Aire húmedo
También se utilizan para trazar las familias de curvas que representan estos parámetros en los diagramas psicrométricos.
Todos estos constituyentes del aire, excepto el vapor de agua, se encuentran siempre en la misma proporción y en estado gaseoso.
En la fila "otros" de la tabla inferior, se incluyen diversas sustancias: neón, helio, metano, Kriptón, hidrógeno, óxido nitroso, xenón, monóxido de carbono y ozono.
Al calcular la media ponderada de las masas moleculares de sus componentes, se obtiene una masa molecular aparente, para el aire seco, de 28,966 g/mol: El comportamiento del aire seco, a la presión y temperatura a la que se encuentra en la atmósfera, se puede considerar como el de un gas perfecto.
Considerando que el vapor de agua también se comporta como un gas ideal, cuya masa molecular es
, dada por: De acuerdo con esta regla, para el aire húmedo que tiene dos componentes (aire seco y vapor de agua) y que se encuentra solo en una fase (gaseosa), el número de variables independientes será 3, es decir, para que queden determinadas todas las propiedades termodinámicas del aire húmedo no saturado, resulta preciso especificar tres de sus propiedades.
En el caso del aire, todos los procesos se producen a presión atmosférica, con lo que, fijado este valor, son necesarias solamente dos variables.
Contrariamente a lo que se suele pensar, el aire seco es más pesado que el aire húmedo, ya que; suponiendo que se encuentren a la misma temperatura y presión, el peso de un mol está constituido por la suma de las masas moleculares de cada uno de sus componentes.
Una forma de medir la humedad atmosférica es mediante el higrómetro.
Si un recipiente rígido lleno con 1 kg aire le calentamos, el volumen se mantendrá constante y cuando se hayan aportado 0,718 kJ, el aire habrá aumentado su temperatura en 1K= 1 °C.
será el calor específico a volumen constante del aire.
Supongamos ahora que el kg de aire llena un globo y se calienta igualmente.
[5] La energía aportada será la necesaria para elevar un grado su temperatura más la correspondiente al trabajo efectuado contra la presión atmosférica, convertido en aumento de volumen.
es en el caso del aire, igual a 1,4 y constituye un valor muy importante en algunos procesos termodinámicos.
[6] También puede resultar interesante recordar la ecuación de Mayer, según la cual, para gases ideales: en la que
se debe sustituir por la constante universal de los gases.
En el proceso a volumen constante todo el calor aportado se ha utilizado en variar la temperatura.
aparece muy frecuentemente en termodinámica y está formado por parámetros perfectamente definibles para cada estado del gas, se define por conveniencia una nueva propiedad a la que se llama entalpía y a la que se asigna normalmente el símbolo
también es función de la temperatura y se puede expresar como: Aunque los calores específicos son funciones de la temperatura y existen expresiones –generalmente polinomios de tercer grado- para su cálculo exacto, con presiones y temperaturas bajas y comportamiento como gas ideal, se toman los valores promedio que están tabulados y con los que se obtienen resultados suficientemente exactos para las aplicaciones de ingeniería.
Para sólidos y líquidos, es decir para sustancias no comprimibles, los valores del calor específico a presión constante y a volumen constante son iguales, y se pueden considerar a su vez, iguales al calor específico medio.
La entalpía de la mezcla se obtiene sumando las entalpías del aire seco y del vapor de agua.
Normalmente se toma como entalpía 0 la correspondiente a 0 K, sin embargo, en aire acondicionado se suele tomar como origen la del aire seco a 0 °C y para el agua la de líquido saturado a 0 °C.
habrá que calentar el agua hasta esa temperatura y convertirla en vapor, luego: Donde
Si el aire se encontrara saturado pero con cristales de hielo en suspensión, es decir, X>Xs y t<0 °C, la entalpía del sistema sería igual a la del aire saturado más la del hielo.
Como la temperatura es algo que se puede sentir, aunque ello no nos permita determinar su valor, esta parte se conoce como calor sensible del aire húmedo.
, correspondiente al calor sensible del vapor, resulta muy pequeño, comparado con el otro sumando y es muy frecuente que no se le tenga en cuenta.
es la entalpía de vaporización que se la conoce como calor latente del aire húmedo.
La densidad del aire seco es la relación entre su masa y el volumen que esta ocupa.
Es la inversa del volumen específico del aire seco y, para unas condiciones de 101325Pa y una temperatura de 20 °C, es igual a: El peso específico del aire es la relación entre su peso y el volumen que ocupa a una temperatura dada.
Como peso es igual a masa por aceleración de la gravedad, el peso específico depende de la gravedad, en tanto que la densidad será siempre la misma mientras no se modifique el grado de cohesión molecular.
