Psicrometría

1. Psicrometría.
Características del aire húmedo y sus
procesos

2. PSICROMETRÍA
• “La psicrometría tiene por objetivo la
determinación y el estudio de las propiedades
termodinámicas de mezcla aire-vapor de agua.”

3. Aplicaciones
• La psicrometría resulta entonces útil en:
– El diseño y análisis de sistemas de
almacenamiento y procesado de alimentos
– El diseño de equipos de refrigeración
– El estudio del secado de alimentos
– Todos los procesos industriales que exijan un
fuerte control del contenido de vapor de agua en
el aire

4. El aire seco
• El aire es una mezcla de gases, su composición varia
ligeramente en función de la posición geográfica y la
altitud.
• El calor específico del aire a 1 atm (-40ºC a 60 ºC) varía
desde 0,9997 hasta 1,022 kJ/(kg.K), en la mayoría de los
casos se usa el valor intermedio: 1,005 kJ/(kg.K)
• La entalpía es equivalente al contenido energético del
aire, es un término relativo.
• La temperatura de bulbo seco se muestra por un
indicador de temperatura invariable

5. El vapor de agua
• El aire húmedo es una mezcla binaria de aire seco y
vapor.
• El vapor en el aire es esencialmente vapor recalentado
a baja presión parcial y temperatura.
• Por debajo de los 66ºC el vapor sobresaturado o
sobrecalentado sigue las leyes de los gases ideales.
• Entre -71ºC y 124ºC, el calor específico tanto del vapor
saturado como del sobrecalentado tiene variaciones
mínimas, generalmente se toma un valor de 1,88
kJ/(kg.K).
• Para el cálculo de la entalpía se aumente el calor latente
de vaporización.

6. Pi Ni
xi = -- = --
P NT
Ley de Dalton
P = PA + PB + PC +...+ Pi
Ley de Gibbs Dalton
Las propiedades de una
mezcla de gases ideales se
pueden calcular a partir de las
propiedades de los gases
constituyentes
mR m = m1 R 1 + m2 R 2 +...+ mi R i
mhm = m1 h1 + m2 h2 +...+ mi hi
mcpm = m1 cp1 + m2 cp2 +...+ mi cpi
P
V
NT = NA + NB + NC +...+ Ni
Fracción molar
Ni
xi = --
NT
Mezcla de gases ideales

7. Vapor de agua
Rv´=461,5 J/kg K
Aire seco
Ra´=287 J/kg K
Aire
húmedo = +
PaV = ma Ra´T PvV = mv Rv´T
A)  > R Aire húmedo
no saturado
R)  = R Aire húmedo
saturado
 < R Aire húmedo
sobresaturado
C
Pv
s

R
A
R
A
Temperatura de rocío R
Mínima Tª que puede tener el aire húmedo sin que el
vapor de agua se condense.
P =Pa + Pv

8. Mezcla aire-vapor
• Las mezclas aire-vapor no siguen estrictamente las leyes
de los gases ideales, aunque éstas pueden utilizarse con
suficiente precisión a presiones inferiores a 3 atm.
• Las mezclas de aire-vapor de agua existen en la
atmósfera y siguen la Ley de Gibbs-Dalton (La presión
total o barométrica del aire húmedo es igual a la suma
de las presiones parciales ejercidas por el aire seco y por
el vapor de agua).
• El vapor de agua presente en el aire puede considerarse
como vapor a baja presión.

9. Mezcla aire-vapor
• El punto de rocío es la temperatura a la
que comienza la condensación de la
humedad.
• El aire se encontrará saturado cuando su
temperatura sea la de saturación
correspondiente a la presión parcial
ejercida por el vapor de agua (temp. de
rocío)

10. Propiedades del aire húmedo

11. Humedad relativa
Pv
 = --
Ps
Aire saturado 100 
Aire seco 0 
Parámetros característicos
Humedad absoluta
mv
 = --
ma
Pv
 =0,622 ----
P -Pv
kg
-----
kg a.s.
Grado de humedad

φ = --
s
humedad absoluta
-------------------
humedad de saturación
Entalpía del aire húmedo H = maha + mvhv
h = +  (2501+ 1,82 )
H
h = -- = ha+ hv
ma
hv = 2501+ 1,82 
ha = cpa kJ
-----
kg a.s.
Origen de
referencia 0ºC 1 atm

12. Mezcla aire-vapor
• La humedad se define como la masa de vapor de agua por
unidad de masa de aire seco.
• La humedad relativa es la relación entre la fracción molar del
vapor de agua existente en una determinada muestra de aire
húmedo y la existente en una muestra saturada a la misma
temperatura y presión.
• En condiciones en que se cumpla la ley de los gases ideales,
la humedad relativa también se puede expresar como el
cociente entre la densidad del vapor de agua en el aire y la
densidad del vapor de agua saturado a la temp. de bulbo
seco del aire

13. Mezcla aire-vapor
• El calor húmedo es la cantidad de calor que es
necesario aplicar para aumentar 1K la temperatura
de 1kg de aire seco más la del vapor de agua
presente en el mismo.
• El volumen específico de la mezcla se expresa en
m3/kg de aire seco, es el volumen que ocupa 1kg de aire
seco más el del vapor de agua presente.

14. Mezcla aire-vapor
• El fenómeno de saturación adiabática del aire se
aplica en el secado de alimentos por
convección.
• Ocurre en un ambiente completamente aislado
al calor donde el aire se pone en contacto con
una superficie de agua; en este proceso parte
del calor sensible del aire que ingresa se
transforma en calor latente.

15. Técnica de saturación adiabática

17. Mezcla aire-vapor
• Generalmente se utilizan dos temperaturas de bulbo
húmedo: la Tºbh termodinámica y la Tºbh psicrométrica.
• La Tºbh psicrométrica es la que se alcanza cuando el
bulbo de un termómetro de mercurio cubierto con un
paño húmedo se expone a una corriente de aire sin
saturar que fluye a elevadas velocidades (5 m/s).
• La Tºbh termodinámica se alcanza cuando se satura
adiabáticamente aire húmedo mediante la evaporación
del agua. Para el caso del aire húmedo ambas
temperaturas son casi iguales.

18. Psicrómetro
BS - BH
gasa
humedecida
BS BH
Aire
Psicrómetro normal
 BS Tª de bulbo seco
 BH Tª de bulbo húmedo
BS = BH aire saturado
BS - BH aire no saturado
Mirando en tablas 
BS >>> BH (BS - BH)
BS > BH (BS - BH)
 disminuye
 aumenta

19. Otros instrumentos de medida

20. Carta psicrométrica
 Humedad relativa
60
Humedadabsolutakg/kgaireseco
20
Tª bulbo seco ºC
90 70 50 40 3060
-10 50-5 35 504540 55
30
25
20
15
-10
-5
0
5
10
10
0.005
0.000
0.010
0.015
0.020
0.025

21. Otras cartas
psicrométricas

22. Ejemplos
• Utilizando la carta psicrométrica:
– Caracterizar el aire de 50°C y 20% de humedad
relativa
– Caracterizar el aire de 30°C y 25°C de bulbo
húmedo

23. Procesos psicrométricos

24. Torres de refrigeración
1
2
B
Agua
caliente
Agua
fría
A
Aire
frío
Aire
caliente
. .
mB= mas . mB
. .
mA= mas . mA
masa agua fría
mB= ----------
kg aire seco
. . .
mas ( 2 – 1) = mA - mB
Balance de materia
masa agua caliente
mA= ------------
kg aire seco
. . .
mas (h2 – h1) = mAhA - mBhB
Balance de energía

25. Acondicionamiento de aire
Calentamiento
Enfriamiento
Ventilación
Humidificación
Deshumidificación
Purificación
Procesosde
acondicionamiento
Adsorciónporcarbón
Lavadoresdeaire
Ventilación
Olores,gases
Secos
Viscosos
Precipitadoreselectrostáticos
Filtros
Polvos
Supresión

26. Calentamiento y enfriamiento sensible
1 2
21
.
Q

BS 1 2
h1
h2

1= 2
1 2
. .
Q = mas (h2 - h1) < 0

27. .
m3 h3
3

BS 1 2
h1
h2

1
1
2
3
h3
3
2
3
Mezcla adiabática de dos corrientes
.
m2 h2
.
m1 h1
1
2
h3 - h2  3 -  2
---- = ------  ------
h1 - h3  1 -  3
.
ma1
.
ma2
• Balance energía
 3 -  2
---- = ------
 1 -  3
.
ma1
.
ma2
• Balance materia

28. Enfriamiento con deshumidificación
1 2 3
.
QE
.
QC

BS
h1
h2

1
1
2
h3
3
2,3
1-2 Deshumidificación
. . .
QE = mas (h1 – h2) - mas ( 1 –2) hf2
2-3 Calentamiento
. .
Qc = mas (h3 – h2)

29. Humidificación
1
2
BS
h1
h2

1
2
21
Adición de vapor
BS
h1
h2 
1
1
2
2
2 1
Inyección de agua líquida
h1 + (2 – 1) hf = h2
h1>> (2 – 1) hf
h1  h2
1 2agua
Tela mojada
Enfriamiento evaporativo
BS
h1=h2

1
1
2 2
2 1
2´

30. Ejemplo
• Calcular la energía necesaria para calentar en
forma sensible10 kg/s de aire a 30ºC de
temperatura de bulbo seco y 80% de
humedad relativa hasta alcanzar una
temperatura de bulbo seco de 45 ºC.