UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO

1. Sistemas de Aire Acondicionado UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani DOCENTE DE INGENIERÍA MECANICA-ELECTROMECÁNICA Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

2. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

3. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

4. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

5. 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: Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

6. Separación del aire y del vapor de agua en dos recipientes. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

7. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

8. Para el aire seco contenido en el recipiente B podemos aplicar la ecuación de estado. • Para el vapor de agua contenido en el recipiente C, podemos aplicar la ecuación de estado. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

9. 6.3 Propiedades físicas del aire Atmosférico • Temperatura de bulbo seco (BS). • Temperatura de bulbo húmedo (BH) • Temperatura del punto de rocío • Relación de humedad • Humedad relativa • Entalpía del aire húmedo Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

10. a) Temperatura de bulbo seco (BS) La temperatura corrientemente medida por el bien conocido termómetro de mercurio se describe técnicamente como temperatura seca. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

11. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

12. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

13. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

14. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

15. 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) Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

16. Las ecuaciones para obtener la relación presión de vapor-temperatura son bastante complicadas, sin embargo podemos utilizar la siguiente expresión: • Donde: A=6861,28 ºK B=5,2776 C=54,2598 Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

17. f) Entalpía del aire húmedo • En los cálculos del aire acondicionado se utiliza frecuentemente una variable energética denominada entalpía. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

18. Valores de cpa, cpw y Lo en distintas unidades Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

19. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

20. Diagrama psicrométrico Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

21. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

22. 6.4.2 Procesos que se realizan en el aireacondicionado • Calefacción del aire sin agregado de humedad (sin humidificación) • Calefacción del aire con humidificación. • Refrigeración a entalpía constante (adiabático) • Refrigeración con contenido de humedad constante • Refrigeración con deshumidificación Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

23. Calefacción del aire sin agregado de humedad (sin humidificación) Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

24. 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 Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

25. 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 Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

26. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

27. Equipo de acondicionamiento por compresión de vapor. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

28. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

29. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

30. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

31. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

32. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

33. En la tabla 2.1 se consignan algunos valores establecidos por la ASHRAE: Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

34. 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] Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

35. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

36. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

37. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

38. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

39. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

40. 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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI

41. -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. Ing. CARLOS FIDEL CRUZ MAMANI