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ACONDICIONAMIENTO DE AIRE: DISTINTOS TIPOS DE PROCESOS

En ingeniería, muchos de los procesos que tienen lugar con las mezclas airevapor de agua conllevan operaciones de calentamiento o enfriamiento, humidificación o deshumidificación, y mezclas. La resolución de los problemas que se presentan con estos procesos requiere la aplicación de: a) el principio de conservación de la masa, b) el principio de conservación de la energía, y c) las propiedades de las mezclas airevapor de agua. Consideraremos que estos procesos son de flujo y estado estacionarios, siendo conveniente realizar los balances tomando como base de cálculo la unidad de masa de aire seco.

A. Mezcla de dos corrientes de aire húmedo.

En el diseño de un sistema de acondicionamiento de aire, es a veces necesario mezclar dos o más corrientes de aire para producir una mezcla final con una temperatura y humedad determinadas.

Fig.14.5. Mezclado adiabático de dos corrientes de aire.

Si el proceso se realiza adiabáticamente, tal como se indica en la Figura 14.5, en las condiciones de flujo y estado estacionarios, el balance de energía es :

ma,1 . h1 + ma,2 . h2 = ma,3 .h3 (14.16)

Los balances parciales de masa son :

para aire seco : ma,1 + ma,2 = ma,3 (14.17) para el vapor: ma,1 . w1 + ma,2 . w2 = ma,3 . w3 (14.18)

De ellas, eliminando ma,3 , puede obtenerse:

ma,1 / ma,2 = (w3 - w2) / (w1 - w3) = (h3 - h2) / (h1 - h3) (14.19)

Por lo tanto, una vez situados en el diagrama psicrométrico los puntos 1 y 2, correspondientes a los gases que se van a mezclar, el punto 3, representativo de la mezcla resultante se encuentra sobre el segmento determinado por los otros dos, de modo que queda dividido en dos partes inversamente proporcionales a las masas de aire seco de las dos corrientes mezcladas (regla de la palanca). Puede suceder que el punto 3 quede a la izquierda de la línea de saturación. En este caso, durante el proceso de mezcla se condensará agua que, con frecuencia, permanece suspendida como gotitas de niebla en la corriente de salida.

B. Humidificación.

Un proceso de humidificación es aquél en el que se incrementa la humedad absoluta de un aire húmedo, aunque ello no lleva siempre consigo un aumento de la humedad relativa del mismo. Pueden considerarse dos tipos diferentes de procesos de humidificación : a) humidificación adiabática, también conocida como proceso de enfriamiento por evaporación, y b) humidificación con calentamiento.

A) Enfriamiento por evaporación

En climas cálidos, el aire atmosférico usualmente es caliente y seco (con humedad relativa baja). Para enfriar dicho aire, en lugar de hacerlo pasar por una sección de enfriamiento, lo cual es bastante costoso, es posible aprovechar la baja humedad para obtener enfriamiento. Esto se logra haciendo pasar la corriente de aire por una sección con un atomizador de agua. (El efecto equivalente también puede obtenerse al hacer pasar aire por un lecho de filtros de cualquier tipo, en el cual el agua escurre). (Figura 14.6).

Debido a la humedad relativa baja, una parte de la corriente de agua líquida se evapora. La energía de la evaporación proviene de la corriente de aire, por lo que éste se enfría. El efecto total es enfriamiento y humidificación de la corriente de aire. Como el aire está inicialmente seco, la humedad adicional que se agrega no empeora las condiciones ambientales. Esencialmente este proceso es equivalente al de saturación adiabática estudiado anteriormente.

Fig. 14.6. Enfriamiento por evaporación.

Por tanto, la trayectoria del proceso sigue una línea psicrométrica, como se indica en la figura anterior. En este proceso existe una temperatura mínima que corresponde al estado de saturación 2' en la figura.

En este proceso y en los siguientes, ya no se van a presentar los balances de materia y energía, que son simples; en clases de problemas, se hará uso de ellos.

B) Humidificación con calentamiento.

En el invierno, o a grandes alturas, el aire atmosférico es frecuentemente seco y frío. El problema de ingeniería es aumentar tanto el contenido de agua como la temperatura del aire que entre a un edificio. La Figura 14.7 muestra un método que logra humidificación con calentamiento. La corriente de aire pasa primero por un serpentín de calentamiento y luego por una sección de pulverización, nebulización o atomización. El proceso 12 está bien determinado para la sección de calentamiento, pero el proceso 23 indicado en la figura tiene varios estados finales posibles. El estado 3 es función de la temperatura del agua que entra a la corriente de aire; casi siempre ambos tienen la misma temperatura.

Si es así, el proceso 23 será entonces un enfriamiento por evaporación, como se ha descrito anteriormente. Como alternativa se puede introducir vapor en vez de agua líquida, obteniéndose humidificación con calor adicional, como indica el estado 3' de la figura. Por supuesto, podría invertirse el orden del proceso con la introducción de agua seguida por calentamiento.

Fig. 14.7. Calentamiento con humidificación.

C. Deshumidificación.

En el proceso de deshumidificación se disminuye la humedad absoluta de un aire húmedo, y puede tener lugar con calentamiento o con enfriamiento.

Una condición bastante común en las construcciones industriales y residenciales, especialmente durante el verano, es la tendencia a las altas temperaturas y humedades relativas. Es bien conocida la incomodidad del organismo en tales condiciones. En la Figura 14.8 se muestra un importante método para disminuir la temperatura y la humedad simultáneamente.

Fig.14.8. Proceso de deshumidificación.

El aire a tratar pasa por un canal de flujo que contiene serpentines de enfriamiento, punto 1, de modo que su temperatura disminuye y su humedad relativa aumenta, manteniéndose la humedad absoluta constante. Si el contacto es prolongado, se alcanzará el punto de rocío, punto 2. Para lograr un enfriamiento adicional se requiere que el aire se mantenga saturado, así que su estado sigue la línea de saturación hacia la izquierda hasta el estado 3. Durante este último proceso se condensa agua y disminuye la humedad absoluta del aire.

En algunos casos, el aire acondicionado puede tener una temperatura excesivamente baja. Esto se corrige haciendo que el aire pase por una sección de calentamiento después de salir de la del serpentín de enfriamiento. En la Figura 14.8 se indican tres posibilidades como los estados 4, 4' y 4''.

Copyright 2007, Autores y Colaboradores. Cite/attribute Resource. Franco, C. A., Franco, C. A., Ojeda, E. D. (2008, April 25). pagina_07. Retrieved April 24, 2014, from ocwus Web site: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema14/pagina_07.htm. Esta obra se publica bajo una licencia Creative Commons License. Creative Commons License