ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO PSICROMETRIA ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO 14 de febrero de 2012

Psicrometría Estudio propiedades del aire húmedo % moles= % Volumen  ¿Por qué el % en volumen coincide con e l% en moles? % moles= % Volumen

Propiedades del aire: GAS IDEAL =R/Ma Volumen especifico 1KJ/kgK **”h” es entalpía específica ( entalpía por unidad de masa).

G.I. El volumen de las moléculas es despreciable Gas ideal T absoluta Volumen especifico T(ºC) A !00ºC, Hva=640Kcal/kg (Aire húmedo) G.I. El volumen de las moléculas es despreciable Ley de Dalton

Propiedades del aire saturado: (Vapor en equilibrio con líquido a T = Tsat; Pv es función de T (W): (**)

Vapor y líquido en no equilibrio Vacío Situación estacionaria (E. Dinámico) Pv=Psat (función T) Vapor y líquido en no equilibrio Pv≠ Psat Aire Pv=Psat (En las concentraciones que esta en aire, no le afecta la presencia de aire ) 6

(no le afecta la presencia de aire ) Vapor y líquido en no equilibrio Situación estacionaria (E. Dinámico) Pv=Psat (no le afecta la presencia de aire ) Vapor y líquido en no equilibrio Pv≠ Psat Si una vez alcanzado el equilibrio: la temperatura SUBE: se rompe el equilibrio y aparece un flujo neto de agua hacia la fase vapor: evaporación (aumenta el contenido de humedad en el aire la temperatura BAJA: se rompe el equilibrio y aparece un flujo neto de agua hacia la fase líquida: condensación (disminuye el contenido de humedad en el aire) 7

Dispositivo para saturación adiabática TEMPERATURAS DEL AIRE a) Temperatura seca  Temperatura ambiente (termómetro a la sombra) b) Temperatura húmeda: b.1. de rocío (dew point): Tr. Es la temperatura hasta la que debe enfriarse el aire para que, sin modificar su humedad absoluta, se inicie la condensación b.2. de saturación adiabática o de bulbo húmedo: TsatTh. Es la que alcanzaría el aire al pasar sobre agua líquida sin aporte externo de energía. En el proceso, el aire se enfría al suministrar calor al agua que se evapora hasta conseguirse la saturación: Dispositivo para saturación adiabática ENTRADA SALIDA

Aspiro-psicrómetro de Assman Miden la temperatura seca y la de saturación adiabática Dos termómetros dentro de tubos de dobles paredes para protegerlos del aire directo. Uno de ellos va envuelto en una muselina mojada. El paso de aire en contacto con la muselina del termómetro húmedo hace que su temperatura baje. Mediante unas tablas, y conocidas las temperaturas se obtiene la HR. Las tablas no son las mismas para los dos aparatos. Diferencias; el aspiro-psicrómetro va provisto de un ventilador accionado por un mecanismo de relojería para evitar la influencia del flujo de aire sobre Ts y Th

Registra simultáneamente Ts y HR EL TERMOHIDRÓGRAFO Registra simultáneamente Ts y HR This paper presents a detailed study of the characteristics of a polymer-coated fibre Bragg grating (FBG) sensor for relative humidity (RH) detection. The sensing scheme used in this work builds upon previous research and extends the application of FBGs in chemical sensing by employing a moisture sensitive polymer coating to induce a mechanical strain on the device through volume expansion. The swelling of the polymer coating as a result of the moisture absorption changes the Bragg wavelength of the FBG, thus giving a direct indication of the humidity level. Sensors with different coating thicknesses were evaluated through a series of experiments carried out over a range of values of RH and temperature to investigate various sensing characteristics which include the RH and temperature sensitivity, the time response and the hysteresis effect. All the sensors tested show a linear and reproducible response with a small degree of hysteresis

Condensación: rocío Trocío>0ºC

Condensación: Cencellada. Requiere: niebla, temperaturas muy bajas, fuertes vientos Trocío< 0ºC

Condensaciones por exceso de humedad ambiental (en zonas de puentes térmicos)

Tabla psicrométrica ASRE-1947 14

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO Humedad relativa Entalpía específica

Diagrama psicrométrico Humedad especifica Temperatura seca

Temperaturas en el diagrama psicrométrico T sat adiabática=Th T seca T rocio = T dew point

REPRESENTACIÓN DE PROCESOS EN DIAGRAMAS PSICROMETRICOS

Calentamiento o enfriamiento sensible (W = cte) (No varía la humedad absoluta; la HR disminuye) (Aumenta la HR) Calor intercambiado con el aire Cal A ● ● F Enf Cambia T, h, Hr

El aire se siente más seco ¿Qué falta o está mal en el enunciado? Son 1800Kgas/s Ejemplo de calentamiento sensible (DT) A partir del diagrama se obtiene: 1 2 Entrada Salida Nota: falta dar el caudal 1800 Kgas/hora, tal y como se ve en la resolución del porblema El aire se siente más seco

Enfriamiento con deshumidificación El aire se satura manteniendo constante W; si sigue enfriando pierde contenido en vapor de agua, y baja W. Hay que extraer calor sensible y calor de cambio de fase Condensación

Enfriamiento con deshumidificación AB C A  D Ejemplo de enfriamiento con deshumidificación Enfriamiento con deshumidificación El estado final está representado por “D”

Cuando no se consigue la saturación se cumple que Enfriamiento y humidificación-Saturación adiabática Cuando no se consigue la saturación se cumple que Tfinal <TC= Tsat

El aire se enfría y casi se satura Ejemplo de enfriamiento por humidificación Especificar las condiciones de entrada y salida de un flujo de aire que entra en un humidificador con Ts=35ºC, Th= 18ºC, suponiendo una eficiencia del 90% ENTRADA: Ts =35ºC Th =18ºC W =0.006 h =52KJ/kg HR =18% SALIDA Ts =19.2ºC Th =18ºC W =0.013 h =52KJ/kg HR=90% El aire se enfría y casi se satura ΔT=TB-TA=17,1ºC ΔW=WB-WA= 0,007

Calentamiento con deshumidificación

HR La tabla psicrométrica cambia con la presión atmosférica (por ello con la altura sobre el nivel del mar)

A M B

A M B M* Se pierde humedad ΔW=WB-WA= 0,002

EJEMPLOS DE SISTEMAS DE REFRIGERACION POR EVAPORACION 3 5 N 1 2 Fig. 1. Esquema en planta de la planta baja de la casa 4 Edificio con cámara envolvente N S Ventana Cámara Extractor Colectores solares Puerta N 5.6 m 4.6 m Fig. 2. Esquema del prototipo experimental 2.4 m 0,7 m

S

Fig.10. Evolución de la temperatura a la entrada al humidificador, a la entrada y salida de la cámara, la temperatura interior y la del muro Oeste T exterior T interior T saturacion  ¿Qué indica el escaso desfase entre la onda de temperatura ambiente y la interna?

Ejemplos de ventilación/refrigeración con chimeneas o torres de viento Centro de Iran(1857) Ejemplos de ventilación/refrigeración con chimeneas o torres de viento “ab anbar” de doble domo y captadores de aire en el desierto Naeen (Irán) Detalle de la torre de aire The windcatcher functions on several principles: First, a windcatcher is capped and has several directional ports at the top (Traditionally four). By closing all but the one facing away from the incoming wind, air is drawn upwards using the coanda effect, similar to how opening the one facing the wind would push air down the shaft. This generates significant cooling ventilation within the structure below, but is not enough to bring the temperature below ambient alone - it would simply draw hot air in through any cracks or windows in the structure below. Therefore, the key to generating frigid temperatures seems to be that there are very few cracks at the base of the thick structure below, but there is a significant air gap above the qanat. A qanat has quite a lot of water inside, because there are frequent well-like reservoirs along its path. Completely shaded from the sun, a qanat also aggregates the cold, sinking air of the night, which is then trapped within, unable to rise up to the less dense surface air. A windcatcher, however, can create a pressure gradient which sucks at least a small amount of air upwards through a house. This cool, dry night air, being pulled over a long passage of water, evaporates some of it and is cooled down further. Finally, in a windless environment or waterless house, a windcatcher functions as a stack effect aggregator of hot air. It creates a pressure gradient which allows less dense hot air to travel upwards and escape out the top. This is also compounded significantly by the day-night cycle mentioned above, trapping cool air below. The temperature in such an environment can't drop below the nightly low temperature. These last two functions have gained some ground in Western architecture, and there are several commercial products using the name windcatcher. When coupled with thick adobe that exhibits high heat transmission resistance qualities (R-value), the windcatcher is able to chill lower level spaces in mosques and houses (e.g. shabestan) in the middle of the day to frigid temperatures. So effective has been the windcatcher in Persian architecture that it has been routinely used as a refrigerating device (yakhchal) for ages. Many traditional water reservoirs (ab anbars) are built with windcatchers that are capable of storing water at near freezing temperatures for months in summer. High humidity environments destroy the evaporative cooling effect enjoyed in the dry conditions seen on the Iranian plateau; Hence the ubiquitous use of these devices in drier areas such as Yazd, Kashan, Nain, and Bam. This is especially visible in ab anbars that use windcatchers. A small windcatcher (badgir) is called a "shish-khan" in traditional Persian architecture. Shish-khans can still be seen on top of ab anbars in Qazvin, and other northern cities in Iran. These seem to be more designed as a pure ventilating device, as opposed to temperature regulators, as their larger cousins in the central deserts of Iran are.

circulación evaporación TORRES DE VIENTO: Dispositivos para captar los vientos en altura y dirigirlos hacia el interior del edificio a ventilar. circulación evaporación Las torres de viento son dispositivos destinados a captar los vientos en altura, para dirigirlos hacia el interior del edificio a ventilar. La captación funciona por la diferencia de temperatura entre el viento y el aire ambiente interior. El viento, más fresco, más limpio y menos húmedo, debido a la altura a la que es captado, penetra en la torre, descendiendo hasta la planta baja del local. El aire nuevo expulsa al aire interior más caliente y viciado. Si el aire interior fuese más fresco que el viento, la presión impediría la entrada de este en la torre. Durante las estaciones frías, es importante disponer de algún sistema que permita obstruir las bocas de entrada. Con frecuencia, en la arquitectura tradicional, el aire es conducido mediante tuberías interiores o integradas en los propios muros. Las bocas de las torres de viento tienen generalmente forma de embudo, para crear un efecto venturi, y están orientadas hacia los vientos dominantes. Cuando el viento está dirigido hacia un conducto estrecho, la boca se forma con una sección vertical amplia, que va reduciéndose suavemente hasta adquirir la dimensión del conducto interior. En los climas con gran amplitud térmica, la inercia de los materiales que constituyen los conductos, puede refrescar el aire eficazmente. Las torres de viento son utilizadas en Irak, Irán y Egipto, donde se les denomina “Malgaf”. El sistema es mejorado con la suspensión de vasijas de arcilla con agua, en el interior de la torre. Esto permite humidificar el aire seco, o reducir su temperatura por la evaporación del agua, antes de su llegada a los locales. Los cambios de estado del agua, movilizan importantes cantidades de energía. Para evaporar 1 kg de agua, es necesario suministrar 500-600 Kcal. Como esta energía se extrae del local, inevitablemente se producirá una disminución de temperatura. Este mecanismo no es útil en climas húmedos, pues la humedad relativa ya es superior al nivel de confort. Lo contrario ocurre en climas secos, donde este mecanismo permite la ventilación de los espacios interiores, y los problemas generados por las partículas en suspensión relacionadas con la ventilación, disminuyen gracias al incremento de la humedad relativa. En lo concerniente a la captura del aire en altura, las condiciones son las mismas que para las bocas a nivel de cubierta. Se buscará la reducción máxima de pérdidas en los conductos, para ello se utilizarán secciones amplias y homogéneas, y conductos rectilíneos. La captación funciona por la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el ambiente interior. El aire exterior más fresco, más limpio y menos húmedo, debido a la altura a la que es captado, penetra en la torre, descendiendo hasta la planta baja, donde se enfría aún más por evaporación de agua. El aire nuevo expulsa, por convección, al aire interior más caliente y viciado.