➤ SUELOS Y RECURSOS NATURALES: EJERCICIOS DE HUMEDAD: BIOFISICA

SUELOS Y RECURSOS NATURALES: EJERCICIOS DE HUMEDAD: BIOFISICA

1.- Calcule la humedad relativa del aire si la To es de 200 C y la T0 de bulbo húmedo es de 12C Use la carta psicométrica y formulas para comparar resultados.
carta piscometrica y formulas
2.- una habitación de 5 X 5 X 3 metros, contiene aire a 250 C y 100 KPa con una humedad relativa del 75%. Determine:

A) La presión parcial del aire seco
B) Humedad especifica
C) La entalpía por unidad de masa del aire seco
D) masa del aire seco y del vapor de agua

humedad especifica del aire, entalpia por unidad de asa del aire

3.- una casa que tiene aire seco a 200 C y una humedad relativa del 75% ¿a qué temperatura de la ventana la humedad del aire comenzara a condensarse en la superficie interior de esta?
temperatura de punto de rocio es
4.- un estanque contiene 21 Kg. De aire seco y 0,3 Kg. De vapor de agua a 300C. y 100 KPa. De presión total. Determine:

A) humedad específica
B) humedad relativa
C) Volumen del estanque

5.- U invernadero contiene aire a 200 C. y 98 Kpa, con una humedad relativa del 75%. Con estos datos determine:

A) Presión parcial del aire seco
B) Humedad específica del aire
C) La entalpía por unidad de aire seco
entalpia por unidad
6.- Para un invernadero que tiene un volumen de 270 m3, una presión de 102 Kpa, temperatura de 270  C. y una humedad relativa de 50%, determine la masa de aire seco y el vapor de agua.
determine la masa de aire seco y el vapor de agua
7.- Una mezcla de aire y vapor de agua a 250 C y 1 bar., posee una humedad relativa del 50%.Calcule:

reemplazando los valores en la ecuacion
8.- En un intercambiador de calor entran 2003m3 /min de aire atmosférico a 300 C y un 40 por 100 de humedad relativa, El aire húmedo se enfría hasta los 180 C a una presión constante de 1.01 bar. Determine.

D) flujo másico de aire seco en Kg min
E) relación de humedad
F) flujo de calor en Kj/Kg
G) Humedad relativa final


9.- Se necesita acondicionar aire atmosférico que esta a 320 C y 70 por 100 de humedad relativa de modo que entre a una pieza a 220 C y 45% de humedad relativa. Para tal caso, el aire pasa primero por un intercambiador de calor donde se enfría por debajo de su T0 de rocío y el agua condesada es separada del aire hasta que se alcance la humedad deseada. Posteriormente el aire pasa por un serpentín de calentamiento de un cambiador de calor hasta que alcanza la T0 de 220 C. Con estos datos determine:

Los siguientes ejercicios planteados están con sus debidas respuestas


10.- Si una muestra de aire a la presión atmosférica contiene 0,01 kg vapor por cada kg de aire seco, calcular:

a) Humedad específica.
b) Fracción molar del vapor.
c) Masa molecular del aire húmedo.
d) Calor específico aproximado.
e) Presión parcial del vapor.

Respuesta:

a) 9,9 X10-3 kg vapor/kg a. húmedo
b) 0,0161 moles vapor/moles as
c) 28,79X 10-3 kg ah /mol
d) 1,009 kJ/kg oC
e) 1605,1 Pa
f) 13,98 0C

11.- Calcular la humedad relativa del aire en los siguientes casos:

a) Cuando la temperatura es de 30 0C y la presión parcial del vapor de agua es de 21 torr.
b) Cuando la temperatura es de 20 0C y la presión parcial del vapor de agua es de 17,55 torr.
c) Cuando la temperatura es de 20 0C y el punto de rocío es de 5 0C.

Respuesta:

a) 65,9%
b) 100%
c) 36,7%

12.- El aire a nivel del mar tiene una temperatura de 25 0C y una humedad del 74%.

Considerando que la presión del aire se mantiene constantemente igual a la presión atmosférica normal, y que su temperatura disminuye en 6 ́5 0C cada 1000 m de altura, calcular a qué altura, aproximadamente, pueden comenzar a formarse nubes.

T = 250 C
Φ = 74%
P = 1 atm

Cada 1000 metros cae la To en 6,5 0C
Altura = nubes = To punto de roció
Tpr = Tsat @ Pv
 Pv  = φ * Pg250c
Pv = 0,74 * 3,169
Pv = 12.34 Kpa T20 0C
Altura= 153,8 * 5 =769,23 Metros

13.- Una muestra de aire tomada a 30 0C y 1 ́013 bar tiene una fracción molar de vapor de agua de 0 ́0189. Utilizando las ecuaciones psicrométricas, calcular:

a) Su humedad, humedad específica y humedad relativa.
b) Su volumen específico y su volumen húmedo.
c) Su calor específico y su calor húmedo.
d) Su entalpía específica y su entalpía húmeda.

Respuesta:

a)   X = 0,01176 kg vapor/kg as
e = 0,0116 kg vapor/kg as
HR = 44,3%
b)   vh = 0,8754 m3/kg as
v* = 0,8652 m3/kg ah
c)   c p* = 1,029 kJ/0C kg as
cph = 1,017 kJ/0C kg ah
         d) Δh* = 60,29 kJ/kg as Δh = 59,59 kJ/kg ah

14.- Sabiendo que la temperatura de termómetro húmedo es de 30 0C para un aire húmedo a la presión atmosférica y a 40 0C, el volumen total de la mezcla es de 25 m3.

calcule:

a) Su razón de mezcla.
b) Su humedad relativa.
c) El volumen húmedo del aire.
d) La temperatura de rocío.

15.- Utilizando el diagrama psicrométrico, hallar las propiedades del aire húmedo a la presión atmosférica y en las siguientes condiciones:

a) T = 30 0C y Th = 30 0C.
b) T = 60 0C y HR = 20%.

Respuestas:

      a)   HR = 100 % ; X = 0,0273 kg vapor/kg as
      Tr=30 oC
     v* = 0,897 m3/kg as
    Δh*= 100 kJ/kg as

     b)   X  = 0,0255 kg vapor/kg as
  Tr = 28 ́9 0C
 vh = 0,983 m3/kg as
 Δh*= 126,5 kJ/kg as
  Th = 35,3 0C

16.- Se calientan 10 m3 de aire a 30 0C de temperatura y 80% de humedad relativa, hasta alcanzar los 80 0C. Utilizando un diagrama psicrométrico, calcular:

a) Humedad relativa del aire caliente.
b) Cantidad de vapor de agua que hay en el aire inicial.
c) Energía necesaria para calentar el aire.

Respuestas:
a) HR = 7%
b) 243 g
c) Q = 587,8 kJ

17.- Se desea aumentar la humedad relativa del aire a la presión atmosférica normal y a 40 0C, desde el 30% hasta el 80%. Se pide:

a) Temperatura a la que debe enfriarse el aire.
b) Variación de entalpía que sufre el vapor de agua.

Solución

A).-Se tienen 2 condiciones
Condición 1: T=400C
Φ=30%
P=101,3Kpa
Condición 2: T= ?
Φ= 80%
P=101,3Kpa

18.- Se utiliza aire caliente a 50 0C y 10% de humedad relativa para secar arroz en un secadero de armario. Si el aire sale del secadero completamente saturado, ¿a qué temperatura saldrá?, ¿cuánta agua ha sido eliminada por cada kg de aire seco?

Solución
Se tienen dos condiciones
Condición 1: Condición 1: T=400C

Φ=30%
P=101,3Kpa
Condición 2: T= ?
Φ= 80%
P=101,3Kpa

19.- Si la humedad de una habitación herméticamente cerrada de 850 m3 es del 80% y su temperatura de 25 0C, ¿cuánta agua, como máximo, podrá evaporarse de un recipiente destapado, sin que varíe la temperatura del aire?

Solución:


20.- Se desea secar 1000 kg de cereales en grano que contienen un 50% de humedad en peso hasta que ésta se reduzca a un 5%. El aire presente en el ambiente está a la presión atmosférica normal, a 35 0C y con una humedad relativa del 60%. El aire sale con un humedad del 85%. Calcular la cantidad mínima de aire se requiere, en kg y en m3, así como la cantidad de energía calorífica que hay que comunicarle, en los siguientes
casos:

a) Se utiliza directamente el aire externo.
b) Se calienta el aire 10 0C más antes de proceder al secado.

Solución:

solucion ejercicio
21.- En un sistema de acondicionamiento de aire se precisa aumentar la humedad relativa de 0 ́5 m3 de aire por segundo, desde el 30% hasta el 60% a una temperatura constante de 20 0C. ¿Qué cantidad de agua y calor será necesario añadir cada hora?

Respuestas:

9,5 kg agua/hora
Q = 25 103 kJ

22.- En un enfriador evaporativo entra aire a 38 0C y 10% de humedad relativa, con un caudal de 8500 m3/h, saliendo del mismo a 21 0C. No hay intercambio de calor y la presión permanece constantemente igual a la presión atmosférica normal durante todo el proceso. Determinar la humedad relativa con la que sale el aire, así como la cantidad de
agua que hay que añadir cada hora.

Respuestas:
HR = 71% ; 67 kg agua/h

23.- En un secador se utiliza un flujo de aire de 1800 m3/h a 18 0C de temperatura y con un 50% de humedad. Este aire se calienta hasta 140 0C y se pasa sobre la batería de bandejas del secador, de donde sale con un 60% de humedad. Después se vuelve a calentar hasta 140 0C, se pasa sobre otra batería de bandejas y vuelve a salir con un 60% de humedad. Calcular la mínima energía necesaria para el proceso, así como la máxima
cantidad de agua que se eliminaría en 1 hora.

Respuestas:
Q = 165,6 MJ ; m = 165,6 kg

24.- En un sistema de climatización el aire entra a 2 0C y con un 70% de humedad, y sale a 26 0C y una humedad del 40%, y en ambos casos se mantiene la presión atmosférica normal. Calcular la cantidad de agua y calor que hay que añadir al aire.

Respuestas:
mv/ma = 0,0054 kg agua/kg
Q/ma = 38,2 kJ/kg as

25.- En un secadero el aire entra a 20 0C y con un 65% de humedad, saliendo completamente saturado y a 45 0C. Calcular el flujo de aire necesario, en litros por segundo, así como el flujo de calor que hay que comunicarle para que se evapore 1 kg de agua cada 40 minutos.

Respuestas:

6 ́2 l/s ; 1,26 kW

26.- En un humidificador entra un flujo de aire de 90 kg/min a 22 0C y con una temperatura de termómetro húmedo de 9 0C. En el humidificador se le inyecta vapor de agua saturado a 110 0C y a un ritmo de 52 kg/h. Si se supone que no hay intercambio de calor con los alrededores y que la presión es constantemente igual a 1 atm, calcular la humedad, la humedad relativa y la temperatura del aire a la salida del humidificador.

Respuestas:

X2 = 0,0116 kg agua/kg as ; T2 = 23 0C ; HR = 64,2 %

27.- El sótano de una casa tiene 150 m2 de base y 2 ́8 m de altura, siendo su temperatura de 20 0C y su humedad relativa del 95%. Si se desea reducir esta humedad hasta el 30%, calcular:

a) La masa de agua que debe eliminarse por absorción, manteniendo su temperatura en 20 0C.
b) Temperatura a la que debería calentarse el aire, manteniendo constante la cantidad de vapor existente.
Respuestas:

a) 4,75 kg agua
b) 42,3 0C

28.- Una muestra de 1 kg de aire húmedo, inicialmente a 21 0C, 1 atm y 70% de humedad relativa se enfría hasta 4 ́5 0C, manteniéndose constante la presión. Calcular la humedad inicial, la temperatura de rocío y la cantidad de agua que se condensa, utilizando:

a) Las ecuaciones termodinámicas del aire húmedo.
b) Un diagrama psicrométrico.

Respuestas:

a)   X = 0.01095 kg vapor/kg as
Tr = 15,3 oC
mw = 0,0057 kg agua

b)   X = 0.0108 kg vapor/kg as
Tr = 15,2 0C
mw = 0,0055 kg agua

29.- En un país tropical se desea obtener aire a 15 0C con una humedad del 80%, para acondicionar una habitación de 1650 m3, de forma que el aire se renueve completamente cada 10 minutos. La temperatura ambiente del aire es de 31,5 0C y su humedad del 90%. El método de climatización elegido consiste en enfriar el aire hasta que condense suficiente agua para disminuir la humedad y, si es necesario, calentarlo
hasta la temperatura deseada. Calcular:
a) Temperatura a la que debe enfriarse el aire.
b) Cantidad de agua eliminada en una hora.
c) Flujo de calor necesario en el calentamiento.

Respuestas:

a) 11,4 0C
b) 217,9 kg agua

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