Saltar la navegación

5.3.- Representación de procesos higrotérmicos

Mantener un espacio confortable, a la temperatura y humedad deseadas, requiere el realizar un conjunto de procesos de acondicionamiento de aire. Estos procesos incluyen el simple calentamiento del aire (subir su temperatura), el simple enfriamiento del aire (bajar su temperatura), la humidificación (añadir humedad) y la deshumidificación (quitar humedad). A veces es necesario hacer varios de estos procesos con el fin de conseguir la temperatura y humedad deseada.

El aire es comúnmente calentado y humidificado en invierno y enfriado y deshumidificado en verano. Todo ello podemos reflejarlo en el diagrama psicrométrico:

Distintos procesos higrotérmicos del aire



Calentamiento simple

Enfriamiento simple

Calentamiento con humidificación

Enfriamiento con deshumidificación

Enfriamiento evaporativo

Este sistema es el mismo que el del botijo, que utiliza el agua que se filtra por sus poros y se evapora. Al evaporarse absorbe calor y refresca el agua de su interior. En este caso ocurre lo mismo, se humidifica aire seco, el cual absorbe el agua pulverizada y se evapora. Como la entalpía del agua líquida es menor que la del agua en estado de vapor, necesita absorber energía del aire. Y todo ello sin consumo de energía (la entalpía del aire, seco al principio y húmedo al final del proceso, prácticamente se mantiene constante).

Debes conocer

Mezcla de aires

Este proceso tiene su aplicación característica en la sección inicial del climatizador a donde llegan dos corrientes de aire:

  • Un caudal m1 de aire recirculado (REC), procedente del ambiente climatizado con unas condiciones de temperatura t1 de bulbo seco, humedad relativa Hr1 y humedad específica w1.
  • Un caudal m2 de aire exterior (EXT) para renovación con unas condiciones t2, Hr2 y w2 respectivamente.
Flujo de aires en UTA



Como en cualquier mezcla, las condiciones del aire de mezcla (MEZ) resultante serán intermedias entre las que tiene cada caudal de aire. Aplicando la ley de las mezclas, basada en la Primera Ley de la Termodinámica, sabemos que:

Gráficamente, el procedimiento de mezcla consiste en lo siguiente:

  • Representamos ambos estados del aire en el diagrama psicrométrico y unimos los dos puntos obtenidos mediante una recta.
  • Resolver aritméticamente el problema de conocer la temperatura de la mezcla. Para ello se requiere conocer los pesos específicos de los dos tipos de aire (fácilmente deducible en el diagrama psicrométrico. Lógicamente, deberemos saber el caudal másico de cada uno de los dos tipos de aire. No obstante, para variaciones de temperatura no excesivamente grandes, podemos tomar aproximadamente el caudal volumétrico (al considerar que la densidad del aire no varía apenas al aumentar o disminuir su temperatura). En resumen, podemos utilizar la fórmula:

Siendo q los caudales de aire, los cuales pueden ir en cualquier unidad, siempre que en la mezcla se pongan en idéntica unidad ( l/s, m3/h, ...)

  • Una vez determinada la temperatura de la mezcla, buscar tmezcla en el eje horizontal y levantar una perpendicular hasta cortar a la recta de unión de ambos puntos. El punto S encontrado es la solución.

Ejercicios Resueltos

1.- En una nave industrial con 500 trabajadores, se necesitan por persona y hora 50 m3 de aire a 22 ºC y con un estado higrométrico del 65 %. El  aire exterior está a 5 ºC y 80 % de humedad relativa. Calcular el peso de agua y el calor que debe suministrársele al aire exterior. Las pérdidas de calor del local al exterior son compensadas por cualquier medio de calefacción que no aporta humedad al ambiente. La presión atmosférica es la normal de 760 mm Hg.  Resolver el problema con ayuda del diagrama psicrométrico.

2.- En una Unidad Térmica de Acondicionamiento  impulsamos 2 000 m3h para climatizar una clínica con una ocupación de 10 personas. Las condiciones exteriores son 30 ºC y 70 % de humedad relativa. Las condiciones en el interior del local son  25 ºC y 50 % de humedad. Calcula el aire exterior que deberemos añadir para la renovación de aire.

3.- Calcula la temperatura y humedad relativa del aire resultante del problema anterior en la sección de mezclas y representa el proceso en el diagrama psicrométrico

4.- Una vez mezclado el aire del ejercicio anterior, pasa por una batería de frío, ¿Qué potencia deberá tener la batería para llevar el aire a su punto de rocío? Representa el proceso en el diagrama psicrométrico.

5.- ¿A qué punto llegará el aire si la batería del ejercicio anterior tiene una potencia de 10 kW? Representa el proceso en el diagrama psicrométrico.

6.- ¿Qué cantidad de agua se condensará a la hora en la UTA de los ejercicios anteriores?

Ejercicios Para Resolver

1.- Las lecturas tomadas en el psicrómetro de una habitación fueron las siguientes: termómetro seco, 25 ºC, y termómetro húmedo, 19,7 ºC. Calcular mediante el diagrama psicrométrico: a) la humedad absoluta; b) la humedad relativa; c) el punto de rocío; d) el volumen específico del aire húmedo; e) la entalpía por kg de aire seco.

2.- La temperatura en una habitación de un volumen de 38 m3 es de 25 ºC y la presión de 1,013 bar. El punto de rocío del aire en la habitación es de 14 ºC. Si una vasija con agua se coloca en la habitación, calcular la cantidad máxima de agua que puede evaporarse. Se supone que en la habitación la presión y temperatura permanecen constantes. Utilizar el diagrama psicrométrico o un programa de cálculo.

3.- Un caudal volumétrico de aire de 1 300 m3/h, con peso específico de 1,17 kg/m3 se calienta desde una temperatura de 23 ºC hasta que alcanza los 33 ºC. La humedad específica del aire  permanece constante durante el calentamiento. Calcular la potencia térmica necesaria para efectuar este calentamiento. Resolver el problema con el diagrama psicrométrico.

4.- Deseamos mezclar 2 m3/s de aire exterior a 29 ºC y 30 % de humedad con 5 m3/s de aire de recirculación interior, a 20 ºC y 50% de humedad ¿qué temperatura y humedad relativa tendrá el aire resultante?