Ciclo básico del aire

1.16.3.1 Introducción:

El Ciclo del Aire está constituido por el conjunto de procesos y transformaciones que experimenta el aire, con el objeto de asegurar las condiciones termo higrométricas (temperatura seca y húmeda) de los locales, la calidad de aire adecuada en los mismos y el grado de presurización elegido para ellos.

El Ciclo Básico del Aire se estudia y analiza a través de un sistema de referencia que se corresponde con un Sistema Todo Aire a caudal constante de una sola zona térmica.

1.16.3.2 Constitución del sistema de referencia:

El sistema de referencia que hemos empleado está formado por una unidad de

tratamiento de aire (UTA), ventilador de retorno, conductos de impulsión y de retorno y local de referencia, siendo el caudal de aire constante en el tiempo. Estos equipos constituyen la Tecnología básica de Sistema.

1.16.3.3 Descripción del proceso:

El proceso se inicia en la caja de mezcla de la UTA, donde el aire exterior se mezcla con el aire de recirculación procedente del local. Este aire de mezcla es filtrado en la Sección de Filtros de la UTA y atraviesa la Batería de Frío en donde es enfriado y deshumificado si el local se encuentra bajo el Régimen de Verano. Cuando el local se encuentra en Régimen de Invierno, la batería de frío esta fuera de servicio y actúa entonces la batería de calor que lo calienta a humedad constante.

Tras el tratamiento experimentado en una de las baterías, el Ventilador de Impulsión introduce el aire en la red de conductos de impulsión y es transportado al local donde se distribuye por medio de las rejillas y/o difusores recibiendo las cargas del local.

Las Rejillas de Retorno aspiran el aire del local y por medio de la red de Conductos de Retorno y el Ventilador de Retorno es transportado de vuelta a la UTA. Este aire es parcialmente expulsado al exterior y parcialmente recirculado, acabando así el proceso. El ciclo de evolución del aire climatizado puede representarse en el diagrama

Donde:

1.-Condiciones del aire en el exterior del local 2.-Condiciones del aire en el interior del local

3.-Condiciones del aire a la entrada del aparato refrigerador. Es el resultado de mezclar el aire exterior con el aire procedente del local

4.-Representa una temperatura llamada punto de rocío de la máquina, que podemos interpretar como la temperatura media de la superficie de la batería

5.-Condiciones del aire a la salida del aparato refrigerador. Este aire se llama aire de suministro

1.16.3.4 Cálculo de parámetros fundamentales:

La selección de los aparatos adecuados para llevar el aire a las condiciones deseadas depende de un cierto número de factores. De estos factores vamos a explicar aquellos que afectan solamente a los estados definidos por su temperatura y su estado

higrométrico.

• Obtención del caudal necesario de aire

Para obtener el caudal de aire necesario podemos utilizar dos métodos diferentes, según el factor de calor sensible del local y el factor de calor sensible total y según el método simplificado en el cual usaremos el factor de calor sensible efectivo.

• Según factor de calor sensible y total:

Los caudales necesarios para compensar simultáneamente las ganancias sensibles y latentes del local por una parte y las ganancias sensible y latentes, teniendo en cuenta el aire exterior pueden determinarse trazando rectas RSHF (factor de calor sensible del local) y GSHF (factor de calor sensible total). Su intersección corresponde a las condiciones del aire a la salida del evaporador y despreciando el calentamiento debido al calentador, el calentamiento en el conducto y las fugas de aire eventuales a las condiciones del aire impulsado.

En general, estas ganancias suplementarias se consideran a parte del balance térmico. El caudal de aire necesario para compensar las ganancias de calor del local viene dado por la fórmula siguiente:

Donde:

-RSH es el factor de calor sensible del local y viene dado por la razón aritmética del calor total sensible del local al calor total del local, siendo este último la suma del calor sensible y latente del local.

El caudal de aire necesario para compensar el balance térmico total (con las ganancias suplementarias comprendidas) será:

Donde:

- TSH es el factor de calor sensible total

- es la temperatura de mezcla a la entrada del acondicionador.

Si se desprecian las fugas en la red de distribución, el caudal de aire impulsado en el local es igual al de aire que pasa por el acondicionador. La temperatura de mezcla no puede determinarse más que por aproximaciones sucesivas, excepto en el caso en el que se trabaje totalmente sobre el aire exterior.

• Según factor de calor sensible y total:

Este método simplificado para calcular los caudales de aire necesarios consistirá en aplicar las relaciones existentes entre el ESHF (factor de calor sensible efectivo), el ADP (punto de rocío de la batería) y el BF (factor de bypass). Estas relaciones se han obtenido gráficamente partiendo, al igual que en el método anterior, del GSHF y del RSHF. No obstante, no es necesario conocer esas magnitudes para calcular el caudal de aire, puesto que se obtienen los mismos valores a partir del ESHF, del ADP y del BF. Para calcular este volumen de aire se podrá utilizar la siguiente expresión:

Donde:

- es la temperatura de rocío de la batería y se determinará a partir del ESHF de la siguiente manera. Este valor se señala en la escala del factor de calor sensible, situada a la derecha de la figura, y se traza una recta uniendo este valor con el foco. A continuación se traza una paralela que pase por el punto de condiciones del local hasta cortar la curva de saturación, el punto de corte es el punto (4), es la recta térmica

efectiva del local. La vertical que baja desde el punto (4) nos da la temperatura de rocío t4 del equipo de refrigeración.

-BF es el factor de bypass y representa el porcentaje de aire que pasa a través de la batería sin sufrir ningún cambio, suele ser 0,25.

-ESHF es el calor sensible efectivo del local:

• Obtención de la temperatura del aire a la entrada de la UTA, t3 Aplicando la siguiente ecuación:

t3 = Vv*(t1-t2)/V + t2

Donde:

t3: temperatura a la entrada de la UTA

Vv: el caudal de aire exterior de ventilación en m3/h

V: caudal de aire en m3/h

t1: temperatura exterior

t2: temperatura interior del local

• Obtención de la temperatura del aire a la salida de la UTA, t5 Para la estación de verano se aplica la siguiente fórmula:

t5 = f (t3-t4) + t4

Donde:

f: factor de bypass de la batería (suele ser 0.25)

t3: temperatura a la entrada de la UTA

t4: temperatura de rocío de la UTA

Para el invierno se calcula de otra forma. Se emplea la siguiente ecuación,

2 5 29 . 0 V t V t v + ⋅ =

Donde:

t2: temperatura interior del local

V: caudal de aire en m3/h

Vv: el caudal de aire exterior de ventilación en m3/h

• Obtención de la potencia frigorífica de la UTA, NR

Una vez calculadas las temperaturas t3 y t5 se sitúan en el diagrama los puntos (3) y

(5). Para ello, primero se traza la recta 1-2 y se sitúa el punto (3). A continuación se traza la recta 3-4 y se sitúa el punto (5).

Se obtienen del diagrama las entalpías h3 y h5 en kcal/kg y se aplica la siguiente

ecuación:

NR = ρ*V*(h3-h5)

Donde:

NR: potencia frigorífica de la UTA, en kcal/h

ρ: densidad del aire en las condiciones de entrada

V: caudal del aire en m3/h

h3 y h5: son las entalpías en los estados (3) y (5), en kcal/kg

1.16.4 Dimensionamiento de conductos y componentes