Download acondicionamiento de aire y calefacción

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani
DOCENTE DE INGENIERÍA
MECANICA-ELECTROMECÁNICA
Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI
CAPITULO 7
ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
Y CALEFACCIÓN
Objetivo: Estudio de las propiedades
del aire húmedo y sus aplicaciones
en el acondicionamiento de aire y
calefacción.
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7.1 Introducción
La mayor parte de los sistemas de
acondicionamiento de aire se usan
para dar confort a las personas, o en
el control de procesos.
Se sabe ya que por experiencia que el
acondicionamiento de aire aumenta
la comodidad. Determinados rangos
de temperatura, humedad limpieza y
movimiento de aire son confortables.
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7.2 Psicometría
La psicrometría es la ciencia que
estudia las mezclas de aire y vapor
de agua.
La cantidad de vapor de agua que
contiene la atmósfera es de gran
importancia en el acondicionamiento
del aire, ya que afecta al confort
humano y determina la calidad de
muchos productos manufacturados.
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7.2.1 El aire húmedo
El aire húmedo se supone que está
constituido por una mezcla de aire seco y
vapor de agua. Si llamamos ma a la
fracción de aire seco y mw a la fracción de
vapor de agua, se cumplirá:
m  mw  ma
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Separación del aire y del vapor de
agua en dos recipientes.
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Supongamos que podamos separar el aire seco y
el vapor de agua.
Debe cumplirse por la Ley de DALTON
que la suma de presiones parciales sea
iguala la presión total que tenemos en
el aire atmosférico.
p  pa  pw
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Para el aire seco contenido en el recipiente B
podemos aplicar la ecuación de estado.
paV  ma RaT
Para el vapor de agua contenido en el recipiente
C, podemos aplicar la ecuación de estado.
pwV  mw RwT
Donde Ra =287 [J/kg K], es la constante
característica del aire seco.
Rw =461,5 [J/kg K], es la constante
característica del vapor de agua.
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6.3 Propiedades físicas del aire
Atmosférico
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Temperatura de bulbo seco (BS).
Temperatura de bulbo húmedo (BH)
Temperatura del punto de rocío
Relación de humedad
Humedad relativa
Entalpía del aire húmedo
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a) Temperatura de bulbo seco (BS)
La temperatura corrientemente
medida por el bien conocido
termómetro de mercurio se
describe técnicamente como
temperatura seca.
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b) Temperatura de bulbo húmedo (BH)
Se determina esta temperatura
colocando un paño sobre el bulbo de
un termómetro corriente de
mercurio, humedeciéndolo con agua
y haciendo que el aire que deba
medirse pase sobre el bulbo mojado
a gran velocidad.
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c) Temperatura del punto de rocío
Se denomina punto de rocío del aire,
o temperatura de rocío del aire, la
temperatura a la cual empieza a
producirse la condensación del vapor
de agua. La representamos con el
símbolo Tr.
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d) Relación de humedad
La representamos con el símbolo w y se
define con el cociente entre la masa de
vapor contenida en el aire y la masa de
aire seco.
w
mw
ma
 kg de vapor de agua 
 kg de aire seco 


w  0,622
pw
pa
p  pa  pw
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e) Humedad relativa
Significa
el
grado
de
saturación
de
determinada muestra de aire y se expresa
en tanto por ciento. La humedad relativa
depende de la presión del vapor de agua
presente y de la temperatura seca.
La humedad relativa se define, como el
cociente entre la presión parcial del vapor
de agua en el aire y la presión de
saturación.
pw
HR 
pws
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e) Humedad relativa
El vapor de agua contenido en el aire se
supone que está disuelto en el aire. La
capacidad de disolución del aire no es muy
grande; si aumentase la cantidad de vapor
llegaría un momento en que éste
condensaría, para transformarse en agua
líquida. Cuado llegamos a esta situación
decimos que se ha alcanzado el estado de
saturación. La presión parcial del vapor de
agua se llama presión de saturación (pw)
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Las ecuaciones para obtener la
relación presión de vaportemperatura son bastante
complicadas, sin embargo podemos
utilizar la siguiente expresión:
pws  e
A

  B lnT C 
T

Donde: A=6861,28 ºK
B=5,2776
C=54,2598
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[kPa]
f) Entalpía del aire húmedo
En los cálculos del aire acondicionado se
utiliza frecuentemente una variable
energética denominada entalpía.
h  c pat  w( Lo  c pwt ) [kcal/kg]
Donde: cpa es el calor especif. del aire
seco, Lo es el calor latente de
vaporización del agua a 100 ºC, cpw es el
calor especif. del vapor de agua, t es la
temperatura del aire y w es la humedad
específica.
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Valores de cpa, cpw y Lo en distintas unidades
Cpa
1,004 KJ/kg ºK
0,24 kcal/kg ºK
Cpw
1,86 KJ/kg ºK
0,40 kcal/kg ºK
Lo
2500.60 KJ/kg
600,1 kcal/kg
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6.4 Descripción y utilización del
diagrama psicrométrico.
Este diagrama es el instrumento
fundamental del técnico en aire
acondicionado, ya que le facilita los
cálculos, le permite relacionar
propiedades y, sobre todo, le
permite representar procesos, con lo
cual puede hacerse una mejor idea
de lo que ocurre en aquella
instalación.
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Diagrama psicrométrico
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6.4.1 Líneas de proceso en la carta
psicrométrica
El objetivo del equipo de
acondicionamiento de aire que entra
y llevarlo a otra condición. A este
cambio se llama proceso.
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6.4.2 Procesos que se realizan en
el aireacondicionado
a) Calefacción del aire sin agregado de
humedad (sin humidificación)
b) Calefacción del aire con
humidificación.
c) Refrigeración a entalpía constante
(adiabático)
d) Refrigeración con contenido de
humedad constante
e) Refrigeración con deshumidificación
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Calefacción del aire sin agregado
de humedad (sin humidificación)
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6.5 Componenetes y tecnología de sistemas de
acondicionamiento de aire y calefacción
En la figura 1., se detalla una instalación típica de
aire acondicionado para confort, que consiste en
una unidad para el tratamiento del aire del tipo
central, que esta alejada del espacio que se
acondiciona y el aire llega al mismo, distribuido
por una red de conductos que sirve tanto para
refrigerar como para calefaccionar.
A estos sistemas se los denomina todo-aire. Son
cuatro los elementos importantes que
constituyen el sistema:
• Equipo de tratamiento de aire
• Sistema de circulación y distribución
• Planta de refrigeración
• Planta de calefacción
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1. Caldera
2. Quemador
3. Tablero eléctrico
4. Bomba circuladora agua caliente
5. Unidad enfriadora de agua
6. Bomba circuladora de agua fría
7. Pleno de mezcla con persianas de
regulación de aire de retorno y aire nuevo
8. Batería de filtros de aire
9. Batería de refrigeración por agua fría
10. Batería de calefacción por agua
caliente
11. Humectador por batería de
vaporización
12. Ventilador centrífugo de impulsión de
aire
13. Trampas acústicas
14. Conducto de alimentación de aire
15. Conducto de retor-no de aire
16. Torre de enfriamiento
17. Persiana fija de toma de aire exterior
18. Rejas de alimentción
19. Difusores de aire
20. Reja de retorno
21. Conducto de toma de aire exterior
22. Chimenea de calefacción
23. Bomba de condensación
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Equipo de
acondicionamiento por
compresión de vapor.
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6.6. Condiciones de bienestar o
confort
¿Cuáles son los elementos
básicos ambientales que defiben
el bienestar humano?
Una sensación de frió o de calor
excesivos no es satisfactoria. En
consecuencia la temperatura del
medio ambiente que nos rodea
será uno de los parámetros
fundamentales.
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Un ambiente seco produce una sensación más agradable,
en general, que uno húmedo; sin embargo, si la sequedad
del aire es acusada, pronto se manifiesta ciertos
inconvenientes, como sequedad de las mucosas, etc.
El ruido produce molestias en las no
creemos necesario insistir mucho, sobre
todo si la persona vive en una ciudad
grande.
El aire puede llevar agentes patógenos o
simplemente polvo o ciertos componentes
que es necesario eliminar.
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No son estos los únicos factores que han de
tenerse en cuenta, pero sí los mas importantes.
Temperatura
Humedad del aire.
Ruido.
Ventilación y purificación del aire.
El control de estos factores nos dará la
clave para conseguir un ambiente de
confort o de bienestar.
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6.7 Calor generado por el cuerpo
humano
La cantidad de calor es proporcional a la
cantidad de trabajo realizado y si hay
mas producción de calor, también será
mayor la cantidad de calor residual que
deberá eliminarse. Tambien influye el
tamaño del cuerpo; el general se
considera que el calor depende del peso
del individuo estableciéndose una relación
lineal para comparar unos con otros.
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La cesión de calor al ambiente se
produce por:
Conducción: a través de la piel y los
vestidos del individuo.
Convección: desde la periferia de la piel al
aire que la circunda.
Radiación: mediante la emisión de calor
del cuerpo a las superficies frías del
entorno del local.
Evaporación: por la exudación de la piel
Respiración: una pequeña parte contenida
en el aire de respiración, prácticamente
saturada de humedad.
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En la tabla 2.1 se consignan algunos valores
establecidos por la ASHRAE:
Clase de trabajo
Actividad
Calor por unidad de
tiempo [W]
Ligero
Durmiendo
Sentado
Sentado con movimientos
Moderados (oficina)
73
116
Moderado
Pesado
Sentado con movimientos
Moderados (conducció)
De pie, trabajo ligero.
Trabajo de pico a pala.
Trabajo muy pesado y
Sostenido.
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161
176
176
513
640
El calor metabólico producido en el
cuerpo humano es:
Qm= Qt+ Qe +Qa
donde:
Qm Disipación total del calor del cuerpo
humano (kcal/h) o [w]
Qt emisión de calor por convección,
conducción y radiación (kcal/h) o [w]
Qe disipación de calor por evaporación
(kcal/h) o [W]
Qa disipación de calor acumulado (kcal/h)
o [w]
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6.8 Temperatura efectiva
Para conseguir un estado de confort
y bienestar es necesario regular, por
lpo menos, dos variables: la
temperatura y la humedad. La
determinación experimental de este
estado de bienestar se lleva a cabo
utilizando métodos estadísticos, por
que es evidente que la sensación del
bienestar puede diferir de una
personas a otras.
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6.9 Condiciones de bienestar y
confort
El bienestar se determina
experimentalmente, sometiendo a
una serie de sujetos a diferentes
condiciones. El resultado se recoge
en unos gráficos. Estos gráfico se
llaman diagramas de confort. Uno de
los mas utilizados por ASHRAE
(American Society of Heating and
Air-Conditioning Engineers) que
reporducimos en la siguiente figura.
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6.10 Abaco de confort ASHRAE
Tomando como base los estudios de
Fanger,para el diseño delasinstalaciones
de aire acondicionado la norma ASRHAE
estándar 55-92 define los rangos
aceptables de temperatura y humedad
para verano o invierno en el ábaco de
confort que se indica en la figura 2.4,
teniendo en cuenta los parámetros de
temperatura del aire, humedad relativa y
velocidad del aire, siempre considerando
obviamente una adecuada calidad o
pureza del aire interior.
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6.11 Necesidad de ventilar un local
En un local cerrado siemprese
producen gases o humos que
puedenocacionar molestias e incluso
pueden ser perjudiciales para la
salud.
La degradación del aire interior se
debe a más de una causa.
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-Disminución del oxígeno y
aumento del dióxido de carbono.
- Emisión de acroleína, alquitranes y
otras sustancias tóxicas, debido a los
cigarrillos.
- Vapor y gases debido al sudor y a la
descomposición metabólica de los
alimentos.
- Emisión de disolventes de pinturas o
barnices en salas expositoras, etc.
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