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PSICROMETRÍA Y REFRIGERACIÓN
Ver calculadora de propiedades psicrométricas.


La psicrometría estudia las propiedades de las mezclas de aire y vapor de agua.

La humedad relativa (o grado higrométrico) es el porcentaje de vapor de agua contenido en el aire en relación a la cantidad que contendría si estuviese saturado a la misma temperatura.

El punto de rocío es la temperatura a la que empieza la condensación del vapor de agua cuando se enfría el aire a presión constante y sin variación de la masa de agua que contiene.

La temperatura seca es la temperatura medida por un termómetro ordinario.

La temperatura húmeda es la temperatura medida con un termómetro cuyo bulbo se halla envuelto por un trozo de gasa empapada de agua destilada y ventilado con una velocidad de aire suficiente. La evaporación del agua en la gasa absorbe calor, el cual se transmite al aire. La temperatura del bulbo deberá descender más, en relación al termómetro seco, cuanto más seco este el aire. Los dos termómetros, el seco y el húmedo, indican, pues, la misma temperatura con el aire saturado. La medida de las temperaturas seca y húmeda se puede realizar bien con un psicrómetro o bien con otros aparatos tales como el higrómetro de Aluard, el higrómetro de cabello, etc.
En realidad el aire seco no existe en la naturaleza; siempre contiene una cierta cantidad de vapor de agua, pero, para los cálculos de ventilación y refrigeración, se hace referencia a menudo al Kg, o al m3 de aire seco. Una característica importante es que, a igualdad de volumen, el aire húmedo es más ligero que el aire seco.
Por otro lado, la presión natural del aire, o presión atmosférica, varía con la

altitud Enlace a calculadora presión-altitud

dentro de unos límites no despreciables, y también según sean las condiciones atmosféricas. Cerca del nivel del mar, esta presión varía corrientemente entre 735 y 775 mm de mercurio. En los cálculos podrá emplearse una presión media de 760 mm de mercurio.

Otra consideración a tener en cuenta es que, para las presiones y temperaturas en que nos vamos a mover, en general, podremos considerar que el vapor de agua y el aire se comportan como gases perfectos, por lo que podremos aplicar la ley de Dalton

Diagrama psicrométrico

Para poder efectuar con más facilidad los distintos cálculos necesarios, se reúnen numerosos datos en los

diagramas psicrométricos Enlace a calculadora psicrométrica

, o diagramas del aire húmedo. Contienen los siguientes datos: temperatura seca, temperatura húmeda, humedad relativa, entalpía, masa de agua por kg de aire seco, o por m3 de aire seco, en gramos, y , algunas veces, información complementaria, tal como, por ejemplo, el volumen másico en m3/Kg
El diagrama psicrométrico permite, pues, representar las características del aire y la evolución de las mismas en función de los tratamientos a que es sometido.
Las coordenadas del diagrama son el contenido de vapor de agua como ordenada y la temperatura de la mezcla aire-vapor como abscisa. En el diagrama representado en la página anterior, además, se observa la forma que tienen las líneas de humedad relativa, temperatura húmeda, entalpía específica y volumen específico constantes. Una vez que conozcamos la posición del punto que caracteriza un estado determinado del aire (por ejemplo a partir de la temperatura seca y del contenido, en g/Kg de aire, de agua) podremos averiguar el resto de las características.
Una observación que hay que hacer es que, a masa igual de vapor de agua, basta que la temperatura se eleve para que se seque el aire húmedo (disminuya la humedad relativa), e inversamente.
Si enfriamos el aire, manteniendo el contenido en masa de agua constante, observamos que se produce un descenso de la humedad relativa; cuando llegamos al 100% de humedad (línea de saturación) ya no será posible seguir enfriando sin variar el contenido en masa de agua, puesto que las temperaturas inferiores ya no admiten tal cantidad de agua.
Es interesante saber que, en ciertos casos, se puede correr el riesgo de que se produzcan condensaciones; por ejemplo, dentro de una cámara frigorífica, en los elementos con una temperatura inferior a la temperatura del aire, tales como las tuberías del circuito de refrigeración o el serpentín del evaporador, pueden producirse condensaciones. Esto es debido a que al enfriarse el aire que está próximo a estas zonas más frías, se satura y pierde parte de su contenido de humedad.
La escala de entalpía que aparece en el diagrama tiene su origen, generalmente a 0º C para aire seco. En realidad, es evidente que la entalpía del aire no es nula a 0ºC, ni tampoco negativa para temperaturas inferiores a 0 ºC, pero esto no tiene importancia puesto que sólo se trabaja sobre diferencias de entalpías.
Todas las variaciones de calor total en el aire pueden representarse en el diagrama psicrométrico; éstas pueden descomponerse en calor sensible y calor latente.
El calor sensible provoca una elevación o un descenso de la temperatura del aire según exista calentamiento o enfriamiento, y el calor latente corresponde a un aumento o a una disminución de la masa de vapor de agua contenida en el aire, sin cambio de temperatura. Cuando una transformación tiene lugar sin variar el contenido en vapor de agua, se tiene una variación de calor sensible, no latente. Por el contrario una transformación en calor latente tiene lugar, cuando se varia el contenido de vapor de agua, manteniendo constante la temperatura seca.

ESTUDIO DE LAS MÁQUINAS FRIGORÍFICAS
A continuación vamos a resumir brevemente el funcionamiento de una máquina frigorífica.
El método más importante de refrigeración y el más extendido está fundado en la ebullición de algún líquido adecuado hasta su estado gaseoso. En este proceso el calor es extraído del espacio a enfriar con el fin de proveer el calor latente de vaporización necesario para el cambio de estado líquido a gaseoso. Para que la transferencia de calor tenga lugar, es necesario que la temperatura de ebullición del líquido sea inferior a la temperatura del medio.
Es posible variar la temperatura de ebullición de una sustancia variando la presión ejercida sobre ella. De esta forma podemos variar la temperatura a la cual se absorbe el calor.
En la práctica, al fluido se introduce en un circuito frigorífico en el que se le somete a un ciclo que comprende: compresión, condensación, expansión y evaporación.

Los principales elementos que componen un circuito frigorífico son:
- Fluido refrigerante.
- Compresor.
- Condensador.
- Válvula de expansión.
- Evaporador.
- Elementos adicionales.


Fluido refrigerante:
Es el elemento que va a evolucionar por el circuito frigorífico, sufriendo transformaciones de presión, temperatura, energía y cambios de estado de líquido a gas o viceversa. Después de ser vaporizado vuelve a utilizarse y no se agota.

Compresor:
El compresor, que puede ser de distintos tipos, tiene como misión comprimir el refrigerante en fase gaseosa. Es accionado por un motor eléctrico, toma el gas a una determinada presión y temperatura, y lo suelta a mayor presión y al mismo tiempo a mayor temperatura y con mayor energía.

Condensador:
Los condensadores reciben el vapor refrigerante recalentado procedente del compresor, eliminan el recalentamiento del vapor y , a continuación, lo licúan. Es el lugar donde se produce la eliminación del calor. Algunos fluidos, tales como aire o agua, son los encargados de llevarse el calor fuera del sistema; estos fluidos caracterizan al condensador, que por consiguiente, puede ser de enfriamiento por aire o por agua.
El conjunto formado por el condensador y el compresor recibe el nombre de unidad de condensación.

Dispositivo de expansión:
Después del compresor y del condensador, el elemento fundamental que sigue en el sistema de compresión de vapor es el dispositivo de expansión. Tiene un doble fin: reducir la presión del líquido refrigerante, y regular el paso de refrigerante al evaporador.
El fluido refrigerante, al pasar por este elemento de expansión, pierde presión, pero sin quedar afectado en cuanto a su energía. El trabajo mecánico de la expansión se compensa con una evaporación parcial del líquido, cuya parte restante en estado líquido se enfría.

Evaporador:
Al igual que el condensador, es un intercambiador de calor, que se encuentra entre la salida del sistema de expansión y la entrada al compresor, cerrando de esta forma el circuito. El líquido refrigerante a baja presión procedente del sistema de expansión, se evapora en este intercambiador. Como consecuencia de este cambio de estado de líquido a gas, el refrigerante debe absorber gran