Psicrometria

1. John Ramiro Agudelo Santamaría
Profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica

2. Conceptos
básicos
Carta
psicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire

3. ConceptosConceptos
básicosbásicos
Carta
psicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire
Se define psicrometría como la ciencia que
estudia las propiedades termodinámicas
del aire húmedo y el efecto de la humedad
atmosférica sobre los materiales y el
confort humano, así como los métodos
para controlar las características térmicas
del aire húmedo.
Lo anterior, se puede llevar a cabo a
través del uso de tablas psicrométricas o
de la carta psicrométrica.

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

5. El aire húmedo
El aire húmedo se supone que está constituido por
una
mezcla de aire seco y vapor de agua. Si llamamos
ma a la
fracción de aire seco y mw a la fracción de vapor
de agua,
se cumplirá: aw mmm +=
ConceptosConceptos
básicosbásicos
Carta
psicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire

6. Supongamos que podamos separar el aire seco y el
vapor de
agua. Debe cumplirse por la Ley de DALTON que la
suma de
presiones parciales sea iguala la presión total que
tenemos en el
aire atmosférico. wa ppp +=
ConceptosConceptos
básicosbásicos
Carta
psicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire

7. Temperatura de bulbo seco
Es la temperatura medida con un termómetro
ordinario.
Temperatura de bulbo húmedo
Es la temperatura que resulta de la
evaporación
del agua, en una gasa húmeda, colocada
sobre
un termómetro común.
ConceptosConceptos
básicosbásicos
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aire

8. T° Bulbo seco T° Bulbo
húmedo
ConceptosConceptos
básicosbásicos
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psicrométrica
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deshumidificación
Mezclas de
aire

9. Temperatura de punto de rocío
Es la temperatura de saturación, a la cual
tiene
lugar la condensación del vapor de agua.
Un
ejemplo es la humedad sobre un vaso de
agua
con hielo. El vidrio frío reduce la
temperatura del
aire por debajo del punto de rocío y la
humedad
ConceptosConceptos
básicosbásicos
Carta
psicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire

10. Humedad específica
Representada con el símbolo w, se define
como el
cociente entre la masa de vapor contenida
en el aire y
la masa de aire seco. 





=
secoairedekg
aguadevapordekg
a
v
m
m
w
a
v
p
p
w 622,0=
va ppp +=
ConceptosConceptos
básicosbásicos
Carta
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deshumidificación
Mezclas de
aire

11. Humedad relativa
Es la relación del vapor de agua real en el
aire, comparado a la máxima cantidad que
estaría presente a la misma temperatura,
expresada como un porcentaje (%).
g
v
vg
vv
g
v
P
P
TRP
TRP
m
m
===
ν
ν
φ
ConceptosConceptos
básicosbásicos
Carta
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aire

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

13. Calor total
El contenido de calor total de la mezcla de aire y
vapor
de agua, también se conoce como entalpía. Es la
suma
de los valores de calor sensible y latente.vvaava hmhmHHH +=+=
Al dividir por am
vav
a
v
a
a
hhh
m
m
h
m
H
h ω+=+==
)/( airekgkJhhh ga ω+=
ConceptosConceptos
básicosbásicos
Carta
psicrométrica
Enfriamiento y
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Mezclas de
aire

14. Una carta psicrométrica es la
representación gráfica de las propiedades
termodinámicas del aire húmedo, es decir,
de la mezcla de aire más vapor de agua.
Con ella se pueden analizar gráficamente
las propiedades
esenciales del aire lo cual facilita además la
solución de diferentes problemas
termodinámicos.
Conceptos
básicos
CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
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deshumidificación
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15. Dichas propiedades esenciales del aire son:
Temperatura de bulbo seco.
Temperatura de bulbo húmedo
Temperatura del punto de rocío
Humedad relativa
Humedad específica
Contenido de humedad y volumen específico
Entalpía de saturación.
La carta psicrométrica, es probablemente el mejor
modo de mostrar lo que sucede al aire y al vapor de
agua, cuando cambian estas propiedades.
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CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire

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

17. Conceptos
básicos
CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire

19. Composición diagrama psicrométrico
Líneas de humedad
absoluta o
específica
La escala de la humedadabsoluta es la
escala vertical (ordenada) quese
encuentra al lado derecho dela carta
psicrométrica.
Las líneas de humedad
absoluta
Corren horizontalmente de
derecha a
Izquierda.
Se puede ver que la cantidad
Líneas de humedad absoluta en
gramos/Kg
Conceptos
básicos
CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
Enfriamiento y
deshumidificación
Mezclas de
aire

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

21. Líneas de
temperatura del
bulbo seco constante
Esta escala es la horizontal
(abscisa),
en la parte baja de la carta,
según se
muestra en la figura. Las
líneas que
se extienden verticalmente,
desde
la parte baja hasta la parte
alta de la
carta.
Son constantes porque
cualquier
Líneas de temperatura de bulbo
seco °C
Conceptos
básicos
CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
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deshumidificación
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aire

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

23. Líneas de volumen
específico
constante
Estas líneas están en un
ángulo
aproximado de 60° con la
horizontal, y van
aumentando
de valor de izquierda a
derecha.
Por lo general, el espacio
entre
cada línea, representa un
cambio de volumen
específico
de 0.05 m3/kg. Cualquier
Líneas de volumen específico en m³/kg
de aire seco
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CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
Enfriamiento y
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24. Líneas de
entalpía
Estas líneas, son
meramente
extensiones de las
líneas de
bulbo húmedo; puesto
que el
calor total del aire
depende
de la temperatura de
bulbo
húmedo.
Líneas de entalpía en kJ/kg de aire seco
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CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
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25. Líneas de
temperatura punto
de rocío
La escala para las
temperaturas de
punto de rocío es idéntica
que la
escala para las
temperaturas de
Bulbo húmedo; es decir, es
la
misma escala para ambas
propiedades. Sin embargo,
las
líneas de la temperatura
de punto de rocío corren
Líneas de temperatura de punto de
rocío °C
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CartaCarta
psicrométricapsicrométrica
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deshumidificación
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26. La combinación de enfriamiento y
deshumidificación,
se encuentra en prácticamente todos los
sistemas de
aire acondicionado.
La deshumidificación es la remoción del
vapor de agua
presente en el aire. La cantidad del vapor
de agua,
presente dentro de una zona ocupada,
variará
Conceptos
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Enfriamiento yEnfriamiento y
deshumidificacióndeshumidificación
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aire

27. Al enfriamiento y deshumidificación del aire
para
confort humano, se le conoce comúnmente
como aire
acondicionado.
Los procesos de acondicionamiento del aire
como el
calentamiento, el enfriamiento, la
humidificación y
deshumidificación se pueden mostrar
Conceptos
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Enfriamiento yEnfriamiento y
deshumidificacióndeshumidificación
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aire

28. Asumiendo un punto
cualquiera (A) en
la gráfica, con una
temperatura y un factor
de
humedad conocidos; si
se
fuera a calentar el aire
sin
añadir humedad, el
punto se
movería a la derecha
sobre la
línea horizontal,
mostrando
Conceptos
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Enfriamiento yEnfriamiento y
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29. Si se fuera a añadir
Humedad
(humidificar) sin
cambiar la
temperatura,
el punto se movería
verticalmente hacia
arriba, pero si se
redujera la
Humedad
(deshumidificar),
se movería
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Carta
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deshumidificacióndeshumidificación
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aire

30. Si la muestra de aire
anterior
se enfría lo suficiente,
eventualmente llegará
un
instante en que se
alcanza la
curva de saturación,
punto B
de la figura , situación
en
la cual no puede
contener
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Enfriamiento yEnfriamiento y
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31. Asumamos que disponemos de una muestra de aire a 80°F
(26.8°C) que
contiene 0.011libras de agua (punto A en el gráfico) al
enfriarlo llegaremos
hasta el punto B en el cual la temperatura es59.7°F (15.4°C)
en donde es
inminente la condensación correspondiendo a la temperatura
del punto de
rocío.
Ahora, si la muestra se enfría
más, por
ejemplo, hasta 50°F (10°C), la
humedad se condensará
siguiendo la línea de saturación
hasta el punto C en donde
tendrá un punto de rocío de
50°F y una humedad de sólo
0.0076 libras de agua.
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Enfriamiento yEnfriamiento y
deshumidificacióndeshumidificación
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32. Un ejemplo práctico de este proceso, ocurre
en un
ducto metálico de transporte de aire frío
para
acondicionamiento del aire de un recinto, el
cual pasa a
través de un área húmeda no a c o n d i c i o
n a
d a .
¿ S u d a r á (condensación) el
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33. Supongamos que el aire frío transportado tiene una temperatura
de 55°F (12.8°C) la cual será probablemente también la
temperatura superficial exterior del ducto metálico, asumamos
también que la temperatura del aire ambiente alrededor del
ducto está a 95°F (35°C) con 0.0142 libras de humedad.
Esta condición del
aire exterior implica
una temperatura de
saturación (punto de
rocío) de 67°F
(19.4°C), cualquier
superficie que posea
una temperatura por
debajo del punto de
rocío provocará
inminentemente la
condensación y la
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Enfriamiento yEnfriamiento y
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34. En los ciclos de climatización de aire, este se mezcla
con el aire
exterior y el de retorno. El aire mezclado estará a una
temperatura
menor a la del exterior y algo mayor a la del retorno
del cuarto.
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Mezclas deMezclas de
aireaire

35. En el acondicionamiento de aire, con mucha
frecuencia
se requiere mezclar aire a diferentes
temperaturas de
Bulbo húmedo (bh) y de bulbo seco (bs), para
lograr una
determinada condición final de aire. La
mayoría de las
aplicaciones de aire acondicionado comercial,
requieren de un cierto volumen de aire exterior
fresco
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36. Puesto que la introducción del 100% de aire exterior
no es
práctico, desde el punto de vista de costo
operacional, se debe
mezclar el aire exterior requerido, con un
porcentaje de aire de
retorno, antes de calentarlo o enfriarlo.
Por ejemplo, si se mezclan
3.68 m³/min de aire exterior a 35°C de bs y 24 ° C
de bh, con
7.36 m³/min de aire de retorno a 27 ° C de bs y 19 °
C de bh, el
flujo total del aire será de 11.04 m³/min. Esto dará
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37. En la carta psicrométrica trazamos las condiciones del aire como se
muestra
en la figura
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38. ara determinarla temperatura de bulbo seco de la mezcla:
CC
CC


09.1867.027
55.1133.035
=×
=×
Temperatura de bulbo seco de la mezcla =
29.64°C
Para encontrar la
temperatura de bh de la
mezcla resultante,
se localiza el punto donde
la línea de la mezcla
cruza la línea constante
de temperatura de bs
de 29.64°C. Este punto
(3) es la condición de la
mezcla,
y de aquí podemos seguir
la línea constante de
temperatura
de bh hacia la izquierda,
hasta donde cruza la
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39. Factor de Calor Sensible (FCS)
Es la relación de calor sensible con respecto al calor total,
siendo este último
la suma de los calores sensible y latente. Esta relación se
expresa:
En una carta psicrométrica, los valores del factor de calor
sensible (FCS),
corresponden a la escala vertical del lado derecho de la carta,
paralela a la
escala de humedad absoluta.
T
S
LS
S
Q
Q
QQ
Q
FCS =
+
=
Conceptos
básicos
Carta
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40. co
Co ¿La humedad relativa del aire saturado necesariamente es del
100%?
 ¿Cuál es la diferencia entre aire seco y aire atmosférico?
 ¿El vapor de agua puede tratarse como un gas ideal?
 ¿Por qué las tuberías de agua fría están rodeadas con
recubrimientos de vapor?
 En verano, la superficie exterior de una botella de vidrio llena
de agua congelada con frecuencia “suda”, ¿Cómo se puede
explicar este fenómeno?
 ¿Cómo se determina la temperatura del punto de rocío en un
estado especificado en la carta psicrométrica?
 ¿Cómo afecta la humedad al bienestar humano?