PRACTICA Nº1 - Biblioteca de la UNS
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PRACTICA Nº1 TEMA : PSICROMETRIA I OBJETIVO : 1.1 OBJETIVOS GENERALES: Reconocer los aspectos fundamentales del estudio de las propiedades termodinámicas de psicometría , presencia de humedad en el aire u otros gases. 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: Determinar la humedad relativa presente en una mezcla, en la atmósfera, a condiciones normales mediante un psicrómetro de bulbo seco y bulbo húmedo. Reconocer valores de estado como punto de rocío, punto de escarcha, humedad relativa, humedad absoluta y presiones parciales. Leer correctamente Diagramas psicrométricos. II TIEMPO : 3 horas III FUNDAMENTO TEORICO : PUNTO DE ROCIO : Es la temperatura a la cual una muestra de aire húmedo se satura . Si la muestra sé enfria por debajo del punto de rocío el vapor de agua se condensa. Este fenómeno es la base de los sensores ópticos de condensación. PUNTO DE ESCARCHA : Si la medición de la temperatura esta debajo del punto de congelación del agua , esto es el punto de rocío esta debajo del punto de congelación del agua , entonces el equilibrio es entre la presión de vapor de hielo , que es algo menor que la del agua , esto es el punto de escarcha, es un poco superior que el punto de rocío. Si se conocen la Humedad relativa y la Temperatura de Bulbo seco se puede calcular el punto de rocío calculando primero la presión de saturación del vapor a la temperatura del bulbo seco y después multiplicando por la humedad relativa para obtener la presión parcial de vapor Pws Para puntos de rocío en el rango desde 0°C y 100°C se aplica la siguiente formula : Td = 110.45 +( 2.32 * ) + ( 1.21 * 2 ) +( 33.19* 3 ) +( 0.17 *Pw0.184 ) Para Puntos de rocío por debajo de los 100°C : Td = 90.12 + ( 26.412 * ) + ( 0.8927 * 2 ) Donde para ambas expresiones Td = punto de rocío en °F = Ln ( Pw) , donde Pw en psia. RELACION DE VOLUMEN (PPMv) Es la relacion entre el volumen de agua y el volumen de aire seco ( Vw/Vd) , como la relacion de volúmenes de una mezcla de gases es igual a la relacion entre las presiones parciales , la relacion de volumen puede expresarse como: VR = Pw / Pd , P = Pw + Pd Como la presión total es la suma de las presiones parciales , la presión del aire seco puede calcularse conociendo la presión de vapor y la presión ambiente que suponemos es 1 atm. Se obtiene la magnitud PPMv multiplicando la relación entre estos valores por 1 millón. 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 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. 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 : Es la indicada por un termómetro ordinario introducido en una mezcla ( aire ) TEMPERATURA DE BULBO HUMEDO : Es la que indica un termómetro cubierto con un material saturado de liquido después de haber alcanzado el conjunto una evaporación en equilibrio con la mezcla. Se dice que una mezcla gas-vapor esta saturada cuando una reducción en la temperatura hace que se condense parte del vapor. Por consiguiente existe una mezcla saturada en el punto de rocío y la presión parcial del vapor en tal mezcla es la presión de saturación a la temperatura de la mezcla. BULBO SECO BULBO HUMEDO, MECHA SATURADA CUBIERTA DE ALGODÓN HUMEDO HUMEDAD ESPECIFICA (w): Es la relacion entre la masa de vapor a la del gas no condensable. Para las mezclas aireagua-vapor se tiene: (w) = 0.622 Pws (Tseco)/ Paire HUMEDAD ABSOLUTA (Y’) Es la relación entre la masa de vapor / masa del gas. Si la cantidad esta en moles, la relacion es conocida como Humedad absoluta molar Y. VOLUMEN ESPECIFICO (V) Es el volumen en pie cubico de 1 Lb de gas seco y el vapor que lo acompaña a la t y P reinantes . Para una mezcla de humedad absoluta Y’ , tenemos : V = ( 1/29) + (( Y / 18) * ( 0.082 * T /P)) m3/ Kg de aire Donde : P en atmosferas T en ° K Y es humedad absoluta en Kg de agua/Kg de aire seco CALOR ESPECIFICO ( C) Se calcula mediante la formula : C = 0.24 + (0.46*Y) Kcal/ kg °C ENTALPIA ESPECIFICA : (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 IV 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. V. EQUIPOS Y MATERIALES: 01 psicrómetro ( Ver bosquejo del psicrómetro) 02 Termistores, uno para TBH y otra para TBS. 01 Batería de 12 V. 01 Diagrama Psicrométrico. 01 Malla o Porción de Yute 01 Multimetro VII PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS POR CONSIGNAR : Se realizara 07 tipos de ensayos distintos con el psicrómetro, para esto en el ducto de entrada se debe colocar el yute, bajo distintas condiciones,esto es : - Yute a condiciones normales . - Yute semihumedecido con agua a condiciones normales - Yute humedecido con agua a condiciones normales. - Yute seco empapado con hielo. - Yute humedecido con agua helada. - Yute seco calentado con una cocina - Yute humedecido con agua caliente Con la finalidad de poder simular distintas condiciones ambientales. El procedimiento será el siguiente para cada uno de los 07 ensayos. 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: CUADRO N° 01 VALORES Ensayo 01 Ensayo 02 Ensayo 03 Ensayo 04 Ensayo 05 Ensayo 06 TBS ( °C) TBH ( °C) Ensayo 07 VIII CUESTIONARIO : 1. Para cada uno de los ensayos, con la ayuda de una Carta Psicrometrica determinar: - Humedad Relativa. - Humedad Absoluta - Temperatura de rocío. - Humedad de saturación por enfriamiento adiabático. - Humedad de la saturación a la temperatura que se encuentra - Calor especifico. - Volumen especifico - Entalpía especifica Asi mismo determinar los mismos parámetros en forma teorica 2. En función a los resultados obtenidos, ¿ Como varían el TBS y TBH en función a las condiciones ambientales simuladas? 3. ¿Por qué desciende la temperatura en el termómetro de Bulbo húmedo? 4. ¿Cuáles son los factores que intervienen o influyen en el incremento o disminución del TBS y el TBH? 5. ¿Qué significado tienen las HR obtenidas en función a las condiciones simuladas. ? 6. ¿ Cuál es la diferencia entre punto de rocío y TBH? 7. Podría Ud. suponer a que condiciones ambientales o climáticas del Perú corresponden cada uno de los valores obtenidos en los distintos ensayos. ? 8. ¿Por qué en la costa hay mayor porcentaje de vapor de agua que en la sierra? 9. Investigar acerca de la Curva de saturación adiabática 10. Bajo que condiciones las HR y HA son iguales.Detallar su respuesta racionalmente 11. Definir : IX - Humedad Relativa. - Humedad Absoluta - Temperatura de rocío. - Humedad de saturación por enfriamiento adiabático. - Humedad de la saturación a la temperatura que se encuentra - Calor especifico. - Volumen especifico - Entalpía especifica BIBLIOGRAFÍA : - UNI .Laboratorio del Ingeniero Mecánico II. - PUCP.Laboratorio de Termodinámica. - 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.