Procesos Psicrométricos

Se muestra una vista del gráfico psicrométrico:

Se muestran los diferentes procesos psicrométricos:

Procesos Psicrométricos

Enfriamiento sensible

Durante este proceso, el contenido de humedad del aire permanece constante pero su temperatura disminuye a medida que pasa sobre un serpentín de enfriamiento. Para mantener constante el contenido de humedad, la superficie del serpentín de enfriamiento debe estar seca y su temperatura superficial debe ser mayor que la temperatura del punto de rocío del aire. Si el serpentín de enfriamiento es 100% efectivo, entonces la temperatura de salida del aire será igual a la temperatura del serpentín. Sin embargo, en la práctica, la temperatura del aire de salida será mayor que la temperatura del serpentín de enfriamiento.La siguiente figuramuestra el proceso de enfriamiento sensible 2-1 en un gráfico psicrométrico. La tasa de rechazo de calor durante este proceso está dada por:

Calefacción sensible

Durante este proceso, el contenido de humedad del aire permanece constante y su temperatura aumenta a medida que fluye sobre un serpentín calefactor. La tasa de adición de calor durante este proceso está dada por:

dóndeC_pmes el calor específico húmedo (≈1.0216kJ/kgaire seco) ymetro_aes el caudal másico de aire seco (kg/s).

Enfriamiento y deshumidificación

Cuando el aire húmedo se enfría por debajo de su punto de rocío al ponerlo en contacto con una superficie fría, parte del vapor de agua en el aire se condensa y sale de la corriente de aire como líquido, como resultado, tanto la temperatura como la relación de humedad del aire disminuye como se muestra. Este es el proceso por el que se somete el aire en un sistema de aire acondicionado. La ruta real del proceso depende del tipo de superficie fría, la temperatura de la superficie y las condiciones de flujo, pero por simplicidad, se supone que la línea del proceso es una línea recta como se muestra enFigura 8.11. Las tasas de transferencia de calor y masa se pueden expresar en términos de las condiciones iniciales y finales aplicando las ecuaciones de conservación de masa y conservación de energía como se indican a continuación:

Aplicando balance de masa para el agua:

Aplicando el balance energético:

De las dos ecuaciones anteriores, la carga en el serpentín de enfriamiento,q_tes dado por:

El 2^{Dakota del Norte}El término en el lado derecho de la ecuación anterior normalmente es pequeño en comparación con los otros términos, por lo que puede despreciarse. Por eso,

Se puede observar que el proceso de enfriamiento y deshumidificación involucra procesos de transferencia de calor tanto latente como sensible, de ahí las tasas de transferencia de calor total, latente y sensible (q_r,q_yo, yq_s) Se puede escribir como:

dóndeq_yo= metro_a(h₁−h_w) = metro_a.h_fg(ω₁− ω_w)

yq_s= metro_a(h_w−h₂) = metro_a.C_pm(t₁−T₂)

Factor de calor sensible (SHF)

Se define como la relación entre la tasa de transferencia de calor sensible y total (Q_t), es decir,

De la ecuación anterior, podemos observar que un SHF de 1,0 corresponde a que no hay transferencia de calor latente y un SHF de 0 corresponde a que no hay transferencia de calor sensible. Un SHF de 0,75 a 0,80 es bastante común en sistemas de aire acondicionado en un clima seco normal. Un valor más bajo de SHF, digamos 0,6, implica una alta carga de calor latente como la que ocurre en un clima húmedo.

La temperatura, Ts, es la temperatura superficial efectiva del serpentín de enfriamiento y se conoce como temperatura del punto de rocío del aparato (ADP). En una situación ideal, cuando todo el aire entra en perfecto contacto con la superficie del serpentín de enfriamiento, la temperatura de salida del aire será la misma que la ADP del serpentín. Sin embargo, en el caso real, la temperatura de salida del aire siempre será mayor que la temperatura del punto de rocío del aparato debido al desarrollo de la capa límite a medida que el aire fluye sobre la superficie del serpentín de enfriamiento y también debido a la variación de temperatura a lo largo de las aletas, etc. , podemos definir unfactor de derivación (BPF)Como se puede ver fácilmente, cuanto mayor sea el factor de derivación, mayor será la diferencia entre la temperatura de salida del aire y la temperatura del serpentín de enfriamiento. Cuando el BPF es 1,0, todo el aire pasa por alto el serpentín y no habrá enfriamiento ni deshumidificación.

DóndeT_Ctemperatura del aire que sale,T_aes la temperatura del aire que entra yT_ses la temperatura de la superficie del serpentín de enfriamiento.

Calefacción y humidificación

Durante el invierno es fundamental calentar y humedecer el aire de la habitación para mayor comodidad. Esto normalmente se hace calentando primero el aire y luego agregando vapor de agua a la corriente de aire a través de boquillas de vapor.

El balance de masa de vapor de agua para el volumen de control produce la velocidad a la que se debe agregar vapor, es decir,metro_w:

donde m_aes el caudal másico de aire seco. Del balance energético:

dóndeq_hes el calor suministrado a través del serpentín de calentamiento yh_wes la entalpía del vapor. Dado que este proceso también implica transferencia simultánea de calor y masa, podemos definir un factor de calor sensible para el proceso de manera similar a un proceso de enfriamiento y deshumidificación.

Enfriamiento y humidificación

Como su nombre lo indica, durante este proceso, la temperatura del aire desciende y su humedad aumenta. Esto se puede lograr rociando agua fría en la corriente de aire. La temperatura del agua debe ser inferior a la temperatura de bulbo seco del aire pero superior a su temperatura de punto de rocío para evitar la condensación (T_DPT<T₂<T₁).

Durante este proceso, hay una transferencia de calor sensible del aire al agua y una transferencia de calor latente del agua al aire. Por tanto, la transferencia total de calor depende de la temperatura del agua. Si la temperatura del agua rociada es igual a la temperatura del bulbo húmedo del aire, entonces la tasa de transferencia neta será cero ya que la transferencia de calor sensible del aire al agua será igual a la transferencia de calor latente del agua al aire. Si la temperatura del agua es mayor que WBT, habrá una transferencia neta de calor del agua al aire. Si la temperatura del agua es menor que WBT, entonces la transferencia neta de calor será del aire al agua. En un caso especial, cuando el agua de rociado se recircula completamente y no se calienta ni se enfría, el sistema está perfectamente aislado y el agua de reposición se suministra en WBT, luego, en estado estacionario, el aire sufre un proceso de saturación adiabática, durante el cual su WBT permanececonstante. Este es el proceso de saturación adiabática. El proceso de enfriamiento y humidificación se encuentra en una amplia variedad de dispositivos como enfriadores evaporativos, torres de enfriamiento, etc.

Calefacción y Deshumidificación

Este proceso se puede lograr mediante el uso de un material higroscópico, que absorbe o adsorbe el vapor de agua de la humedad. Si este proceso se aísla térmicamente, entonces la entalpía del aire permanece constante y, como resultado, la temperatura del aire aumenta a medida que disminuye su contenido de humedad. Este material higroscópico puede ser un sólido o un líquido. En general, la absorción de agua por el material higroscópico es una reacción exotérmica, como resultado durante este proceso se libera calor, el cual se transfiere al aire y aumenta la entalpía del aire.