1. ¿Qué es el aire? ¿Qué es el aire convencional?
Respuesta: la capa atmosférica que rodea la Tierra, a la que solemos llamar aire.
El aire a la presión especificada de 0.1 MPa, a 20 °C de temperatura y con un 36 % de humedad relativa se denomina aire convencional. El aire convencional se diferencia del aire estándar en la temperatura y contiene humedad. Cuando hay vapor de agua en el aire, una vez que ese vapor se separa, el volumen de aire disminuye.
2. ¿Cuál es la definición del estado estándar del aire?
Respuesta: el estado estándar se define como el estado del aire con una presión de admisión de 0.1MPa y una temperatura de 15.6 °C (en la industria nacional se define como 0 °C).
En estado estándar, la densidad del aire es 1.185kg/m3 (el caudal de descarga de los compresores y la capacidad de los equipos de postratamiento, como secadores frigoríficos y filtros, se indican como caudal en estado estándar del aire, con la unidad Nm3/min).
3. ¿Qué son el aire saturado y el aire no saturado?
Respuesta: a una temperatura y una presión determinadas, el contenido de vapor de agua del aire húmedo (es decir, la densidad de vapor de agua) tiene un límite; cuando a una temperatura dada el contenido de vapor de agua alcanza el máximo posible, el aire húmedo se denomina aire saturado. El aire húmedo que no contiene la cantidad máxima posible de vapor de agua se denomina aire no saturado.
4. ¿En qué condiciones el aire no saturado se convierte en aire saturado? ¿Qué es la «condensación»?
En el instante en que el aire no saturado pasa a ser aire saturado se condensan gotas de agua líquida en el aire húmedo, lo que se denomina «condensación». Este fenómeno es muy habitual: por ejemplo, en verano, con una humedad del aire muy alta, se forman gotas en la superficie de las tuberías de agua; en las mañanas de invierno aparecen gotas en los cristales de las ventanas de las viviendas. Todo ello es el resultado de la condensación que se produce cuando el aire húmedo se enfría a presión constante hasta la temperatura de punto de rocío.
5. ¿Qué son la presión atmosférica, la presión absoluta y la presión manométrica? ¿Cuáles son las unidades de presión más habituales?
Respuesta: la presión que la gruesa capa atmosférica que rodea la superficie terrestre ejerce sobre la superficie de la Tierra o sobre los objetos situados en ella se denomina «presión atmosférica» y su símbolo es Ρb; la presión que actúa directamente sobre la superficie de un recipiente o de un objeto se denomina «presión absoluta», se mide tomando como origen el vacío absoluto y su símbolo es Pa; la presión medida con manómetros, vacuómetros, tubos en U y otros instrumentos se denomina «presión manométrica», toma como origen la presión atmosférica y su símbolo es Ρg. La relación entre las tres es
Pa=Pb+Pg
La presión es la fuerza que actúa sobre una unidad de superficie; su unidad es el N/metro cuadrado, que se escribe Pa y se denomina pascal. En ingeniería se emplea habitualmente el MPa (megapascal)
1MPa=10 elevado a la sexta Pa
1 atmósfera estándar = 0.1013MPa
1kPa=1000Pa=0.01kgf/cuadrado
1MPa=10 elevado a la sexta Pa=10.2kgf/cuadrado
En el sistema de unidades antiguo, la presión se expresaba normalmente en kgf/cm2 (kilogramo-fuerza/centímetro cuadrado).
6. ¿Qué es la temperatura? ¿Cuáles son las unidades de temperatura más habituales?
Respuesta: la temperatura es el valor medio estadístico del movimiento térmico de las moléculas de una sustancia.
Temperatura absoluta: temperatura medida tomando como cero la temperatura límite mínima a la que cesa el movimiento de las moléculas de gas; se representa con T, su unidad es el «kelvin» y su símbolo es K.
Temperatura Celsius: temperatura medida tomando como origen el punto de fusión del hielo; su unidad es el «grado Celsius» y su símbolo es ℃. Además, en los países anglosajones se usa habitualmente la «temperatura Fahrenheit», con el símbolo F.
La relación de conversión entre las tres unidades de temperatura es
T (K) = t (°C) + 273.16
t(F)=32+1.8t(℃)
7. ¿Qué es la presión parcial del vapor de agua en el aire húmedo?
Respuesta: el aire húmedo es una mezcla de vapor de agua y aire seco. En un volumen determinado de aire húmedo, la cantidad de vapor de agua (en masa) suele ser muy inferior a la de aire seco, pero ocupa el mismo volumen y tiene la misma temperatura. La presión del aire húmedo es la suma de las presiones parciales de los gases que lo componen (aire seco y vapor de agua). La presión del vapor de agua en el aire húmedo se denomina presión parcial de vapor de agua y se representa con Pso. Su valor refleja la cantidad de vapor de agua presente en el aire húmedo: cuanto mayor es el contenido de vapor de agua, mayor es la presión parcial de vapor de agua. La presión parcial de vapor de agua en el aire saturado se denomina presión parcial de saturación del vapor de agua y se representa con Pab.
8. ¿Qué es la humedad del aire? ¿Cuántos tipos de humedad hay?
Respuesta: la magnitud física que expresa el grado de sequedad o humedad del aire se denomina humedad. Los métodos de expresión más utilizados son la humedad absoluta y la humedad relativa.
En condiciones estándar, la masa de vapor de agua contenida en 1 m3 de aire húmedo se denomina «humedad absoluta» del aire húmedo y su unidad es g/m3. La humedad absoluta solo indica la cantidad de vapor de agua contenida en una unidad de volumen de aire húmedo, no la capacidad de ese aire para absorber vapor de agua, es decir, su grado de humedad. La humedad absoluta es la densidad del vapor de agua en el aire húmedo.
La relación entre la cantidad real de vapor de agua contenida en el aire húmedo y la cantidad máxima posible a la misma temperatura se denomina «humedad relativa» y se representa habitualmente con φ. La humedad relativa φ varía entre 0 y 100 %. Cuanto menor es el valor de φ, más seco está el aire y mayor es su capacidad de absorber agua; cuanto mayor es el valor de φ, más húmedo está el aire y menor es su capacidad de absorción. La capacidad de absorción de humedad del aire también depende de su temperatura. A medida que aumenta la temperatura del aire húmedo, la presión de saturación crece en consecuencia. Si el contenido de vapor de agua no varía, la humedad relativa φ disminuye, es decir, aumenta la capacidad de absorción de humedad del aire. Por ello, durante la instalación de la sala de compresores conviene mantener una buena ventilación, reducir la temperatura y evitar acumulaciones de agua y un drenaje deficiente, para reducir el contenido de agua del aire.
9. ¿Qué es el contenido de humedad? ¿Cómo se calcula?
Respuesta: en el aire húmedo, la masa de vapor de agua contenida en 1kg de aire seco se denomina «contenido de humedad» del aire húmedo y se representa habitualmente con ω. El contenido de humedad ω es casi directamente proporcional a la presión parcial de vapor de agua Pso e inversamente proporcional a la presión total del aire p. ω refleja con exactitud la cantidad de vapor de agua contenida en el aire. Si la presión atmosférica se mantiene generalmente constante y la temperatura del aire húmedo no varía, Pso tampoco varía. En ese caso, al aumentar la humedad relativa aumenta el contenido de humedad y disminuye la capacidad de absorción.
10. ¿De qué depende la densidad del vapor de agua en el aire saturado?
Respuesta: el contenido de vapor de agua del aire (densidad de vapor de agua) es limitado. En el intervalo de presiones neumáticas (2MPa) puede considerarse que la densidad del vapor de agua en el aire saturado depende solo de la temperatura y no de la presión del aire. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la densidad de vapor de agua saturado. Por ejemplo, a 40 °C, tanto si la presión es 0.1MPa como 1.0MPa, la densidad de vapor de agua saturado de 1 metro cúbico de aire es la misma.
11. ¿Qué es el aire húmedo?
Respuesta: el aire que contiene una cierta cantidad de vapor de agua se denomina aire húmedo, y el aire sin vapor de agua se denomina aire seco. Todo el aire que nos rodea es aire húmedo. A una altitud determinada, la composición y las proporciones del aire seco son básicamente estables y no tienen una importancia especial para el comportamiento térmico del conjunto del aire húmedo. Aunque el contenido de vapor de agua del aire húmedo no es elevado, sus variaciones influyen mucho en las propiedades físicas del aire húmedo. La cantidad de vapor de agua determina el grado de sequedad o humedad del aire. El objeto de trabajo del compresor es precisamente el aire húmedo.
12. ¿Qué es el calor?
Respuesta: el calor es una forma de energía. Unidades habituales: KJ/(kg·℃), cal/(kg·℃), kcal/(kg·℃), etc. 1kcal=4.186kJ, 1kJ=0.24kcal.
Según las leyes de la termodinámica, el calor se transfiere de forma espontánea desde el foco caliente hacia el foco frío por convección, conducción y radiación. Sin aporte externo de trabajo, el calor no puede transferirse jamás en sentido inverso.
13. ¿Qué es el calor sensible? ¿Qué es el calor latente?
Respuesta: durante un proceso de calentamiento o enfriamiento, el calor absorbido o cedido por un cuerpo cuando su temperatura sube o baja sin que cambie su estado de fase se denomina calor sensible. Produce en las personas una sensación clara de frío o calor y normalmente puede medirse con un termómetro. Por ejemplo, el calor absorbido al calentar agua de 20 °C a 80 °C es calor sensible.
Cuando un cuerpo absorbe o cede calor y cambia de fase (por ejemplo, de gas a líquido...), pero su temperatura no varía, esa cantidad de calor absorbida o cedida se denomina calor latente. El calor latente no puede medirse con un termómetro ni se percibe en el cuerpo humano, pero puede calcularse experimentalmente.
Cuando el aire saturado cede calor, parte del vapor de agua cambia de fase a agua líquida y la temperatura del aire saturado no desciende; ese calor cedido es calor latente.
14. ¿Qué es la entalpía del aire?
Respuesta: la entalpía del aire es el calor total contenido en el aire, referido normalmente a la unidad de masa de aire seco. Se representa con el símbolo ι.
15. ¿Qué es el punto de rocío? ¿Con qué está relacionado?
Respuesta: el punto de rocío es la temperatura a la que el aire no saturado, manteniendo constante la presión parcial de vapor de agua (es decir, sin variar el contenido absoluto de agua), se enfría hasta alcanzar la saturación. Cuando la temperatura desciende hasta el punto de rocío se forman gotas de agua condensada en el aire húmedo. El punto de rocío del aire húmedo depende no solo de la temperatura, sino también del contenido de agua del aire húmedo. Un contenido de agua alto implica un punto de rocío alto, y un contenido bajo, un punto de rocío bajo. A una temperatura determinada del aire húmedo, cuanto mayor es la temperatura de punto de rocío, mayor es la presión parcial de vapor de agua y mayor es el contenido de vapor de agua. La temperatura de punto de rocío tiene una aplicación importante en la ingeniería de compresores. Por ejemplo, si la temperatura de salida del compresor es demasiado baja, la mezcla de aire y aceite se condensa por la baja temperatura del depósito de aceite y aire, el lubricante se carga de agua y se reduce su efecto lubricante. Por ello, el diseño de la temperatura de salida del compresor debe garantizar que no sea inferior a la temperatura de punto de rocío correspondiente a esa presión parcial.
