Calor sigma

Medida de energía específica en aire húmedo

El calor sigma , denominado , es una medida de la energía específica del aire húmedo. Se utiliza en el campo de la ingeniería minera para los cálculos relacionados con la regulación de la temperatura del aire de la mina. El calor sigma a veces se denomina calor total ^[1] , aunque calor total puede significar entalpía ^[2] . ${\displaystyle S}$

Definición

El calor sigma es la energía que se extraería de una unidad de masa de aire húmedo si se enfriase a una determinada temperatura de referencia bajo presión constante mientras se elimina simultáneamente cualquier condensación formada durante el proceso. Debido a que el calor sigma supone que se eliminará la condensación, cualquier energía que se extraiga al enfriar el vapor de agua por debajo de su punto de condensación no cuenta para el calor sigma. ^[3] La temperatura de referencia suele ser 0 °F (−18 °C), aunque a veces también se utiliza 32 °F (0 °C). ^[1]

Suponiendo una temperatura de referencia de 0 °F, se puede utilizar la siguiente fórmula bajo rangos de temperatura y presión estándar: ^{[nota 1]}

${\displaystyle S=0.24\mathrm {{\tfrac {BTU}{lb\cdot ^{\circ }F}}\;} t+W\;(0.45\mathrm {{\tfrac {BTU}{lb\cdot ^{\circ }F}}\;} t+1061\mathrm {\tfrac {BTU}{lb}} )}$ ^[3]

dónde

${\displaystyle S}$es el calor sigma del aire (en BTU/lb),

${\displaystyle t}$es la temperatura de bulbo seco del aire (en °F), y

${\displaystyle W}$es la humedad específica del aire (sin unidades).

La fórmula métrica equivalente:

${\displaystyle S=17.86\mathrm {\tfrac {kJ}{kg}} +1.005\mathrm {\tfrac {kJ}{kg\cdot K}} t+W\;(2501\mathrm {\tfrac {kJ}{kg}} +1.884\mathrm {\tfrac {kJ}{kg\cdot K}} t)}$

dónde

${\displaystyle S}$es el calor sigma del aire (en kJ/kg),

${\displaystyle t}$es la temperatura de bulbo seco del aire (en °C), y

${\displaystyle W}$es la humedad específica del aire (sin unidades) a veces expresada en kg/kg.

Comparación con la entalpía

El calor sigma no es lo mismo que la entalpía del aire húmedo por encima de la temperatura de referencia. (La entalpía a veces se denomina calor total ^[2] o calor total verdadero ^[1] ). A diferencia del calor sigma, la entalpía incluye la energía que se extraería al enfriar el vapor de agua condensado hasta la temperatura de referencia. Básicamente, la entalpía supone que todos los componentes del sistema deben enfriarse durante el proceso de enfriamiento, mientras que el calor sigma supone que algunos de esos componentes (agua líquida) se eliminan a mitad del proceso. Sin embargo, algunos autores utilizan erróneamente el término entalpía cuando en realidad quieren decir calor sigma, lo que crea cierta confusión. ^[3]

Suponiendo una temperatura de referencia de 0 °F, la relación entre la entalpía y el calor sigma se puede mostrar matemáticamente como:

${\displaystyle h=S+1\mathrm {{\tfrac {BTU}{lb}}\;} Wt'}$ ^[3]

dónde

${\displaystyle h}$es la entalpía específica del aire por encima de su temperatura de referencia,

${\displaystyle S}$es el calor sigma del aire (en BTU/lb),

${\displaystyle W}$es la humedad específica del aire (sin unidades), y

${\displaystyle t'}$es la temperatura del bulbo húmedo (en °F).

(Se suponen rangos de temperatura estándar).

Temperatura de bulbo húmedo vs. temperatura de bulbo seco

Suponiendo una presión constante, el calor sigma es únicamente una función de la temperatura de bulbo húmedo del aire. Por esta razón, no es necesario tener en cuenta la humedad a menos que se utilicen mediciones de temperatura de bulbo seco . Al igual que el calor sigma, la temperatura de bulbo húmedo no se ve afectada directamente por la temperatura de ningún vapor de agua condensado (agua líquida), y varía solo cuando hay un cambio de energía neta en el sistema. Por el contrario, la temperatura de bulbo seco puede variar incluso para procesos en los que no hay tal cambio de energía neta. Esta diferencia se puede entender examinando el enfriamiento por evaporación . Durante el enfriamiento por evaporación, toda la energía perdida de las moléculas de aire como calor sensible se gana como calor latente por las moléculas de agua que se evaporan en ese aire. Sin energía neta ganada o perdida del aire ahora más húmedo, el calor sigma permanece inalterado. En consonancia con esto, la temperatura de bulbo húmedo también permanece inalterada, ya que su lectura ya representaba la cantidad máxima posible de enfriamiento por evaporación. Sin embargo, la temperatura de bulbo seco está en conflicto con el calor sigma, ya que disminuye durante dicho enfriamiento por evaporación. Es por esto que las mediciones de calor sigma que utilizan temperaturas de bulbo seco también deben tener en cuenta la humedad del aire. ^[3]

Notas

1. Diferentes rangos de temperatura o presiones alterarán ligeramente la capacidad térmica del vapor de agua y del aire, provocando una desviación de la precisión de esta fórmula.

Referencias

1. "Glosario del Departamento de Ingeniería de Minas de la Universidad de Hacettepe". Universidad de Hacettepe . Turquía. Calor total. Archivado desde el original el 14 de mayo de 2011. Consultado el 13 de septiembre de 2010 .
2. "MIN-03018 Guía del curso de Ingeniería Ambiental de Minas". Unión de Myanmar: Ministerio de Ciencia y Tecnología, Departamento de Educación Técnica y Vocacional. Sección 2-5: Calor total y calor sigma (Nota 11) . Consultado el 13 de septiembre de 2010 .^{[ enlace muerto ]}
3. Hartman, Howard, ed. (1992). Manual de ingeniería minera para SME. Vol. 1 (2.ª ed.). Sociedad para la metalurgia y exploración minera. Págs. 1028–1030. ISBN 0-87335-100-2. Recuperado el 13 de septiembre de 2010 .