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CONDENSACIONES
LAS CONDENSACIONES EN LAS CONSTRUCCIONES SON A
LA VEZ, CAUSA Y EFECTO DE UN IMPORTANTE NÚMERO
DE PROCESOS PATOLÓGICOS QUE AFECTAN EL CONFORT
DE LOS USUARIOS, MENOSCABAN EL PATRIMONIO Y
COMPROMETEN LA SALUD DE SUS HABITANTES.
SI LA CONDENSACIÓ
CONDENSACIÓN SE PRODUCE EN LA
SUPERFICIE INTERIOR DE UN CERRAMIENTO SE LA
LLAMA CONDENSACIÓ
CONDENSACIÓN SUPERFICIAL YSI OCURRE
DENTRO DE AQUEL SE LA DENOMINA CONDENSACIÓ
CONDENSACIÓN
INTERSTICIAL
LAS HUMEDADES PROVOCAN:
1.-DESARROLLO DE PROCESOS PATOLÓGICOS TALES
COMO LAS EFLORESCENCIAS Y CRIPTOEFLORESCENCIAS
2.-PROLIFERACIÓN DE ORGANISMOS VEGETALES Y
ANIMALES
3.-DISGREGACIÓN POR HELADICIDAD
4.- OXIDACIÓN Y CORROSIÓN DE ELEMENTOS METÁLICOS
5.- PUDRICIÓN DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE
MADERA
6.- DISMINUCIÓN DE LA CAPACIDAD AISLANTE DE LOS
CERRAMIENTOS.
TIENEN SU ORIGEN EN EL CAMBIO DE ESTADO DE PARTE
DEL VAPOR DE AGUA CONTENIDO EN EL AIRE, QUE SE
ENCUENTRA O SE GENERA EN LOS EDIFICIOS, SOBRE LAS
SUPERFICIES INTERIORES O EXTERIORES DE LOS
PARAMENTOS O DENTRO DE LOS MISMOS.
LA CONDENSACIÓN SE PRODUCE:
- POR UN INCREMENTO DE LA CANTIDAD DE VAPOR DE
AGUA DEL AMBIENTE SIN MODIFICACIÓN SIGNIFICATIVA
DE LA TEMPERATURA DEL AIRE (ESTO GENERA UN
AUMENTO DE LA HUMEDAD RELATIVA, COMENZANDO LA
CONDENSACIÓN AL ALCANZARSE LA PRESIÓN DE VAPOR
DE SATURACIÓN)
- POR UN DESCENSO DE LA TEMPERATURA, AÚN SIN
VARIAR EL CONTENIDO DE VAPOR DE AGUA EN EL AIRE
(LO QUE PRODUCIRÁ DE IGUAL MODO UN AUMENTO DE LA
HUMEDAD RELATIVA, INICIÁNDOSE LA CONDENSACIÓN AL
ALCANZARSE LA TEMPERATURA DE ROCÍO TR).
AIRE SECO
VAPOR DE AGUA
• Aire atmosférico =
xi=
Aire seco+Vapor agua (0-4%)
MEZCLA DE GASES IDEALES. MODELO DE DALTON
ni
N
∑n
k
• Composición del aire seco
k =1
Peso(%)
Volumen(%)
xi
xiµ(g/mol)
N2
75.5
78
0.7809
21.878
O2
23.1
21
0.2095
6.704
Ar
1.30
0.9
0.0093
0.371
C02
0.05
0.03
Otros
0.05
0.07
Total
100
100
0.0003
1
0.013
28.966
Aire húmedo: Aire seco + Vapor de agua
El aire húmedo en contacto con agua líquida se describe con arreglo a las
idealizaciones siguientes:
1) EL AIRE SECO Y EL VAPOR SE COMPORTAN COMO GASES
IDEALES INDEPENDIENTES.
2) EL EQUILIBRIO DE LAS FASES LÍQUIDA Y GASEOSA DEL AGUA
NO ESTÁ AFECTADA POR LA PRESENCIA DE AIRE.
Presión de vapor
Presión de vapor de saturación: función de T
(tensión de vapor)
Vapor
Aire seco
Aire húmedo
.Gas ideal formado por partículas que ejercen fuerzas
mutuas despreciables y cuyo volumen es muy
pequeño en comparación con el volumen total
ocupado por el gas.
.Cada componente de la mezcla se comporta como un
gas ideal que ocupase él sólo todo el volumen de la
mezcla a la temperatura de la mezcla.
. Consecuencia: cada componente individual ejerce una
presión parcial, siendo la suma de todas las
presiones parciales igual a la presión total de la
mezcla.
pi =
ni RT
V
nRT
p=
V
p i ni
ni
= = yi =
p n
n1 + n2 + ... + ni + ...
Fracción molar
Pi = yiP
La presión parcial de cada componente
es proporcional a su fracción molar
INDICES DE HUMEDAD
DISTINTAS FORMAS DE EXPRESAR LA CANTIDAD DE VAPOR
DE AGUA CONTENIDA EN EL AIRE HÚMEDO
Aire saturado
INCONVENIENTE:
ESTOS INDICES NO INDICAN SI EL VAPOR ESTA A
PUNTO DE CONDENSAR O NO, ES DECIR, SI EL
VAPOR ESTA PRÓXIMO A LA SATURACIÓN
Líquido
- HUMEDAD RELATIVA, ϕ
LA CANTIDAD DE AGUA EN EL AIRE HUMEDA PUEDE
EXPRESARSE DE VARIAS MANERAS
- HUMEDAD ABSOLUTA , XW
Es la relación entre la masa de vapor de agua y la masa
de aire seco contenidos en una muestra de aire, es
decir, la masa de vapor de agua por unidad de masa de
aire seco. Se expresa en kg/kg o g/kg de aire seco.
PARA CUALQUIER TEMPERATURA Y PRESIÓN BAROMÉTRICA DE
UN ESPACIO DETERMINADO, LA RELACIÓN ENTRE LA PRESIÓN
PARCIAL PV DEL VAPOR DE AGUA Y LA PRESIÓN DE SATURACIÓN
PS A LA MISMA TEMPERATURA, ES UNA MEDIDA DE LA HUMEDAD
RELATIVA.
Pv’’ = PS
HR (%) = 100
PV = nRT =
m
RT
M
xw =
M v pv 18 pv
=
M as p
29 p − pv
as
PV
PS
t
El aire estará saturado de vapor de agua cuando, a una temperatura
dada, su presión parcial sea igual a su presión de
saturación, Ps , a dicha temperatura.
Cuando el aire está saturado Pv = Ps y T = Tr y la
humedad relativa será del 100%.
De la misma forma, el aire estará saturado cuando, a una presión
parcial Pv cualquiera, su temperatura sea igual a su
temperatura de saturación a dicha presión. Dicha temperatura
se denomina temperatura o punto de rocío, Tr , ya que indica la
temperatura a la que comenzará a condensarse el vapor de agua.
Según nos alejemos del 100% el aire estará más
seco.
Como Ps aumenta con la temperatura la humedad
relativa disminuirá en la misma proporción. Es
decir, el aire tendrá menor humedad relativa
cuando esté más caliente, aunque contenga la
misma cantidad de vapor (la misma humedad
absoluta, por ejemplo), y cuanto más alta sea la
temperatura más difícilmente se producirá la
saturación.
Los valores de presión de saturación del aire, a distintas
temperaturas, se pueden obtener de ecuaciones
PV0 ≡ PS
Presion de vapor del agua (liq) en funcion de la temperatura
SATURACIÓN:
0.100
Presión de vapor (tensión de vapor)
Coexistencia de
fase líquida y fase
gaseosa siendo la
presión de vapor
igual al valor
indicado por la
curva de equilibrio
líquido- vapor a
cada temperatura
0.080
0.060
P (bar)
Los valores
de la
presión de
saturación
del aire, a
distintas
temperaturas
, se pueden
obtener de
tablas
Los valores de presión de saturación del aire, a
distintas temperaturas, se pueden obtener de gráficos
0.040
∼0.024
0.020
0.000
0
10
20
30
40
50
T (ºC)
Coordenadas punto triple: 0.01 ºC, 0.00611 bar
Interpolación lineal
Presion de vapor del agua (liq) en funcion de la temperatura
0.100
0.080
P (bar)
0.060
0.040
T (ºC)
0.01
5.00
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
P (bar)
0.00611
0.00872
0.01228
0.01705
0.02339
0.03169
0.04246
0.05628
0.07384
0.09593
P2 − P1 Pi − P1
=
T2 − T1 Ti − T1
0.020
0.000
0
10
20
30
T (ºC)
1 i
402
50
Pi = P1 +
Ti − T1
(P2 − P1 )
T2 − T1
P(38º C ) = 0.06632 bar
LA CANTIDAD DE AGUA EN EL AIRE HUMEDA PUEDE
EXPRESARSE DE VARIAS MANERAS
-TEMPERATURA DE ROCIO O PUNTO DE ROCIO
(DEW POINT)
Es la temperatura a la cual comienza a condensarse el
vapor de agua de un ambiente (El aire húmedo llega a
saturarse), para unas condiciones dadas de humedad y
presión, cuando desciende la temperatura del ambiente y
,por tanto, la del vapor en el contenido.
La temperatura o punto de rocío es una medida de la
humedad del ambiente
La presión de saturación del vapor de agua a la
temperatura de rocío es la presión parcial de vapor de
agua del ambiente.
Temperatura a la que debe enfriarse el aire
(manteniendo constante su presión y su contenido
en vapor) para alcanzar la saturación.
PUNTO DE
ROCÍO:
Ejemplo. Masa de aire húmedo
evolucionando desde 40 ºC hasta
10 ºC (pv = 20 mbar, presión
atmosférica constante 1010 mbar)
HUMEDAD ABSOLUTA
Presion de vapor del agua (liq) en funcion de la temperatura
0.100
El aire mantiene su
humedad específica
o absoluta
pero aumenta la
humedad relativa
0.080
P (bar)
0.060
= 0.622
0.040
0.020
= 0.0126 kg ⋅ kg −1
1.010 − 0.020
0.020
w10 ºC = ε
0.012
0.000
0
10
20
30
pv
=
p − pv
w40 ºC = ε
40
50
pv
=
p − pv
T (ºC)
Temperatura de rocío ≈ 13.8 ºC
= 0.622
0.012
= 0.0748 kg ⋅ kg −1
1.010 − 0.012
La temperatura de termómetro húmedo depende
de la humedad que contenga el aire
What happens to the wet bulb temperature
when the relative humidity decreases?
Dry Bulb
Wet Bulb
Relative
Humidity
68
67
95
68
66
90
68
63
76
68
58
55
68
48
17
La temperatura de bulbo seco se corresponde con la temperatura ambiental tal
y como se mide normalmente. Es decir en un lugar sombrío y al abrigo de
corrientes de aire. El bulbo del termómetro se mantiene directamente al aire
Para medir la temperatura de bulbo húmedo se usa el mismo tipo de
termómetro pero se realiza la siguiente operación. Se llena un pequeño vaso con
agua. Se introduce en el agua una sustancia porosa como una buena cantidad de
algodón y un trozo de tela natural pero siempre de forma que parte esté
sumergida en el agua y otra parte quede fuera del agua. El bulbo del termómetro
se colocará rodeado de la tela o el algodón que sobresalga del agua.
Cuando se rodea el bulbo del termómetro con el
algodón o tela lo estamos rodeando de una
sustancia que esta humedecida. El aire circulante
en la atmósfera 'choca' con el algodón humedecido
y evapora parte del agua . Al evaporar el agua debe
absorber el calor latente de vaporización y lo hace
robado calor al bulbo del termómetro. Entonces la
temperatura del termómetro desciende
continuamente hasta que el aire de los alrededores
se satura, es decir, no admite más vapor de agua
ENTONCES LA TEMPERATURA PERMANECE
EN UN VALOR FIJO QUE SE DENOMINA
TEMPERATURA DEL BULBO HÚMEDO.
V ∼ 5 m/s
VOLUMEN ESPECIFICO DEL AIRE HUMEDO.
VOLUMEN DE UNA MASA DE AIRE HUMEDO POR
KILOGRAMO DE AIRE SECO
PV = nRT V =
V = (nas + nv )
nRT
RT
= (nas + nv )
P
P
 1
RT
Y  RT
= 1000 
+

P
 M as M v  P
 1 Y  RT
V = 1000  + 
 29 18  P
DIAGRAMAS PSICROMETRICOS
PSICROMETRÍA
La psicrometría estudia las propiedades termodinámicas de
mezclas de gas con vapor. En particular, la mayoría de las
aplicaciones se refieren al aire húmedo, considerado como la
mezcla de aire seco y vapor de agua.
La psicrometría resulta entonces útil en
-Diseño y análisis de sistemas de almacenamiento y
procesado de alimentos
-Diseño de equipos de refrigeración
-Estudio del secado de alimentos,
-Estudios de aire acondicionado y climatización
-Torres de enfriamiento
-Procesos industriales que exijan un fuerte control
del contenido de vapor de agua en el aire.
DIAGRAMA DE CARRIER
HUMEDAD
ABSOLUTA, Y
(kg agua/kg aire seco)
pva = pT
TEMPERATURA SECA (ºC)
Y
0.622 + Y
LAS DIFERENTES PROPIEDADES DEL AIRE HÚMEDO ESTÁN
RELACIONADAS ENTRE SÍ, DE FORMA QUE A PARTIR DE DOS
CUALESQUIERA (T, X, HR, TR , TH , V* , ó ∆H* ) ES POSIBLE OBTENER
EL RESTO. SIN EMBARGO, EL USO DE LAS DIVERSAS ECUACIONES O
APROXIMACIONES PUEDE COMPLICAR EXCESIVAMENTE EL CÁLCULO
DE LAS PROPIEDADES
EN LA PRÁCTICA SE UTILIZAN DE DIAGRAMAS, QUE NO SON MÁS QUE
LAS REPRESENTACIONES GRÁFICAS DE LAS ECUACIONES
ANTERIORES, Y QUE SE DENOMINAN
DIAGRAMAS PSICROMÉ
PSICROMÉTRICOS.
EN ESTOS DIAGRAMAS, CADA ESTADO DEL AIRE VENDRÁ
REPRESENTADO POR UN PUNTO, Y CADA PROCESO PSICROMÉTRICO
POR UNA LÍNEA. SE CONSIGUE ASÍ UNA ESTIMACIÓN RÁPIDA Y
PRECISA DE LA INFORMACIÓN NECESARIA EN EL ESTUDIO Y DISEÑO
DE EQUIPOS O PROCESOS RELACIONADOS CON LA PSICROMETRÍA.
ADEMÁS PERMITEN REALIZAR CÁLCULOS EN CUALQUIER
MOMENTO Y SITUACIÓN.
ϕ=
LINEAS TEMPERATURA
HUMEDA CONSTANTE
pT
Y
pS 0.622 + Y
0.622ϕ pS
Y=
pT − ϕ pS
The psychrometric chart has
seven lines.
Enthalpy
F
Wet Bulb &
Saturation Curve
G
D
Dew Point E
A Absolute
Humidity Axis
D
Relative
Humidity
B Specific Volume
C
Dry Bulb Axis
LINEAS DE VOLUMEN ESPECIFICO CONSTANTE
68
23
14.8
20.1
20.1
TR = 14.5 ºC
Problem No. 1
Problem No. 2
• The dry bulb reading is 78° and the wet bulb is 58°.
Using the chart determine the following values. What is
the:
• The dry bulb reading is 78° and the wet bulb is 65°.
Using the chart determine the following values. What is
the:
– a. Relative Humidity?
• 28 percent
– b. Dew Point?
• 42 degrees
– c. Absolute Humidity?
• .0056 lbs water/lb dry air
– d. Specific Volume?
• 13.65 cu.ft. / lb dry air
– e. Enthalphy?
• 25 BTU’s / lbs. dry air
– Relative Humidity?
• 50 percent
– Dew Point?
• 57.8 degrees
– Absolute Humidity?
• .0102 lbs. water / lb. dry air
– Specific Volume?
• 13.78 cu. ft. / lb. dry air
– Enthalphy?
• 30 BTU’s / lbs. dry air
Problem No. 3
• The dry bulb reading is 70° and the wet bulb is 54°.
Using the chart determine the following values. What
is the:
– Relative Humidity?
Problem No. 4
• The dry bulb reading is 85° and the wet bulb is 60°.
Using the chart determine the following values. What is
the:
– Relative Humidity?
• 33 percent
• 22 percent
– Dew Point?
– Dew Point?
• 40 degrees
– Absolute Humidity?
• .0050 lbs. water / lb. dry air
– Specific Volume?
• 13.45 cu. ft. / lb. dry air
– Enthalphy?
• 22.5 BTU’s / lbs. dry air
Use of the psychrometric chart
• A. You have had four practice problems and if
need be you can do more problems later.
• B. When you listen to the weather report on the
radio or watch it on television the two basic facts
are the dry bulb and the relative humidity.
• C. This is done because the relative humidity
recorders are more automated than the sling
psychrometer.
• Repeat the previous problems to prove that
those two values will provide the same answers.
• 41 degrees
– Absolute Humidity?
• .0055 lbs. water / lb. dry air
– Specific Volume?
• 13.85 cu. ft. / lb. dry air
– Enthalphy?
• 26.5 BTU’s / lbs. dry air
What happens during heating and cooling?
A. There is no change in the absolute humidity of the
air-vapor mixture.
B. Cooling occurs from right to left.
C. Heating occurs from left to right.
D. There is a change in the sensible heat of the air-vapor
mixture.
E. Heat must be added or subtracted to cause the
temperature change.
Cooling
Heating
Dry Bulb Temperature
2. Sensible heat required to raise the
temperature of an air-vapor mixture.
• Calculate the amount of sensible heat that must
be added to 10 lb. of air at 55° dry-bulb and 40%
relative humidity to raise the temperature of the
air to 90°F dry bulb.
H2
Steps to follow to solve the problem
• A. Locate the 55° dry bulb and 40% R. Humidity point.
• B. Follow the enthalpies line to H1.
• C. Move from point established in (A), right to 90° on a
horizontal constant water content line.
• D. Follow enthalpies line H2.
• E. H2 = 25.9 BTU’s/lb dry air.
• F. H1 = 17.5 BTU’s/lb dry air.
Enthalpy
H2
Enthalpy
H1
H1
40%
55
Degrees F
40%
90
55
Degrees F
90
Would you be more comfortable in this
atmosphere?
Solution
•
•
•
•
Quantity = W (H(2) - H(1))
Quantity = 10# (25.9 - 17.5)
Quantity = 10# (8.4)
Quantity = 84 BTU’s
• The relative humidity is now 12%.
• The 84 BTU’s can be added by humidification.
H2
H2
Enthalpies
Enthalpies
H1
H1
40%
55
40%
Degrees F
90
What is humidification and
dehumidification?
A. Humidification adds moisture to the air which
increase the absolute humidity.
B. Dehumidificaiton remove moisture from the air
which decrease the absolute humidity
55
Degrees F
90
4. How is humidity increased?
• A. Water is added in vapor form.
• B. Water is converted from liquid to gas.
• C. There is an increase in the energy level.
Dehumidification
Humidification
Humidification
5. How is humidity decreased?
A. There is a change from gas to liquid.
B. There is a decrease in the energy level.
C. With the loss of energy, condensation occurs.
Dehumidification
6. What is latent heat?
A. The amount of heat added or taken away to cause the change
of state in humidification or dehumidification.
B. The change occurs without a change in temperature.
C. Latent heat is heat needed to change from a liquid to a gas or
the heat released in a change from a gas to a liquid.
D. The latent heat of vaporization for water is 970 BTU’s/lb. at
atmospheric pressure (2500000 J/kg)
7. How much moisture is needed to raise the
relative humidity of an air-vapor mixture?
• A. The lbs. water / lb dry air can be calculated
as the relative humidity increase from 12% to
50% and the temperature stays at 75°.
The amount of moisture is.
• Water needed = final absolute humidity - initial
absolute humidity
• Water needed = 0.0094 - 0.0022
• Water needed = 0.0072 lbs
water / lb dry air
0.0094
lbs water/
lb dry air
50%
12%
75°
0.0022
0.0094
lbs water/
lb dry air
50%
12%
75°
0.0022
8. How much heat is needed to evaporate the
water that’s needed to increase the relative
humidity?
• A. The BTU’s / lb dry air can be calculated as the
relative humidity increase from 12% to 50% and the
temperature stays at 75°.
• B. Assume that 100 lbs. dry air per hour pass through a
building.
50%
0.0094
lbs water/
lb dry air
0.0022
12%
75°db
9. What is evaporative cooling?
A. Through evaporation, moisture in the air accumulates and the
air temperature decreases?
B. Sensible heat from the air vaporizes water from its liquid to
gaseous phase.
C. There is no loss or gain of heat within the system because
the amount of sensible heat removed equals latent heat added
to the water.
D. The process follows a constant enthalpy line.
Addition of
moisture
Lowering of
db Temp
The amount of heat ….
• BTU’s needed = final enthalpy - initial enthalpy
• BTU’s needed = 28.0 BTU’s/lb dry air - 21.0
BTU’s/lb dry air
• BTU’s needed = 7.0 BTU’s per lb
– dry air
H2
• Total BTU’s for the building =
H
7.0 BTU’s/lb dry air X 100 lb 1
dry air/hr=700 BTU’s/hr
50%
12%
75°db
10. How is evaporative cooling used?
• A. It lowers the dry bulb temperature.
• B. It is used where a lower temperature is
desired.
• C. The maximum temperature reduction is the
difference between starting dry bulb temperature
and its wet bulb temperature.
• This is an air-conditioning example.
11. Determine the amount of water needed for an
evaporative cooler when 1200 lbs. dry air passes
through a livestock building per hour.
• A. Air enters the cooler at 95° dry bulb and 30% relative humidity
and leaves at 80°.
• B. Read absolute humidity value for 95° and 30% relative
humidity>> 0.0106 lbs. water/lb. dry air.
• C. Extend enthalphy line toward saturation curve.
• D. Read absolute humidity value for 80°>>>
0.0143 lbs water/lb dry air.
• E. Water/lb dry air: 0.0143 - 0.0106 =
0.0037 lbs water
• F. Water for bldg. = 0.0037
water x 1200 lbs dry
air/hr
30%
• G. Water, gal/hr =
lbs/8.3 lbs gal = 0.54 gal/hr
80°
Lbs water/
lb dry air
0.0143
lbs
0.0106
4.44
95° Dry Bulb Temp.
EJEMPLO.
Una masa de aire a 30 ºC con 30 % de humedad se
somete a un proceso de saturación adiabática.
Después se enfría hasta 13.5 ºC y posteriormente
se calienta hasta que su temperatura alcanza
19 ºC. Determínese su humedad relativa y la
variación en su humedad absoluta.
∆ω = 0.095-0.080 =
= 0.015 kg·kg-1
18 ºC
30 %
13.5 ºC
0.095
0.080
30 ºC
19 ºC
1 mm Hg = 1.333 mbar
∼7
(Temperatura constante = 20 ºC)