• Author / Uploaded
• Jesus Fernandez

• Categories
• Humedad
• Transferencia de calor
• Calor
• Aire acondicionado
• Hvac

Citation preview

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA

DEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

Refrigeración y Aire acondicionado

Unidad 5

Fundamentos de aire acondicionado

PRESENTADO POR: Equipo nº 5 Aldana Kúk Saúl Isaías Ávila Canul William de Jesús Fernández Herrera Jesús Antonio Mukul Araujo Jairo Rangel

Grupo: 8M2

Profesor: Ing. Jorge Alberto Chi Loeza

Mérida, Yucatán a 9 de abril de 2018

INDICE

5.1. Definición, importancia y aplicaciones del aire acondicionado ................................................... 1 5.2. Aire acondicionado para confort.................................................................................................. 3 5.3. Psicometría, carta de procesos fundamentales ........................................................................... 6 5.4 Carga térmica para aire acondicionado ...................................................................................... 10 5.5 Carga térmica para refrigeración ................................................................................................ 12 Referencias bibliográficas ................................................................................................................. 40

5.1. Definición, importancia y aplicaciones del aire acondicionado Definición El aire acondicionado o acondicionamiento de aire, es un proceso que consiste en un cierto tratamiento del aire de un lugar cerrado para generar una atmósfera agradable para quienes se encuentran en dicho espacio. Incrementar o reducir la temperatura y el nivel de humedad del aire suelen ser los objetivos más habituales, aunque el proceso también puede implicar una renovación o filtración del aire. Hoy en día tanto en locales de diversa índole como en viviendas, el aire acondicionado se ha convertido en uno de los equipamientos imprescindibles para poder conseguir que, durante las temporadas de mayor calor, se pueda crear una temperatura agradable en esos espacios. El aire acondicionado funciona a partir de la puesta en circulación del aire de un espaciocerrado. Esta puesta en circulación suma, además, la variación que se genera en latemperatura y en la humedad a partir de la entrada de aire frío y de la salida del aire máscaliente o cálido. Hay dos tipos principales de sistemas de aire acondicionado: loscentralizados y los autónomos. Mientras que los segundos son los más comunes,aquellos que se encuentran en las casas particulares, en locales, etc., los centralizadosson los que dependen de un sistema central como por ejemplo una caldera que recibe yotorga el tipo de aire específico. Para enfriar la atmósfera, el aire acondicionado suele apelar a la compresión mecánica para ejecutar un proceso cíclico de transferencia de calor desde el interior de un espacio hacia el exterior. Para esto promueve la evaporación de sustancias refrigerantes que encuentran en estado líquido a baja temperatura y presión y que se evaporan al extraer el aire del interior. Un compresor se encarga de absorber y comprimir dicho vapor y lo condensa a través de la cesión del calor al aire exterior (más frío). Finalmente, el refrigerante, en estado líquido, regresa a través de una válvula de expansión que reduce la presión y la temperatura.

1

Importancia Importancia de climatización en empresas Contar con la adecuada climatización en la empresa es sumamente importante ya que un ambiente agradable contribuye a la mejor interacción de los trabajadores. Además, al garantizar las mejore condiciones ambientales posibles y permitir la eficaz circulación de aire se evita la posible propagación de enfermedades, tales como la gripe. Al contar con el equipo adecuado se puede conseguir la correcta climatización; sin embargo, es importante mantener el monitoreo del comportamiento climático al interior de oficinas e instalaciones industriales. Esto se lleva a cabo mediante el uso de medidores de climatización. Importancia de climatización en los vehículos El aire acondicionado cumple ya una importante función en el rubro seguridad. Conducir con temperatura inadecuada en el habitáculo aumenta los riesgos, ya quedisminuye considerablemente el tiempo de reacción. El equipo de aire acondicionado enfría, limpia, hace circular y controla el contenido de humedad del aire en el interior de los vehículos. En condiciones ideales, logra todo esto de manera simultánea. El aire acondicionado puede ser usado como desempañador en días de mucha humedad aún con bajas temperaturas y es interesante saber que para zonas tórridas como la nuestra la mejor época para reponer el gas del sistema es cuando más frío hace. Un sistema de aire acondicionado al que se le repone gas en una jornada gélida admite unos gramos más de carga si es que persuadimos al especialista de que lo haga. Esto es porque con el frío el gas se hace más pesado, su volumen se reduce y entra más gas al sistema bajo las mismas condiciones de presión.

2

Este sistema, considerado hasta hace poco un lujo, con el paso de los años se convirtió en un importante dispositivo de seguridad activa en todas las gamas de vehículos, pues proporciona enfriamiento, calentamiento, descongelación, filtra el aire y controla la humedad del habitáculo para la comodidad de los ocupantes. De acuerdo con investigaciones realizadas por Cesvi Colombia, un conductor expuesto a alta temperatura rodando a 90 km/h, alcanza a recorrer una distancia de 41 metros antes de accionar el pedal del freno, mientras que con una temperatura óptima (entre 19 y 24 grados centígrados) realiza la misma acción después de haber recorrido 25 metros. Aplicaciones del aire acondicionado En las plantas donde se trabaja con sustancias toxicas o explosivas (por ejemplo, lasplataformas marinas), los sistemas de aire acondicionado son muy importantes, ya quemantiene los cuartos de control con atmosferas con presión positiva (mayor a laatmosférica), limpias y libres de contaminantes. Si estos equipos fallan, se permitiría queentrara gas tóxico, que envenenaría a los operadores; o gas combustible, que produciríauna explosión al estar en contacto con chispas eléctricas. En

la

industria

farmacéutica

y

de

alimentos,

los

sistemas

de

aire

acondicionadoespecialmente diseñados, evitan que el aire de los alrededores entre a la planta ycontamine las sustancias que se están procesando.

5.2. Aire acondicionado para confort Aunque el confort sea una sensación puramente subjetiva, es necesario constatar que un cierto número de factores determinan el confort físico, ya sea en el trabajo ó en el descanso; postura, luz, presencia de corrientes de aire, temperatura, humedad, etc. En todos los casos, una temperatura confortable es ciertamente uno de los puntos principales, más bien para el reposo que durante el trabajo.

3

El concepto de confort describe un delicado equilibrio de sensaciones placenteras del cuerpo producidas por su entorno, y se puede decir que lo apreciamos cuando no somos conscientes de ninguna incomodidad. El confort humano que el ser humano percibe en un lugar determinado es muy complejo. La causa está en que intervienen a la vez parámetros y factores diversos.

Por un lado encontramos los parámetros ambientales o de confort, lo que se podría definir como las características objetívales de un espacio determinado, que pueden valorarse en términos energéticos y que resumen las acciones que reciben las personas.

Son parámetros que puedan analizarse de forma independiente del usuario y objeto directo del diseño ambiental. Algunos de estos parámetros son específicos para cada sentido (térmico, acústico, visual...) y permiten ser calculados con unidades físicas (grado centígrado, decibelios, lux...), otros son los parámetros generales y afectan a todos los sentidos.

Los profesionales de la calefacción y el aire acondicionado tienen como labor la consecución de una atmósfera confortable para las personas. El confort proviene de cinco aspectos de nuestro entorno: 1º La temperatura. 2º La humedad. 3º El movimiento del aire 4º La limpieza del aire. 4

5º La pureza (ventilación) La temperatura: Según el Reglamento de Instalaciones Térmicas en Edificios (R.I.T.E), la tª en calefacción debe estar entre 20 y 23 ºC, y en refrigeración entre 23 y 25 ºC. La carga del local climatizado se aporta calentando el aire de recirculación hasta una tª máxima de 35ºC y la de refrigeración, enfriándolo hasta una tª mínima de 12ºC, siendo el aire impulsado en una hora de 4 a 5 veces el volumen del local climatizado (= caudal) La humedad del aire acondicionado: afecta al grado de bienestar debiéndose mantener entre el 40 y 60% (H.R.), para mantener el aire en la zona de confort. Al calentarse el aire, el grado de HR disminuye por permanecer constante el grado de humedad absoluta, por lo que es preciso colocar humectadores a la salida de la batería de calor, que pueden se de agua pulverizada o mantas humedecidas. En todos los casos absorben el calor latente de vaporización del agua que se estima en 540 kcal/kg. Por el contrario, al enfriarse el aire el grado de HR aumenta por mantenerse constante la absoluta. Para hacer descender la HR y mantenerla en la zona de confort hemos de bajar su tª por debajo de la tª de rocío para que se condense el agua sobrante. Esto supone una nueva carga térmica que debe compensar el aparato refrigerador. Limpieza del aire: El hombre, normalmente, respira alrededor de 15 Kg. de aire cada día, lo que comparado con 1,5 Kg. que toma en alimento y 2 Kg. de agua que bebe, nos da idea de lo importante que es para la salud y el confort la limpieza del aire. Generalmente el aire está contaminado con impurezas, tales como polvo, y debe filtrarse. Generalmente se colocan filtros que sólo permiten el paso de partículas de escasas micras de diámetro que periódicamente deben ser sustituidos o limpiados (con chorro de aire o agua en contracorriente a la dirección de circulación del aire), por supuesto una vez desmontados. En clínicas y hospitales (quirófanos y cuidados intensivos) también se colocan en los conductos filtros de alta eficacia y lámparas germicidas en retornos de zonas-críticas. Velocidad del aire: La apropiada velocidad del aire ha sido anteriormente citada como una de las necesidades del confort. Los beneficios de un ambiente con 5

temperatura y humedad correctas, sólo pueden transmitirse al cuerpo humano mediante una correcta circulación del aire. Por tanto, el aire debe ser distribuido y circulado uniformemente por toda la habitación acondicionada, con velocidad inferior al máximo indicado para cada uso. Un sistema de acondicionamiento de aire es tanto mejor, cuanto mejor sea su sistema de distribución de aire. Ventilación: Los olores y el humo que se acumulan en la mayoría de las habitaciones deben diluirse por la aportación de aire exterior. Cuando una habitación no acondicionada se llena de humo y olores, la gente generalmente abre una ventana para ventilar la habitación. Una unidad de acondicionamiento de aire, puede hacerlo mejor. Puede acondicionar (enfriar, calentar, filtrar) el aire exterior introducido para la ventilación. Esta positiva ventilación asegura un aprovisionamiento continuo de aire exterior, lo que crea una ligera sobrepresión dentro de la habitación. De esta forma se evita que el aire sucio, no acondicionado, penetre en la habitación por las rendijas de las puertas y ventanas. Aunque no es un apartado del confort, también debemos de tener en cuenta los gases recalentados en el aire

5.3. Psicometría, carta de procesos fundamentales La Psicrometría es una rama de la ciencia por la cual se estudian las propiedades termodinámicas del aire húmedo y del efecto de la humedad atmosférica en los materiales y en el confort humano. Carta psicométrica Las propiedades de mezclado de aire como el vapor de agua pueden ser presentadas de forma gráfica a través de las cartas psicrométricas. las cartas psicrométricas son muy usadas en las aplicaciones de acondicionamiento de aire. La carta psicrométrica es un diagrama de doble entrada, en el que se relacionan múltiples parámetros referentes a una mezcla de aire húmedo: temperatura, humedad relativa, humedad absoluta, punto de rocío, entalpía específica o calor total, calor sensible, calor latente y volumen específico del aire. Siendo: 6

Temperatura de Bulbo Seco (DB): La temperatura de una substancia tal como se lee de un termómetro común. La temperatura de bulbo seco es una indicación del calor sensible contenido en una substancia. Las temperaturas de bulbo seco se muestran en líneas verticales con origen en el eje horizontal al fondo de la carta. Temperatura de Bulbo Húmedo (WB): La temperatura de bulbo húmedo es usada como una medición del contenido de agua en la humedad del aire. Se obtiene por pasar aire sobre un termómetro que tiene un trapo húmedo sobre su bulbo sensor. Cuanto más seco es el aire, más agua se evapora del trapo lo que reduce la lectura del termómetro. Si el aire es saturado (100% de humedad relativa), no se evaporará agua del trapo y la temperatura de bulbo húmedo se igualará a la temperatura de bulbo seco. Las líneas de bulbo húmedo se originan donde las líneas de bulbo seco intersectan la línea de saturación y se inclina hacia abajo y a la derecha. Las líneas de bulbo húmedo son casi pero no exactamente paralelas a las líneas de entalpía. Temperatura de Punto de Rocío (DP): La temperatura a la cual el aire tiene que ser enfriado antes de que comience la condensación de su humedad. Ya que una muestra de aire es enfriada, su RH sube hasta que alcanza 100% RH (aire saturado). Esta es la temperatura de punto de rocío. En la saturación, la temperatura de punto de rocío, la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco se igualan, y la RH es 100%. Si el aire es pasado a través de una superficie que está debajo del punto de rocío, la humedad del aire se condensara en esa superficie. Es el punto de rocío del aire yendo a través de las aletas del serpentín enfriador, la que determina si las aletas serán húmedas o secas. El punto de rocío se muestra en la línea de saturación. La humedad relativa (Hr): es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestradada de aire, en comparación con la cantidad dehumedad que el aire tendría, estando totalmentesaturado y a la misma temperatura de la muestra.

7

Humedad absoluta (Ha): se refiere al peso del vapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio de un metro cúbico (o un pie cúbico). En este espacio, normalmente hay aire también, aunque no necesariamente. La humedad relativa está basada en la humedad absoluta, bajo las condiciones establecidas; es decir, la humedad relativa es una comparación con la humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de agua está saturado. Entalpía (H): Este término se usa para describir el total de calor de una substancia y se mide en BTU/lb. Para la humedad del aire, la entalpía indica el total de calor en él la mezcla de aire-vapor y se mide en BTU/lb de aire seco. Aire seco a 0°F ha sido asignado una entalpía de 0 BTU/lb. Los valores de la entalpía se encuentran en la escala encima y a la izquierda de la línea de saturación. Las líneas de entalpia constante están inclinadas hacia abajo a la derecha y paralelamente cerca de las líneas de bulbo húmedo. Volumen Específico (SpV): Es el reciproco de la densidad, el volumen especifico se mide en pies cúbicos de mezcla agua-vapor por libras de aire seco. Las líneas de volumen específico comienzan en el eje horizontal y se inclinan hacia arriba y a la izquierda.

8

9

5.4 Carga térmica para aire acondicionado El

concepto

de

carga

térmica

está

asociado

a

sistemas

de

climatización(calefacción y refrigeración), como a sistemas frigoríficos. Se trata de la cantidad de energía térmica por unidad de tiempo (potencia térmica) que un recinto cerrado intercambia con el exterior debido a las diferentes condiciones higrotérmicas del interior y del exterior, considerando las exteriores como las más desfavorables posible. El cálculo de estas cargas permite disponer los sistemas adecuados de calefacción o refrigeración para compensarlas. Cuando se habla de carga térmica sobre un edificio, se entiende que se habla de un fenómeno que tiende a modificar la temperatura interior del aire o su contenido en humedad. En este sentido se puede establecer una primera clasificación de las cargas térmicas, según su incidencia: • Cargas térmicas sensibles: aquellas que van a originar una variación en la temperatura del aire. • Cargas térmicas latentes: las que van a originar una variación en la humedad absoluta del ambiente (contenido de agua en el aire). Por otro lado, el conocimiento de las cargas térmicas es imprescindible, como paso previo para acometer la tarea de diseñar el sistema de acondicionamiento del aire interior de un edificio, dependencia o local. Precisamente en el diseño de un sistema de aire acondicionado habrá que calcular las cargas térmicas para las situaciones de diseño de verano y de invierno, dimensionando la instalación para la situación más desfavorable.

10

Componentes de la carga térmica Según la procedencia se pueden distinguir dos grandes grupos de cargas térmicas: Cargas térmicas procedentes del ambiente exterior del edificio: A su vez, las cargas térmicas externas pueden ser de diversos tipos: - Cargas a través de cerramientos; - Cargas a través de superficies acristaladas, ventanas y claraboyas; - Cargas introducidas a través de la ventilación; - Cargas debidas a infiltración. Cargas térmicas generadas en el interior del edificio: A su vez, las cargas térmicas internas pueden ser de diversos tipos: - Cargas generadas por las personas; - Cargas de iluminación; - Cargas generadas por equipos eléctricos, informáticos... - Otras cargas generadas en el interior. Cómo calcular la potencia de un aire acondicionado.

Para estancias o locales pequeños, es frecuente utilizar valores aproximados en función de la superficie. A continuación, te mostramos un ejemplo de ratios habituales para la obtención de la potencia de un aire acondicionado:

11



Varias ventanas y paredes en exposición sur 150 Frigorías/h por m2



Algunas o pocas ventanas y paredes en exposición sur 125 Frigorías/h por m2



Sin ventanas y/ o pocas paredes en exposición sur 100 Frigorías/h por m2

Ahora bien, estos valores son una primera aproximación, y a veces pueden ser inexactos, de forma que si queremos realizar un cálculo detallado (opcional en instalaciones pequeñas y obligatorio para instalaciones mayores), podemos realizar el cálculo de la potencia de un aire acondicionado por el método de las cargas térmicas.

5.5 Carga térmica para refrigeración

12

Métodos de cálculo de cargas térmicas: 

Cargas instantáneas



Funciones de transferencia



Métodos numéricos

En el caso de las cargas térmicas de refrigeración el proceso es bastante más sencillo. Para equipos de pequeñas dimensiones basta normalmente la utilización de tablas. Sin embargo, para la utilización de tablas han de conocerse los fundamentos teóricos. Transmisión de calor Para la transmisión de calor es necesario diferencia de T, transmitiéndose el calor de los cuerpos de mayor T a los de menor La Termodinámica estudia los procesos de transferencia de energía en sistemas en equilibrio La Transmisión de Calor complementa los principios de la Termodinámica, de manera que puedan determinarse aspectos tales como: -

Velocidad de la transferencia de calor

-

Estados intermedios

Los mecanismos de transmisión de calor: 

Conducción, en el interior de los cuerpos



Convección, entre sólidos y fluidos

 Radiación, a través de un fluido, o el vacío

13

Cargas térmicas

Aislantes térmicos Son materiales con un coef. Conduc. Tér. λ bajo (depende de la T) Los efectos de su instalación son:  Disminuir las pérdidas térmicas  Evitar temperaturas de contacto peligrosas  Evitar la condensación sobre las superficies frías  Impedir “emisiones” de calor incontroladas Según la American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers (ASHRAE), para el cálculo de la carga térmica en cámaras de almacenamiento de alimentos son considerados los siguientes factores:  Transmisión de calor por la superficie.  Calor que el alimento debe perder para alcanzar la temperatura deseada.  Calor interno referente a personas.  Lámparas y equipamientos, infiltraciones de aire.  Calor de los moto - ventiladores y tiempo previsto de funcionamiento.  Coeficiente de seguridad.

El requerimiento total de refrigeración (Q total) puede establecerse como: 14

𝑄 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑄 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 + 𝑄 𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 En la expresión anterior, los términos del segundo miembro tienen el significado que se presenta a continuación  Q producto: Representa los sumandos necesarios que tiene en consideración la carga térmica por eliminar, procedente del calor sensible, del calor latente de solidificación, de las reacciones químicas del embalaje y del calor absorbido para la congelación del agua de los alimentos o productos que se desea refrigerar.  Q otras fuentes: Incluye, entre otros, los flujos de calor a través de los cerramientos de la cámara por transmisión de paredes, suelo y techo, la refrigeración para el aire exterior que se introduce, la ventilación, las cargas térmicas debidas a ventiladores, bombas, iluminación eléctrica, personas que manipulan los productos, etc. Como el calor generado durante las 24 horas de un día se ha de extraer en un número de horas menor que las horas de funcionamiento diario, la potencia frigorífica de la maquinaria NR habrá de ser superior a la potencia Q total calculada para extraer durante las 24 horas. Su valor será: 𝑁𝑅 = 𝑄 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 / 𝑡

Carga Por Transmisión Los métodos para determinar la cantidad de flujo de calor a través de los muros, piso y techo están bien establecidos. Esta ganancia de calor es directamente proporcional a la Diferencia de Temperaturas (DT) entre los dos lados del muro. EI tipo y espesor del aislamiento usado en la construcción de la pared, el área exterior de la pared y la DT entre los dos lados del muro son los tres factores que

15

establecen la carga a través de muros. Existen tablas que proporcionan información para simplificar los cálculos.

Tabla 1. Cargas de transmisión de calor en paredes Nota: Los factores K de aislamiento indicados (conductividad térmica, BTU por hora, ft2 y °F por pulgada de espesor) y factores de ganancia de calor para el corcho y ventanas de vidrio son extraídos y reimpresos con permiso de ASHRAE.

Valores de aislamiento:  Factor K: el valor de aislamiento de cualquier material es considerado por su conductividad térmica  Factor U: coeficiente global de transferencia de calor, BTU por hora/por ft2/°F  Factor R: Resistencia térmica  Factor X: Pulgadas de aislamiento

16

Carga Debida Al Producto Esta carga es la cantidad que hay que extraerle al producto para bajar su temperatura hasta la temperatura del cuarto refrigerado. Esta carga puede deberse a: 1. Colocar un producto a una temperatura mayor que la del cuarto. 2. Un proceso de congelación (que implica carga latente). 3. EI calor de transpiración de algunos productos alimenticios. La carga total del producto será la suma de los diversos tipos de carga que existan para el caso particular. Propiedades Y Características De Ciertos Productos. En las siguientes tablas que se presentaran a continuación contienen características de varios productos, las cuales son esenciales para calcular la carga del producto que se va a refrigerar. La tabla 10 se refiere a productos alimenticios, la 11 abarca materiales sólidos y la 12 cubre lo referente a líquidos.

CALOR DE TRANSPIRACIÓN Las frutas y las verduras, aun cuando ya han sido cosechadas de la tierra o árbol en donde se cultivan, continúan siendo organismos vivientes. Su proceso de vida continúa durante cierto tiempo después de haber sido cosechados y, en consecuencia, producen calor. Algunos otros productos alimenticios continúan asimismo teniendo reacciones químicas las cuales producen calor. Las carnes y el pescado no tienen un proceso de vida posterior por lo que no generan calor alguno. La cantidad de calor cedido depende del producto en cuestión y de su temperatura de almacenamiento.

17

Tabla 10 CARACTERÍSTICAS DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS

18

19

20

21

Tabla 11 PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS

22

23

Tabla 12 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS

24

CALOR SENSIBLE ARRIBA DEL PUNTO DE CONGELACIÓN La mayoría de los productos que se colocan en un refrigerador se encuentran a una temperatura superior a la temperatura de almacenamiento. Debido a que muchos alimentos contienen un alto porcentaje de agua, su reacción, con respecto a la perdida de calor, es completamente diferente arriba y debajo del punto de congelación. Por encima de la punta de congelación el agua se mantiene en forma Líquida, mientras que por debajo del punto de congelación el agua ha cambiado su estado por convertirse en hielo. El calor específico de un producto se define como los BTU requeridos para elevar la temperatura de una libra de sustancia 1 °F. EI calor específico de diversos productos se indica en las Tablas 10, 11 y 12. Debe notarse que, en la tabla 10, el calor especifico del producto que se encuentra por encima del punto de congelación es distinto del calor específico que se encuentra por debajo del mismo. EI punto de congelación es variable, aunque en casi todos los casos se establece por debajo de los 32 °F. 25

EI calor que debe extraerse a un producto para reducir su temperatura por encima del punto de congelación puede calcularse del siguiente modo: Q = W x C x (T1 − T2 ) Q = BTU que deben extraerse. W = Peso del producto en libras. C = Calor especifico por encima de la congelación BTU / °F Lb. T1 = Temperatura inicial en °F. T2 = Temperatura final en °F (punto de congelación o superior a éste).

Por ejemplo, el calor que debe ser extraído para refrigerar 1000 libras de carne de ternera. (Cuyo punto de congelación es de 29 °F) desde 42 °F a 29 °F, y sabiendo que su calor específico es 0.71, puede calcularse como sigue: Q = w x C x (T1 − T2 ) = 1000 x 0.71 x (42 − 29) Q = 9230 BTU CALOR LATENTE DE CONGELACIÓN EI calor latente de fusión o congelación para diversos fluidos se proporciona en la tabla 12. Las sustancias, como son los metales, las cuales no contienen agua, no tienen punto de congelación Y, por consiguiente, no se ve implicado el calor latente de fusión al hacer descender su temperatura. La mayoría de los productos alimenticios contienen un elevado porcentaje de agua. Con el fin de calcular la cantidad de calor que se necesita extraer para congelar un producto, únicamente debe tenerse en consideración el agua. EI porcentaje de contenido de agua, para diversos productos alimenticios, se proporciona en la tabla 10, viendo la columna 2.

26

Puesto que el calor latente de fusión o congelación del agua es 144 BTU/libra, el calor latente de fusión para el producto puede calcularse multiplicando 144 BTU/libra por el porcentaje de contenido de agua. Por ejemplo, la carne de ternera posee un porcentaje de agua del 63 % y el calor latente de fusión indicado para la carne de ternera es de 91 BTU/libra. 63 % x 144 BTU/libra = 91 BTU/libra EI calor latente de congelación que debe extraerse de un producto puede calcularse como sigue: Q = W x hif Q = BTU que deben extraerse. W = Peso del producto en libras. hif = Calor latente de fusión en BTU/libra EI calor latente de congelación de 1000 libras de carne de ternera a 29 °F es: Q = W x hif = 1000 libras x 91 BTU/libra Q = 91,000 BTU

CALOR SENSIBLE POR DEBAJO DEL PUNTO DE CONGELACIÓN Cuando se ha congelado el contenido de agua de un producto, puede seguirse enfriando sensiblemente, de igual modo que sucede por encima del punto de congelación, con la excepción de que el hielo en el producto produce un cambio en el calor específico. Una muestra de esto es en la tabla 10, ya que el calor específico de la carne de ternera por encima del punto de congelación es de 0.71, mientras que el calor específico por debajo del punto de congelación es de 0.39. EI calor que debe extraerse de un producto para reducir su temperatura por debajo del punto de congelación puede calcularse como sigue: 27

Q = W x Ci x (TC − T3 ) Q = Calor que debe 𝑒𝑥𝑡raerse (BTU o K Cal) W = Peso del producto (libras o kilogramos) Ci = Calor específico por debajo del punto de congelación TC = Temperatura de congelación (°F o °C) T3 = Temperatura final (°F o °C) Por ejemplo, el calor que debe extraerse para enfriar 1000 libras de carne de ternera desde 29 °F a 0 °F puede calcularse como sigue: Q = W x Ci x (TC − T3 ) = 1000 x 0.39 x (29° − 0°) = 11,310 BTU

CARGA TOTAL DEL PRODUCTO La carga total del producto es la suma de las cargas individuales, que según el caso pueden ser: el calor sensible par encima del punto de congelación, el calor latente de congelación y el calor sensible por debajo del punto de congelación. Partiendo de los ejemplos precedentes, tenemos que si 1,000 libras de carne de ternera tienen que someterse a un enfriamiento que va desde 42 °F a 0 °F, el total será: Calor sensible por encima del punto de congelación,

9,230 BTU

Calor latente de congelación,

91,000 BTU

Calor sensible por debajo del punto de congelación,

11,310 BTU

Carga total del producto.

111,540 BTU

En caso de que se tengan diferentes productos deberá realizarse un cálculo por separado de cada uno para estimar de modo preciso la carga total del producto.

28

DATOS DE ALMACENAMIENTO Para cada producto existen condiciones óptimas de temperatura y humedad, en las cuales se conservan mejor sus cualidades y se prolonga su duración. En la tabla 13 se indican condiciones de almacenamiento recomendadas para diversos productos alimenticios y en la tabla 14 se indican las condiciones recomendadas para flores cortadas y plantas en crecimiento. En la tabla 15 se indican datos sobre diversos tipos de recipientes para el almacenamiento. Tabla 13 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Y PROPIEDADES DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS

29

30

Tabla 14 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO PARA FLORES CORTADAS Y PLANTAS EN CULTIVO

31

Tabla 15 DATOS SOBRE EL ESPACIO, PESO Y DENSIDAD PARA PRODUCTOS ALMACENADOS EN CAMARAS REFRIGERADAS

32

Carga Suplementaria Además del calor transmitido al espacio refrigerado a través de las paredes, infiltración de aire y carga del producto, la ganancia de calor procedente de otras fuentes deberá incluirse para la estimación de la carga de refrigeración total. ILUMINACIÓN ELÉCTRICA Y CALEFACTORES Toda energía eléctrica disipada directamente en el espacio refrigerado, como luces, calefactores, etc. se convierte en calor y debe incluirse en la carga térmica. Un watt – hora es igual a 3.41 BTU y esta relación de conversión es correcta para cualquier cantidad de energía eléctrica.

33

MOTORES ELÉCTRICOS La energía no puede destruirse, sino solo transformarse, cualquier energía eléctrica transmitida a motores ubicados en el interior de un espacio refrigerado sufrirá una transformación. Cualquier pérdida del motor motivada por fricción o ineficiencia se traducirá inmediatamente en energía calorífica. La porción de energía eléctrica convertida en esfuerzo útil existe solo brevemente como energía mecánica, la cual es transferida al medio fluido aumentando su velocidad, y a medida que el fluido pierde su velocidad debido a la fricción, se convierte totalmente en energía de calor. Existe la creencia equívoca de que, si se coloca un motor eléctrico en el exterior de la cámara y el ventilador en el interior, acoplado por medio de una flecha, no se transmite calor al espacio refrigerado. Toda la energía eléctrica convertida en energía mecánica se transforma en energía calorífica. Debido a que la eficiencia del motor varía con el tamaño, la carga de calor por caballo de fuerza, tal como se representa en la tabla 16, tiene distintos valores para motores de diferente tamaño. Aunque los valores de la tabla representan unas aproximaciones útiles, la entrada de energía eléctrica real en watts es la única medición precisa para la energía de entrada. Tabla 16 CALOR DISIPADO POR LOS MOTORES ELÉCTRICOS*

* Estos datos son válidos para motores que accionan tanto ventiladores como bombas. 34

CARGA DEBIDA A LAS PERSONAS EI cuerpo humano disipa constantemente calor y humedad. La cantidad de calor depende del tipo de actividad, temperatura, tiempo dentro del cuarto refrigerado, etc. La tabla 17 indica la carga de calor promedio debida a las personas que se encuentran dentro del espacio refrigerado aclarando que para permanencias de corta duración la ganancia de calor será algo superior. Tabla 17 CALOR DISIPADO POR LAS PERSONAS DENTRO DEL ESPACIO REFRIGERADO

CARGA SUPLEMENTARIA TOTAL La carga suplementaria total es la suma de los factores individuales que contribuyen a esta. Por ejemplo, la carga suplementaria total en un almacén refrigerado, mantenido a 0 °F, en el que existen 300 watts de luz eléctrica, un motor de 3 HP que acciona un ventilador y dos personas trabajando continuamente, será de: 300 Watts x 3.41 BTU/hr.

1,023 BTU/hora

Motor de 3 HP x 2,950 BTU/hr.

8,850 BTU/hora

2 Personas x 1,300 BTU/hr.

2,600 BTU/hora

Carga Suplementaria Total

35 12,473 BTU/hora

Selección De Equipo Una vez determinada la carga de refrigeración, junto con la temperatura de evaporación requerida y la temperatura de condensación prevista, puede seleccionarse inteligentemente el compresor para un sistema dado. Para refrigeradores domésticos y frigoríficos prefabricados producidos en serie, la carga se determina normal mente mediante ensayo, pero para la mayoría de los casos, la carga real deberá calcularse determinando la ganancia de calor motivada por cada uno de los factores que contribuyen a la carga total. Existen muchos métodos rápidos para estimar la carga de cámaras frigoríficas, pero se deberá tener cuidado de utilizar con criterio cualquiera de ellos.

CARGA POR HORA EI equipo de refrigeraci6n está diseñado para funcionar continuamente pero el tiempo de operación del compresor se determina tomando en cuenta los períodos de descongelación. La capacidad del compresor (BTU/Hora) se obtiene dividiendo la carga total (en 24 horas) entre el tiempo de operación del compresor. Deberá establecerse un factor de seguridad razonable para que la unidad pueda recuperarse con rapidez después de una elevación en la temperatura, o para una carga superior a la estimada. Cuando la temperatura de evaporación del refrigerante sea superior a 30 °F, no se formará hielo en el evaporador, y por lo tanto no será necesario el periodo de descongelación. En estos casos se elige el compresor en base a un funcionamiento de 18 a 20 horas. Para aplicaciones con temperaturas de

evaporación del refrigerante lo

suficientemente bajas para que se produzca hielo, se acostumbra llevar a cabo la descongelación mediante el paro del compresor, dejando que el aire funda el hielo del serpentín. Los compresores para estas aplicaciones deberán seleccionarse para un funcionamiento de 16 a 18 horas.

36

En las aplicaciones de baja temperatura deberán establecerse ciertos medios efectivos de descongelación. Para periodos de descongelación normales, resulta aceptable un funcionamiento del compresor de 18 horas, aunque ciertos sistemas se diseñan para el funcionamiento continuo, exceptuando el periodo de descongelación. Se aconseja agregar un factor de seguridad del 5% al 10% sobre el cálculo de la carga, como medida de precaución. Esto es conveniente cuando los datos relativos a la carga de refrigeración resultan dudosos, pero por lo general el hecho de que el compresor se calcule para un funcionamiento de 16 a 18 horas, constituye por sí mismo un factor de seguridad. La carga deberá calcularse tomando en cuenta la demanda máxima durante las condiciones de diseño y, normalmente, las condiciones de diseño se eligen tomando como base las que tendrán lugar en no más del 1% de las horas durante los meses de verano. En caso de que los cálculos de la carga se lleven a cabo con exactitud y el equipo tenga la capacidad adecuada, un factor de seguridad adicional podría resultar en un equipo muy grande durante las condiciones de carga ligera, pudiendo causar dificultades de funcionamiento.

EJEMPLO PARA EL CÁLCULO DE LA CARGA EI método más exacto para estimar una carga de refrigeración estriba en considerar cada factor por separado. EI ejemplo que sigue ilustrara un procedimiento típico de selección, aunque la carga se ha elegido para demostrar los cálculos necesarios y no representa una carga normal.  Cámara frigorífica con 4 pulgadas de aislante de fibra de vidrio, situada en la sombra.  Dimensiones exteriores: 8 pies de altura, 10 pies de ancho y 40 pies de largo.  Volumen interior: 3,000 pies cúbicos.  Área del Suelo (dimensiones exteriores): 400 pies cuadrados, con cimiento de losas en contacto con el piso. 37

 Temperatura Ambiente: 100 °F y Humedad relativa: 50%.  Temperatura del Suelo: 55 °F.  Temperatura del Refrigerador: 40 °F.  Motor del Ventilador de 1/2 HP funcionando continuamente.  Dos lámparas de 100 watts encendidas 12 horas por día.  Ocupación: 2 hombres durante 2 horas por día.  En almacenamiento: 500 libras de lechuga y 1,000 libras de ejotes.  Producto entrante: 500 libras de tocino a 50 °F, 15,000 libras de cerveza a 80 °F; tienen que reducirse a la temperatura de almacenamiento en 24 horas.  Intenso empleo de la puerta. En la figura 68 se ilustra una hoja de cálculo de Carga de refrigeración con los datos del ejemplo anterior. Dada la variedad de la carga del producto, cada parte se calcula por separado.

38

HUMEDAD RELATIVA Y DIFERENCIA DE TEMPERATURA DEL EVAPORADOR

La humedad relativa, en un espacio refrigerado, se ve afectada por muchas variables, tales como el tiempo de funcionamiento del sistema, la infiltración de humedad, condición y superficie del producto expuesta, recirculación del aire, condiciones atmosféricas externas, tipo de control del sistema, etc. Los productos alimenticios difieren en sus exigencias para obtener una humedad relativa óptima de almacenamiento; en las tablas 13 y 14 se presentan condiciones de almacenamiento recomendadas para diversos productos. Normalmente, puede lograrse un control satisfactorio de la humedad relativa, en una aplicación dada, seleccionando el compresor y el evaporador para la diferencia de temperatura (D.T.) adecuada, entendiéndose por D.T. la diferencia entre la temperatura deseada en la cámara y la temperatura de evaporación del refrigerante. Las siguientes recomendaciones generales han probado ser satisfactorias en la mayoría de las aplicaciones normales:

39

Referencias bibliográficas https://definicion.de/aire-acondicionado/ https://www.quiminet.com/articulos/la-importancia-de-la-climatizacion-en-las-empresas3417584.htm http://www.motor.com.co/actualidad/tecnologia/importancia-aire-acondicionado/29058 http://www.diarionorte.com/article/87433/la-importancia-del-aire-acondicionado http://www.colmaccoil.com/media/28978/backtobasicspsychrometricsandthepsychrometric chartspanish.pdf https://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/14629/5/Cap1.doc

file:///C:/Users/9jr96/Downloads/336111388-Unidad-5-Fundamentos-de-AireAcondicionado.pdf Manual de Fundamentos ASHRAE, 1967

40