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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE SAN ANDRES TUXTLA INGENIERIA ELECTROMECANICA Grupo 602-A Materia AIRE CONDICIONADO Y REFRIGERANTES Unidad 2: AIRE ACONDICIONADO Y CONFORT Docente: ING. COSME HERNANDEZ LINARES Alumno: CASTRO MAYORAL MARLON KADHIR MORALES VENTURA CESAR PALACIOS FLORES JIBRANT PEREZ UTRERA ROY NATHANIEL CAMPOS ALONSO JAFET DAVID

COMPETENCIA ESPECIFICA Comprende los fundamentos de la combustión. realiza el cálculo volumétrico de la combustión estequiométrica y real atendiendo los diferentes tipos de combustibles. Sus ventajas, desventajas y aplicando en la industria, así como el impacto en la ecología de cada uno de ellos.

CONTENIDO 2. AIRE ACONDICIONADO Y CONFORT 2.1 Tablas y carta psicométrica. 2.2 Análisis de la carta psicométrica 2.3 Procesos de calentamiento-enfriamiento con humidificación y deshumidificación. 2.4 Creación de las condiciones de confort 2.5 Carta de confort. 2.6 Factores de carga de calor 2.7 Cálculo de carga -Residencial. 2.8 Cálculo de carga -Comercial.

Introducción: La historia de la refrigeración puede remontarse a cientos de años cuando el hielo natural proporcionaba el efecto de enfriamiento. La época de la refrigeración a gran escala se desarrolló por primera vez en el siglo XIX, y a mediados de los 1800 la cosecha, almacenamiento y envió de hielo natural se convirtió en una de las industrias más importantes de los estados de Nueva Inglaterra. Hacia finales del siglo XIX, la refrigeración mecánica se había convertido en un hecho práctico y la industria de la refrigeración tal como se conoce ahora ya había surgido. Junto con el uso de la refrigeración industrial para la preservación de alimentos, la producción química, las aplicaciones metalúrgicas, en medicina, entre otras, apareció otra faceta del proceso de refrigeración: el control de la temperatura y la humedad del ambiente, que se denomina comúnmente acondicionamiento de aire. La función principal de acondicionamiento de aire, es mantener, dentro de un espacio determinado, de confort. O bien las necesarias para la conservación de un producto o para un proceso de fabricación. El uso de la refrigeración y aire acondicionado, cada día se va incrementando y encuentra más aplicaciones; hace algunos años, el uso principal de la refrigeración era la producción de hielo, ahora la refrigeración es esencial, en la producción y distribución de alimentos, y para el funcionamiento de la industria alimenticia y química. Con el aire acondicionado se vive más confortable y saludablemente. Y muchos procesos industriales se efectuarán de manera más eficiente. Actualmente se ha incrementado en México, el uso del aire acondicionado por medio de las unidades paquete, las cuales están específicamente calculadas sobre la carga térmica disponible.

2.1 Tablas y carta psicométrica. 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. 2. 3. 4. 5. 6.

Temperatura de bulbo seco (bs). Temperatura de bulbo húmedo (bh). Temperatura de punto de rocío (pr) Humedad relativa (hr). Humedad absoluta (ha). 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.

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.

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.

4. Humedad Relativa. - En una carta psicrométrica completa, 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.

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.

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.

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 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).

2.2 Análisis de la carta psicométrica. DIAGRAMA PSICROMÉTRICO

Zonas del Diagrama psicrométrico

Líneas del Diagrama psicrométrico – 1

Líneas del Diagrama psicrométrico – 2

Líneas del Diagrama psicrométrico – 3

Determinación de las propiedades de una mezcla aire agua en el diagrama La línea vertical desde las abscisas al punto 1 es la Temperatura de bulbo seco. Si seguimos por la vertical hacia la curva de saturación y de ahí se traza una perpendicular al eje de la humedad se lee la humedad en la temperatura de bulbo seco. La línea horizontal a las ordenadas da el valor de la humedad absoluta. Si por esa línea horizontal nos vamos a la izquierda, hasta la curva de saturación, y luego se baja hasta las abscisas, se lee la temperatura o punto de rocío. Desde el punto 1 por las líneas de temperatura de bulbo húmedo se va a la curva de saturación y se baja a las abscisas para dar el valor de la temperatura de bulbo húmedo que debe coincidir con el que da por las líneas inclinadas.

Representación de procesos en el diagrama - 1 -Calentamiento o enfriamiento sensibles

Representación de procesos en el diagrama - 2 -Cambios entálpicos latentes

Representación de procesos en el diagrama - 3 -Humidificación

Representación de procesos en el diagrama - 4 -Mezclas de aire

2.3 Procesos de calentamiento-enfriamiento con humidificación y deshumidificación. HUMIDIFICACIÓN Operación Unitaria que consiste en aumentar la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa; el vapor puede aumentar pasando el gas a través de un líquido que se evapora en el gas. Vapor; se refiere a la forma gaseosa del componente que también esta presente como líquido. Gases; el componente que solamente está presente en forma gaseosa.

EQUIPOS PARA HUMIDIFICACIÓN Las torres de enfriamiento son equipos que se usan en la industria para enfriar agua en grandes volúmenes por su bajo costo ya que se usan aire atmosférico. El agua caliente suele introducirse por la parte superior, y el aire fluye en forma ascendente, de forma natural o forzada. En el interior de la torre se utilizan rellenos de diversos tipos que favorecen el contacto entre las dos fases. Existe transferencia de calor y energía.

DESHUMIDIFICACIÓN Operación que consiste en reducir la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa, mediante enfriamiento, incremento de presión total y por desecantes. Aplicación General

Principal: en el acondicionamiento de aire, en el secado de gases, en el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial con el fin de poder ser utilizada, entre otros como en los hornos de prueba, producción de queso, saquito de té y maduración de frutas.

2.4 Creación de las condiciones de confort.

Condiciones de confort Existen índices ambientales: Temperatura operativa (𝑇𝑜); media de T radiante de cerramientos y de T seca del local, ponderadas con los coeficientes de convección y de radiación.

En la práctica se aproxima a la media de las dos T

La asimetría térmica es una cauda de disconfort.

En la práctica:

Condiciones de confort.

Situaciones que provocan una sensación de disconfort:    

Asimetría en la temperatura radiante de la superficie Velocidad del aire Diferencia vertical de temperatura Suelo frío o caliente

Las condiciones de la climatización están condicionadas por la utilización del local (personas, ordenadores, museos, …)

Porcentajes de Personas Insatisfechas (PPI), mínimo un 5%:   

Categoría A, con un PPI