UNIDAD III
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UNIDAD III
UNIDAD III PROPIEDADES PSICROMÉTRICAS DEL AIRE PRINCIPIOS BÁSICOS LEY DE BOYLE A UNA TEMPERATURA CONSTANTE, EL VOLUMEN DE UNA MASA DADA DE GAS PERFECTO VARIA INVERSAMENTE A LA PRESIÓN ABSOLUTA P1 v 2 P2 v1 donde: P = Presión absoluta v = Volumen específico P1 .v1 P2 .v2 Pn .vn LEY DE CHARLES CUANDO UN GAS PERFECTO RECIBE CALOR A VOLUMEN CONSTANTE, LA PRESIÓN ABSOLUTA VARÍA LA EN FORMA DIRECTAMENTE PROPORCIONAL A LA TEMPERATURA P1 T1 P2 T2 donde: P = Presión absoluta T = Temperatura absoluta P1 P2 T1 T2 LEY DE JOULE CUANDO UN GAS PERFECTO SE EXPANDE SIN HACER TRABAJO SU TEMPERATURA PERMANECE INALTERABLE, YA QUE SU ENERGÍA INTERNA PERMANECE TAMBIÉN INALTERABLE. LA ENERGÍA INTERNA DE UN GAS PERFECTO ES FUNCIÓN SÓLAMENTE DE LA TEMPERATURA. LEY DE AVOGADRO IGUALES VOLÚMENES DE CUALQUIER GAS A LA MISMA PRESIÓN Y TEMPERATURA, TIENEN El MISMO NÚMERO DE MOLÉCULAS. GAS PERFECTO TODO GAS QUE CUMPLA CON LAS LEYES DE BOYLE, CHARLES JOULE Y AVOGADRO. COMBINACIÓN SEGÚN BOYLE: P1.v1 P2 .v2 Pn .vn K SEGÚN CHARLES: P1 P2 Pn K T1 T2 Tn POR TANTO A: P.v T COMO T1 = T2 P1.v1 P2 .v2 Pn.vn K T1 T2 Tn COMO v1 = v2 P1.v1 P2 .v2 Pn.vn K T1 T2 Tn SE LE LLAMA CONSTANTE R DE LOS GASES PERFECTOS Multiplicando la expresión por la masa y como V = v.m, se tiene: R P.v T P.v.m R.T Luego: P.V m.R.T Llamada Ecuación Característica de los Gases Perfectos o Ideales CARACTERÍSTICA DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE LA ATMÓSFERA QUE RODEA LA TIERRA ES UNA MEZCLA DE GASES CUYA COMPOSICIÓN ES: ELEMENTO Nitrógeno Oxígeno Argón Volumen (%) Peso (%) 70.1 76.0 20.9 23.1 1.0 0.9 REFERIDOS AL AIRE SECO. LA HUMEDAD PUEDE VARIAR ENTRE 0% y 4% CALOR ESPECIFICO (Cp): No es constante para el aire. Depende de la temperatura. para Fines prácticos se usa: cP 0.24 Btu/lb.F DENSIDAD (p): Al igual que el Cp depende de la temperatura Se puede usar como promedio la densidad del aire seco a 70 °F y presión atmosférica 29.97 in Hg, igual a: 0.07496 lb/ft³ VOLUMEN ESPECIFICO (v): Es el recíproco de la densidad, v 1/ 0.07496 lb/ft³ v = 13.34 ft³/lb (aire seco) v = 13.68 ft³/lb aire saturado) v = 13.47 ft³/lb (mezcla aire-vapor) HUMEDAD ABSOLUTA O DENSIDAD (d): MASA DEL VAPOR DE AGUA CONTENIDA EN EL VOLUMEN TOTAL DE LA MEZCLA dv mv y V dd md donde: V V = volumen de la mezcla mv = masa del vapor de agua en la mezcla md = masa del vapor de agua que satura la mezcla dv = densidad del vapor de agua no saturado dd = densidad del vapor de agua saturado HUMEDA RELATIVA (): RELACIÓN DE LA DENSIDAD DEL VAPOR AGUA EN EL AIRE CON LA DENSIDAD DE SATURACIÓN A LA TEMPERATURA CORRESPONDIENTE, O BIEN, LA RELACIÓN DE LA PRESIÓN PARCIAL DEL VAPOR DE AGUA EN EL AIRE CON LA PRESIÓN DE SATURACIÓN A LA TEMPERATURA CORRESPONDIENTE. 100 xdv / dd ó 100 xPv / Pd donde: = humedad relativa Pv = presión del vapor de agua en la mezcla Pd = presión de saturación del vapor de agua dv = densidad del vapor de agua no saturado dd = densidad del vapor de agua saturado HUMEDAD ESPECIFICA (W): RELACIÓN ENTRE LA MASA DEL VAPOR DE AGUA Y LA MASA DEL AIRE SECO CONTENIDA EN El VOLUMEN TOTAL DE LA MEZCLA. Wv = mv/ma y Wd = md/ma donde Wv = humedad especifica de la mezcla no saturada Wd = humedad específica de la mezcla saturada mv = masa del vapor de agua en la mezcla md = masa del vapor de agua que satura la mezcla ma = masa unitaria de aire seco RELACIÓN ENTRE LAS PRESIONES PARCIALES Y HUMEDAD ESPECIFICA: Wv 0.622 x Pv Pv y Wd 0.622 x Pb Pd Pb Pv donde: Wv = humedad específica de la mezcla no saturado Wd = humedad específica de la mezcla saturada Pv = presión del vapor de agua en la mezcla Pd = presión de saturación del vapor de agua Pb = presión total RELACIÓN DE SATURACIÓN: RELACIÓN ENTRE LA HUMEDAD ESPECIFICA EN CONDICIÓN DE N0 SATURACIÓN CON LA HUMEDAD ESPECIFICA EN CONDICIÓN DE SATURACIÓN Wv Wd donde: relación dé saturación Wv = humedad especifica de la mezcla no saturada Wd = humedad específica de la mezcla saturada HUMEDAD RELATIVA Y RELACIÓN DE SATURACIÓN: 1 Pd / Pb x 1 ( Pd / Pb ) donde: = relación de saturación = humedad relativa Pb = presión atmosférica Pd = presión de saturación TEMPERATURA DE BULBO SECO: ES UN INDICADOR DEL CALOR SENSIBLE DEL AIRE. SE DETERMINA CON UN TERMÓMETRO ORDINARIO. (Tbs = temperatura de bulbo seco) TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO: ES UN INDICADOR DE LA CANTIDAD DE CALOR CONTENIDO EN EL AIRE, SE DETERMINA CUBRIENDO CON UN TRAPO HUMEDO El BULBO DÉ UN TERMÓMETRO SOPLANDO LUEGO AIRE PARA EVAPORAR LA HUMEDAD. (Tbh = temperatura de bulbo húmedo) TEMPERATURA, DE ROCÍO: ES LA TEMPERATURA A LA CUAL EL AIRE SE SATURA CUANDO SE ENFRÍA. ES UN INDICADOR DE LA CANTIDAD DE HUMEDAD CONTENIDA EN EL AIRE. ESTA TEMPERATURA SE DETERMINA ENFRIANDO LENTAMENTE UN RECIPIENTE QUE CONTENGA AIRE LEYENDO LA TEMPERATURA A LA CUAL COMIENZA A APARECER LA CONDENSACIÓN EN LAS PAREDES DEL RECIPIENTE. (Tw = temperatura de rocío). EN CONDICIÓN DE SATURACIÓN: Tbs = Tbh = Tw ENTALPÍA DEL AIRE: ES EL CALOR CONTENIDO EN EL AIRE. Entalpía del Aire Seco (calor Sensible): hs Cp.T donde: hs = entalpía del aire seco Cp = calor específico del aire T = Tbs a la cual se encuentra el aire Entalpía del Vapor de Agua (calor latente): hl Wv.hv Wd . .hv hv 1060.5 0.45T hv 1061.7 0.44T 70 F T 150 F T 70 F donde: hl = entalpía del vapor de agua. Wv = humedad específica de la mezcla no saturada Wd = humedad especifica de la mezcla saturada hv = entalpía del vapor agua de la mezcla no saturada = humedad relativa Entalpía Total de la Mezcla de Aire (calor total): ht hs hl Cp.T Wd..hv donde: ht = entalpía total de la mezcla de aire T = Tbs a la cual se encuentra el aire (el resto de propiedades ya está definida) Volumen de una Mezcla de Aire y Vapor de Agua: Vt Va sec (Vasat Va sec). donde: Vt = volumen total Vasec = volumen de aire seco Vasat = volumen de aire saturado MEZCLA DE DOS FLUJOS DÉ AIRE: M1 + M2 = M3 M1.W1 + M2.W2 = M3.W3 M1.h1 + M2.h2 = M3.h3 M1.T1 + M2.T2 = M3.T3 dónde: M1 = flujo másico aire 1 M2 = flujo másico aire 2 M3 = flujo másico aire 3 W1 = humedad especifica aire 1 W2 = humedad especifica aire 2 W3 = humedad especifica aire 3 T1 = Tbs aire 1 T2 = Tbs aire 2 T3 = Tbs aire 3 h1 = entalpía total aire 1 h2 = entalpía total aire 2 h3 = entalpía total aire 3