clase 7 - Mecanica de Fluidos

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MECÁNICA DE FLUIDOS PARA
INGENIERÍA AMBIENTAL
Carrera Profesional de Ing. Ambiental
Profesor: Jesús Alexander Sánchez González
MEZCLAS
Ley de Dalton
LOGRO DE LA SESIÓN
Al término de la sesión el estudiante resuelve problemas de 
mezclas de sustancias a partir de situaciones problemáticas; 
aplicando la Ley de Dalton, empleando diagramas y tablas 
termodinámicas.
OBSERVE LA SIGUIENTE IMAGEN
RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS
Por qué se moja 
un vaso frío?
¿Cómo se 
miden las 
propiedades 
de una 
mezcla?
PSICROMETRÍA.
Características del aire húmedo y 
sus procesos
PSICROMETRÍA
• “La psicrometría tiene por objetivo la 
determinación y el estudio de las propiedades 
termodinámicas de mezcla aire-vapor de 
agua.”
APLICACIONES
• La psicrometría resulta entonces útil en:
• El diseño y análisis de sistemas de almacenamiento y aire 
acondicionado
• El diseño de equipos de refrigeración
• Todos los procesos industriales que exijan un fuerte control del 
contenido de vapor de agua en el aire
EL AIRE SECO
• El calor específico del aire a 1 atm (-40ºC a 60 ºC) 
varía desde 0,9997 hasta 1,022 kJ/(kg.K), en la 
mayoría de los casos se usa el valor intermedio: 
1,005 kJ/(kg.K)
• La entalpía es equivalente al contenido energético 
del aire, es un término relativo.
EL VAPOR DE AGUA
• El aire húmedo es una mezcla binaria de aire seco 
y vapor.
• El vapor en el aire es esencialmente vapor 
recalentado a baja presión parcial y temperatura.
• Por debajo de los 66ºC el vapor sobresaturado o 
sobrecalentado sigue las leyes de los gases 
ideales.
EL VAPOR DE AGUA
• Entre -71ºC y 124ºC, el calor específico tanto del 
vapor saturado como del sobrecalentado tiene 
variaciones mínimas, generalmente se toma un 
valor de 1,88 kJ/(kg.K).
• Para el cálculo de la entalpía se aumente el calor 
latente de vaporización.
Pi Nixi = -- = --P NT
Ley de Dalton 
P = PA + PB + PC +...+ Pi
Ley de Gibbs Dalton
Las propiedades de una 
mezcla de gases ideales se 
pueden calcular a partir de las 
propiedades de los gases 
constituyentes
mR´m = m1 R´1 + m2 R´2 +...+ mi R´i
mhm = m1 h1 + m2 h2 +...+ mi hi
mcpm = m1 cp1 + m2 cp2 +...+ mi cpi
P
V
NT = NA + NB + NC +...+ Ni
Fracción molar
Nixi = --NT
MEZCLA DE GASES 
IDEALES
Vapor de agua
Rv´=461,5 J/kg K
Aire seco
Ra´=287 J/kg K
Aire
húmedo =
+
PaV = ma Ra´T PvV = mv Rv´T
A)  > R Aire húmedo 
no saturado
R)  = R Aire húmedo 
saturado 
 < R Aire húmedo 
sobresaturado
C
Pv
s

R
A
R
A
Temperatura de rocío R
Mínima Tª que puede tener el aire húmedo sin que el 
vapor de agua se condense.
P =Pa + Pv
MEZCLA AIRE-VAPOR
• Las mezclas aire-vapor no siguen estrictamente las 
leyes de los gases ideales, aunque éstas pueden 
utilizarse con suficiente precisión a presiones 
inferiores a 3 atm.
• Las mezclas de aire-vapor de agua existen en la 
atmósfera y siguen la Ley de Dalton.
• El vapor de agua presente en el aire puede 
considerarse como vapor a baja presión.
MEZCLA AIRE-VAPOR
• El punto de rocío es la temperatura a la que comienza la 
condensación de la humedad.
• El aire se encontrará saturado cuando su temperatura sea la 
de saturación correspondiente a la presión parcial ejercida 
por el vapor de agua (temp. de rocío)
PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO
Humedad relativa 
Pv
 = --
Ps
Aire saturado 100 
Aire seco 0 
PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS
Humedad absoluta 
mv
 = --
ma
Pv
 =0,622 ----
P -Pv
kg
-----
kg a.s.
Grado de humedad 

φ = --
s
humedad absoluta
-------------------
humedad de saturación
Entalpía del aire húmedo H = maha + mvhv
h = +  (2501+ 1,82 )
H
h = -- = ha+ hvma
hv = 2501+ 1,82 
ha = cpa kJ
-----
kg a.s.
Origen de 
referencia 0ºC 1 atm
MEZCLA AIRE-VAPOR
• La humedad se define como la masa de vapor de agua 
por unidad de masa de aire seco.
• La humedad relativa es la relación entre la fracción 
molar del vapor de agua existente en una determinada 
muestra de aire húmedo y la existente en una muestra 
saturada a la misma temperatura y presión.
• En condiciones en que se cumpla la ley de los gases 
ideales, la humedad relativa también se puede 
expresar como el cociente entre la densidad del vapor 
de agua en el aire y la densidad del vapor de agua 
saturado a la temp. de bulbo seco del aire
MEZCLA AIRE-VAPOR
• El calor húmedo es la cantidad de calor que es 
necesario aplicar para aumentar 1K la 
temperatura de 1kg de aire seco más la del 
vapor de agua presente en el mismo.
• El volumen específico de la mezcla se expresa 
en m3/kg de aire seco, es el volumen que ocupa 1kg 
de aire seco más el del vapor de agua presente.
MEZCLA AIRE-VAPOR
• El fenómeno de saturación adiabática del 
aire se aplica en el secado de alimentos por 
convección. 
• Ocurre en un ambiente completamente 
aislado al calor donde el aire se pone en 
contacto con una superficie de agua; en 
este proceso parte del calor sensible del 
aire que ingresa se transforma en calor 
latente.
TÉCNICA DE SATURACIÓN 
ADIABÁTICA
MEZCLA AIRE-VAPOR
• Generalmente se utilizan dos temperaturas de 
bulbo húmedo: la Tºbh termodinámica y la Tºbh 
psicrométrica.
• La Tºbh psicrométrica es la que se alcanza cuando 
el bulbo de un termómetro de mercurio cubierto con 
un paño húmedo se expone a una corriente de aire 
sin saturar que fluye a elevadas velocidades (5 
m/s).
• La Tºbh termodinámica se alcanza cuando se 
satura adiabáticamente aire húmedo mediante la 
evaporación del agua. Para el caso del aire 
húmedo ambas temperaturas son casi iguales.
PSICRÓMETRO
BS - BH
gasa 
humedecida
BS BH
Aire
Psicrómetro normal
❖ BSTª de bulbo seco
❖ BHTª de bulbo húmedo
BS = BH aire saturado
BS - BH aire no saturado
Mirando en tablas
BS >>> BH (BS - BH)
BS > BH (BS - BH)
 disminuye
 aumenta
OTROS INSTRUMENTOS DE MEDIDA
CARTA 
PSICROMÉTRICA
 Humedad relativa
60

H
u
m
e
d
ad
 a
b
so
lu
ta
 k
g/
kg
 a
ir
e
 s
e
co
 
20
Tª bulbo seco ºC
90 70 50 40 3060
-10 50-5 35 504540 55
30
25
20
15
-10
-5
0
5
10
10
0.005
0.000
0.010
0.015
0.020
0.025
OTRAS CARTAS 
PSICROMÉTRICAS
EJEMPLOS
• Utilizando la carta psicrométrica:
• Caracterizar el aire de 50°C y 20% de humedad relativa
• Caracterizar el aire de 30°C y 25°C de bulbo húmedo
DESARROLLE LO SIGUIENTE
TR
A
B
A
JO •Observe el video adjunto
•Desarrolle los siguientes 
problemas
PROCESOS PSICROMÉTRICOS
TORRES DE 
REFRIGERACIÓN
1
2
B
Agua 
caliente
Agua 
fría
A
Aire
frío
Aire
caliente
. . 
mB= mas . mB
. . 
mA= mas . mA
masa agua fría
mB= ----------
kg aire seco
. . .
mas ( 2 – 1) = mA - mB 
Balance de materia
masa agua caliente
mA= ------------
kg aire seco
. . .
mas (h2 – h1) = mAhA - mBhB
Balance de energía
ACONDICIONAMIENTO DE 
AIRE
Calentamiento
Enfriamiento
Ventilación
Humidificación
Deshumidificación
Purificación
Procesos de
acondicionamiento
Adsorción por carbón
Lavadores de aire
Ventilación
Olores, gases
Secos
Viscosos
Precipitadores electrostáticos
Filtros
Polvos
Supresión
CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO 
SENSIBLE
1 2
2 1
.
Q

BS  1  2
h 1
h 2

1= 2
1 2
. .
Q = mas (h2 - h1) < 0
. 
m3 h3
3

BS  1  2
h 1
h 2

1
1
2
3
h 3
3
2
 3
MEZCLA ADIABÁTICA DE DOS 
CORRIENTES 
. 
m2 h2
. 
m1 h1 1
2
h 3 - h 2  3 -  2
---- = ------  ------
h 1 - h 3  1 -  3
. 
ma1 
. 
ma2 
• Balance energía
 3 -  2
---- = ------
 1 -  3
. 
ma1 
. 
ma2 
• Balance materia
ENFRIAMIENTO CON 
DESHUMIDIFICACIÓN
1 2 3
.
QE
.
QC

BS
h 1
h 2

1
1
2
h 3
3
2,3
1-2 Deshumidificación
. . .
QE = mas (h1 – h2) - mas ( 1 –2) hf2
2-3 Calentamiento
. .
Qc = mas (h3 – h2) 
HUMIDIFICACIÓN
1
2
BSh 1
h 2

1
2
21
Adición de vapor
BS
h 1
h 2 
1
1
2
2
2 1
Inyección de agua líquida
h1 + (2 – 1) hf = h2 
h1>> (2 – 1) hf
h 1  h 2
1 2agua
Tela mojada
Enfriamiento evaporativo
BS
h 1=h 2 

1
1
2 2
2 1
2´
EJEMPLO
• Calcular la energía necesaria para calentar en forma sensible10 kg/s de aire a 30ºC 
de temperatura de bulbo seco y 80% de humedad relativa hasta alcanzar una 
temperatura de bulbo seco de 45 ºC.