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UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO
Universidad de Guanajuato Aire Acondicionado y Refrigeracin
AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION
JOSE CUAUHTEMOC RUBIO ARANA [email protected]
FACULTAD DE INGENIERA MECNICA, ELCTRICA Y
ELECTRNICA
Salamanca, Gto., abril 19 del 2006.
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2
UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA, ELECTRICA Y ELECTRNICA
PROGRAMA: IMT01.06 AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIN TRIMESTRE
DE PRIMAVERA 2006 PROFESOR: M. en I. CUAUHTEMOC RUBIO ARANA.
BIBLIOGRAFA: -F. Mc. QUISTON & J.PARKER, HEATING VENTILATING
AND AIR CONDITIONING, 3. EDIT., JOHN WILEY AND SONS, 1988. -B. H.
JENNINGS, J. R. LEWIS, AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION, EDIT.
CECSA. MAS RECIENTE EDICIN. -MANUALES DE CARRIER Y CATALOGOS DE
PRODUCTOS COMERCIALES. FECHA ABRIL 04 06 25 27 MAYO 04 09 11 16 18
23 25 30 JUNIO 01 06 08 13 15 20 22 27
TEMA DEFINICIONES BALANCE TERMICO ESTUDIO DEL AIRE Y CARTA
PSICROMETRICA VENTILACIN MECANICA VENTILACIN MECANICA ZONA DE
CONFORT ZONA DE CONFORT RECIRCULACIN DEL AIRE RECIRCULACIN DEL AIRE
EXAMEN I VENTILADORES VENTILADORES DUCTOS, EQUIPOS DE DIFUSIN Y
EXTRACCIN CALCULOS DE SISTEMAS DE CALEFACCIN CON AIRE CALIENTE
REFRIGERACIN REFRIGERANTES CALCULO DE SISTEMAS DE REFRIGERACIN
EXAMEN II
SE TOMARAN EN CUENTA TAREAS, TRABAJOS Y PARTICIPACIN EN CLASES
EL VALOR SERA DE 1 PUNTO EN
TOTAL O SU PARTE PROPORCIONAL. LA CALIFICACIN FINAL SERA EL
PROMEDIO DE LOS DOS EXAMENES
MAS EL VALOR OBTENIDO POR TAREAS, TRABAJOS Y PARTICIPACIN EN
CLASE.
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3
AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIN DEFINICIONES Y CONCEPTOS El
calor es una forma de energa o de actividad molecular, y esta
presente en cierto grado en todas las cosas. Cuanto ms se calienta
el material ms rpido es el movimiento molecular de la substancia o
materia. El calor es suministrado a la tierra por los rayos del sol
y se obtiene tambin oxidando o quemando materias combustibles.
sJW
JWm.NJ
==
=
&
hrBtu.fReTon.
kJ..Btu.C.m
W.F.ft.hr
Btu
120001035111
730611
==
=
Fro Es la ausencia de calor en forma parcial, pues aunque
extraigamos la mayor parte de calor que contiene un cuerpo o un
espacio no es posible quitarle por ningn medio en calor natural.
Calor Sensible Es el calor que se siente o se puede medir por lo
que causa un cambio de temperatura en la substancia pero no causa
un cambio de estado. La substancia en cualquiera de sus tres
estados contiene calor sensible en algn grado siempre que su
temperatura est por encima del cero absoluto. Calor Latente Cuando
se presenta un cambio de estado, la mayora de las substancias
tendrn un punto de fusin en la cul ellas cambiarn de su estado
slido a lquido sin cambio de temperatura. En este si la substancia
esta en un estado lquido y el calor se retira de ella la substancia
se solidificar sin ninguna variacin en su temperatura.
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4
Acondicionamiento de Aire. Es controlar la temperatura,
circulacin, humedad y pureza del aire que respiramos y en el que
vivimos.
BALANCE TRMICO. Los conceptos que se deben analizar en el
balance trmico son los siguientes: 1. Transmisin de calor a travs
de muros, puertas, ventanas techos, etc. 2. Calor desprendido por
las personas que ocupan el local. 3. Alumbrado y equipo mecnico. 4.
Infiltracin del aire exterior hacia el interior por los orificios
de puertas o
ventanas. 5. Efecto de los rayos solares sobre techos y
paredes.
T,F
Q, Btu/lb 16 160 360 1310
212 32
Fusin del hielo
Calor latente
Calor sensible
Calor sensible
-
5
1) Transmisin de Calor.
Se da por los siguientes mecanismos: conduccin, conveccin y
radiacin. En todos los casos en que exista un material que separe
dos medios a
diferente temperatura, siempre hay una transferencia de calor
del cuerpo ms caliente hacia el ms fro a travs del material que los
separa obteniendose la cantidad de calor transmitida por la
siguiente ecuacin:
)TT(L
kAQ
)TT(kAQL
dTkAdxQ
dxdTkAQ
T
T
L
o
12
12
2
1
==
==
Pelculas de Aire. Las paredes de los edificios separan al medio
ambiente exterior del interior, circulando por el exterior el aire
que siempre forma una pelcula sobre dichas paredes la cul es muy
resistente al paso de calor siendo su espesor dependiente de la
rugosidad de la pared y de la velocidad del viento habindose
obtenido en forma experimental la llamada conductancia designada
por f y determinada por las siguientes expresiones:
v..fv..fv..f
501240023061
+=+=+=
para paredes lisas, paredes medianamente rugosas y muy rugosas
respectivamente, donde:
T1
Q
T2
A
k
x
-
6
v - es la velocidad del aire en (mi/hr) f = h coeficiente
convectivo de transferencia de calor en (Btu/hr ft2 F) (W/m2 K).
Paredes Compuestas Muro
( )( )( )( )( )
226262
3
36565
3
3
2
25454
2
2
1
14343
1
1
131311
1
1
fAQTT..............TTAfQ
kL
AQTT..............TT
LAkQ
kL
AQTT..............TT
LAkQ
kL
AQTT..............TT
LAkQ
fAQTT..............TTAfQ
==
==
==
==
==
tenemos que:
1 2 3 4 5
T1
T2
T4
T5
f1 f2
T3 T6
L1 L2 L3
Q
-
7
( )
( )21
1
23
3
2
2
1
1
1
21
1
23
3
2
2
1
1
1
23
3
2
2
1
1
121
11
11
11
TTUAQquedando
fkL
kL
kL
fU
donde
TTAfk
LkL
kL
fQ
fkL
kL
kL
fAQTT
=
++++=
++++=
++++=
U coeficiente de conductancia combinado. Ejemplo:
Una fabrica requiere en uno de sus proceso el empleo de un horno
cuyas caractersticas se indican en la figura al realizar el anlisis
de costos, se determino que en las condiciones actuales, el importe
del combustible empleado es excesivo por lo cul se requiere reducir
al 45% al valor actual para que dicho proceso sea econmicamente
conveniente. Determine la solucin correcta: Ti=450 F To=60 F 1 Lt.
de combustible tiene 2500 Btu= 35 ctvos. Rendimiento del horno es
de 70% kmadera=0.78 Btu/hr ft2 F por in. ktabique=5 Btu/hr ft2 F
por in. Kasbesto=0.3 Btu/hr ft2 F por in. madera tabique
asbesto
To
Ti
Q
1.5m
2m 20m
-
8
1
23
3
2
2
1
23
3
2
2
1
1
1
17801
61111
++++=
++++=
fkL
kL
..fkL
kL
kL
fU
En el balance trmico, al hacer el clculo de la transmisin de
calor, de los diferentes locales, se deben tener en cuenta las
siguientes recomendaciones: 1.- Para muros que colindan con los
locales no acondicionados, se considera que la temperatura media de
este local es la media aritmtica de la temperatura del local
acondicionado y el aire exterior. 2.- Para pisos ubicados
directamente sobre le terreno se sigue el mismo criterio anterior,
solo para el invierno. Ejemplo: - Calcular la transmisin de calor
del local que se muestra en la figura para
mantener en su interior 20C cuando el exterior se encuentra a
4C. Planta Elevacin 1.- Determinar los coeficientes totales de
transferencia de calor:
60
50
30
40 20C
30
Puerta 4x3 24C
No acondicionada
18C To=4C
20C
30m
0.5 1.5 1.5
-
9
F.CT.U
.U.U.U
.wFhrft/Btu.U
m
pl
puerta
T
r
m
me
===
====
=
65312
350
13040
1314050
1
2
2.- Determinar las prdidas de calor: - Muro exterior
( ) ( )[ ] ( )hr/Btu.Q
..
)x.(.x.Q
TUAQ
0735650
2396830480
1805153100502
=
=
=
- Por ventanas
( ) ( )hr/BtuQ
..
x..Q
v
v
42036
239680925018051131
=
=
- Techo
( ) ( )hr/BtuQ
..
x.Q
TUAQ
148800
2396830480
14030402
=
=
=
( ) ( )hr/BtuQ
..
x.Q
TUAQ
18600
4646830480
14030402
=
=
=
- Piso
( ) ( )hr/BtuQ
..
x.Q
TUAQ
130200
6536830480
140603502
=
=
=
- Muro interior
-
10
( ) ( )hr/BtuQ
..
.x.Q
TUAQ
13020
6536830480
15360402
=
=
=
3.- Clculo de ganancias de calor: - Muro interior
( ) ( )[ ] ( )hr/BtuQ
..
xx..Q
TUAQ
3963
6827530480
1344053402
=
=
=
- puerta
( )
hr/BtuQQ
Q
hr/BtuQ
..
.Q
PT
g
p
384653
4084
388737
121
682753048012130
2
===
==
2) Las cantidades medias para personas adultas se obtuvieron
experimentalmente las cuales se presentan a continuacin: CANTIDADES
DESPRENDIDAS DE CALOR POR PERSONA.
Tipo de actividad Calor sensible (Btu/hr) Calor latente (Btu/hr)
Total (Btu/hr)
Sentados, sin trabajo manual (Escuelas,
iglesias, bibliotecas, etc.)
200 130 330
Sentados con poco trabajo manual (Secretarias,
ensambladores, etc.)
215 135 350
De pie, con ligero trabajo manual
(Torneros, vigilantes de campo)
215 185 400
Caminando ligeramente
(Empleados de tiendas, bancos, etc.)
220 230 450
Caminando lento pero constante
(Supervisores, meseros)
220 280 500
Trabajo manual, 240 510 750
-
11
ejercicio ligero. Trabajo medio, deporte
medio, baile medio. 330 670 1000
Trabajo pesado, deportes. 500 1500 2000
2) Alumbrado y Equipo
Las lmparas usuales en el alumbrado son fuentes de calor que
transforman casi toda la energa elctrica que consumen en calor y
que se calcula por la siguiente ecuacin: Q= 3.415 w (Btu/hr) 1 W=
3.415 Btu/hr
Para que el equipo que opera con resistencias elctricas como
estufas, parrillas, tostadores, cafeteras, etc., se usa la misma
ecuacin anterior.
Para mquinas que trabajan con motores elctricos, se deben tomar
en cuenta que si la mquina y el motor que la acciona, estn dentro
del local por acondicionar, Q se calcula como: Q= HP/ (746*3.415)
(Btu/hr) 1HP= 746 W Si la mquina esta dentro del local y el motor
afuera entonces: Q= HP (2547.6) (Btu/hr) Si el motor esta dentro
del local y la mquina afuera: Q= (HP/ - HP) 2547.6 (Btu/hr) 3)
Infiltraciones.
Para el clculo de la cantidad de calor que gana o pierde el
local por el aire exterior que penetra al mismo por los orificios
de puertas o ventanas el calor se determina por: Q= m Cp T
(Btu/hr)
Es muy difcil determinar en forma analtica la cantidad de aire
que entra al local por los orificios. De ah que se ha obtenido
experimentalmente el nmero de veces que se renueva el volumen del
local en una hora encontrndose los siguientes valores: Locales con
puertas y/o ventanas. Cambios/hr - En un muro exterior 0.75 1 - Sin
puertas o ventanas al exterior 0.5 - En dos muros exteriores 1
1.5
-
12
- Tres muros exteriores 1.5 2 - Ms de tres muros exteriores 2
3
Los valores inferiores son para construccin de primera calidad y
los mximos para construccin regular.
Generalmente la experiencia nos dice que no es necesario
calcular la prdida de calor por infiltraciones, pues el
acondicionamiento de aire de un local indica el control de las
caractersticas del aire que debe tener para ser introducido al
local, de tal manera que el aire inyectado que salga por los
orificios de puertas y ventanas como se ha visto es en cantidades
pequeas. Una solucin prctica es inyectar un tanto por ciento ms del
necesario segn clculos y este depender de las puertas y ventanas
del local. Sin embargo para dar una mejor idea de la solucin terica
del problema se propone lo siguiente: - Si el volumen de la
infiltraciones se expresa en funcin del nmero de
renovaciones, las prdidas del calor se calculan como sigue: (
)
255.nTTc
H os=
Donde: Hs calor necesario por hora para compensar las prdidas
por infiltraciones (Btu/hr) c es el volumen del local en (ft3) n
nmero de renovaciones de aire por hora T temperatura del local en F
To temperatura del aire exterior 4) Efecto Solar.
Los rayos solares cuando inciden sobre los muros o techos de los
locales calientan su superficie que ocasiona una transferencia de
calor hacia el interior del local. La radiacin solar alcanza su
mximo entre tres y cinco de la tarde dependiendo de la situacin
geogrfica del local.
El calculo analtico de este efecto requiere del conocimiento de
algunas magnitudes que no se obtienen en forma correcta, por lo que
se han aplicado mtodos prcticos experimentados que dan una buena
aproximacin de la cantidad de calor.
La diferencia de temperaturas recomendadas para climas templados
y colores claros son los siguientes: - para muros orientados al
oriente 15F - para muros orientados al poniente 30F - para techos
horizontales 40F - para ventanas al oriente 30F
-
13
- para ventanas al poniente 50F - para tragaluces horizontales
60F Para climas calurosos aumentar hasta un 50% a los valores
anteriores y para muros y techos obscuros aumentar de 20% a 30%.
Para muros o ventanas al sur se puede tomar hasta un 80% de los
valores para el oriente. Realizar el balance de trmico para el
verano del local cuyas dimensiones se muestran en el diagrama. La
temperatura exterior es de 35C, la temperatura interior es de 22C,
la temperatura del local A es de 22C. el nmero de clientes es de
90, el nmero de empleados es de 15 y el consumo de corriente
elctrica es de 12 kW y por equipo 10 kW.
kWequipokWAlumbrado
NoNo
F.CTF.CT
FCT.U.U.U
.U.U
empleados
clientes
A
i
o
P
ME
PyV
MI
T
1012
1590
6712267122
953540450
13130350
==
==
====
=======
F.TF.C.T
F.C.T
TTT
"A"L
aconLno
cocina
iococina
==
==++=++=
383
383528797536
82
223582
30m
20m N
A
0.5 2 0.5
T=22C
N
30m
15m 15m
-
14
1. TRANSMISIN DE CALOR POR MUROS, PUERTAS Y VENTANAS. - MURO
EXTERIOR
( ) ( )[ ] ( )hr/Btu.Q
..
.x.x.Q
TUAQ
67704
6719509280150665070450
=
+=
=
- VENTANAS Y PUERTAS
( ) ( )[ ] ( )hr/BtuQ
..
.xx.Q
40175
67195092801504270131
=
+=
- MURO INTERIOR
[ ] ( )
[ ] ( )hrBtuQ
xQ
yhrBtuQ
xQ
/3770
6.717.970928.011533.0
/1690
6.713.830928.011533.0
=
=
=
=
- TECHO
( ) ( )6.713.83*0928.01*20*30*35.0
=tQ
hBtuQt /3.26476=
hrBtuQ
QQ
TC
TC
/9.798153.264765460401756.7704
=+++==
-
15
2. CALCULO DEL CALOR DESPRENDIDO POR LAS PERSONAS El momento ms
desfavorable se tiene cuando el restaurante esta lleno 90 clientes
x 200Btu/hr=18000Btu/hr
15 empleados x 220Btu/hr=3300Btu/hr QT=21300 Btu/hr Nota: - El
nico calor desprendido por las personas es el calor latente - El
calor desprendido por los alimentos es considerado en la
temperatura de la
cocina 3. CALCULO DEL CALOR DESPRENDIDO POR EL ALUMBRADO Y
EQUIPO
Alumbrado = 12 kW hr/BtuW
hr/Btu.kW
409801
41531103 =
Equipo=10kW hr/BtuW
hr/Btu.kW
341501
41531103 =
Nota: el caso ms desfavorable para verano ser entre las 15 y 17
horas que es cuando el alumbrado esta fuera de servicio por lo que
su calor desprendido por este se desprecie entonces:. Q
=34150Btu/hr 4. CALCULO DEL CALOR GANADO POR EL EFECTO SOLAR. Para
la hora ms desfavorable de 15 a 17 horas el sol por su ubicacin
ilumina de frente los ventanales del lado poniente. - PARA
VENTANAS
( ) ( )hr/BtuQ
.x.
x.Q
27965
15150092801220131
=
=
- PARA MURO
( ) ( )hr/BtuQ
.x.
x.Q
3341
15130092801120450
=
=
Se tiene en cuenta que 32C es el lmite de las temperaturas
templadas dando paso a los climas calurosos que se consideran hasta
40C, de ah que las
-
16
diferencias dadas en F no se puedan agregar hasta 50% pues
andamos en los 35C dndose solo un 15% ms: Qs=31306 Btu/hr
BALANCE TERMICO PARA VERANO Ganado
Btu/h Perdido Btu/h
TOTAL Btu/h
1.- Calor por transmisin 79816 2.- Calor debido a personas 21300
3.- Alumbrado 34150 4.- Efecto Solar 31306 TOTAL 166572 CALOR QUE
DEBE REMOVER EL EQUIPO 166572 0 166572 hrBtuQQT /166572== MISMO
EDIFICIO PERO EN INVIERNO To=0C=32F Ti=20C=68F TA=68F TLNA=50F 1.
CALCULO DEL CALOR PERDIDO POR TRANSMISIN - MUROS
( ) ( )hrBtuQ
xxQ
/11820
68320932.015.0665.07045.0
=
+=
- PUERTAS Y VENTANAS
( ) ( )hrBtuQ
xxQ
/61980
68320932.015.0427013.1
=
+=
- MURO INTERIOR
( ) ( )hrBtuQ
xQ
/5215
68500932.013033.0
=
=
-
17
- TECHO
( ) ( )hrBtuQ
xQ
/40558
68500932.01302035.0
=
=
- PISO
( ) ( )hrBtuQ
Q
/52371
68500928.0160045.0
=
=
2. CALOR GANADO DEBIDO A PERSONAS Q= 15 personas x 200Btu/hr =
3000Btu/hr 3. ALUMBRADO Y EQUIPO Q=40980Btu/hr solo por
alumbrado
BALANCE TERMICO PARA INVIERNO Ganado
Btu/h Perdido Btu/h
TOTAL Btu/h
1.- Calor por transmisin -171944 2.- Calor debido a personas
3000 3.- Alumbrado 40980 TOTAL 43980 -171944 -127964 CALOR QUE DEBE
AGREGAR EL EQUIPO -127964 Y el calor total es: hrBtuQQT
/127964==
-
18
PSICROMETRIA El aire es una mezcla de gases la cul esta
compuesta por: Ni 78.03% en volumen O 20.99% en volumen Ar 0.94% en
volumen CO2 0.03% en volumen H 0.01% en volumen Ne 0.00123 ppm He
0.0004 ppm Kr 0.00005 ppm Xe 0.000006 ppm
Los primeros elementos son los llamados componentes normales,
siendo los nicos que se toman en cuenta para clculos
correspondientes.
El aire es un compuesto higroscpico ya que puede tomar agua de
cualquier elemento que lo contenga, tambin la capacidad de absorcin
del agua por el aire depender solo de la cantidad de calor que este
contenga: Aire Seco. Es el que no tiene vapor de agua mezclado.
Aire Saturado. Es el que contiene el peso mximo posible de vapor de
agua en suspensin. Aire Hmedo. Es el que se encuentra entre los dos
estados lmites anteriores.
La capacidad del aire para absorber vapor de agua depende slo de
su calor sensible.
En el aire saturado, el vapor de agua se encuentra as mismo al
estado de
saturacin y en el aire hmedo, el vapor de agua contenido en el
se encuentra sobrecalentado. Humedad Absoluta especfica del aire.
Es la cantidad de vapor de agua que contiene dicho aire. Humedad
Relativa. Es la relacin de la presin del vapor de agua a la presin
del aire saturada a la misma temperatura o tambin es la relacin de
peso de vapor de agua contenido en el aire al peso del que existe
en idnticas condiciones de temperatura y volumen, cuando el aire
esta saturado. W = libras de vapor de agua/ libras de aire seco
(Humedad especfica) = Humedad relativa (%) 1 Lb de vapor de agua =
7000 granos
Cuando el aire esta lejos de su punto de saturacin se pone en
contacto con el agua, se da la tendencia a que parte del agua se
evapora incorporndose al contenido de agua que posea el aire bajo
estas condiciones. Si para este caso no se comunica calor del
exterior, el absorbido por la vaporizacin del agua se extrae
-
19
exclusivamente del aire y del vapor recalentado que este
contenga inicialmente. La evaporacin del agua y el enfriamiento del
aire continan hasta que el aire se satura de vapor de agua.
Un proceso de esta naturaleza es donde se absorbe ni cede calor
del exterior, se le llama adiabtico siendo su temperatura final
conocida como temperatura de saturacin adiabtica que es casi la que
corresponde a la temperatura de bulbo hmedo. Calor Sensible.
El calor sensible del aire es el contenido de energa que posee
el aire con relacin a un estado base que es el aire a 0C y se
calcula por: Hs = 0.24 Tbs (Btu/Lbas) Dnde: Tbs Temperatura de
bulbo seco Calor Latente del Aire.
Es el contenido de esta forma de energa que corresponde al vapor
de agua que tiene el aire en suspensin, determinado por:
( ) ( )asarLaLL
Lb/Btu..........HT..HxHHH
55061091 ==
Dnde: HL Calor latente de vaporizacin del agua Tr Temperatura de
roco Ha Humedad especfica del aire Temperatura de Roco. Es aqulla a
la cual se tiene que llevar el aire para que inicie la condensacin
del vapor de agua que contiene. Ley de Dalton. Esta ley establece
que la presin que se tiene en un local es la suma de las presiones
parciales de todos los gases.
-
20
CARTA PSICICROMETRICA Se tiene un aire a una temperatura de 80F
Tbs y 67F Tbh a una Pbar = 29.92in/Hg. Determine sus propiedades de
la mezcla airevapor de agua usando la carta psicromtrica. De la
carta Psicromtrica tenemos los siguientes datos: W=79 gr/lb =51%
v=13.84 ft3/lb H=31.7 Btu/lb Tr=60.5F CORRECCIONES DEBIDAS A LAS
PRESIONES BAROMTRICAS.
Hay solo dos propiedades fsicas del aire que no se pueden
determinar en forma directa del grfico. Para una presin baromtrica
diferente a la normal que son: la humedad especfica absoluta y la
humedad relativa. A continuacin se presenta un ejemplo para hacer
dichas correcciones: METODOLOGA 1 Tbs=80F Tbh=67F Pbar=24.8 in de
Hg=630 mm deHg Pbar=630 mm de Hg, de la carta psicromtrica:
P=29.92-24.8=-5.12 -5 P -5 altitud=4800 ft
67F
80F
-
21
CLCULO DEL CONTENIDO DE HUMEDAD, W ( )( )
bh
bhbsTb
T T
TTPsPPse bh
bh 3.12800=
donde e presin de vapor de agua en la mezcla en (in de Hg)
Pspresin de saturacin del agua y del vapor de agua en (in de Hg)
Pbpresin baromtrica (in de Hg)
6668.0=bhTs
P in de Hg de la tabla que viene en la carta psicromtrica
entonces ( )( )( )
Hgdeine
e
..5507.0673.12800
678066638.08.2466638.0
=
=
Lbgranosw
ePew
b
/87.98
5507.08.24)5507.0(43534353
=
==
CALCULO DE LA HUMEDAD RELATIVA =e/es Presin del vapor de agua en
la mezcla/Presin del vapor saturado a la Tbs es=1.01316 in de Hg
Presin del vapor de saturaDO a Tbs de la Tabla 3.1 del Jennings
%x.. 5410001316155070 ==
%54=
-
22
METODOLOGA 2 Obtencin de la humedad especfica, w De la carta
psicromtrica: w=79 granos/lb
LbBtuHhDesv
HlBbTUh
X
PP
wPwP
ee
PP
w
WwwLbgranosw
TTww
lbasBtuh
lbasgranosw
fd
s
bs
sd
s
P
as
bhbs
FT
sb
bh
/79.3411.0..
2.3/7.31
%521000316.1
54.0
0316.154.0
3.984354)8.24(3.98
4354
3.98
3.2078/38.20
24678001.015.20
2401.01
/2.3
/5.20
80
67
tan
==
==
===
=+=+
=
==
=+=+=
=
=
==
=
PSPresin del vapor de agua en la mezcla [e] PdPresin del vapor
saturado a la Tbs [es]
RESULTADOS PROPIEDADES DEL AIRE
Metodologa 1 Metodologa 2 Cond. a n. m.
Humedad especfica w, granos/lbas
98.87 98.3 79
Humedad relativa , % 54 52 51
-
23
La ciudad de Monterrey se encuentra situada en una altura de
1764 ft SNM, la temperatura de bulbo seco promedio es de 72F y la
temperatura bulbo hmedo de 57F. Determine las propiedades del aire.
Tbs=72F Tbh=57F w=46 granos/Lb H=24.5 Btu/Lb h=0.085 P=-2 in de Hg
h=0.79Btu/Lb w=5.1 granos/Lb - Correccin de la humedad (w)
Lb/nosgra.'w.ww'w
Lb/nosgra.w
..TT
.'ww bhbs
06851460685
068524
547201011524
0101
=+=+=
=
=
=
- Correccin de la entalpa (H)
Lb/Btu.H...H
'hhHH.
2250850790524
9229
=+=++=
- Correccin de
%x.
.PP
.Ptablas..de
.P.
).(.'w
P'wP
d
s
FTd
s
bs
bs
40100790580
320
790580
320068514354922706851
4354
72
==
=
=+=+=
=
- Correccin del volumen especfico
as
b
bs
Lb/ft.v
..
.'wP
T.v
33614
4360068511
9229460727450
43601
4607450
=
+
+=
+
+=
-
24
RESULTADOS PROPIEDADES DEL AIRE A NIVEL DE MAR 29.92 plg hg
CORREGIDAS A PRESION LOCAL de 27.92 plg hg
Pb 29.92 27.92 W 46 51.068 H 24.5 25.2 39 40 v 13.55 14.36
PROCESO DE ENFRIAMIENTO Tbs1=75F Tbs2=68F Tbh1=68F Tbh2=65.8F
v1=13.75 ft3/Lb v2=13.6 ft3/Lb 1=70% 2=90% w1=w2=93 granos/Lb
HT1=32.42 Btu/Lb HT2=30.8 Btu/Lb Tr1=65F Tr2=64.9F
Lb/Btu.Q)(.TCmQ
HHHLb/Btu...HHH
p
LsT
T
681
7568240
621423283012
===
+====
&
1 2
68F 75F
w1=w2
68F
-
25
EJEMPLO: Se enfra aire cuya temperatura bulbo seco es de 85F y
70% de humedad relativa hasta que su temperatura bulbo seco y bulbo
hmedo sea de 70F. Obtener: 1.- El calor removido 2.- El calor
sensible removido 3.- El calor latente removido 4.- La cantidad de
agua removida 1. Calculo del calor total HT removido 2. Calculo del
Hs removido
LbBtuHH
LbLbwLbBtuH
LbLbwLbBtuH
HHH
T
T
asa
T
asa
T
TTT
/55.63455.40/0157.0
/34/0189.0/55.40
2
2
1
1
21
==
==
==
=
( )Lb/Btu.H
.HTCH
s
s
ps
638570240
==
=
3. Calculo de calor latente removido (HL)
Lb/Btu.H).(.H
HHHHHH
HHH
L
L
sTL
LsT
LsT
95263556
==
=+=
+=
4. Calculo cantidad de agua removida
asa Lb/Lb.w..w
www
003200157001890
21
==
=
-
26
HUMIDIFICACION Y CALENTAMIENTO
Ejemplo: Determinar las cantidades de calor y vapor de agua que
se deben agregar a 10000 ft3/min. de aire a 60F Tbs1 y 50F Tbh1
para transformarlo a su estado requerido de 95F Tbs2 y 70F de Tr.
ESTADO 1 ESTADO 2 Tbs1=60F Tbs2=95F Tbh1=50F Tbh2=77F v1=13.2
ft3/Lb v2=14.35 ft3/Lb 1=48% 2=45% w1=0.0054Lb/Lbas w2=0.016
Lb/Lbas HT1=20.3 Btu/Lb HT2=40.5 Btu/Lb Tr1=41F Tr2=70F - Clculo de
Hs1 y HL1
Lb/Btu...HHHH
Lb/Btu.)(.T.H
L
sTL
bss
95414320
41460240240
1
111
11
===
===
- Clculo de Hs2 y HL2
Lb/Btu...HLb/Btu.)(.T.H
L
bss
71762254062295240240
2
22
=====
Tbs1=60F Tbh1=50F
Tbs2=95F Tr=70F
Calentador de Agua Vapor de agua roseada
-
27
- Clculo de la humedad que hay que agregar
min/Lt.min/Lbm).(wmm
min/Lbm.v
VVAVm
Lb/Lb.w..w
www
aa
a
as
as
6338010580758
758213
10000010580
005420016012
====
=====
==
=
&&&
&
&&&
- CLCULO DEL CALOR SENSIBLE AGREGADO
hr/Btumin/BtuQ.xHmQ
entoncesLb/Btu...H
HHH
s
s
sss
372936621528758
2841462212
====
===
&
-
28
Ejemplo: Se tiene una planta en donde hay un desprendimiento de
calor sensible por las mquinas de 80000 Btu/hr y adems de 30 kg/hr
de vapor. Para mejorar las condiciones interiores se van a circular
5000 ft3/min., de aire exterior de 70F de Tbs y 50 de humedad
relativa; calcular las condiciones del aire a la salida del local.
Qs=80000Btu/hr=1333.33Btu/min
sm& =30kg/hr=1.101Lb/min sV& =5000ft3/min
CONDICIONES EXTERIORES : Tbs1=70F 1=50% Tbh1=58.5F
HT1=25.5Btu/Lb v1=13.55ft3/Lbas w1=0.0079Lba/Lbas CALCULO DEL CALOR
SENSIBLE DEL AIRE EXTERIOR A LA ENTRADA DE LA PLANTA:
lbasBTUHH
TH
Sex
Sex
bsSex
/8.16)70(*24.0
24.0
===
CALCULO DE SH EN LA PLANTA:
ass
s
as
sa
lbBtuH
H
mQH
HmQ
/61.35000
55.1333.1333
=
=
== &
CALCULO DEL CALOR SENSIBLE DEL AIRE A LA SALIDA DE LA
PLANTA:
lbasBTUHH
HHH
SO
SO
SSexSO
/4.206.38.16
=+=+=
-
29
CALCULO DE LA TEMPERATURA DE BULBO SECO DE AIRE A LA SALIDA DEL
LOCAL:
FT
T
HT
bsO
bsO
SObsO
o8524.0
4.2024.0
==
=
CALCULO DEL INCREMENTO DE HUMEDAD DEL AIRE EN LA PLANTA POR EL
VAPOR AGREGADO:
hrLbLbvVm asasas /22140min/36955.13
5000 ==== &&
a
S
aS
mmw
wmm
&&
&&
=
=
lbaslbshlb
kglbhkgw /10*97.2)1min/60(*min)/8.369(
)1/2.2(*)/30( 3== CALCULO DE LA HUMEDAD ESPECIFICA DEL AIRE A LA
SALIDA:
lbaslbsww
www
O
O
iO
/010900297.00079.0
=+=
+=
OBTENCION DE LAS DEMAS PROPIEDADES PSICROMETRICAS DEL AIRE A LA
SALIDA DEL LOCAL: CON: wo y Tbs del aire a la salida del local:
WO=0.0109 lbs/lbas y TbsO=85F Tbh=68 F, Tr=58 F, %41=
-
30
VENTILACIN MECNICA Humedad y Aire en Circulacin
En las zonas de confort se tiene amplios lmites de condiciones
climticas dentro de las cuales las personas se sienten igualmente
cmodas sin embargo hay otros factores que se deben tomar en cuenta
para seleccionar las condiciones de confort ptimas.
Por esto que no se debe tomar una humedad tal que no sea muy
alta ni muy baja a tal forma que lleguen a resecar las mucosas del
aparato circulatorio. En general viendo como comodidad e higiene
que la humedad debe ser moderada y debe estar entre 25 y 30%.
Tambin hay que tener que una humedad alta puede afectar a los
materiales con que estn construidos la casa, edificio, local,
etc.
Con respecto al movimiento del aire, se sugiere que fluya cierta
cantidad. Si el aire no fluye, el cuerpo queda cubierto de una capa
de humedad y temperatura que es removida si el aire se encuentra en
movimiento. Las corrientes de aire que apenas se perciben ejercen
una accin estimulante, ms si la velocidad es muy alta resulta muy
molesto por lo que a continuacin se dan consejos para obtener
buenos resultados. 1.- La velocidad mxima que pueden soportar las
personas en reposo sin producir molestias es de aproximadamente 50
ft/min. (15.24 m/min.) prefirindose velocidades menores. 2.- Las
corrientes de aire no se deben dirigir sobre los ocupantes ni deben
incidir sobre sus espaldas. 3.- No debe haber chorros o corrientes
de aire a gran velocidad dirigido hacia dentro de los locales
ocupados por persona. 4.- No se debe inyectar aire a una
temperatura inferior en los locales an ms en invierno.
La velocidad del aire autorizada esta relacionada con la Tbs. La
prctica ha demostrado que las corrientes de aire que inciden sobre
la nuca a una velocidad de 18.29 m/min. a 20.55C representan el
lmite rayando en el malestar Contaminacin Ambiental.
Los factores ha tomar en cuenta son los factores de ventilacin,
son de gran importancia y se refieren a la pureza del aire local.
El aire de los edificios recibe una serie de elementos nocivos para
la respiracin como el anhdrido carbnico (CO2), vapor de agua y
olores.
La mayora de las personas respiran con frecuencia de 17 veces
por minuto en reposo absorbiendo cada vez 30.5 in3 (500cm3) de
aire, 510 Hs/hr , 15.44 kg/da, un poco ms de 3.18 kg de O2.
El aire inspirado por los pulmones pierde aproximadamente un 5%
del O2 que contiene y gana un 3.5 de CO2.
-
31
Olores. Los olores ms comunes que se notan en un local habitado
emanan del cuerpo humano, de la boca, garganta, pulmones, sudor y
ropa usada por lo que hay que evitarlos con acondicionamiento de
aire. El polvo viene de la fbrica, carros, desgaste de los
pavimentos, etc. CANTIDADES DE AIRES MS CONVENIENTES PARA FINES DE
VENTILACIN. Escuelas: - Aulas 50 ft3 por min. por persona. - Aulas
de asamblea 15 a 25 ft3 por min. por persona. - Gimnasios 12
renovaciones/hr. - Comedores 15 a 20 renovaciones/hr. - Cocinas 20
a 60 renovaciones/hr. - Vestidores 5 a 10 renovaciones/hr. -
Lavabos 10 a 20 renovaciones /hr. Teatros: - Sala de butacas 30 ft3
por min. por persona. - Lavabos 20 a 30 renovaciones /hr. Hoteles:
- Salones 30 ft3 por min. por persona - Comedores 10 a 20
renovaciones/hr. - Cocina y lavadores 20 a 60 renovaciones/hr. -
Lavabos 12 renovaciones/hr. Hospitales: - Sala 40 a 60 ft3 por min.
por persona - Comedores 12 renovaciones/hr. - Lavabos 12 a 30
renovaciones/hr. - Cocinas y lavadores 20 a 60 renovaciones/hr.
VOLUMEN REQUERIDO PARA REMOVER UNA CIERTA CANTIDAD DE CALOR
SENSIBLE.
Cuando se necesita suministrar o eliminar una determinada
cantidad de calor sensible por medio de un flujo de aire se utiliza
la siguiente ecuacin:
bs
s
Txx.H
V = 600180& Dnde: V& - Flujo volumtrico para remover ese
calor sensible en (ft3/min) Hs- Es el calor sensible por
suministrar o eliminar en (Btu/hr) 0.018 Calor requerido para
elevar la temperatura de un ft3 a nivel del mar
-
32
Para alturas diferentes a esta, ste valor se obtiene dividiendo
el calor especfico del aire entre el mismo volumen especfico del
aire que se considera, o sea: 0.24/v Tbs Es la diferencia de
temperatura entre la del aire que se desea mantener en el local y
el aire al momento de entrar a dicho local recomendndose los
siguientes valores. Tbs 15F Para verano en instalaciones de calidad
20F Para verano en instalaciones comerciales 25F Para verano en
instalaciones industriales 40F Para invierno en instalaciones de
calidad 50F Para invierno en instalaciones comerciales 60F Para
invierno en instalaciones industriales
FACTORES QUE DETERMINAN LA COMODIDAD
Se tienen cuatro factores cuya combinacin determina el efecto
refrigerante del medio ambiente sobre el cuerpo humano siendo:
temperatura, humedad, velocidad del aire y radiacin.
La temperatura del bulbo seco del local que se analiza se ha
usado por mucho tiempo como ndice de comodidad sin embargo es un
ndice incompleto.
El efecto provocado por la humedad y por el flujo de aire es
bien conocido pues cuando el aire exterior es muy seco la
temperatura requerida para obtener la comodidad es mas elevada
debido al efecto refrigerante mas intenso producido por el aire
seco.
La evaporacin de sudor del cuerpo humano, tiene una influencia
grande sobre la cantidad de vapor perdido por el cuerpo y a su vez
la cantidad de sudor que se evapora y as mismo el efecto de
conveccin a medida que la capa de aire en contacto con la piel se
renueva repetidamente.
Las radiaciones calorficas recibidas o emitidas por el cuerpo
humano es un factor importante para la comodidad, mas an, no se le
da importancia que debiera tener porque no se puede medir.
Las prdidas de calor por radiacin de las zonas del cuerpo
expuestas, as como la de los vestidos, se relacionan con las
temperaturas de las paredes que rodean al cuerpo y es independiente
de la temperatura del aire. La prdida de calor depende de la
diferencia de temperatura superficial media del contorno
(temperatura de radiacin media, la cual se obtiene por medio de
grficas.)
-
33
Temperatura Efectiva.
Experimentos realizados con un sin nmero de personas ha dado
como resultado que hay una relacin entre temperatura, humedad y
flujo de aire en la influencia de la comodidad. Cuando los
resultados se llevan a grficas psicromtricas se ve que los puntos
que representan isocalentamientos caen sobre lneas rectas.
La temperatura efectiva para el aire esttico, de cualquier punto
de la carta psicromtrica, es la temperatura de bulbo hmedo
correspondiente a la interseccin a la lnea de temperatura efectiva
que pasa por dicho punto con la curva de saturacin. Ejemplo: Que
humedad relativa a 77F y 79F de Tbs da una comodidad igual a 75F de
Tbs y una humedad relativa de 50% A 75F y = 50%, la Te = 70F
Entonces: A 77F la humedad relativa es 34% Y A 79F la humedad
relativa es 19%
En la siguiente tabla se dan los valores de las temperatura
efectivas interiores correspondientes a varias temperaturas del
exterior llamadas condiciones o temperaturas base de clculo en el
cdigo ASHVE que se refiere a las condiciones mnimas para la
comodidad a base de aire acondicionado.
Para las personas que deben permanecer en un local varias horas
las temperaturas mayores a 73F resultan muy elevadas y
molestas.
68F 70F
54F 59F 65F
Te=65F
-
34
Temperatura de las Instalaciones de Acondicionamiento Exterior
Interior Tbs (F) Te (F) 105 75.5 100 75 95 74 90 73 85 72 80 71
Temperatura efectiva Verano 69 - 73F Tbsi = 71 85F s = 40 60%
Condiciones Recomendadas para Invierno en Interiores Aplicacin Tbs
(F) Tbh (F) (%) Te (F) Adultos y nios sanos normalmente vestidos y
sentados.
76/74 */57.4 */35 68/68
Enfermos, invlidos, vestidos y sentados.
80/77 */59.7 */35 70/70
Ocupados que realizan trabajo ligero.
72/70 */54.6 */35 65/65
Ocupados que realizan trabajo pesado.
68/66 */51.5 */35 62/62
Gimnasios 65 * * 60 Quirfanos 80 76.7 50 74 Cocinas 70 * * 63.5
* Calefaccin sin humidificacin: tomar humedad relativa del 15%
-
35
MEZCLAS DE AIRE
En un gran nmero de casos se necesita mezclar dos estados de
aire, tanto para seleccionar el equipo como para resircular el
aire, conociendo las caractersticas del aire resultante por medio
de los siguientes mtodos: Analticamente:
T
ffrrT
ffrrTT
T
bsffbsrrbs
frT
bsffbsrrbsT
mwmwm
w
wmwmwmm
TmTmT
mmmTmTmTm
&&&
&&&&
&&&&&
&&&
+=+=
+=+=
+=
Ejemplo: Calcular el estado final de mezclar 4000 Lbs de aire
con un Tbs de 40F y 30F de Tbh con 20000 Lbs de aire de un Tbs de
80F y 50% de humedad. Tbsr=40F Tbse=80F Tbhr=30F e=50%
rm& =4000 em& =20000 ( ) ( )
F.T
xxm
TmTmT
mbs
T
bseebsrrmbs
=
+=+=
37324000
8020000404000&
&&
Lnea de Acondicionamiento.
La lnea de acondicionamiento es una lnea recta que trazada sobre
la carta psicromtrica une el punto que seala el estado de aire que
se requiere mantener en el interior del local con el punto que
marca el estado que debe tener el aire al momento de entrar a dicho
local para mantener la condicin deseada. Cualquier estado de aire
que se encuentre sobre esta recta puede mantener el estado
anterior, variando el volumen de aire por inyectar, siendo la
longitud de la recta inversamente proporcional al volumen de aire
manejado.
-
36
PROCESO DE SOLUCIN DE UN PROBLEMA DE AIRE ACONDICIONADO
Para determinar el estado del aire que debe inyectarse a un
local para su
acondicionamiento se siguen los pasos que a continuacin se
enlistan: 1.- Con el balance trmico se determina el calor total
sensible por suministrar o eliminar. 2.- Se determina el volumen de
aire a la salida del local con la ecuacin dada. 3.- Se verifica que
el volumen calculado en el punto anterior, por carga trmica sea
suficiente para satisfacer las necesidades respiratorias de los
ocupantes, si es menor se toma lo necesario para la ventilacin. 4.-
Se calcula el flujo msico de aire que se inyectar al local. 5.- Se
determina la temperatura de bulbo seco que debe tener el aire al
entrar al local. 6.- Se determina el calor latente por suministrar
o eliminar. 7.- Con el dato anterior se determina el calor latente
del aire a la entrada. 8.- Con el valor anterior y la temperatura
de bulbo seco queda definido el estado del aire que se debe
inyectar al local. Ejemplo: Se tiene un taller en donde se desea
mantener 75F de Tbs y 50% de humedad relativa; el volumen necesario
para los ocupantes es de 30 ft3/min. El aire exterior esta a 96F
Tbs y 82F Tbh. Calcular el estado que debe tener el aire al entrar
al local y trazar la lnea de acondicionamiento. El balance trmico
es: Transmisin 160000 Btu/hr Ocupantes 100 con trabajo medio Equipo
60 HP Efecto solar 95000 Btu/hr Tbse=96F TbsL=75F HTL=28.4Btu/Lb
Tbhe=82F L=50% v=13.7ft3/Lb HsT=468000Btu/hr HLT=67000Btu/hr Para
un Tbs=25F para este caso Calculamos el flujo volumtrico requerido
para remover el calor sensible del local que es:
min/ftxx.Txx.
HV
bs
s 31733325600180
468000600180
===& Calculamos ahora el flujo volumtrico requerido por
respiracin que es:
-
37
min/ftxVresp3300010030 ==&
Entonces tomamos para el calculo el flujo volumtrico mayor que
es el del calor sensible. Calculamos ahora el flujo msico
hr/Lb.min/Lb...
vVm asasa 47591221265713
3317333 ==== && con este flujo msico calculamos el Hs
que es:
F...
.H
T
..HLb/Btu)(.T.H
Lb/Btu.mH
H
sibsi
si
bsLsL
asa
ss
=====
======
32492408411
240
8411166181875240240
16675912468000
&
ahora calculamos el HL
Lb/Btu.mH
Ha
LL 88075912
67000 === & con esto el HTi
asTi
LisiTi
LLLLi
sLTLLL
LLsLTL
Lb/Btu.H..HHH
:entoncesLb/Btu...HHH
Lb/Bu..HHHHHH
36215298411
52988041041018428
=+=+=
======
+=
Situando el aire de entrada al local en la carta psicromtrica se
ve que esta fuera de la lnea de saturacin.
Fsicamente esto significa que el volumen terico por circular no
es suficiente para arrastrar todo el calor para mantener la
temperatura y humedad requerida. Sin embargo por la lnea de
acondicionamiento se puede seleccionar el aire representado por el
punto A con una humedad del 90% y una Tbs de 56F en donde ya se
evita la condensacin obtenindose las condiciones requeridas y estas
son:
-
38
min/Lb..
m
min/ft.V
min/ftxx.
V
FT
as
bs
71664712
22807
2280719253317333
2280719600180
468000195675
3
3
==
=
=
====
&
&
&
RECIRCULACIN DE AIRE
En los cines, teatros, oficinas u otro local donde se tienen
condiciones limpias y el volumen calculado por carga trmica rebasa
el volumen requerido para la respiracin de las personas, se debe
aprovechar parte del aire que sale del local para circularlo de
nuevo por el sistema, obtenindose una reduccin de gran importancia
en la capacidad para el acondicionamiento en lo que se refiere a
equipos.
No esta permitido la recirculacin de aire interior en:
quirfanos, lugares donde haya gases txicos o venenosos, vapores
nocivos, inflamables o explosivos y salas de enfermos infecciosos.
Ejemplo: Se debe acondicionar un restaurante a 72F de Tbs y 50% de
humedad, el aire de entrada debe tener 57F de Tbs y 56F de Tbh, el
medio ambiente exterior tiene 94F de Tbs y 84F de Tbh, el flujo
msico por circular es de 8000 Lb/min y el flujo de aire para la
respiracin es de 2000 Lb/min. Calcular: a) El calor sensible y
vapor de agua que debe extraer el equipo de
acondicionamiento considerando que se toma todo el aire del
exterior. b) Cantidades que maneja el equipo de acondicionamiento
tomando del exterior
solo el aire para la respiracin. a).-calor sensible por
eliminar
asLe
seTeLe
asse
bsese
ase
Te
Lb/Btu.H.HHH
Lb/Btu.H)(.T.H
Lb/nosgrawLb/BtuH
4425562248
562294240240
16248
===
===
==
asLi
siTiLi
assi
bsisi
asi
Ti
Lb/Btu.H..HHH
Lb/Btu.H)(.T.H
Lb/nosgrawLb/Btu.H
171068138523
681357240240
656523
===
===
==
-
39
( ) ( )
min/Lt.min/nosgraw)(wmw
Lb/nosgrawwww
TR.hr/Btumin/BtuQ..HHmHmTCmQ
a
as
ei
sesiasapa
3350776000978000
97
16265
2355426240071040
52268138000
====
===
=======
&
&&&
(b)
asT
T
eerrT
mbs
T
bseebsrrmbs
e
r
Lb/nosgraw
xxm
wmwmw
F.T
xxm
TmTmT
min/Lbmmin/Lbm
848000
1622000586000577
8000942000726000
20006000
=
+=+==
+=+===
&&&
&&&
&&
min/Lt.w)(w
min/BtuQ).(x.xQ
TCmQ pa
52984658000
39360575722008000
==
==
= &
-
40
Ejemplo: Una empresa se debe acondicionar a 75F de Tbs y 60% de
humedad, las condiciones del aire de entrada son 104F de Tbs y 67F
de Tbh. El aire exterior esta a 40F de Tbs y 50% de humedad, si el
flujo msico a circular es de 10000 Lb/min. Calcule el volumen del
aire y el de recirculacin requeridos para el acondicionamiento del
aire con el equipo mnimo.
min/Lbm 10000=& Tbse=40F Tbsi=104F TbsL=75F e=50% Tbhi=67F
L=60% L=10cm mT=10000Lb/min L=3.7cm mr=3700Lb/min L=6.3cm
me=6300Lb/min
l
l
l
40F Tm 75F 104F
wi wi we
-
41
EQUIPOS PARA ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
Los equipos que se necesitan para transformar el estado
psicromtrico del aire son varios y convencionalmente para la
seleccin de ellos se toma como base un estado caracterstico del
aire el cual se conoce como aire normal o aire estndar,
correspondiente a un aire a presin baromtrica del nivel del mar de
70F de Tbs y 50% de humedad relativa, por lo que al seleccionar un
equipo de altura diferente y distintas caractersticas se debe hacer
la transformacin correspondiente. Lavadora de Aire Una lavadora de
aire consiste en: 1.- Filtro para aire 2.- Banco de roseadores. 3.-
Roseadores. 4.- Cmara de roseadores. 5.- Roseador para
eliminadores. 6.- Eliminadores. 7.- Succin 8.- Bomba 9.- Derrame
10.- Alimentacin de agua
Lavadora de Aire
1 2 3
4
6
5
8
7
9
10
-
42
Para el anlisis de los procesos que sigue el aire a travs de la
lavadora se
parte de tres suposiciones tericas que son: 1.- El rea de
intercambio de calor entre el aire y el agua es constante. 2.- La
temperatura de agua se mantiene constante independientemente del
intercambio de calor que exista. 3.- La longitud de la lavadora es
suficientemente grande para permitir que el aire llegue a la
saturacin completa.
Ft;ttt Ba = 86 En realidad no se satisfacen las tres
condiciones. El proceso que sigue
realmente, es una curva que al principio sigue a la recta y se
va alejando de ella hasta terminar en el punto ta que marca la
temperatura del agua, cuando ya intercambiado el calor, es decir,
cuando cae al tanque de recoleccin y el estado final del aire es el
indicado por el punto B localizado sobre la curva del proceso real
y la interseccin de la curva del % de humedad que puede suministrar
la lavadora.
Estas curvas se proporcionan por los fabricantes y la diferencia
de temperatura del agua que es roseada y la que tiene al caer al
tanque es de aproximadamente de 6 a 8F.
Los procesos que se pueden dar en un lavadora son cinco y
dependen solo de la relacin entre la temperatura del agua al
momento de ser roseada (ta) y las tres temperaturas del aire, Tbs,
Tbh y Tr. En la tabla siguiente se dan estos datos.
ta ta
B A
(---) Proceso real (__) Proceso ideal
-
43
Procesos de Lavadora de Aire. Temperatura El aire se Hs HL HT
w
El agua se Y se debe
ta>Tbs> Tbh>Tr Calienta y humedece Enfra Calentar
Tbs>ta> Tbh>Tr Enfra y
humedece Enfra Calentar
Recirculacin Enfra y humedece C -------- --------
Tbs>Tbh>ta>Tr Enfra y
humedece Calienta Enfriar
Tbs>Tbh>Tr>ta Enfra y se
seca Calienta Enfriar
Intercambiador de Calor.
La lavadoras de aire no suministran aire de bajo porcentaje de
humedad y temperatura de bulbo seco adecuada, para proceso de
calentamiento siendo necesario otro equipo conocido como serpentn
de calentamiento que consiste de dos cabezales de tubo de cobre
unidos entre si por una serie de tubos del mismo material y
aletados, por lo general de aluminio que es por donde pasa el aire
en flujo cruzado. Para hacer una buena seleccin se necesita
conocer: 1) Area de paso por donde circula el aire incluyendo el
espesor de las aletas. 2) Velocidad de paso (velocidad del aire a
travs del rea de paso) cuyos valores
se recomiendan: Para instalaciones muy silenciosas 200 - 400
ft/min. Para instalaciones silenciosas 400 - 600 ft/min. Para
instalaciones comerciales 600 - 800 ft/min. Para instalaciones
industriales 800 - 1200 ft/min. 3) Nmero de aletas por pulgada
(cantidad de aletas que tiene esta unidad) 4) Nmero de hileras de
tubos ( cantidad de hileras que encuentra el aire a su
paso) ( comercialmente se fabrican en una o dos hileras) 5)
Temperatura de bulbo seco inicial (la que corresponde a la entrada
del
serpentn) 6) Temperatura de bulbo seco final (la que corresponde
a la salida del serpentn) 7) Condensado por hora (Lb de vapor/hr
que se debe suministrar al serpentn por
ft2 de rea de paso para dar el calentamiento requerido) 8)
Presin de trabajo (Es la presin que corresponde al vapor saturado
seco que
alimenta al serpentn).
-
44
Ejemplo: En un local comercial se requiere calentar 12000
ft3/min. de aire de una Tbs de 60F y una humedad relativa de 60% a
una Tbsf de 188F. Seleccione la unidad adecuada y determine el
flujo msico de vapor de 15 Lbf/m2 para satisfacer dicha necesidad.
Tbsi=60F v=700ft/min m& =102.9Lb/hrft2 Tbs2=188F De tablas:
Serie 96 aletas por ft2 Hileras=4 - calculo del rea de paso
21417700
12000 ft.vVA === &
- flujo msico de vapor
hr/Lb.x.wAms 176414179102 ===&
Tbs=60F =60%
Tss2=188F
-
45
Ejemplo: Se requieren calentar 500Lb/min. de aire de 40F de Tbs
y 50% de humedad hasta 70F de Tbs. Cul es el serpentn adecuado para
una instalacin muy silenciosa?. P = 15Lb/in2
hr/Lb..x.wAmhrft/Lb.w
ft.A
min/ft.x.vmVmin/Lb.mmin/Lb.m
oresolviendmm
xmm
mmm
TmTmT
min/ftVmin/ft.xvmV
in/Lbm
s
e
r
e
er
er
er
T
bseebsrrmbs
min
a
a
582616513319319
55134005421
5421651257428
4287157428
5005000764082
76500
4082400
63256512500
500
2
2
3
3
====
=====
==
=+=+
=+=+==
====
&
&&&&
&&&&
&&&
&&
&&&
Tbs=40F =50% v=12.65ft3/Lb Tss2=76F
T=82F
40F
-
46
Enfriadores de Aire Este tipo de unidades es similar en su
fabricacin a las de calentadores as: 1) Area de paso por donde
circula el aire incluyendo el espesor de las aletas. 2) Velocidad
de paso (velocidad del aire a travs del rea de paso) cuyos
valores
se recomiendan: Para instalaciones silenciosas 400 ft/min. Para
instalaciones comerciales 500 ft/min. Para instalaciones
industriales 600 ft/min. 3) Nmero de hileras de tubos ( cantidad de
hileras que encuentra el aire a su
paso) 4) Nmero de aletas por pulgada. Es la cantidad de aletas
que tiene serpentn por
pulgada. 5) Temperatura de succin o del refrigerante. Es la
correspondiente al vapor del
refrigerante que fluye por el serpentn. 6) Btu/hr Es la que se
indica en las tablas y es la cantidad en ft2 de rea de paso
por el serpentn que se requiere eliminar de este para tener las
condiciones deseadas.
7) Son las condiciones iniciales del aire a la entrada del
serpentn a temperatura de bulbo seco y temperatura de bulbo
hmedo.
8) Condiciones finales. Temperatura de bulbo seco y hmedo a la
salida del serpentn.
-
47
Ejemplo: Seleccionar el serpentn para enfriamiento para un
acondicionamiento de aire en donde es necesario cambiar 2000Lb/min.
de aire de 85F de Tbs y 70F de Tbh a un estado final de 51.6F de
Tbs y 51F de Tbh. Las instalaciones son comerciales e indique
tambin la temperatura de succin requerida y la capacidad del
compresor. Para instalacin comercial V=500ft/min v=14ft3/Lbas
28000142000 === xvmV &&
256500
28000 ftVVA === &
De tablas: Q=28450Btu/hrft2 Con 7 hileras Ts=40F Entonces:
TR.hr/BtuxA"QQ 413716492005629450 ====
Tbs=85F Tbh=70F m=2000Lb/in
Tbs=51.6F
-
48
Ejemplo: En una fbrica se necesita en su interior mantener 78F
de Tbs y 50% de humedad cuando el aire exterior esta a 100F de Tbs
y 79F de Tbh el aire de entrada debe tener 68F de Tbs y 70% de
humedad; el flujo msico de aire por circular es de 1000 Lb/min.
Determinar: a) El equipo para el acondicionamiento b) Capacidad del
compresor o caldera segn se requiere c) Flujo de aire exterior y
cantidad de aire de recirculacin TbsL=78F Tbse=100F Tbsi=78F L=50%
Tbhe=79F i=70% mT=1000Lb/min
para: V=600ft/min Tbsm=85F Tbhm=70F Tenemos un enfriador de:
Tbsx=60.8F Tbhx=59.1F Ts=45F Q=22030Btu/hrft2
TR.hr/BtuQentonces
ft.VVA
min/ftxvmV
8342514033
3323600
140001400014100
2
3
==
======
&&&
y ahora calculamos un calentador para obtener las condiciones
deseadas a la entrada del local
min/Lbmmin/Lbm
oresolviendmm
xmm
r
e
er
er
682318
10008510001078
==
=+=+
&&
&&&&
-
49
donde: T2=82.72F se obtiene interpolando de las tablas de
calentadores Entonces:
Que es el rea del calentador Ventiladores Los ventiladores
sirven para dar energa cintica al aire por medio de sus hlices o
rotor la cual se transforma en energa de presin para vencer las
resistencias o rozamientos. Clasificacin de Ventiladores. a)
Axiales: - De hlices de espesor constante - De hlice de espesor
variable - Turbo axiales. b) Centrfugos: - Con rotor de aspas
inclinadas hacia delante. - Con rotor de aspas planas. - Con rotor
de aspas inclinadas hacia atrs. - Turbo sopladores. Seleccin de un
Ventilador. Para realizar una correcta seleccin del ventilador se
requiere conocer las caractersticas con el fin de solicitar al
fabricante la unidad adecuada. 1. Capacidad de gasto. Es el nmero
de ft3/min. que puede suministrar el
ventilador satisfaciendo la condicin siguiente. 2. Presin
esttica. Es la cantidad de energa de presin que desarrolla el
ventilador a la salida del mismo y que le ser til para vencer
las resistencias. 3. Velocidad angular. Es el nmero de RPM a que
debe trabajar la unidad para
que impulse el volumen requerido desarrollando a presin esttica
necesaria.
26431200
54368543683135328
53285671
10006810007282860
ft..VVA
..x.vmVmin/Lb.mmin/Lb.m
oresolviendmm
xm.m.
c
c
e
ec
ce
======
==
=+=+
&&&
&&
&&&&
-
50
4. Potencia. Es la que debe suministrarse a la flecha del
ventilador para que satisfaga las condiciones anteriores.
5. Se conoce como ventilador simple ancho simple entrada, el que
succiona el aire por uno de sus costados y doble ancho doble
entrada cuando succiona por los dos lados.
6. La rotacin de un ventilador siempre deber ser hacia la
descarga. 7. Posicin de descarga, es la direccin en que enva el
ventilador a la corriente
de aire que impulsa. 8. Arreglo, Es la forma de colocar el rotor
en relacin a los rodamientos. 9. Clase, es el tipo de construccin
empleada y resistencia de materiales en
funcin de la presin esttica contra la que va a trabajar. Clase
1. Hasta 2 de Ps y Tbs = 200F Clase 2. Hasta 6 de Ps y Tbs = 400F
Clase 3. Hasta 12 de Ps y Tbs =600F Clase 4. Hasta 16 de Ps y Tbs =
800F 10. Temperatura de operacin, es la Tbs de los gases o aire que
maneja el
ventilador. 11. Presin baromtrica, es la del lugar. 12. Leyes de
los ventiladores. Se conocen como leyes de ventiladores a las
relaciones que hay entre las diferentes magnitudes de ellos
siendo las mas importantes:
Primera. La capacidad de ventilador es directamente proporcional
a la velocidad angular.
2
1
2
1
ww
QQ =
Segunda. La presin esttica desarrollada por un ventilador es
directamente proporcional al cuadrado de la velocidad angular.
2
2
1
2
1
=ww
PP
s
s
Tercera. La potencia requerida de un ventilador es directamente
proporcional al cubo de las velocidades angulares.
3
2
1
2
1
=ww
HPHP
Cuarta. La presin esttica desarrollada por un ventilador es
directamente proporcional a la presin baromtrica. Ps = Pb
-
51
Quinta. La presin esttica suministrada por un ventilador es
inversamente proporcional a la temperatura absoluta de bulbo seco
del aire o gases que impulsa.
absbs
s TP
= 1
Sexta. La potencia requerida es directamente proporcional a la
presin baromtrica. HP=>Pb Sptima. La potencia necesaria para
impulsar un ventilador es inversamente proporcional a la
temperatura absoluta de bulbo seco del aire o gas que maneja.
absbsT
HP
= 1 Procedimiento para la seleccin del ventilador.
1. Se determina el gasto de aire o gases por manejar. 2. Se
calcula la presin esttica contra la cul va a trabajar en el lugar
de
instalacin. 3. Con la presin baromtrica y la Tbs de gases por
manejar se verifica a
correccin de la presin esttica para manejar aire estndar. 4. Con
el gasto y la presin esttica corregida a condiciones estndar,
se
entra al catlogo del fabricante el cual proporciona el tamao del
ventilador adecuado, indicando el nmero de RPM, la potencia
requerida y la clase de unidad correspondiente.
5. Con los datos anteriores se corrige la potencia del catlogo
para el lugar de instalacin con los datos de presin baromtrica y
Tbs-abs del aire o gases.
6. De acuerdo con la colocacin del ventilador en el sistema y
con la temperatura de operacin se determinan las caractersticas
constructivas detalladas en los puntos 5 a 9.
-
52
Ejemplo: Un ventilador esta trabajando a 600 mm de Hg de presin
baromtrica. Impulsa 10000 ft3/min. de aire de 110F de Tbs
trabajando a 480 RPM y requiere de 7 HP; ste ventilador se traslada
a un lugar a 700 mm de Hg en donde se desea proporciones 11000
ft3/min. de aire de Tbs de 300F. Calcular las RPM, la presin
esttica y la potencia en las nuevas condiciones de operacin,
sabiendo que en las condiciones iniciales su presin esttica es de
1.5 in de H2O. Pb1=600mm de Hg Pb2=700mm de Hg
1V& =10000ft3/min 2V& =11000ft3/min Tbs1=110F Tbs2=300F
w1=480RPM w2=? HP1=7 HP2=? Ps1=1.5 in de Hg Ps2=? De la primera
Ley:
RPMwQQ
w
ww
QQ
52810000110004801
1
22
2
1
2
1
=
==
=
De la segunda Ley
Hg..de..in..Pww
P
ww
PP
ss
s
s
815148052851
2
1
2
1
22
2
2
1
2
1
=
=
=
=
De la tercera Ley
HP.HPww
HP
ww
HPHP
31794805287
3
1
3
1
22
3
2
1
2
1
=
=
=
=
Modificacin de la presin esttica por presin baromtrica y
temperatura (4ta y 5ta Ley)
OH..de..in..TT
PP
PPbs
bs
b
bss 2
2
1
1
22 5881760
5706007008151 =
==
-
53
y de la sexta ley para la potencia:
HP..TT
PP
HPHPbs
bs
b
b 1528760570
6007003179
2
1
1
22 =
== Ductos, Equipos de Difusin y Sistemas de Operacin. Ductos.
Para conducir el aire se emplea tuberas construidas de acero
galvanizado o de aluminio con ciertas especificaciones. La seccin
ms usada es la rectangular y en menor grado cuadrada, la seccin
circular solo es usada para altas velocidades. Seccin cuadrada
Seccin Rectangular Seccin Circular Las de seccin circular tienen
las desventajas siguientes: a) Es ms costoso por la mano de obra
especializada. b) Es ms costosa su construccin por ser laborioso.
c) Es ms difcil de soportar. d) Deja espacios ociosos alrededor del
ducto. Ducto rectangular. Esta construccin es la ms usual pues da
mayores ventajas para su colocacin construyndose sus lados en
relacin de 1 a 1.5
a
b
a
a
a=1.5b
-
54
Calibre de Lmina de Hierro Galvanizado. Lado mayor del ducto
Calibre AWG Hasta 12 in 26 De 13 a 30 24 De 31 a 60 22 De 61 a 100
20 Ms de 100 18 Clculo para Determinar la Prdida por Rozamiento. La
ecuacin es:
2
4005
= vcDLhf
Dnde: hf Es la prdida por rozamiento en (in de Hg) L Longitud
total de la tubera en (ft) D Dimetro de la tubera en (ft) v -
Velocidad del aire en (ft/min.) c Constante de rugosidad cuyos
valores son: c 40 con uniones soldadas 50 Para uniones engargoladas
60 Para uniones a tope Dimetro equivalente de una seccin
rectangular. Es el que corresponde a la seccin circular que
conduciendo el mismo gasto tenga la misma prdida de rozamiento por
unidad de longitud y se expresa como:
( ) 2520626031.
.
eqba
ab.D += , y para clculos rpidos baabDeq +=
2
Procedimiento para el clculo de redes. Existen tres
procedimientos para el clculo de las redes de ductos y son: 1.- Por
medio de seleccin de velocidades. Esta consiste en fijar la
velocidad de circulacin del aire en cada tramo y con el gasto
correspondiente se determina la seccin; la inconveniencia es que es
muy laborioso agregndose de que existen prdidas dinmicas fuertes
por turbulencia excesiva en algunos tramos del sistema,
recomendndose para sistemas pequeos.
-
55
2.- Por medio de la cada de presin mxima. En este procedimiento,
se fija una prdida mxima por rozamiento y calcular los diferentes
tramos en tal forma que no se rebase el valor fijado previamente
para el rozamiento; los inconvenientes son similares al anterior
aunque con mayor riesgo. 3.- Con igual rozamiento. Este
procedimiento es el ms sencillo y el ms rpido y requiere que
cualquier ramal del sistema, independientemente del gasto que
circule, tendr la misma prdida de presin por unidad de longitud.
Para este mtodo partiendo del rozamiento resulta la ecuacin
siguiente:
3740
11
.nn
QQ
=
En dnde: n Dimetro a calcular 1 Dimetro principal de ramal. (El
que conduce la totalidad del aire que maneja el sistema) Qn Flujo
volumtrico del tramo considerado Q1 Gasto total del sistema. (Flujo
volumtrico total del sistema en ft3/min.) Las velocidades para la
circulacin del aire recomendadas en las redes de ductos son: Hasta
800 ft3/min. Para instalaciones muy silenciosas De 900 1000
ft3/min. Para instalaciones silenciosas De 1000 1500 ft3/min. Para
instalaciones comerciales De 1500 2200 ft3/min. Para instalaciones
industriales El fin del clculo para redes de flujo es determinar:
a) La seccin de cada uno de los diferentes tramos para su
construccin. b) Estimar el peso del material necesario para la
construccin de la red, para
conocer su costo y considerar esta carga. c) Para determinar la
prdida por rozamiento y as seleccionar el ventilador. d) Para
determinar la cantidad de material aislante trmico e
impermeabilizante
para cubrir los ductos. Esto es muy importante ya que hay que
tener en cuenta la transmisin de calor que afecta el estado
psicromtrico del aire. El impermeabilizante es fundamental en
lugares hmedos para evitar la condensacin y produccin de gotas que
daara muros y plafones.
-
56
Clculo de una red de ductos. En un local comercial se requiere
para su acondicionamiento de una circulacin de 20000 ft3/min,
necesitndose 6 puntos de inyeccin, cuyos volmenes indican a la
figura indicndose tambin la longitud de cada tramo.
Ducto No. CFM %
Ramal (in)
Lado a (in)
Lado b (in)
Calibre Lb/ft L (ft) Lb
Perimetra (ft2/ft)
Forro de
ramal (ft2)
1 20000 100 50 62.5 41.6 20 30.7 20 614 17.33 346 2 5000 25 30
37.5 25 22 15.8 15 237 10.41 156
3 15000 75 50 62.4 41.6 20 23.5 35 822.5 17.33 606.55 4 4000 20
30 37.5 25 24 14.75 10 147.5 10.41 104.1 5 1000 5 10 12.5 8.33 26
7.6 15 144 3.47 52.05 6 3000 15 20 25 16.66 26 13 20 260 6.94 138.8
7 11000 55 40 50 33.33 24 21 40 840 13.88 555.2 8 4000 20 30 37.5
25 24 15 50 750 10.41 520.5 9 7000 35 30 37.5 25 24 19 20 380 10.41
208.2 10 3500 17.5 20 25 16.66 26 14 30 420 6.94 208.2 11 3500 17.5
20 25 16.66 26 14 30 420 6.94 208.2
1
2
3
6
4
5
10
7
8
11
9
-
57
Clculo de las prdidas por rozamiento para la seleccin del
ventilador en el sistema. Consideraciones - Prdidas en filtros para
aire exterior a condiciones normales 500 ft/min. 0.3 hs 0.4 in de
H2O - Para serpentines de refrigeracin Hasta 6 hileras 0.25 hs 0.5
in de H2O De 6 a 10 hileras 0.5 hs 0.65 in de H2O - Para
serpentines de calefaccin De 1 a 2 hileras 0.2 hs 0.4 in de H2O -
Lavadoras
500 ft/min hs = 0.25 in de H2O - Para lavadoras especiales 3
bancos de roceadores hs = 0.3 in de H2O - Ductos Toma de aire
exterior Inyeccin Retorno Descarga al exterior - Compuertas o
deflectores 0.2 hs 0.3
-
58
REFRIGERACIN
Refrigeracin es el proceso termodinmico mediante el cual se
reduce la temperatura de un cuerpo o un espacio determinado
quitndole una parte del calor natural. Comnmente la refrigeracin es
la mecnica y consiste en comprimir algn gas o refrigerante para
despus exprimir o consumir en su expansin el calor que contiene.
Sistema de Refrigeracin Mecnico. El sistema de refrigeracin mecnico
consiste de las siguientes etapas: a) Comprensor b) Condensador c)
Recipiente de refrigerante d) Vlvula de expansin e) Evaporizador f)
Espacio local a enfriar
c
4
d
b
3
f
a
1 2
e
P
h
Qf
Qa 4
2
3
-
59
Refrigeracin por Absorcin Aqu se emplea un pequeo mechero de
gas, petrleo o aceite para producir el calor y la presin que
necesita el sistema. Refrigerantes Un refrigerante es cualquier
compuesto qumico que se usa para absorber, transmitir y ceder calor
en el proceso de refrigeracin. Tambin se puede usar como
refrigerante el agua o el aire, sin embargo no son tan eficientes
como algunos refrigerantes qumicos que absorben el calor con mayor
facilidad por evaporacin a temperaturas bajas y lo ceden con la
misma facilidad por condensacin. Caractersticas de un buen
Refrigerante. 1. Calor latente de evaporacin elevado 2. Punto de
ebullicin bajo a la presin atmosfrica 3. Presin y temperatura de
condensacin 4. No ser perjudicial 5. No ser inflamable y explosivo
6. No ser corrosivo con los metales 7. No debe perjudicar a los
aceites lubricantes 8. Debe poseer una composicin qumica estable 9.
Debe ser fcil de identificarse cuando se fugue. 10. De costo bajo
Refrigerantes Usados El amoniaco (NH3) se usa mucho en las grandes
instalaciones industriales y comerciales, es txico y por motivos de
su accin corrosiva se usar en partes que no sean de cobre o
aleaciones de cobre. El anhdrido carbnico C(OH)2 fue usado por
mucho tiempo como un refrigerante de seguridad, la exposicin a l en
un espacio cerrado no es peligroso a excepcin cuando hay
concentraciones altas. La familia de los hidrocarburos
fluoroclorados, llamados freones o genetrones, que se usan mucho
actualmente en unidades pequeas y medianas como por ejemplo: el
triclorotrifluorometano CCl3F3 (F 11), diclorofluorometano CCl2F2
(F 12), Monoclorodifluorometano CHClF2 (F 22), Triclorometano (F
113) Para trabajos industriales es usado el butano C4H12, el
propano C3H8 y a bajas temperaturas el etano C2H6. Todos estos
refrigerantes se han estado aplicando bastante, sin embargo por
motivos de la destruccin de la capa de ozono por su alto uso de
estos compuestos, hoy en da en el mercado existen refrigerantes que
no son del tipo de los fluorocarbonados como los artrones que no
daan la capa de ozono.
-
60
En teora una Lb de refrigerante que pase por una vlvula de
expansin y circula despus por el evaporador debera absorber una
cantidad de calor igual a su calor latente de evaporizacin pero al
pasar por la vlvula de expansin sufre un cambio brusco de presin y
por lo tanto su punto de ebullicin, habiendo una evaporacin sbita
de una parte de ese refrigerante, el cual transformado en vapor ya
no absorbe calor al circular por el evaporador. Se conoce como
refrigerante evaporado a la parte de ste que cambia de estado
lquido a vapor inmediatamente despus de la vlvula de expansin y se
calcula por:
12
14
fg
ffE
LBP
LBPLgAPE
hhhh
R%
hhh
R%
=
=
Dnde: hLAP Calor de lquido a alta presin hLBP Calor de lquido a
baja presin hLSP Calor latente de evaporizador Efecto Refrigerante
Es la cantidad de calor que absorbe efectivamente una Lb de
refrigerante a su paso por el evaporador y se calcula como:
( )[ ] ( )
LBPTBP
LBPLBPLSP
hHERhRE%hRE%hER
=== 1
P
h
4
2
3
BP
AP
4
1 2
3
-
61
Ejemplo: Un sistema de refrigeracin necesita 10 TR, operando con
refrigerante R12 a 28F de succin y 96F de descarga. Calcule la
cantidad de refrigerante evaporada que pasa por la vlvula de
expansin; el peso del refrigerante que debe circular y el volumen
de vapor que se producir en el evaporador. A la temperatura de
descarga: hfAP=30.18Btu/Lb A la temperatura de succin:
hfBP=14.32Btu/Lb hfgBP=67.07tu/Lb
( )[ ] ( )( ) Lb/Btu..x.ER
hRE%hRE%hER
..
..h
hhR%
LBPLBPLSP
LBP
LBPLgAPE
215107672364011
236400767
32141830
====
===
El flujo volumtrico requerido de refrigerante ser:
min/ft.
mV
ft/Lb.
min/Lb.ER
Qm
)ER(mQ
r
r
r
r
r
3
3
38021
39021
392151
10
====
====
&&
&
&
-
62
RENDIMIENTO VOLUMTRICO PARA COMPRESORAS RECIPROCANTES OPERANDO
CON R-12 R.C V 2 77.5 2.2 76.9 2.4 76.2 2.6 75.3 2.8 74.5 3.0 73.7
3.2 72.9 3.4 72.0 3.6 71.3 3.8 70.4 4.0 69.6 4.2 68.8 4.4 68.0 4.6
67.2 4.8 66.4 5.0 65.5 5.2 64.8 5.4 64.0 5.6 63.3 5.8 62.5 6.0 61.9
Volumen de vapor producido en el evaporador
V = ------------------------------------------------------------
Desplazamiento de la compresora P abA R.C.= ---------- P abB Para
determinar la T succin, se considera que debe de ser de B a 10 F
debajo de la que se desea obtener en el medio por enfriar. En
unidades preconstruidas los fabricantes dan el valor de Ts y el del
fluido por enfriar. P/ T COND. Es necesario conocer el medio de
condensacin como enfriamiento por: a) Aire FcondenEleTbsT ENTCOND
10..var ++=
-
63
b).- Enfriamiento por medio de agua. Para el caso de
enfriamiento de los condensadores por agua, hay dos casos, el
primero muy limitado, que cuando se dispone de agua en abundancia
para la condensacin, como es el caso de barcos o plantas instaladas
a la orilla del mar o rios, aqu la temperatura de condensacin ser
de 20 F arriba de la temperatura media del agua disponible en
verano. En la mayora de los casos el agua es cara, por lo que se
debe recircular, requirindose enfriarla por las torres de
enfriamiento. En una torre de enfriamiento, el factor determinante
es la Tbh del aire que circula por ella, enfrindose rociada hasta
10 F arriba de la Tbh mencionada. Considerando que los
condensadores enfriados por agua se disean para una elevacin de la
temperatura del agua que circulapor ellos, de 10 F, la temperatura
de condensacin es:
FTbhTFCondenElevacinFTbhT
COND
COND
3010.....10
+=+++=
-
64
Problema.- Se desea enfriar 10 000 L/hr de agua de 80 F a36 F
por un sistema de refrigeracin, que va a ser enfriado por agua la
que a su vez circulara por una torre de enfriamiento. El aire del
medio ambiente exterior est a 100 F b.s. y 80 F b.h. Calcular las
rpm a que debe trabajar una compresora de 2 cilindros de 4 plg de
dimetro por 5 plg de carrera manejando amoniaco para obtener el
enfriamiento.
3
lg5lg
..2?
80100
3680
...10000
NHpL
apCIlindros
rpmFTbhFTbs
FTFT
AguahrLV
==
===
===
&
FTdFTs1103080
261036=+===
Capacidad de la unidad ( )
FLbBtuCp
hrLb
kgLb
hrkgm
mkg
Lm
hrLm
VmTTCpmQ
a
ifaa
1
22026454.0
10000
10001000110000 3
3
=
==
==
=
&
&
&&&
( )
hrBtuQ
BtuQ
FFlb
BtuhrlbQ
969144
min16152
8036
122026
=
=
=
Efecto Refrigerante E.R. ( )
LbBtuER
hhhREREhhRE fAPTBPfBPfBPfBP
4.452
61940167%1%..
=====
-
65
Flujo msico del refrigerante rm&
min7.35
4.452
min16152
.Lb
LbBtu
Btu
REQmr ===&
Flujo volumtrico del refrigerante rV&
min63.186
1913.0
min7.35 3
3
ft
ftLb
lbm
Vr
r === && A
31913.0
26
ftlb
FTs
r ==
Relacin de compresin
49.49.54
247. ===abB
abA
PPCR
Eficiencia volumtrica V
Con R.C.=4.49 6.67==DV
V
& Para R-12. Para el NH3 se aumenta 10% de los datos de la
tabla
%36.74= V Desplazamiento de la compresora, D.
minlg436880
7436.01
lg12min
18833
333
pftpft
D ==
-
66
Cilindrada: V
( ) 322
lg6.1255442
4
pV
LALV
==
==
Revoluciones por minuto, rpm
3
3
lg6.125min
lg436850..
p
p
VDmpr == =3476 rpm.
-
67
Problema.- Una planta pasteurizadora de leche desea enfriar 300
l/min de 30 C a 2 C. El calor especfico es de 0.95 y el peso
especifico de 0.97, calcular: las dimensiones que debe tener la
compresora de cuatro cilindros, trabajando a 750 rpm para producir
el enfriamiento deseado, cuando la temperatura de succin es de 22 F
y la de descarga es 98 F.
LECHE
97.095.0
240
min300
=====
Cp
cTCTi
LV
f
L&
Compresora
4 cilindros
FTdFTsrpm
9822
750
===
Calor a extraer de la leche Q
( )
min18.41652
1046.35
95.0min
641
min641
454.01970
10001
min300 2
3
BtuQ
FFLb
BtuLbQ
Lbm
kgLb
mkg
cmLVm
TCpmQ
L
LLL
LLL
=
=
=
===
&
&&
&
Porcentaje de refrigerante evaporado, % R.E.
%2672.67
1367.30..% ===fgB
fBfA
hhh
ER
Efecto refrigerante E.R
-
68
( ) ( )LbBtuhERRE fgB 5072.6726.01..%1. ===
Flujo msico del refrigerante, rm&
min832
50
min18.41652
.Lb
LbBtu
Btu
REQmr ===&
Flujo volumtrico del refrigerante rV&
min6.899
9251.0
min832 3
3
ft
ftlb
lbmV
r
rr ===
&&
Relacin de compresin R.C.
42.315.37
188.. ===abs
abd
PPCR
Eficiencia Volumtrica r
Con R.C. de la tabla %72=r Desplazamiento de la compresora,
D
min5.1249
72.06.899 3ftVD
r
r === &
Cilindrada v
ALV =
Si w=750rpm y VD=
333
3
3
lg28781
lg172866.1
12
min750
min5.1249
pft
pft
revradrev
ftDV ====
Tambin
-
69
44
lg27884 2
3
p
AVL
ALV
===
Y suponiendo L=1.2D
( )lg11
lg14.92.1
27883
pLp
===
-
70
3.-Carga trmica de los productos Los productos a conservar
llegan a temperatura ambiente o superior a ella segn el medio de
transporte. Para el caso de ver o comer a la temperatura del animal
cuando est vivo, por lo que hay que bajar hasta la temperatura de
conservacin, haciendolo den periodos de 12 a 20 horas, absorviendo
el equipo de refrigeracin esta cantidad de calor que se calcula
con:
TmCpQ = 4.- Equipo Alumbrado De descarga y carga Para vitrinas
refrigeradas para supermercado, llevan una carga de alumbrado, lo
cual se calcula
WattsQ 1415.3= 5.- Efecto solar. El clculo es el mismo que para
aire acondicionado
-
71
Problema.- U sistema de acondicionamiento de aire necesita un
serpentn de 7 hileras, con 20 ft2 de rea de paso, con aire de
entrada de 85F bs y 76F de b.h y con las condiciones de salida de
51.6F bs y 51F bh. Seleccionar la compresora considerando la
temperatura de succin la correspondiente a 40F y la descarga de
96F. La velocidad de la compresora debe ser de 1450rpm. Determinar
las dimensiones, siendo L01.20 con c/cilindros.
7 Hileras tubo
DLrpmFTdFTsFTbhFTbs
FTbhFTbs
ftA
i
i
2.11450
9640
516.51
7085
20
0
0
2
========
=
4 cilindros Calor que puede extraer la unidad Q
FTbhFTbs
i
i
7085
==
FTbhFTbs
516.51
0
0
==
El calor que puede eliminar este serpentn es:
229450 hrftBtu
AQ =
Con Ap=20ft2
hrBtuft
hrftBtuQ 5890002029450 22 ==
Porcentaje de refrigerante evaporado, % R.E.
%2071.65
1718.30..% ===fgB
fBfA
hhh
ER
Efecto refrigerante E.R
-
72
( ) ( )LbBtuhERRE fgB 56.5271.652.01..%1. ===
Flujo msico del refrigerante, rm&
min186
min11206
56.52
min589000
.lbLb
LbBtu
Btu
REQmr ====&
Flujo volumtrico del refrigerante rV&
min147
263.1
min186 3
3
ft
ftlb
lbmV
r
rr ===
&&
Relacin de compresin R.C.
4.268.515.124.. ===
abs
abd
PPCR
Eficiencia Volumtrica r
Con R.C. de la tabla %2.76=r Desplazamiento de la compresora,
D
min193
762.0147 3ftVD
r
r === &
Cilindrada v
2.1
2.14
4
3
2
2
VV
LV
===
revp
revft
rev
ftDV
33
3
lg8.229133.0
min1450
min193
====
-
73
2.1lg8.229 33 p=