Calculadora de humedad relativa y humidificación
Estime cómo cambia la humedad relativa cuando el aire exterior se calienta o se enfría, y el aporte o la retirada de agua necesarios para alcanzar una humedad objetivo en el interior.
Este es un cálculo preliminar de climatización (HVAC) basado en gases ideales a presión constante, no un modelo de recinto rígido y hermético ni un diseño completo de humidificador o deshumidificador. Abarca de −20 a 50 °C y de 60 a 110 kPa de presión absoluta. La HR se expresa con respecto al agua líquida, incluida el agua sobreenfriada por debajo de 0 °C. Los resultados a temperaturas bajo cero no garantizan la ausencia de escarcha.
Resultados calculados
| Relación de humedad exterior, g de agua/kg de aire seco | |
|---|---|
| Humedad absoluta exterior, g de agua/m³ de aire exterior | |
| HR interior tras cambiar únicamente la temperatura, % | |
| Humedad absoluta interior antes del ajuste de humedad, g de agua/m³ | |
| Relación de humedad objetivo, g de agua/kg de aire seco | |
| Tratamiento de humedad necesario | |
| Variación necesaria de la relación de humedad, g de agua/kg de aire seco | |
| Volumen del recinto utilizado, m³ | |
| Densidad del aire húmedo interior antes del ajuste de humedad, kg/m³ | |
| Masa inicial de aire seco en el recinto, kg | |
| Aporte o retirada puntual de agua, kg (aproximadamente L) | |
| Fracción de aire exterior del caudal total de aire, % | |
| Caudal de aire exterior en las condiciones interiores objetivo, m³/h | |
| Aporte o retirada de agua por ventilación, kg/h (aproximadamente L/h) |
Comprender la humedad relativa y la demanda de agua
La humedad relativa compara la presión parcial del vapor de agua con la presión de vapor de saturación a la misma temperatura. No es la cantidad de agua por kilogramo de aire. La relación de humedad es la masa de agua por kilogramo de aire seco; la humedad absoluta es la masa de agua por metro cúbico de aire húmedo. Estas unidades no deben intercambiarse.
Durante el calentamiento sensible a presión constante, sin intercambio de humedad, la relación de humedad permanece constante y la humedad relativa disminuye. La humedad absoluta en g/m³ también cambia porque cambia el volumen del aire. El enfriamiento aumenta la humedad relativa hasta alcanzar la saturación. El enfriamiento por debajo del punto de rocío provoca condensación; esta calculadora se detiene en lugar de indicar una HR imposible superior al 100 %. En ese caso se necesita un modelo de batería de enfriamiento o de condensación. Puede formarse escarcha por debajo de 0 °C incluso cuando la HR con respecto al agua líquida es inferior al 100 %.
Base de cálculo
Con la presión en Pa y la temperatura en °C: pw = RH/100 × pws(T), y W = 0,621945 pw/(p − pw). La ecuación actualizada de Buck para el agua líquida es pws = 611,21 exp[(18,678 − T/234,5) T/(257,14 + T)]. No se aplica ningún factor de corrección para el aire húmedo.
La HR interior antes del ajuste de humedad es 100 pw,out/pws(Tin). La masa inicial de aire seco es V(p − pw,out)/[287,042(Tin + 273,15)]. Al multiplicar esta masa por la diferencia entre la razón de humedad objetivo y la inicial, se obtiene la variación puntual del inventario de agua para una masa fija de aire seco. El signo distingue la humidificación de la deshumidificación; las cantidades mostradas son valores absolutos.
Para la ventilación, el caudal másico de aire seco se calcula utilizando el caudal volumétrico introducido y la presión de vapor correspondiente a las condiciones interiores objetivo. El caudal de agua es el caudal másico de aire seco × la fracción de aire exterior × |Wtarget − Woutside|. Se supone que el aire recirculado retorna en las condiciones objetivo. No se puede determinar ningún caudal únicamente a partir del volumen del recinto y del porcentaje de recirculación.
Ejemplo y limitaciones
A 101,325 kPa, el aire exterior a −10 °C y con una HR del 30 % contiene aproximadamente 0,53 g de agua/kg de aire seco. Al calentarlo hasta 20 °C sin añadir agua, se obtiene una HR de aproximadamente el 3,68 %. Alcanzar una HR del 40 % requiere aproximadamente 5,27 g de agua/kg de aire seco. Para el ejemplo de 1000 m³, el ajuste puntual del inventario de agua es de unos 6,34 kg; con una renovación total de aire por hora y un 60 % de recirculación, la carga de humedad debida a la ventilación es de unos 2,51 kg/h.
Estos son balances ideales de humedad. No se incluyen los ocupantes, los productos, las infiltraciones adicionales al caudal de aire indicado, las puertas abiertas, el intercambio de humedad con los materiales de construcción, las pérdidas del humidificador ni las cargas térmicas. Para estos resultados preliminares, los kilogramos de agua equivalen aproximadamente a los litros de agua líquida; no se calculan la energía de evaporación ni la capacidad de los equipos. Un recinto realmente sellado y de volumen fijo requiere un balance de presión y masa diferente.
Los m³/h en condiciones reales y los m³/h en condiciones normales corresponden a bases de caudal diferentes. No utilice este cálculo de climatización y ventilación (HVAC) para una corriente de gases de escape calientes y saturados ni para un cálculo de emisiones de agua en Nm³/h sin definir la temperatura normal, la presión normal y si el caudal está expresado en base a gas seco o húmedo.
Selección de un objetivo de humedad
La humedad relativa puede medirse en el exterior con instrumentos adecuados y calibrados; la incertidumbre de medición depende del sensor, de la instalación y de las condiciones. El aire frío puede tener una HR elevada y contener poco vapor de agua. La temperatura por sí sola no determina la HR.
Los objetivos de humedad interior dependen de las condiciones y del uso del edificio. Para las viviendas, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) aconseja mantener la HR por debajo del 60 %, idealmente entre el 30 y el 50 %, para ayudar a controlar el moho. Esta es una orientación para el control de la humedad en viviendas, no una especificación industrial o clínica universal. La condensación persistente en las superficies requiere atención aunque la HR del recinto parezca aceptable.
| Aplicación | ¿Qué debe determinar el objetivo? |
|---|---|
| Edificios ocupados en general | Confort, riesgo de condensación, condiciones exteriores y requisitos de ventilación aplicables. |
| Materiales, alimentos y fabricación | Estabilidad del contenido de humedad del producto, requisitos del proceso, condiciones de almacenamiento y especificaciones del proveedor. |
| Museos, archivos y bibliotecas | Requisitos de conservación específicos de cada colección y control de las fluctuaciones perjudiciales. |
| Atención sanitaria y entornos controlados | Requisitos aplicables a las instalaciones, clasificación de las salas y criterios de diseño especializados. |
| Procesos sensibles a la electricidad estática | El programa completo de control de descargas electrostáticas; la humedad por sí sola no garantiza la protección. |
Esta calculadora no determina el riesgo de enfermedad ni prescribe intervalos de humedad para el asma, las alergias, los hospitales o productos concretos.
Referencias y herramientas relacionadas
NCAR Earth Observing Laboratory: ecuaciones de presión del vapor de agua; PsychroLib: relaciones psicrométricas de ASHRAE; EPA de Estados Unidos: guía sobre la humedad y el moho en viviendas.
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