3.- Saturación Adiabatica Y Temperaturas De Bulbo Humedo

 

            La humedad relativa y la humedad especifica son empleadas con frecuencia en la ingenieria y en las ciencias de la atmósfera, pero ninguna de ellas es fácil de medir directamente. Por tanto, se deben relacionar con cantidades fáciles de medir como la temperatura y la presión.

Una forma de determinar la humedad relativa es encontrar la temperatura de punto de rocio del aire. Al conocer la temperatura del punto de rocio es posible determinar la presión de vapor y de ese modo la humedad relativa. Este planteamiento es sencillo pero no practico.

            Otra manera de determinar la humedad absoluta o relativa se relaciona con un proceso de saturación adiabático, mostrado de manera esquemática y en un diagrama T-s en la figura 3.1. El sistema se compone de un canal largo aislado que contiene una pila de agua. Por el canal se hace pasar una corriente permanente de aire no saturado que tiene una humedad especifica de (desconocida) y una temperatura de . Cuando el aire fluye sobre el agua, un poco de está se evapora y mezcla con la corriente de aire. El contenido de humedad del aire aumentará durante este proceso y su temperatura descendera, puesto que parte del calor latente de evaporación del agua que se evapora provendrá del aire. Si el canal tiene el largo suficiente la corriente de aire saldrá como aire saturado ( a la temperatura  que se llama temperatura de saturación adiabática.

Si agua de remplazo se suministra al canal a la relación de evaporación y a la temperatura el proceso de saturación adiabático recién descrito puede analizarse un proceso de flujo permanente. El proceso no incluye interacciones de calor o trabajo, y los cambios en la energía cinética y potencial pueden ignorarse. De modo que las relaciones de la conservación de la masa y de la conservación de la energía para este sistema de flujo permanente de dos entradas y una salida se reduce a lo siguiente:

Conservación de la masa:        

(La relación de flujo de masa del aire seco permanece constante)

(La relación de flujo de masa del vapor en el aire aumenta en una cantidad igual a la relación de evaporación )

Por tanto,          

 

Figura 3.1 El proceso de saturación adiabático y su representación en un diagrama T-s.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Conservación de la energía:

 

                            (Pues Q=0 y W=0)

o                          

Al dividir entre se obtiene

                                              

o                                            

lo que produce

                                                                                                   (3-1)

donde, de la ecuación:            

se tiene que:                                                                                                  (3-2)                                   

 

 

 

Figura 3.2 Un arreglo simple para medir la temperatura de bulbo húmedo.

 

puesto que por ciento. De este modo, la humedad especifica (y la humedad relativa) del aire puede determinarse de las ecuaciones 3-1 y 3-2 si se mide la presión y la temperatura del aire a la entrada y a la salida de un saturador adiabático. Si el aire que entra al canal ya esta saturado, entonces la temperatura de saturación adiabática , será idéntica a la temperatura de entrada , en cuyo caso la ecuaci6n 13-14 produce =. En general, la temperatura de saturación adiabática estará entre las temperaturas de entrada y de punto de rocío. El proceso de saturación adiabático recién analizado proporciona un medio para determinar la humedad absoluta o relativa del aire, pero es necesario sus canal largo o un mecanismo de rociado para alcanzar condiciones de saturación a la salida. Un planteamiento mas practico es emplear un termómetro cuyo bulbo esta cubierto con una mecha de algodón saturada con agua y soplar aire sobre ella, como se muestra en la figura 3.2. La temperatura medida de esta manera se denomina temperatura de bulbo humedo , y se emplea comúnmente en aplicaciones de acondicionamiento de aire. El principio básico implicado es similar al de la saturación adiabática. Cuando aire no saturado pasa sobre la mecha húmeda, un poco del agua de la mecha se evapora. Como resultado, disminuye la temperatura del agua y crea una diferencia de temperatura (que es la fuerza motriz para la transferencia de calor)entre el aire y el agua. Después de un tiempo la perdida de calor del agua por evaporación se iguala a la ganancia de calor del aire, y la temperatura del agua se estabiliza. En este punto, la lectura del termómetro es la temperatura de bulbo húmedo la cual se mide con un termómetro de mecha húmeda colocado en un soporte unido a una manivela y girando el soporte rápidamente; es decir, mover el termómetro en lugar del aire. Un dispositivo que trabaje con base en este principio se denomina psicrómetro giratorio.

            También se monta un termómetro de bulbo seco sobre la armazón de este dispositivo, de manera que tanto la temperatura de bulbo húmedo como la del bulbo seco puedan medirse de manera simultanea.

            Los avances en la electrónica han hecho posible medir la humedad de una manera rápida y confiable. Pareciera que los psicrómetros giratorios y los termómetros de mecha húmeda se han vuelto cosas del pasado. Los actuales dispositivos electrónicos de medición de humedad, basados en el cambio de capacitancia en una delgada película polimérica, como absorben vapor de agua, son capaces de detectar y mostrar digitalmente la humedad relativa con una precisión de hasta 1 por ciento en cuestión de segundos.

            En general , la temperatura de saturaci6n adiabática y la temperatura de bulbo húmedo no son iguales. Pero para mezclas aire-agua-vapor a presión atmosférica la temperatura de bulbo húmedo es casi igual a la temperatura de saturación adiabática. Asi, la temperatura de bulbo húmedo puede emplearse en la ecuación 13- l4 en lugar de para determinar la humedad especifica del aire.