ESTEQUIOMETRIAPsicrometría Unidad 3 Profesor: Mario J . Vargas C 2013 Psicrometría Es el estudio de las propiedades de las mezclas gas-vapor (aire-vapor de agua) Gases y vapores Gases ECUACIÓN DE ESTADO GASES IDEALES LEY DE AVOGADRO Establece que: “Volumenes iguales de diferentes gases a la misma presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas” De este modo se deduce que 1 mol de cualquier sustancia contiene el mismo número de moléculas y que este número es conocido como el número de Avogadro η= 6.023*1023 Con todo esto se ha encontrado experimentalmente que 1 mol de un gas a 1 atmósfera de presión y 0°C (condiciones normales) ocupa un volumen de 22,4 litros. ECUACIÓN DE ESTADO PV = nRT De acuerdo a la Ley de Avogadro, se estable el valor de R Psicrometría Mezcla de Gases ideales Fracción molar: relativa a presiones Fracción molar: relativa a volúmenes Ley de Dalton Ley de Amagat .LEY DE DALTON O PRESIONES PARCIALES Establece que: “La presión total ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones que cada componente ejercería.. T V V RT RT PT n1 n2 . n V V ... si se introdujeran por separado en el mismo recipiente” PT = P1 + P2 + Pn n1 RT n2 RT P .. Psicrometría Vapores P Pc GAS 3 Punto critico L S 2 VAPOR 1 Tc T . Presión de vapor . Ecuación de Clausius-Clapeyron s P E 1 1 2 Ln s ( ) PM P R T1 T2 1 Ps1= presión de vapor a la temperatura T1 Ps2= presión de vapor a la temperatura T2 ∆E= calor latente de vaporización R= constante de los gases . Ecuación de Clausius-Clapeyron Ejemplo La presión de vapor del amoníaco a -48°C es 45. Calcular la presión de vapor del amoníaco a -30°C A -30C según tablas la presión de vapor es 119.3 kJ/kg.55 kPa .96 kPa y su calor latente de vaporización es 1411. Ecuación de Antoine B Lnp A T C P= presión de vapor en kPa T= temperatura en K . Vapor GRADOS DE SATURACIÓN HUMEDAD RELATIVA PA Hr S PA HUMEDAD ABSOLUTA masa _ vapor Ha masa _ gas .Mezcla Gas. Vapor GRADOS DE SATURACIÓN HUMEDAD MOLAR nA p A pA Hm nB pB pT p A .Mezcla Gas. mientras que cuando la concentración del vapor alcanza la presión de vapor se dice que el gas está saturado de vapor. está parcialmente saturada.Vapor SATURACION: cuando la presión parcial del vapor es inferior a su presión de vapor. se dice que la mezcla gas vapor. .Mezcla Gas. TEMPERATURA DE BULBO SECO (TBS): Temperatura real de la mezcla aire-vapor de agua obtenida colocando el bulbo del termómetro seco en contacto con el gas.Mezcla Gas. TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO (TBH): Temperatura que marca el límite de enfriamiento de una pequeña masa de líquido puesta en contacto con una cantidad mucho mayor de aire húmedo.Vapor PUNTO DE ROCÍO (TR): Temperatura a la cual es preciso enfriar una masa de gas húmedo para alcanzar la saturación a presión constante. . H a RT 1 VH ( ) PM B PM A P Para el sistema Aire-Agua. a presión atmosférica.Vapor VOLÚMEN ESPECÍFICO (VH): (m3/kg aire seco) Volumen ocupado por un kilogramo de gas seco mas el correspondiente vapor que lo acompaña.8295 4. VH (2.5586H a )103 T T en Kelvin .Mezcla Gas. K) energía necesaria para aumentar la temperatura de un kg de gas más el vapor que lo acompaña en un Kevin. CA= calor específico del vapor. CH CB C A H A CB= calor específico del gas. .Vapor CALOR ESPECÍFICO DEL GAS HÚMEDO(CH): (kJ/kg B.Mezcla Gas. CH= calor específico dela mezcla. K) Para el sistema Aire-Agua.Mezcla Gas.Vapor CALOR ESPECÍFICO DEL GAS HÚMEDO(CH): (kJ/kg B. CH 1.8723H a .0035 1. b) La masa de n-pentano/masa de aire.Ejercicio 1 Una mezcla de aire y n-pentano a 60 º F tiene una saturación relativa de 90% a 600 mm Hg. Calcular: a) La presión parcial del n-pentano. . calcular: a) La fracción molar de acetona en la mezcla. b) La densidad de la mezcla en g/l.Ejercicio 2 Una mezcla saturada de N2 y vapor de acetona (C3H6O) a 30ºC y 700 mm Hg sale por la cima de una columna de recuperación de solvente. . Determinar: a) Las moles de vapor de agua por mol de H2. y 20ºC tiene un punto de rocío de 12ºC. b) El porcentaje molar de H2. Si la mezcla se encuentra saturada. . c) La masa de vapor de agua por masa de H2.Ejercicio 3 Una mezcla de H2 y vapor de agua a 1 atm. 25°C y una presión total de 99. Porcentaje en volumen . Mol de vapor por mol de nitrógeno .325 kPa expresada de la siguiente manera: . Gramos de vapor por gramos de nitrógeno . Gramos de vapor por litro de mezcla . Porcentaje en masa .Ejercicio 4 Calcular la composición de una mezcla saturada de nitrógeno y vapor de éter a una temperatura de 20. Cual es la temperatura a la cual se calentó la mezcla en el caso anterior. . calcular: .053 kmol de vapor de agua por kmol de CO2 seco a 35°C de temperatura y 100 kPa de presión total. La presión de vapor cuando la mezcla se calienta y su saturación relativa es del 30%. La saturación relativa de la mezcla. . .Ejercicio 5 Dióxido de carbono contiene 0. La humedad absoluta . La humedad molar . Volumen específico del gas húmedo .Ejercicio 6 Una mezcla aire-vapor de agua contiene el 24% en volumen de vapor a una temperatura de 70°C y presión de 101.325 kPa. Calor específico del gas húmedo . Humedad relativa . Calcular: . 67 kPa con una temperatura de rocío de 25°C. hasta 12°C. El volumen húmedo de la mezcla remanente. La masa total de acetona condensada .Ejercicio 7 30 m3 de una mezcla aire-acetona a 45°C y 90. manteniendo constante la presión. se somete a un enfriamiento. Calcular: . . Ejercicio 8 Un gasómetro cuyo volumen es 100 m3 contiene un gas saturado con vapor de agua a 25 ºC. La presión manométrica es 4 psig y la presión barométrica es 14 psi. . Determine la masa en kg de vapor de agua dentro del gasómetro. se ha construido una carta psicrométrica o carta de humedad a presión de 101.325 kPa.CARTA PSICROMÉTRICA Las anteriores ecuaciones permiten realizar los cálculos a cualquier presión total.vapor de agua debido al frecuente uso. Esta permite realizar cálculos de forma rápida . Pero para el caso particular de la mezcla aire. CARTA PSICROMÉTRICA . Temperatura de bulbo seco . Humedad Relativa . Temperatura de bulbo Húmedo . Procesos Psicrométricos 1) Calentamiento y enfriamiento simples 2) Calentamiento con humidificación 3) Calentamiento con evaporación 4) Enfriamiento con deshumidificación 5) Enfriamiento evaporativo 6) Procesos de secado . Enfriamiento y calentamiento simples . Punto de rocío-dehumidificación . Procesos adiabáticos . CARTA PSICROMÉTRICA Construcción Para la construcción de la gráfica T contra Ha se sigue: 1) Se selecciona un valor de humedad relativa la cual se conserva constante durante todo el cálculo 2) Se escoge el rango de temperatura a trabajar 3) Se tabula la presión de vapor en las que escoge el rango de temperatura a trabajar . CARTA PSICROMÉTRICA Construcción 4) Se calcula la presión parcial del agua en la mezcla a cada nivel de temperatura 5) Se calcula la humedad absoluta de la mezcla a cada temperatura 6) Se grafican los valores . CARTA PSICROMÉTRICA Construcción Tomando datos del manual de ingeniero químico T (°C) Ps (mmHg) 10 9.00 .1 90 525.51 60 149.324 50 92.535 30 31.76 100 760.824 40 55.209 20 17.7 80 355.38 70 223. 325 kPa Taller Construir la carta psicrométrica a la presión de la ciudad de Cxx: xx m.CARTA PSICROMÉTRICA Construcción Construir la carta psicrométrica a una presión de 101.s.n.m temperatura promedio xx . La temperatura de rocío . Volumen específico del gas húmedo . La humedad absoluta .Ejercicio 9 Mediante el uso de la carta sicrométrica para una mezcla aire-agua a 30°C y humedad relativa del 70% Calcular: . Temperatura de bulbo húmedo . La temperatura de bulbo húmedo .Ejercicio 10 Mediante el uso de la carta sicrométrica para una mezcla aire-agua a 40°C y humedad relativa del 50% Calcular: . Calor latente . Volumen específico leído y calculado . La temperatura de rocío . La humedad absoluta . Calor específico . temperatura de 45ºC y 20% de humedad. se satura adiabáticamente Cual es la humedad molar de la mezcla final?.Ejercicio 11 Aire a una atmosfera. . Calcular la masa de aire seco y los kg de humedad eliminada.Ejercicio 12 Se deshidratan 50 pies3 de aire saturado con agua a 30ºC y 1 atmosfera. . 3) Se calienta adiabáticamente hasta una humedad relativa del 20% .Ejercicio 13 Una mezcla aire-agua posee una temperatura de bulbo seco de 55°C y una temperatura de bulbo húmedo de 35°C La mezcla se somete al siguiente proceso: 1) Se enfría a presión constante hasta la saturación 2) Se enfría hasta que la temperatura sea 15°C. 3) Los kg agua/kg de aire seco evaporados en el calentamiento.Ejercicio 13 Estime: 1) La temperatura de rocío de la mezcla final 2) La temperatura de bulbo seco de la mezcla final. . Taller Una mezcla aire-agua posee una temperatura de bulbo seco de 50°C y una temperatura de bulbo húmedo de 35°C La mezcla será enfriada a presión constante hasta saturación.1. Posteriormente se enfría hasta que la temperatura final es de 20°C. . Finalmente se calienta adiabáticamente hasta que la humedad relativa es de 0. Taller Estime: 1) La temperatura de rocío de la mezcla final 2) La temperatura de bulbo seco de la mezcla final. . 3) Los kg agua/kg de aire seco evaporados en el calentamiento. 2) El calor recibido por el aire durante el proceso. 3) El caudal a la entrada y salida por 100 kg de aire seco/h.Ejercicio 14 En una instalación de acondicionamiento de aire este entra a 25°C con una temperatura húmeda de 15°C y sale a 85°C y una humedad relativa del 20% Con la ayuda del diagrama psicrométrico determine: 1) Las condiciones del aire a la entrada y la salida. . todo el proceso se realiza a 1 atmosfera de presión.Ejercicio 15 Para un proceso industrial se requieren 100 m3/s de aire a 46°C y 20% de humedad relativa Se tiene aire a temperatura de rocío de 48°C y humedad relativa de 40%. calcule: 1) El proceso que ocurre 2) El agua condensada 3) La temperatura de salida del enfriador 4) La humedad absoluta y el volumen húmedo en cada equipo . si éste es adiabático 2) Cual es la temperatura de salida en cada parte de proceso .Ejercicio 16 Se requieren 10600 kg/h de aire a temperatura de 40°C y temperatura de bulbo húmedo de 30°C y se dispone de aire a 20°C y temperatura de rocío de 10°C. 1) Que proceso se debe seguir para acondicionar el aire. Ejercicio 16 3) Cual es el flujo másico de aire a la entrada 4) Cuanta agua se adiciona en el proceso . Las condiciones ambientales son: 24°C como temperatura de bulbo seco y 15°C como temperatura de bulbo húmedo. .Ejercicio 17 Con el fin de enfriar un producto se utiliza aire a temperatura seca de 5°C y temperatura húmeda de 0°C con un flujo de 850 pie3/min. Ejercicio 17 Estime: 1) La humedad refrigeración extraída por el equipo de 2) La temperatura de rocío del aire a condiciones ambientales 3) La humedad relativa del aire de enfriamiento 4) La humedad relativa del aire a condiciones ambientales .