unidad1 humidificacion deshumidificacion
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OPERACIONES UNITARIAS IIUNIDAD 1: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
OCTUBRE 2013 PROF: ING. JOSE VELAZQUEZ
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UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACIONCONCEPTOS PREVIOS
Ley de Dalton:
Donde: P:Presin total de la mezcla; pv: Presin parcial del vapor a T de la mezcla;pg:Presin parcial del gas
Humedad o saturacin Molar ( Moles o Lbmol de v/Moles o Lbmol de g):
Ym: Humedad Molar; nv:Moles del vapor; ng:Moles del gas
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UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACIONCONCEPTOS PREVIOS
Humedad o saturacin Absoluta (Kg o Lb de v/Kg o Lb de g)::
Y: Humedad Absoluta; Mv:Masa de vapor; Mg:Masa del gas
Para una mezcla aire-vapor de agua la humedad absoluta se expresa de la siguienteforma:
Humedad o saturacin relativa:
:Humedad o saturacin relativa; pv: Presin parcial de vapor en el aire; pv*: Presin de vapor del
liquido puro a la temperatura del aire
Humedad o saturacin relativa porcentual:
X100
Y*:Humedad absoluta en saturacin.
Cuando =0 Significa que no hay vapor en el gas
Cuando 0
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UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACIONCONCEPTOS PREVIOS
Volumen especifico hmedo (m3 gas humedo/Kg seco de g o Ft3/Lb de g):
Para una mezcla aire-vapor de agua el volumen en m3 gas humedo/kg aire seco aT:K y P:Atm se expresa de la siguiente forma:
Calor especifico del gas hmedo (Kcal/Kg C oBTU/Lb F):
c: Calor; Cpg: Calor especifico del gas; Cpv Calor especifico del vapor
Para una mezcla aire-vapor de agua el calor especfico en Kcal/KgC) se expresa dela siguiente forma:
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UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACIONCONCEPTOS PREVIOS
Entalpa Especfica (Kcal/Kg gas o BTU/Lb gas):
I: Entalpa especfica; t: Temperatura del sistema; to: Temperatura de referencia; o: Calorlatente de vaporizacin.
Para una mezcla aire-vapor de agua la entalpa especfica en Kcal/Kg aire para elagua a una temperatura de referencia de 0C se expresa de la siguiente forma:
Punto de roco: Temperatura a la cual el vapor presente en la mezcla comienza acondensar. Esto ocurre cuando la presin parcial del vapor (pv) es igual a la presinde vapor (pv*) tomada de las tablas o grficas de Cox o estimada por la ecuacin deAntoine.
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La presin parcial del vapor de agua en una masa de aire hmedo a 30C y 740 mmHg es 14 mm Hg. Calcule:a) Punto de Rocob) Humedad Absolutac) Calor especficod) Volumen especficoe) Entalpa Especfica
EJERCICIO 1
e) Entalpa Especfica
En el punto de roco:OHOH 22
*PP =
bar 0,0186750mmHg
1bar14mmHg*P Si OH2 =
=
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EJERCICIO 1
Interpolando a una Pv* de 0.0186 bar( )( ) ( )112
121 PPPP
TTTT
+= TROCIO = 16,3C
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EJERCICIO 1
( ) seco AireKgOH Kg
0,01214740
142918Y 2=
=
C AireKgKcal0,24550,0120,460,24C
=+=
Humedad Absoluta
Calor especfico
( )Aire Kg
m0,897
760
1740
273300,082
18
0,012
29
1V
3
H =
+
+=
Aire Kg
Kcal14,530,012597,2300,012)0,46(0,24iH =++=
Volumen especfico
Entalpa Especfica
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INTRODUCCIN A LA PSICROMETRA
Es la Ciencia que estudia las Propiedades Termodinmicas del Aire hmedo y el efecto que tiene la humedad sobre los materiales y el confort humano; tambin estudia los Mtodos para controlar las propiedades termodinmicas del aire hmedo para sus diferentes aplicaciones
PSICROMETRA
APLICACIONES EN LA INDUSTRIA Secado de alimentos Humidificacin y Deshumidificacin Almacenamiento
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
Refrigeracin Fermentacin de alimentos Climatizacin de plantas industriales y laboratorios Torres de enfriamiento
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TEMPERATURA DEL BULBO SECO
Es la temperatura que se usa para medir el gas
TEMPERATURA DEL BULBO HUMEDO (Tw o TBH)
Es la temperatura que alcanza en estado estacionario una pequea masa de lquido cuando se encuentra sumergido, en condiciones adiabticas, sometido a una corriente continua de gas
INTRODUCCIN A LA PSICROMETRA
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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El concepto de temperatura de bulbo hmedo se basa en el equilibrio entre las velocidades de transferencia de energa al bulbo y de evaporacin del agua.
( ) ( )HHHkTTh BHVapgBHC =
Transferencia de calor al agua = Transferencia de calor desde el agua
hmedo aire del aTemperatur T
bulbo el hacia conveccin la paracalor de ncia transferede eCoeficienthC
=
=
INTRODUCCIN A LA PSICROMETRAUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
hmedo aire del HumedadH
in vaporizacde latenteCalor H
masa de ncia transferede eCoeficientk
hmedo aire del aTemperatur T
Vap
g
=
=
=
=
( )( )
Vapg
C
BH
BH
Hk
hTTHH
=
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TEMPERATURA DEL BULBO HUMEDO (Tw o TBH)
MEZCLA AIRE-AGUA
INTRODUCCIN A LA PSICROMETRAUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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DIAGRAMA PSICROMETRICO
Es un diagrama que tiene como ordenada la humedad absoluta y como abscisa la temperatura de bulbo seco. En l estn trazadas tambin las lneas de humedad relativa constante, las de temperatura de bulbo hmedo constante, de entalpa especifica y volumen especifico aire-vapor. La Carta Psicromtrica se construye para una presin de la mezcla constante.
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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DIAGRAMA PSICROMETRICOUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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DIAGRAMA PSICROMETRICOINTRODUCCIN A LA PSICROMETRA
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USO DEL DIAGRAMA PSICROMETRICO
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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USO DEL DIAGRAMA PSICROMETRICO
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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USO DEL DIAGRAMA PSICROMETRICO
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
Nota: Recuerda corregir las entalpas sumando la desviacin
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USO DEL DIAGRAMA PSICROMETRICO
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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Enumere todas las propiedades que puede obtener del diagrama psicromtrico en unidades inglesas para el aire hmedo a una temperatura de bulbo seco de 90F y una temperatura de bulbo hmedo de 70F.
Puede encontrar la ubicacin del punto A para 90F (bulbo seco) y 70F (bulbo hmedo) siguiendo una linea vertical en TBS = 90F hasta que cruce la lnea de bulbo hmedo para 70F.
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
Esta lnea puede encontrarse buscando sobre la lnea de 100% de humedad
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
Esta lnea puede encontrarse buscando sobre la lnea de 100% de humedad hasta llegar a la temperatura de saturacin de 70F, o bien, avanzando por una lnea vertical a 70F hasta que corte la linea de 100% de humedad. De la temperatura de bulbo hmedo de 70 F, siga la lnea de enfriamiento adiabtico (que es la misma que la lnea de temperatura de bulbo hmedo en la carta de humedad) a la derecha hasta que interseque la lnea de 90F Bulbo seco.
Ahora que ha fijado el punto A, puede leer las dems propiedades del airehmedo de la carta.
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Lnea de aire saturado(100% de humedad relativa)
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtricoUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
32F 70F 90F
Lnea de bulbo hmedo para
70 F
A
70
T
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Punto de rocio. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60F
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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Lnea de aire saturado(100% de humedad relativa)
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
32F 60F 70F 90F
Lnea de bulbo hmedo para
70 F
A
70
T
60B
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Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60F
Humedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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Lnea de aire saturado(100% de humedad relativa)
=40
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtricoUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
32F 60F 70F 90F
Lnea de bulbo hmedo para
70 F
A
70
T
60B
=40
=30
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Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60F
Humedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:0,0112 Ib H2O/Ib aire seco
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Lnea de aire saturado(100% de humedad relativa)
=40[ ]
Seco AireLbOH LbY 2=
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
32F 60F 70F 90F
Lnea de bulbo hmedo para
70 F
A
70
T
60B
=40
=30
Y = 0,012
Seco AireLb
-
Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60FHumedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%
Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:0,0112 Ib H2O/Ib aire seco
Volumen Hmedo (VH) Una vez ms, interpolando entre las lneas de 14.0 y14.5 pie3, encontramos que el volumen hmedo es de 14,097 ft3/lb de aireseco
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Lnea de aire saturado(100% de humedad relativa)
=40[ ]
Seco AireLbOH LbY 2=
14,5 pie3
14,0 pie3
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
32F 60F 70F 90F
Lnea de bulbo hmedo para
70 F
A
70
T
60B
=40
=30
Y = 0,012
Seco AireLb14,0 pie
-
Punto de roco. Cuando el aire en A se enfra a presin constante (y dehecho a humedad constante), llega auna temperatura en la que la humedadcomienza a condensarse. Esto se representa mediante una lnea horizontal,de humedad constante, en el diagrama psicromtrico, y el punto de roco seencuentra en B, es decir, cerca de 60FHumedad relativa () Si interpolamos entre las lneas de 40% y 30% veremos que el punto d esta aproximadamente en 37%
Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
Humedad (Y) Podemos leer la humedad de la ordenada de la derecha:0,0112 Ib H2O/Ib aire seco
Volumen Hmedo (VH) Una vez ms, interpolando entre las lneas de 14.0 y14.5 pie3, encontramos que el volumen hmedo es de 14,097 ft3/lb de aireseco
Entalpa ( iH ) El valor de la entalpa para aire saturado con una temperaturade bulbo hmedo de 70F es iH = 34.1 Btu/lb de aire seco. La desviacin deentalpa (que no se muestra en la figura) para aire no saturado es deaproximadamente -0.2 Btu/lb de aire seco; por tanto, la entalpia real del airecon 37 es de 34,10 +- 0.2 = 33.9 Btu/lb de aire seco
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Lnea de aire saturado(100% de humedad relativa)
=40[ ]
Seco AireLbOH LbY 2=
14,5 pie3
14,0 pie3
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtricoUNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
32F 60F 70F 90F
Lnea de bulbo hmedo para
70 F
A
70
T
60B
=40
=30
Y = 0,0112
Seco AireLb14,0 pie
-
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
Y = 0,0112
-
14,5 pie3
14,0 pie3
70
EJERCICIO 2: Propiedades del aire hmedo a partir del diagrama psicromtrico
Y = 0,011260
=40
=30
-
EJERCICIO 3 = 100%T = 60F
( ) seco AireKgOH Kg
0,01113,24760
13,242918Y 2=
=
=100
60 Y = 0,011
-
EJERCICIO 4 = 70%T = 80F
psia 0,5067*PF80 @OH2
=
=70Y = 0,0153
OHOH
OH
OH
22
2
2
*PP
70100*P
P
=
==
7,0
psia 0,3547 0,5067psia0,7P OH2 ==
( ) seco AireKgOH Kg
0,01530,354714,7
0,35472918Y 2=
=
-
Procesos que se pueden obtener a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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Calentamiento o enfriamiento sensible (a humedad absoluta constante= presion de vapor de agua constante)
Procesos que se pueden obtener a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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Calentamiento con humidificacin
Procesos que se pueden obtener a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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Deshumidificacin con enfriamientoProcesos que se pueden obtener a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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Enfriamiento evaporativo o Humidificacion adiabatica
Procesos que se pueden obtener a partir del diagrama psicromtrico
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
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EJERCICIO 5Una forma de agregar humedad al aire es pasarlo por un roco de agua olavadores de aire. Normalmente, el agua que se usa se recircula, no sedesperdicia. Entonces, en el estado estacionario, el agua est a la temperaturade saturacin adiabtica, que es la misma que la temperatura de bulbohmedo. El aire que pasa por el lavador se enfra y,
UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
si el tiempo de contacto entre el aire y el agua es lo bastante largo, el aire estar tambin a la temperatura de bulbo hmedo. Sin embargo, supondremos que el lavador es tan pequeo que el aire no llega a la temperatura de bulbo hmedo; en vez de ello, prevalecen las siguientes condiciones:
-
Determine la humedad agregada a cada Lb de aire seco.
F6,08TSALIDA AIRE
F6,17TENTRADA AIRE
F104TENTRADA AIRE
BS
BH
BS
=
=
=
EJERCICIO 5UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
-
Se supone que todo el proceso es adiabtico , se lleva a cabo entre lospuntos A y B a lo largo de la lnea de enfriamiento adiabtico. Latemperatura de bulbo hmedo permanece (71,6F).
YB = 0,0145Punto B
seco Aire Lb
OH Lb 0,00520,00930,0145
YYAgregada Humedad
2
AB
=
=
EJERCICIO 5
Aire Entrada TBS= 104F
YA = 0,0093
Punto A
Aire Salida TBS= 80,6F
-
Aire hmedo a 100,4F y 48 se calienta en un horno a 186,8F. Cunto calores necesario agregar por pie cbico de aire hmedo inicial, y cul es el punto deroco final del aire?
HORNO
Aire Entrada100,4F48
Aire Salida 186,8F
T =?
EJERCICIO 6UNIDAD I: HUMIDIFICACION - DESHUMIDIFICACION
F186,8TSALIDA AIRE
F100,4TENTRADA AIRE
BS
BS
=
=
Q=?
TROCIO =?
-
Punto iH(BTU/LbAS)
Desv iH(BTU/LbAS)
iH REAL (BTU/LbAS)
A 46 -0,2 45,8B 68,5 -1,5 67,0 seco AireLb
BTU 21,245,867
AiBi AgregadoCalor HH
=
=
inicial Hmedo AiredepieBTU1,452
pie 14,6seco AireLb
seco AireLbBTU
21,2 33 =
Punto B
Aire Salida TBS= 186,8F
iHB = 68,5 BTU/Lb AS
Desv iH = -1,5Aire Entrada TBS= 100,4F
=50
=40
Punto A
iHA = 46 BTU/Lb AS
Desv iH = -0,2
-
Aire Entrada TBS= 100,4F
=50
=40
Punto B
Aire Salida TBS= 186,8F
Punto A
TROCIO = 76,4F
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PROBLEMAS PROPUESTOS Si con un psicrmetro se toman las lecturas de temperaturas de bulbo hmedo y
seco, siendo stas de 24C y 17C, respectivamente. Cul ser la humedad relativa?
A una muestra de aire se le midi con un higrmetro la humedad relativa y sta es de 60%. Si la temperatura de bulbo seco es de 27C, cul ser el punto de roco?
Encontrar la humedad relativa cuando la temperatura seca es de 32C y el contenido de humedad es de 14 gr/kg aire seco.
Si a un aire se le toman las temperaturas de bulbo seco (35C) y bulbo hmedo (22C), cules sern las dems propiedades?(22C), cules sern las dems propiedades?
Que calor es necesario entregar a 5 m3 de aire (hmedo) a 20 C y 70% de humedad relativa para calentarlo hasta 45C?
Especificar las condiciones de entrada y salida de un flujo de aire que entra en un humidificador con Tbs=35C, Tbh= 18C, y sale a una Tbs de 19.2 C . Considere que el intercambio se da adiabticamente
Por un conducto se hace pasar 0.35 kg/s de aire hmedo a 1 bar. Se instala un psicmetro donde se aprecia que la temperatura de bulbo seco es 30 C y la de bulbo hmedo 25 C. Determinar:a) La humedad absoluta del aire hmedo.b) La presin parcial del vapor y la humedad relativac) El flujo de masa de aire seco y vapor.d) El volumen especfico de vapor.
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PROBLEMAS PROPUESTOS Se tiene una mezcla de aire y vapor de agua a una presin de 1 bar y 20 C, el cual
ocupa un volumen de 0.2 m3. Si su humedad relativa es 70%, determinar:a)La masa de vapor existente, en gramos.b)Si se realiza un enfriamiento a presin constante, a qu temperatura empezar la condensacin?c)Qu cantidad de vapor se condensar si la mezcla se enfra a 10C, mantenindose constante la presin total?d)Si la mezcla original se calienta hasta 40 C, a presin constante, Cul ser la humedad relativa final?e)Si para el caso d) se requiere alcanzar nuevamente una humedad relativa de 70%. Qu cantidad de agua tendr que agregarse si este se encuentra a 40C?