Autor: Departamento técnico de Mycond
El aire no es solo una mezcla de nitrógeno, oxígeno y otros gases. Desde el punto de vista de un ingeniero HVAC, es un sistema termodinámico complejo en el que el vapor de agua desempeña un papel crítico al determinar los procesos térmicos, el consumo energético y el confort de las personas. El estado de este sistema influye directamente en la eficiencia de la calefacción, ventilación y aire acondicionado, así como en la durabilidad de las construcciones.
Conocer los parámetros del aire húmedo es la base del trabajo profesional del ingeniero. Sin comprender estas magnitudes básicas es imposible diseñar correctamente un sistema HVAC, calcular la potencia del equipo o evitar problemas de condensación. Veamos en detalle siete parámetros clave que describen el aire húmedo, su interrelación y su aplicación práctica.
Temperatura de bulbo seco
La temperatura de bulbo seco (T) es la temperatura del aire que muestra un termómetro convencional y se mide en grados Celsius (°C). El término "seco" indica que el elemento de medición no está en contacto con la humedad, a diferencia del "bulbo húmedo", que veremos más adelante.
Para condiciones de confort residencial, los valores recomendados de temperatura de bulbo seco son 20-22 °C en invierno y 23-25 °C en verano. En oficinas, la temperatura óptima suele ser 21-23 °C durante todo el año.
En el diagrama psicrométrico, la temperatura de bulbo seco se representa en el eje horizontal y es uno de los parámetros principales para determinar el estado del aire.
Humedad relativa
La humedad relativa (HR o φ) se mide en porcentaje (%) y muestra cuánta cantidad de vapor de agua hay en el aire en relación con la máxima cantidad posible a una temperatura dada. La característica clave de este parámetro es su fuerte dependencia de la temperatura.
Consideremos un ejemplo: el aire invernal a -5 °C con 80% HR, al calentarse hasta +21 °C (sin añadir humedad), tendrá una humedad relativa de solo alrededor del 20%. ¡La cantidad absoluta de agua permanece inalterada! Esto explica por qué en invierno el aire en espacios calefactados parece seco.
El rango de confort de humedad relativa para las personas es 40-60%. Con valores por debajo del 30% aparece sensación de sequedad en ojos y vías respiratorias, y por encima del 70% se genera disconfort por el empeoramiento de la disipación de calor del cuerpo. En el diagrama psicrométrico, la humedad relativa se representa con líneas curvas.
Contenido de humedad
El contenido de humedad (d, w o x) es la cantidad física de vapor de agua en el aire, medida en gramos por kilogramo de aire seco (g/kg). La principal ventaja de este parámetro es que no depende de la temperatura, reflejando la cantidad real de humedad.
Valores típicos de contenido de humedad:
- Día invernal seco: 2-4 g/kg
- Condiciones de confort en interiores: 6-9 g/kg
- Día veraniego húmedo: 12-18 g/kg
- Clima tropical: más de 20 g/kg
Para calcular la cantidad de humedad eliminada se usa la fórmula:
W = L × (d1 - d2)
donde W es la cantidad de humedad extraída (kg/h), L es el caudal másico de aire (kg/h), y d1 y d2 son el contenido de humedad antes y después de la deshumidificación (g/kg).
En el diagrama psicrométrico, el contenido de humedad se representa con líneas horizontales con la escala a la derecha.
Temperatura de punto de rocío
La temperatura de punto de rocío (Td) se expresa en grados Celsius (°C) y muestra hasta qué temperatura debe enfriarse el aire para que comience la condensación del vapor de agua. El significado físico es sencillo: si la temperatura de cualquier superficie es inferior al punto de rocío del aire circundante, en esa superficie se formará condensado.
Ejemplo clásico: un vaso con agua fría que "suda" en una habitación cálida. Para una sala típica con 21 °C y 50% HR, el punto de rocío es de unos 10 °C. Esto significa que todas las superficies con temperaturas por debajo de 10 °C empezarán a acumular humedad.
Las zonas críticas en invierno son las ventanas, las esquinas exteriores de las paredes y los puntos con puentes térmicos. Recomendación práctica: la temperatura de las superficies interiores debe ser al menos 2-3 °C superior al punto de rocío para evitar condensaciones.
En el diagrama psicrométrico, el punto de rocío corresponde al punto de intersección de la línea horizontal del contenido de humedad con la curva de saturación (100% de humedad relativa).
Presión parcial del vapor de agua
La presión parcial del vapor de agua (pv) se mide en Pascales (Pa) o kiloPascales (kPa) y representa la presión ejercida por las moléculas de agua en estado gaseoso. Físicamente significa que cada molécula de vapor de agua "empuja" el entorno, generando presión.
Este parámetro es clave para entender la difusión de humedad a través de los elementos constructivos. La humedad se mueve desde la zona con mayor presión parcial hacia la de menor. Por ejemplo, en invierno la presión parcial del vapor dentro de un espacio calefactado (aprox. 1,2-1,4 kPa a 21 °C y 50% HR) supera notablemente la exterior (aprox. 0,3-0,4 kPa a -5 °C y 80% HR). Esta diferencia "empuja" la humedad a través de los muros hacia el exterior, pudiendo crear problemas de condensación dentro del cerramiento.
Por eso, el diseño correcto de la barrera de vapor debe considerar la distribución de la presión parcial del vapor de agua, y no simplemente la humedad relativa.
Entalpía
La entalpía del aire húmedo (h o i) se mide en kiloJulios por kilogramo (kJ/kg) y representa la energía total del aire, que incluye tanto el calor sensible (relacionado con la temperatura) como el calor latente (energía de evaporación del agua).
Consideremos un ejemplo: para aire a 21 °C y contenido de humedad de 7,8 g/kg, la entalpía total es de unos 41 kJ/kg, de los cuales aproximadamente 21 kJ/kg son calor sensible y 20 kJ/kg calor latente del vapor de agua. Como referencia: evaporar 1 kg de agua requiere aproximadamente 2500 kJ de energía.
Para calcular la potencia de los sistemas de refrigeración o calefacción se utiliza la fórmula:
Q = L × (h1 - h2)
donde Q es la potencia (kW), L es el caudal másico de aire (kg/s), y h1 y h2 son la entalpía del aire antes y después del tratamiento (kJ/kg).
Por ejemplo, para enfriar 1 m³/s de aire (aprox. 1,2 kg/s) de 32 °C y 70% HR (entalpía ≈ 85 kJ/kg) a 22 °C y 50% HR (entalpía ≈ 43 kJ/kg) se requiere una potencia de: 1,2 kg/s × (85 - 43) kJ/kg = 50,4 kW.
En el diagrama psicrométrico, la entalpía se representa con líneas diagonales inclinadas, con la escala habitualmente en la parte superior izquierda del diagrama.
Temperatura de bulbo húmedo
La temperatura de bulbo húmedo (Tw) se mide en grados Celsius (°C) e indica la temperatura hasta la que se enfría el aire por evaporación de agua. Físicamente es la temperatura de un termómetro envuelto en una tela húmeda a través de la cual circula el aire analizado.
Al evaporarse el agua de la tela, se consume energía, lo que enfría el termómetro. Para aire a 21 °C y 50% HR, la temperatura de bulbo húmedo es de unos 15 °C. En el caso límite, cuando la humedad relativa es del 100%, la evaporación es imposible y la temperatura de bulbo húmedo iguala a la de bulbo seco.
Este parámetro tiene dos aplicaciones prácticas principales:
- Método sencillo para medir la humedad del aire usando un psicrómetro de honda (dos termómetros: seco y húmedo).
- Evaluación del potencial de enfriamiento evaporativo: la temperatura mínima alcanzable utilizando solo la evaporación de agua, sin refrigeración mecánica.
Por ejemplo, con 35 °C y 30% HR, la temperatura de bulbo húmedo es de unos 22 °C. Esto significa que el enfriamiento evaporativo puede reducir la temperatura del aire en 10-11 °C sin compresores, algo muy utilizado en torres de refrigeración y sistemas de humidificación adiabática.
El diagrama psicrométrico como herramienta integradora
El diagrama psicrométrico es una herramienta gráfica que relaciona los siete parámetros del aire húmedo. Conociendo cualesquiera dos parámetros, se pueden determinar todos los demás. Las combinaciones más utilizadas son:
- Temperatura de bulbo seco + humedad relativa (lo más fácil de medir con un higrómetro convencional)
- Temperatura de bulbo seco + temperatura de punto de rocío (para control de condensaciones)
- Temperatura de bulbo seco + contenido de humedad (para cálculos de deshumidificación/humidificación)
Veamos un ejemplo práctico de enfriamiento del aire exterior con parámetros 32 °C y 70% HR hasta 22 °C:
- Estado inicial: T = 32 °C, HR = 70%
- Determinamos el contenido de humedad inicial: d = 21,5 g/kg
- Determinamos la entalpía inicial: h = 85 kJ/kg
- Determinamos el punto de rocío inicial: Td = 26 °C
- Al enfriar hasta 22 °C, como esta temperatura es inferior al punto de rocío inicial, se produce condensación
- Estado final: T = 22 °C, HR = 100% (en la curva de saturación), d = 16,8 g/kg
- Cantidad de humedad condensada: 21,5 - 16,8 = 4,7 g/kg de aire
- Con un caudal de 1,2 kg/s: 4,7 × 1,2 = 5,6 g/s o 20,4 kg/h de agua
- Potencia de refrigeración: 1,2 kg/s × (85 - 63) kJ/kg = 26,4 kW
Estos cálculos permiten seleccionar correctamente la potencia del equipo y estimar la cantidad de condensado que se generará.
Errores típicos al trabajar con parámetros del aire húmedo
Una comprensión incorrecta de los parámetros del aire húmedo lleva a errores graves en el diseño de sistemas HVAC:
- Confundir la humedad relativa con la cantidad absoluta de agua (ignorando el hecho de que 40% HR a 25 °C contiene más agua que 80% HR a 10 °C)
- Ignorar el cambio de HR al calentar el aire (calentar sin humidificar reduce sustancialmente la humedad relativa)
- Subestimar la diferencia de presiones parciales de vapor de agua para el diseño de barreras de vapor (especialmente en climas fríos)
- No contabilizar el calor latente en los cálculos energéticos (con alto contenido de humedad, el calor latente puede representar más de la mitad de la carga total)
Consecuencias operativas de los errores
Una comprensión incorrecta de los parámetros del aire húmedo conduce a problemas como:
- Condensación en ventanas y tuberías de agua fría
- Acumulación de humedad en el espesor de los muros con posterior desarrollo de hongos y moho
- Selección incorrecta de la potencia del equipo (especialmente acondicionadores de aire)
- Disconfort de los ocupantes por aire demasiado seco o demasiado húmedo
- Mayor consumo de energía debido al funcionamiento ineficiente de los sistemas
FAQ sobre parámetros del aire húmedo
¿Por qué en invierno en casa hay sequedad aunque en el exterior la humedad relativa sea alta?
La humedad relativa depende mucho de la temperatura. El aire invernal a -5 °C y 80% HR, al calentarse hasta +21 °C sin añadir humedad, tendrá solo alrededor del 20% HR. Al calentar el aire, su capacidad de retener humedad aumenta, pero la cantidad absoluta de agua permanece igual, lo que provoca la caída de la humedad relativa.
¿Cómo estimar rápidamente el punto de rocío sin instrumentos?
Para aire interior con parámetros de confort (20-24 °C, 40-60% HR) el punto de rocío suele estar entre 7 y 14 °C. Regla práctica: con 50% HR el punto de rocío está aproximadamente 10 °C por debajo de la temperatura del aire. Con 40% HR la diferencia es de unos 12 °C, y con 60% HR es de unos 8 °C.
¿Qué es el calor latente y por qué es importante?
El calor latente es la energía asociada a los cambios de fase del agua (evaporación/condensación). Para evaporar 1 kg de agua se necesitan aproximadamente 2500 kJ de energía, que queda "almacenada" en el vapor de agua. Al condensar, esta energía se libera. En climas cálidos y húmedos, el calor latente puede representar el 50-60% de la carga térmica total del acondicionador de aire, por lo que considerarlo es crucial para seleccionar correctamente el equipo.
¿En qué se diferencia el contenido de humedad de la humedad relativa?
El contenido de humedad (g/kg) muestra la cantidad física real de agua en el aire y no depende de la temperatura. La humedad relativa (%) muestra el grado de saturación del aire con vapor de agua a una temperatura dada y depende mucho de la temperatura. Con contenido de humedad constante, subir la temperatura reduce la humedad relativa, y bajarla la aumenta.
¿Por qué para los cálculos de deshumidificación se usa el contenido de humedad y no la humedad relativa?
El contenido de humedad muestra la cantidad real de agua que hay que eliminar. Un deshumidificador extrae una determinada masa de agua del aire, por lo que la diferencia en el contenido de humedad antes y después de la deshumidificación, multiplicada por el caudal de aire, da la cantidad de agua extraída. La humedad relativa puede variar con contenido de humedad constante solo por cambios de temperatura, lo que no refleja la cantidad real de agua eliminada.
Conclusiones
Cada uno de los siete parámetros del aire húmedo tiene su significado práctico para tareas de ingeniería concretas:
- Temperatura de bulbo seco – parámetro básico del confort térmico y de los cálculos de calor sensible
- Humedad relativa – parámetro clave para evaluar el confort y la conservación de los materiales de construcción
- Contenido de humedad – imprescindible para cálculos de deshumidificación/humidificación y cantidad de condensado
- Temperatura de punto de rocío – parámetro crítico para evitar condensaciones en superficies
- Presión parcial del vapor de agua – determinante para calcular la difusión de humedad y diseñar la barrera de vapor
- Entalpía – indicador energético integral para calcular la potencia del equipo
- Temperatura de bulbo húmedo – parámetro clave para evaluar el potencial de enfriamiento evaporativo
Comprender y aplicar correctamente estos parámetros permite al ingeniero HVAC crear sistemas eficientes y de bajo consumo que proporcionan un microclima óptimo y previenen problemas relacionados con la humedad en los edificios.
