Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

750
MEZCLAS DE GAS-VAPOR
La mayor parte de los procesos del acondicionamiento de aire pueden
modelarse como procesos de flujo estacionario, y por lo tanto, la relación de
balance de masa ṁ ent ṁ sal se expresa para el aire seco y el agua como
Balance de masa para el aire seco: a m # a asal
m # a 1kg>s2
(14-16)
ent
Balance de masa para el agua: a m # w asal
m # w o aent
m # a v asal
m # a v (14-17)
ent
Despreciando los cambios de energía cinética y potencial, la relación del
balance de energía de flujo estacionario E . ent E. sal puede expresarse en este
caso como
Q # ent W # ent aent
m # h Q # sal W # sal asal
m # h
(14-18)
Serpentines de
calentamiento
Aire T 2
ω 2 = ω 1
Calor f 2 < f 1
FIGURA 14-21
Durante el calentamiento simple,
la humedad específica permanece
constante, pero la humedad relativa
disminuye.
v = Enfriamiento
constante
2
f 2 = 80% f1 = 30%
1
12 °C 30 °C
FIGURA 14-22
Durante el enfriamiento simple,
la humedad específica permanece
constante pero la humedad relativa
aumenta.
El término “trabajo” por lo general consiste en el trabajo del ventilador, que
es muy pequeño respecto de otros términos de la ecuación de la energía. A
continuación se examinan algunos procesos comunes en el acondicionamiento
de aire.
Calentamiento y enfriamiento simples
(V constante)
Muchos sistemas de calefacción residenciales constan de una estufa, una bomba
de calor o un calentador de resistencia eléctrica. El aire en esos sistemas se
calienta al circular por un ducto que contiene los tubos para los gases calientes
o los alambres de la resistencia eléctrica, como se indica en la figura 14-21. La
cantidad de humedad en el aire permanece constante durante este proceso, ya
que no se añade humedad ni se elimina aire. Esto es, la humedad específica del
aire permanece constante (v constante) durante un proceso de calentamiento
(o enfriamiento) sin humidificación o deshumidificación. Dicho proceso de
calentamiento procederá en la dirección de aumento de la temperatura de bulbo
seco siguiendo una línea de humedad específica constante en la carta psicrométrica,
la cual aparece como una línea horizontal.
Advierta que la humedad relativa del aire disminuye durante un proceso
de calentamiento, incluso si la humedad específica v permanece constante.
Esto se debe a que la humedad relativa es la relación entre el contenido de
humedad y la capacidad del aire de sostener humedad a la misma temperatura,
y la capacidad de sostener humedad aumenta con la temperatura. En consecuencia,
la humedad relativa del aire calentado puede estar muy por debajo de
los niveles de comodidad, lo cual ocasiona resequedad en la piel, dificultades
respiratorias y aumento en la electricidad estática.
Un proceso de enfriamiento a humedad específica constante es similar al
proceso de calentamiento analizado antes, excepto que la temperatura de bulbo
seco disminuye y la humedad relativa aumenta durante un proceso de este
tipo, como se muestra en la figura 14-22. El enfriamiento se logra al pasar el
aire sobre algunos serpentines por los cuales fluye un refrigerante o agua fría.
Las ecuaciones de la conservación de la masa para un proceso de calentamiento
o enfriamiento que no incluye humidificación o deshumidificación se
reduce a ṁ a1
ṁ a2
ṁa para aire seco y v 1 v 2 para el agua. Si se descarta
cualquier trabajo de ventilador que pueda estar presente, en este caso la ecuación
de la conservación de la energía se reduce a
# #
Q m a 1h 2 h 1 2 o q h 2 h 1
donde h 1 y h 2 son las entalpías por unidad de masa de aire seco a la entrada y
a la salida de la sección de calentamiento o enfriamiento, respectivamente.