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Universidad Nacional Autónoma de México Practica #4: Balance de materia y energía en un proceso de acondicionamiento de aire (psicrometría) Fecha de entrega: 14 de octubre de 2016 Fortunatt Martínez Héctor Omar Grupo: 19

1.- Datos experimentales Condiciones ambientales Parámetro TBS (°C) TBH (°C) YA (%) HA (kJ/kgH2O)

1 23.3 15.7 55 123.7

2 24 16 45 107.2

3 23.9 16.3 45 107.2

4 24 16 45 107.2

Tabla 1. Corrida 1. Flujo de aire variable ΔP (mm H2O)

D TBS (°C) 24 26 26 26

5 6 7 8

G TBH (°C) 17 19 20 20

TBS (°C) 34 35 34 34

TBH (°C) 20 22 22 21

Condiciones ambientales Parámetro TBS (°C) TBH (°C) YA (%) HA (kJ/kgH2O)

1 26.6 17 40 103.0

2 26.3 16.6 44 108.9

3 25.4 17 47 112.7

4 26 16.7 44 108.9

Tabla 3. Corrida 3. Flujo de aire variable y sistema de enfriamiento ΔP (mm H2O) 5 6 7 8

D TBS (°C) 25 26 25 25

TBH (°C) 18 16 16 15

G TBS (°C) 14 14 14 14

TBH (°C) 14 14 14 15

T1 (°C)

T1 (°C)

T1 (°C)

Flujo de refrigerante (kg/h)

V (m/s)

7 6 4

8 7 4

32 34 36

52 50 48

9.4 10.4 11.4

P1 (lb/in2) 143 145 148 150

P2 (lb/in2) 38 29 29 40

Exp. Refrigeració n 9.2 10.4 11.3

4

4

38

46

12.5

12.2

3.- Cuestionario 1.- Definir los siguientes términos para una corriente de aire: temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo, temperatura de rocío, humedad relativa, humedad absoluta, calor húmedo y volumen húmedo. Temperatura de bulbo seco: Es la temperatura que registra el termómetro común y corriente. Temperatura de bulbo húmedo: Es la temperatura en equilibrio en la cual el flujo de calor sensible que transmite el gas a la mecha se iguala con las pérdidas de calor latente producidas por la evaporación del líquido en la corriente gaseosa. Temperatura de rocío: Temperatura a la cual en una mezcla de un gas y de un vapor se enfrían a presión constante tal que se forman gotas de vapor condensado. Humedad relativa: Es la humedad que posee una masa de aire en relación a la mayor cantidad de humedad absoluta que podría llegar a obtener sin que se produzca ninguna condensación, conservando la misma temperatura y presión atmosférica, es decir, es la cantidad de saturación de una mezcla de aire-vapor de agua, que también puede expresarse como porcentaje de humedad relativa usando presiones parciales. YA = R

PA P°A

( 100 )

Humedad absoluta: ES la relación masa de vapor/masa de gas: Y A=

PA P M vapor masa de vapor = masa de aire P T −P A P M gas

(

)

Calor húmedo: Calor que hay que suministrar a una unidad másica de gas y al vapor que contiene, para elevar un grado de temperatura, manteniendo la presión constante de acuerdo a la relación siguiente: C H =Cp G +Cp v ( Y ) Volumen húmedo: Es el volumen ocupado por un kilogramo de gas más el vapor que lo acompaña:

(

VH=

1 Y + P MG P Mv

() RTP )

2.- Para cada corrida, calcular con las ecuaciones proporcionadas en el anexo y con una carta de humedad, las humedades relativas en %, las humedades absolutas en kgagua/kgas y el flujo de aire seco. Para corrida 1: ΔP(mmH2O) Humedad relativa (%) Humedad absoluta (kgagua/kgas) Flujo aire seco (kg/h)

5 82.91 0.0382

6 84.99 0.0416

7 85.35 0.0394

8 84.13 0.0388

391.20

427.14

462.35

494.56

5 100 0.0133

6 100 0.0133

7 100 0.0133

8 104.06 0.0138

400.83

439.09

474.27

506.74

Para corrida 3: ΔP(mmH2O) Humedad relativa (%) Humedad absoluta (kgagua/kgas) Flujo aire seco (kg/h)

No se realizó la segunda corrida. 3.-Elaborar las siguientes gráficas para la primera corrida en la sección G y explicar su comportamiento: a) humedad absoluta contra flujo de aire de entrada.

Y 0.04 0.04 0.04 Humedad absoluta

f(x) = - 0x + 0.04 R² = 0

0.04 0.04

Y Linear (Y)

0.04 0.04 350 400 450 500 550 flujo de aire seco

En el comportamiento de esta grafica se nota que conforme disminuye la humedad absoluta, aumenta el flujo de aire seco con lo cual se tiene que el flujo de aire seco aumenta conforme aumenta la ΔP en el aparato. b) humedad relativa contra flujo de aire de entrada

Y 86 85

f(x) = 0.01x + 78.95 R² = 0.25

84 Humedad relativa 83

Y Linear (Y)

82 81 350

400

450

500

550

flujo de aire seco

En esta grafica lo que se nota es que conforme aumenta la humedad relativa también aumenta el flujo de aire seco. c) temperatura de bulbo seco contra flujo de aire de entrada

Y 35.5 35 34.5

Temperatura de bulbo seco

34

Y Linear (Y) f(x) = - 0x + 35.49 R² = 0.06

33.5 300400500600 flujo de aire seco

En esta grafica se nota que conforme disminuye la temperatura de bulbo seco, aumenta el flujo de aire seco. 4.- Para la tabla 1, calcular por balance de materia cuanto vapor de agua gana el aire para cada flujo de aire seco. Para corrida 1 en punto A: ΔP(mmH2O) Humedad relativa (%) Humedad absoluta (kgagua/kgas) Flujo aire seco (kg/h)

5 55 1.98x10^-4

6 45

7 45 0.0394

8 45 0.0388

391.20

427.14

462.35

494.56

5.- Elaborar las siguientes gráficas para la segunda corrida en la sección G y explicar su comportamiento: a) humedad absoluta contra número de resistencias de calentamiento de aire. b) humedad relativa contra número de resistencias de calentamiento de aire. c) temperatura de bulbo seco contra número de resistencias de calentamiento de aire. No se realizó la segunda corrida.

6.- Elaborar las siguientes gráficas para la tercera corrida en la sección G y explicar su comportamiento: a) humedad absoluta contra flujo de aire de entrada. b) humedad relativa contra flujo de aire de entrada c) temperatura de bulbo seco contra flujo de aire de entrada 7.-Calcular la humedad absoluta y humedad relativa de la zona D para la tercera corrida y compararlas con los resultados obtenidos en la zona G. ¿Qué diferencias encuentra entre estas dos zonas? Explíquelo. 8.- Para la Tabla 2, calcular cuánta energía total en kJ/h gana la corriente de aire en la sección D y G. No se realizó la segunda corrida. 9. Calcular la potencia W que suministran las resistencias de calentamiento en kJ/h y completar la Tabla 2. No se realizó la segunda corrida. 10. Mediante un balance de energía, calcular para cada medición de la Tabla 2, cuánta energía es suministrada por el vapor de agua a la corriente de aire en kJ/h. En la Tabla 1 seleccionar el flujo de aire con el que se trabajó en la Tabla 2, y calcular cuánta energía es suministrada por el vapor de agua al aire. Comparar los resultados. 11. Con los resultados obtenidos de la pregunta anterior, calcular cuánta energía se pierde en el ambiente. 12. En el diagrama de Mollier para el freón 12 y con los datos obtenidos en la Tabla 3, trazar las etapas del sistema de refrigeración. 13. Para la Tabla 3, calcular la energía que gana el refrigerante utilizando el diagrama de Mollier para el freón 12 en kJ/h. 14. Calcular cuánta energía pierde el aire en kJ/h entre la sección D y G. 15. Comparar la energía que gana el refrigerante con respecto a la que pierde al aire. ¿Existe una diferencia? Explicar a qué se debe. 16. ¿Cuáles son las condiciones de operación del equipo de acondicionamiento de aire que satisfacen el problema? Con los resultados obtenidos en este experimento, ¿puede proponer otra operación del equipo con la que se encuentre la solución del problema? Explique su razonamiento. 17. En una carta psicrométrica, represente gráficamente la trayectoria del aire a través del equipo de acondicionamiento, según la respuesta de la pregunta 16.

18. Si para las condiciones de operación propuestas en la pregunta 16, se necesitara una temperatura menor manteniendo la humedad absoluta constante, ¿qué ajustes haría a las condiciones de operación del equipo? Explique su razonamiento. 19. Si para las condiciones de operación propuestas en la pregunta 16, se necesitara una humedad absoluta mayor manteniendo la temperatura constante, ¿qué ajustes haría a las condiciones de operación del equipo? Explique su razonamiento. 4.- Conclusiones 5.- Bibliografia

2.- Diagrama del Equipo