Informe N2 - Humidificacion, temperatura de bulbo humedo y seco, punto de rocio PDF

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Informe de laboratorio, con practicas realizadas en casa durante el año virtual...

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

INFORME N° 2:

HUMIDIFICACION CURSO: LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS II

INTEGRANTES:

APAZA PARICAHUA, Rocio Maryorie COAQUIRA PACOMPIA, Deysi Danitza ESCOBEDO MIRANDA, Daniel Elías HURTADO HUANCA, Ariana Pamela OBLITAS MASI, Joyer Victor PAUCAR APAZA, Fiama Nicol GRUPO: VIERNES B-2

AREQUIPA – PERU

Practica 2 HUMIDIFICACIÓN

1. Objetivos a) Determinar la temperatura del bulbo seco y bulbo húmedo b) Determinar la temperatura del bulbo seco y humedad relativa c) Determinar del bulbo seco y la temperatura de roció d) Determinar el volumen especifico, calor especifico, entalpia, temperatura absoluta de rocío, temperatura de bulbo húmedo para los ítems a, b y c a partir de la tabla psicrométrica 2. Marco teórico La Humidificación es una operación que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Tipos de Humidificación: Humidificación Isotérmica •

El vapor saturado suministrado ya se encuentra en estado gaseoso debido a la energía provista por el humidificador (corriente eléctrica, gas, carbón, etcétera), y, por lo tanto, se mezcla con el aire sin ninguna dificultad.

•

Durante el proceso de la humidificación, a medida que la humedad relativa aumenta, la temperatura se mantiene constante

Sistemas Isotérmicos Éstos son frecuentemente utilizados en instalaciones familiares y comerciales. Tienen dos componentes principales: la unidad que genera el vapor y el dispositivo que distribuye el vapor en la corriente de aire. Estos humidificadores pueden ser: -

Eléctricos, por medio de resistencias

-

A electrodos sumergidos

-

A gas

-

Calderas centrales generadoras de vapor

Humidificación Adiabática • •

Durante el proceso de humidificación, a medida que la humedad relativa va en aumento, la temperatura disminuye. Se entrega al ambiente agua atomizada y, aunque se encuentre extremadamente atomizada, aún su estado es líquido (la energía, para pasar del estado líquido al gaseoso, es suministrada por el aire con la consecuente reducción en la temperatura)

Sistemas Adiabáticos Estos dispositivos crean una gran superficie de interfase entre el aire y el agua en estado líquido, donde se forma una fina capa de vapor saturado, con una presión parcial igual a la presión de saturación a la temperatura del líquido. Se utilizan frecuentemente en aquellas instalaciones en donde el aire de alimentación deba ser enfriado y humidificado, o donde haya calor sensible en exceso en el aire de retorno que pueda ser utilizado para la evaporación. En estos sistemas el tamaño de la gota influye directamente sobre la eficacia del sistema, pues entre más chica sea la gota, más rápida va a ser su evaporación, disminuyendo de esta manera los riesgos de condensación. En estas situaciones, los costos de operación serán notablemente inferiores a los de una humidificación isotérmica. (Roson, 2016) Los humidificadores adiabáticos más usados son: -

Centrífugos

-

Atomizadores con aire comprimido

-

Atomizadores con agua presurizada

-

Ultrasónicos

Parámetros de la Humidificación Temperatura de bulbo seco (T): La temperatura de bulbo seco, es la verdadera temperatura del aire húmedo y con frecuencia se la denomina sólo temperatura del aire; es la temperatura del aire que marca un termómetro común. Temperatura de bulbo húmedo (Tw): Es la temperatura que siente cuando su piel está húmeda y expuesta al movimiento del aire. A diferencia de la temperatura de bulbo seco, la temperatura de bulbo húmedo es una indicación de la cantidad de humedad en el aire. Cuanto menor sea la humedad relativa del aire, mayor será el enfriamiento.

Figura 1. Representación de la determinación de bulbo seco y bulbo húmedo

Temperatura punto roció (Tr): Es la temperatura a la cual el aire húmedo no saturado se satura, es decir, cuándo el vapor agua a condensarse, por un proceso de enfriamiento, mientras que la presión y la razón de humedad se mantienen constantes

Figura 2. Determinación del punto de rocio

Humedad relativa: La humedad relativa del aire, se define como la razón entre la presión de vapor de agua en un momento dado y la presión de vapor de agua cuando el aire está saturado de humedad, a la misma temperatura. La humedad relativa se puede expresar como decimal o como porcentaje. Como hemos dicho un observador obtiene dos valores Temperatura y Temperatura de bulbo húmedo. Con estos valores podemos obtener la Presión de vapor

Tabla 1. Ecuaciones para la determinación de humedad

Humedad molar: 𝑛𝑉 𝑝𝑉 𝑝𝑉 𝑌𝑚 = = = 𝑛𝑔 𝑝𝑔 𝑃 − 𝑝𝑉

Humedad porcentual:

Humedad absoluta:

Volumen húmedo:

𝑌 = 𝑌𝑚 ∗ (

𝑃𝑀𝑣 ) 𝑃𝑀𝑔

Humedad Relativa:

𝑝𝑣 𝜑= ∗ 𝑝𝑣

𝜑𝑝 =

𝑌 𝑝𝑉 𝑃 − 𝑝𝑣∗ ) ∗( = 𝑌 ∗ 𝑝𝑉 𝑃 − 𝑝𝑣

𝑉ℎ = (

1 𝑌 ) + 𝑃𝑀𝑔 𝑃𝑀𝑣

Calor especifico: 𝐶 = 0.24 + 0.46 ∗ 𝑌

𝐾𝑐𝑎𝑙 𝐾𝑔 °𝐶

Aplicación Industrial de la Humidificación. Esta operación la encontramos en las centrales nucleares. Aquí, para bajar la temperatura del agua proveniente del reactor (que es muy elevada), esta se pasa por una torre de enfriamiento con una corriente de aire frío y se vuelve a recircular el agua. El humo blanco que vemos salir de estas gigantescas torres tan características de una central nuclear es simplemente vapor de agua. Con este método conseguimos bajar la temperatura de la central de una forma económica y fácil. Existen multitud de procesos químicos donde se encuentra esta operación, por no decir prácticamente en todos. El aire lo obtenemos de manera gratuita y tan solo nos hace falta una torre y un ventilador. Aplicaciones: ✓ Humidificación para imprenta ✓ Humidificación para la industria automotriz ✓ Humidificación de salas blancas y laboratorios ✓ Humidificación de aire para embalaje

Figura 3. Hojas de imprenta

Cartas Psicrométrica Es una gráfica que es trazada con los valores de las tablas psicrométricas; por lo tanto, la carta psicrométrica puede basarse en datos obtenidos a la presión atmosférica normal al nivel del mar, o puede estar basada en presiones menores que la atmosférica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar. Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para el rango de media temperatura y otras para el rango de alta temperatura. A algunas de las cartas psicrométricas se les amplía su longitud y se recorta su altura; mientras que otras son más altas que anchas y otras tienen forma de triángulo. Todas tienen básicamente la misma función; y la carta a usar, deberá seleccionarse para el rango de temperaturas y el tipo de aplicación. (ClimasMonterrey, 2014)

Figura 4. Carta psicométrica a 760 mmHg (Condiciones Normales)

Figura 5. Carta psicométrica a 578.2975 mmHg (Arequipa)

Figura 6. Tabla psicométrica online (Olavarria, 2014)

3. Materiales y Reactivos Materiales •

2 termómetros (Celsius)

•

1 vaso

•

Mecha de algodón

•

Agua

•

Hielo

•

Higrómetro

Figura 7. Higrómetro y Termómetro

Figura 8. Vaso y hielo

4. Metodología 4.1 Determinación de la temperatura del bulbo seco y bulbo húmedo

❖ Medir con el termómetro la temperatura ambiente( temperatura de bulbo seco) ❖ Para medir la temperatura de bulbo seco en la parte inferior de termómetro, en la zona de mercurio, colocar una mecha de algodón húmeda con ventilación ❖ Tomar lectura simultáneamente la temperatura de bulbo seco y bulbo húmedo ❖ Anotar en el cuadro.

Fig. 6 Determinación real de la temperatura del bulbo seco y bulbo húmedo

Figura 9. Temperatura del bulbo húmedo 25°C y temperatura de bulbo seco 31°C

4.2 Determinar la temperatura del bulbo seco y humedad relativa

❖ Medir con el higrómetro en cuatro puntos diferentes la temperatura de bulbo seco y humedad relativa ❖ Anotar en el cuadro

Figura 10. Medición con el higrómetro

4.3 Determinar del bulbo seco y la temperatura de roció ❖ Medir la temperatura del medio ambiente con un termómetro (bulbo seco) ❖ Llenar con agua un vaso hasta los dos tercios de este ❖ Echar cubitos de hielo progresivamente en un vaso con agua ❖ Esperará a que aparezca una opalescencia ❖ Se toma la temperatura simultáneamente en ambos termómetros bulbo seco y temperatura de rocío.

Figura 11. Vaso de agua con hielo

Figura 12. Temperatura de rocío 6°C

Figura 13. Temperatura del bulbo seco 21°C

5. Cálculos Utilizando la carta psicrométrica al nivel del mar y a nivel de Arequipa junto con los datos obtenidos en cada experimentación, determinar: -

volumen especifico calor especifico entalpia temperatura absoluta de rocío temperatura de bulbo húmedo y seco

a) Determinar del bulbo seco y bulbo húmedo En el distrito de Vitor T = 31°C 𝑇𝑊 = 25°C Gráfico A b) Determinar del bulbo seco y humedad relativa En el distrito de Miraflores T = 21°C HR = 40°C Gráfico B c) Determinar del bulbo seco y la temperatura de roció En el distrito de Miraflores T° = 20°C PR = 6°C Gráfico C NOTA: Los 3 primeros gráficos son utilizando la carta psicométrica a condiciones normales y los siguientes 3 gráficos se utiliza la carta psicométrica a presión de Arequipa.

A

61.5%

76.1 25

17.6

22.8

31

0.887

B

37

40%

13 7

6.3

21

0.845

C

40%

34.99

12.35

5.9

6

20

0.835

𝐼 = 93

𝐾𝐽

𝑘𝑔 𝑎 𝑠

𝑇𝑤 = 25 °𝐶 𝑇𝑃𝑅 = 23.4 °𝐶

64% 𝑘𝑔 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

Y=0.0242 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝑇 = 31 °𝐶

𝑉 = 1.177

𝑚3 𝑘𝑔 𝑎. 𝑠

𝐼 = 44

𝐾𝐽 𝑘𝑔 𝑎 𝑠

𝑇𝑊 = 13 °𝐶 𝑇𝑃𝑅 = 7.8 °𝐶

40% Y=0.0087

𝑇 = 22 °𝐶

𝑉 = 1.115

𝑚3

𝑘𝑔 𝑎. 𝑠

𝑘𝑔 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝐼 = 39

𝐾𝐽

𝑘𝑔 𝑎 𝑠

𝑇𝑊 = 11.4°𝐶

40% 𝑇𝑃𝑅 = 6 °𝐶

𝑘𝑔 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟

Y=0.0076 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝑇 = 20 °𝐶

𝑉 = 1.105

𝑚3 𝑘𝑔 𝑎. 𝑠

6. Resultados y análisis Resultados

Primera Tabla de resumen de cálculos a 1 atm de presión Tabsoluta

Thumeda

Trocio

Hrelativo

Y(

𝑲𝒈

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝒎𝟑

V( 𝑲𝒈 𝑨𝑺)

C(

𝑲𝒄𝒂𝒍

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

i(

𝑲𝑱

31°C

25°

22.8°C

0.61

0.0176

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝒈

0.887

0.248

𝑲𝒄𝒂𝒍

𝑲𝒈 𝑨𝑺

76.1

21°C

13°C

7°C

0.40

0.0063

𝑲𝒈

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝒈 𝑨𝑺

0.845

𝒎𝟑

0.244

𝑲𝒄𝒂𝒍

𝑲𝒈 𝑨𝑺

37

20°C

12.35°C

6°C

0.40

𝑲𝒈

𝑲𝒈 𝑨𝑺

0.0059 𝑲𝒈 𝑨𝑺

0.835

𝒎𝟑 𝑲𝒈 𝑨𝑺

0.243 𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝒎𝟑

𝑲𝒄𝒂𝒍

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝑱

𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝑱

𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝑱

34.99𝑲𝒈 𝑨𝑺

Segunda tabla con tabla psicrométrica online a la altitud de Arequipa (2335 m.s.n.m.) y Vitor (1200 m.s.n.m.) Tabsoluta

Thumeda

Trocio

Hrelativo

Y(

𝑲𝒈

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝒈 0.0207𝑲𝒈 𝑨𝑺

31°C

25°

23°C

0.63

21°C

12.3°C

7°C

0.40

0.0083𝑲𝒈 𝑨𝑺

20°C

11.5°C

6°C

0.399

0.0077 𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝒈

𝑲𝒈

𝒎𝟑

V( 𝑲𝒈 𝑨𝑺) 𝒎𝟑

1.03 𝑲𝒈 𝑨𝑺 1.12

𝒎𝟑

𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝒎𝟑

1.12 𝑲𝒈 𝑨𝑺

C(

𝑲𝒄𝒂𝒍

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝒄𝒂𝒍 0.248𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝒄𝒂𝒍

0.244𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝒄𝒂𝒍

0.243 𝑲𝒈 𝑨𝑺

i(

𝑲𝑱

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝑱 84.3 𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝑱

42.2 𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝑱

39.7 𝑲𝒈 𝑨𝑺

Tercera tabla para la ciudad de Arequipa a 2250 m.s.n.m. con datos de tabla psicrométrica a 0.76 atm 𝑲𝒈

Tabsoluta

Thumeda

Trocio

Hrelativo

Y(

31°C

25°

23.4°C

0.64

𝟎. 𝟎𝟐𝟒𝟐

21°C

13°C

7.8°C

0.40

0.0087

20°C

11.4°C

6°C

0.40

0.0076

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝒈 𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝒈

𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝒈

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝒎𝟑

V( 𝑲𝒈 𝑨𝑺)

C(

𝑲𝒄𝒂𝒍

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

i(

𝑲𝑱

)

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝑲𝒈 𝑨𝑺

𝒎𝟑

0.248

𝒎𝟑

𝑲𝒈 𝑨𝑺

93𝑲𝒈 𝑨𝑺

1.115𝑲𝒈 𝑨𝑺

0.244

𝑲𝒈 𝑨𝑺

44

1.105 𝑲𝒈 𝑨𝑺

0.243 𝑲𝒈 𝑨𝑺

1.177

𝒎𝟑

𝑲𝒄𝒂𝒍 𝑲𝒄𝒂𝒍

𝑲𝒄𝒂𝒍

𝑲𝑱 𝑲𝑱

𝑲𝒈 𝑨𝑺 𝑲𝑱

39𝑲𝒈 𝑨𝑺

Análisis -

Mediante las experiencias de medición efectuadas se pudo comprobar el efecto de la presión atmosférica en cuanto a los resultados que se obtuvieron por medio de las cartas psicrométricas a 1 atm y a 0.76 atm, así como también en un programa online.

-

Para la primera experiencia de bulbo húmedo la cual se realizó en el distrito de vítor arrojo resultados variados ya que se utilizó tanto la tabla de 1atm como la de 0.76 atm en las cuales se observa una diferencia notoria en los valores arrojados.

-

Para la segunda experiencia de bulbo húmedo y humedad relativa realizada en Arequipa cuidad se registró valores similares en la tabla de 0.76 atm y la carta psicrométrica online; en cuanto a los valores de la tabla de 1 atm algunos de ellos difieren puesto que la diferencia de presiones es notoria.

-

Para la tercera experiencia que se lleva a acabo también en Arequipa cuidad los valores de la carta psicrométrica online y la carta de 0.76 atm son casi iguales con alguna mínima diferencia de decimales lo cual nos indica que la precisión de una carta se acerca mucho a los valores arrojados por un ordenador de internet; respecto a los valores con la carta de 1 atm si encontramos una diferencia mucho mayor en los valores hallados, como se dijo antes esto ocurre por las características de las cartas a las presiones para las que han sido diseñadas.

7. Conclusiones -

Los valores de bulbo húmedo, bulbo seco y temperatura de rocío pueden variar si son registrados en diferentes puntos geográficos esto debido a la composición del aire el porcentaje de humedad presente en el ambiente y la presión ejercida por la atmosfera en esa región geográfica.

-

Las cartas psicrométricas arrojan valores muy similares a los que puedan dar los programas online en internet ya que la precisión manejada es considerablemente pequeña, siempre y cuando e este trabajando con la carta adecuada.

-

La entalpia, el volumen especifico y el calor especifico del aire dependerán de los datos arrojados por los instrumentos de medición y serán en gran medida afectados por las condiciones que presente el espacio geográfico en donde sean registrados, así como también su correcta ubicación en la carta psicrométrica.

8. Bibliografía

Berg, C. (2016). BACK TO BASICS PSYCHROMETRICS AND THE PSYCHROMETRIC CHART TECH. Colville. ClimasMonterrey. (23 de Setiembre de 2014). Obtenido de https://www.climasmonterrey.com/que-son-las-cartas-psicrometricas Geankoplis, C. (1998). Procesos de transporte y Operaciones Unitarias. Mexico: COMPAÑÍA EDITORIAL CONTINENTAL, S.A. DE C.V. Geankoplis, C. J. (1998). Efecto de las variables del proceso sobre el periodo de velocidad constante. En C. J. Geankoplis, Procesos de transporte y operaciones unitarias (pág. 606). Olavarria, J. (2014). Ingenieria Elemental. Obtenido de https://ingenieriaelemental.com/2020/06/23/carta-psicrometrica-online/ Roson, M. (14 de Octubre de 2016). Mundo HVACR. Obtenido de https://www.mundohvacr.com.mx/2013/06/humidificacion-adiabatica-vshumidificacion-isotermica/

9. Cuestionario a) ¿Qué es la temperatura de bulbo húmedo? La temperatura de saturación adiabática es aquella que se logra en estado estacionario cuando se pone en contacto una gran cantidad de agua con el gas de entrada. La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura de entrada en estado estacionario y no de equilibrio que se alcanza cuando se pone en contacto una pequeña cantidad de agua con una corriente continua de gas en condiciones adiabáticas. Puesto que la cantidad de líquido es pequeña, la temperatura y la humedad del gas no cambian, contrario a lo que sucede en el caso de saturación adiabática, donde la temperatura y la humedad del gas sí varían. (Geankoplis C. J., Procesos de transporte y operaciones unitarias , 1998). b) ¿En qué se diferencian la temperatura de saturación adiabática que la de bulbo húmedo? La temperatura de saturación adiabática corresponde a un estado de equilibrio, mientras que la de bulbo húmedo corresponde a un estado estacionario de no equilibrio con transmisión de calor y cambio de fase. c) Describa en qué proceso de acondicionamiento de aire la temperatura seca y la temperatura húmeda coinciden. La temperatura de bulbo seco (T) no es otra cosa que la temperatura a la que se encuentra una masa de aire húmedo, o sea, la que indicará un termómetro cuyo bulbo se encuentra sin humedecer. La temperatura de bulbo húmedo (Tbh), en cambio, es la temperatura que adquirirá e indicará un termómetro cuyo bulbo se ha puesto en contacto con un paño mojado, colocado en contacto con una masa de aire húmedo. Si el aire húmedo se encontrara saturado de humedad, ambos termómetros indicarían la misma temperatura. En cambio, si el aire húmedo no está saturado, la Tbh será menor que la de bulbo seco. Esto es debido a que el agua del paño se va a ir vaporizando e incorporando como vapor a la masa de aire húmedo. El agua que se vaporiza necesita una energía térmica que es el calor latente de vaporización, para la transformación. Energía que tomará del paño y el termómetro que está en contacto con él, de manera que la temperatura descenderá en el termómetro. En cuanto

descienda la temperatura en el termómetro, se va a producir un segundo efecto. El termómetro comenzará a recibir calor que le transferirá el ambiente en que se encuentra que estará a mayor temperatura. Llegará un momento que ambas cantidades de calor sean iguales y entonces el termómetro se estabiliza. El valor que indica en ese momento es la temperatura de bulbo húmedo. Para mezclas aire-vapor de agua en el rango normal de pre...