Iperadora

Capítulo 8

Termodinámica del aire húmedo

Aire húmedo
El equilibrio bifásico de aire y agua se estudia como cualquier otro: la temperatura, la presión, y los potenciales químicos del H20, N2, 02, Ar, C02, etc. (según lo que se entienda por aire y por agua) deben ser uniformes en el equilibrio. Si así se estudiara, y sólo se 2 considerase la mezcla de agua pura (H20)y aire puro (digamos, 79%de N y 21% de 02), la composición de equilibrio bifásico a presión y temperatura ambiente (100 kPa y 15 OC)sería *líq,O2= 10- ~ v a p , 0.02, 0 ~ ~ ~ xvap,~~" Y ~ v a ~ , 0 ~ = 0 ies1 0977 2 decir, la X14,H20=1, Xlíq,N2= proporción de aire disuelto en el agua es pequeñísima (aunque permite respirar a todos los peces), el oxígeno se disuelve más (la solubilidad de ambos aumenta con la presión ydisminuye con la temperatura), y el aire contiene del orden del 2% de vapor de agua cuando está saturado (Le. en equilibrio con el agua).
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Del análisis anterior se desprende que el aire húmedo puede considerarse a efectos ingenieriles como aire puro o, si se precisa considerar cambios de composición, como mezcla de aire puro no condensable y vapor de agua condensablei, por lo que, parasimplificar los cálculos, conviene utilizar una nomenclatura asimétrica, referida al aire (que no cambia de fase). Se definen así los siguientes conceptos referidos a la mezcla gaseosa: Aire seco, o simplemente aire, es una mezcla gaseosa de composición fija: xN2=0,7809, xo2=0,2095,xk=0,0093 y xco2=0,0003(o aproximadamente xN2=0,79 y xo2=0,21). Fracción molar de vaDor: Xvapor =nvaporI(naire+nvqor). Humedad. llamada también humedad absoluta (para distinguirla de la humedad relativa) e incluso humedad específica (aunque nótese que no es por unidad de masa de la mezcla): w -= mvqorlmaire. Humedad relativa: 4 = ~ ~ aSatb,T. p ~ ~ / ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

Grado de saturacion: y = ~ ~ ~satb,~,m,,. ~ ~ Casi no se lutiliza esta~función. p ~ ~ a Nótese que el proceso contemplado en la definición serefiere a una masa fija de r l (introduciendo vapor de agua y v aire, y que si se midiese ~ v a ~ ~s a t b , ~ , ~ ~ ~ ~ ~ sacando aire para que no aumentara la presión) se obtendría un valor casi igual al de la humedad relativa.
1. Condensable en esas mismas condiciones de presión y temperatura.

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l. Martínez: TERMODINAMICA BASICA Y APLICADA

Al estudio del aire húmedo se le llamahigrometría o psicrometría. Por supuesto que, de acuerdo con la regla de las fases, para especificar el estado de equilibrio en una fase homogénea de dos sustancias (aire puro y agua pura) basta conocer, además de la presión y la temperatura, una relación entre las proporciones en que se encuentran las sustancias, luego, dada una medida de la humedad, existirán relaciones que permitirán conocer lasdemás funciones. Los cálculos se simplifican si, además de considerar el aire no condensable, se supone para el agua líquida el modelo de líquido perfecto (plíq=cte,c=cte), para el aire húmedo el modelo de gas perfecto (pV=nR,T, cp=cte), y el equilibrio del agua en estado de saturación (bifásico) se aproxima por la ley de Raoult ~ ~ ~ ~ ~ , ~ ~ = siendoT ) l p , presión de equilibrio p * ( p*(T)la bifásico del agua pura a esa temperatura. Nótese que este modelo carece de sentido para temperaturas superiores a la de saturación del agua pura a la presión de interés; es decir, para p=100 kPa, si T>100 "C, por mucha agua que se añada al aire nunca se llegará a la saturación.

Humedad absoluta y relativa
Con las hipótesis anteriores, y llamando MVa=MvIMa la relación de masas molares delvapor a y el aire, Mva=O,O1 8/0,029=0,622, se tienen las relaciones:

donde xv es la fracción molar de vapor en la fase gaseosa (la de aire seco será xa=l-x,), 4 es la humedad relativa (respecto al contenido de vapor de una atmósfera en equilibrio con agua líquida pura a esa p y T), y w es la humedad absoluta. Las medidas precisas de la humedad del aire se basan en la extracción del vapor con una...