BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA EN UNA - DePa

Laboratorio de Ingeniería Química / Facultad de Química, UNAM
BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA EN UNA OPERACIÓN DE
ACONDICONAMIENTO DE AIRE
PROBLEMA: Un medidor de flujo de aire marca una caída de presión de 5 mm de H 20. Si
este flujo de aire se somete a diferentes procesos de acondicionamiento: se calienta, se
humidifica y posteriormente se deshumidifica y recalienta, determine, por balance de materia
y energía, qué cantidad de vapor de agua y calor se le transfiere en cada proceso
DESARROLLO EXPERIMENTAL
A. Preparación del equipo.
1. Verifica si hay suministro de corriente eléctrica para el funcionamiento del equipo.
2. Verifica que el tanque para la alimentación de agua al humidificador esté lleno con agua
destilada.
3. Llena los pozos de plástico de los termómetros de bulbo húmedo con agua destilada, esto con el
fin de asegurarse que durante la experimentación dicho bulbo se conserve húmedo.*
4. Coloca los termómetros de bulbo seco, bulbo húmedo y el psicrómetro en las secciones de:
4.1 entrada de aire al equipo
4.2 salida del humidificador
4.3 salida del deshumidificador
5. Enciende el equipo utilizando el interruptor colocado en la parte posterior.
6. Enciende el ventilador y por medio del reóstato regula el flujo de aire para que marque diferencia
de presión de 5 mm de H20 o la indicada por el profesor.
B. Proceso de calentamiento.
1. Enciende la (s) resistencia (s) del precalentador según indique el profesor.
2. Registra las mediciones de temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire a la entrada y
después del calentamiento cada 5 minutos hasta que se logre el régimen permanente en este
proceso.
3. Marca las temperaturas medidas (aire a la entrada y aire caliente) en una carta psicrométrica y
determina la humedad absoluta y el % de humedad correspondiente.
C. Proceso de humidificación.
1. Enciende la (s) resistencia (s) del humidificador según indique el profesor.
2. Registra las nuevas mediciones de temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo del aire cada 5
minutos hasta que se logre el régimen permanente en este proceso. Indica el cambio de humedad
(absoluta y %) en la carta psicrométrica.
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* Nota: si hay necesidad de adicionar agua a los pozos de bulbo húmedo, esperar a que se
estabilice (aprox. 5 min.) para hacer las lecturas correspondientes.
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D. Proceso de deshumidificación
1. Enciende el compresor.
2. Mide y registra cada 5 minutos la temperatura del bulbo seco y bulbo húmedo a la salida del
acondicionador de aire. Verifica que se logra el régimen permanente.
3. Indica el nuevo punto en la carta psicrométrica.
E. Proceso de recalentamiento
1. Enciende la(s) resistencia(s) del recalentador, según indique el profesor.
2. Mide la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo a la salida del acondicionador de aire.
Verifica que se alcance el régimen permanente. Indica el nuevo punto en la carta psicrométrica.
3. Terminada la experimentación, apaga las resistencias y deja el ventilador funcionando
aproximadamente 10 minutos para que se enfríe el equipo.
4. Apaga el interruptor del equipo que se encuentra en la parte posterior.
CUESTIONARIO
1. En un diagrama de flujo indica las zonas de humidificación del aire de acuerdo a los procesos a
los que se someterá, en cada zona, marca las corrientes de entrada y de salida.
2. Aplicando la ley del gas ideal, determina el volumen del aire (volumen húmedo) en cada
proceso, considera que es una mezcla de aire seco (A.S.) y de vapor de agua (humedad).
3. En forma tabulada indica los cambios que tiene el aire en cuanto al porciento de humedad Y R
en %; humedad absoluta Y como relación de masas en kg de H2O/kg A.S; volumen húmedo VH
en m3/kg A.H.; flujo masico de aire G A.S. en kg A.S./s y entalpía H en kcal/Kg A.S y en
kJ/Kg de A:S.
4. Con el dato de caída de presión, (-P) en mm de H20 puedes usar las siguientes ecuaciones para
calcular el flujo másico de aire G
G =UxAx
o
G= Q 
Donde:
G es el flujo másico de aire en Kg de aire seco mas vapor de agua por unidad de tiempo.
Q es el flujo volumétrico
 es la densidad del fluido
A es el área del orificio
U es la velocidad medida en la placa de orificio
Para medir la velocidad se puede utilizar un anemómetro Determinarla con la “Ecuación de
Medidores de flujo”:
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Donde:
U1 es la velocidad medida en la placa de orificio
D1 es el diámetro de la placa de orifico
D2 es el diámetro del ducto
(-P) es la caída de presión entre la presión atmosférica a la salida del ducto y la presión cerca de
la placa de orificio
 es la densidad del aire a las condiciones de medición del flujo
Co es el coeficiente de descarga del la placa de orificio
También la puedes calcular con la siguiente ecuación que es una simplificación de lo anterior:
Ga.s.  0.0504
(P)
vH
Donde:
GA.S. es el flujo másico del aire a las condiciones de salida del ducto
0.504 es un factor para obtener el calculo de flujo másico de aire seco en Kg. / s
vH es el volumen húmedo determinado a las condiciones en las que se encuentra el aire
(-P) es la ciada de presionen el medidor de flujo de aire
5. Por Balance de energía calcula la cantidad de calor que ganó el aire en el proceso de
calentamiento.¿Qué cantidad de energía Q tiene el aire humidificado?. Exprésala en Kcal. /s; y en
kJ/s.
6. Calcula por Balance de Materia que cantidad de flujo de vapor de agua Gv se adicionó al aire en
la zona de humidificación. Exprésala en kg de vapor de agua /h. . Por Balance de energía calcula la
cantidad de calor que ganó el aire en el proceso de humidificación Exprésala en Kcal. /s; y en kJ/s.
7. . De acuerdo a la trayectoria del aire, indica a que temperatura se inicia la condensación del
vapor de agua en la zona de deshumidificación, di que nombre recibe esta temperatura y que
porciento de humedad tiene el aire durante la condensación.
8. Por Balance de Energía calcula la cantidad de calor que perdió el aire en el proceso de
deshumidificación. Exprésala en Kcal. /s; y en kJ/s.
9. Determina que cambios se obtienen en cuanto a la humedad absoluta y el porciento de humedad
al recalentar el aire.
10. Escribe tus comentarios y Recomendaciones
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