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INGENIERÍA DE ALIMENTO II

INGENIERIA DE ALIMENTOS III

PRIMER INFORME PSICROMETRÍA

CÁTEDRA

:

INGENIERÍA DE ALIMENTOS III.

CADERÁTICO

:

ING. JUAN RAMOS

INTEGRANTES : CHIPANA LOPEZ KAREN DIAZ SOTO ANIA POVEZ MEZA CLEY ORTEGA ARANA JEISON PIZARRO MALLMA ALDHEIR VILCAHUAMAN ALPILIMA BEATRIZ

2020 - I Ing. JUAN RAMOS

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1 Contenido INTRODUCCIÓN.................................................................................................................... 3

I. II.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 4

2.1 Mezclas de gas-vapor y acondicionamiento de aire ............................................................ 4 2.2 Aire seco y aire atmosférico................................................................................................... 4 2.3 Psicrometría ............................................................................................................................ 5 2.4 Temperatura de bulbo seco: .................................................................................................. 5 2.5 Temperatura de bulbo húmedo: ........................................................................................... 6 2.6 Humedad absoluta: ................................................................................................................ 7 2.7 Humedad relativa:.................................................................................................................. 7 2.8 Temperatura de punto de roció ............................................................................................ 7 2.9 Entalpia ................................................................................................................................... 8 2.10 Volumen especifico ............................................................................................................... 9 2.11 La Carta Psicométrica ......................................................................................................... 9 2.12 Procesos de acondicionamiento del aire ........................................................................... 10 III.

MATERIALES Y MÉTODOS .......................................................................................... 12

3.1 MATERIALES ..................................................................................................................... 12 3.2 MÉTODO.............................................................................................................................. 12 IV.

RESULTADOS Y DISCUSIONES ................................................................................... 13

4.1 DISCUSIONES ..................................................................................................................... 14 CONCLUSIONES .................................................................................................................. 15

V. VI.

RECOMENDACIONES .................................................................................................... 15

VII.

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 16

ANEXOS ............................................................................................................................................ 17 IMAGENES ................................................................................................................................ 17

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I.

INTRODUCCIÓN

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II.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1 Mezclas de gas-vapor y acondicionamiento de aire Según Cengel (2012). A temperaturas por debajo de la temperatura crítica, a la fase gaseosa de una sustancia se le denomina frecuentemente como vapor. El término vapor implica un estado gaseoso que se encuentra cerca de la región de saturación de la sustancia, lo cual incrementa la posibilidad de condensación durante el proceso. Cuando se enfrenta una mezcla de gas-vapor, el vapor puede condensarse saliendo de la mezcla gas-vapor durante el proceso, lo que produce una mezcla de dos fases. Esto complica el análisis de manera considerable. En consecuencia, una mezcla de gas-vapor requiere un tratamiento distinto al de una mezcla de gases ordinaria. En ingeniería se estudian varias mezclas de gas-vapor. En este capítulo se aborda la mezcla aire-vapor de agua, que es la mezcla de gas-vapor más común en la práctica. También se estudia el acondicionamiento de aire, que es la principal área de trabajo de las mezclas de aire-vapor de agua.

Figura 1: Mezcla vapor-aire

2.2 Aire seco y aire atmosférico Según Cengel (2012). 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. Es conveniente tratar al aire como una mezcla de vapor de agua y aire seco, porque la composición del aire seco permanece relativamente constante, pero la cantidad de

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vapor de agua varía por la condensación y evaporación de los océanos, lagos, ríos, regaderas e incluso del agua del cuerpo humano. A pesar de que la cantidad de vapor de agua en el aire es pequeña, desempeña un importante papel en la comodidad cotidiana del ser humano. En consecuencia, es importante tomarlo en cuenta en los dispositivos de acondicionamiento de aire.

2.3 Psicrometría Según Sarabia (2018). La psicrometría es una rama de la ciencia por la cual se estudian las propiedades termodinámicas del aire húmedo y del efecto de la humedad atmosférica en los materiales y en el confort humano. Este aire, conocido como aire húmedo, está constituido por una mezcla de aire seco y vapor de agua. El aire seco es una mezcla de varios gases. Su composición general es la siguiente:  Nitrógeno: 77%  Oxigeno: 22%  Dioxido de carbono y otros gases: 1% En relación con su temperatura, el aire tiene la propiedad de retener cierta cantidad de vapor de agua. A menor temperatura, menor cantidad de vapor, y a la inversa: a mayor temperatura, mayor cantidad de vapor de agua, si se mantiene éste a presión atmosférica constante.

2.4 Temperatura de bulbo seco: La temperatura de una substancia tal como se lee de un termómetro común. La temperatura de bulbo seco es una indicación del calor sensible contenido en una substancia. Las temperaturas de bulbo seco se muestran en líneas verticales con origen en el eje horizontal al fondo de la carta (Aroca, 2003).

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Figura 2: Higrómetro

2.5 Temperatura de bulbo húmedo: La temperatura de bulbo húmedo es usada como una medición del contenido de agua en la humedad del aire. Se obtiene por pasar aire sobre un termómetro que tiene un trapo húmedo sobre su bulbo sensor. Cuanto más seco es el aire, más agua se evaporar del trapo lo que reduce la lectura del termómetro. Si el aire es saturado (100% de humedad relativa), no se evaporará agua del trapo y la temperatura de bulbo húmedo se igualará a la temperatura de bulbo seco. Las líneas de bulbo húmedo se originan donde las líneas de bulbo seco intersectan la línea de saturación y se inclina hacia abajo y a la derecha. Las líneas de bulbo húmedo son casi pero no exactamente paralelas a las líneas de entalpía Berg (2016).

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Figura 3: Termómetro de bulbo húmedo

2.6 Humedad absoluta: Es la cantidad de agua presente en el aire por unidad de masa de aire seco. Es un concepto que no influye en la comodidad humana (Singh, 1996).

2.7 Humedad relativa: La relación de la cantidad de vapor de agua en una muestra dada de aire a la máxima cantidad de vapor de agua que el mismo aire puede mantener. El 100% de humedad relativa indica aire saturado (el aire no puede mantener más vapor de agua), y 0% de humedad relativa indica aire seco. (Nota: La definición de arriba es exacta para todos los procesos prácticos. La correcta definición de humedad relativa es la relación actual de presión de vapor de agua en una muestra de aire, para la presión de vapor de agua en aire saturado a la misma temperatura). El 100% de RH es la línea de saturación y las líneas de menor RH caen hacia abajo y a la derecha de esta línea (Singh, 1996).

2.8 Temperatura de punto de roció La temperatura a la cual el aire tiene que ser enfriado antes de que comience la condensación de su humedad. Ya que una muestra de aire es enfriada, su RH sube hasta que alcanza 100% RH (aire saturado). Esta es la temperatura de punto de rocío. En la saturación, la temperatura de punto de rocío, la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco se igualan, y la RH es 100%. Si el aire es pasado a través de una superficie que está debajo del punto de rocío, la humedad del aire se condensara en esa superficie. Es el punto de rocío del aire yendo a través de las aletas

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del serpentín enfriador, la que determina si las aletas serán húmedas o secas. El punto de rocío se muestra en la línea de saturación (Earle, 1997)

Figura 4: Temperatura de punto de roció en el diagrama T-s

Figura 5: Temperatura de una lata de bebida fría por debajo del punto de roció

2.9 Entalpia Este término se usa para describir el total de calor de una substancia y se mide en BTU/lb. Para la humedad del aire, la entalpía indica el total de calor en la mezcla de aire-vapor y se mide en BTU/lb de aire seco. Aire seco a 0°F ha sido asignado una entalpía de 0 BTU/lb. Los valores de la entalpía se encuentran en la escala encima y a la izquierda de la línea de saturación. Las líneas de entalpia constante están inclinadas hacia abajo a la derecha y paralelamente cerca de las líneas de bulbo húmedo Sarabia (2018).

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2.10 Volumen especifico Es el reciproco de la densidad, el volumen especifico se mide en pies cúbicos de mezcla agua-vapor por libras de aire seco. Las líneas de volumen específico comienzan en el eje horizontal y se inclinan hacia arriba y a la izquierda. Como se dijo anteriormente, si por lo menos se sabe dos de las siete propiedades antes mencionadas para una muestra de aire húmedo, el estatus del aire puede ser trazado en una carta psicométrica y el resto de las cinco propiedades se pueden determinar gráficamente. Un ejemplo de esto se muestra en el esqueleto de la carta de abajo Berg (2016).

2.11 La Carta Psicométrica Según Cengel (2012). El estado del aire atmosférico a una presión especificada se establece por completo mediante dos propiedades intensivas independientes. Dichas gráficas reciben el nombre de cartas psicrométricas, y se utilizan en aplicaciones de acondicionamiento de aire. Una carta psicrométrica para una presión de 1 atm (101.325 kPa o 14.696 psia) en unidades del SI y en unidades inglesas muestran las características más importantes de la mezcla aire-vapor que se presentan en la figura. Las temperaturas de bulbo seco se muestran sobre el eje horizontal y la humedad específica sobre el eje vertical. (Algunas cartas también muestran la presión de vapor sobre el eje vertical ya que para una presión fija P existe una correspondencia de uno a uno entre la humedad específica v y la presión de vapor Pv.) En el extremo izquierdo de la carta se observa una curva (llamada línea de saturación) en lugar de una línea recta. Todos los estados de aire saturado se localizan en esta curva. Por lo tanto, es también la curva de un 100 por ciento de humedad relativa. Otras curvas de humedad relativa constante tienen la misma forma general.

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Figura 6: Diagrama psicrométrica

2.12 Procesos de acondicionamiento del aire Cengel (2012). Para mantener una vivienda o una construcción industrial a la temperatura y humedad deseada son necesarios algunos procesos definidos como “acondicionamiento del aire”. Estos procesos incluyen el calentamiento simple (elevar la temperatura), el enfriamiento simple (reducir la temperatura), la humidificación (agregar humedad) y la deshumidificación (eliminar humedad). Algunas veces dos o más de estos procesos son necesarios para llevar el aire al nivel de temperatura y humedad que se desea. Diversos procesos de acondicionamiento de aire se ilustran en la carta psicrométrica de la figura. Advierta que los procesos de calentamiento y enfriamiento simple aparecen como líneas horizontales en esta gráfica, puesto que el contenido de humedad del aire permanece constante (𝜔 = 𝑐𝑡𝑡𝑒) durante estos procesos. El aire se calienta y humidifica en el invierno y se enfría y deshumidifica en el verano. Observe cómo aparecen estos procesos en la carta psicrométrica. La mayor parte de los procesos del acondicionamiento de aire pueden modelarse como procesos de flujo estacionario, y por lo tanto, la relación de balance de masa 𝑚̇𝑒𝑛𝑡 = 𝑚̇𝑠𝑎𝑙 se expresa para el aire seco y el agua como: Balance de masa para el aire seco:

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∑ 𝑚̇𝑒𝑛𝑡 = ∑ 𝑚̇𝑠𝑎𝑙 Balance de masa para el agua: ∑ 𝑚̇𝑤−𝑒𝑛𝑡 = ∑ 𝑚̇𝑤−𝑠𝑎𝑙 Despreciando los cambios de energía cinética y potencial, la relación del balance de energía de flujo estacionario 𝐸̇𝑒𝑛𝑡 = 𝐸̇𝑠𝑎𝑙 puede expresarse en este caso como: 𝑄̇𝑒𝑛𝑡 + 𝑊𝑒𝑛𝑡 + ∑ 𝑚̇. ℎ = 𝑄̇𝑠𝑎𝑙 + 𝑊𝑠𝑎𝑙 + ∑ 𝑚̇. ℎ El término “trabajo” por lo general consiste en el trabajo del ventilador, que es muy pequeño respecto de otros términos de la ecuación de la energía. A continuación se examinan algunos procesos comunes en el acondicionamiento de aire.

Figura 7: Procesos de acondicionamiento del aire

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III.

MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 MATERIALES - Ventilador -

Tubo de plástico de 10 cm de diámetro

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2 termómetros gemelos

-

Agua destilada

-

Algodón (mecha para cubrir el bulbo de un termómetro)

-

Un depósito de agua

-

Un higrómetro

3.2 MÉTODO Primero conectamos el tubo al ventilador. El tubo tiene que tener dos orificios para que los termómetros se instalen perpendicularmente. En la parte donde el aire ingresa colocamos un termómetro que representara la temperatura del bulbo seco. Seguido colocaremos un termómetro cubriendo el bulbo con una mecha húmeda de algodón sumergida en un recipiente con agua destilada y conectada al tubo por donde ingresará el aire. Utilizaremos el higrómetro para medir la humedad relativa.

Una vez instalado el equipo psicrométrico dejaremos que se estabilice unos 5 min.

Por último, comenzaremos a leer los valores que nos dé el equipo y comparamos con la carta psicrométrica.

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IV.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

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4.1 DISCUSIONES

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V. 

CONCLUSIONES

Debemos tener la seguridad de usar agua destilada y no agua de año para poder evitar resultados erróneos y lecturas de temperaturas falsas.



Tener en cuenta donde va ubicado la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo si la ubicación es fuera de lugar los resultados son falsos y no hay una correcta lectura.



Tener en cuenta a cuanto de velocidad funciona el ventilador y la presión el cual se puede regular para poder medir las temperaturas correspondientes.

VI.

RECOMENDACIONES

 Se recomienda para la realización de la practica correctamente se debe utilizar termómetros de bulbo seco y de bulbo húmedo, estos termómetros deben ser gemelos. 

Se debe repetir la práctica, tantas veces se considere necesario, para comparar los resultados obtenidos.



Se recomienda realizar la práctica en lugares de distinta altitud y/o condiciones de tiempo atmosférico, para comparar los datos con respecto a humedad relativa y obtener las debidas conclusiones.

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VII.

BIBLIOGRAFÍA



Aroca, A. (2003) Operaciones unitarias I. España.



Yunus Cengel (2012) Termodinámica. Septima Edicion. Editorial Mc Graw Hill. Mexico. Mexico.



Earle, R. (1997) Unit Operations in Food Processing, Oxford: Pergamon Press.



Berg, E (2016). Volviendo a lo básico: psicrometría y la carta psicrométrica. Colmac Coil Manufacturing, Inc.



Sarabia, E. Soto, F. Carnero, M. Pinazo, O. (2018) Psicrometría aplicada a la climatización bases teóricas y problemas. . Editorial: Universitat politécnica de valencia. España.



Singh, H. (1996) Introducción a la ingeniería de alimentos. México.

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ANEXOS IMAGENES

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