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1. PROCESOS DE TRATAMIENTO DEL AIRE HÚMEDO Vamos a realizar el estudio de los diversos procesos básicos para el tratamiento de aire húmedo como son: Calentamiento del aire. Refrigeración del aire. Humidificación del aire. Deshumidificación del aire.

1.1 Calentamiento del aire

Se puede conseguir calentar el aire mediante: El suministro de calor sensible al aire a través de una batería de calefacción seca, tal como un condensador de aire, una resistencia eléctrica, radiador, etc; La mezcla del aire inicial con el aire húmedo a una temperatura superior a la del aire inicial. a) Calentamiento por calefacción seca: Se trata de un aire húmedo en el estado 1 (T1, X1) que hacemos pasar por un elemento calefactor seco hasta que alcance el estado 2 (T2, X1). Al no haber aportación de agua, los puntos 1 y 2 están en la misma línea de humedad absoluta (X = cte). La cantidad de calor sensible a suministrar por M Kg de aire seco inicial será la diferencia de entalpías entre ambos puntos.

Q = Mas (H2 - H1)

Fig. 1: Calentamiento sensible no varia X (calefacción seca)

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b) Calentamiento por mezcla de dos flujos de aire: Al mezclar dos tipos de aire las características del aire resultante son:

X3 =

X1·m 1 + X 2 ·m 2 m1 + m 2

H3 =

H1·m 1 + H 2 ·m 2 m1 + m 2

T3 =

T1·m 1 + T2 ·m 2 (Aprox) m1 + m 2

En el diagrama de la figura 2 podemos decir (aunque estemos cometiendo un pequeño error) que el punto de mezcla está en la recta que une los puntos de partida y las distancias a él son inversamente proporcionales a las masas respectivas. El punto resultante puede estar en la zona de aire húmedo o en la zona de niebla. Si ocurre esto último, las características del aire resultante serán las del aire saturado correspondiente (con la misma entalpía), que contiene agua o hielo en suspensión.

Fig. 2: Calentamiento por mezcla de dos flujos de aire

Si se pretende mezclar varios flujos de aire debemos proceder operando primeramente con el 1 y el 2. Luego el resultado se mezcla con el 3 y así sucesivamente.

1.2 Refrigeración del aire

Supongamos que debemos enfriar un aire húmedo que está en el estado 1 (T1, X1, H1), para lo cual podemos considerar dos casos: a) Enfriamiento sensible sin Deshumidificación: Vamos a considerar que la temperatura de enfriamiento T3 (temperatura de la batería de refrigeración Tbat) es superior a la del punto de rocío del aire Tr correspondiente al estado 1. Así pues, como no se alcanza la temperatura de rocío correspondiente a dicho estado, el enfriamiento tiene lugar sin variación del contenido de agua (figura 3). Por tanto, el proceso de enfriamiento tiene lugar según la línea horizontal 1-2.

Fig. 3: Enfriamiento sensible del aire sin deshumidificación

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En definitiva, las superficies del elemento refrigerador permanecen secas y el enfriamiento tiene lugar sin condensación de agua. Si T3 es la temperatura de la superficie de la batería, el aire enfriado no llegará a alcanzar dicho valor, enfriándose hasta un valor T2 > T3. Esta diferencia depende de la eficacia de la batería, la cual viene determinada por lo que se denomina FACTOR BY-PASS de la misma, que será definido al final de la unidad de trabajo. a)

Enfriamiento con Deshumidificación: La temperatura de enfriamiento es inferior a la del punto de rocío del aire correspondiente al estado 1. En este caso, el proceso de enfriamiento se inicia igual que antes, hasta alcanzar la temperatura de rocío Tr y a partir de entonces se inicia la condensación de agua. El aire sigue enfriándose en modo saturado a medida que el vapor de agua se condensa, por lo que la evolución ahora transcurre por la curva n = 100%, hasta alcanzar la temperatura de enfriamiento T3. El punto 3, situado sobre n = 100%, representa la temperatura de la superficie de la batería y las condiciones en las que se encuentra el aire que ha sido enfriado por la batería. El punto 1 representa el flujo de aire que no ha sido tratado por la batería (determinado por el factor de by-pass de la batería) y el punto 2 la mezcla de aire que sale del aparato de refrigeración.

Fig. 4: Enfriamiento con deshumidificación. En definitiva, el proceso resulta ser la línea 1-3 y como el enfriamiento del aire no llega a alcanzar la temperatura T3, su temperatura T2 estará en la recta que une 1 y 3. Su proximidad al punto 3 dependerá del mayor o menor contacto térmico del aire entrante con los elementos de refrigeración (factor by-pass). La cantidad de agua o escarcha depositada durante el proceso de enfriamiento será X1 - X2.

1.3 Humidificación del aire

Si hacemos pasar aire por pulverizadores de agua recirculada en una cámara térmicamente aislada, conseguiremos humidificar el aire. Este proceso psicrométrico, siempre que las temperaturas del aire y del agua sean iguales y se mantenga constante el agua pulverizada, se llevará a cabo según las líneas isoentálpicas (figura 5), al ser la temperatura húmeda constante (Th = cte) y como consecuencia la entalpía constante (H = cte).

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Fig. 5 : Humidificación isoentalpica Si por el contrario variamos la temperatura del agua pulverizada, el estado final del aire húmedo se situará sobre rectas de pendiente mayor o menor que la anterior (figura 6), que resultan de unir el punto de entrada del aire (punto E) con el punto que esté situado sobre la curva de saturación y a la temperatura del agua pulverizada Tag. Por lo tanto resultarán múltiples posibilidades en función de cómo sean las temperaturas Ts, Th y Tag, esto es: 1. Tag > Ts, pulverizando agua caliente, o inyectando vapor de agua el aire se calienta y se humecta, por lo que su H aumenta 2. Tag = Ts, el aire se humecta aumentando su H 3. Tag < Ts, Tag > Th, el aire se enfría y se humecta, pero gana H 4. Tag = Th, el aire se enfría y se humecta, con H cte (saturación adiabática) 5. Tag < Th, Tag > Tr, el aire se enfría y se humecta, pero perdiendo H 6. Tag = Tr, el aire se enfría sin cambio en su humedad, pierde H 7. Tag < Tr, el aire se enfría perdiendo humedad, por lo que pierde H

Fig. 6: Humidificación variando la temperatura del agua pulverizada

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1.4 Deshumidificación del aire

Cuando deseamos eliminar la cantidad de vapor de agua en el aire húmedo, podemos hacerlo de dos formas: por condensación o por absorción. a) Por condensación: Se enfría el aire por debajo de su punto de rocío. b) Por absorción: Se hace pasar el aire por una sustancia higroscópica, tal como el gel de sílice o el cloruro de calcio.

Fig. 7 : Deshumidificación en contacto con cuerpo higroscópico

2. FACTOR DE CALOR SENSIBLE En las transformaciones con sólo una corriente de aire se puede hablar del factor de calor sensible (FCS), o de la recta de maniobra. Dicho factor representan el porcentaje de calor sensible respecto al calor total de una transformación, esto es:

FCS =

Qs Qs + Ql

En la parte derecha del diagrama de Carrier hay una escala llamada “factor de calor sensible FCS” (figura 8), referida a una temperatura seca Ts = 24 ºC y HR = 50%. Una vez hallado este valor, se busca en la mencionada escala y se une con el polo de aquélla (punto situado en la intersección de la isoterma 24 ºC con la curva de humedad relativa 50%). Esta recta determina la pendiente de las evoluciones que cumplen la relación de cargas térmicas dada. Si el punto 1 representa el estado inicial del aire, el punto 2, que representa el estado final de la transformación, estará en la paralela a la recta anterior, trazada por 1.

Fig. 8: Factor de calor sensible

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