Ejercicios Resueltos USO Carta Psicrométrica Nivel II Junio 2020 PDF

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Warning: TT: undefined function: 32[Fecha]USO DE CARTAPSICROMÉTRICAEJERCICIOS DE APLICACIÓNFRANKLIN VICENTE LOPEZ ROCAFUERTEUSEREJERCICIO 1 :D eterm inar la hum eda d abso luta de un a ire co n hum eda d relativ a de 6 0 % y una tem peratura de 3 0 °C, a una presió n de 1 0 1 ,3 2 kP a.Solución: Se ...

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[Fecha]

USO DE CARTA PSICROMÉTRICA EJERCICIOS DE APLICACIÓN

FRANKLIN VICENTE LOPEZ ROCAFUERTE USER

EJERCICIO 1: Determinar la humedad absoluta de un aire con humedad relativa de 60% y una temperatura de 30 °C, a una presión de 101,32 kPa.

Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

Del gráfico anterior, se lee que la humedad absoluta es: 𝐇𝐮𝐦𝐞𝐝𝐚𝐝 𝐚𝐛𝐬𝐨𝐥𝐮𝐭𝐚, 𝐇𝐚𝐛𝐬 = 𝟏𝟔, 𝟓 𝐠𝐫 𝐝𝐞 𝐚𝐠𝐮𝐚 / 𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨

EJERCICIO 2: Determinar la humedad absoluta de un aire con una entalpía de 61 kJ/kg a una temperatura de bulbo seco de 40 °C, siendo la presión 101,32 kPa.

Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

Del gráfico anterior, se lee que la humedad absoluta es: 𝐇𝐮𝐦𝐞𝐝𝐚𝐝 𝐚𝐛𝐬𝐨𝐥𝐮𝐭𝐚, 𝐇𝐚𝐛𝐬 = 𝟖 𝐠𝐫 𝐝𝐞 𝐚𝐠𝐮𝐚 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨

EJERCICIO 3: Calcular el volumen específico de un aire húmedo que tiene una humedad relat iva de 20% y una temperatura de 24 °C, a una presión 101,32 kPa.

Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

0.845

Del gráfico anterior, se lee que el volumen específico es: 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞𝐧 𝐞𝐬𝐩𝐞𝐜í𝐟𝐢𝐜𝐨, 𝐕𝐬 = 𝟎. 𝟖𝟒𝟓 𝒎𝟑 𝐝𝐞 𝐚𝐠𝐮𝐚 / 𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨

EJERCICIO 4: Determine l as temperaturas de rocío y la temperatura de bulbo húmedo, respectivamente, de un aire que tiene una temperatura de bulbo seco de 30 °C y una humedad relativa de 40%, a una presión 101,32 kPa.

Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

20 °C

14.5 °C

Del gráfico anterior, se lee que las temperaturas son: 𝐓𝐞𝐦𝐩𝐞𝐫𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐛𝐮𝐥𝐛𝐨 𝐡ú𝐦𝐞𝐝𝐨, 𝐓𝐡 = 𝟐𝟎 °𝑪 𝐓𝐞𝐦𝐩𝐞𝐫𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞 𝐛𝐮𝐥𝐛𝐨 𝐬𝐞𝐜𝐨, 𝐓𝐬 = 𝟏𝟒. 𝟓 °𝑪

EJERCICIO 5: En un sitio, cerca del área de producción, la humedad relativa del aire es 50% y la temperatura es 35 °C. Se pide determinar la humedad absoluta y la entalpía. Considere que la presión normal es de 101.32 kPa

Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

80

Del gráfico anterior, se lee que la humedad absoluta es: 𝐇𝐮𝐦𝐞𝐝𝐚𝐝 𝐚𝐛𝐬𝐨𝐥𝐮𝐭𝐚, 𝐇𝐚𝐛𝐬 = 𝟏𝟕. 𝟓 𝐠𝐫 𝐝𝐞 𝐚𝐠𝐮𝐚 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨

Y también que la entalpía del aire es: 𝐄𝐧𝐭𝐚𝐥𝐩í𝐚 𝐝𝐞𝐥 𝐬𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧, 𝐡𝐚 = 𝟖𝟎 𝐤𝐉 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨

EJERCICIO 6: Un flujo de aire de 4800 m 3 /h, a temperatura de 30 °C y humedad relativa de 50%, es mezclado con otro flujo de 10800 m 3 /h de aire a una temperatura de 20 °C y humedad relativa de 55%. Se pide calcular la y la temperatura final. Considere que la densidad promedio del aire, para este caso, es 0.83 kg/m3

m1

AIRE I

MEZCLADOR

m3

AIRE 3

T1 = 30 °C

T1 = ?

Hr = 50%

h=?

3

m2

4.800 m /h

AIRE 2 T1 = 20 °C Hr = 55%

Sistema

10.800 m3/h Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

65

41

PARA LA CORRIENTE AIRE I De la carta psicrométrica se determina que la entalpía es:

𝐄𝐧𝐭𝐚𝐥𝐩í𝐚 𝐝𝐞 𝐬𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧, 𝐡𝟏 = 𝟔𝟓 𝐤𝐉 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨

PARA LA CORRIENTE AIRE II

De la carta psicrométrica se determina que la entalpía es: 𝐄𝐧𝐭𝐚𝐥𝐩í𝐚 𝐝𝐞 𝐬𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧, 𝐡𝟐 = 𝟒𝟏 𝐤𝐉 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨 Sistema 1 Balance general:

Entra = Sale

Expandiendo el balance general, se tiene: Balance de energía:

m1 + m2 = m3

Calor que entra al sistema = Calor que sale del sistema

Expandiendo el balance de energía, se tiene: Se sabe que:

ec (1)

m1h1 + m2h2 = m3h3

densidad = masa/volumen

𝜌=

ec (2)

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛

ec (3)

Base de cálculo: 1 hora Determinación de las masas de aire: 𝑀𝑎𝑠𝑎1 = 𝜌1 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛1 = 0,83

Kg m3

𝑀𝑎𝑠𝑎2 = 𝜌2 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛2 = 0,83

x 4800 Kg m3

m3 = 𝟑𝟗𝟖𝟒 𝒌𝒈/𝒉 h

x 10.800

m3 h

= 𝟖𝟗𝟔𝟒 𝒌𝒈/𝒉

Reemplazando datos en la ecuación (1), se obtiene: 3984 + 8964 = 𝑚3

𝑚3 = 𝟏𝟐. 𝟗𝟒𝟖 𝒌𝒈/𝒉 Reemplazando información en la ecuación (29, se tiene: 3984

Kg ℎ

x 65

258.960

Kg Kg kJ kJ + 8964 x ℎ3 x 41 = 12.948 h h ℎ ℎ kJ ℎ

+ 367.524

kJ ℎ

ℎ3 = 𝟒𝟖, 𝟑𝟖

= 12.948

𝒌𝑱 𝑲𝒈

Kg ℎ

x ℎ3

Para encontrar la temperatura final, se traza una línea recta, en la carta psicrométrica, con los datos correspondiente a las propiedades del Aire I y del Aire II, respectivamente: P1 (30 °C; 50% Hr) ; P2 (20 °C; 55% Hr)

48.4

23 °C

Conclusión a la pregunta b: Sobre la recta graficada, se ubica el valor de la entalpía h3 (48,38 kJ/kg). En el intercepto encontrado, se lee el valor de la temperatura en el eje de la abscisa; para este caso, la temperatura es 23 °C.

EJERCICIO 7: Un flujo de 6400 m 3 /h de aire atraviesa un serpentín eléctrico que libera 12 kW de potencia de calefacción. Si la temperatura de entrada del aire es de 15 °C y humedad relativa de 50%. Calcular la temperatura final de bulbo seo y la entalpía de salida del aire. Considerar el volumen específico del aire de entrada 1,2251

AIRE FRÍO

m1

CALENTADOR

m2

m 3 /kg.

AIRE CALIENTE

T1 = 15 °C

T1 = ?

Hr = 50%

h2 = ?

3

6,400 m /h

Sistema

SERPENTÍN ELÉCTRICO 12 kW

Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

28

PARA LA CORRIENTE AIRE FRÍO: De la carta psicrométrica se determina que la entalpía es:

𝐄𝐧𝐭𝐚𝐥𝐩í𝐚 𝐝𝐞 𝐬𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧, 𝐡𝟏 = 𝟐𝟖 𝐤𝐉 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨 Sistema 1 Balance general:

Entra = Sale

Expandiendo el balance general, se tiene:

m1 = m2

ec (1)

Nota: Dado a que el balance general tiene una sola entrada y una sola salida, no es necesario ni preciso aplicarlo Balance de energía:

Calor que entra al sistema = Calor que sale del sistema

Expandiendo el balance de energía, se tiene:

Q calefacción = Q gana el aire Q calefacción = m (h2 - h1)

ec (2)

Base de cálculo: 1 hora Datos dados del problema: Potencia:

12 𝑘𝑊 𝑥

1000 vatios 1 kW

𝑥

1 Joule/seg 1 𝑣𝑎𝑡𝑖𝑜

1 kJ

𝑥

1000 Joules

= 𝟏𝟐 𝐤𝐉

Volumen específico = 1,2251 m3/kg Se sabe que:

1

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =

𝑀𝑎𝑠𝑎 = 𝜌 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 0,8163

Kg m3

x 6400

1

𝜌

ec (3)

m3 1h = 𝟏, 𝟒𝟓𝟏𝟐 𝐤𝐠/𝐬𝐞𝐠 x 3600 seg h

Reemplazando información en ecuación (2), del balance de energía, se tiene: 12 kJ = 1,4512 kg ( h2 − 28)

h2 = 𝟑𝟔, 𝟐𝟕

kJ kg

𝐤𝐉 𝐤𝐠

Conclusión a la pregunta sobre la temperatura final Partiendo del punto uno, P1 (15 °C; 50% Hr), se traza una línea recta, paralela al eje de la abscisa hasta interceptar la recta de la entalpía, h2 (36.27 kJ/kg). Seguidamente, con el punto de intersección, se lee la temperatura de bulbo seco, Tbs = 23 °C.

EJERCICIO 8: Un flujo de aire húmedo saturado a 2 °C de temperatura de bulbo seco atraviesa un calentador con una tasa de flujo de 3000 m 3 /h. Se desea calentar el aire hasta obtener una temperatura de 40°C. Calcular la potencia térmica necesaria para la fuente de calor (serpentina).

AIRE FRÍO SATURADO

m1

CALENTADOR

m2

AIRE CALIENTE

T1 = 2 °C

T2 = 40 °C

Hr = 100%

h2 = ?

3

3000 m /h SERPENTÍN ELÉCTRICO Potencia = ?

Sistema

Solución: Se utiliza la carta psicrométrica cuya presión barométrica de trabajo es 101,325 kPa.

52

13

2

1

2 4.5

0.785

PARA LA CORRIENTE AIRE FRÍO SATURADO, m1: De la carta psicrométrica se determina que la entalpía es: 𝐄𝐧𝐭𝐚𝐥𝐩í𝐚 𝐝𝐞 𝐬𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧, 𝐡𝟏 = 𝟏𝟑 𝐤𝐉 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨 𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞𝐧 𝐞𝐬𝐩𝐞𝐜í𝐟𝐢𝐜𝐨, 𝐕𝟏 = 𝟎, 𝟕𝟖𝟓 𝐦𝟑 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨 𝐇𝐮𝐦𝐞𝐝𝐚𝐝 𝐚𝐛𝐬𝐨𝐥𝐮𝐭𝐚, 𝐇𝐚𝐛𝐬𝟏 = 𝟒, 𝟓 𝐠𝐫 𝐝𝐞 𝐚𝐠𝐮𝐚 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨 Nota: Para este caso, se tiene que la humedad absoluta se mantiene constante, es decir: Habs1 = Habs2 PARA LA CORRIENTE AIRE CALIENTE, m2: De la carta psicrométrica se determina que la entalpía es: 𝐄𝐧𝐭𝐚𝐥𝐩í𝐚 𝐝𝐞 𝐬𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚𝐜𝐢ó𝐧, 𝐡𝟐 = 𝟓𝟐 𝐤𝐉 /𝐤𝐠 𝐝𝐞 𝐚𝐢𝐫𝐞 𝐬𝐞𝐜𝐨 Sistema 1 Balance general:

Entra = Sale

Expandiendo el balance general, se tiene:

m1 = m2

ec (1)

Nota: Dado a que el balance general tiene una sola entrada y una sola salida, no es necesario ni preciso aplicarlo Balance de energía:

Calor que entra al sistema = Calor que sale del sistema

Expandiendo el balance de energía, se tiene:

Q calefacción = Q gana el aire Q calefacción = m (h2 - h1)

ec (2)

Base de cálculo: 1 hora Datos dados del problema: Volumen específico = 0,785 m3/kg Se sabe que:

Volumen específico =

𝑀𝑎𝑠𝑎 = 𝜌 ∗ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 = 1,2739

Kg m3

x 3000

1 densidad

=

1

ρ

ec (3)

m3 1h x = 𝟏, 𝟎𝟔𝟏𝟔 𝐤𝐠/𝐬𝐞𝐠 h 3600 seg

Reemplazando información en ecuación (2), del balance de energía, se tiene: 12 kJ = 1,0616

kJ kg ( 52 − 13) = 41,40 𝑘𝐽/𝑠𝑒𝑔 seg kg

41,40

kJ 1000 J 1 vatio 1 kW = 𝟒𝟏, 𝟒𝟎 𝒌𝑾 x 𝑥 𝑥 1000 vatio seg 1 kJ 1 J/s

𝐏𝐨𝐭𝐞𝐧𝐜𝐢𝐚 = 𝟒𝟏, 𝟒𝟎 𝒌𝑾...