Diagrama Psicrométrico de Mollier

Datos de referencia e información de ingeniería sobre el diagrama psicrométrico de Mollier para aplicaciones de psicrometría del aire.

psychrometricchartmollierTabla de datos

Resumen

El diagrama de Mollier (también llamado diagrama i-x de Mollier) es una representación gráfica de las propiedades termodinámicas del aire húmedo. Grafica la entalpía frente a la humedad específica (contenido de humedad), con líneas de superposición para la temperatura de bulbo seco, la temperatura de bulbo húmedo y la humedad relativa. El diagrama de Mollier es una variante rotada del diagrama psicrométrico estándar y se utiliza ampliamente en el diseño de sistemas HVAC para analizar procesos de calefacción, refrigeración, humidificación, deshumidificación y mezcla de aire.

Fórmulas clave

Relación de humedad (humedad específica)

$\omega = 0.622 \frac{P_v}{P_a}$

La masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco, donde $P_v$ es la presión parcial del vapor de agua y $P_a$ es la presión parcial del aire seco.

Humedad relativa

$\phi = \frac{P_v}{P_{vs}} \times 100\%$

La relación entre la presión de vapor real y la presión de vapor de saturación a la misma temperatura de bulbo seco.

Entalpía del aire húmedo

$h = c_p \cdot T_{db} + \omega \cdot h_g$

Calor sensible más calor latente por unidad de masa de aire seco. La constante $c_p \approx 1.006$ kJ/(kg·°C) para aire seco y $h_g$ es la entalpía del vapor de agua saturado a la temperatura dada.

Temperatura de bulbo húmedo

$T_{wb} \approx T_{db} - \frac{P_{vs} - P_v}{\gamma}$

Una aproximación que relaciona la depresión del bulbo húmedo con el déficit de presión de vapor, donde $\gamma$ es la constante psicrométrica (aproximadamente 6.66 Pa/°C a 1 atm).

Variables

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Variables psicrométricas clave utilizadas en el diagrama de Mollier
Símbolo	Descripción	Unidad
ω (omega)	Relación de humedad (humedad específica)	kg/kg dry air
φ (phi)	Humedad relativa	%
Pv	Presión parcial del vapor de agua	Pa
Pvs	Presión de vapor de saturación a Tdb	Pa
Tdb	Temperatura de bulbo seco	°C
Twb	Temperatura de bulbo húmedo	°C
h	Entalpía específica del aire húmedo	kJ/kg dry air
cp	Calor específico del aire seco a presión constante	kJ/(kg·°C)
hg	Entalpía del vapor de agua saturado	kJ/kg

Fuente: engineeringtoolbox.com

Ejemplo: Lectura del diagrama de Mollier

Caso 1 — Conocido: Temperatura de bulbo seco y humedad relativa

Dados Tdb = 21 °C y φ = 50%, lea lo siguiente del diagrama de Mollier:

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Lecturas del diagrama de Mollier para 21 °C de bulbo seco y 50% HR
Propiedad	Valor
Entalpía (h)	~40 kJ/kg aire seco
Temp de Bulbo Húmedo (Twb)	~14.5 °C
Relación de Humedad (ω)	~0.0076 kg/kg aire seco

Fuente: engineeringtoolbox.com

Caso 2 — Conocido: Temperaturas de Bulbo Seco y Húmedo

Dados Tdb = 19 °C y Twb = 12 °C, leer:

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Lecturas del diagrama de Mollier para 19 °C de bulbo seco y 12 °C de bulbo húmedo
Propiedad	Valor
Entalpía (h)	~33 kJ/kg aire seco
Relación de Humedad (ω)	~0.0056 kg/kg aire seco

Fuente: engineeringtoolbox.com

Referencia de Presión de Vapor de Saturación

La presión de vapor de saturación $P_{vs}$ aumenta bruscamente con la temperatura. Valores representativos de la ecuación de Antoine o tablas de vapor:

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Presión de vapor de saturación y calor latente de vaporización del agua a presión atmosférica estándar
Temperatura(°C)	Presión de Vapor de Saturación(Pa)	Entalpía del Vapor Saturado(kJ/kg)
0	611	2501
5	872	2510
10	1228	2520
15	1705	2529
20	2339	2538
25	3169	2547
30	4246	2556
35	5628	2565
40	7384	2574

Fuente: engineeringtoolbox.com

Presión de Vapor de Saturación vs. Temperatura de Bulbo Seco

Puntos de Ejemplo del Diagrama de Mollier

Las imágenes originales muestran lecturas de ejemplo del diagrama de Mollier. Las lecturas extraídas se representan a continuación como datos para que puedan ser inspeccionadas sin depender solo del gráfico de mapa de bits.

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Lecturas extraídas de las imágenes de ejemplo originales del diagrama de Mollier.
Caso del gráfico	Bulbo seco(°C)	Humedad relativa(%)	Bulbo húmedo(°C)	Relación de humedad(kg/kg dry air)	Enthalpy(kJ/kg dry air)
Bulbo seco 21 °C y 50% HR	21	50	14.5	0.0076	40
Bulbo seco 19 °C y bulbo húmedo 12 °C	19	40	12	0.0056	33

Fuente: engineeringtoolbox.com

Estados de ejemplo extraídos del diagrama de Mollier

Reproducción del diagrama de Mollier

El diagrama de Mollier original se redibuja a continuación como un diagrama psicrométrico generado por ecuaciones para aire húmedo a presión atmosférica estándar. El diagrama utiliza la razón de humedad en el eje horizontal y la temperatura de bulbo seco en el eje vertical, con curvas de humedad relativa, líneas de entalpía constante, líneas de cuadrícula de razón de humedad y el límite de saturación.

Redrawn psychrometric Mollier reference chart for moist air at 101.325 kPa. Curves are generated from standard equations for saturation vapor pressure, humidity ratio, dry-bulb temperature, and moist-air enthalpy.

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Puntos de validación para el diagrama de Mollier redibujado.
State	Calculado a partir de ecuaciones	Lectura del diagrama original
21 °C bulbo seco, 50% HR	ω = 7.71 g/kg, h = 40.71 kJ/kg	ω ≈ 7.6 g/kg, h ≈ 40 kJ/kg
19 °C bulbo seco, ω = 5.6 g/kg	h = 33.32 kJ/kg, HR ≈ 41%	h ≈ 33 kJ/kg, HR ≈ 40%
Saturación a 0 °C	ω = 3.77 g/kg, h = 9.44 kJ/kg	límite de saturación cerca de 0 °C

Fuente: engineeringtoolbox.com

Diagrama de Mollier vs. Diagrama Psicrométrico

El diagrama de Mollier y el diagrama psicrométrico estándar ASHRAE muestran los mismos datos termodinámicos pero con orientaciones de ejes diferentes:

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Comparación del diagrama de Mollier y el diagrama psicrométrico estándar
Feature	Diagrama de Mollier (i-x)	Diagrama Psicrométrico
Eje horizontal	Razón de humedad (ω)	Temperatura de bulbo seco
Eje vertical	Entalpía (h)	Relación de humedad (ω)
Líneas de temperatura	Casi horizontal, ligera pendiente	Vertical
Líneas de entalpía	Casi vertical	Diagonal
Curvas de humedad relativa	Cóncavo hacia arriba	Cóncavo hacia arriba
Región común	Europa, HVAC industrial	Norteamérica, estándar ASHRAE

Fuente: engineeringtoolbox.com

Calculadora: Relación de humedad a partir de presión de vapor

Relación de humedad (ω)

Presión de vapor(Pa)

Presión atmosférica(Pa)

Estado del aire húmedo a partir de temperatura y humedad relativa

Temperatura de bulbo seco(°C)

Humedad relativa(%)

Presión atmosférica(Pa)

Convertidor de unidades

Convertidor de unidades psicrométricas

Temperatura(°C)

Relación de humedad(kg/kg dry air)

Enthalpy(kJ/kg dry air)

Presión(Pa)

Nota: la conversión directa de kJ/kg a Btu/lb preserva la referencia de entalpía métrica. El valor de entalpía psicrométrica del sistema imperial (IP) utiliza la referencia psicrométrica común en el sistema anglosajón y debe usarse al comparar con diagramas psicrométricos en este sistema.

Ejemplos de lectura del diagrama de Mollier

Los ejemplos de diagramas anotados a continuación se redibujan a partir de las mismas ecuaciones psicrométricas utilizadas por el diagrama principal.

Example reading: 21 degC dry-bulb temperature and 50% relative humidity gives about 7.7 g/kg humidity ratio and 40.7 kJ/kg enthalpy.

Example reading: 19 degC dry-bulb temperature and 12 degC wet-bulb temperature gives about 5.6 g/kg humidity ratio and 33 kJ/kg enthalpy.

Notas de ingeniería

La presión atmosférica es importante. El diagrama de Mollier se dibuja típicamente para la presión atmosférica estándar (101.325 kPa). A altitudes o presiones significativamente diferentes, se necesitan correcciones o debe usarse un diagrama específico para esa presión.
La orientación de los ejes puede confundir a los usuarios. En el diagrama de Mollier, la entalpía se extiende casi verticalmente y la relación de humedad casi horizontalmente, lo contrario de lo que muchos ingenieros formados según ASHRAE esperan. Verifique qué convención de ejes utiliza su diagrama antes de leer valores.
Precisión del diagrama. Leer valores de un diagrama impreso introduce errores de interpolación. Para cálculos precisos, utilice las ecuaciones gobernantes o herramientas psicrométricas digitales en lugar de la interpolación visual.
Aproximaciones de la temperatura de bulbo húmedo. La fórmula $T_{wb} \approx T_{db} - \frac{P_{vs} - P_v}{\gamma}$ es una linealización. Para alta precisión, use modelos termodinámicos iterativos (por ejemplo, la formulación de ASHRAE) o el Diagrama Psicrométrico ASHRAE No. 1.
Visualización de procesos. El diagrama de Mollier es excelente para visualizar procesos de tratamiento de aire: el calentamiento sensible se mueve horizontalmente a la derecha; el enfriamiento y deshumidificación se mueven hacia abajo y a la izquierda; la mezcla de dos corrientes de aire sigue una línea recta entre sus puntos de estado.
Línea de saturación. El límite curvo en el diagrama de Mollier representa el 100% de humedad relativa. Los estados del aire no pueden existir por encima (a la derecha) de esta línea: más allá de la saturación se produce condensación.

Referencias

Fuente original — Engineering ToolBox: Psychrometric Chart / Mollier Diagram
ASHRAE Handbook — Fundamentals, capítulo de Psicrometría

Fuente: engineeringtoolbox.com