John Ramiro Agudelo Santamaría PSICROMETRÍA John Ramiro Agudelo Santamaría Profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Se define psicrometría como la ciencia que estudia 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. Lo anterior, se puede llevar a cabo a través del uso de tablas psicrométricas o de la carta psicrométrica.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Para el estudio de la psicrometría se debe tener conocimiento de los siguientes términos básicos: Atmósfera El aire que esta alrededor de nosotros, se compone de una mezcla de gases secos y vapor de agua. Los gases contienen aproximadamente 77% de nitrógeno y 23% de oxígeno, con otros gases que totalizan menos del 1%. El vapor de agua, existe en muy poca cantidad, así que es medido en granos o libras, (una libra contiene 7.000granos) Composición del aire seco (sin vapor de agua)

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire El aire húmedo El aire húmedo se supone que está constituido por una mezcla de aire seco y vapor de agua. Si llamamos ma a la fracción de aire seco y mw a la fracción de vapor de agua, se cumplirá:

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Supongamos que podamos separar el aire seco y el vapor de agua. Debe cumplirse por la Ley de DALTON que la suma de presiones parciales sea iguala la presión total que tenemos en el aire atmosférico.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Temperatura de bulbo seco Es la temperatura medida con un termómetro ordinario. Temperatura de bulbo húmedo Es la temperatura que resulta de la evaporación del agua, en una gasa húmeda, colocada sobre un termómetro común.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire T° Bulbo seco T° Bulbo húmedo

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Temperatura de punto de rocío Es la temperatura de saturación, a la cual tiene lugar la condensación del vapor de agua. Un ejemplo es la humedad sobre un vaso de agua con hielo. El vidrio frío reduce la temperatura del aire por debajo del punto de rocío y la humedad que se condensa forma gotas sobre la superficie del vidrio.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Humedad específica Representada con el símbolo w, se define como el cociente entre la masa de vapor contenida en el aire y la masa de aire seco.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Humedad relativa Es la relación del vapor de agua real en el aire, comparado a la máxima cantidad que estaría presente a la misma temperatura, expresada como un porcentaje (%).

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Volumen específico Es el número de metros cúbicos, ocupados por un kilogramo de la mezcla de aire y vapor de agua. Calor sensible Es la cantidad de calor seco, expresado en Btu por libra de aire; se refleja por la temperatura de bulbo seco. Calor latente Es el calor requerido para evaporar la humedad que contiene una cantidad específica de aire. Esta evaporación ocurre a la temperatura de bulbo húmedo. También, se expresa en Btu por libra de aire.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Calor total El contenido de calor total de la mezcla de aire y vapor de agua, también se conoce como entalpía. Es la suma de los valores de calor sensible y latente. Al dividir por

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Una carta psicrométrica es la representación gráfica de las propiedades termodinámicas del aire húmedo, es decir, de la mezcla de aire más vapor de agua. Con ella se pueden analizar gráficamente las propiedades esenciales del aire lo cual facilita además la solución de diferentes problemas termodinámicos.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Dichas propiedades esenciales del aire son: Temperatura de bulbo seco. Temperatura de bulbo húmedo Temperatura del punto de rocío Humedad relativa Humedad específica Contenido de humedad y volumen específico Entalpía de saturación. La carta psicrométrica, es probablemente el mejor modo de mostrar lo que sucede al aire y al vapor de agua, cuando cambian estas propiedades.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire La carta es publicada por ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air conditioning Engineers), y es la más comúnmente usada en la industria. Para determinar todas las propiedades del aire húmedo, sólo se necesita conocer dos de las anteriores propiedades y el resto de ellas se pueden encontrar con toda facilidad.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire

PSICROMETRÍA Composición diagrama psicrométrico Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Composición diagrama psicrométrico Líneas de humedad absoluta o específica La escala de la humedad absoluta es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicrométrica. Las líneas de humedad absoluta Corren horizontalmente de derecha a Izquierda. Se puede ver que la cantidad de humedad en el aire depende del punto de rocío del aire. Líneas de humedad absoluta en gramos/Kg

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Líneas de humedad relativa Las líneas de humedad relativa constante, son las líneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en tantos por ciento, y este valor se indica sobre cada línea. Líneas de humedad relativa %

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Líneas de temperatura del bulbo seco constante Esta escala es la horizontal (abscisa), en la parte baja de la carta, según se muestra en la figura. Las líneas que se extienden verticalmente, desde la parte baja hasta la parte alta de la carta. Son constantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas líneas corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala de la parte baja. Líneas de temperatura de bulbo seco °C

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire líneas de temperatura de bulbo húmedo constantes Corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, en un ángulo de aproximadamente 30° de la horizontal. También se les dice constantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas líneas, están a la misma temperatura de bulbo húmedo. Líneas de temperatura de bulbo húmedo °C

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Líneas de volumen específico constante Estas líneas están en un ángulo aproximado de 60° con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha. Por lo general, el espacio entre cada línea, representa un cambio de volumen específico de 0.05 m3/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas líneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Líneas de volumen específico en m³/kg de aire seco

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Líneas de entalpía Estas líneas, son meramente extensiones de las líneas de bulbo húmedo; puesto que el calor total del aire depende de la temperatura de bulbo húmedo. Líneas de entalpía en kJ/kg de aire seco

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Líneas de temperatura punto de rocío La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que la escala para las temperaturas de Bulbo húmedo; es decir, es la misma escala para ambas propiedades. Sin embargo, las líneas de la temperatura de punto de rocío corren horizontalmente de izquierda a derecha. Líneas de temperatura de punto de rocío °C

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire La combinación de enfriamiento y deshumidificación, se encuentra en prácticamente todos los sistemas de aire acondicionado. La deshumidificación es la remoción del vapor de agua presente en el aire. La cantidad del vapor de agua, presente dentro de una zona ocupada, variará dependiendo del número de personas presentes y de su actividad, de la condición del aire exterior entre Otros.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Al enfriamiento y deshumidificación del aire para confort humano, se le conoce comúnmente como aire acondicionado. Los procesos de acondicionamiento del aire como el calentamiento, el enfriamiento, la humidificación y deshumidificación se pueden mostrar gráficamente en la carta.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Asumiendo un punto cualquiera (A) en la gráfica, con una temperatura y un factor de humedad conocidos; si se fuera a calentar el aire sin añadir humedad, el punto se movería a la derecha sobre la línea horizontal, mostrando aumento en la temperatura de bulbo seco.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Si se fuera a añadir Humedad (humidificar) sin cambiar la temperatura, el punto se movería verticalmente hacia arriba, pero si se redujera la Humedad (deshumidificar), se movería verticalmente hacia abajo.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Si la muestra de aire anterior se enfría lo suficiente, eventualmente llegará un instante en que se alcanza la curva de saturación, punto B de la figura , situación en la cual no puede contener más vapor de agua para la condición dada y se empezará a condensar algo de ese vapor de agua.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Asumamos que disponemos de una muestra de aire a 80°F (26.8°C) que contiene 0.011libras de agua (punto A en el gráfico) al enfriarlo llegaremos hasta el punto B en el cual la temperatura es59.7°F (15.4°C) en donde es inminente la condensación correspondiendo a la temperatura del punto de rocío. Ahora, si la muestra se enfría más, por ejemplo, hasta 50°F (10°C), la humedad se condensará siguiendo la línea de saturación hasta el punto C en donde tendrá un punto de rocío de 50°F y una humedad de sólo 0.0076 libras de agua.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Un ejemplo práctico de este proceso, ocurre en un ducto metálico de transporte de aire frío para acondicionamiento del aire de un recinto, el cual pasa a través de un área húmeda no a c o n d i c i o n a d a . ¿ S u d a r á (condensación) el ducto y será necesario aislarlo?

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Supongamos que el aire frío transportado tiene una temperatura de 55°F (12.8°C) la cual será probablemente también la temperatura superficial exterior del ducto metálico, asumamos también que la temperatura del aire ambiente alrededor del ducto está a 95°F (35°C) con 0.0142 libras de humedad. Esta condición del aire exterior implica una temperatura de saturación (punto de rocío) de 67°F (19.4°C), cualquier superficie que posea una temperatura por debajo del punto de rocío provocará inminentemente la condensación y la única forma de evitarlo es a base de aislamiento.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire En los ciclos de climatización de aire, este se mezcla con el aire exterior y el de retorno. El aire mezclado estará a una temperatura menor a la del exterior y algo mayor a la del retorno del cuarto.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire En el acondicionamiento de aire, con mucha frecuencia se requiere mezclar aire a diferentes temperaturas de Bulbo húmedo (bh) y de bulbo seco (bs), para lograr una determinada condición final de aire. La mayoría de las aplicaciones de aire acondicionado comercial, requieren de un cierto volumen de aire exterior fresco que sea introducido al espacio ocupado.

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Puesto que la introducción del 100% de aire exterior no es práctico, desde el punto de vista de costo operacional, se debe mezclar el aire exterior requerido, con un porcentaje de aire de retorno, antes de calentarlo o enfriarlo. Por ejemplo, si se mezclan 3.68 m³/min de aire exterior a 35°C de bs y 24 ° C de bh, con 7.36 m³/min de aire de retorno a 27 ° C de bs y 19 ° C de bh, el flujo total del aire será de 11.04 m³/min. Esto dará una relación de mezcla de 33.3% de aire exterior y 66.7% de aire recirculado (con base a volumen).

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire En la carta psicrométrica trazamos las condiciones del aire como se muestra en la figura

PSICROMETRÍA Temperatura de bulbo seco de la mezcla = 29.64°C Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Para determinarla temperatura de bulbo seco de la mezcla: Temperatura de bulbo seco de la mezcla = 29.64°C Para encontrar la temperatura de bh de la mezcla resultante, se localiza el punto donde la línea de la mezcla cruza la línea constante de temperatura de bs de 29.64°C. Este punto (3) es la condición de la mezcla, y de aquí podemos seguir la línea constante de temperatura de bh hacia la izquierda, hasta donde cruza la escala para encontrar la temperatura de 20.8°C

Enfriamiento y deshumidificación PSICROMETRÍA Conceptos básicos Carta psicrométrica Enfriamiento y deshumidificación Mezclas de aire Factor de Calor Sensible (FCS) Es la relación de calor sensible con respecto al calor total, siendo este último la suma de los calores sensible y latente. Esta relación se expresa: En una carta psicrométrica, los valores del factor de calor sensible (FCS), corresponden a la escala vertical del lado derecho de la carta, paralela a la escala de humedad absoluta.

Preguntas de repaso ¿La humedad relativa del aire saturado necesariamente es del 100%? ¿Cuál es la diferencia entre aire seco y aire atmosférico? ¿El vapor de agua puede tratarse como un gas ideal? ¿Por qué las tuberías de agua fría están rodeadas con recubrimientos de vapor? En verano, la superficie exterior de una botella de vidrio llena de agua congelada con frecuencia “suda”, ¿Cómo se puede explicar este fenómeno? ¿Cómo se determina la temperatura del punto de rocío en un estado especificado en la carta psicrométrica? ¿Cómo afecta la humedad al bienestar humano? Co co