2. Introducción
Una de las acciones más importantes en la operación
de un sistema de aire acondicionado es el control de la
humedad del aire, y es aquí donde el psicrómetro
desempeña un papel fundamental para el correcto
funcionamiento de los sistemas ¿Conoces su
funcionamiento?
La Psicrometría se define como la medición del
contenido de humedad del aire. En términos más
técnicos, es la ciencia que involucra las propiedades
termodinámicas del aire húmedo y el efecto de la
humedad atmosférica sobre los materiales y el confort
humano. Es el método de control de las propiedades
térmicas del aire húmedo.
Lo anterior, se puede llevar a cabo a través del uso de
tablas psicrométricas o de la carta psicrométrica. Las
tablas psicrométricas ofrecen una gran precisión, ya
que sus valores son de hasta cuatro decimales; sin
embargo, en la mayoría de los casos, no se requiere
tanta precisión; y con el uso de la carta psicrométrica,
se puede ahorrar mucho tiempo y cálculos.
3. ¿Cómo medir la
humedad?
Para asegurarse que la
temperatura del bulbo húmedo
registrada sea precisa, el flujo de
aire sobre éste debe ser bastante
rápido. El dispositivo diseñado para
girar un par de termómetros, uno
de bulbo seco y otro de bulbo
húmedo, se conoce como
psicrómetro de onda. El
instrumento consiste de dos
termómetros, el de bulbo seco y el
de bulbo húmedo.
4. En 1825 Ernest Ferdinand August de
Alemania llamó a su termómetro de
bulbo húmedo un psicrómetro (del Latín
psychro, hacer frío, y metro, medir).
Actualmente un psicrómetro incluye
ambos termómetros, de bulbos seco y
húmedo, y se clasifica como una forma
de un higrómetro. Un higrómetro se
utiliza para medir la humedad en la
atmósfera.
Psicrómetro
5. Psicrometría es una palabra que impresiona, y se define como la medición del
contenido de humedad del aire.
Ampliando la definición a términos más técnicos, psicrometría es la ciencia que
involucra las propiedades termodinámicas del aire húmedo, y el efecto de la
humedad atmosférica sobre los materiales y el confort humano así como los
métodos para controlar las características térmicas del aire húmedo.
Psicrometría
La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating
and Air Conditioning Engineers) define el acondiciona-
miento del aire como: "El proceso de tratar el aire, de tal
manera, que se controle simultáneamente su temperatu-
ra, humedad, limpieza y distribución, para que cumpla
con los requisitos del espacio acondicionado".
6. Estudio del secado de alimentos
Estudio de aire acondicionado y climatización
Almacenamiento y procesamiento de alimentos
Diseño de equipos de refrigeración
Fermentación de alimentos
Climatización de plantas industriales y laboratorios
Resulta útil en:
7.
8. ¿Cuál es el significado de humedad relativa? ¿Cómo se produce la
condensación de la humedad en un serpentín de enfriamiento? ¿Por qué "suda"
un ducto de aire frío?
Las respuestas a las preguntas anteriores, tienen que ver con las propiedades
de la mezcla de aire y vapor de agua (humedad). El conocimiento de estas
propiedades, es requisito para el acondicionamiento del aire en forma apropiada
y económica.
Aire y Humedad y las Tablas Psicrométricas
9. Propiedades del Aire
El aire es una mezcla de gases incolora,
inolora e insabora que rodea a la tierra. Este
aire que envuelve a la tierra se conoce como
atmósfera. Se extiende hasta una altura de
aproximadamente 645 kms, y se divide en
varias capas. La capa más cercana a la tierra
se llama tropósfera, y va desde el nivel del
mar hasta los 15 kms. La capa que se
extiende desde los 15 hasta los 50 kms, se
llama estratós-fera. La capa de los 50 kms
hasta los 95 kms, se llama mesósfera, y de los
95 a los 400 kms, se llama ionósfera.
10. Mezcla de Gases Incolora, Inodora e Insípida
Masa que cubre a la tierra: Atmósfera..645km
- Tropósfera: 15 km desde el nivel del mar.
- Estratósfera: de 15 a 50 km.
- Mesósfera: de 50 a 95 km
- Ionósfera: 95 a 400 km
Tiene peso: 101.325 kPa (1.033 kg/cm²) al nivel del mar
Es una mezcla de gases altamente sobrecalentado
Propiedades del aire
11. El aire atmosférico es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, bióxido de
carbono, hidrógeno, vapor de agua, y un porcentaje muy pequeño de
gases raros como argón, neón, ozono, etc. En la siguiente tabla, se
muestran los porcentajes de estos gases, tanto en peso, como en
volumen, para el aire seco (sin vapor de agua).
Gases que componen el aire en la atmósfera.
12.
13. Propiedades del aire seco
Los gases del aire cumplen con la Ley de Dalton
Se considera al aire como un “un solo gas” que cumple con las leyes de
Los Gases Ideales.
La densidad varía con la temperatura y la humedad
Cuando esta en movimiento tiene momento e inercia
Retiene sustancias en suspensión y en solución
Tiene conductividad térmica (muy pobre)
Se requiere energía para moverlo (peso)
Cuando esta en movimiento posee Energía Cinética
Al aumentar la velocidad, disminuye la presión (Bernoulli)
1 kg aire seco en CNPT (21°C, 101,3 kPa) ocupa 0,8329 metros cúbicos.
Calor específico del aire seco a nivel del mar es 0,244 kcal/kg°C.
14. Propiedades del vapor de agua (humedad)
La humedad es un término utilizado para describir
la presencia de vapor de agua en el aire, ya sea a la
intemperie, o dentro de un espacio. Nuevamente,
hacemos énfasis en que la humedad está "en el
aire", solamente en el sentido de que los dos, aire
y vapor de agua, existen juntos en un espacio dado
al mismo tiempo.
Por costumbre común, decimos que el aire contiene
humedad, y es conveniente hacerlo así, en el
entendido de que siempre recordemos que es
meramente una manera de hablar, y que en realidad,
los dos son independientes uno del otro, y que no
responden de la misma manera a los cambios de
condiciones, especialmente a los cambios de
temperatura.
15. Propiedades del vapor de agua
Humedad: presencia de vapor de agua en el aire.
El vapor de agua en el aire húmedo esta en sus condiciones de
saturación o muy próxima a ellas por encima.
2/3 partes de la superficie de la tierra es Agua.
El vapor de agua se produce a cualquier temperatura.
El vapor ejerce una presión definida encima del agua
independientemente de si el espacio encima de agua contiene aire (la
presión del aire no ejerce efecto sobre al presión de vapor)
16. Las palabras "vapor" y "gas", comúnmente las empleamos para
referirnos a lo mismo; pero en realidad, un gas es un vapor
altamente sobrecalentado, muy lejos de su temperatura de
saturación, como el aire.
Un vapor está en sus condiciones de saturación o no muy lejos de
ellas, como el vapor de agua
Así pues, el vapor de agua o "humedad" en un espacio, puede
estar en una condición de saturación o ligeramente arriba de ella.
Si lo enfriamos unos cuantos grados, hacemos que se condense, y
si le aplicamos calor, lo sobrecalentamos.
17. Aire húmedo
Está constituido por una mezcla de aire fresco y vapor de agua.
El aire seco es una mezcla de varios gases, siendo su composición
general la siguiente:
77% Nitrógeno
22% Oxígeno
1% Anhidrido carbónico y otros gases
El aire tiene la capacidad de retener una
cantidad variable de vapor de agua en
relación a su temperatura. A menor
temperatura, menor cantidad de vapor y a
mayor temperatura, mayor cantidad de vapor
de agua, a presión atmosférica constante.
18. Mediante el diagrama Psicrométrico podemos controlar las propiedades
higrométricas del aire húmedo y visualizar las variables que intervienen en los
cambios térmicos que se producen en distintas situaciones ambientales.
Psicrometría
El diagrama Psicrométrico es el elemento imprescindible para poder
relacionar las distintas magnitudes y los procesos que intervendrán en el
acondicionamiento (climatización) del aire.
19.
20. Los parámetros que definen las propiedades psicrométricas del aire son:
Psicrometría
- Gramos de agua
- Calor específico
- TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO
- Tensión de vapor
- Humedad absoluta
- HUMEDAD RELATIVA
- Calor latente
- VOLUMEN ESPECÍFICO
- TEMPERATURA DE BULBO SECO
- TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCÍO
- HUMEDAD ESPECÍFICA
- % de Humedad
- Calor sensible
- CALOR TOTAL - ENTALPÍA
21. Los variables que se representan en el diagrama, son las siguientes:
Psicrometría
TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO
HUMEDAD RELATIVA
VOLUMEN ESPECÍFICO
TEMPERATURA DE BULBO SECO
TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCÍO
HUMEDAD ESPECÍFICA
CALOR TOTAL - ENTALPÍA
22. Variables psicrométricas
Psicrometría
BS: TEMPERATURA DE BULBO SECO
Es la temperatura del aire leída en un
termómetro común. Las temperaturas
de bulbo seco se representan como
líneas verticales que tienen su origen en
la escala de temperatura de bulbo seco
(eje horizontal de abscisas)
Líneas de temperatura de bulbo seco °C
23.
24. Variables psicrométricas
Psicrometría
BH: TEMPERATURA DE BULBO HÚMEDO
Es la temperatura del aire leída en un
termómetro cuyo bulbo esta cubierto por
una mecha empapada de agua y que se
revolea en el aire. Las temperaturas de
bulbo húmedo se representan por rectas
que se originan en la línea de saturación
y caen hacia abajo y la derecha.
Líneas de temperatura de bulbo húmedo °C
25.
26. Variables psicrométricas
Psicrometría
PR: TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCÍO
Es la temperatura del aire en la
condición de saturación o la temperatura
a la que el aire debe ser enfriado para
que comience la condensación. Las
temperaturas de punto de rocío están
representadas por puntos de línea de
saturación
Líneas de temperatura de punto de rocío °C
. En saturación, punto de rocío = bulbo húmedo = bulbo seco
27. La temperatura de rocío, es la temperatura a la que se produce la saturación a
una determinada presión
28.
29. Variables psicrométricas
Psicrometría
W: HUMEDAD ESPECÍFICA
Es el contenido real de agua en la
atmósfera en gramos de vapor de agua
por kilogramo de aire seco (eje vertical
de ordenadas)
Líneas de humedad absoluta en gramos/Kg
30. La humedad específica, se define como el cociente entre la masa de vapor de
agua que contiene el aire y la masa del aire seco.
𝜔 =
𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑚𝑎𝑖𝑟𝑒
𝜔 =
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟. 𝑉.
𝑃𝑀𝐻2𝑂
𝑅. 𝑇
𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒. 𝑉.
𝑃𝑀𝐴𝑖𝑟𝑒
𝑅. 𝑇
𝜔 =
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟. 𝑃𝑀𝐻2𝑂
𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒. 𝑃𝑀𝐴𝑖𝑟𝑒
P= 𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑃𝑀𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 18 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑃𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 = 28,3 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝜔 = 0,622 ×
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑃 − 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
31.
32. Variables psicrométricas
Psicrometría
HR: HUMEDAD RELATIVA
Es la relación de la presión de vapor de agua
contenido en el aire con respecto a la presión
de vapor saturado que podría contener a la
misma temperatura. Con muy poca diferencia
puede decirse que la humedad relativa es
igual al tanto por ciento de saturación del
aire, es decir, la relación de la humedad
específica verdadera W y la humedad
específica de saturación WS. En otros términos,
HR = W/ WS. Las líneas de humedad relativa
son curvas que comienzan abajo y a la
izquierda y se curvan hacia arriba y la derecha
Líneas de humedad relativa %
33. La humedad relativa, se define como el cociente entre la fracción molar del
vapor de agua en un estado y la fracción molar de la muestra saturada a esa
temperatura masa de vapor de agua que contiene el aire y la masa del aire
seco.
𝜑 =
𝑋𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑋𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜
𝑋𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 =
𝑛𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑛𝑎𝑖𝑟𝑒 − 𝑛𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑃
𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑋𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟. 𝑃
P= 𝑃𝑎𝑖𝑟𝑒 + 𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑃𝑀𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 18 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑃𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 = 28,3 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟−𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜 = 𝑋𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜. 𝑃
𝜑 =
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑃𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑜
34.
35. Variables psicrométricas
Psicrometría
VE: VOLUMEN ESPECÍFICO
Las líneas de volumen específico constante se
originan en el eje BS y suben hacia arriba con
ligera inclinación hacia la izquierda. El
volumen es la recíproca de la densidad o
peso específico, y se expresa en metros
cúbicos por kilogramo de aire seco.
Líneas de volumen específico en m3/Kg de
aire seco
PE: PESO ESPECÍFICO: O densidad, es la inversa del
volumen específico; en condiciones normales se suele
tomar como valor: Pe = 1,24 kg/m3.
36.
37. Variables psicrométricas
Psicrometría
H: CALOR TOTAL - ENTALPÍA
Es una cantidad que indica el contenido de
calor de la mezcla de aire y vapor de agua, por
encima de 0°C. Se expresa en Kcal por
kilogramo de aire seco. Los valores de
entalpía se marcan sobre una escala especial
arriba de la línea de saturación.
Líneas de entalpía en KJ/Kg de aire seco
38.
39. Variables psicrométricas
Psicrometría
Ce: Calor específico del aire “CALOR SENSIBLE”
Es la cantidad de energía (calor seco) que necesita la unidad de masa de aire para
aumentar un grado su temperatura (en condiciones normales). Exactamente se requiere
0,237 Kcal para incrementar 1°C la masa de 1 Kg de aire.
40. Variables psicrométricas
Psicrometría
CL: Calor de vaporización “CALOR LATENTE”
Es el calor requerido para evaporar la humedad que contiene una cantidad específica de
aire. Concretamente se necesitan 0,597 Kcal para evaporar 1 g de agua (vapor)
41.
42. Mientras la humedad específica indica la cuantidad real de agua presente en aire,
la humedad relativa indica se el ambiente está seco o húmedo para una
determinada condición.
En general, una gran diferencia entre las temperaturas de bulbo seco y bulbo
húmedo indica un ambiente seco, con baja humedad relativa, adecuado para
almacenaje de bebidas, productos empacados y frutas de casca dura. Esta
condicione no es recomendada para almacenaje de carnes sin paquete, pues
puede deshidratar el producto.
43.
44. Una pequeña diferencia entre las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo
indica un ambiente húmedo, con alta humedad relativa. Adecuado para
almacenaje de carnes sin paquete, vegetales y frutas de casca fina.
45. Una condición en que las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo son
iguales indica que el aire está saturado y que se alcanzó el punto de rocío (100%
de humedad relativa). Esta situación no es recomendada en cámaras frigoríficas,
pues la humedad del aire podrá condensarse en los productos almacenados y
contribuir con la proliferación de microrganismos.
46. Las condiciones de humedad dentro de una cámara frigorífica pueden ser
controladas por el DT de evaporación (diferencia entre la temperatura de la
cámara y la temperatura de evaporación del sistema).
La humedad presente en aire tiende a condensar en la serpentina del
evaporador. O sea, el aire entra en el evaporador con una parcela de humedad y
pierde parte de ella cuando pasa por la serpentina.
Mismo perdiendo humedad específica, la humedad relativa del aire tiende a
aumentarse durante el proceso de enfriamiento. Esto ocurre porque la densidad
del aire aumenta cuando el mismo es enfriado y la proporción de humedad se
torna más significativa en la mezcla aire-vapor.
PROCESO DE ENFRIAMIENTO DEL AIRE
47.
48. Cuanto más grande el DT de evaporación, más fría la serpentina va a estar en
relación al aire y más intensa será la condensación del vapor que pasa por ella. De
esta manera, habrá un aumento menos expresivo en la humedad relativa, pero,
una reducción más significativa en la humedad específica:
49.
50. El DT de evaporación debe tener su valor definido durante el proyecto de la
cámara frigorífica, de acuerdo con el tipo de producto que será almacenado. La
tabla abajo indica una relación entre el DT y la humedad relativa de la cámara
recomendados para cada tipo de producto:
51. Un proceso de deshumidificación consiste en dos etapas, una de enfriamiento y
otra de calentamiento del aire.
La etapa de enfriamiento es la misma de un evaporador tradicional. El aire pasa
por la serpentina, es enfriado, pierde humedad específica, aumenta su densidad
y aumenta su humedad relativa (proceso A-B).
Después del enfriamiento, el aire pasa por un proceso de calentamiento, que
podrá ser eléctrico o por una serpentina calentada (semejante a un sistema de
deshielo por gas caliente). Durante el calentamiento, el aire mantiene su
humedad específica constante, cambiando solamente su temperatura de bulbo
seco. En esto proceso, la densidad y la humedad relativa del aire disminuyen
(proceso B-C).
PROCESO DE DESHUMIDIFICACIÓN
52.
53. El término adiabático se refiere a un proceso en que no hay cambios de calor. En
el caso de una “condensación adiabática” hay una etapa antes de la
condensación que es adiabática, donde se reduce la temperatura del aire al
agregar humedad al él.
El enfriamiento del aire es obtenido al aumentar su humedad específica. Esto
ocurre a través de rociadores de agua o por un sistema de canalones por donde
el aire es obligado a pasar y donde recibe parte de esta humedad. En esta
situación, como no hay cambio de calor, no hay variación de entalpia, así, esto
aumento en la humedad refleja en una reducción en la temperatura de bulbo
seco (proceso A-B). Con esto, el aire llega a la serpentina con una temperatura
más baja, beneficiando la condensación, que va a ocurrir con un DT más grande
(proceso B-C).
CONDENSACIÓN ADIABÁTICA
54.
55. En situaciones en que la humedad relativa del aire es muy alta, el enfriamiento
adiabático se vuelve poco eficaz.
Cuanto más saturado el aire, más difícil será la absorción de la humedad y
menor será la reducción de la temperatura.
Por esto motivo, el proceso de condensación adiabática no es recomendado en
regiones muy húmedas y tan poco como condición estándar de operación de un
condensador.
El objetivo de esto proceso es aumentar la capacidad de condensación en
períodos muy calientes para aumentar la eficiencia del sistema frigorífico.
O sea, es un proceso que debe ser ligado solamente cuando necesario.
Observaciones
