UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

Facultad de Ciencias AgrariasEscuela Profesional: Ing. Agroindustrial

INFORME DE LABORATORIO n° o1

Propiedades termodinámicas de la mezcla aire – vapor de agua

PSICROMETRIA

ASIGNATURA : Ingeniería Agroindustrial III

PRESENTADO POR: R. Pelayo Añamuro Pampamallco Paúl P. Montufar Canahua Jhyno A. Rodriguez Mena Rubén A. Vilca Ccasa

DOCENTE : Ing. Silvana L. Aguilar Tuesta SEMESTRE : VIII

PUNO – PERÚ

2010

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE LA MEZCLA AIRE – VAPOR DE AGUA

PSICROMETRIA

I. INTRODUCCION

Psicrometría es una palabra que impresiona, y se define como la medición del

contenido de humedad del aire. Ampliando la definición a términos más técnicos,

psicrometría es la ciencia que involucra las propiedades termodinámicas del aire

húmedo, y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y el confort

humano. Ampliando aún más, incluiríamos el método de controlar las propiedades

térmicas del aire húmedo. Lo anterior, se puede llevar a cabo a través del uso de

tablas psicrométricas o de la carta psicrométrica. Las tablas psicrométricas ofrecen

una gran precisión, ya que sus valores son de hasta cuatro decimales; sin embargo,

en la mayoría de los casos, no se requiere tanta precisión; y con el uso de la carta

psicrométrica, se puede ahorrar mucho tiempo y cálculos.

La siguiente práctica de psicrometría consiste en determinar experimentalmente las

propiedades físicos químicos del aire, realizados en el laboratorio de Ingenierías.

II. OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Realizar en forma práctica operaciones de acondicionamiento del aire y

reconocer los aspectos fundamentales del estudio de las propiedades

termodinámicas de psicrometría, presencia de humedad en el aire.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar la humedad relativa, en la atmósfera, a condiciones normales

en puno mediante un psicrómetro de bulbo seco y bulbo húmedo.

Determinar los valores de humedad absoluta, presiones parciales del vapor

de agua, presión parcial del aire seco y presión de saturación.

Leer correctamente Diagramas psicrométricos.

III. FUNDAMENTO TEORICO

3.1. Tabla Psicrométrica

Una forma conveniente de relacionar las diversas propiedades asociadas con una

mezcla de vapor de agua y aire, es trazar estas cantidades en una tabla psicométrica

como se muestra en la figura 1, o bien (para presión atmosférica estándar) del

apéndice. Cualesquiera dos de las propiedades establecen un estado para el que las

otras propiedades se determinen. Como ejemplo, considere un estado A que se

localiza a especificar la temperatura del bulbo seco y la humedad relativa. La

temperatura del bulbo húmedo se leería como 1, la temperatura del punto de roció 2,

la entalpia en 3 y la relación de humedad en 4 (Potter y Scott, 2004)

Figura 1. Tabla psicométrica

PSICROMETRIA :

Es el estudio de las propiedades termodinámicas de los gases húmedos mientras que

humedad se refiere simplemente a la presencia de vapor de agua en el aire u otros

gases. Mucho del estudio de la mezcla de vapor con el aire seco se aplica también a

otros gases ya que las propiedades termodinámicas del vapor de agua son

aproximadamente independientes del gas de transporte. Además como la composición

del aire atmosférico es relativamente constante el aire seco como una masa

homogénea con peso molecular 28.96, el peso molecular del agua es 18.01.Análisis

de la composición del aire a nivel del mar.

Otra definición, la psicrometría es la parte de la Termodinámica que estudia las

propiedades de las mezclas gas-vapor. Para el secado de alimentos es de particular

interés estudiar las propiedades de la mezcla aire-vapor de agua.

Aunque es posible que el aire exista en estado líquido, se lo considera "el gas" porque

es esencialmente incondensable a las condiciones de temperatura y presión usadas

en el secado convencional.

Por el contrario, el agua puede existir en estado líquido y en estado vapor sin

necesidad de efectuar modificaciones drásticas en la temperatura y la presión.

Aire seco =====> no contiene vapor de agua.

Aire húmedo ==> sí contiene vapor de agua.

En muchas ocasiones conviene considerar al aire seco como si fuera un solo

componente. Entonces:

Aire húmedo = aire seco + vapor de agua

Esto facilita los cálculos y evita complicaciones innecesarias durante el análisis de

situaciones físicas que involucran el manejo y acondicionamiento del aire durante el

secado de alimentos (Tecante, 1992 )

3.2. Mezcla de vapor y gases

El aire es un mezcla de nitrigeno, oxigeno y argón (mas rastros de otros gases).

Cuando no se incluye vapor de agua, lo conocemos como aire seco. Si se incluye

vapor de agua, como el aire atmosférico, debemos tener el cuidado de considerarlo en

forma adecuada. A la temperatura atmosférica relativamente baja podemos tratar el

aire seco como un gas ideal con calores específicos constantes.

Se usan dos modelos para estudiar una mezcla de gases ideales. El modelo Amagat

trata cada componente como si existiera separadamente a la misma presión y la

temperatura de la mezcla, el volumen total es la suma de los dos volúmenes de los

componentes. En este caso usaremos el modelo de Dalton en el que cada

componente ocupa el mismo volumen y tiene la misma tem´peratura que la mezcla, la

presión total es la suma de las presiones componentes (llamadas presiones parciales).

Para el modelo de Dalton.

3.3. PUNTO DE ROCIO

El punto de rocío se define como: la temperatura debajo de la cual el vapor de agua en

el aire, comienza a condensarse. También es el punto de 100% de humedad. La

humedad relativa de una muestra de aire, puede determinarse por su punto de rocío.

Existen varios métodos para determinar la temperatura del punto de rocío. Un método

para determinar el punto de rocío con bastante precisión, es colocar un fluido volátil en

un recipiente de metal brillante; después, se agita el fluido con un aspirador de aire. Un

termómetro colocado dentro del fluido indicará la temperatura del fluido y del

recipiente. Mientras se está agitando, debe observarse cuidadosamente la

temperatura a la cual aparece una niebla por fuera del recipiente de metal. Esto indica

la temperatura del punto de rocío.

La niebla por fuera del recipiente, no es otra cosa que la humedad en el aire, que

comienza a condensarse sobre el mismo. No deben emplearse fluidos inflamables o

explosivos para esta prueba. Otro medio para determinar el punto de rocío

indirectamente, es con un instrumento llamado Psicrómetro, el cual se describirá más

adelante. Este metodo se basa en las temperaturas de "bulbo húmedo" y la de "bulbo

seco", las cuales también se definirán más adelante. Durante la temporada de

invierno, una ventana ofrece un buen ejemplo del punto de rocío.

3.4. RELACION DE HUMEDAD (PPMw)

Es la relacion entre la masa de vapor de agua y el aire seco . Para calcular este

valor se multiplica la relacion de volumen por los pesos moleculares.

W = ( Mw/ Md) = ( 18.01*Pw )/ ( 28.96* Pd )

Por ejemplo se podrá combinar la relacion de volumen con la lectura de un

caudalimetro para calcular la masa de vapor de agua que fluye por un conducto

por unidad de tiempo

PRESION PARCIAL :

Las leyes de los gases dicen que la presión total de una mezcla de gases es

igual a la suma de las presiones parciales de los gases constituyentes.

también, la relacion de los volúmenes son iguales a las relaciones de sus

Presiones parciales. Por ejemplo : la presión atmosférica es la suma de las

presiones parciales del aire seco y el vapor de agua.

PAtm. = P = Paire + P agua

PRESION DE VAPOR DE AGUA

Cuando la mezcla de aire y vapor de agua esta en equilibrio con el agua liquida

o el hielo se considera que esta saturada (100% de humedad) El valor de la

presión en ese caso es la presión de vapor de agua. La presión de vapor de

agua sobre el hielo para el rango de temperaturas que va desde 0°C hasta –

100°C( en grados Fahreint)

Ln(P ws) = ( C1 /T) + C2 + C3 + (C4 * T2 ) +( C5 * T3 ) + ( C6 *T4 )+ ( C7 * Ln(T)

Donde las constantes toman los siguientes valores :

C1 -1.0214165 E +04 C5 3.5575832 E-10

C2 -4.8932428 E+00 C6 -9.0344688 E-14

C3 -5.3765794 E –03 C7 4.1635019 E+00

C4 1.9202377 E-07

La presión de saturación sobre el agua liquida para el rango de temperaturas

desde 0°C hasta 200°C( en grados Fahrenheit) esta dado por :

Ln (Pws) ( C8 / T) + C9 +(C10 *T ) + (C11* T2) + ( C12 * T3) +( C13 *Ln(T))

Donde las constantes toman los siguientes valores :

C8 -1.0440397 E +04 C11 1.2890360 E-05

C9 -1.1294850 E+01 C12 -2.4780681 E-09

C10 -2.70223555 E –02 C13 6.5459673 E+00

HUMEDAD RELATIVA

Es la relacion entre la presión parcial de vapor sobre la presión de saturación

del vapor a la temperatura de bulbo seco.

RH = Pws (Tseco) / Pws( T)

Donde el numerador Pws (Tseco) es la presión de saturación e en el punto de

rocío y el denominador Pws( T) es la presión de saturación a la temperatura de

bulbo seco . La humedad relativa es dependiente de la temperatura y el

contenido de agua pero independiente de la presión total.

La medición de la humedad relativa consiste en la relacion entre la presión

parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la presión de saturación

del vapor , a una temperatura dada. Por lo tanto la humedad relativa es

función de la temperatura. La medición es expresada como un porcentaje . La

humedad relativa es un parámetro utilizado principalmente en aplicaciones de

acondicionamiento de aire o mediciones metereologicas ya que afectan al

confort humano .La medición de la Humedad relativa puede hacerse con

sensores basados en : psicometría , desplazamiento ,

resistivos ,capacitivos ,etc.

TEMPERATURA DE BULBO SECO :

El confort humano y la salud, dependen grandemente de la temperatura del aire. En el

acondicionamiento de aire, la temperatura del aire indicada es normalmente la

temperatura de «bulbo seco» (bs), tomada con el elemento sensor del termómetro en

una condición seca.

Es la temperatura medida por termómetros ordinarios en casa. Hasta este punto, todas

las temperaturas a que nos hemos referido han sido temperaturas de bulbo seco, tal

como se leen en un termómetro ordinario, excepto donde los hemos referido

específicamente a la temperatura del punto de rocío.

TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO :

Básicamente, un termómetro de bulbo húmedo no es diferente de un termómetro

ordinario, excepto que tiene una pequeña mecha o pedazo de tela alrededor del bulbo.

Si esta mecha se humedece con agua limpia, la evaporación de esta agua disminuirá

la lectura (temperatura) del termómetro. Esta temperatura se conoce como de «bulbo

húmedo» (bh). Si el aire estuviese saturado con humedad (100% hr), la lectura de la

temperatura en el termómetro de bulbo húmedo, sería la misma que la del termómetro

de bulbo seco. Sin embargo, la hr normalmente es menor de 100% y el aire está

parcialmente seco, por lo que algo de la humedad de la mecha se evapora hacia el

aire. Esta evaporación de la humedad de la mecha, provoca que la mecha y el bulbo

del termómetro se enfríen, provocando una temperatura más baja que la del bulbo

seco. Mientras más seco esté el aire, más rápida será la evaporación de la humedad

de la mecha. Así que, la lectura de la temperatura del bulbo húmedo, varía de acuerdo

a qué tan seco esté el aire.

HUMEDAD ABSOLUTA

El término "humedad absoluta" (ha), se refiere al peso del vapor de agua por unidad

de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio de un metro cúbico

(o un pie cúbico). En este espacio, normalmente hay aire también, aunque no

necesariamente. La humedad relativa está basada en la humedad absoluta, bajo las

condiciones establecidas; es decir, la humedad relativa es una comparación con la

humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de agua está saturado.

Tanto la humedad absoluta, como la relativa, están basadas en el peso del vapor de

agua en un volumen dado.

ENTALPÍA DE LAS MEZCLAS DE AIRE Y VAPOR DE AGUA

Se han mencionado los efectos de aumentar y disminuir la temperatura, para lo cual

hay que agregar o quitar calor. Ahora debemos ver cuánto calor hay que agregar o

quitar, para efectuar los cambios que hemos estado estudiando. De la misma manera

que es necesario saber cuánta humedad y aire hay en las diferentes mezclas, también

es necesario conocer cuánto calentamiento o enfriamiento se requiere, para hacer

cambios en la condición de las mezclas de aire y humedad. Esto es tan cierto para las

temperaturas en refrigeración (conservación y congelación), como lo es para las

temperaturas del aire acondicionado para el confort humano.

ENTALPIA ESPECÍFICA: (He)

Es la suma de calor sensible de 1 Kg. De gas y el calor latente de vaporización

del vapor que contiene a la temperatura que se refieran las entalpias :

He = C ( t – t0 ) + Y

Para el caso del aire humedo :

He = ( 0.24 + 0.046 Y ) t + (597.2 * Y ) Kcal/Kg

PSICROMETRIA DE BULBO HUMEDO/BULBO SECO.

La psicometría desde hace un tiempo es uno de los métodos más populares

para el monitoreo de la humedad. Un psicrómetro consta de un par de

termómetros acoplados, uno de los cuales opera en estado húmedo. Cuando el

dispositivo funciona la evaporación del agua enfria el termómetro humedecido,

resultando un diferencia medidle con la temperatura ambiente o la temperatura

de bulbo seco. Cuando el bulbo húmedo alcanza su máxima caída de

temperatura la humedad puede determinarse comparando la temperatura de

los dos termómetros en un Diagrama Psicrometrica

IV. MATERIALES:

Psicrómetro

Secador de aire caliente

Resistencias

Termómetros

Recipiente

Agua

Cronometro

Trípode

Cocinilla

Matraz

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Consiste en medir temperaturas del bulbo seco y húmedo, para cada una de las

siguientes funciones:

a) Aire ambiental, se prende solo el ventilador; para el bulbo húmedo mojar una

pequeña porción de algodón y cubrir uno de los termistores, mientras tanto

para determinar la temperatura del bulbo seco medir directamente la

temperatura.

b) Aire calentado, se prende las resistencias y el aire se calienta cuando se

circula a través de un juego de resistencias.

c) Aire humificado, se conseguí cuando el aire calentado anteriormente se pone

en contacto con una superficie liquida. Para lo cual colocamos una cierta

cantidad de agua en un recipiente, en contacto con el flujo de aire caliente y se

medirá la cantidad de agua antes y después de la prueba.

1. Verificar el estado de los termistores , y mojar una pequeña porción de

algodón y cubrir uno de los termistores

2. Conectar los bornes del motor del ventilador del psicrómetro a la batería de

12 V.

3. Instalar el yute en el ducto de entrada del psicrómetro.

4. Dejar que se estabilice el régimen de trabajo del ventilador del psicrómetro

un promedio de 5 minutos.

5. Tomar los valores de las resistencias que consigna cada termistor y

compararlos con las curvas patrones del psicrómetro.

6. Tomar tres valores y sacar un promedio.

7. Realizar los 05 Ensayos y llenar el siguiente cuadro:

VI. CÁLCULOS Y RESULTADOS

CUADRO N° 1. Datos obtenidos en el laboratorio, a 63kPa de presión.

condiciones normales

de aire

aire caliente(con re

sistencia)

aire caliente (con

secadora) aire humidificado

Tbs Tbh Tbs Tbh Tbs Tbh Tbs Tbh

°C °K °C °K °C °K °C °K °C °K °C °K °C °K °C °K

21 294.15 13 286.15 51 324.15 21 294.15 46 319.15 20 293.15 33 306.15 26 299.15

FUENTE: propia

En base a los valores obtenidos en el cuadro 1, se confeccionaran cuadros de

resultados experimentales con la carta psicométrica analíticamente obtenemos los

siguientes resultados.

a) Humedad relativa del aire obtenidos de la carta psicrométrica:

condiciones

normales del aire

aire caliente (con

resistencia)

aire caliente (con

secadora)aire humidificado

HR (%) HR (%) HR (%) HR (%)

40 5 8 57.5

Temperatura de

rocío

Temperatura de

rocío

Temperatura de

rocío

Temperatura de

rocío

6.6 -1 1 23.5

b) Humedad absoluta:

La humedad absoluta se calcula con la siguiente ecuación:

Pv es obtenida de acuerdo a la t° de rocío de la carta psicrométrica.

Utilizando además Presión a nivel del mar: 101.325kPa

condiciones

normales del aire

aire caliente (con

resistencia)

aire caliente (con

secadora)aire humidificado

Humedad

absoluta

Humedad

absoluta

Humedad

absolutaHumedad absoluta

5.999E-3 3-51E-3 4.007E-3 0.0183

c) Humedad absoluta de saturación:

Pv* :es la presión de vapor de agua pura a la temperatura del aire húmedo.

condiciones

normales del aire

aire caliente (con

resistencia)

aire caliente (con

secadora)aire humidificado

Humedad

absoluta de

saturación

Humedad

absoluta de

saturación

Humedad

absoluta de

saturación

Humedad absoluta

de saturación

9.297E-3 0.015 0.014 0.021

d) Presión parcial de vapor de agua

condiciones

normales del aire

aire caliente (con

resistencia)

aire caliente (con

secadora)aire humidificado

Presión parcial de

vapor de agua

Presión parcial de

vapor de agua

Presión parcial de

vapor de agua

Presión parcial de

vapor de agua

427.77452 722.356504 683.176469 1004.63208

e) Presión parcial de aire seco

Presión parcial de Puno: P=63.99kpa

VII. CONCLUSIONES

La Humedad Relativa es dependiente de las condiciones del aire, en aires

humidificados la HR es alta, mientras tanto cuando el aire es sometido al calor

seco la HR es baja.

La humedad relativa en Puno, en este caso en el laboratorio de ingeniería

agroindustrial III a condiciones normales es de 40%, debido a la presencia de

la respiración de todos los estudiantes que asistimos a la práctica.

Se determinó los valores de humedad absoluta, presiones parciales del vapor

de agua y presión parcial del aire seco donde se obtuvo valores altos de

presión, en las que los valores de presión de saturación no serían las

correctas.

Se aprendió a leer correctamente la carta psicrométrica, para hallar los valores

de temperatura de punto de rocío y las humedades relativas correspondientes

de las diferentes condiciones a las que se midió las temperaturas de bulbo

seco y bulbo húmedo.

VIII. BIBLIOGRAFÍA :

- Merle C. Potter, Claime P. Scott, 2004. Termodinámica. Thomson Ediciones

S.A. Madrid - España.

- MANUAL TECNICO VALYCONTROL. S.A. DE C.V.

- A. TECANTE. 1992. FUNDAMENTOS DE SECADO, EXTRACCION

SOLIDO LIQUIDO Y DESTILACION

- Robert Guevara.Apuntes del Curso de Laboratorio de Energia I.

- Daniel Herencia : Refrigeración y Aire acondicionado

- Calderón Torres . Apuntes del Curso de Termodinámica II.

- Giovanni Zucchi . Apuntes del Curso de Termodinámica.