INSTALACIONES Y EQUIPOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

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INSTALACIONES Y EQUIPOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Y
VENTILACIÓN
3.1
PSICROMETRÍA. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y ACONDICIONAMIENTO
DE AIRE
3.1.1 PSICROMETRÍA
El aire atmosférico es una mezcla de gases (principalmente oxígeno, nitrógeno y dióxido de
carbono), vapor de agua y contaminantes.
PT
PT = PS + PV
mA
mA = mS + mV
Fig. 3.1 Presión y
masa de aire húmedo
Entendemos por aire seco el aire atmosférico sin vapor de
agua ni contaminantes y por aire húmedo la mezcla de aire
seco con vapor de agua. Este último es el fluido empleado en
el ámbito de las instalaciones de acondicionamiento de aire.
Si tenemos una masa de aire húmedo (mA) contenido en un
recipiente, éste ejerce una presión (PT) sobre las paredes del
mismo que es igual a la suma de las presiones parciales del
aire seco (PS) y del vapor de agua (PV) que lo forman. Del
mismo modo, su masa total es la suma de las masas
parciales de aire seco (ms) y vapor de agua (mv).
Si a una masa de aire seco, le vamos adicionando paulatinamente vapor de agua, sin variar la
temperatura de la mezcla, llegaremos a un punto tal en que el aire húmedo ya no admite más
vapor de agua, produciendo la condensación del mismo. En este punto decimos que el aire
está saturado a esa temperatura.
La psicrometría es la ciencia que estudia las propiedades del aire húmedo, siendo las
propiedades psicrométricas empleadas en el ámbito del acondicionamiento de aire las
siguientes (ver también apartado 1.5):
HUMEDAD ABSOLUTA (w): se corresponde con el peso de vapor de agua por unidad de peso de
aire seco. Se expresa en g/kg de aire seco.
HUMEDAD RELATIVA (HR): relación entre la presión del vapor de agua contenido en el aire
húmedo y la presión de vapor saturado a esa misma temperatura. Se expresa en porcentaje
(%).
TEMPERATURA SECA O DE BULBO SECO (θ): indicada por un termómetro ordinario en un recinto en
el que el aire ambiente y las paredes están a la misma temperatura.
TEMPERATURA HÚMEDA O DE BULBO HÚMEDO (θh): indicada por un termómetro cuyo bulbo está
recubierto por una gasa empapada en agua. Se corresponde con el valor de temperatura que
alcanzaría una masa de aire seco a la que le añadiríamos agua hasta el punto de saturación.
TEMPERATURA DE ROCÍO: temperatura a la que debe descender el aire húmedo para empezar a
condensar el vapor de agua contenido en él.
ENTALPÍA (h): se corresponde al calor total, suma del calor sensible necesario para variar la
temperatura y latente necesario para evaporar el contenido en vapor de agua del aire húmedo.
VOLUMEN ESPECÍFICO (V): volumen que ocupa la unidad de paso de aire húmedo (1 kg) para
una temperatura y humedad determinadas, así el aire húmedo a una temperatura seca de
20ºC y con una humedad relativa del 50%, tiene un volumen específico de 0,84 m3/kg.
FACTOR DE CALOR SENSIBLE (FCS): relación entre la ganancia de calor sensible (debida al
incremento de temperatura) y la de calor total (debida a la suma de calor sensible, calor
latente por cambio de estado).
145
Instalaciones y equipos de acondicionamiento de aire y ventilación
3.1.2 DIAGRAMA PSICROMÉTRICO
Fig. 3.2 Diagrama psicrométrico base
146
o
Las temperaturas inferiores a 0ºC corresponden al hielo
Entalpías del aire saturado en
kcal por kg de aire seco
Temperaturas secas en grados centígrados
5
1,00
0,90
Gramo de agua por kg de aire
seco
Gramo de agua por kg
de aire seco
10
0,75
0,80
0,70
0,65
0,60
15
0,55
0,50
0,40
20
25
0,40
0,35
El diagrama psicrométrico es la representación gráfica de las propiedades del aire húmedo,
estando representadas las características siguientes: temperatura seca, humedad absoluta,
entalpía de aire húmedo, curva de saturación, humedad relativa, temperatura húmeda,
volumen específico, temperatura de rocío (punto de rocío) y factor de calor sensible (FCS).
Contenido de humedad
Factor de calor sensible
ro
cío
o
nt
pu
,
Punto de rocío
a
ed
úm
h
a
a
tiv
tur
ela
era
dr
a
p
d
m
me
Te
Hu
Temperatura
seca
n
Te
mp
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da
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o
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u
r
P fe
re
Gramos de vapor de agua
e
um
Vol
de
Va
ria
ció
n
En
ta
lpí
a
de
de
ent
alp
ía
sa
tu
ra
ci ó
n
A partir del diagrama psicrométrico, y conocidas dos de las variables anteriores, situamos un
punto que nos permite determinar todas las demás características del aire húmedo objeto de
la medición.
Temperatura seca
Fig. 3.3 Identificación de variables en un diagrama psicrométrico
Las líneas de temperatura seca
(θ) son líneas verticales cuya
lectura se realiza en oC, en orden
creciente de izquierda a derecha.
La temperatura seca del aire en
unas condiciones determinadas
queda definida por la vertical que
cruza el punto que representa las
condiciones mencionadas.
30oC
oC
Fig. 3.4 Línea de temperatura seca
g de agua/kg
de aire seco
Las
líneas
de
humedad
absoluta
(w)
son
líneas
horizontales cuya lectura se
realiza en g/kg, en la parte
derecha del diagrama en orden
creciente de abajo a arriba.
8 g/kg
Fig. 3.5 Línea de humedad absoluta
147
Instalaciones y equipos de acondicionamiento de aire y ventilación
12,18 kcal/kg
Las líneas de entalpía de aire
húmedo (h), o isoentálpicas, son
curvas, aunque asimiladas a líneas
rectas, que transcurren de derecha a
izquierda con pendiente ascendente.
Según el diagrama pueden venir en
kcal/kg o en kJ/kg. Su lectura se hace
en una escala auxiliar perpendicular a
la dirección de las isoentálpicas. Las
curvas que la representan son de
orden creciente de la parte inferior
izquierda a la superior derecha.
Fig. 3.6 Línea de entalpía de aire húmedo
La curva de saturación es también la
curva de humedad relativa al 100% y limita
el diagrama por su lado izquierdo. Permite
conocer el contenido de agua de saturación
para una temperatura determinada. Para
eliminar agua del aire (condensar) es
necesario alcanzar esta curva.
HR 100%
Fig. 3.7 Curva de saturación
HR 30%
Las curvas humedad relativa (HR) son
curvas que poseen un trazado similar al de
la curva de saturación, expresando la
humedad relativa del aire húmedo en
porcentaje. Son de orden ascendente
desde la parte inferior derecha a la
superior izquierda.
Fig. 3.8 Curva de humedad relativa
Las curvas de temperatura húmeda (θh)
son curvas inclinadas con pendiente
ascendente de derecha a izquierda y
representan
líneas
de
enfriamiento
adiabático del aire (calor constante). La
lectura de la temperatura húmeda se realiza
en el punto de corte de la isoentálpica que
pasa por el punto considerado y la curva de
saturación.
18oC
18oC
Fig. 3.9 Línea de la temperatura húmeda
148