Este documento introduce los conceptos fundamentales de la psicrometría, que es el estudio de las mezclas de aire seco y vapor de agua. Explica cómo determinar las propiedades físicas del aire húmedo, como la temperatura, humedad, entalpía y volumen, y describe las relaciones entre estas propiedades usando leyes de los gases ideales. El objetivo final es comprender cómo funcionan los sistemas de acondicionamiento de aire.

1. El aire atmosférico que nos rodea es una
mezcla de aire seco y vapor de agua, a la que
se le llama aire húmedo. Debido a que esta
mezcla de gases es la que se acondiciona en
los sistemas de calefacción y enfriamiento, es
necesario comprender cómo se comporta.

2. Psicrometría es el nombre que se ha dado al
estudio de las mezclas de aire seco y vapor de
agua. De aquí en adelante, como es la
costumbre, usaremos el término aire para
designar la mezcla de aire seco y vapor de
agua que se encuentra en la atmósfera.

3. En esta parte explicaremos primero cómo
determinar las propiedades físicas del
aire, para después examinar cómo se
procesa el aire en los sistemas de
acondicionamiento de aire.

4. Como puede variar el contenido de vapor
de agua, estos procesos pueden ser
complejos. Sin embargo, es necesario
comprender la Psicrometría, si se quiere
calcular correctamente los sistemas del
control ambiental.

5. Se requiere un análisis psicrométrico para
seleccionar el equipo de acondicionamiento
adecuado para determinado trabajo, y para
localizar fallas en los sistemas que no
funcionan correctamente. Sé presentarán
ejemplos de estos usos a medida que
avancemos en el estudio.

6. Con el manejo de la Psicrometría podremos realizar
lo siguiente:
1. Leer los valores típicos de las propiedades del aire
en la gráfica psicométrica.
2. Determinar los cambios de calor sensible y latente
en el equipo de acondicionamiento de aire
3. Determinar las condiciones de las mezclas de aire
seco

7. 4. Determinar las condiciones necesarias del aire de
suministro.
5.Determinar las especificaciones de comportamiento
del serpentín de enfriamiento.
6. Determinar las necesidades de recalentamiento.

8. PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO
Las Propiedades físicas del aire húmedo
(atmosférico) se definen como sigue:
Temperatura de bulbo seco (TBS). Es la
temperatura del aire, tal como la indica un
termómetro. Las palabras temperatura y
temperatura de bulbo seco se emplean para
designar lo mismo tratándose del aire.

9. Temperatura de bulbo húmedo (TBH). Es la
temperatura que indica un termómetro cuyo bulbo
está envuelto en una tela empapada en agua, en la
masa de aire en rápido movimiento.

10. Temperatura del punto de rocío (TPR). Es la temperatura a
la cual el vapor de agua en el aire se comienza a condensar si
se enfría el aire a presión constante.
Relación de humedad ( ), a la cual también se le llama
humedad específica. Es la masa de vapor de agua por kilogramo
de aire seco, expresado en kg/kg de aire seco, o en gramos de
agua por kilogramo de aire seco.

11. Humedad relativa ( ). Es la relación de la presión
real de vapor de agua en el aire con la presión de
vapor de agua si el aire estuviera saturado a la misma
temperatura de bulbo seco. Se expresa en por ciento.
Volumen específico (Ve). Es el volumen de aire por
unidad de masa de aire seco. Se expresa en cm3/kg de
aire seco.

12. Entalpía específica (h). Es el contenido de calor
del aire, por unidad de masa.
En este trabajo se expresa en kJ/kg de aire seco. La
temperatura de bulbo seco es la que tiene el
significado convencional al que estamos
acostumbrados. El significado y el empleo de la
temperatura de bulbo húmedo se explicarán cuando
se describa el proceso de enfriamiento evaporativo.

13. Nótese que las propiedades específicas, que son las que se
basan en la unidad de masa, se refieren siempre a una
unidad de masa de aire seco, aunque el aire casi nunca
está seco. Sin embargo, es una convención que se emplea
generalmente.
La entalpía especifica del aire es la entalpía del aire seco
más la de su contenido de vapor de agua, calculadas sobre
una temperatura arbitraria de referencia en la cual la
entalpía tiene un valor de cero.

14. Se usa el término aire saturado para describir el caso
en el cual el aire contiene la cantidad máxima de
vapor de agua posible. Cuando la cantidad de vapor
de agua es menor que la máxima posible, se dice que
el aire está no saturado. La cantidad máxima de
vapor de agua que puede contener el aire depende de
la temperatura. (*)
*N. del T.: También depende de la presión, lo cual es de gran importancia cuando el control ambiental se
lleva a cabo en grandes altitudes, o cuando se manejan sistemas de aire comprimido.

15. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO
Es necesario determinar muchas de las propiedades
físicas del aire atmosférico cuando se trabaja en esta
área. A continuación se explicarán algunas de las
relaciones entre las propiedades.
Leyes de los gases ideales. Tanto el aire seco
como el vapor de agua en la atmósfera se
comportan como gases ideales, y por lo tanto se
les aplica la siguiente expresión.
T
m
T
R
m
V
P a
a
a
a
a 287


T
m
T
R
m
V
P 



 461



16. Donde
Pa = presión parcial de aire seco en la mezcla, kg/cm2, Pascales
Pv = presión parcial de vapor de agua en la mezcla, kg/cm2.
ma = Masa del aire seco, kg.
mv = Masa del vapor de agua, kg.
Ra, Rv = constantes de gases para aire seco y vapor vapor, J/kg °C.
V = volumen de la mezcla, cm3.
T = temperatura de la mezcla, °C.

17. El aire seco y el vapor de agua solo ejercen parte de la
presión total, pero entre los dos ocupan el volumen total.
Un principio útil que se aplica a la mezcla, llamado ley de
Dalton, es: la presión total es igual a la suma de las
presiones parciales
v
a P
P
P 

Donde
P = presión total (atmosférica),pascal
Pa = presión parcial del aire seco, pascal
Pv = presión parcial del vapor de agua, pascal

18. Relación de humedad. Las leyes del gas ideal y la
ley de las presiones parciales se pueden emplear
para determinar la relación de humedad. La definición
de la relación de humedad, en forma de ecuación, es
a
v
m
m


Donde
ω = relación de humedad, kg de vapor de agua/ kg de aire seco
mv = Masa del vapor de agua, kg
ma = Masa del aire seco, kg.

19. T
V
p
m a
a
287

T
V
P
m v
V
461

a
v
a
v
p
p
m
m
w 622
.
0


Reacomodaremos las ecuaciones de la ley del gas ideal
para aire y vapor de agua, respectivamente.
Dividiendo la primera ecuación entre la segunda se
obtiene una relación útil para la relación de humedad:
En esta ecuación, Pa y Pv se dan en las mismas unidades.

20. EJEMPLO
La presión parcial del vapor de agua en el aire es 1303.21
Pa cuando la presión barométrica (o presión atmosférica)
es 101325 Pa. Calcular la relación de humedad.
Solución. Según la ley de las presiones parciales, Pa = P - Pv
ecuación anterior.
Pa = P - Pv = 101325 – 1303.21 = 100021.8 Pa
Finalmente:
kg
kg
Pa
Pa
x
P
P
a
v
/
0081
.
0
013029
.
0
*
622
.
0
8
.
100021
21
.
1303
622
.
0
622
.
0 





21. ω = 0.0081 kg de agua/kg de aire seco
o también
ω= 8.1g agua/kg a.s.
Humedad relativa y punto de rocío. Se define a la
humedad relativa mediante la ecuación
100
x
P
P
vs
v



22. 100
x
P
P
vs
v


Donde
 = humedad relativa, %
PV = presión parcial de vapor de agua a la temperatura de bulbo
seco
Pvs = presión de saturación del vapor de agua a la
temperatura de bulbo seco
La presión de saturación del vapor de agua se encuentra en las
tablas de vapor, a la temperatura de bulbo seco.

23. La presión de saturación del vapor de agua se encuentra
en las tablas de vapor, a la temperatura de bulbo seco.
Se definió la temperatura de rocío como la temperatura a
la cual se condensaría el vapor de agua en el aire si se
enfriara dicho aire a presión constante. Por lo tanto, el
vapor de agua está en estado saturado en el punto de
rocío, y su presión parcial es la presión de saturación en el
punto de rocío. Presentamos el ejemplo siguiente para
esclarecer lo anterior.

24. EJEMPLO
¿Cuál es la humedad relativa y la relación de humedad
para aire a 26.7°C TBS y punto de rocío a 10°C? La
presión barométrica es 101,325 Pa.
Solución. Se emplea la tabla A.3 para encontrar el dato de
la presión de saturación y la presión parcial del vapor de
agua.
a 26.7 ° C, Pvs = 3.495 Pa
a 10 ° C, Pv = 1227.3 Pa

25. %
35
100
3495
3
.
1227
100 

 x
x
P
P
vs
v

0076
.
0
0122
.
0
*
22
.
6
7
.
100097
3
.
1227
622
.
0
622
.
0 


 x
P
P
a
v

Haciendo uso de la ecuación
Usando la ecuación
Pa = P – Pv = 101325 – 1227.3 = 100097.7 kN/m2
ω = 0.0076 kg agua/ kg a.s; ω = 7.62 kg agua/kg aire seco.

26. EJEMPLO
Calcular el volumen específico, (en m3 por kg de a s.),
para el aire del ejemplo anterior.
Solución. Se emplea la ley del gas ideal. Reacomo-
damos la ecuación del Ve, donde Pa debe estar en,
Pascales
kg
m
x
P
T
m
V
a
a
e /
8599
.
0
7
.
100097
)
15
.
273
7
.
26
(
287
287 3




Ve = 0.86 m3/kg a.s.

27. Tanto el aire seco como el vapor de agua ocupan el
mismo volumen, también se pudo haber empleado la
ecuación de Ve. Nótese que la masa del vapor de agua
por kg de aire seco es, por definición, la relación de
humedad.
3
.
1227
)
15
.
273
7
.
26
(
0076
.
0
*
461
2273
.
1
)
15
.
273
7
.
26
(
0076
.
0
461
461 




x
x
P
T
m
V
v
v
e
Ve = 0.86 m3/kg a.s.

28. Entalpía (contenido calorífico). La entalpía del aire
atmosférico es igual a la suma de las entalpías individuales
del aire seco y del vapor de agua. Este valor comprende el
calor sensible del aire seco y el calor sensible y latente del
vapor de agua.
Para el aire seco y el vapor de agua se usan los valores de
1.005 kJ/kg °C y 4.187 kJ/kg °C respectivamente como
calores específicos y para el calor latente de vaporización
2,439 kJ/kg, y entonces la ecuación para la entalpía
específica de la mezcla, por kilogramo de aire seco, resulta:
t
Ca
Cv
hfg
h )
(
* 

 


29. Donde
h = entalpía del aire húmedo, kJ/kg de aire seco.
hfg = calor latente de vaporización, kJ/kg (tablas)
ω = razón de humedad, kg agua/kg de a.s.
Cv = calor especifico del vapor de agua = 4.187 kJ/kg °C
Ca = calor específico del aire seco = 1.005 kJ/kg °C
t = temperatura del bulbo seco, °C

30. EJEMPLO
Calcular la entalpía específica del aire del ejemplo en
desarrollo.
Solución. Empleamos la ecuación siguiente:
t
Ca
Cv
hfg
h )
(
* 

 

h = 2,437 (0.00762) + {4.187(0.00762) + 1.005} 26.7
h = 18.57 + (0.032 + 1.005) 26.7
h = 18.57 + (1.037) 26.7
h = 18.57 + 27.68
h = 46.25 kJ/kg a. s

31. En el ejemplo, la temperatura de bulbo seco (TBS) y la del
punto de rocío (TPR) se conocían. El valor de pV se
encontró a la TPR, mediante la tabla A.3.
Sin embargo, en general es la temperatura de bulbo húmedo
(TBH) la que se mide, y no la TPR. Esto se debe en parte a
que el aparato para medir la temperatura TPR es estorboso,
mientras que sólo se necesita un termómetro con una Tela
humedecida para medir la de TBH.
Si se conoce la TBH, se puede calcular el valor de pv
mediante la siguiente ecuación, elaborada por el Dr. Willis H.
Carrier, pionero en el campo del acondicionamiento de aire:

32.   
 
TBS
x
TBH
TBS
p
p
p
pv
43
.
1
2830
'
'





Donde
Pv = presión parcial del vapor de agua a la temperatura
de bulbo seco, Pa.
P = presión total del aire, Pa.
P’ = presión de saturación del vapor de agua a la
temperatura de bulbo húmedo, Pa.
TBS = temperatura de bulbo seco, °C
TBH = temperatura de bulbo húmedo, °C

33. El siguiente ejemplo muestra el empleo de la ecuación
EJEMPLO
Al medir las temperaturas de TBS y TBH se obtienen
indicaciones de 32.22 °C y 21.11°C respectivamente. La
presión atmosférica es 101 325 kN/m2. ¿Cuál es la  ?
Solución. Se usará la ecuación anterior para calcular pv.
y a continuación la ecuación de ø para el cálculo
correspondiente.
Según la tabla A.3,
a 21.1° C, p’ = 2.5 kN/m2.
a 32.2° C, pvs = 4.8 kN/m2.

34. Según la ecuación
  
 
1
.
21
43
.
1
2830
1
.
21
2
.
32
5
.
2
101325
5
.
2
x
pv





Pv = 1.8 kPa. Según la ecuación de ø
 = Pv / Pvs x 100
ø = 1.8 / 4.8 x 100
ø = 37%

35. Como se muestra en los ejemplos de esta sección, se
pueden emplear las ecuaciones anteriores para calcular
otras propiedades desconocidas después de medir la
temperatura de TBS y de TBH, u otras propiedades cuya
medición sea cómoda.
Para evitar la repetición de cálculos, se han preparado
tablas para los valores más frecuentes de las
propiedades del aire. En la siguiente sección
demostraremos su empleo.

36. LA GRÁFICA PSICROMÉTRICA
Las propiedades del aire atmosférico se pueden representar
en tablas o en forma de gráficas. A la forma gráfica se le
llama gráfica psicrométrica. Su empleo es universal porque
presenta una gran cantidad de información en forma muy
sencilla y porque ayuda a estudiar los procesos de
acondicionamiento de aire.

37. Fig.1 Carta psicométrica

38. Construcción de la gráfica psicrométrica. En la figura
1 aparece una gráfica psicrométrica Existen pequeñas
diferencias en la presentación de las gráficas de las
diversas empresas. Esto se debe tener en cuenta antes
de usar alguna.
La ubicación de las escalas para cada una de las
propiedades y las líneas de valor constante para esas
propiedades se muestra en la figura 2. Cada figura es un
esquema de las gráficas psicrométricas, que no está a
escala real.

39. (f)
(c)
(a)
= 80%
= 0.009 kg agua/kg a.s.
(b)
TBS
( = 100%)
Línea de saturación
TBS
(e)
h = 62.8 kJ/kg
62.8
TBS
TBH = 23.9 °C
TBS
23.9
Temp. bulbo seco, °C
21.1
TBS = 21.1 °C
Ve = 0.87 m /kg a.s.
3
TBS
(d)
Relación
de
humedad
(
)
kg
de
agua/kg
a,s
Figura 2 Construcción de la
gráfica psicrométrica, mostrando
líneas de valores constantes de
las propiedades, (a) Línea de
temperatura constante del bulbo
seco (TBS). (b) Línea de
relación constante de humedad
(w) (c) Línea de humedad
relativa constante (). (d) Línea
de volumen especifico constante
(ve). (e) Línea de temperatura
constante de bulbo húmedo
(TBH). (f) Línea de entalpía
constante (h).
de recio constante (TPR).
TBS
15.6 TPR = 15.6 °C
(g)
Figura 7.2. Continuación. (g) Línea de punto

40. Se aconseja que el estudiante aprenda esos esquemas hasta
que se familiarice con las escalas y las líneas de valor
constante para cada propiedad. Al leer los valores o trazar las
líneas, se debe emplear siempre un lápiz afilado para dibujo y
una regla. Los valores se deben leer con la mayor exactitud
posible, intercalándolos, cuando sea necesario, entre los
valores numerados.
EJEMPLO
Trazar una línea de 25.7° C TBS en la carta psicrométrica..
Solución. Se muestra la solución en la figura siguiente
Figura 7.3. Solución al ejemplo 7.6.
TBS, °C
25.7 °C TBS

41. EJEMPLO
Trazar una línea de 24.7 °C TBH en la gráfica psicrométrica.
Solución. Se muestra la solución en la sig. fig.
26.7
24.7 °C TBH
23.9
Figura 7.4. Solución al ejemplo 7.7.
EJEMPLO
Trazar una línea de 45 %  en la gráfica psicrométrica.
Solución. Se muestra la solución en la sig. Fig.
Figura 7.5 Solución al ejemplo 7.8.
TBS
40%
45%
50%

42. A las líneas de entalpía constante y temperatura de bulbo húmedo
constante, aunque no son exactamente paralelas, se les puede
considerar paralelas en la gráfica psicrométrica. La pequeña diferencia
se debe a que los valores de la entalpía que aparecen en la carta son
para aire saturado, y no para las condiciones reales. Sin embargo, el
error con respecto a los valores reales es menor al 2% cuando se
calculan los cambios de entalpía en un cálculo conservador. Las líneas
curvas en la carta muestran las correcciones que se deben hacer a la
entalpía para las condiciones reales cuando se necesite más exactitud.

43. LOCALIZACIÓN DE LA CONDICION DEL AIRE EN LA GRÁFICA PSICROMETRICA
Cualquier condición del aire se puede representar mediante un punto en
la carta. La condición puede ubicarse una vez que se conozcan dos
propiedades independientes. Ya que cada propiedad se representa
mediante una línea, la intersección de las dos líneas define el punto que
representa la condición o estado del aire. Una vez localizado dicho punto,
se pueden leer cualquiera de las propiedades adicionales en la carta. Por
ejemplo, si conocemos el PR y la relación de humedad de una muestra de
aire, no podríamos establecer un punto, porque con ello sólo se obtiene
una línea. El lector debe verificar esto último estudiando la carta

44. EJEMPLO
El informe meteorológico dice que la temperatura es de 32.2° C y la
humedad relativa es de 40 %. ¿Cuál es la temperatura de bulbo
húmedo?
Solución. Mediante la carta psicrométrica se localiza la condición del
aire en la intersección de la línea de 32.2° C de TBS y 40% de HR
(fig. 7.6). Si se traza una línea de temperatura de BH constante, se
encuentra que ésta es de 21.8°C.
Figura 7.6. Solución al ejemplo 7.9
TBS, °C
32.2
TBH = 21.8 °C
40%

45. EJEMPLO
El aire que sale de un serpentín de enfriamiento está a 15.6° C TBS y
12.8° C TBH. ¿Cuáles son su relación de humedad y su entalpía
específica?
Solución. Se encuentra la condición en la carta mediante el punto de
intersección de las líneas de 15.6° C TBS y 12.8° C BH (fig. 7.7). Desde
este punto, siguiendo una línea de relación constante de humedad, se ve
que W = 0.057 kg agua/kg a.s. Siguiendo una línea de entalpía constante
que pase por el punto, paralela a las líneas de temperatura TBH, se ve
que h = 53.9632 kj/kg a.s.
Figura 7.7. Solución al ejemplo 7.10.
TBS, °C
TBH = 12.8 °C
15.6
,kg
agua/g
a.s.
5.7
h = 53.96 kJ/kg a.s.

46. EJEMPLO
El aire de combustión entra a un calefactor a 26.7° C TBS y 23 % .
¿Cuál es su volumen específico?
Solución. La condici6n se localiza en la intersecci6n de las líneas de
26.7° C TBS y 23%  (fig.). El volumen especifico que se encuentra
por interpolación es 0.856 m3/kg
Figura 7.8. Solución al ejemplo 7.11.
TBS, °C
26.7
Ve = 0.856 m /kg
3
23%

47. Los únicos casos en los que dos propiedades no bastan para ubicar la
condición del aire son cuando éstas cumplen como propiedades
independientes. Cuando esto sucede, las propiedades miden lo mis-
mo, aún cuando por su nombre o su definición no sea aparente este
hecho. En la práctica, esto significa que las líneas de propiedades son
paralelas en la carta psicrométrica.
La carta psicrométrica de figura 1 muestra las propiedades del aire a
una presi6n de 759.968 mm Hg, que es la presión atmosférica normal
al nivel del mar. Para presiones que difieren apreciablemente, algunas
de las propiedades que se indican en la carta no serán correctas, y por
lo tanto no se puede usar esa carta. Hay dos soluciones posibles: o
bien se usa una carta para la presión atmosférica real, o se usa una
carta como la de la figura y se corrigen sus valores. Las correcciones
se pueden hacer directamente aplicando las ecuaciones de
propiedades. Los lugares situados a gran altitud (como por ejemplo
Denver y la ciudad de México), en los cuales la presión atmosférica es
menor, necesitan de dichas correcciones. *

48. CONDENSACIÓN EN LAS SUPERFICIES
¿Quién no recuerda haber dibujado sobre los vidrios empañados en el
invierno? La humedad sobre el vidrio se condensa con el aire del
recinto cuando la temperatura del vidrio es menor a la del punto de
rocío del aire del recinto. El aire que toca al vidrio se enfría a menos
temperatura que su punto de rocío. Según la definición del punto de
rocío, el aire está saturado con vapor de agua cuando llega a esa tem-
peratura Si se enfría más, puede sostener incluso menos vapor de
agua, ya que parte de él se condensa.
* N. del T.: El volumen específico dcl aire se puede calcular para otras presiones mediante la siguiente ecuación: v =
(0.754/P) (t + 460) (1 + 1.611 (mv / ma). siendo P la presión atmosférica en in Hg y r la temperatura de BS, °F. La presión
parcial del vapor de agua es p = (mv / ma) x P/ (0.622 + (ma / mv )). Se determina esa presión y con las tablas de vapor
se determina el punto de rocío.
La comprensión de este concepto nos permite determinar la humedad máxima que se
puede mantener en un recinto durante el invierno sin que se presenten condensaciones
en las ventanas. La condensación debe evitarse porque el agua mancha o daña las
superficies. Para las ventanas con vidrio sencillo, la superficie interior de éste solo tiene
una temperatura ligeramente mayor que la exterior, debido a que la resistencia del
vidrio al paso del calor es pequeña. El ejemplo muestra el empleo de la carta
psicrométrica en relación con este problema.