UNIDAD 2. Aire Acondicionado

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2.1 TABLAS Y CARTA PSICOMETRICA

Una carta psicométrica, es una gráfica de las propiedades del aire, tales como temperatura, hr, volumen, presión, etc. Las cartas psicométricas se utilizan para determinar, cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad en el aire.

Las propiedades psicométricas del aire que se describen en las tablas han sido recopiladas a través de incontables experimentos de laboratorio y de cálculos matemáticos, y son la base para lo que conocemos como la Carta Psicométrica.

Aunque las tablas psicométricas son más precisas, el uso de la carta psicométrica puede ahorrarnos mucho tiempo y cálculos, en la mayoría de los casos donde no se requiere una extremada precisión.

Como se mencionó al inicio de este párrafo, la carta psicométrica es una gráfica que es trazada con los valores de las tablas psicométricas; por lo tanto, la carta psicométrica puede basarse en datos obtenidos a la presión atmosférica normal al nivel del mar, o puede estar basada en presiones menores que la atmosférica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre el nivel del mar. En una carta psicométrica se encuentran todas las propiedades del aire, de las cuales las de mayor importancia son las siguientes:

1. Temperatura de bulbo seco (bs). 2. Temperatura de bulbo húmedo (bh). 3. Temperatura de punto de rocío (pr) 4. Humedad relativa (hr).

5. Humedad absoluta (ha). 6. Entalpía (h).

7. Volumen específico.

Conociendo dos de cualquiera de estas propiedades del aire, las otras pueden determinarse a partir de la carta. 1. Temperatura de Bulbo Seco.- Es la temperatura medida con un

termómetro ordinario. Esta escala es la horizontal (abcisa), en la parte baja de la carta, según se muestra en la figura 13.12. Las líneas que se extienden verticalmente, desde la parte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman líneas de temperatura de bulbo seco constantes, o simplemente «líneas de bulbo seco». Son constantes porque cualquier punto a lo largo de una de estas líneas, corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en la escala de la parte baja.

Figura 13.12 - Líneas de temperatura de bulbo seco o_C.

2. Temperatura de Bulbo Húmedo.- Corresponde a la temperatura medida con un termómetro de bulbo húmedo. Como ya se explicó en la sección anterior, es la temperatura que resulta cuando se evapora el agua de la mecha, que cubre el bulbo de un termómetro ordinario. La escala de temperaturas de bulbo húmedo, es la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la parte curva de la carta psicométrica, como se muestra en la figura 13.13. Las líneas de temperatura de bulbo húmedo constantes o l í neas de bulbo h ú medo, corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, en un ángulo de aproximadamente 30o

de la horizontal.

Figura 13.13 - Líneas de temperatura de bulbo húmedo o_C

3. Temperatura de Punto de Rocío.- Esta es la temperatura a la cual se condensará la humedad sobre una superficie. La escala para las temperaturas de punto de rocío es idéntica que la escala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la misma escala para ambas propiedades. Sin embargo, las líneas de la temperatura de punto de rocío, corren horizontalmente de izquierda a derecha, como se ilustra en la figura 13.14, no en forma diagonal como las de bulbo húmedo. Cualquier punto sobre una línea de punto de rocío constante, corresponde a la temperatura de punto de rocío sobre la escala, en la línea curva de la carta.

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Figura 13.14 - Líneas de temperatura de punto de rocío o_C

4. Humedad Relativa.- En una carta psicrométrica com- pleta, las líneas de humedad relativa constante, son las líneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia la derecha. Se expresan siempre en porciento, y este valor se indica sobre cada línea. La línea de 100% de hr, es la misma que la escala de temperaturas de bulbo húmedo y de punto de rocío. Las líneas de hr constante, disminuyen en valor al alejarse de la línea de saturación hacia abajo y hacia la derecha, como se ilustra en la figura 13.15.

Figura 13.15 - Líneas de humedad relativa %.

5. Humedad Absoluta.- La humedad absoluta, es el peso real de vapor de agua en el aire. También se le conoce como humedad específica. La escala de la humedad absoluta, es la escala vertical (ordenada) que se encuentra al lado derecho de la carta psicrométrica, como se indica en la figura 13.16. Los valores de esta propiedad se expresan en gramos de humedad por kilogramo de aire seco (g/kg), en el sistema internacional, y en gramos por libra (gr/lb), en el sistema inglés. Las líneas de humedad absoluta, corren horizontalmente de derecha a izquierda, y son paralelas a las líneas de punto de rocío y coinciden con éstas. Así pues, podemos ver que la cantidad de humedad en el aire, depende del punto de rocío del aire.

Figura 13.16 - Líneas de humedad absoluta en gramos/kg.

6. Entalpía.- Las líneas de entalpía constantes en una carta psicométrica, son las que se muestran en la figura

13.18. Estas líneas, son meramente extensiones de las líneas de bulbo húmedo; puesto que el calor total del aire, depende de la temperatura de bulbo húmedo. La escala del lado izquierdo lejana a la línea curva, da el calor total del aire en kJ/kg (kilojoules por kilogramo) de aire seco, en el sistema internacional o en btu/lb de aire seco, en el sistema inglés.

Figura 13.18 - Líneas de entalpía en kJ/kg de aire seco.

7. Volumen Específico.- En la figura 13.19, se muestran las líneas del volumen específico constante en una carta psicométrica. Estas líneas están en un ángulo aproximado de 60 con la horizontal, y van aumentando de valor de izquierda a derecha. Por lo general, el espacio entre cada línea, representa un cambio de volumen específico de 0.05 m³/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas líneas, naturalmente debe ser un valor estimado. Si se desea saber la densidad del aire a cualquier condición, se debe dividir uno entre el volumen específico, puesto que la densidad es la inversa del volumen específico y viceversa. Debido a

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que la mayoría de los cálculos en trabajos de aire acondicionado, se basan en el peso del aire en lugar del volumen de aire, se recomienda el uso del volumen específico (m³/kg de aire) en vez de la densidad (kg/m³ de aire).

Figura 13.19 - Líneas de volumen específico en m³/kg de aire seco.

PSICOMETRIA. Texto recuperado el 11 de Abril de 2015 de http://es.slideshare.net/joel_f/carta-psicometrica-13742917

2.2 PROCESO DE ENFRIAMIENTO SENSIBLE

El enfriamiento sensible consiste en enfriar aires, sin que se produzca condensación del vapor de agua presente en el mismo. Para ello es preciso que el enfriamiento llegue a una temperatura mayor que el punto de rocío, es decir, antes de cortar la curva de saturación (ver figura 6). Obsérvese en la citada figura que la humedad permanece constante, y que el enfriamiento termina antes del punto de rocío. Para calcular el calor extraído al aire aplicaremos la ecuación:

En la práctica el enfriamiento sensible se lleva a cabo haciendo pasar el aire a través de una batería enfriadora

Manual de Calefacción. Luis Jutglar, Ángel Luis Miranda, Miguel Villarubia. Primera Ed. Abril 2011. Editorial Marcombo, S.A. Barcelona, España.

2.3 PROCESO DE CALENTAMIENTO SENSIBLE

Se trata de una operación muy sencilla que consiste en calentar el aire hasta alcanzar la temperatura que se desee, sin modificar el contenido de humedad, es decir, sin quitar ni añadir agua. La forma más generalizada de calentar el aire es mediante resistencias eléctricas, o bien mediante un quemador de gas. En esta operación sólo nos interesa saber cuánto calor se necesita para calentar el aire desde unas condiciones hasta otras.

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Donde:

Q=Calor Aportado (kW)

ma=Caudal másico del aire (kga/s)

h1=Entalpia de aire en la entrada (kJ/kga)

h2=Entalpia del aire a la salida (kJ/kga)

En la figura se ha representado un esquema del proceso. Obsérvese que, por no variar la humedad, W1 = W2. Para calcular el calor

necesario, se aplica la ecuación:

Diagrama de Carrier. Eje de temperatura seca y humedad w= Humedad Especifica t=Temperatura

En estos procesos no hay vaporización ni condensación del agua por lo tanto, el contenido de humedad del aire permanece constante. Características: No cambia la humedad absoluta, sólo aumentan la temperatura.

Manual de Calefacción. Luis Jutglar, Ángel Luis Miranda, Miguel Villarubia. Primera Ed. Abril 2011. Editorial Marcombo, S.A. Barcelona, España.

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Hernández Goribar, Eduardo. Fundamentos de aire acondicionado y refrigeración I. México. Limusa, 2006.

2.5 PROCESO DE ENFRIAMIENTO HUMIDIFICACION

2.6 PROCESO DE CALENTAMIENTO DESHUMIDIFICACION

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2.7 PROCESO DE CALENTAMIENTO HUMIDIFICACION

2.8 USO DE EQUIPO AUXILIAR (Calderas, Torres de enfriamiento, serpentines de

calentamiento, enfriamiento y recalentamiento)

CALDERAS

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase.

La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de

intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

 Esterilización (tindarización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico

 Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petroleos pesados y mejorar su fluidez.

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TORRES DE ENFRIAMIENTO

Las torres de enfriamiento es una instalación que extrae calor del agua mediante evaporación o conducción. Tienen como finalidad enfriar una corriente de agua por vaporización parcial de esta con el consiguiente intercambio de calor sensible de una corriente de aire seco y frío que circula por el mismo aparato.

FUNCIONAMIENTO DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO

En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del agua caliente que proviene de un circuito de refrigeración mediante la transferencia de calor y materia al aire que circula por el interior de la torre. El agua entra en la torre por la parte superior y se distribuye uniformemente sobre el relleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un contacto óptimo entre el agua y el aire atmosférico.

DIAGRAMA DE UNA TORRE DE ENFRIAMIENTO

Se clasifican de acuerdo a:  Movimiento del aire:

 Torres de circulación natural o Atmosférica

o Tiro natural  Torres de tiro mecánico

o Tiro inducido o Tiro forzado  Tiro De Flujo Cruzado

 Mecanismo usado para la transferencia de calor SERPENTIN

Se denomina serpentín o serpentina a un tubo de forma frecuentemente espiral, utilizado comúnmente para enfriar vapores provenientes de la destilación en un calderín y así condensarlos en forma líquida. Suele ser de vidrio, cobre u otro material que conduzca el calor fácilmente. Este aparato se utiliza de diversas formas pero más comúnmente en el laboratorio de química.

Uso de equipo auxiliar. Texto recuperado el 11 de abril de 2015 de http://es.slideshare.net/CarlosAlbertoZiga/uso-de-equipo-auxiliar-calderas-torres-de-enfriamiento-serpentines-de-calentamiento-enfriamiento-y-recalentamiento