Carta psicrométrica

CARTA PSICROMÉTRICA
Carta psicrométrica
Problemas
PROBLEMA 1. Una corriente de 142 m /min de aire
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húmedo a 5 ºC, con una humedad absoluta de 0,002 kg
H2O/kg a.s. se mezcla adiabáticamente con un asegunda
corriente de 425 m3/min de aire húmedo a 24 ºC y 50 % de
porcentaje de saturación. La presión es constante, de
alrededor de 1 bar. Determine para la mezcla resultante:
Nomenclatura utilizada
%Sat
Tbs
Tbh
Tsa
Hr
porcentaje de saturación
temperatura de bulbo seco
temperatura de bulbo húmedo
temperatura de saturación adiabática
humedad relativa
(a) la humedad absoluta
(b) la temperatura
(c) la entalpía de la corriente de salida
Represente el proceso en la carta psicrométrica.
PROBLEMA 2*. En un dado proceso, el benceno que se usa como solvente se arrastra con una
corriente de N2 seco. La mezcla resultante, a una temperatura de 297 K y a una presión de 1 atm, tiene
una humedad relativa del 60%. Se requiere recuperar el 80% de la masa de benceno presente por
enfriamiento a 283 K y comprimiendo a una presión adecuada. ¿Cuál será esa presión si la mezcla a
283 K sale saturada en benceno?
Bi
T [K] + Ci
Bi
Ci
2788,51 -52,36
2034,15 -45,37
ln Pi sat [mmHg]
= Ai −
i
benceno
neopentano
Ai
15,9008
15,2069
PROBLEMA 3. Repita el problema anterior considerando que el benceno se arrastra con una
corriente de neopentano seco en vez de N2.
PROBLEMA 4. Se dispone de aire de las siguientes características:
Tbs = 40 ºC,
%Sat = 50 %
Calcular utilizando la carta psicrométrica:
(a) La cantidad de calor necesaria para calentar 10 m3 de aire hasta 84 ºC.
(b) La temperatura correspondiente al punto de rocío cuando el aire se enfría a presión
constante.
PROBLEMA 5*. Una masa de aire a 760 mm Hg y 30 ºC tiene una temperatura de bulbo húmedo de
17,5 ºC. Hallar la humedad absoluta, el porcentaje de saturación, el punto de rocío y la temperatura de
saturación adiabática.
PROBLEMA 6*. En una instalación de acondicionamiento de aire, éste entra a 20 ºC con una
temperatura de bulbo húmedo de 10 ºC y sale a 80 ºC con un porcentaje de saturación del 20%.
Determinar:
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(a) Las restantes propiedades del aire a la entrada y a la salida.
(b) El calor recibido por el aire durante el proceso.
(c) Los caudales de entrada y salida por cada 100 kg de aire seco/h.
PROBLEMA 7. Use la carta psicrométrica para estimar:
(a) La humedad absoluta, temperatura de bulbo húmedo, volumen húmedo, punto de rocío y
entalpía específica del aire húmedo a 41 ºC y 10% de porcentaje de saturación;
(b) La cantidad de agua contenida en 150 m3 de aire en esas condiciones.
PROBLEMA 8*. Se dispone de aire con las siguientes características:
Tbs = 32 ºC,
Tbh = 21 ºC
Calcular utilizando la carta psicrométrica:
(a) La temperatura del punto de rocío cuando el aire se enfría a presión constante.
(b) La humedad relativa.
(c) La humedad absoluta.
(d) El volumen específico húmedo.
(e) La entalpía del aire húmedo.
PROBLEMA 9. Por una canalización circula una corriente de aire saturado a 303 K con un caudal de
5 000 m3 de aire húmedo por hora. Se toma una desviación de la corriente de aire y se introduce en un
recinto que se encuentra a 10 ºC, con lo cual parte del agua contenida en el aire se condensa, saliendo
del recinto saturado a esa temperatura. Este aire se mezcla nuevamente con la corriente principal en un
punto situado aguas abajo de la toma de la desviación (sistema by pass). Calcúlese:
(a) El caudal de aire que ha de tomarse en la derivación que va al deshumidificador para que la
humedad de la mezcla de aire resultante sea 0,013 kgH2O/kgaire seco.
(b) El peso del agua condensada.
(c) La temperatura final de la masa gaseosa, suponiendo que ésta sale saturada.
PROBLEMA 10. Un secadero rotatorio en contracorriente es alimentado con un fertilizante
(NH4NO3) conteniendo 5 % de humedad, con una velocidad de 1,5 kgsólido húmedo/s y descarga el
NH4NO3 con 0,2% de humedad. El aire entra a 405 K y sale a 355 K; la humedad del aire de entrada
es de 0,007 kgagua/kgaire seco. El NH4NO3 entra a 294 K y sale a 339 K.
Despreciando las pérdidas por radiación, calcule el caudal másico de aire seco que pasa a través del
secador y la humedad del aire que abandona el secador.
Datos:
Calor latente del H2O a 294 K: 585,55 kcal/kg
Calor específico de NH4NO3: 0,449 kcal/(kg·K)
Calor específico del aire seco: 0,236 kcal/(kg·K)
Calor específico del vapor de agua: 0,480 kcal/(kg·K)
PROBLEMA 11. Una corriente gaseosa que contiene acetona en aire fluye a través de una unidad de
recuperación de solvente a una velocidad de 142 L/s a 150 ºC y 1,3 atm de presión. La corriente
ingresa a un condensador donde se licúa la mayor parte de la acetona, y el líquido y el gas de salida
están en equilibrio a -18 ºC y 5 atm. Se incorpora trabajo de compresión al sistema a una velocidad de
25,2 kW para comprimir el gas de 1,3 a 5,0 atm. Para determinar la composición de la corriente de
alimentación al condensador, se toma una muestra de gas de 3 L y se enfría a una temperatura a la que
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virtualmente toda la acetona es recuperada como líquido. El líquido se coloca en un frasco vacío de
masa 4,017 g. El frasco con la acetona se pesa dando un valor de 4,973 g.
Calcule todos los caudales molares y energéticos del proceso.
PROBLEMA 12. Aire a 45 ºC y 10% de porcentaje de saturación se humidifica adiabáticamente
hasta un porcentaje de saturación de 60%.
(a) Use la carta psicrométrica para estimar la temperatura de saturación adiabática del aire.
(b) Estime la temperatura final del aire y la velocidad a la que se debe incorporar el agua para
humidificar 15 kg/min de este aire.
PROBLEMA 13*. Se planea utilizar una torre de rocío de agua para enfriar 100 m /h de aire de las
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características que figuran más abajo, hasta una temperatura de 27 ºC:
Tbs = 40 ºC,
Tbh = 22 ºC
Suponiendo que el proceso es adiabático, calcular la cantidad de agua añadida al aire.
PROBLEMA 14. Una corriente de aire a 30 ºC y 10% de porcentaje de saturación se humidifica en
una torre de aspersión adiabática operando a 1 atm. El aire emergente sale con un porcentaje de
saturación del 40%.
(1) Determine la humedad absoluta y la temperatura de saturación adiabática del aire entrante.
(2) Con la carta psicrométrica calcule (i) el caudal de agua necesario para humidificar 1 000
kg/h de aire entrante, y (ii) la temperatura del aire que sale.
PROBLEMA 15*. Un día de verano de mucho calor, el aire está a 30,6 ºC y 80% de porcentaje de
saturación. El aire acondicionado del laboratorio tiene que enviar 0,472 m3/s de aire a 12,8 ºC para
mantener el aire interior a una temperatura promedio de 23,9 ºC y porcentaje de saturación de 40%.
(a) Si la perilla de ventilación del aire acondicionado se coloca en posición “abierto”, el aire externo
entra al equipo como se muestra abajo:
En el aire acondicionado, el aire se enfría a una temperatura suficientemente baja como para condensar
la cantidad necesaria de agua y se recalienta a 12,8 ºC, en cuyo punto tiene la misma humedad
absoluta que el aire de la habitación. Use la carta psicrométrica para estimar la velocidad (kg/min) a la
que el agua se condensa, la temperatura a la que el aire debe enfriarse para condensar el agua a esa
velocidad, y la cantidad neta de calor requerido (el volumen húmedo del aire entregado por el equipo a
12,8 ºC es 0,817 m3/kg de aire seco, y el calor específico del agua líquida es 1 kcal kg-1 K-1).
(b) Si la perilla de ventilación del aire acondicionada se coloca en posición “cerrado”, como
normalmente debería estar, el aire interior debería recircularse a través de aire acondicionado como
muestra el siguiente diagrama.
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La relación de reciclo (m3 recirculados/m3 exhaustos) es 6:1. Calcular la velocidad de condensación y
los requerimientos totales de calor si el aire acondicionado se produce a la misma velocidad,
temperatura y porcentaje de saturación que en la parte (a). ¿Qué porcentaje de la carga de frío se
ahorra reciclando el aire?
(c) Una carga de calor aún menor podría requerirse si todo el aire que pasa por el aire acondicionado
fuera reciclado y no sólo la relación 6/7 de él, eliminando así la necesidad de aire externo y de aire
exhausto. ¿Por qué esto no es una buena idea?
PROBLEMA 16. En un secadero de tambor rotatorio se secan astillas de madera húmedas a presión
atmosférica. Las astillas entran a 19 ºC con un contenido de humedad del 40% y deben salir con
menos del 15 %. El aire caliente es alimentado a razón de 11,6 m3 (en CNPT) /kg de astillas húmedas.
Controlar el desempeño del secador por muestreo de las astillas secas determinando directamente su
humedad sería un procedimiento muy complicado y casi imposible de automatizar. Como alternativa,
se instalan termómetros de bulbo seco y húmedo tanto al ingreso como a la salida del aire, y el
contenido de humedad final de las astillas se determina mediante un balance de masa.
Una vez que la unidad entra en régimen, la temperatura de bulbo seco a la entrada es 100 ºC, y la
temperatura de bulbo húmedo es lo suficientemente baja tal que la humedad del aire puede
despreciarse. La temperatura del aire de salida es 38 ºC y su temperatura de bulbo húmedo, 29 ºC.
(a) Use la carta psicrométrica para calcular la humedad absoluta y la entalpía específica del
aire de la corriente de salida. Calcule la masa de agua en el aire de salida por quilogramo de astillas
húmedas alimentadas, considerando que la masa molecular del aire es 29,0.
(b) Calcule el contenido de humedad del sólido a la salida y determine si las especificaciones
de diseño de menos de 15% de agua se han logrado.
(c) Si la unidad se opera adiabáticamente y la capacidad calorífica de las astillas secas es 2,10
kJ/(kg ºC), ¿cuál es la temperatura de salida de las astillas? (Si usa la carta psicrométrica para estimar
las entalpías del aire, tenga en cuenta la referencia usada en la confección de la carta).
Los problemas marcados con un asterisco (*) deberán:
- Llevarse resueltos a la clase de problemas.
- Presentarse resueltos en la carpeta de Trabajo Prácticos de cada
alumno, al finalizar la asignatura.
Sitio web: http://www.herrera.unt.edu.ar/operacionesunitarias2y3
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