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Psicrometra

IntroduccinLa ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeratingand Air Conditioning Engineers) define el acondiciona-miento del aire como: "El proceso de tratar el aire, de talmanera, que se controle simultneamente su temperatu-ra, humedad, limpieza y distribucin, para que cumplacon los requisitos del espacio acondicionado".Como se indica en la definicin, las acciones importantesinvolucradas en la operacin de un sistema de aireacondicionado son:1. Control de la temperatura.2. Control de la humedad.3. Filtracin, limpieza y purificacin del aire.4. Circulacin y movimiento del aire.El acondicionamiento completo de aire, proporciona elcontrol automtico de estas condiciones, tanto para elverano como para el invierno. El control de temperaturaen verano se logra mediante un sistema de refrigeracin,y en invierno, mediante una fuente de calor. El control dehumedad en verano requiere de deshumidificadores, loque se hace normalmente al pasar el aire sobre lasuperficie fra del evaporador. En el invierno, se requierede humidificadores, para agregarle humedad al aire en elsistema de calentamiento. La filtracin del aire, en gene-ral, es la misma en verano que en invierno.El acondicionamiento de aire en casas, edificios o enindustrias, se hace por dos razones principales: propor-cionar confort al humano, y para un control ms completo

Introduccin ................................................................ 164Definicin .................................................................... 164Aire y Humedad y las Tablas Psicromtricas ............. 165Propiedades del Aire .................................................. 165Propiedades del Vapor de Agua (Humedad) .............. 166Aire Saturado (con Humedad) .................................... 169Humedad Relativa ...................................................... 170Humedad Absoluta ..................................................... 170Humedad Especfica .................................................. 171Porcentaje de Saturacin ........................................... 171Punto de Roco ........................................................... 171Humedad por Kilogramo de Aire Seco ....................... 172Entalpa de las Mezclas de Aire y Vapor de Agua ..... 174Termmetro de Bulbo Seco ........................................ 176Termmetro de Bulbo Hmedo .................................. 176Psicrmetro ................................................................. 176Indicativos de Baja Humedad..................................... 177Medicin de la Humedad ............................................ 177Controles de Humedad ............................................... 177Porque Humidificar? ................................................. 178Cul es la Humedad Relativa Correcta

para Interiores? ..................................................... 180

Cartas Psicromtricas ................................................ 180Temperatura de Bulbo Seco ................................. 182Temperatura de Bulbo Hmedo ............................ 182Temperatura de Punto de Roco ........................... 182Humedad Relativa ................................................ 183Humedad Absoluta ............................................... 183Entalpa ................................................................. 185Volumen Especfico .............................................. 185

Enfriamiento de Aire ................................................... 187Enfriamiento Sensible ................................................. 187Enfriamiento y Deshumidificacin .............................. 189Cambios de Calor Latente y Sensible ........................ 190Remocin de Humedad .............................................. 190Mezclando Aire a Diferentes Condiciones .................. 192Funcin del Serpentn ................................................. 198Procesos del Serpentn .............................................. 198

Enfriamiento y Deshumidificacin ........................ 200Enfriamiento Sensible ........................................... 202

Zona de Confort .......................................................... 206

del proceso de manufactura; el control de la temperaturay la humedad, mejora la calidad del producto terminado.Para acondicionar aire en un espacio, se requiere tenerconocimientos bsicos de las propiedades del aire y lahumedad, del clculo de cargas de calentamiento y deenfriamiento, manejo de las tablas o carta psicromtrica,y del clculo y seleccin de equipo. Tambin se requieredel conocimiento y manejo de instrumentos, como term-metros de bulbo seco y de bulbo hmedo (psicrmetro),el higrmetro, tubo de pitot, registradores, manmetros ybarmetros.En este captulo, se vern los fundamentos del aireacondicionado. Se vern las propiedades del aire y lahumedad, el manejo de la carta psicromtrica y algunosejemplos prcticos.

DefinicinPsicrometra es una palabra que impresiona, y se definecomo la medicin del contenido de humedad del aire.Ampliando la definicin a trminos ms tcnicos, psicro-metra es la ciencia que involucra las propiedades termo-dinmicas del aire hmedo, y el efecto de la humedadatmosfrica sobre los materiales y el confort humano.Ampliando an ms, incluiramos el mtodo de controlarlas propiedades trmicas del aire hmedo. Lo anterior, sepuede llevar a cabo a travs del uso de tablas psicrom-tricas o de la carta psicromtrica.Las tablas psicromtricas ofrecen una gran precisin, yaque sus valores son de hasta cuatro decimales; sin

Captulo 13

PSICROMETRIA

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Psicrometra

embargo, en la mayora de los casos, no se requiere tantaprecisin; y con el uso de la carta psicromtrica, se puedeahorrar mucho tiempo y clculos.En seguida, se vern las propiedades del aire y de lahumedad conjuntamente con las tablas psicromtricas, yposteriormente, se ver la carta psicromtrica.

Aire y Humedad y las Tablas PsicromtricasCul es el significado de humedad relativa? Cmo seproduce la condensacin de la humedad en un serpentnde enfriamiento? Por qu "suda" un ducto de aire fro?Las respuestas a las preguntas anteriores, tienen que vercon las propiedades de la mezcla de aire y vapor de agua(humedad). El conocimiento de estas propiedades, esrequisito para el acondicionamiento del aire en formaapropiada y econmica.

Propiedades del AireEl aire es una mezcla de gases incolora, inolora e insaboraque rodea a la tierra. Este aire que envuelve a la tierra seconoce como atmsfera. Se extiende hasta una altura deaproximadamente 645 kms, y se divide en varias capas.La capa ms cercana a la tierra se llama tropsfera, y vadesde el nivel del mar hasta los 15 kms. La capa que seextiende desde los 15 hasta los 50 kms, se llama estrats-fera. La capa de los 50 kms hasta los 95 kms, se llamamessfera, y de los 95 a los 400 kms, se llama ionsfera.Puesto que nosotros podemos movernos tan librementeen el aire, podramos suponer que el aire no tiene peso,o por lo menos, tiene tan poco peso, que es despreciable.El aire s tiene peso, y es sorprendentemente pesado. Sudensidad (o peso por metro cbico) vara, siendo mayora nivel del mar (donde es comprimido por todo el aireencima del mismo) que en la cima de una alta montaa.Un manto de aire cubre la tierra completa, y literalmente,nosotros vivimos en el fondo de ese mar de aire. Es msdenso en el fondo, y se vuelve ms delgado y ligero al irhacia arriba. Todo este peso de aire ejerce una presin de101.325 kPa (1.033 kg/cm) al nivel del mar, pero estapresin disminuye ms y ms, mientras ms alto subimos.El aire, no es un vapor saturado que est cercano atemperaturas donde pueda ser condensado. Es siempreun gas altamente sobrecalentado, o ms precisamente,es una mezcla de gases altamente sobrecalentados.As, cuando calentamos o enfriamos aire seco, solamenteestamos agregando o quitando calor sensible.Podemos enfriar o calentar el aire, limpiarlo y moverlo,pero esto no cambia significativamente sus propiedades;ya que, los relativamente pequeos cambios de tempera-tura que le hagamos, slo causan pequesimos cambiosen el volumen y la densidad.Si el aire seco se calienta, se expande; y su densidaddisminuye, cuando la presin permanece constante.Inversamente, si se enfra el aire seco, aumenta su

densidad. An ms, las temperaturas, densidades, vol-menes y presiones, todas varan proporcionalmente.En la tabla 13.1, se muestran las propiedades del aireseco a la presin atmosfrica, en un rango de temperaturasde -15oC a 50oC.El aire atmosfrico es una mezcla de oxgeno, nitrgeno,bixido de carbono, hidrgeno, vapor de agua, y unporcentaje muy pequeo de gases raros como argn,nen, ozono, etc. En la tabla 13.2, se muestran losporcentajes de estos gases, tanto en peso, como envolumen, para el aire seco (sin vapor de agua).

En reas congestionadas o industriales, tambin puedehaber gases conteniendo azufre, carbono, plomo y cier-tos cidos.Cada uno de estos gases que componen el aire, secomporta de acuerdo a la ley de Dalton. Brevemente, estaley nos dice que una mezcla de dos o ms gases, puedenocupar el mismo espacio al mismo tiempo, y que cada unoacta independientemente de los otros, como si los otrosno estuvieran all. Esto es, si un cuarto est completa-mente lleno de aire, tambin est completamente lleno deoxgeno, de nitrgeno, vapor de agua, etc., cada unoindependiente del otro.Cada uno tiene su propia densidad, su propia presin(presin parcial), y cada uno responde a los cambios devolumen y temperatura a su propia manera, sin "hacercaso" uno al otro, y cada uno se comporta segn las leyesque lo gobiernan en lo particular. Es esencial que esto seaentendido y recordado. Realmente, el aire seco no es ungas puro, ya que es una mezcla como se mencionanteriormente, y por lo tanto, no se conforma exactamentea las leyes de los gases, pero los gases que los componenson verdaderos gases; as que, para el propsito prcticode este captulo, se considera a esta mezcla de gases(aire seco sin vapor de agua) como un solo compuesto,que sigue la ley de los gases.El aire como ya vimos, tiene peso, densidad, temperatu-ra, calor especfico y adems, cuando est en movimien-to, tiene momento e inercia. Retiene sustancias en sus-pensin y en solucin.El aire tiene conductividad trmica, pero sta es muypobre.

AIRE SECO

Nombre SmboloQumico% enPeso

% enVolumen

Nitrgeno N2 75.47 78.03

Oxgeno O2 23.19 20.99

Bixido de carbono CO2 0.04 0.03

Hidrgeno H2 0.00 0.01

Gases raros ---- 1.30 0.94

Tabla 13.2 - Gases que componen el aire en la atmsfera.

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Psicrometra

Tabla 13.1Propiedades delaire seco a lapresin atmosfrica.

TEMP.C

VolumenEspecfico Densidad Entalpa TEMP.

C

VolumenEspecfico Densidad Entalpa

(m/kg) (kg/m) (kcal/kg) (m/kg) (kg/m) (kcal/kg)-15 0.7304 1.3691 0.6722 18 0.8244 1.2130 8.6372-14 0.7332 1.3638 0.9123 19 0.8274 1.2086 8.8772-13 0.7363 1.3581 1.1523 20 0.8302 1.2044 9.1228-12 0.7391 1.3530 1.3923 21 0.8329 1.2006 9.3628-11 0.7422 1.3473 1.6323 22 0.8360 1.1961 9.6028-10 0.7453 1.3416 1.8779 23 0.8389 1.1920 9.8484-9 0.7480 1.3369 2.1179 24 0.8418 1.1880 10.0706-8 0.7511 1.3313 2.3579 25 0.8446 1.1839 10.3284-7 0.7538 1.3266 2.5980 26 0.8474 1.1800 10.5740-6 0.7563 1.3222 2.8390 27 0.8501 1.1763 10.7640-5 0.7591 1.3173 3.0835 28 0.8529 1.1725 11.0540-4 0.7619 1.3125 3.3235 29 0.8556 1.1687 11.2996-3 0.7650 1.3072 3.5636 30 0.8583 1.1650 11.5396-2 0.7678 1.3024 3.8036 31 0.8612 1.1611 11.7796-1 0.7706 1.2977 4.0447 32 0.8645 1.1567 12.02520 0.7734 1.2928 4.2892 33 0.8672 1.1531 12.26521 0.7756 1.2893 4.5292 34 0.8700 1.1494 12.50522 0.7790 1.2837 4.7692 35 0.8727 1.1458 12.75643 0.7822 1.2784 5.0148 36 0.8756 1.1420 12.99084 0.7850 1.2739 5.2547 37 0.8786 1.1382 13.23085 0.7878 1.2693 5.4948 38 0.8816 1.1343 13.47646 0.7908 1.2645 5.7404 39 0.8843 1.1308 13.71647 0.7933 1.2605 5.9803 40 0.8871 1.1273 13.96208 0.7961 1.2562 6.2204 41 0.8900 1.1236 14.20209 0.7988 1.2518 6.4615 42 0.8932 1.1196 14.442010 0.8015 1.2476 6.7060 43 0.8957 1.1164 14.682011 0.8044 1.2431 6.9460 44 0.8987 1.1127 14.927612 0.8076 1.2381 7.1860 45 0.9014 1.1093 15.167613 0.8104 1.2339 7.3983 46 0.9042 1.1059 15.413214 0.8131 1.2297 7.6716 47 0.9073 1.1021 15.653215 0.8159 1.2256 7.9116 48 0.9100 1.0988 15.895516 0.8188 1.2213 8.1183 49 0.9129 1.0954 16.140017 0.8217 1.2168 8.3972 50 0.9158 1.0919 16.3900

Debido a que el aire tiene peso, se requiere energa paramoverlo. Una vez en movimiento, el aire posee energapropia (cintica).La energa cintica del aire en movimiento, es igual a lamitad de su masa, multiplicada por el cuadrado de suvelocidad. La velocidad se mide en metros por segundo.De acuerdo a la ecuacin de Bernoulli, al aumentar lavelocidad disminuye la presin.La densidad del aire, vara con la presin atmosfrica y lahumedad. Un kilogramo de aire seco en condicionesnormales (21oC y 101.3 kPa), ocupa 0.8329 metroscbicos, tal como se puede apreciar en la tabla 13.1.

El calor especfico del aire, es la cantidad de calor que serequiere para aumentar la temperatura de un kilogramode aire en un grado centgrado. El valor del calor espec-fico del aire seco, a nivel del mar, es 0.244 kcal/kg oC.

Propiedades del Vapor de Agua (Humedad)La humedad es un trmino utilizado para describir lapresencia de vapor de agua en el aire, ya sea a laintemperie, o dentro de un espacio. Nuevamente, hace-mos nfasis en que la humedad est "en el aire",solamente en el sentido de que los dos, aire y vapor deagua, existen juntos en un espacio dado al mismo tiempo.

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Psicrometra

Por costumbre comn, decimos que el aire contienehumedad, y es conveniente hacerlo as, en el entendidode que siempre recordemos que es meramente unamanera de hablar, y que en realidad, los dos sonindependientes uno del otro, y que no responden de lamisma manera a los cambios de condiciones,especialmente a los cambios de temperatura.Las palabras "vapor" y "gas", comnmente las emplea-mos para referirnos a lo mismo; pero en realidad, un gases un vapor altamente sobrecalentado, muy lejos de sutemperatura de saturacin, como el aire. Un vapor est ensus condiciones de saturacin o no muy lejos de ellas,como el vapor de agua. As pues, el vapor de agua o"humedad" en un espacio, puede estar en una condicinde saturacin o ligeramente arriba de ella. Si lo enfriamosunos cuantos grados, hacemos que se condense, y si leaplicamos calor, lo sobrecalentamos.Como ya sabemos, dos terceras partes de la superficie dela tierra estn cubiertas por agua: ocanos, lagos y ros,de las cuales se desprende el vapor de agua. Las nubes,tambin producto de esta evaporacin, contribuyen a lahumedad del ambiente al condensarse y precipitarse enforma de lluvia o nieve.Todo lo anterior es lo que sucede a la intemperie. Dentrode una casa, edificio o fbrica, el vapor de agua puedeprovenir de la cocina, bao, mquinas, personas, etc. Aspues, la cantidad de humedad en el aire en un lugar ytiempo determinados, puede variar considerablemente.El vapor de agua es producido por el agua, a cualquiertemperatura (an por el hielo). El agua no tiene que estaren ebullicin, aunque si lo est, el vapor de agua esproducido con mayor rapidez.El vapor ejerce una presin definida encima del agua, lacual es determinada solamente por la temperatura delagua misma, independientemente de si el agua est o noen ebullicin o de si el espacio por encima del aguacontiene aire. Tampoco la presin del aire ejerce efectoalguno sobre la presin del vapor.Si el agua est a una temperatura de 4oC, la presin delvapor de agua sobre la misma es de 0.81 kPa 0.1179psia, la cual es una presin menor que la atmosfrica(vaco). Si la temperatura del agua aumenta a 15oC, lapresin del vapor de agua sobre la misma, aumenta msdel doble, es decir, a 1.70 kPa (0.2472 psia).En la tabla 13.3, se muestran las propiedades del vaporde agua saturado. Los valores de la primer columna, sonlas temperaturas en grados centgrados.Los valores de la segunda y tercer columna, son laspresiones del vapor sobre el agua, correspondientes a lastemperaturas de la primer columna; este vapor se conocecomo "saturado", porque es todo el vapor de agua quepuede contener ese espacio a esa temperatura. Tenga encuenta que no hay diferencia, si hay o no aire en eseespacio; la presin del vapor de agua ser la misma, yaque sta depende totalmente de la temperatura del agua.

Cuando comnmente nos referimos a la presin atmos-frica o baromtrica, estamos incluyendo la presin delaire y la presin del vapor de agua que ste contiene.La presin atmosfrica "normal" a nivel del mar, es de101.325 kPa o de 760 mm. de mercurio. Si la presin delvapor de agua en el aire a 15oC es 1.70 kPa, entonces, lapresin del aire seco sera 99.625 kPa (101.325 - 1.70);ya que, de acuerdo a la ley de Dalton, la presin total esla suma de las presiones parciales de los componentes:la del aire seco y la del vapor de agua.En la cuarta columna de la tabla, tenemos los valores devolumen especfico. Estos nos indican el volumen en m,que ocupa un kilogramo de agua en forma de vaporsaturado.Si tenemos un cuarto de 8 x 5 x 2.5 metros (100 m) llenode vapor de agua a 15oC, dentro de ste habr poco msde un kilogramo de vapor saturado; esto es, 100 m 77.97 m/kg = 1.283 kg.Otra manera de calcularlo es utilizando el valor de ladensidad. En la quinta columna tenemos los valores de ladensidad en kg/m; as que, el peso de 100 m de vaporsaturado a 15oC es de 1.283 kg (100 m x 0.01283 kg/m).Como ya sabemos, el volumen especfico es la inversa dela densidad, y viceversa.En las sexta y sptima columnas, tenemos el peso delvapor de agua en dos unidades: en gramos por metrocbico (g/m) en el sistema internacional, y en "granos"por pie cbico (granos/pie) en el sistema ingls. Lacantidad de vapor de agua que contiene el aire, es tanpequea, que para fines prcticos, se utilizan gramos enlugar de kilogramos o "granos" en lugar de libras. El"grano" (grain) es una unidad comnmente utilizada paraclculos psicromtricos en aire acondicionado. Es unaunidad tan pequea, que se requieren 15,415 granospara formar un kilogramo. Para fines prcticos, se consi-dera que una libra contiene 7,000 granos. Para visualizar-lo mejor, un grano es casi del tamao de una "gotita" deagua. As que, en el espacio de 100 m del cuarto denuestro ejemplo, habr 1,283 gramos de agua (100 m x0.01283 kg/m x 1,000), lo que equivale a 12.83 gramospor m, tal como se indica en la tabla.La densidad es igual a peso por volumen, as que,podramos decir que el vapor de agua tiene una densidad12.83 g/m 0.01283 kg/m.Para que el vapor de agua dentro del cuarto se mantengasaturado a 15oC, como suponemos que lo hace, el espaciocompleto de 100 m en el cuarto, tendra que permanecera 15oC. Si hubiese aire en el cuarto como sera lo normal,ste tambin tendra que estar a 15oC.Obviamente, hay 100 m de aire en el cuarto, igual quehay 100 m de vapor de agua. Con una presin total de101.3 kPa, encontramos que la presin del aire es sola-mente 99.6 kPa (101.3 - 1.70).En la tabla 13.1, se tiene el volumen especfico para elaire seco, pero basado en una presin de 101.3 kPa;mientras que el aire en el cuarto de nuestro ejemplo, esta 99.6 kPa. Por lo tanto, el aire del cuarto est menos

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Psicrometra

Temp. deSaturaci

C

Presin de Vapor(Absoluta)

VolumenEspecfico

m/kg

Peso del VaporEntalpa kcal/kg

Densidadkg/m

Humedad AbsolutakPa psia g/m granos/pie Sensible Latente Total

0 0.61 0.0885 206.32 0.004847 4.84 2.11 0 597.66 597.661 0.65 0.0945 194.10 0.005152 5.15 2.25 1 596.87 597.872 0.7 0.1023 179.58 0.005569 5.57 2.43 2 596.28 598.283 0.76 0.1098 168.18 0.005946 5.95 2.60 3 595.68 298.684 0.81 0.1179 157.40 0.006353 6.35 2.77 4 595.09 599.095 0.87 0.1265 147.14 0.006796 6.79 2.97 5 594.53 599.536 0.93 0.1356 137.74 0.007260 7.26 3.18 6 593.93 599.937 1.00 0.1452 129.04 0.007750 7.75 3.38 7 593.37 600.378 1.07 0.1556 120.95 0.008268 8.27 3.61 8 592.79 600.799 1.15 0.1664 113.39 0.008819 8.82 3.85 9 592.25 601.2510 1.23 0.1780 106.37 0.009401 9.40 4.10 10 292.03 602.0311 1.31 0.1903 99.90 0.01001 10.01 4.37 11 591.10 602.1012 1.40 0.2033 93.82 0.01066 10.66 4.66 12 590.56 602.5613 1.50 0.2187 88.13 0.01135 11.35 4.96 13 589.98 602.9814 1.60 0.2317 82.85 0.01207 12.07 5.27 14 589.41 603.4115 1.70 0.2472 77.97 0.01283 12.83 5.60 15 588.87 603.8716 1.82 0.2636 73.35 0.01363 13.63 5.96 16 588.31 604.3117 1.94 0.2809 69.09 0.01447 14.47 6.32 17 587.72 604.7218 2.06 0.2992 65.07 0.01537 15.37 6.72 18 587.18 605.1819 2.20 0.3186 61.32 0.01631 16.31 7.13 19 586.59 605.5920 2.33 0.3390 57.81 0.01730 17.30 7.56 20 586.03 606.0321 2.48 0.3606 54.54 0.01834 18.34 8.01 21 585.48 606.4822 2.64 0.3834 51.48 0.01943 19.43 8.48 22 584.89 606.8923 2.83 0.4102 48.60 0.02058 20.58 8.99 23 584.34 607.3424 2.98 0.4327 45.91 0.02178 21.78 9.52 24 583.76 607.7625 3.16 0.4593 43.38 0.02305 23.05 10.07 25 583.20 608.2026 3.36 0.4875 41.02 0.02438 24.38 10.65 26 582.65 608.6527 3.56 0.5171 38.80 0.02577 25.77 11.26 27 582.09 609.0928 3.78 0.5482 36.72 0.02723 27.23 11.90 28 581.45 609.4529 4.00 0.5810 34.76 0.02876 28.76 12.57 29 580.93 609.9330 4.24 0.6154 32.91 0.03038 30.38 13.27 30 580.43 610.4331 4.49 0.6517 31.18 0.03207 32.07 14.01 31 579.87 610.8732 4.75 0.6897 29.56 0.03383 33.83 14.78 32 579.28 611.2833 5.03 0.7297 28.03 0.03568 35.68 15.59 33 578.74 611.7434 5.32 0.7717 26.59 0.03761 37.61 16.43 34 578.15 612.1535 5.62 0.8157 25.23 0.03964 39.64 17.32 35 577.59 612.5936 5.94 0.8619 23.96 0.04174 41.74 18.24 36 576.99 612.9937 6.27 0.9104 22.88 0.04370 43.70 19.09 37 576.45 613.4538 6.63 0.9612 21.62 0.04625 46.25 20.21 38 575.87 613.8739 6.99 1.0144 20.55 0.04866 48.66 21.26 39 575.30 614.3040 7.38 1.0700 19.54 0.05118 51.18 22.36 40 574.70 614.7041 7.78 1.1285 18.58 0.05382 53.82 23.52 41 574.16 615.1642 8.08 1.1723 17.69 0.05653 56.53 24.70 42 573.59 615.5943 8.64 1.2536 16.83 0.05942 59.42 25.97 43 573.08 616.0844 9.10 1.3204 16.03 0.06238 62.38 27.26 44 572.42 616.4245 9.58 1.3903 15.27 0.06549 65.49 28.62 45 571.87 616.8746 10.09 1.4634 14.55 0.06873 68.73 30.03 46 571.27 617.2747 10.62 1.5398 13.88 0.07205 72.05 31.48 47 570.72 617.7248 11.17 1.6196 13.02 0.07680 76.80 33.56 48 570.13 618.1349 11.75 1.7024 12.42 0.08052 80.52 35.18 49 569.59 618.59

Tabla 13.3 - Propiedades del vapor de agua saturado.

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Psicrometra

denso, ya que est a menor presin, y consecuentemente,tendr un volumen especfico mayor que el mostrado enla columna 2 de la tabla 13.1.De acuerdo a la ley de Boyle, sabemos que el volumen deun gas vara inversamente con la presin, si la tempera-tura permanece constante, lo que en este caso es cierto.Vemos que el volumen del aire seco a 15oC es 0.8159m/kg a la presin de 101.3 kPa; as que, su volumen a lapresin de 99.6 kPa ser:

__V__ 101.30.8159 99.6V = 0.8298 m a la presin de 99.6 kPa.

Puesto que hay 100 m de aire en el cuarto, el peso delaire seco en el cuarto es de 120.51 kg (100 0.8298). As,el aire es menos denso a la presin parcial de 99.6 kPaque si no hubiera vapor de agua mezclado con ste.Como vemos en la tabla 13.1, la densidad del aire seco a15oC es 1.2256 kg/m, y la presin de 101.3 kPa; as que,100 m de aire, deberan pesar 122.56 kg (100 x 1.2256).Sin embargo, como ya vimos, los 100 m de aire saturadode humedad, pesan slo 120.51 kg. An sumndole elpeso del vapor de agua (120.51 + 1.283 = 121.793 kg), elaire hmedo es ms ligero que el aire seco.

Aire Saturado (con Humedad)Hasta ahora, hemos supuesto que el vapor de agua en elcuarto est saturado. El cuarto est tambin lleno de aireseco, as que esta condicin se refiere a "aire secosaturado con humedad", o algunas veces solamente a"aire saturado". Ninguno de estos trminos es correcto,porque el aire en s permanece seco, solamente estmezclado con el vapor de agua saturado. Pero estostrminos son convenientes, y pueden usarse, si tenemosen mente la verdadera condicin que representan.Si en nuestro ejemplo hemos supuesto que el aire estsaturado con humedad, no ser difcil suponer tampocoque haya presente un abastecimiento continuo de agua,de tal forma, que el aire pueda estar todo el tiemposaturado, an cuando cambie la temperatura. As pues,imaginemos que en el piso del cuarto hay una grancharola con agua, y que al igual que el aire y el vapor,estn todos a la misma temperatura de 15oC. Supongamosque de alguna manera aplicamos calor suficiente, paraque los tres componentes aumenten su temperatura a21oC, y se mantenga as. Algo del agua se evaporara, yeste vapor, tambin a 21oC, ocupara todo el espacio delcuarto, mezclndose con el vapor ya existente. Todo elvapor de agua ahora se volver ms denso y a ms altapresin; de la tabla 13.3, su presin ser 2.48 kPa y suvolumen especfico ser 54.54 m/kg (en lugar de 77.97que tena a 15oC). El peso del vapor de agua tambinaumenta, siendo ahora de 1.834 kg (100 54.54), o sea,18.34 g/m en lugar de 12.83 que tena a 15oC.Por su parte, el aire por ser un gas altamente sobrecalen-tado, se expande al ser calentado. El volumen especfico

a 21oC, es 0.8329 m/kg a la presin atmosfrica, asque calcularemos su volumen en la mezcla a la nuevapresin, tal como lo hicimos a 15oC.

0.8329 x 101.398.82

As, cuando el aire se calienta de 15 a 21oC, ste seexpande, as que tambin tenemos que suponer que elcuarto no est sellado y algo del aire se escapa.El volumen interno del cuarto es de 100 m, as que si elvolumen especfico del aire ha aumentado de 0.8298 a0.8538 m/kg, algo del aire tiene que escapar, de otramanera se acumulara presin en el cuarto. De aqu,podemos calcular tambin que el peso del aire seco en elcuarto es de 117.12 kg (100 0.8538).De lo anterior, se puede notar que el peso del aire seco enel cuarto, tiene un peso real de casi 64 veces el peso delvapor de agua, an con el vapor saturado; esto es, rete-niendo toda la humedad que puede a esa temperatura.En algunas pocas del ao, el aire atmosfrico contienems humedad que en otras. En realidad, la mximavariacin en el contenido de humedad, nunca pasa dems de unos cuantos gramos por metro cbico, lo que esuna fraccin extremadamente pequea del peso total delaire y humedad en la atmsfera (a menos que estlloviendo).Sin embargo, aunque la cantidad de agua en la atmsferasea muy pequea, como lo es su variacin de unaestacin a otra, es muy importante para el confort de losseres humanos. Una diferencia de tan slo unos cuantosgramos por metro cbico, puede significar la diferenciaentre un placentero confort y un desagradable malestar.Como vimos en nuestro ejemplo, a 15oC haba en elcuarto 12.83 g/m de vapor de agua. A 21oC este aumenthasta 18.34. Los 5.51 gramos aumentados provienen dela charola, para poder mantener el espacio saturado atemperaturas ms altas.Si ahora dejamos de aplicar calor, el aire, el agua y elvapor se enfriarn gradualmente. El aire disminuir suvolumen, as que, algo de aire exterior entrar al cuartopara compensar la diferencia. Supongamos que el aireexterior est perfectamente seco.La densidad del vapor de agua disminuir gradualmente,o como se dice algunas veces, aunque no es lo apropia-do, "el aire perder algo de su capacidad para retenerhumedad". En realidad, el aire nada tiene que ver con eso.La temperatura del espacio es lo que cuenta.Al alcanzar nuevamente la temperatura de 15oC, la den-sidad del vapor ser de 12.83 g/m, los 5.51 g/m restantesse condensarn en agua lquida, y la presin de vaportambin disminuir gradualmente de 2.48 a 1.70 kPa, detal forma, que al llegar a los 15oC, las condiciones habrnregresado exactamente a las mismas antes de aplicarcalor. Es importante hacer la observacin de que en todomomento, durante el calentamiento y nuevamente alenfriar, el vapor de agua estaba en una condicin desaturacin.

=

V = = 0.8538 m/kg

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Psicrometra

Si retiramos la charola de agua y enfriamos el cuarto amenos de 15oC, el vapor saturado se condensa gradual-mente. El agua condensada se acumula en el suelo, peroel vapor de agua que queda, est en una condicin desaturacin, y sus nuevas caractersticas (presin, volu-men, densidad y otras) son las que se encuentran en latabla 13.3.Ahora, si partimos de la temperatura de 15oC, y calenta-mos el cuarto, pero sin un abastecimiento de agua, el aireseco se expande y su volumen aumenta, igual quecuando haba una reserva de agua. Como vemos, el aireseco se expande y se contrae al calentarlo o enfriarlo,haya o no haya agua o vapor de agua presentes en elcuarto.

En cambio, el vapor de agua no se comporta como lo hizoantes, ya que si se calienta arriba de 15oC, como no hayreserva de donde absorber ms vapor, el aumento detemperatura no causa incremento en su densidad comoanteriormente. El aumento de temperatura de 15 a 21oC,sobrecalienta el vapor de agua, y algo muy importante, supresin de vapor permanece la misma no slo a 21oC,sino ms arriba.

Humedad RelativaLa humedad relativa (hr), es un trmino utilizado paraexpresar la cantidad de humedad en una muestra dadade aire, en comparacin con la cantidad de humedad queel aire tendra, estando totalmente saturado y a la mismatemperatura de la muestra. La humedad relativa se expre-sa en porciento, tal como 50%, 75%, 30%, etc.De acuerdo a la ASHRAE, una definicin ms tcnica dela hr, sera la relacin de la fraccin mol del vapor de aguapresente en el aire, con la fraccin mol del vapor de aguapresente en el aire saturado, a la misma temperatura ypresin.Volviendo a nuestro ejemplo, para comprender mejor elsignificado de humedad relativa, decamos que el vaporde agua a 15oC estaba saturado, y a 21oC estaba sobre-calentado. Para conocer la humedad relativa del aire enel cuarto a 21oC, se puede calcular usando los valores dela densidad del vapor de agua saturado (15oC) y la delvapor de agua sobrecalentado (21oC), que en este casosera 0.01834 kg/m (de la tabla 13.3).hr = 0.01283 0.01834 x 100 = 69.95%

Esto significa que en el espacio del cuarto a 21oC, lahumedad es el 69.95% de la que tendra si estuviera encondiciones de saturacin. Este porcentaje es la "hume-dad relativa".El otro mtodo para calcularla, es utilizando los valores dela presin del vapor, en lugar de los de la densidad. Esms preciso y es el que se recomienda utilizar; ya que lapresin de vapor, es la que realmente determina lavelocidad de la evaporacin, y por lo tanto, en elacondicionamiento de aire es lo que directamente afectael confort, la conservacin de alimentos y la mayora delos dems procesos.

La presin del vapor de agua saturado a 21oC, es 2.48kPa, y la del vapor de agua sobrecalentado es de 1.70kPa; ya que su presin de vapor es la misma que tena a15oC, no aument al ser sobrecalentado.La humedad relativa ser:

hr = 1.70 2.48 x 100 = 68.55%Este resultado es algo diferente que el clculo utilizandolas densidades del vapor, pero es ms preciso.La diferencia no afecta en la mayora de los clculos deaire acondicionado.

Humedad AbsolutaEl trmino "humedad bsoluta" (ha), se refiere al peso delvapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad devolumen, generalmente es un espacio de un metro cbico(o un pie cbico). En este espacio, normalmente hay airetambin, aunque no necesariamente. La humedad relati-va est basada en la humedad absoluta, bajo las condi-ciones establecidas; es decir, la humedad relativa es unacomparacin con la humedad absoluta a la mismatemperatura, si el vapor de agua est saturado.Tanto la humedad absoluta, como la relativa, estn basa-das en el peso del vapor de agua en un volumen dado.En nuestro ejemplo, a 15oC la humedad relativa es del100%, ya que el espacio (o el aire, si preferimos llamarloas) est saturado con humedad. Al calentar el aire sinagregarle humedad, su humedad relativa disminuye has-ta que a 21oC, es 68.55%; esto es, el aire retiene solamen-te un 68.55% de la humedad que podra tener a 15oC.Si se contina calentando el aire, la humedad relativa sevuelve an menor, hasta que a 27oC, es de 47.75% (1.70 3.56 x 100), ya que la presin del vapor de agua a 27oCde saturacin, es 3.56 kPa. A 32oC la hr sera 35.79%; a40oC, sera 23.03%, y as sucesivamente. Decimos queel aire est "ms seco", ya que a ms altas temperaturasse incrementa su capacidad de absorber ms y msagua, pero la cantidad real de vapor de agua por metrocbico (su humedad absoluta) no ha cambiado, comotampoco ha cambiado su presin de vapor de 1.70 kPa.Esta habilidad para retener ms agua a ms altastemperaturas, no depende del aire. Se conoce el hechode que las densidades y presiones del vapor de aguasaturado, son mayores a ms altas temperaturas que abajas temperaturas.Para ilustrar an ms esto, volvamos a nuestro ejemplodel cuarto con aire sobrecalentado a 21oC y a una hr de68.55%. Si colocamos dentro del cuarto algn abasteci-miento de agua a cualquier temperatura arriba de 15oC,digamos 27oC; ya sea tela hmeda, frutas, carne, vege-tales, flores, un rociador de agua, etc., la presin de vapordel agua de cualquiera de estos objetos sera 3.56 kPa,correspondientes a la temperatura de saturacin de 27oC.Esta presin es casi el doble de la presin en el cuarto(1.70 kPa), as que el vapor de agua sera obligado a salirde la tela, alimentos, etc., hacia el vapor de agua en elcuarto, por la diferencia de presiones.

AdminResaltado

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Psicrometra

Si deseamos calcular la humedad relativa y el porcentajede saturacin a la temperatura de bulbo seco de 35oC, ya la temperatura de punto de roco de 15oC, usamos losvalores de presin de vapor y los de humedad especficade las tablas 13.3 y 13.5, respectivamente.

hr = 1.70 5.62 x 100 = 30.25%% saturacin = (4.835 16.611) x 100 = 29.10%

Nuevamente, hay una diferencia entre los dos resultados.La humedad relativa est basada en las presiones, lascuales son afectadas por la temperatura y el volumen.El porcentaje de saturacin est basado en el peso, elcual no es afectado por los cambios de temperatura, yste es el ms preciso de los dos.

Punto de RocoEl punto de roco se define como: la temperatura abajo dela cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensar-se. Tambin es el punto de 100% de humedad.La humedad relativa de una muestra de aire, puededeterminarse por su punto de roco. Existen varios mto-dos para determinar la temperatura del punto de roco.Un mtodo para determinar el punto de roco con bastan-te precisin, es colocar un fluido voltil en un recipiente demetal brillante; despus, se agita el fluido con un aspira-dor de aire. Un termmetro colocado dentro del fluidoindicar la temperatura del fluido y del recipiente. Mien-tras se est agitando, debe observarse cuidadosamentela temperatura a la cual aparece una niebla por fuera delrecipiente de metal. Esto indica la temperatura del puntode roco.La niebla por fuera del recipiente, no es otra cosa que lahumedad en el aire, que comienza a condensarse sobreel mismo. No deben emplearse fluidos inflamables oexplosivos para esta prueba.Otro medio para determinar el punto de roco indirecta-mente, es con un instrumento llamado Psicrmetro, elcual se describir ms adelante. Este metodo se basa enlas temperaturas de "bulbo hmedo" y la de "bulbo seco",las cuales tambin se definirn ms adelante.Durante la temporada de invierno, una ventana ofrece unbuen ejemplo del punto de roco. En la tabla 13.4, semuestran las temperaturas de superficie, las cuales cau-sarn condensacin (punto de roco) para varias condi-ciones de humedad. Las temperaturas interiores utiliza-das son 21 y 27oC.Volviendo a nuestro ejemplo del cuarto, y partiendo de lascondiciones a 21oC con el aire sobrecalentado, con unahumedad relativa de 68.55% y en esta ocasin sin abas-tecimiento de agua, si enfriamos el espacio dentro delcuarto, su humedad relativa disminuye gradualmente,pero su presin de vapor permanece igual, hasta que alllegar a 15oC, la humdead relativa ser del 100% y estaren su punto de saturacin. Si tratamos de enfriarlo amenos de 15oC, encontramos que la humedad comienzaa condensarse. La temperatura a la que esto sucede sele llama punto de roco; ya que, en la naturaleza a lahumedad que se condensa se le llama roco.

El agua de la tela o alimentos se evapora hacia el cuarto,y esta evaporacin agregar agua al aire del cuarto,aumentando gradualmente su humedad relativa, as comola presin de vapor de la humedad en el cuarto. Estocontinuar hasta que la hr sea del 100%; en ese momento,la presin de vapor de la humedad en el cuarto, ser de2.48 kPa, correspondiente a la temperatura de 21oC, conel entendido de que an hay suficiente humedad parasaturar el aire.Si entra una persona al cuarto cuando la humedadrelativa es de 68.55%, la humedad de su piel se evaporarhacia el aire del cuarto. La temperatura corporal normalde una persona es de 36.5oC, pero la de la piel es un pocomenor, aproximadamente 35oC. Si la humedad de su pielest a 35oC, su presin de vapor es de 5.62 kPa. Esto esms de tres veces que la presin de vapor en el cuarto a21oC, con una humedad relativa de 68.55%; as que, sumayor presin de vapor, provoca que la humedad de lapiel se evapore rpidamente hacia el aire del cuarto.Cuando se calent el aire, decimos que se "sec".En realidad no se ha secado el aire, ya que no se le quithumedad. Solamente est teniendo a 21oC la mismahumedad que tena a 15oC, pero se le ha incrementado sucapacidad para retener humedad; as que, "relativamen-te" o comparativamente est ms seco.

Humedad EspecficaLa humedad especfica, o tambin llamada contenido dehumedad, es el peso de vapor de agua en gramos porkilogramo de aire seco (o bien, granos por libra).La humedad especfica, se refiere a la cantidad de hume-dad en peso, que se requiere para saturar un kilogramo deaire seco, a una temperatura de saturacin (punto deroco) determinada. En las columnas cuarta y quinta de latabla 13.5, se muestran estos valores en gramos porkilogramo de aire seco (en el sistema internacional), y engranos por libra de aire seco (en el sistema ingls).La humedad especfica es muy similar a la humedadabsoluta, excepto que esta ltima, est basada en gramospor metro cbico, y la humedad especfica, est basadaen gramos de humedad por kilogramo de aire seco.

Porcentaje de SaturacinEl porcentaje de saturacin (o porcentaje de humedad),es un trmino que algunas veces se confunde con lahumedad relativa. El porcentaje de saturacin, es 100veces la relacin del peso de vapor de agua con el pesodel vapor de agua necesario para saturar un kilogramo deaire seco a la temperatura del bulbo seco. Esto se puedeexpresar en una ecuacin:

w1ws

donde:w1 = humedad especfica en el punto de roco de lamezcla de aire seco y vapor de agua.ws = humedad especfica en el punto de saturacin.

porcentaje de saturacin = x 100

Humedad especifica y Porcentaje de saturacion

172

Psicrometra

Si se coloca un bloque de metal o de madera, o decualquier otro material; un trozo de carne, una lata deleche, jugo o cualquier otro lquido; o cualquier cosa quetenga una temperatura menor a los 15oC, digamos 10oC,la humedad en el aire que entre en contacto con eseobjeto fro, se condensar sobre el mismo, como agualquida. Es comn escuchar decir que el objeto estsudado, lo cual es un trmino incorrecto, ya que estaagua viene de la humedad del aire, y no de adentro delobjeto.As que, cualquier objeto a una temperatura menor a ladel punto de roco del aire, condensar algo de agua deese aire. Su tamao y temperatura determinarn qutanta humedad remover del aire. Si es muy grande, enrelacin con la cantidad de aire en el cuarto, puede serque seque todo el aire, hasta un punto de roco corres-pondiente a su temperatura, pero no ms abajo.Cuando se habla de la temperatura de punto de roco delaire, generalmente, se refiere a su temperatura promedio.Si a una pequea porcin de aire se le remueve calor (secalienta o se enfra), el contenido total de humedad y sutemperatura promedio, eventualmente se vern afecta-das, despus que la circulacin del aire lo haya mezcladocompletamente de nuevo.

Humedad por Kilogramo de Aire SecoHasta ahora, para simplificar la explicacin, nos hemosreferido mayormente a la cantidad de vapor de agua pormetro cbico, en un cuarto de 100 m. Sin embargo, siestas mezclas de aire y humedad se calientan, o si seenfran, y si son manejadas por abanicos a travs deductos, sus volmenes variarn ampliamente.En el acondicionamiento de aire se manejan cuartos oedificios de un volumen determinado; as que es necesarioconsiderar las mezclas de aire y humedad, pero general-mente, es ms simple determinar a partir de dichosvolmenes, los kilogramos de aire y vapor de agua que semanejarn. De all en adelante, se sacarn los clculossobre la base de dichos kilogramos de aire manejados,enfriados o calentados.En la tabla 13.5, se muestran las propiedades de lasmezclas de aire seco y vapor de agua saturado, en unrango amplio de temperaturas. Estos valores estn basa-dos en un kilogramo de aire seco saturado con humedad,a una presin total de 101.3 kPa (presin atmosfrica).La primer columna corresponde, nuevamente, a la tem-peratura de saturacin en grados centgrados. Lascolumnas 2 y 3 corresponden al volumen especifico enm/kg y a la densidad en kg/m, respectivamente, de lamezcla de aire seco y humedad.La columna 4, muestra la cantidad de humedad por pesoen gramos, que se necesita para saturar (100% de hr) elespacio ocupado por un kilogramo de aire seco, a latemperatura de la columna 1. La columna 5 es similar,pero en unidades del sistema ingls, es decir, granos dehumedad requeridos para saturar el espacio ocupado poruna libra de aire seco a la temperatura de la columna 1.

HUMEDADRELATIVADEL AIRE

%

TEMPERATURA DE BULBOSECO DE LA SUPERFICIE

CUANDO SE INICIA LACONDENSACION

TEMP. DEL AIRE DELCUARTO

21C 27C100 21 2790 19 2580 18 2370 15 2060 13 1850 10 1540 7 1230 3 8

Tabla 13.4 - Temperaturas de superficie a las que habr conden-sacin.

Si continuamos enfriando el aire por abajo de su puntode roco, la humedad continuar condensndose y lapresin de vapor se reducir tambin, de acuerdo a losvalores de la segunda columna en la tabla 13.3,correspondiente a cada temperatura.A 10oC, el vapor sigue siendo saturado con una humedadrelativa = 100%, pero su volumen especfico es ahora106.37 m/kg, su densidad de 0.0094 kg/m y su humedadabsoluta de 9.4 g/m. Es decir, al bajar de 15 a 10oC,perdi 3.43 g/m de humedad, lo que significa un 26.7%(3.43 12.83 x 100), pero sigue siendo un vapor saturadoy su humedad relativa es del 100%.Al enfriar este aire de 15 a 10oC, algo del vapor de aguase condensa, separndose de la mezcla de aire y vapor.En realidad, de alguna manera se ha secado el aire; sinembargo, como el aire a 10oC sigue siendo saturado, y suhumedad relativa es de 100%, aunque en realidad, sehaya secado casi un 27%, no puede absorber mshumedad, a menos que se caliente arriba de 10oC yreduzca as su humedad relativa. Relativamente hablan-do, en cuanto a su habilidad para absorber humedad, elaire a 10oC no est ms seco que lo que estaba a 15oC,aunque tenga casi una tercera parte menos de humedadque a 15oC, ya que a ambas temperaturas sigue estandosaturado.As que, arriba del punto de roco, la humedad relativasiempre es menor al 100%. Se puede calentar para querelativamente este ms seco, o enfriarse, para que rela-tivamente est ms hmedo; pero mientras se mantengaarriba del punto de roco, con enfriarlo o calentarlo, ni sele quita ni se le agrega nada.No se remueve humedad del aire, a menos que se enfrepor abajo del punto de roco. Lo anterior es cierto, peroslo cuando se refiere al volumen completo del aire.Se puede remover humedad si una parte de ese volumende aire, entra en contacto con un objeto ms fro que elpunto de roco, que en este ejemplo es de 15oC.

AdminResaltado

173

Psicrometra

Tabla 13.5Propiedades demezclas de aireseco y vapor deagua saturado,

a la presinatmosfrica

(101.3 kPa).

TEMP.C

VolumenEspecfico

m/kg

Densidad

kg/m

Contenido de Humedad Entalpa (cont. de calor)kcal/kgg/kg granos/lb aire seco(sensible)

humedad(latente) Total

-10 0.7472 1.3383 0.725 11.19 1.8778 0.9613 2.8391-9 0.7501 1.3332 0.793 12.24 2.1179 1.0512 3.1691-8 0.7515 1.3307 0.841 12.98 2.3580 1.1467 3.5047-7 0.7561 1.3226 0.945 14.58 2.5980 1.2522 3.8502-6 0.7595 1.3167 1.026 15.83 2.8391 1.3623 4.2014-5 0.7628 1.3110 1.124 17.35 3.0835 1.4835 4.5670-4 0.7656 1.3062 1.224 18.89 3.3235 1.6124 4.9359-3 0.7690 1.3004 1.333 20.57 3.5636 1.7556 5.3192-2 0.7720 1.2953 1.450 22.38 3.8035 1.9102 5.7137-1 0.7751 1.2902 1.577 24.34 4.0447 2.0757 6.12040 0.7785 1.2845 1.716 26.48 4.2892 2.2557 6.54491 0.7812 1.2801 1.845 28.47 4.5292 2.4246 6.95382 0.7846 1.2745 1.983 30.60 4.7692 2.4879 7.25713 0.7880 1.2690 2.13 32.87 5.0148 2.7890 7.80384 0.7913 1.2637 2.287 35.29 5.2548 2.9957 8.25055 0.7947 1.2583 2.454 37.87 5.4948 3.2113 8.70616 0.7981 1.253 2.632 40.62 5.7404 3.4402 9.18067 0.8014 1.2478 2.823 43.56 5.9804 3.6832 9.66398 0.8048 1.2425 3.024 46.67 6.2204 3.9436 10.16409 0.8082 1.2373 3.239 49.98 6.4615 4.2203 10.6818

10 0.8116 1.2321 3.467 53.50 6.7060 4.5114 11.217411 0.8154 1.2264 3.708 57.22 6.9460 5.1414 12.087412 0.8189 1.2212 3.967 61.22 7.1860 5.1581 12.344113 0.8250 1.2121 4.237 65.38 7.3983 5.5359 12.934214 0.8263 1.2102 4.529 69.89 7.6716 5.8715 13.543115 0.8303 1.2044 4.835 74.61 7.9116 6.2671 14.178716 0.8336 1.1996 5.161 79.64 8.1183 6.7204 14.838717 0.8376 1.1939 5.408 83.45 8.3972 7.1260 15.523218 0.8416 1.1882 5.873 90.63 8.6372 7.5961 16.233319 0.8458 1.1823 6.260 96.60 8.8772 8.0917 16.968920 0.8496 1.1770 6.672 102.96 9.1228 8.6117 17.734521 0.8541 1.1708 7.109 109.71 9.3628 9.1662 18.529022 0.8583 1.1651 7.438 114.78 9.6028 9.7507 19.353523 0.8625 1.1594 8.055 124.30 9.8484 10.3651 20.213524 0.8670 1.1534 8.573 132.30 10.0706 11.0385 21.109125 0.8715 1.1474 9.117 140.69 10.3284 11.7119 22.040326 0.8765 1.1409 9.696 149.63 10.5740 12.4453 23.019327 0.8811 1.1349 10.306 159.04 10.7640 13.2698 24.033828 0.8858 1.1289 10.949 168.96 11.0540 14.0320 25.086029 0.8908 1.1226 11.632 179.50 11.2996 14.8887 26.188330 0.8958 1.1163 12.351 190.60 11.5396 15.7955 27.335131 0.9014 1.1094 13.114 202.38 11.7796 16.7589 28.538532 0.9071 1.1024 13.919 214.80 12.0252 17.7657 29.791933 0.9127 1.0957 14.768 227.90 12.2652 18.8346 31.099834 0.9183 1.0890 15.662 241.70 12.5052 19.9591 32.464335 0.9239 1.0824 16.611 256.34 12.7564 21.1402 33.896636 0.9302 1.0750 17.613 271.80 12.9908 22.3981 35.388937 0.9364 1.0679 18.669 288.10 13.2308 23.7216 36.952438 0.9429 1.0606 19.783 305.29 13.4764 25.1165 38.592539 0.9496 1.0531 20.961 323.47 13.7164 26.5828 40.299240 0.9570 1.0449 22.204 342.65 13.9620 28.1351 42.097141 0.9643 1.0370 23.524 363.02 14.2020 29.7730 43.975042 0.9715 1.0293 24.912 384.44 14.4020 31.5032 45.945243 0.9802 1.0202 26.381 407.11 14.6820 33.3311 48.013144 0.9872 1.0130 27.846 429.72 14.9276 35.2467 50.174345 0.9957 1.0043 29.575 456.40 15.1676 37.2802 52.447846 1.0040 0.9960 31.289 482.85 15.4132 39.3870 54.800247 1.0131 0.9871 33.122 511.14 15.6532 41.6927 57.345948 1.0227 0.9778 35.063 541.09 15.8955 44.0783 59.973849 1.0323 0.9687 36.901 569.46 16.1400 46.5840 62.7240

174

Psicrometra

Estos valores corresponden a la humedad especfica.Es muy similar a la humedad absoluta, excepto que,como ya mencionamos, la humedad absoluta estbasada en gramos de humedad por metro cbico,mientras que la humedad especfica, est basada engramos de humedad por kilogramos de aire seco.Las columnas 6, 7 y 8, corresponden a la entalpa ocontenido de calor de la mezcla en kcal/kg de mezcla (airey humedad), en fase lquida (sensible), al pasar de faselquida a vapor o viceversa (latente), y el contenido totalde ambas (sensible ms latente).Si un kilogramo de aire seco, tiene tanta humedad comose muestra en las columnas 4 y 5, est saturado conhumedad, por lo tanto, el espacio que ocupa tiene unahumedad relativa de 100%. Si slo tiene la mitad dehumedad mezclada con el kilogramo de aire seco, se diceque tiene un porcentaje de humedad del 50%. Si tiene unacuarta parte, su porcentaje de humedad es del 25%, y assucesivamente.Si el aire est saturado, esto es, que tiene toda lahumedad que puede retener a esa temperatura, entoncessu porcentaje de humedad y su humedad relativa sernlas mismas, 100%.Si el aire no est saturado, tanto el porcentaje de humedadcomo la humedad relativa sern menores de 100%, peropueden no ser iguales, ya que la humedad relativa alcambiar el volumen del aire, el porcentaje de humedadpermanece igual, mientras se trate de la misma cantidadde aire y agua por peso. Sin embargo, el porcentaje dehumedad de la mezcla de aire y humedad, aproximada-mente es la misma que su humedad relativa, la diferenciaes muy pequea. Veamos un ejemplo:Habamos visto que un metro cbico de espacio saturadoa 15oC pero calentado a 21oC, tiene una hr de 68.5% (1.70 2.48 x 100) de la tabla 13.3, la cual se basa en humedadpor metro cbico.De la tabla 13.5, la cual sebasa en humedad por kilogra-mo de aire seco, vemos que a 15oC de saturacin, unkilogramo de aire seco tiene 4.835 gramos mezclados ens, a 21oC de saturacin tendra 7.109 gramos de humedad.Sin embargo, si un kilogramo de aire saturado a 15oC secalienta hasta 21oC, seguir teniendo 4.835 gramos dehumedad mezcladas. Puesto que 21oC podra tener 7.109gramos, su porcentaje de humedad es 68.0% (4.835 7.109 x 100).As pues, su hr es 68.5%, pero su porcentaje de humedades 68.0%. Desde luego, su punto de roco sigue siendo15oC, ya que es la temperatura a la que la humedad delaire comienza a condensarse.Si cambia el volumen de la mezcla de aire y humedad(aire seco parcialmente saturado con humedad), la hrcambiar, puesto que est basada en la cantidad dehumedad por metro cbico. Pero el porcentaje de humedadno est basado en el volumen, est basado en el peso (lacantidad de humedad mezclada con un kilogramo de aireseco). Por lo tanto, el aire puede ser manejado y cambiar

su volumen, pero mientras la cantidad real de aire yhumedad por peso permanezca igual, su porcentaje dehumedad tambin permanece la misma, suponiendo,desde luego, que no cambia la temperatura.

Entalpa de las Mezclas de Aire y Vapor deAguaHasta ahora, hemos estado tratando con cantidades ypresiones de aire y vapor de agua, a diferentes tempera-turas. Se han mencionado los efectos de aumentar ydisminuir la temperatura, para lo cual hay que agregar oquitar calor.Ahora debemos ver cunto calor hay que agregar o quitar,para efectuar los cambios que hemos estado estudiando.De la misma manera que es necesario saber cuntahumedad y aire hay en las diferentes mezclas, tambin esnecesario conocer cunto calentamiento o enfriamientose requiere, para hacer cambios en la condicin de lasmezclas de aire y humedad. Esto es tan cierto para lastemperaturas en refrigeracin (conservacin y congela-cin), como lo es para las temperaturas del aire acondi-cionado para el confort humano.Si tuviramos que considerar solamente calentar y enfriarel aire en las mezclas, la cantidad de calor agregado oremovido, sera comparativamente simple. Solo tendra-mos que agregar o quitar calor sensible del aire, el cuales aproximadamente 0.24 kcal/kg oC, segn se muestraen la columna 4 de la figura 13.1 para el aire seco. Puestoque el calor sensible en la mezcla proviene casi totalmen-te del aire, el contenido de calor por kilogramo de aireseco, como se muestra en la columna 4 de la tabla 13.1,es el mismo que el calor sensible de la mezcla, como semuestra en la columna 6 de la tabla 13.5.Es el contenido de humedad el que complica el problema.Esto no sera tan dificil si la humedad permanecierasiempre como vapor, ya que siempre estaramos tratandocon el calor sensible del vapor, el cual es aproximada-mente 0.45 kcal/kg oC (de la humedad, no de la mezcla).En la mayora de las aplicaciones donde el aire y lahumedad tengan que calentarse o enfriarse, algo delvapor de agua se vuelve lquido (condensado), o el agualquida se evapora. Cuando un kilogramo de vapor deagua se condensa, libera aproximadamente 539 kcal,mismas que debe absorber el equipo de enfriamiento.Cuando se evapora un kilogramo de agua, deben agre-garse aproximadamente 539 kcal, las cuales deben sersuministradas por el equipo de calefaccin.Esto se llama calor latente y la carga de este calorpuede ser muy grande, algunas veces ms grande que lacarga completa de calor sensible, requerida para cambiarla temperatura del aire y humedad en unos 28 o 35gramos. Por otra parte, la carga latente no incluyecambio de temperatura, slo un cambio en el contenidode vapor a lquido.En la columna 7 de la tabla 13.3, se muestran loscontenidos de calor latente del vapor de agua, a tempe-raturas desde 0oC hasta 45oC. Estos valores son la

Humedad Especifica y humedad absoluta

175

Psicrometra

cantidad de calor en kilocaloras, que se requieren paracambiar un kilogramo de agua de lquido a vapor a lamisma temperatura. Deber notarse que este valor nosiempre es el mismo; ya que se requiere menos calor paraevaporar un kilogramo de agua a 15oC (588.87 kcal), queun kilogramo de agua a 0oC (597.66 kcal). A ms altastemperaturas, el calor latente sigue siendo menor, hastaque a 100oC es 539 kcal/kg, cantidad que se considerageneralmente como calor latente de evaporacin delagua.La columna 8 es el calor total, y es la suma del calorsensible ms el calor latente. Por lo tanto, a 15oC, el calortotal es 603.87 kcal/kg (15+588.87). Como el nombreimplica, el calor total es la cantidad total de calor en elvapor de agua saturado. As, si calentamos un kilogramode agua de 0oC a 15oC, y luego se evapora a 15oC, debenagregarse 603.87 kcal.La misma cantidad de calor deber removerse, al enfriarun kilogramo de vapor de agua saturado, de 15 a 0oC yluego condensarlo a 0oC.El contenido de calor (o entalpa), como se muestra en latabla 13.3, est basado en un kilogramo de vapor de aguapor peso. Tal como se mencion anteriormente, es msconveniente tratar con el aire saturado sobre la base delpeso, de tal manera que los valores de la tabla 13.5, seanmanejados como mezclas de aire y vapor de agua consis-tentes, de un kilogramo de aire saturado con vapor deagua. El contenido de calor sensible, como se muestra enla columna 6 de la tabla 13.5, es el calor sensible de unkilogramo de aire.Sin embargo, un kilogramo de aire contiene solamenteuna pequea fraccin de agua. Como se muestra en lascolumnas 4 y 5 de la misma tabla, a 15oC hay solamente4.835 gramos de humedad en un kilogramo de aire seco,an cuando est saturado. Por lo tanto, el calor latentede esta humedad, es sola-mente de 6.2671 kcal. Elcalor sensible del aire secoa 15oC, es 7.91 kcal, y elcalor latente del vapor deagua que contiene es 6.27kcal, as que, el calor totaldel kilogramo de airesaturado a 15oC es 14.18kcal (7.91 + 6.27).Existe otra pequea fuentede calor en la mezcla: elcalor sensible del vapor deagua. Sin embargo, an enel punto de saturacin, lacantidad de vapor de aguaen peso es muy pequea(aproximadamente 1% a15oC), as que su calor sen-

sible normalmente se desprecia. En instalaciones muygrandes o en aplicaciones especiales, puede ser sufi-ciente que tenga que ser considerado, pero en laprctica comn, el calor total incluye solamente el calorsensible del aire y el calor latente de la humedad.Si esta mezcla la calentamos hasta 21oC, seguirconteniendo 4.835 gramos de humedad y su porcentajede humedad sera 68.0% ya que a 21oC debera contener7.109 gramos de humedad en el punto de saturacin(4.835 7.109 x 100). Pero an se necesitan 9.166 kcalpara calentar al aire a 21oC, pero como slo contiene4.835 gramos de humedad, el calor latente ser 6.27 kcal,el mismo que a 15oC.As que, para encontrar el contenido de calor total de unkilogramo de aire seco parcialmente saturado con hume-dad, sumamos el calor sensible del aire (de la columna 6,tabla 13.5) a la temperatura del aire, ms el calor latenteen su punto de roco (9.3628+6.2671=15.6299 kcal).Otra manera de encontrar el calor total, es sumando elcalor sensible del aire a esta temperatura, ms el calorlatente del aire multiplicado por el porcentaje de hume-dad: (9.3628) + (0.68 x 9.1662) = 15.5958 kcal.Para poder resolver problemas de mezclas de aire yhumedad, las Tablas Psicromtricas como las de lastablas 13.1, 13.3 y 13.5, nos proporcionan todos los datosque necesitamos, de tal manera que si tenemos:1. El volumen del espacio del cual podamos calcular el

nmero de kilogramo de aire seco.2. La temperatura de la mezcla de aire y agua.3. La temperatura del punto de roco.En algunos lugares, particularmente a grandes alturas,tambin puede ser necesario utilizar un barmetro parahacer los ajustes necesarios a las bajas presiones, comose muestra en la tabla 13.6.

ALTURASOBRE ELNIVEL DEL

MAR(m)

P R E S I O N ALTURASOBRE ELNIVEL DEL

MAR(m)

P R E S I O N

ABSOLUTA BARO-METRICA

mm Hg

ABSOLUTA BARO-METRICA

mm HgkPa psia kPa psia-300 105.21 15.26 789 2,100 78.55 11.393 589-150 103.21 14.97 774 2,250 77.06 11.176 578

nivel del mar 101.325 14.696 760 2,400 75.63 10.970 567150 99.49 14.430 746 2,550 74.21 10.763 557300 97.65 14.163 732 2,700 72.85 10.566 546450 96.03 13.928 720 2,850 71.49 10.370 536600 94.33 13.682 708 3,000 70.20 10.182 527750 92.60 13.430 695 3,200 68.45 9.928 513900 90.97 13.194 682 3,400 67.06 9.726 503

1,050 89.34 12.958 670 3,600 65.05 9.434 4881,200 97.71 12.722 658 3,800 63.53 9.214 4771,350 86.15 12.495 646 4,000 62.12 9.010 4661,500 84.52 12.259 634 4,500 57.82 8.391 4341,650 83.03 12.042 623 5,000 54.52 7.908 4091,800 81.54 11.826 612 5,500 53.02 7.689 3981,950 79.98 11.600 600 6,000 48.62 7.052 365

Tabla 13.6 - Presin atmosfrica a diferentes altitudes.

176

Psicrometra

El volumen del espacio puede sacarse midindolo.A ste se le agregar el aire fresco requerido paraventilacin. La temperatura puede tomarse con un term-metro ordinario pero preciso.

Termmetro de Bulbo SecoEl confort humano y la salud, dependen grandemente dela temperatura del aire. En el acondicionamiento de aire,la temperatura del aire indicada es normalmente la tem-peratura de bulbo seco (bs), tomada con el elementosensor del termmetro en una condicin seca.Es la temperatura medida por termmetros ordinarios encasa.

Hasta este punto, todas las temperaturas a que noshemos referido han sido temperaturas de bulbo seco, talcomo se leen en un termmetro ordinario, excepto dondenos hemos referido especficamente a la temperatura delpunto de roco.

Termmetro de Bulbo HmedoBsicamente, un termmetro de bulbo hmedo no esdiferente de un termmetro ordinario, excepto que tieneuna pequea mecha o pedazo de tela alrededor del bulbo.Si esta mecha se humedece con agua limpia, la evapora-cin de esta agua disminuir la lectura (temperatura) deltermmetro. Esta temperatura se conoce como de bulbohmedo (bh). Si el aire estuviese saturado con humedad(100% hr), la lectura de la temperatura en el termmetrode bulbo hmedo, sera la misma que la del termmetrode bulbo seco. Sin embargo, la hr normalmente es menorde 100% y el aire est parcialmente seco, por lo que algode la humedad de la mecha se evapora hacia el aire. Estaevaporacin de la humedad de la mecha, provoca que lamecha y el bulbo del termmetro se enfren, provocandouna temperatura ms baja que la del bulbo seco.Mientras ms seco est el aire, ms rpida ser laevaporacin de la humedad de la mecha. As que, lalectura de la temperatura del bulbo hmedo, vara deacuerdo a qu tan seco est el aire.La precisin de la lectura del bulbo hmedo, depende dequ tan rpido pase el aire sobre el bulbo. Las velocida-des hasta de 1,500 m/min (90 km/hr), son mejores peropeligrosas, si el termmetro se mueve a esta velocidad.Tambin, el bulbo hmedo deber protegerse de super-ficies que radien calor (sol, radiadores, calentadoreselctricos, calderas, etc.). Se pueden tener errores hastadel 15% si el movimiento de aire es muy lento, o si haymucha radiacin presente.Cuando la hr es de 100% (saturacin), las temperaturasde bulbo seco, bulbo hmedo y del punto de roco sontodas la misma. Abajo de 100% de hr, la temperatura delbulbo hmedo es siempre algo menor que la del bulboseco y mayor que el punto de roco.En la figura 13.7, se ilustran los termmetros de bulboseco y bulbo hmedo. "A" representa la temperatura debulbo seco, "B" la temperatura de bulbo hmedo y "C" la

mecha que envuelve al bulbo hmedo. Ntese que latemperatura mostrada en el termmetro de bulbo hmedo,es considerablemente menor que la del termmetro debulbo seco.Tambin, la temperatura de bulbo hmedo vara deacuerdo a la temperatura del cuarto; as que, es afectadatanto por el calor sensible del aire en el cuarto, como porel calor latente de la humedad del aire. Por lo tanto, latemperatura de bulbo hmedo, es una indicacin del calortotal en el aire y la humedad.

PsicrmetroPara asegurarse que la temperatura del bulbo hmedoregistrada sea precisa, el flujo de aire sobre el bulbohmedo debe ser bastante rpido. El dispositivo disea-do para girar un par de termmetros, uno de bulbo secoy otro de bulbo hmedo, se conoce como psicrmetro deonda. El instrumento consiste de dos termmetros, el debulbo seco y el de bulbo hmedo. Para operarlo, la mechase satura sobre el bulbo hmedo con agua limpia, o depreferencia, con agua destilada y se gira.Para tomar las lecturas con el psicrmetro de onda, serecomiendan los siguientes pasos:1. Sumerja la mecha sobre el bulbo hmedo en el agua.

Slo una vez por cada determinacin de la hr, peronunca entre una lectura y otra. La evaporacin progre-siva de la humedad en la mecha, hasta que alcanza elequilibrio con la humedad en el aire, es el factor quedetermina la lectura de bulbo hmedo.

2. Gire el psicrmetro durante 30 segundos. Rpidamen-te tome las lecturas, primero en el termmetro debulbo hmedo y luego en el de bulbo seco y antelas.Gire de nuevo el psicrmetro, tomando lecturas aintervalos de 30 segundos durante cinco lecturassucesivas, y anote las temperaturas en cada ocasin,o hasta que se haya obtenido la lectura ms baja yque la ultima lectura revele una nivelacin o curva deretorno. (Dos o ms lecturas sucesivas casi idnticas).

Tabla 13.7 - Termmetros de bulbo seco y bulbo hmedo

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3. Utilice las tablas o la carta psicromtrica para obtenerla hr. Normalmente, los psicrmetros de onda vienenacompaados de una regla deslizable con las dosescalas de temperaturas (bulbo hmedo y bulbo seco)y su hr correspondiente.

Existen otros tipos de psicrmetros que se utilizan en loslugares donde es difcil girar el psicrmetro de onda, porlo estrecho del pasadizo, etc. Uno de ellos es el psicrme-tro de aspiracin. Con este instrumento, la muestra deaire es soplada sobre los bulbos de los termmetros, pormedio de una seccin creada por una bomba de airemanual.Otro modelo de psicrmetro de aspiracin, en lugar debomba de aire manual, utiliza un pequeo ventiladoroperado por un motorcito de bateras, con lo cual seimpulsa el aire, forzndolo a pasar sobre los bulbos de lostermmetros.En la prctica, cualquier temperatura que se mencione,se supone que es la temperatura de bulbo seco, a menosque se refiera especficamente como la temperatura debulbo hmedo (bh).En prrafos anteriores, se estableci que la temperaturadel punto de roco poda sacarse indirectamente de latemperatura de bulbo seco. Por ejemplo, en un cuarto conuna temperatura de bulbo seco de 21oC, si utilizamos elpsicrmetro de onda y obtenemos una temperatura debulbo hmedo de 17.5oC, en la columna 8 de la tabla 13.5,el contenido de calor total es aproximadamente de 15.88kcal/kg (promedio entre 16.23 y 15.52). Puesto que latemperatura de bulbo hmedo es la indicacin de laentalpa total del aire y la humedad, entonces, en esteejemplo, la entalpa total del aire y la humedad a unatemperatura de bulbo seco de 21oC, y de bulbo hmedode 17.5oC, es de 15.88 kcal/kg.Los valores de esta tabla se basan en un kilogramo deaire, y en la columna 6, encontramos que el calor sensiblede este kilogramo de aire seco a 21oC es de 9.363 kcal.Esto deja 6.517 kcal (15.88 - 9.363) como el calor latentede la humedad mezclada con un kilogramo de aire seco.Si seguimos por la columna 7 hacia arriba, encontramosque este valor de calor latente de 6.517, corresponde auna temperatura de 15.6oC.El calor latente depende de la cantidad de humedad en lamezcla, y la cantidad de humedad depende de la tempe-ratura del punto de roco de la mezcla; as que, 15.6oC esel punto de roco de esta mezcla, cuyo calor latente es6.517 kcal/kg de aire seco parcialmente saturado conhumedad.As pues, encontrando las temperaturas de bulbo secoy bulbo hmedo con un psicrmetro, podemos determinarla temperatura del punto de roco. Conocer esta tempe-ratura, nos permite determinar la humedad especfica ola relativa, ya que la humedad especfica se saca a partirde las presiones de vapor, a las temperaturas de bulboseco y del punto de roco (columna 2 de la tabla 13.3),y el porcentaje de humedad, se saca de los gramos dehumedad por kilogramos de aire seco (columna 4 de la

tabla 13.5), a las temperaturas de bulbo seco y del puntode roco.Adems, los dems valores de las tablas psicromtricas(tablas 13.1, 13.3 y 13.5) tambin pueden sacarse, cono-ciendo las temperaturas de bulbo seco, bulbo hmedo ypunto de roco.

Indicativos de Baja HumedadEl principal indicativo de la baja humedad atmosfrica, esel incremento en la cantidad de energa electrostticanotable. Cuando uno anda en movimiento de aqu paraall, y toca a otra persona o algn objeto metlico aterri-zado, salta una chispa de la mano o los dedos hacia lapersona u objeto. Otros indicativos, son que el cabellohumano tiende a ser menos manejable; las uniones de losmuebles se contraen y se aflojan; los trabajos de maderacomo puertas, pisos, etc., se agrietan; la superficie de lapiel se reseca y las membranas de la nariz tienden aresecarse tambin. Para sentirse ms confortables, ge-neralmente es necesario elevar la temperatura ambiente(bs) arriba de la normal.

Medicin de la HumedadEn la seccin anterior, se explic cmo medir la humedadusando los termmetros de bulbo seco y de bulbo hme-do. Esto implica el uso de las tablas o de la cartapsicromtrica.Se han desarrollado instrumentos, los cuales dan unalectura directa de la humedad relativa. La operacin deestos instrumentos se basa en la propiedad de algunosmateriales para absorber humedad y luego cambiar suforma o tamao, dependiendo de la humedad relativa dela atmsfera. Se pueden utilizar materiales, tales comocabello humano, madera y algunas otras fibras. Los mscomunes son los de tipo colgables en la pared, con unacartula graduada y una aguja que indica la hr en %.Tambin es posible medir la hr electrnicamente. Esto sehace utilizando una sustancia, en la cual, la conductividadelctrica cambia con el contenido de humedad. Cuandoel instrumento est en operacin, el elemento sensor secoloca en el espacio donde se va a medir la humedad.Este elemento sensor puede ser una sonda conectadamediante un cable al instrumento, o en instrumentosporttiles, viene integrado a los mismos. Estos instrumen-tos tienen una pantalla digital, donde se puede indicar,adems, las temperaturas de bulbo seco y del punto deroco.Algunas veces, se requiere una lectura continua en unespacio controlado. Aqu, se utiliza un instrumentoregistrador que indica la humedad y la temperatura. Loshay para 24 horas o para siete das en grficas de papelcirculares, o en grficas cilndricas de papel rgido.

Controles de HumedadLos controles de humedad, se utilizan para mantener lahr de los cuartos con aire acondicionado, en un nivel

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Como se puede apreciar en la ilustracin, el mecanismoconsta de un elemento higroscpico, que generalmenteson cabellos humanos, un tornillo de ajuste y un interrup-tor elctrico de doble accin. La tensin del elementohigroscpico se ajusta a la humedad deseada, medianteel tornillo de ajuste.Este elemento es muy sensible a loscambios de humedad. En el ciclo decalefaccin, si disminuye la humedadrelativa del aire, el elemento se con-trae y cierra el contacto que acciona alhumidificador. Cuando la hr regresa asu nivel apropiado, el elemento regre-sa a su posicin normal y desconectael humidificador.En el ciclo de enfriamiento, si lahumedad aumenta arriba del nivelfijado, el elemento aumenta su longi-tud y se cierra el contacto deldeshumidificador. Cuando la hr vuel-ve al nivel apropiado, el elemento secontrae y desconecta eldeshumidificador.

En cuartos de computadoras y otras instalaciones,donde se requiera un control estricto de la humedad, seutilizan los termohumidgrafos (registradores de tempe-ratura y humedad), los cuales se equipan con alarmasque alertarn a las personas de servicio, en caso de quela temperatura o la humedad falle o deje de permaneceren el nivel apropiado.

Por qu Humidificar?En cualquier casa o edificio donde prevalezca la cale-faccin en invierno, y que no haya humidificacin, selleva a cabo una reduccin substancial de la hr.Como ya sabemos, mientras ms caliente est el aire,puede retener ms humedad. El aire en un hogar calen-tado a 21oC, puede tener aproximadamente 7.1 gramosde humedad por cada kilogramo de aire seco. Esto es,100% de humedad relativa. Si solamente hubiese 1.77gramos/kg en el hogar, esto es, una cuarta parte de lacapacidad del aire para retener humedad, la hr seratambin la cuarta parte o 25%. El aire podra retener hastacuatro veces esa cantidad de agua.Este fenmeno es muy importante, y es lo que sucede alaire cuando se calienta. En la figura 13.9, se muestra unatabla de conversin de la humedad relativa interior-exterior, que nos ilustra cmo disminuye la hr al calentarel aire dentro de una casa o un edificio, a aproximadamen-te 22oC, en base a la temperatura y hr del exterior.Para usar esta tabla, primero se determinan la humedadrelativa y la temperatura exteriores, mediante un psicr-metro o con las tablas psicromtricas. Teniendo esosdos valores, se localiza la hr exterior en el lado izquierdode la tabla y la temperatura exterior en la escala inferior.La interseccin indica la hr interior cuando el aire exteriorse calienta dentro del cuarto a 22oC. Por ejemplo, si lahumedad relativa y la temperatura exteriores son de 70%y -4oC, respectivamente, la humedad relativa interior,ser de 12%.

satisfactorio. Estos controles determinan el estadohigromtrico del aire, por lo que tambin se les llamahigrmetros.Los controles de humedad operan durante la temporadade calefaccin en invierno, agregando humedad al aire,para mantener la humedad aproximadamente constante.Estos controles operan en el verano para remover hume-dad del aire. Para esto, el control de humedad, general-mente opera un desviador (bypass) de aire para variar elflujo de ste sobre los evaporadores. Estos controles,por lo general, operan elctricamente para regularvlvulas solenoides. El elemento de control puede seruna fibra sinttica o cabello humano, los cuales sonsensibles a la cantidad de humedad en el aire. En lafigura 13.8, se muestran los principios de construccinde uno de estos dispositivos de control de humedad.

Tabla 13.8 - Diagrama esquemtico de un control de humedadrelativa.

HUMEDADRELATIVAEXTERIOR

(%)

100 2 3 4 6 7 9 11 14 17 21 26 31 38 4695 2 3 4 5 7 8 10 13 16 20 24 30 36 4490 2 2 4 5 6 8 10 12 15 19 23 28 34 4185 2 2 4 5 6 8 9 12 15 18 22 27 32 3980 2 2 4 5 6 7 9 11 14 17 20 25 30 3775 2 2 3 4 5 7 8 10 13 16 19 23 28 3670 1 2 3 4 5 6 8 10 12 15 18 22 26 3265 1 2 3 4 5 6 7 8 11 14 17 20 25 3060 1 2 3 3 4 5 7 8 10 13 15 19 23 2855 1 1 2 3 4 5 6 8 9 12 14 17 21 2550 1 1 2 3 4 4 6 7 9 10 13 16 19 2345 1 1 2 3 3 4 5 6 8 9 12 14 17 2140 1 1 2 2 3 4 4 6 7 8 10 12 15 1835 1 1 2 2 3 3 4 5 6 7 9 11 13 1630 1 1 2 2 2 3 3 4 5 6 8 9 11 1425 1 1 1 1 2 2 3 3 4 5 6 8 10 1220 -- 1 1 1 1 2 2 3 3 4 5 6 8 1015 -- -- 1 1 1 1 2 2 3 3 4 5 6 710 -- -- -- 1 1 1 1 1 2 2 3 3 4 55 -- -- -- -- -- -- 1 1 1 1 1 1 2 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

-35 -25 -20 -18 -15 -12 -10 -7 -4 -1 2 4 7 10TEMPERATURA EXTERIOR (C)

Tabla 13.9 - Tabla de conversin de humedad relativa exterior - interior.

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Para superar esto, se agrega humedad artificialmentepara que haya disponible ms humedad para ese aireseco, y aprovechar esa habilidad mayor de retencin dehumedad. Se humidifica porque hay beneficios que sontan importantes, como el calentar para un confort ybienestar interior durante el invierno. Estos beneficios,pueden agruparse en tres clasificaciones generales:1. Confort2. Conservacin3. Salud1. Confort.- Cuando uno sale de la regadera en un baocerrado, generalmente se siente tibio y hmedo. Proba-blemente la temperatura est en el rango de 21oC a 22oC,con una hr de aproximadamente 70 a 80%. Esta altahumedad, resulta del vapor de agua agregado al airedurante el bao.Cuando hay que salir del cuarto de bao a otra parte dela casa, se siente notablemente ms fro, y no es que latemperatura est ms baja, porque puede ser casi lamisma. Se debe a que probablemente la hr en el resto dela casa, est entre un 10 15%. Debido a lo seco de esteaire, la humedad de la piel comienza a evaporarse inme-diatamente, produciendo un efecto de enfriamiento, exac-tamente como un enfriador evaporativo.Este tipo de fenmeno se presenta da tras da, cadainvierno, en millones de casas. La gente que tiene cale-faccin, gira sus termostatos hasta 24 o 25oC, para nosentir ese fro. Aun as, se sienten como corrientes de airey fro porque el proceso evaporativo contina. Un niveladecuado de humedad relativa hace que a 20oC, sesienta igual o ms agradable que a 25oC.Este efecto de fro no es el nico desconfort causado porel aire seco. La electricidad esttica, como ya vimos, esuna indicacin definitiva de bajos niveles de humedadrelativa, y es una condicin que es consistentementemolesta. Una hr adecuada eliminar, o por lo menos,reducir ese desconfort.2. Conservacin.- La adicin o reduccin de humedad,afecta drsticamente las cualidades, dimensiones y peso,de los materiales higroscpicos.La madera, el papel, las telas, aunque se sienten secosal tacto, contienen agua. No una cantidad fija de agua,sino una cantidad que vara grandemente con el nivel dehr del aire circundante. Tomemos, por ejemplo, un metrocbico de madera seca con un peso de 480 kg.A una hr de 60%, la madera tendr aproximadamente 50lts. de agua. Si la hr disminuye a 10%, el agua retenidapor la madera no llegara ni a 10 litros.Este tipo de accin sucede no solo con la madera, sinocon todo tipo de materiales en casa, que tengan lacapacidad de absorber y despedir humedad. Estos mate-riales se encogen al perder humedad, y se hinchan ala b s o r b e r l a .Si la prdida de agua es rpida, se suscitan torceduras ygrietas. Al cambiar la hr, cambian las condiciones y lasdimensiones de los materiales. Es por esto que se debe

humidificar, se debe controlar la hr . Por todo lo anterior,es que la humedad adecuada es importante.Efectos de Baja Humedad. En el prrafo anterior sobreindicativos de baja humedad, se mencionaron algunos delos efectos ocasionados por la falta de humedad. Estoafecta, principalmente, a la construccin de muebles; lasgomas se resecan, las uniones se separan, los escalonesse caen, aparecen grietas, etc.Los emplastes y los entrepaos de madera se separan yse agrietan, al igual que los pisos. Los pianos, rganos yotros instrumentos musicales, pierden su afinacin. Obrasde arte, libros y documentos se resecan, se rompen o seagrietan.Las alfombras y tapetes se desgastan rpidamente, sim-plemente porque una fibra seca se rompe y una hmedase dobla.Efectos por Exceso de Humedad. Todos hemos vistoventanas empaadas durante el invierno; esto es indica-tivo de una humedad relativa interior muy alta. Estacondensacin se debe al efecto de la presin de vapor.Las molculas del vapor de agua se mueven a travs detoda la casa. Debido a la tendencia de estas molculas adispersarse igualmente o de mezclarse, la humedad delaire se mueve hacia el aire ms seco. En una casa, el airehmedo interior, tiende a alcanzar el aire ms seco delexterior; se mueve hacia las ventanas donde hay unatemperatura ms baja. Por lo tanto, hay un incremento enla hr, hasta un punto en el cual el vapor de agua secondensa en las superficies ms fras de las ventanas.Este es el punto de roco y ocurre a varias condiciones,dependiendo del tipo de ventanas en la casa.Generalmente, la condensacin por dentro de las venta-nas, es un tipo de medida de la hr permisible dentro de lacasa. Puede asumirse que, si esta condensacin se estllevando a cabo sobre la ventana, tambin puede estarocurriendo dentro de los muros, si no hubiera una barrerade vapor.Una barrera de vapor, como el nombre implica, es unmaterial que restringe el movimiento de las molculas devapor de agua. Ejemplos de una barrera de vapor tpica,son papel de aluminio, pelcula de polietileno, cubiertasde plstico, azulejo de plstico y algunos tipos de pinturaso barnices. En realidad, prcticamente cada casa tienealgn tipo de barrera de vapor, la cual por lo menosretarda el movimiento de las molculas de agua, desdeuna rea de alta presin de vapor (interior), hacia unarea de baja presin de vapor (exterior).Se han demostrado que aunque los muros estn aisla-dos, si la humedad relativa en el interior de la casa es muyalta, habr condensacin, ya sea en el interior del aisla-miento o entre ste y el muro, y aqu es donde comienzanlos problemas si no se tiene una barrera de vapor, o si noest controlado el humidificador.El aspecto importante es una hr controlada adecuada-mente, para evitar los dainos efectos de un aire

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demasiado seco e igualmente importante, evitar losefectos dainos de una hr demasiado alta.3. Salud.- Que dicen los mdicos acerca de la humedady la salud? Un doctor especialista en ojos, nariz y gargantadice al respecto:En la lucha entre la nariz y el equipo acondicionador delaire, algunas veces gana la calefaccin y otras la refrige-racin, pero rara vez la nariz. La mucosa nasal contienecomo 96% de agua. Para empezar, es ms viscosa quecualquier otra mucosidad en el cuerpo, y aun la ms ligeraresequedad, aumenta la viscosidad lo suficiente parainterferir con la funcin de los cilios. Las demandas de lasglndulas nasales son grandes an bajo condicionesordinarias, y no pueden competir con una sequedadexterna en el interior de una casa en invierno.La experiencia ha demostrado, que cuando se aproximael invierno, aparece la primera ola de pacientes con narizreseca, cuando la hr interior baja a 25%. Parece, por lotanto, que 35% sera considerada del grado aceptable,pero 40% sera un mejor objetivo. Podra concluirse as,parecera que medio litro de agua, es demasiada aguapara ser vertida por una pequea nariz. En los enfermosy en los ancianos, simplemente no se libera, detenindoseel flujo, cosa que los grmenes aprovechan.Otro mdico experto en catarros comunes dice:La prevencin del catarro comn es actualmente, la mscercana aproximacin a la cura. La medida de prevencinms importante, parecera ser la regulacin adecuada dela humedad, especialmente durante la temporada deinvierno y calefaccin, con su desastrosa resequedad delaire interior , que crea un ambiente favorable para el virusde la gripe.Una hr adecuada, es til para aliviar los problemas desalud agravados por un aire demasiado seco. Todos loshechos apuntan hacia una relacin positiva entre lahumedad y la salud.

Cul es la Humedad Relativa Correcta paraInteriores?Mientras que algunas condiciones de humedad son idea-les para el confort y la salud, en muchos casos, sonmenos ideales por otras razones. Una hr interior de 60%,puede cumplir con todos los requisitos para salud yconfort, pero puede resultar daina para paredes, mue-bles, etc.El empaamiento de las ventanas es, normalmente, unaindicacin de hr demasiado alta, y debe recordarse queesta misma condensacin, se lleva a cabo dentro de lasparedes y otros lugares vulnerables al dao por excesode humedad.Por lo tanto, es necesario fijar lmites de seguridad paralos niveles de humedad relativa en interiores, a fin deobtener los mximos beneficios de la humedad correcta,sin exponer la estructura a algn dao. Se recomiendaque se sigan los datos de la tabla 13.10, para aseguraresos beneficios.

TemperaturaExterior

C

Humedad RelativaRecomendada

%

-7 y mayores 35

-12 30

-18 25

-23 20

-30 15

Tabla 13.10 - Humedad relativa recomendada.

Cartas PsicromtricasUna carta psicromtrica, es una grfica de las propieda-des del aire, tales como temperatura, hr, volumen, pre-sin, etc. Las cartas psicromtricas se utilizan para deter-minar, cmo varan estas propiedades al cambiar lahumedad en el aire.Las propiedades psicromtricas del aire que se describenen las ilustraciones de las tablas 13.1, 13.3 y 13.5, hansido recopiladas a travs de incontables experimentos delaboratorio y de clculos matemticos, y son la base paralo que conocemos como la Carta Psicromtrica.Aunque las tablas psicromtricas son ms precisas, eluso de la carta psicromtrica puede ahorrarnos muchotiempo y clculos, en la mayora de los casos donde no serequiere una extremada precisin.Como se mencion al inicio de este prrafo, la cartapsicromtrica es una grfica que es trazada con losvalores de las tablas psicromtricas; por lo tanto, la cartapsicromtrica puede basarse en datos obtenidos a lapresin atmosfrica normal al nivel del mar, o puede estarbasada en presiones menores que la atmosfrica, o sea,para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar.Existen muchos tipos de cartas psicromtricas, cada unacon sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rangode bajas temperaturas, algunas para el rango de mediatemperatura y otras para el rango de alta temperatura.A algunas de las cartas psicromtricas se les ampla sulongitud y se recorta su altura; mientras que otras son msaltas que anchas y otras tienen forma de tringulo. Todastienen bsicamente la misma funcin; y la carta a usar,deber seleccionarse para el rango de temperaturas y eltipo de aplicacin.En este texto, utilizaremos una carta psicromtrica basa-da en la presin atmosfrica normal, tambin llamadapresin baromtrica, de 101.3 kPa 760 mmHg. Estacarta cubre un rango de temperaturas de bulbo seco (bs)de -10oC hasta 55oC, y un rango de temperaturas de bulbohmedo (bh) desde -10oC hasta 35oC.En la figura 13.11, se muestra una carta psicromtricabsica. Est hecha con datos basados a la presinatmosfrica normal de 101.325 kPa, y las unidades sonlas del Sistema Internacional, S.I. (ver capitulo 15 sobreequivalencias entre sistemas de unidades). Las tempera-

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etra

Figura 13.11 - Carta psicromtrica a temperaturas normales y presin baromtrica de 101.325 kPa (al nivel del mar).Las unidades estn en el sistema internacional (SI).

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turas estn en grados centgrados; el volumen en m/kg;la humedad relativa en porcentajes; el contenido dehumedad en g/kg aire seco; la entalpa y la entropa estnen kilo Joules (kJ) por kg de aire seco. Un kJ/kg = 0.239kcal/kg = 0.430 btu/lb.En una carta psicromtrica se encuentran todas laspropiedades del aire, de las cuales las de mayor impor-tancia son las siguientes:1. Temperatura de bulbo seco (bs).2. Temperatura de bulbo hmedo (bh).3. Temperatura de punto de roco (pr)4. Humedad relativa (hr).5. Humedad absoluta (ha).6. Entalpa (h).7. Volumen especfico.Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades delaire, las otras pueden determinarse a partir de la carta.1. Temperatura de Bulbo Seco.- En primer trmino,tenemos la temperatura de bulbo seco. Como ya sabe-mos, es la temperatura medida con un termmetro ordi-nario. Esta escala es la horizontal (abcisa), en la partebaja de la carta, segn se muestra en la figura 13.12.Las lneas que se extienden verticalmente, desde laparte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman lneasde temperatura de bulbo seco constantes, o simplementelneas de bulbo seco. Son constantes porque cualquierpunto a lo largo de una de estas lneas, corresponde a lamisma temperatura de bulbo seco indicada en la escalade la parte baja. Por ejemplo, en la lnea de 40oC,cualquier punto a lo largo de la misma, corresponde a latemperatura de bulbo seco de 40oC.

curva de la carta psicromtrica, como se muestra en lafigura 13.13. Las lneas de temperatura de bulbo hmedoconstantes o lneas de bulbo hmedo, correndiagonalmente de izquierda a derecha y de arriba haciaabajo, en un ngulo de aproximadamente 30o de lahorizontal. Tambin se les dice constantes, porquetodos los puntos a lo largo de una de estas lneas, estna la misma temperatura de bulbo hmedo.

2. Temperatura de Bulbo Hmedo.- Es la segundapropiedad del aire de nuestra carta psicromtrica. Corres-ponde a la temperatura medida con un termmetro debulbo hmedo. Como ya se explic en la seccin anterior,es la temperatura que resulta cuando se evapora el aguade la mecha, que cubre el bulbo de un termmetroordinario.La escala de temperaturas de bulbo hmedo, es la quese encuentra del lado superior izquierdo, en la parte

Figura 13.12 - Lneas de temperatura de bulbo seco oC.

Figura 13.13 - Lneas de temperatura de bulbo hmedo oC.

Figura 13.14 - Lneas de temperatura de punto de roco oC.

3. Temperatura de Punto de Roco.- Es otra propiedadde aire incluida en una carta psicromtrica. Esta es latemperatura a la cual se condensar la humedad sobreuna superficie. La escala para las temperaturas de puntode roco es idntica que la escala para las temperaturasde bulbo hmedo; es decir, es la misma escala paraambas propiedades. Sin embargo, las lneas de latemperatura de punto de roco, corren horizontalmente deizquierda a derecha, como se ilustra en la figura 13.14, noen forma diagonal como las de bulbo hmedo (ver figura13.13).Cualquier punto sobre una lnea de punto de roco cons-tante, corresponde a la temperatura de punto de rocosobre la escala, en la lnea curva de la carta.

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4. Humedad Relativa.- En una carta psicromtrica com-pleta, las lneas de humedad relativa constante, son laslneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia laderecha. Se expresan siempre en porciento, y este valorse indica sobre cada lnea.Como ya hicimos notar previamente, la temperatura debulbo hmedo y la temperatura de punto de roco, com-parten la misma escala en la lnea curva a la izquierda dela carta. Puesto que la nica condicin donde la tempe-ratura de bulbo hmedo y el punto de roco, son lamisma, es en condiciones de saturacin; esta lneacurva exterior, representa una condicin de saturacino del 100% de humedad relativa. Por lo tanto, la lnea de100% de hr, es la misma que la escala de temperaturasde bulbo hmedo y de punto de roco.Las lneas de hr constante, disminuyen en valor alalejarse de la lnea de saturacin hacia abajo y hacia laderecha, como se ilustra en la figura 13.15.

Figura 13.15 - Lneas de humedad relativa %.

Ejemplo: Supongamos que con un psicrmetro setomaron las lecturas de las temperaturas de bulbo secoy de bulbo hmedo, siendo stas de 24oC y de 17oC,respectivamente. Cul ser la humedad relativa?Refirindonos a la carta psicromtrica de la figura 13.17,encontramos la temperatura de bulbo seco (24oC) en laescala inferior, y la temperatura de bulbo hmedo (17oC)en la escala curva del lado izquierdo de la carta. Exten-diendo estas dos lneas, se intersectan en el punto "A". Apartir de este punto, se puede determinar toda la demsinformacin. La humedad relativa es de 50%.En esa misma muestra de aire, cul ser el punto deroco?Partiendo del punto "A" y desplazndonos hacia la iz-quierda en forma horizontal, la lnea corta a la escala detemperatura de punto de roco en 12.6oC.Cul ser la humedad absoluta? Partiendo nuevamentedel punto "A", en forma horizontal, pero hacia la derechade la carta, la lnea intersecta en la escala de humedadabsoluta en un valor de 9.35 g/kg de aire seco.Ejemplo: A una muestra de aire se le midi la humedadrelativa, utilizando un higrmetro y sta es de 60%. Si latemperatura de bulbo seco es de 27oC, cul ser elpunto de roco?Encontramos el punto donde la temperatura de 27oC debulbo seco, cruza con la lnea de 60% de hr, en la fig.13.17. A este punto lo llamamos "B". Si la muestra de aireen estas condiciones fuera enfriada, sin cambiar sucontenido de humedad, lo cual est representado en lacarta psicromtrica como una lnea horizontal, la lnea delpunto de roco seria intersectada aproximadamente en18.8oC.Ejemplo: Encontrar la hr cuando la temperatura debulbo seco es de 32oC, y el contenido de humedad(presin del vapor de agua) es de 14 g/kg de aire seco.Primero, se encuentra la lnea vertical que representa latemperatura de bulbo seco constante de 32oC. Subiendoa lo largo de esta lnea, hasta cruzar la lnea horizontalque representa 14 g de humedad por kg de aire seco. Ala interseccin le llamamos punto "C", (ver fig. 13.17).Este punto cae entre las lneas de 40% y 50% dehumedad relativa. La respuesta sera una humedadrelativa de 47%.

Figura 13.16 - Lneas de humedad absoluta en gramos/kg.

5. Humedad Absoluta.- La humedad absoluta, es elpeso real de vapor de agua en el aire. Tambin se leconoce como humedad especfica. La escala de lahumedad absoluta, es la escala vertical (ordenada) quese encuentra al lado derecho de la carta psicromtrica,como se indica en la figura 13.16.Los valores de esta propiedad se expresan, como yasabemos, en gramos de humedad por kilogramo de aireseco (g/kg), en el sistema internacional, y en granos porlibra (gr/lb), en el sistema ingls.Las lneas de humedad absoluta, corren horizontalmentede derecha a izquierda, y son paralelas a las lneas depunto de roco y coinciden con stas. As pues, podemosver que la cantidad de humedad en el aire, depende delpunto de roco del aire.A continuacin, veremos algunos ejemplos sencillos deluso de la carta psicr