Fundamentos y Cálculo de Procesos Psicrométricos en Sistemas HVAC

Procesos Termodinámicos del Aire Húmedo

Calentamiento Sensible

Consiste en calentar (aumentar la temperatura) el aire desde unas condiciones iniciales hasta la temperatura que se desee alcanzar, sin variar su contenido de humedad o humedad absoluta, es decir, sin añadir ni quitar agua.

Parámetros y Unidades

• P_c: Potencia calorífica (kW o kcal/h)
• q̇m_a: Caudal másico de aire (kg/h o kg/s)
• h₂: Entalpía en el estado final (kJ/kg)
• h₁: Entalpía en el estado inicial (kJ/kg)

Fórmula de la Potencia Calorífica

P_c = q̇m_a × (h₂ - h₁)

Enfriamiento Sensible

Consiste en enfriar el aire hasta una temperatura mayor a la temperatura de rocío que corresponda al aire en las condiciones iniciales. De esta manera, se mantiene constante la humedad absoluta del aire. Al no alcanzar la temperatura de rocío, no se producirá condensación del vapor de agua.

Parámetros y Unidades

• P: Potencia extraída (kW o kcal/h)
• h₂: Entalpía en el estado final (kJ/kg)
• h₁: Entalpía en el estado inicial (kJ/kg)
• q̇m_a: Caudal másico de aire (kg/h)
• q̇v: Caudal en volumen del aire (m³/h)
• d: Densidad del aire (kg/m³)

Fórmulas Auxiliares y de Potencia

q̇m_a = q̇v × d

P = q̇m_a × (h₁ - h₂) (Fórmula completada asumiendo la extracción de calor)

Mezcla de Dos Caudales de Aire Húmedo

Este proceso implica mezclar dos corrientes o caudales de aire a diferentes temperaturas y humedades para conseguir un caudal de aire de mezcla con valores intermedios de esos parámetros. Un ejemplo común es la mezcla de aire exterior o de renovación con el aire recirculado procedente del local.

Parámetros de Caudal y Temperatura

• q̇m₁: Caudal másico de aire a mayor temperatura (kg/h o kg/s)
• q̇m₂: Caudal másico de aire a menor temperatura (kg/h o kg/s)
• q̇m₃: Caudal másico de aire de la mezcla de m₁ y m₂ (kg/h o kg/s)
• q̇v₁, q̇v₂, q̇v₃: Caudales volumétricos respectivos (m³/h)
• t₁: Temperatura seca del caudal de aire que tiene mayor temperatura (°C)
• t₂: Temperatura seca del caudal de aire que tiene menor temperatura (°C)

Fórmulas de la Mezcla

q̇m₃ = q̇m₁ + q̇m₂

t₃ = (q̇v₁ / q̇v₃) × (t₁ – t₂) + t₂

Procesos de Humidificación y Deshumidificación

Deshumidificación o Deshumectación por Enfriamiento

Consiste en disminuir el contenido de humedad o humedad absoluta del aire enfriándolo a una temperatura inferior a la temperatura de rocío correspondiente al aire en las condiciones iniciales.

Humidificación o Humectación en Saturación Adiabática

Aumentar el contenido de humedad del aire sin que haya intercambio de calor con el exterior, manteniendo constante la entalpía del aire al inicio y final del proceso.

Humidificación o Humectación con Aporte o Extracción de Calor

Consiste en aumentar o disminuir el contenido de humedad del aire y en añadir o extraer calor, alcanzando así unas condiciones diferentes a las adiabáticas.

Cálculo del Caudal Másico de Agua (Humidificación)

• q̇m_w: Caudal másico de agua (kg_w/s)
• q̇m_a: Caudal másico de aire (kg_a/s)

Fórmula: q̇m_w = q̇m_a × (H_a₂ – H_a₁)

Conceptos Clave y Condiciones de Confort

Variables de Confort Humano

Las variables ambientales del aire que sirven para definir el bienestar y confort humano son:

• La temperatura
• La humedad
• La pureza o ventilación

Condiciones de Confort (Según RITE)

Las condiciones de confort que establece el Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE) son las siguientes:

• Temperatura:
  • Verano: 23-26 ºC
  • Invierno: 20-24 ºC
• Humedad Relativa: Entre 40% y 70%

Composición y Propiedades del Aire

• El aire atmosférico está formado por: aire seco y vapor de agua.
• Cuanto mayor temperatura tenga el aire, mayor cantidad de vapor de agua puede absorber.
• El diagrama psicométrico es una representación gráfica de las propiedades del aire húmedo.