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 cálculos relacionados con la regulación de la temperatura del aire de las minas. 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 enfriara a una determinada temperatura de referencia bajo presión constante y, al mismo tiempo, se eliminara la condensación formada durante el proceso. Debido a que el calor sigma supone que se eliminará la condensación, cualquier energía que se extraiga enfriando 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 en 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) expresada a veces como kg/kg.

Comparación con 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. Esencialmente, 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 escritores utilizan erróneamente el término entalpía cuando en realidad se refieren a calor sigma, lo que genera 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 versus temperatura de bulbo seco

Suponiendo una presión constante, el calor sigma es únicamente una función de la temperatura del 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 del bulbo húmedo no se ve directamente afectada por la temperatura del vapor de agua condensado (agua líquida) y varía sólo cuando hay un cambio neto de energía en el sistema. Por el contrario, la temperatura de bulbo seco puede variar incluso en procesos en los que no existe tal cambio neto de energía. Esta diferencia puede entenderse examinando el enfriamiento por evaporación . Durante el enfriamiento por evaporación, toda la energía perdida por las moléculas de aire en forma de calor sensible se gana como calor latente mediante las moléculas de agua que se evaporan en ese aire. Sin ganancia o pérdida de energía neta del aire ahora más húmedo, el calor sigma permanece sin cambios. De acuerdo con esto, la temperatura de bulbo húmedo también se mantiene sin cambios, ya que su lectura ya representaba la máxima cantidad 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. Esta es la razón por la 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 calorífica 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 Hacettepe . Pavo. 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 Profesional. 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 Pymes. vol. 1 (2 ed.). Sociedad de Exploración, Metalurgia y Minería. págs. 1028-1030. ISBN 0-87335-100-2. Consultado el 13 de septiembre de 2010 .