Psicrómetro

Psicrómetro ( otro griego ψυχρός  - frío) también. Higrómetro psicrométrico : un dispositivo que contiene termómetros  secos y húmedos para medir indirectamente la humedad de los gases , principalmente aire , mediante la reducción de la temperatura de un sólido húmedo  : un sensor de temperatura ; la humedad del gas se calcula mediante una fórmula psicrométrica por la diferencia de temperatura entre termómetros secos y húmedos [1] .

Cómo funciona

La evaporación del agua conduce a su enfriamiento, cuanto mayor, menor es la humedad del aire en contacto con el agua. Por la diferencia en las temperaturas del aire (llamada temperatura de bulbo seco en psicrometría ) y la capa superficial de agua (llamada temperatura de bulbo húmedo , o temperatura de bulbo húmedo [2] , o temperatura de bulbo húmedo [3] ) se puede determinar la humedad del aire. En este caso, es necesario tener en cuenta que la humedad evaporada permanece en las proximidades del sensor de temperatura (por ejemplo, el matraz de un termómetro de líquido húmedo ), aumentando localmente la humedad del aire allí. Para eliminar este efecto, al medir la humedad , se utiliza la aspiración , soplando los termómetros con el gas (aire) analizado [4] .

La humedad relativa del aire , % , refleja el grado de saturación del aire con vapor de agua y es igual por definición a [5] [6] [7] [8]

donde  es la humedad absoluta del aire ( densidad parcial del vapor de agua en el aire húmedo [9] [10] , concentración másica de vapor de agua en el aire [11] [12] ) a la temperatura de bulbo seco ;  - la humedad absoluta más alta alcanzable, es decir, la densidad del vapor de agua saturado a temperatura [8] .

Considerando el vapor de agua como un gas ideal , se puede sustituir la relación de densidades por la relación de presiones [9] [13] [14] y se puede obtener una fórmula aproximada de uso frecuente y prácticamente equivalente a la anterior [15] [16 ] [8] :

donde  es la presión parcial del vapor de agua en el aire a una temperatura de ;  es la presión del vapor de agua saturado a esta temperatura. El valor de la humedad relativa puede variar desde 0 para aire seco hasta 100% para aire saturado.

Para calcular la humedad absoluta del aire se utiliza la fórmula de Regnault [6]

de donde se sigue la expresión de la humedad relativa del aire con la temperatura :

Aquí y  son las temperaturas de bulbo seco y húmedo, respectivamente, °C ;  - la densidad del vapor de agua saturado a la temperatura de un termómetro seco, g / m 3 ;  - la densidad del vapor de agua saturado a la temperatura de bulbo húmedo, g/m 3 ;  — presión atmosférica , mm Hg. Arte. ;  - coeficiente psicrométrico igual a 0,00128 para aire quieto, 0,0011 para aire móvil y 0,00074 para atmósfera libre [17] . La dependencia del coeficiente psicrométrico de la velocidad del aire , m/s , viene dada por la fórmula de Zworykin [18] :

Dado que la temperatura del sensor de bulbo húmedo es menor que la temperatura del aire ambiente, hay un pequeño movimiento de aire local cerca de él ( ) y el coeficiente psicrométrico no tiende al infinito, como se deduce de la fórmula de Zworykin para , pero es igual a la por encima del valor finito [18] .

El valor numérico del coeficiente psicrométrico depende de la elección de las unidades de presión, por lo tanto, en este artículo, en aras de la uniformidad, fue necesario aplicar una unidad de medición de presión fuera del sistema: mm Hg en todas partes. Arte. , utilizado en aquellas fuentes de las que se toman prestados los valores .

Los valores de los coeficientes psicrométricos para diferentes velocidades del aire se dan a continuación.

Para los psicrómetros de aspiración, al calcular la humedad relativa del aire, se puede utilizar la fórmula de Shprung [20] , obtenida a partir de la fórmula de Reno, sustituyendo en ella el valor del coeficiente psicrométrico correspondiente a la velocidad del aire de 5  m/s . A partir de la fórmula de Shprung, se sigue una expresión para calcular la humedad relativa del aire a una velocidad específica de su movimiento:

Los valores y se toman de la literatura de referencia [21] [22] (los datos de referencia a menudo no indican la densidad del vapor de agua, sino su valor recíproco: el volumen específico [23] [24] [25] [26] de vapor de agua saturado), se calculan usando calculadoras en línea [27] [28] o, asumiendo que el vapor de agua es un gas ideal , se encuentra usando la ecuación de estado del gas ideal . En este último caso, se utiliza una relación que relaciona la densidad del vapor de agua saturado, g/m 3 , con su presión parcial, mm Hg. Arte. , y temperatura, °C [29] :

y presión parcial, mm Hg. Arte. , para temperaturas del aire expresadas en °С se calcula según la ecuación de Buck modificada , tomada del artículo Humedad relativa y diferente del resultado original de Buck [30] dado en el artículo Humedad relativa :

Si es necesario, a partir de los valores de humedad relativa, puede encontrar la humedad absoluta del aire [31] [27] , así como la temperatura del punto de rocío usando una calculadora en línea [32] o usando las fórmulas y la tabla que se proporcionan en el artículo Punto de rocío .

Dispositivo

El psicrómetro estático más sencillo de August [5] [33] [17] consta de dos termómetros de alcohol idénticos situados a una distancia de 4-5 cm [34] [17] entre sí. Un termómetro es común para medir la temperatura del aire ( termómetro seco ), y el segundo tiene un dispositivo de humidificación: un frasco de alcohol de un termómetro húmedo (húmedo) se envuelve con 1-2 capas de tela ( batista , gasa , gasa [33] ) cinta, un extremo del cual está en el tanque con agua [35] . Es aconsejable utilizar agua destilada o, en casos extremos, hervida para retardar la deposición de sales, lo que provoca la obstrucción de los capilares de la cinta y su rápido secado. La capacidad de la tela para humedecer el matraz del termómetro también se ve afectada por el polvo del aire; el tejido se reemplaza a medida que pierde su higroscopicidad [33] [36] . Debido al efecto capilar , la tela humedece continuamente el matraz del termómetro; El termómetro humidificado se enfría debido a la evaporación de la humedad. Se toman lecturas de termómetros secos y húmedos y se determina la humedad relativa del aire de acuerdo con una tabla psicrométrica [37] , o de acuerdo con un nomograma  , un gráfico psicrométrico (diagrama psicrométrico) [38] [39] , o usando una calculadora en línea [ 40] . A una humedad relativa del 100 %, el agua no se evaporará en absoluto y las lecturas de ambos termómetros serán las mismas [15] . Para mediciones precisas, en el caso de una desviación de la presión atmosférica de la nominal, se tiene en cuenta una modificación de los resultados obtenidos de la tabla psicrométrica [41] o se realiza un cálculo utilizando la fórmula Regno. El diseño del psicrómetro puede incluir un ventilador para soplar aire sobre ambos termómetros. La velocidad de soplado suele ser de 0,5 a 2 m/s ; para psicrómetros instalados en conductos de aire, la velocidad de soplado puede alcanzar los 8 m/s [36] . Cada psicrómetro va acompañado de una tabla y/o gráfico psicrométrico [42] , que tiene en cuenta las características de una serie particular de instrumentos y está diseñado para dar los resultados más fiables de las mediciones de humedad relativa.

Tipos de psicrómetros

Los psicrómetros no domésticos modernos se pueden dividir en tres categorías: de estación, de aspiración y remotos. En los psicrómetros de estación, los termómetros se montan en un soporte especial en una cabina meteorológica. La principal desventaja de los psicrómetros de estación es la dependencia de las lecturas del termómetro humidificado de la velocidad del flujo de aire en la cabina. El psicrómetro de la estación principal es el psicrómetro August [43] .

En un psicrómetro de aspiración (por ejemplo, el psicrómetro de Assman [5] [44] [45] [43] ), los termómetros de mercurio idénticos están ubicados en un marco especial niquelado que los protege del daño y la radiación térmica de los objetos circundantes, donde son impulsados ​​por el flujo del aire de prueba a una velocidad constante de aproximadamente 2 m/s debido a la succión (aspiración) de aire por medio de un ventilador mecánico o eléctrico . Antes del trabajo, la cinta de tela de un termómetro húmedo se humedece con agua destilada de una pipeta especial con un bulbo de goma; para mediciones a largo plazo, la humidificación se repite periódicamente [45] . Se toman lecturas de termómetros secos y húmedos y se determina la humedad relativa según la tabla psicrométrica [46] , o según el gráfico psicrométrico [47] [48] o el nomograma [49] . La Organización Meteorológica Mundial recomienda utilizar la siguiente fórmula [50] , que tiene en cuenta el efecto de la presión atmosférica, para calcular la humedad relativa del aire a partir de los resultados de las mediciones realizadas con el psicrómetro de Assmann :

La elección de las unidades para las presiones incluidas en esta expresión (presión de vapor de agua saturado a temperatura de bulbo seco ), (presión de vapor de agua saturado a temperatura de bulbo húmedo ) y (presión atmosférica) es arbitraria; solo es importante que las tres cantidades enumeradas anteriormente se expresen en las mismas unidades.

A una temperatura del aire positiva, un psicrómetro de aspiración es el instrumento más fiable para medir la temperatura y la humedad del aire. En los psicrómetros remotos se suelen utilizar los termómetros de resistencia por ser los más precisos y estables.

Véase también

• Humedad absoluta
• Vapor saturado
• Humedad relativa
• punto de rocío

Notas

1. ↑ RMG 75-2014. Medidas de humedad de sustancias. Términos y definiciones, 2015 , pág. 6-7.
2. ↑ Barmasov A. V., Kholmogorov V. E., Curso de física general para usuarios de la naturaleza. Física Molecular y Termodinámica, 2009 , p. 427.
3. ↑ Filonenko G.K., Lebedev P.D., Plantas de secado, 1952 , p. 214-216.
4. ↑ RMG 75-2014. Medidas de humedad de sustancias. Términos y definiciones, 2015 , pág. 7.
5. ↑ 1 2 3 Kochish I. I. et al., Practicum on zoohygiene, 2015 , p. 21
6. ↑ 1 2 Kuznetsov A. F. et al., Taller sobre saneamiento veterinario, zoohigiene y bioecología, 2013 , p. 23
7. ↑ Jrustalev B.M. et al., Termodinámica técnica, parte 1, 2004 , p. 318.
8. ↑ 1 2 3 Baer G.D., Termodinámica técnica, 1977 , p. 266.
9. ↑ 1 2 Aleshkevich V. A., Física molecular, 2016 , p. 168.
10. ↑ G. D. Baer, ​​Termodinámica técnica, 1977 , p. 265.
11. ↑ Jrustalev B.M. et al., Termodinámica técnica, parte 1, 2004 , p. 314.
12. ↑ Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A., Termodinámica técnica y transferencia de calor, 1990 , p. 75.
13. ↑ Alexandrov N. E. et al., Fundamentos de la teoría de procesos térmicos y máquinas, parte 1, 2012 , p. 422.
14. ↑ Alabovsky A. N., Neduzhiy I. A., Termodinámica técnica y transferencia de calor, 1990 , p. 76.
15. ↑ 1 2 Myakishev G. Ya. et al., Física. Grado 10. Nivel básico, 2014 , pág. 233.
16. ↑ Jrustalev B.M. et al., Termodinámica técnica, parte 1, 2004 , p. 318, 336.
17. ↑ 1 2 3 Medvedsky V. A., Higiene animal, 2005 , p. 22
18. ↑ 1 2 3 Filonenko G.K., Lebedev P.D., Instalaciones de secado, 1952 , p. 214.
19. ↑ Gubernsky Yu. D., Orlova N. S. Psychrometer / Big Medical Encyclopedia en 30 volúmenes, 3.ª ed., 1983, vol. 21 . Consultado el 9 de julio de 2018. Archivado desde el original el 9 de julio de 2018. (indefinido)
20. ↑ Kuznetsov A.F. et al., Taller sobre saneamiento veterinario, zoohigiene y bioecología, 2013 , p. 25
21. ↑ Densidad del vapor de agua saturado a varias temperaturas.
22. ↑ Presión y densidad del vapor de agua saturado.
23. ↑ Zelentsov D.V., Termodinámica técnica, 2012 , p. cuatro
24. ↑ Novikov II, Termodinámica, 2009 , p. 13
25. ↑ Murzakov V.V., Fundamentos de la termodinámica técnica, 1973 , p. 13
26. ↑ Vukalovich M.P., Novikov I.I., Termodinámica, 1972 , p. 13
27. ↑ 1 2 Humedad absoluta del aire y humedad relativa del aire. Archivado el 13 de julio de 2018 en Wayback Machine . Para vapor saturado,  %.
28. ↑ Calculadora: Tabla de propiedades del vapor saturado por temperatura. Archivado el 13 de julio de 2018 en Wayback Machine Presión en mmHg abs , volumen específico en m 3 /kg .
29. ↑ Jrustalev B.M. et al., Termodinámica técnica, parte 1, 2004 , p. 315.
30. ↑ Arden L. Buck. Nuevas ecuaciones para calcular la presión de vapor y el factor de mejora . Sociedad Meteorológica Americana (1981). (indefinido)
31. ↑ Conversión de humedad relativa a absoluta.
32. ↑ Determinación del punto de rocío. . Consultado el 13 de julio de 2018. Archivado desde el original el 13 de julio de 2018. (indefinido)
33. ↑ 1 2 3 Kuznetsov A.F. et al., Taller sobre saneamiento veterinario, zoohigiene y bioecología, 2013 , p. 17
34. ↑ Kochish I. I. et al., Practicum on zoohygiene, 2015 , p. 19
35. ↑ Bukharova G. D., Física molecular y termodinámica, 2017 , p. 89.
36. ↑ 1 2 Filonenko G.K., Lebedev P.D., Instalaciones de secado, 1952 , p. 215.
37. ↑ Tabla psicrométrica.
38. ↑ Carta psicrométrica para el psicrómetro estático de August y una presión barométrica de 745 mmHg. Arte.
39. ↑ Nomograma psicrométrico para aire en calma.
40. ↑ Determinación de la humedad del aire por el método psicrométrico. Archivado el 13 de julio de 2018 en la calculadora Wayback Machine Online.
41. ↑ Blyudov V.P. et al., General Heat Engineering, 1952 , p. 68.
42. ↑ Medvedsky V.A., Higiene animal, 2005 , p. 24
43. ↑ 1 2 ¿Qué son los psicrómetros? - Gran Enciclopedia Médica . bigmeden.ru (9 de enero de 2011). Consultado el 31 de mayo de 2019. Archivado desde el original el 8 de febrero de 2012. (Ruso)
44. ↑ Kuznetsov A.F. et al., Taller sobre saneamiento veterinario, zoohigiene y bioecología, 2013 , p. dieciséis.
45. ↑ 1 2 Medvedsky V. A., Higiene animal, 2005 , p. 28
46. ↑ Determinación de la humedad relativa del aire según las lecturas del psicrómetro de Assmann.
47. ↑ Gráfico para determinar la humedad relativa del aire usando el psicrómetro de Assmann (línea vertical - temperatura de bulbo seco, línea oblicua - temperatura de bulbo húmedo).
48. ↑ Nomograma psicrométrico para velocidad del aire 5 m/s.
49. ↑ Nomograma para determinar la humedad relativa del aire según las lecturas del psicrómetro Assman.
50. ↑ Fórmulas psicrométricas para el psicrómetro de Assmann/Guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos de la OMM (OMM-Nº 8, la Guía CIMO, edición de 2014, actualizada en 2017), pág. 163. . Consultado el 13 de julio de 2018. Archivado desde el original el 13 de julio de 2018. (indefinido)

Literatura

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Galería

• Psicrómetro de aspiración Assmann

• Esquema del psicrómetro de aspiración de Assmann

Enlaces

• Guía de la OMM sobre instrumentos y métodos de observación meteorológicos, Capítulo 4: Humedad. Organización Meteorológica Mundial  2006
• Demostración del psicrómetro y el higrómetro en el experimento (video)
• Psicrómetro casero