Ejercicio 2 · Física II UPC 2016

Tema: Psicrometría y acondicionamiento del aire · Del examen Examen final. Mayo 2016 (2016)

Enunciado

Ejercicio 2 (15 puntos). Psicometría y acondicionamiento higrotérmico

Durante el invierno, un recinto de dimensiones en planta 4×5 m24 \times 5\text{ m}^2 y altura libre de 3 m3\text{ m} se halla a una temperatura de 5∘C5^\circ\text{C} y con una humedad relativa del 40%40\%. Con el objeto de optimizar las condiciones ambientales interiores se enciende una instalación de calefacción que eleva la temperatura hasta 21∘C21^\circ\text{C}.

Datos adicionales

Densidad del aire seco ρ=1,1 kg/m3\rho = 1{,}1\text{ kg/m}^3; calor específico a presión constante del aire cp=1,117 kJ/(kg⋅K)c_p = 1{,}117\text{ kJ/(kg}\cdot\text{K)}; calor latente de evaporación del agua Lv=2411 kJ/kgL_v = 2411\text{ kJ/kg}.

a)

Represente esquemáticamente el proceso de calentamiento en el diagrama psicométrico e indique el valor resultante de la humedad relativa del aire en el estado final.

%

b)

Calcule la energía térmica (calor sensible) que ha debido suministrar el sistema de calefacción.

c)

Para recuperar de nuevo una humedad relativa del 40%40\% se activa un dispositivo humidificador (trabajando conjuntamente con la calefacción para mantener constante la temperatura en 21∘C21^\circ\text{C}). Represente esta etapa en el ábaco psicométrico y calcule la masa total de agua que el humidificador debe aportar al volumen de aire del recinto.

d)

¿Qué cantidad de calor latente se halla involucrada en este proceso de humidificación?

Enunciado: Ejercicio 2 · Física II UPC 2016

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

Representación esquemática de los procesos en el diagrama psicrométrico (apartados a y c)

Solución: Apartado a (Calentamiento sensible): Evolución horizontal de izquierda a derecha a humedad absoluta constante (w1=w2≈2,15 g/kgw_1 = w_2 \approx 2{,}15\text{ g/kg}) desde T1=5∘CT_1 = 5^\circ\text{C} (HR=40%HR = 40\%) hasta T2=21∘CT_2 = 21^\circ\text{C} (HR≈14%HR \approx 14\%). Apartado c (Humidificación isotérmica): Evolución vertical hacia arriba a temperatura constante (T=21∘CT = 21^\circ\text{C}) desde w2≈2,15 g/kgw_2 \approx 2{,}15\text{ g/kg} (HR≈14%HR \approx 14\%) hasta w3≈6,2 g/kgw_3 \approx 6{,}2\text{ g/kg} (HR=40%HR = 40\%).

a. Indique el valor resultante de la humedad relativa del aire en el estado final

Solución: 14%14\%

b. Calcule la energía térmica (calor sensible) que ha debido suministrar el sistema de calefacción

Solución: 1179,6 kJ1179{,}6\text{ kJ}

c. Calcule la masa total de agua que el humidificador debe aportar al volumen de aire del recinto

Solución: 0,267 kg0{,}267\text{ kg} / 267 g267\text{ g}

d. ¿Qué cantidad de calor latente se halla involucrada en este proceso de humidificación?

Solución: 644,5 kJ644{,}5\text{ kJ}

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