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AIRE ACONDICIONADO (RESUMEN HISTÓRICO)
En 1902 Willis Carrier sentó las bases de la maquinaria de refrigeración
moderna y al intentar aplicarla a los espacios habitados, se encontró con el
problema del aumento de la humedad relativa del aire enfriado, y al estudiar como
evitarlo, desarrolló el concepto de climatización de verano.
Por aquella época un impresor neoyorquino tenía serias dificultades durante
el proceso de impresión, que impedían el comportamiento normal del papel,
obteniendo una calidad muy pobre debido a las variaciones de temperatura, calor
y humedad. Carrier se puso a investigar con tenacidad para resolver el problema:
diseñó una máquina específica que controlaba la humedad por medio de tubos
enfriados, dando lugar a la primera unidad de refrigeración de la historia.
En 1915, empujados por el éxito, Carrier y sus seis amigos reunieron
32.600 dólares y fundaron “la compañía de ingeniería Carrier”, cuyo gran objetivo
era garantizar al cliente el control de la temperatura y humedad a través de la
innovación tecnológica y el servicio al cliente. En 1922 Carrier lleva a cabo uno de
los logros de mayor impacto en la historia de la industria: “la enfriadora centrífuga”.
Este nuevo sistema de refrigeración se estrenó en 1924 en los grandes almacenes
Hudson de Detroit, en los cuales se instalaron tres enfriadoras centrífugas para
enfriar el sótano y posteriormente el resto de la tienda. Tal fue el éxito, que
inmediatamente se instalaron este tipo de máquinas en hospitales, oficinas,
aeropuertos, fábricas, hoteles y grandes almacenes. La prueba de fuego llego en
1925, cuando a la compañía Carrier se le encarga la climatización de un cine en
Nueva York.
En 1930, alrededor de 300 cines tenían instalado ya el sistema de aire
acondicionado. A finales de 1920 propietarios de pequeñas empresas quisieron
competir con las grandes distribuidoras, por lo que Carrier empezó a desarrollar
máquinas pequeñas. En 1928 se fabricó un equipo de climatización doméstico
que enfriaba, calentaba, limpiaba y hacia circular el aire y cuya principal aplicación
era la doméstica, pero la gran depresión en los Estados Unidos puso punto final al
aire acondicionado en los hogares. Hasta después de la segunda guerra mundial
las ventas de equipos domésticos no empezaron a tener importancia en empresas
y hogares.
AIRE ACONDICIONADO
El aire acondicionado es el proceso que se considera más completo de
tratamiento del aire ambiente de los locales habitados; consiste en regular las
condiciones en cuanto a temperatura (calefacción o refrigeración) humedad,
limpieza (renovación, filtrado) y el movimiento del aire adentro de los locales. Si no
se trata la humedad, sino solamente la temperatura, podría llamarse climatización.
Al principio, las instalaciones de aire acondicionado se destinaban más bien
a la mejora de procesos y materiales que al confort de la gente. Por esta razón, el
crecimiento del aire acondicionado industrial ha sido constante, pero no tan
espectacular como el del aire acondicionado para las personas. Hoy día es tan
común el aire acondicionado en los hogares para procurarse salud y confort.
AIRE ACONDICIONADO INDUSTRIAL
Donde se utiliza más frecuentemente el aire acondicionado es en los
laboratorios, imprentas, talleres de mecánica de precisión, en la fabricación
de
productos
textiles,
acero,
productos
farmacéuticos,
productos
fotográficos, supermercados, plantas químicas, petroquímicas, mataderos,
fábricas de helados entre muchos otros.
Laboratorios: el objeto del acondicionamiento del aire varía de un laboratorio a
otro. En unos puede ser proporcionar condiciones de confort al personal de
manera que su trabajo y mediciones sean precisos, mientras que en otros, la
temperatura puede mantenerse a -60ºC para estudiar el comportamiento de una
determinada máquina a bajas temperaturas. El acondicionamiento de otros
laboratorios puede destinarse a ayudar a los médicos y biólogos a estudiar los
efectos de la temperatura y humedad sobre los seres vivientes.
Imprentas: el control de la humedad es una de las razones primordiales para la
utilización del aire acondicionado en las imprentas.
Mecánica de precisión: el aire acondicionado realiza tres servicios en la
fabricación de piezas metálicas de precisión: conserva la temperatura uniforme,
con lo que el metal no se dilata ni se contrae; mantiene una humedad tal que no
hay peligro de oxidación de los metales; y filtra el aire para disminuir el mínimo
polvo.
Fábricas textiles: lo mismo que el papel, los tejidos son sensibles a los cambios
de temperatura. Los hilados en las modernas plantas textiles se mueven a
enormes velocidades, y los cambios en la flexibilidad y resistencia de la tela o la
generación de la electricidad estática deben evitarse.
Plantas siderúrgicas: desecando el aire antes de que entre en el horno alto, se
mejora la calidad del acero y se reduce la cantidad de coque necesario por
tonelada de acero.
Productos farmacéuticos: las fabricas de productos farmacéuticos necesitan aire
acondicionado para eliminar las bacterias aéreas y el polvo, y para conservar los
productos.
Productos fotográficos: la industria de productos fotográficos hace gran uso de
la refrigeración. Los materiales fotográficos recién fabricados se deterioran
rápidamente si se exponen a altas temperaturas y humedades, y otros materiales
que se usan en el revestimiento de las películas necesitan un cuidadoso control de
la temperatura.
AIRE ACONDICIONADO PARA EL CONFORT
El aire acondicionado para las necesidades humanas, dejando en segundo
término a los materiales o los procesos de fabricación, se llama aire acondicionado
para el confort. Su crecimiento ha sido enorme. Algunas de las principales
aplicaciones se describen a continuación.
Residencias: en el hogar los aires acondicionados hoy día han aumentado
enormemente. La gente que disfruta del aire acondicionado en los lugares de
trabajo, en las tiendas mientras compran, o en los lugares de diversión, pide el
mismo confort en sus hogares.
Locales públicos: en los restaurantes, teatros, clubs nocturnos y otros lugares de
diversión, el aire acondicionado es esencial. El sistema de aire acondicionado que
se utilice en estos locales debe satisfacer las exigencias impuestas por las
grandes variaciones de carga en el transcurso del día, las grandes pérdidas por
humedad de las personas y de los alimentos, y por filtración y ventilación.
Almacenes: el aire acondicionado aumenta la clientela y el rendimiento de los
empleados, hace que las visitas de los clientes sean más largas y, por
consiguiente, aumenta las ventas de los almacenes.
Grandes edificios: un edificio para oficinas, apartamento, hotel u hospital que se
construya hoy sin aire acondicionado, se considera anticuado aun antes de ser
ocupado. Cuando basta una diferencia de ocupación del 10% para pasar de un
beneficio a una pérdida, la instalación del aire acondicionado tiene justificación
económica. Muchas iglesias tienen ahora aire acondicionado, si bien es difícil
establecer una relación entre el gasto de dinero y la mayor atención de los fieles a
los actos religiosos.
Transportes: los sistemas de aire acondicionado se han hecho normales en los
vagones de ferrocarril y en los autobuses. Todos los barcos modernos de
pasajeros tienen aire acondicionado, y el acondicionamiento de aire en los
automóviles se hizo muy popular en los últimos años. También los aviones
necesitan aire acondicionado. Los aviones comerciales necesitan refrigeración
artificial durante el tiempo que están en los aeropuertos y mientras se elevan. Los
aviones militares necesitan refrigeración a causas de las altas temperaturas que
alcanzan sus superficies cuando se mueven a grandes velocidades.
Lugares de trabajo: aunque las instalaciones de aire acondicionado hayan
tardado en establecerse en los talleres, salas de proyectos, centrales telefónicas, y
otros lugares donde trabajan grupos de personas, los directores de la mayor parte
de las empresas están convencidos actualmente de que el costo del aire
acondicionado se recupera por el aumento de la producción y la mejora de la
calidad del trabajo de sus empleados.
PSICROMETRIA
La psicrometría estudia las propiedades de las mezclas de aire y vapor de
agua. La psicrometría es importante porque el aire atmosférico no está
completamente seco, sino que es una mezcla de aire y vapor de agua. Todos los
procesos de acondicionamiento de aire deben tener en cuenta la presencia del
vapor de agua en el aire. La psicrometría es el fundamento de los capítulos que
siguen sobre entalpia potencial, torres de enfriamiento y acondicionamiento de
aire.
Las cartas psicométricas o diagrama de humedad son grafías vapor de
agua-aire que relacionan la temperatura de bulbo seco del agua liquida con la
temperatura de bulbo húmedo, las libras de agua por libras de aire seco, el calor
sensible de la mezcla, la entalpia de saturación, la humedad relativa. Tiene que
tener la grafica para poder sacar la información. O con las ecuaciones de la
temperatura con todas las demás variables.
En la siguiente figura se representa el diagrama de humedad para la
presión de 1 atm.
El saturador adiabático: es un dispositivo de dos entradas y una salida a través
del cual circula aire húmedo. Se supone que el dispositivo opera en estado
estacionario y sin intercambio de calor apreciable con su entorno.
La instalación consiste en un conducto aislado a través del cual circula, en
proceso continuo, agua que cae pulverizada en forma de lluvia.la lluvia de agua
satura el aire. Algún tiempo después del comienzo de la operación, cuando se ha
establecido el equilibrio, el agua sale de la cámara a la misma temperatura a la
que entra.
La temperatura del aire que sale del saturador adiabático se considera igual
a la temperatura del bulbo húmedo del aire. El proceso de saturación adiabática es
un proceso de temperatura de bulbo húmedo constante. Si los puntos de estado
del aire en un proceso de saturación adiabática se representan gráficamente sobre
una carta psicométrica y se unen los puntos por una línea, resulta una línea de
temperatura de bulbo húmedo constante.
Si el aire entra en el saturador
adiabático en el estado representado por cualquier punto de esta línea, al final
resulta la misma temperatura del agua del sumidero.
Proceso psicrometrico: los procesos termodinámicos realizados por el
aire pueden representarse gráficamente en una carta psicrométrica para una
visión rápida. La carta se utiliza también para determinar en los procesos las
variaciones de las propiedades significativas tales como la temperatura, la relación
de humedad y la entalpía.
Algunos de los procesos fundamentales en los procesos psicrométricos
son:
1) Calentamiento o enfriamiento sensibles.
2) Humedecimiento adiabático o no adiabático.
3) Enfriamiento y desecado.
4) Desecado químico.
5) Mezclado.
1) El calentamiento o enfriamiento sensibles: consiste en una variación de
la temperatura de bulbo seco sin que se altere la relación de humedad. El
calor sensible se define como sigue:
calor sensible= Cp. (variación de la
temperatura de bulbo seco). Distinto del calor latente, que es el calor
absorbido o cedido al evaporar o condensar la humedad del aire sin
variación de la temperatura.
2) El humedecimiento, representado en la fig. 16-13b, puede ser adiabático y
entonces es un proceso a temperatura de bulbo húmedo constante, 1-2,
como ocurriría con un lluvia de agua que después de recogida vuelve a
caer. Si el agua de lluvia se calentase externamente, resultaría el proceso
1-3
3) El enfriamiento y desecado: es un proceso con una reducción tanto de la
temperatura de bulbo seco como de la relación de humedad. Un serpentín
de enfriamiento y desecado realiza este proceso. La capacidad de
refrigeración en ton. Durante un proceso de enfriamiento y desecado viene
dada por la formula:
Capacidad, ton= (h1-h2) [caudal de aire (kg aire seco/min)
50,4cal/ (min) (ton)
4) El secado químico: es un proceso por el cual el vapor de agua del aire es
absorbido por una sustancia higroscópica. Como este proceso, si se realiza
térmicamente aislado, es esencialmente a entalpía constante y la relación
de humedad disminuye, la temperatura del aire debe aumentar.
5) La mezcla de dos corrientes de aire es un proceso corriente en el
acondicionamiento de aire. El punto de la carta psicrométrica que
representa el estado después de la mezcla de dos masas de aire húmedo
esta sobre la línea que une los puntos representativos de los estados
iníciales de las masas de aire.
COMPONENTES DE UN SISTEMA
Serpentines: los serpentines para acondicionamiento del aire sirven para enfriar y
desecar el aire. La mayoría de los serpentines para acondicionamiento de aire
formados por tubos con aletas en su exterior. El refrigerante circula por el interior
de los tubos, y el aire circula por el exterior entre los tubos y las aletas. Cuando el
refrigerante se evapora en los tubos, el serpentín se llama de <<expansión
directa>>. Un refrigerante secundario, tal como agua fría, puede también llevar el
calor fuera del serpentín. Los serpentines de agua fría, son corrientes en los
sistemas de acondicionamiento de aire de los grandes edificios. En los sistemas
de agua fría, un evaporador en la sala de máquinas enfría el agua, la cual circula
después por tuberías hasta los serpentines de agua fría situados en diversos
lugares del edificio.
Construcción de serpentines: deben definirse en primer lugar varios términos
que expresan las características de construcción de los serpentines. La superficie
de entrada del serpentín es la sección recta de la corriente de aire inmediatamente
antes de entrar en el serpentín. La velocidad de entrada del aire es el caudal en
volumen de aire dividido por la superficie de entrada.
Lavadora de aire: pueden agruparse en varias categorías.
1) Rociadores adiabáticos de agua para enfriamiento evaporativo
2)
rociadores de agua fría, que pueden desecar y enfriar simultáneamente; 3)
serpentines rociados; 4) rociadores de líquido higroscópico.
1) Los lavadores adiabáticos de aire tienen utilidad limitada en las aplicaciones
de enfriamiento del aire. Se usan principalmente en regiones geográficas
áridas donde la temperatura de bulbo húmedo es baja. Los lavadores
adiabáticos de aire proporcionan enfriamiento a bajo costo para
instalaciones tales como invernaderos, donde el control preciso de
temperatura no es esencial.
2) Rociadores de agua fría: un lavador de aire de agua fría consta del mismo
equipo con la misma disposición del lavador de la fig.20-1, con la excepción
de que el agua procedente de la bomba se enfría antes de que vuelva a las
toberas del rociado. Los lavadores de aire con agua fría tienen su mayor
aplicación en las instalaciones de acondicionamiento de aire de grandes
industrias tales como plantas textiles e imprentas. El lavador de aire es un
filtro razonablemente bueno de aire, puede enfriar el aire por enfriamiento
evaporativo, con un costo muy bajo, cuando las condiciones son favorables,
y puede calentar y humedecer junto con los serpentines de calefacción
durante el invierno.
3) Serpentines rociados: una modificación del lavador de aire consiste en
combinar un rociado de agua que circula en circuito cerrado con un
serpentín de enfriamiento. Las funciones de los rociadores son: 1) separar
del aire las materias extrañas 2)
lavar la superficie del serpentín para
mantenerla limpia, y 3) aumentar la transmisión de calor sensible del
serpentín por unidad de tiempo.
4) Rociadores de liquido higroscópico: otro tipo de aparato rociador para
enfriamiento y desecación es el que usa un rocío higroscópico. Los
rociadores higroscópicos se usan a veces en aplicaciones a bajas
temperaturas para prevenir la formación de escarcha en los serpentines de
refrigeración.
Controladores de humedad: un control de humedad consiste en un elemento
sensible que se modifica con la humedad, tal como un pelo, el cual envía sus
impulsos a un sistema de acondicionamiento de aire en el que se aumenta el
recalentamiento, o desvía más aire en el serpentín en un dispositivo con regulador
de tiro, o actúa sobre algún otro medio de separación de la humedad.
Torres de enfriamiento: una torre de enfriamiento enfría el agua por contacto con
el aire y por evaporación de una parte del agua. El aire puede circular por
circulación natural o por ventiladores que soplan o aspiran el aire a través de la
torre.
El funcionamiento de una torre de enfriamiento se expresa comúnmente por los
valores de <<la escala>> y de <<la aproximación>> como esta representado en la
fig.18-3, la escala es la reducción de temperatura del agua en la torre de
enfriamiento, mientras que la aproximación es la diferencia entre la temperatura de
bulbo húmedo del aire a la entrada y la temperatura del agua a la salida.