAFÍA.....................................................................................................21

9.

APÉNDICE............................................................................................................22 A.

EJEMPLO DE CÁLCULO............................................................................22

B.

ASIGNACIÓN..............................................................................................22

C.

ANEXOS .....................................................................................................24

4

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

1. INTRODUCCIÓN 1.1. Aire El aire es una mezcla de nitrógeno, oxígeno y pequeñas cantidades de otros gases. Normalmente, el aire en la atmósfera contiene cierta cantidad de vapor de agua (o humedad) y se conoce como aire atmosférico. En contraste, el aire que no contiene vapor de agua se denomina aire seco. [1] 1.2. Temperatura de Roció Se define como la temperatura a la que se inicia la condensación si el aire se enfría a presión constante. En otras palabras Tpr es la temperatura de saturación del agua correspondiente a la presión de vapor. [1] 1.3. Compresor Es una máquina de transmisión de potencia cuya función es aumentar la presión de un fluido compresible (gases y vapores) y desplazarlo mediante compresión mecánica. [2] 1.4. La Carta Psicrométrica Son aquellas gráficas utilizadas en aplicaciones de acondicionamiento de aire. El estado de aire atmosférico a una presión especificado se establece por completo mediante dos propiedades intensivas independientes. 1.5. Humedad específica y relativa del aire La masa de vapor de agua presente en una unidad de masa de aire seco, se denomina humedad absoluta o específica. Y está representada por medio de ω. ω=

mv agua kg vapor de aire seco ( Ec 1) ma kg

(

)

La humedad específica también se expresa como:

5

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

ω=

m v Pv V / Rv T Pv / Rv P = = =0,622 v ma Pa V / Ra T Pa / Ra Pa

ω=

0,622 Pv ( Ec 2) P−P a

Donde: P= presión total. Pv= presión del vapor El aire seco no contiene vapor de agua y, por ende, su humedad específica es cero. A medida que se añada más vapor o humedad, la humedad específica crecerá hasta que el aire ya no pueda contener más humedad. En este punto se dice que el aire estará saturado por humedad. El aire saturado, es el aire que ya no puede contener más humedad. Cualquier humedad agregada al aire saturado se condensará. La Humedad relativa: es la relación entre la cantidad de humedad en el aire y la máxima cantidad de humedad que el aire puede contener a la misma temperatura. La cantidad de humedad que el aire puede contener depende de su temperatura, por lo tanto la humedad relativa del aire cambia con la temperatura aunque su humedad específica permanezca constante. ϕ=

m v Pv V / Rv T Pv = = (Ec 3) m g Pg V / Rv T Pa

Donde Pg =Psat @ T Si se combinan las ecuaciones 4 y 3, también se puede expresar la humedad relativa como:

6

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

ϕ=

0,622 ϕ P g ωP y ω= (Ec 3 a .b) ( 0,622+ ω)P v P−ϕ P g

La entalpía del aire se expresa en términos de las entalpías del aire seco y del vapor de agua. La entalpía del aire atmosférico se expresa por unidad de masa del aire seco. Esto se debe a que la cantidad de aire seco en la mezcla de aire-vapor de agua permanece constante, en cambio la cantidad de vapor de agua cambia. La temperatura ordinaria del aire atmosférico se conoce como la temperatura de bulbo seco para diferenciarla de otras formas de temperaturas que deben estudiarse. [1] 1.6. Proceso de saturación adiabática El sistema se compone de un canal largo aislado que contiene una pila de agua. Por el canal se hace pasar un flujo estacionario de aire no saturado que tiene una humedad específica de w1 (revisa) (desconocida) y una temperatura de T p(revisa) Cuando el aire fluye sobre el agua, un poco de ésta se evapora y se mezcla con el flujo de aire. El contenido de humedad del aire aumentará durante este proceso y su temperatura descenderá, puesto que parte del calor latente de vaporización del agua que se evapora provendrá. [1] 1.7. Temperatura de bulbo seco Es la temperatura que se mide soplando sobre un algodón saturado con agua que cubre el bulbo de un termómetro y se emplea comúnmente en aplicaciones de acondicionamiento de aire. [1] 1.8. Calentamiento y enfriamiento simple La humedad específica del aire permanece constante durante un proceso de calentamiento (o enfriamiento) sin humidificación o deshumidificación. Dicho proceso de calentamiento procederá en la dirección de aumento de la temperatura de bulbo seco siguiendo una línea de humedad específica constante en la carta psicrométrica, la cual aparece como una línea horizontal. 7

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

La humedad relativa del aire disminuye durante un proceso de calentamiento, incluso si la humedad específica permanece constante. Esto se debe a que la humedad relativa es la relación entre el contenido de humedad y la capacidad del aire de sostener humedad a la misma temperatura y la capacidad de sostener humedad aumenta con la temperatura. [1] 1.9. Enfriamiento con Deshumidificación La humedad específica del aire permanece constante durante un proceso de enfriamiento simple, pero su humedad relativa aumenta. Si la humedad relativa alcanza niveles extremadamente altos, tal vez sea necesario eliminar algo de humedad en el aire, es decir, deshumidificarlo. Para esto es necesario enfriar el aire por debajo de su temperatura de punto de rocío. [1]

8

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

2. OBJETIVOS 2.1. Objetivo general Conocer los principios de la psicrometría y el acondicionamiento del aire y demostrar experimentalmente dichos principios. 2.2. Objetivos específicos  

Conocer y manejar la unidad de acondicionamiento de aire del laboratorio Medir la temperatura de bulbo seco, bulbo húmedo y obtener la humedad



relativa del aire Demostrar experimentalmente el proceso de calentamiento y su influencia



sobre las propiedades del aire Demostrar experimentalmente el proceso de humedecimiento y su influencia



sobre las propiedades del aire. Demostrar experimentalmente el proceso de enfriamiento y su influencia sobre las propiedades del aire

9

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

3. MATERIALES Y EQUIPO 3.1. Materiales •

Aire. 3.2. Equipos Utilizados

Banco Psicométrico Air Conditioning Laboratory Unir Serial Nº 5756. P.A Milton LTD Engineers. Elementos del banco 

Ventilador controlado en el panel, para la variación del caudal de aire suministrado al sistema.



Juego de resistencias.



Tanque de agua para la humidificación del aire.



Sistema de refrigeración.



Panel C, encendido del ventilador y sistema de refrigeración.



2 Termómetros de bulbo seco. Marca: Brannan England. Capacidad 50 ºC. Apreciación: ± 1 ºC.



1 termómetro de bulbo húmedo. Marca: Brannan England. Capacidad 50 ºC. Apreciación: ± 1 ºC.



1 termómetro de bulbo húmedo. Sin marca. Capacidad: 150 ºC. Apreciación: ± 1 ºC.



Cilindro graduado. Marca: Saniver. Capacidad: 100 ml. Apreciación: 1 ml. 

Higrómetro con termómetro: rango de medida 10 a 99 % de humedad, -50 º C a 70º C

10

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1. ENFRIAMIENTO CON DESHUMIDIFICACIÓN  

Se encendió el ventilador del banco de pruebas a una velocidad de 260 rpm. Se encendió el sistema de refrigeración y se esperó que el sistema se estabilizara (es indicado por los termómetros de bulbo seco y húmedo cuando



su temperatura se mantiene constante). Se tomó las lecturas de temperatura de bulbo seco a la entrada y a la salida del sistema de refrigeración en el tramo en estudio, mediante el sensor de



temperatura de en el higrómetro. Se tomaron las medidas de humedad relativa en la entrada y salida registrada

 

por los higrómetros. Se tomó la lectura del manómetro de la caída de presión existente a la salida. En el momento en que comienza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire atmosférico tomado, se midió la cantidad de agua condensada mediante un cilindro graduado y el tiempo con un cronómetro para un tiempo



determinado. Se repitió el procedimiento mencionado con una velocidad del ventilador de 640 rpm. 4.2. CALENTAMIENTO CON HUMIDIFICACIÓN

 

Se encendió el ventilador y se hizo girar a 640 rpm. Se encendieron las resistencias del tanque de almacenamiento de agua del

 

evaporador (4.5 Kw). Transcurrió el tiempo necesario para que el sistema estabilizara. Se tomó las lecturas de temperatura de bulbo seco a la entrada y a la salida del sistema de refrigeración en el tramo en estudio, mediante el sensor de



temperatura de en el higrómetro. Se tomaron las medidas de humedad relativa en la entrada y salida del sistema a través del higrómetro. 11

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

 

Se tomó la medida de la caída de presión en la salida del ducto. Se repitieron los pasos anteriores para una velocidad de 940 rpm 4.3. CALENTAMIENTO DOBLE:



Se encendió el ventilador del banco de prueba a una velocidad de 640 rpm

  

nuevamente. Se encendieron las resistencias eléctricas de inmersión a 2 kW. Se esperó que el sistema se estabilizara. Se tomó las lecturas de temperatura de bulbo seco a la entrada y a la salida del sistema de refrigeración en el tramo en estudio, mediante el sensor de



temperatura de en el higrómetro, al igual que la caída de presión. Se repitieron los pasos anteriores, pero regulando el ventilador a una



velocidad de 940 rpm. Se culminó el proceso y se apagó el equipo completamente.

12

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

5. RESULTADOS Tabla 5.1 Datos de Deshumidificación Deshumificación Velocidad del ventilador (rpm)

Parámetros a Calcular

260,00000

640,00000

Entrada

Salida

Entrada

Salida

Humedad relativa (%)

60,00000

95,00000

59,00000

90,00000

Temp Punto Roció (º C)

23,18000

No aplica

23,16800

No aplica

Humedad Absoluta W (kg V.agua/kg Aire seco)

0,01840

0,01700

0,01830

0,02100

Entalpia h (Kj/kg)

79,00000

68,50000

78,60000

78,00000

Masa de Agua (Kg)

0,00917

0,00917

0,00500

0,00500

Masa de Aire (Kg)

6,54714

6,54714

-1,85333

-1,85333

Volumen Especifico aire seco (m^3/kg)

0,89000

0,86400

0,88880

0,87600

Flujo Volumétrico (m^3/s Aire)

0,07677

0,07677

0,14760

0,14760

Flujo Másico del Aire (Kg/s)

0,09015

0,09015

0,17222

0,17222

Calor Cedido al Aire por la Resistencia (Kw)

No Aplica

No aplica

No aplica

No aplica

Flujo másico del Vapor (kg/s)

0,00159

0,00159

0,00304

0,00304

Flujo Másico Liquido Teórico (Kg/s)

0,00012

0,00012

-0,00045

-0,00045

Flujo Másico Liquido experimental (Kg/s)

0,00006

0,00006

0,00003

0,00003

Tabla 5.2 Resultados de Humidificación humidificación Velocidad del ventilador (rpm)

Parámetros a Calcular

640,0000

940,0000

Entrada

Salida

Entrada

Salida

Humedad relativa (%)

60,0000

80,0000

60,0000

73,0000

Temp Punto Roció (º C)

No aplica

No aplica

No aplica

No aplica

Humedad Absoluta W (kg V.agua/kg Aire seco)

0,0180

0,0290

0,0180

0,0260

Entalpia h (Kj/kg)

78,7000

109,2000

78,7000

102,0000

Masa de Agua ( Kg)

No aplica

No aplica

No aplica

No aplica

13

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

Masa de Aire (Kg)

No aplica

No aplica

No aplica

No aplica

Volumen Especifico aire seco (m^3/kg)

0,8890

0,9130

0,8890

0,9080

Flujo Volumétrico (m^3/s Aire)

0,1485

0,1485

0,2106

0,2106

Flujo Másico del Aire (Kg/s)

0,1710

0,1710

0,2424

0,2424

Calor Cedido al Aire por la Resistencia (Kw)

No aplica

Flujo másico del Vapor (kg/s)

0,0030

No aplica 0,0048

0,0043

0,0062

Tabla 5.2 Resultados de Calentamiento Doble Calentamiento Doble Velocidad del ventilador (rpm)

Parámetros a Calcular

640

940

Entrada

Salida

Entrada

Salida

63

19

63

22

No aplica

No aplica

No aplica

No aplica

0,019

0,019

0,019

0,019

81

97,72631

81

95,3

Masa de Agua (Kg)

No aplica

No aplica

No aplica

No aplica

Masa de Aire (Kg)

No aplica

No aplica

No aplica

No aplica

0,891

0,93

0,891

0,921

0,16201568

0,16201568

0,21621889

0,21621889

0,18228

0,18228

0,24543006

0,24543006

Humedad relativa (%) Temp Punto Roció (º C) Humedad Absoluta W (kg V.agua/kg Aire seco) Entalpia h (Kj/kg)

Volumen Especifico aire seco (m^3/kg) Flujo Volumétrico Aire (m^3/s) Flujo Másico del Aire (Kg/s) Calor Cedido al Aire por la Resistencia (Kw) Flujo másico del Vapor (kg/s)

3,0414 0,00345488

14

0,00345488

3,4702 0,00461073

0,00461073

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

6. ANÁLISIS DE RESULTADO Br. Manuel Vásquez En la tabla 5.1 se encuentran los resultados de la práctica de deshumificación, la cual consiste en disminuir la humedad del aire. Se observa que para los distintos valores de velocidad angular del ventilador el porcentaje de humedad relativa aumento en la salida, esto es debido a que en el proceso de deshumificación la temperatura de aire desciende por lo tanto por lo tanto la cantidad de humedad que este puede contener disminuye, que es el resultado esperado. Para la velocidad angular de 260 rpm, se puede observar un volumen de agua condensada producto del proceso, lo cual es un valor esperado debido a que la temperatura de roció del agua para esta velocidad es de 23.1 º C y la de salida de aire atmosférico es de 23. Esto indica que el aire en algún punto llego al punto de saturación y condenso 9 ml de agua. Para la velocidad angular de 640 rpm, podemos encontrar que tanto la masa de aire como el flujo másico líquido teórico son negativos, esto es debido a que la humedad absoluta a la salida del ducto aumento, lo no es lo esperado, debido que se está evaluando un proceso de deshumificiacion, detallando aún más encontramos que si hubo condensación de agua en el cilindro graduado, este resultado no es el esperado debido a que la temperatura de roció para esta velocidad de giro es de 23.16 º C y la temperatura del aire atmosférico a la salida es de 26.3 º C lo que indica que el aire no llego al punto de saturación por lo tanto no debe existir condensación de agua, estos valores erróneos podrían atribuirse a que no transcurrió 15

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

el tiempo suficiente para que el sistema se estabilizará y la condensación obtenida era un remanente de la prueba a 260 rpm. Aunque para la prueba a 640 rpm se tienen valores errados, aun se puede establecer puntos de comparación entre estas pruebas. Podemos observar que tanto la humedad relativa como la temperatura de salida a 640 rpm aumentaron, pero en menor proporción que la prueba a 260 rpm, esto es debido a que al aumentar la velocidad el aire atmosférico esto menor tiempo en contacto con la superficie del serpentín, por lo tanto se condesan menos agua y a su vez este pierde menos temperatura. En la tabla 5.2 se encuentran los resultados de la prueba de humidificación la cual se realizó a valores de velocidad angular de 640 y 940 rpm. Se puede observar que para ambos valores de velocidad la humedad relativa como absoluta aumentan a la salida del ducto, esto es un valor esperado ya que se está humedeciendo el aire atmosférico median vapor de agua proveniente del calentamiento del tanque del evaporador, no se obtuvo condensación de agua debido a que al aumentar la temperatura del aire este aumenta su capacidad de sostener agua, por lo que se entiende que anqué la mezcla de aire se le está agregando vapor de agua este nunca llego a su punto de saturación. Es notorio que en la prueba de Humificación a 940 rpm la humedad relativa y absoluta alcanzó valores inferiores a los de la prueba de 240 rpm, esto es debido a que al igual que en la prueba de deshumidificacion el aumento de velocidad ocasiona que el aire no pueda mezclarse de manera adecuada con el vapor de agua suministrado. En la tabla 5.3 se encuentran los resultados de la prueba de calentamiento doble. Podemos observar que para las velocidades de 640 y 940 rpm, la humedad relativa pen la salida disminuye considerablemente, esto es de esperarse ya que un aumento de temperatura manteniendo la humedad absoluta constante se traduce en una disminución de humedad relativa. 16

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

La temperatura de salida del aire fue a 940 rpm fue menor que a 640 rpm, nuevamente debido al aumento de velocidad el aire esta menos tiempo en contacto con la resistencia.

7. CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES Br Manuel Vásquez Conclusiones •

La velocidad de giro del ventilador afecta considerablemente todas las

• • •

pruebas. La humedad absoluta es independiente de la relativa. No siempre se puede tomar como referencia la humedad relativa. Es importante comprender el concepto del punto de roció.

Recomendaciones • •

Dejar que el sistema llegue al estado estacionario durante las prácticas. Colocar Baffles dentro del ducto de manera que la corriente de aire pueda

•

tener una mejor mezcla. No permitir que Raúl rosa interrumpa las practicas.

17

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

18

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

1 BIBLIOGRAFÍA [1] WARK, k. (1991). TERMODINÁMICA. NUCAPLAN DE JUÁREZ, MÉXICO. Mc GRAW-HILL. [2] Wikipedia, C.A. (2016), Funcionamiento del compresor. Recuperado de https://es.wikipedia.org/wiki/Compresor_(m%C3%A1quina).

19

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

8. APÉNDICE A. EJEMPLO DE CÁLCULO

20

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

B. ASIGNACIÓN

21

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

C. ANEXOS

22

LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

23