Una mezcla de aire seco y vapor
La psicrometría relaciona la temperatura, la humedad y la energía del aire. Fijada la presión, la temperatura de bulbo seco y un dato de humedad determinan el estado. La carta psicrométrica, o diagrama psicrométrico, reúne esas relaciones para una presión concreta: cambiar de altitud cambia la carta.
W es la masa de vapor por kilogramo de aire seco. Esta base permite seguir el vapor que se añade o retira sin cambiar la masa de referencia. La entalpía h y el volumen específico v también se expresan por kilogramo de aire seco. La densidad ρ, en cambio, cuenta la masa total de aire y vapor por volumen de mezcla.
p y pw son la presión total y la presión parcial del vapor, en las mismas unidades. W y q son cocientes de masas; para mostrarlos en g/kg se multiplican por 1000.
Magnitudes de humedad
| Magnitud | Nombre habitual |
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| W · g/kg de aire seco | Razón de humedad; razón de mezcla / humidity ratio, mixing ratio |
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| q · g/kg de aire húmedo | Humedad específica / specific humidity |
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| ρv · g/m³ | Humedad absoluta; densidad de vapor / absolute humidity |
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La humedad absoluta es la masa de vapor por volumen de mezcla, ρv = W/v. W se refiere a la masa de aire seco y q a la masa total de aire húmedo. Cada magnitud expresa el contenido de vapor con una base diferente.
Saturación, rocío y escarcha
La HR compara la presión de vapor con la de saturación a la misma temperatura. En esta carta se expresa respecto del agua líquida, incluso bajo cero.
Algunas cartas y referencias usan la saturación sobre hielo a bajas temperaturas. El mismo porcentaje de HR respecto del agua o del hielo corresponde entonces a cantidades de vapor diferentes. Para comparar valores hay que conservar la misma referencia.
El punto de rocío Td satisface pws,w(Td) = pw. El punto de escarcha usa la saturación sobre hielo, cuya correlación abarca de −100 a 0.01 °C. Puede ser negativo aunque el aire esté por encima de 0 °C. En aire seco no hay una temperatura finita de rocío o escarcha; si cae por debajo de −100 °C, se indica el límite del modelo.
A −10 °C, HRw = 100 % equivale aproximadamente a 110.2 % respecto del hielo. Ese estado está sobresaturado respecto del hielo, sin que el cálculo prediga si se formará escarcha. Las presiones de saturación usan Hyland–Wexler y, para agua subenfriada, Murphy–Koop; una transición continua entre 0 y 0.1 °C une ambas correlaciones de agua.
Bulbo húmedo y energía
La temperatura de bulbo húmedo termodinámico, Tw, es la temperatura de saturación alcanzada por un balance adiabático con agua. Una mecha de psicrómetro intercambia calor y masa: su lectura puede aproximar Tw, pero depende del instrumento y de la ventilación.
El intervalo de bulbo húmedo de esta carta corresponde a agua líquida y Tw ≥ 0 °C. Si el balance no tiene solución en ese intervalo, las demás propiedades siguen disponibles. El bulbo húmedo sobre hielo queda fuera de este alcance. Cuando las tres temperaturas están disponibles, Td ≤ Tw ≤ T.
Estas expresiones usan T en °C, p en Pa, W en kg/kg, h en kJ/kg de aire seco y v en m³/kg de aire seco. En la ecuación de v, T + 273.15 es la temperatura absoluta en kelvin (K). Las temperaturas de la carta pueden expresarse en °C o °F; cambiar de escala conserva el mismo estado del aire.
La referencia de h es aire seco y agua líquida a 0 °C. Los valores negativos corresponden a entalpías inferiores a esa referencia.
Cómo leer la carta psicrométrica
Buscá T en el eje horizontal y W en el eje derecho. Las curvas marcadas en porcentaje indican HR sobre agua; la envolvente azul es 100 %. La línea violeta discontinua representa saturación sobre hielo.
Desde el punto, una horizontal hacia la curva de saturación permite leer el rocío; la intersección con hielo da la escarcha cuando existe. La línea cian une el punto con la saturación en el bulbo húmedo de agua, cuando está disponible. Las líneas de entalpía son oblicuas y llevan rotulado su valor de h; el valor del estado aparece en Resultados. La línea de bulbo húmedo es casi paralela a las de entalpía, aunque representa una magnitud distinta.
La inspección con puntero o teclado muestra T, W, HR y h sin cambiar las entradas. Las zonas por encima de la saturación sobre agua quedan fuera de esta carta de mezcla gaseosa. El encuadre se adapta al estado; un rocío muy lejano puede continuar fuera de la vista.
La presión del lugar
Con Z en metros, la atmósfera estándar estima p en Pa. A 18 °C y HR 70 %, W es aproximadamente 9.00 g/kg al nivel del mar y 12.49 g/kg a 2640 m, con p ≈ 73.38 kPa: un aumento cercano al 39 %.
Para determinar W, h o v a partir de temperatura y HR también se necesita la presión del lugar. La presión de estación corresponde al lugar de medición; la presión reducida al nivel del mar incluye una corrección de altitud. La conversión de presión a altitud da una altitud equivalente en la atmósfera estándar.
Ejemplos de estados del aire
- 24 °C, HR 50 %, nivel del mar: W = 9.299 g/kg, h = 47.81 kJ/kg y Td = 12.95 °C.
- Bogotá como ejemplo de altitud: 18 °C, HR 70 % y 2640 m dan W = 12.49 g/kg. Son datos didácticos, no observaciones actuales.
- Ejemplo 1 de ASHRAE, T = 40 °C, Tw = 20 °C y p = 101.325 kPa: el balance ideal da W = 6.401 g/kg, h = 56.72 kJ/kg y HR = 13.98 %. La lectura de la carta impresa es aproximada.
- Aire frío: T = −10 °C y Td = −15 °C dan HRw = 66.79 % y escarcha a −13.41 °C. El bulbo húmedo de agua ≥0 °C queda fuera de alcance.
Alcance y precisión
El intervalo de cálculo es de −40 a 60 °C y de 50 a 110 kPa; la altitud admitida es de −500 a 5500 m. Se describe un estado gaseoso, sin gotas suspendidas ni procesos de transformación entre estados. El déficit de presión de vapor se obtiene a la temperatura del aire.
El modelo de gases ideales omite las interacciones entre moléculas y el factor de realce, que corrige la presión de saturación del vapor en presencia de aire. La aproximación a las propiedades del aire real depende de la temperatura, la presión y la propiedad considerada.
Los resultados se muestran con cuatro cifras significativas, ampliables a diez. Las cifras adicionales permiten consultar el valor calculado; la exactitud física depende de las aproximaciones del modelo y de la incertidumbre de los datos ingresados.
La calculadora LCL/CCL estima niveles de condensación atmosféricos y usa la correlación de saturación de Bolton. Esa diferencia de correlación puede producir valores de rocío distintos de los de esta carta.