Simulación de los procesos psicrométricos

Simulation of psychrometric processes

Los procesos físicos de evaporación y de condensación del agua y viceversa establecen mecanismos de adición y eliminación de humedad, provocando cambios en los diferentes sistemas ecológicos, habitacionales e industriales. Múltiples procesos de acondicionamiento de aire son necesarios en la industria. Estos procesos han sido modelados matemáticamente como operaciones unitarias de humidificación, deshumidificación y secado, los mismos que están en función de varios parámetros psicrométricos como temperatura, humedad relativa, humedad absoluta, presión, y otros. Su cálculo por ecuaciones resulta más o menos complejo, las soluciones gráficas son más prácticas, pero menos precisas, software y simuladores en psicrometría son escasos. Este estudio desarrolla la creación de un modelo computarizado, creado en función de un algoritmo que puede disminuir la complejidad, acelerar la secuencia de operaciones y mejorar la precisión de los cálculos, útil tanto en la industria como en la docencia. El software es basado en el lenguaje Java® para simular casos y métodos de cálculo de procesos de humidificación, deshumidificación, secado y mezclas de aire basado en las ecuaciones básicas de la psicrometría, para un amplio rango de temperaturas y a diferentes alturas sobre el nivel del mar. El modelo ha sido validado para las condiciones Ecuador, mostrando buena correlación entre los resultados calculados manualmente frente a los obtenidos por la simulación.

1. Introducción

La psicrometría es necesaria para comprender las relaciones aire-vapor de agua, estas resultan fundamentales en procesos industriales de humidificación, deshumidificación, secado; acondicionamiento de aire en hábitats; útil en el diseño y análisis de sistemas de almacenamiento como silos y secaderos de cereales, procesos de deshidratación de alimentos, diseño de torres de enfriamiento. 

Partiendo de los principios básicos de la termodinámica se han generado conceptos y relaciones matemáticas para los sistemas aire –vapor de agua,  que, expresadas en modelos matemáticos y gráficos,se traducen en parámetros que definen lo que podemos llamar la condición psicrométrica del aire. Estas herramientas analíticas nos ayudan a resolver un sinnúmero de problemas de ingeniería química. Aunque diversos autores han abordado estos problemas [1]-[6], existe muy poco software y simulaciones sobre procesos psicrométricos [7], de hecho, en la literatura se encuentra algunas soluciones gráficas, pero estas, o han quedado obsoletas para las plataformas actuales como http://www.vpclima.upv.es/psicro.htm[8], o en su defecto proponen soluciones analíticas parciales,  limitadas a unos pocos parámetros, sin soluciones a procesos de mezcla de diversas calidades de aire, u omiten la visualización del diagrama psicrométrico  [7]. 

Mago y Long [9] propone similares soluciones en Microsoft Excel, sin considerar presiones atmosféricas reducidas por la altura, los autores mencionados [7] y [9], destacan el uso pedagógico de estas herramientas que mejoran la experiencia de aprendizaje facilitando a los alumnos un mayor dominio de la psicrometría, facilitándoles cálculos de otra manera tediosos y repetitivitos, motivándoles a enfocarse más en aspectos de diseño y análisis del significado de los distintos parámetros con fines de aplicación tecnológica. 

El presente estudio, que puede ser revisado en forma completa en [10], desarrolla una carta psicrométrica con una interfaz gráfica muy sencilla de utilizar, permite obtener propiedades del aire y resolver procesos para aire o mezclas de aire a distintas presiones y temperaturas. Abarca un rango mayor de posibilidades que las tablas publicadas en libros de texto que generalmente se limitan a condiciones de una atmósfera de presión.