Apuntes de Ciclos

7/25/2019 Apuntes de Ciclos

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Ciclos de climatizacinAutores: Fernando Domnguez Muoz, Antonio Carrillo Andrs

1.- Introduccin

Un ciclo de climatizacin es una combinacin de procesos sicromtricoselementales cuya finalidad es mantener la temperatura y la humedadrelativa requeridas en uno o varios espacios, y garantizar la calidad del aireinterior proporcionando un nivel adecuado de ventilacin. En este tema seestudia la sicrometra de los ciclos de climatizacin bsicos.

De manera espontnea, los diferentes espacios que componen un edificio ganan ypierden calor y humedad. Por ejemplo:

La temperatura en un espacio lleno de ordenadores tiende a aumentar aconsecuencia del calor que disipan

La temperatura de una vivienda en invierno tiende a descender a consecuenciade las prdidas de calor a travs de los cerramientos exteriores y de la entradano intencionada de aire exterior a travs de pequeas aperturas (infiltracin)

Las humedades absoluta y relativa en una sala de cine tienden a aumentar aconsecuencia del vapor de agua exhalado por las personas

La humedad relativa en una vivienda en un clima fro en invierno puede llegar aser muy baja a consecuencia del bajo contenido de vapor de agua del aireexterior

etc.

Para mantener las condiciones interiores dentro de los lmites del confort, o de loslmites requeridos por la aplicacin (museos, industria, etc.), suele ser necesaria la

intermediacin de un sistema mecnico que compense las tendencias naturales,aportando energa a un espacio cuando la pierde (calefaccin) o retirndola cuando lagana (refrigeracin), y reponiendo (humidificacin) o retirando (deshumidificacin)vapor de agua. Estas necesidades se han formalizado previamente mediante elconcepto de carga trmica:

La carga sensiblees la potencia trmica que hay que aportar (calefaccin) oretirar (refrigeracin) de un espacio para mantener la temperatura seca del aireen el valor deseado

La carga latente es la potencia que hay que emplear para condensar elexceso de humedad (deshumidificacin) o evaporar el defecto de humedad(humidificacin) de un espacio para mantener la humedad relativa en el valordeseado

La funcin principal de un sistema de climatizacin es satisfacer las cargas de cadazona del edificio al que sirve. Esto puede hacerse de muchas formas, lo que da lugar alos diferentes sistemas de climatizacin que se estudiarn posteriormente. En estetema se introduce una familia de sistemas denominados todo aire, los cualesacondicionan una o varias zonas haciendo circular por las mismas una corriente deaire (figura 1). El caudal, la temperatura y la humedad absoluta del aire de impulsinque recibe cada zona sern los adecuados para satisfacer sus cargas sensible ylatente. La idea es sencilla, ver figura 1:

La zona pierde energa: se impulsa aire caliente (modo calefaccin) La zona gana energa: se impulsa aire fro (modo refrigeracin) La zona pierde humedad: se impulsa aire hmedo (humidificacin)


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La zona gana humedad: se impulsa aire seco (deshumidificacin)

El problema est en ajustar las condiciones de impulsin para mantener exactamentelas condiciones deseadas, evitando que la temperatura y la humedad de la zonaaumenten o disminuyan.

Figura 1Zona acondicionada por un sistema todo aire, y convenio de signos para las

cargas trmicasNormalmente un espacio demandar calefaccin en invierno y refrigeracin en verano.No obstante, es bastante frecuente encontrar espacios que requieren refrigeracindurante todo el ao, incluido el invierno. Los motivos son elevadas cargas internas y/oganancias solares: estudios de televisin, centros de clculo, zonas interiores deedificios de oficinas, edificios vidriados sin protecciones solares, etc. En el otroextremo, es muy extrao encontrar espacios que requieran calefaccin durante elverano.

El aire de impulsin se prepara en un sistema de climatizacin, que podr prestarservicio a una nica zona (sistema unizona) o a varias zonas simultneamente

(sistema multizona). En la figura 2 se representan dos posibles formas de conectaruna zona con un sistema.

Figura 2Dos posibles conexiones del sistema con la zona

En el esquema de la figura 2(a), todo el aire impulsado procede del exterior (100% aireexterior). La climatizadora modifica la temperatura y la humedad del aire desde lascondiciones exteriores hasta las requeridas para acondicionar la zona. Un ventiladormueve el aire por los conductos y a travs de la climatizadora, y lo introduce en eledificio. El esquema de la figura 2(b) se diferencia del anterior en que el aire que tratala climatizadora procede ntegramente del local (100% aire recirculado). En este casoel aire circula por un bucle cerrado.

La opcin todo aire exterior proporciona una excelente calidad del ambiente interior,


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pero a cambio de un elevado consumo energtico anual por tener que acondicionarcontinuamente aire en condiciones exteriores (esto puede mitigarse con unrecuperador). La opcin todo aire recirculado reduce considerablemente el consumoenergtico, pero degrada enormemente la calidad del aire interior porque no hay formade eliminar los contaminantes que se generan en la zona (CO2, olores, sustanciaspeligrosas, etc.)

Los esquemas anteriores nicamente se utilizan como tales en aplicacionesespeciales1. En la mayora de los casos se combinan como se muestra en la figura 3:parte del caudal de retorno se renueva y el resto se recircula. Esta solucin asegura lacalidad del ambiente interior sin comprometer el consumo energtico. La cantidad deaire renovado (ventilacin) depende del tipo de actividad que se realiza en la zona, yviene legalmente prescrita por el RITE [1].

Figura 3Sistema todo-aire de caudal constante con recirculacin

El sistema de la figura 3 se denomina sistema bsico unizona, o sistema todo-airede caudal constante con recirculacin. El objetivo principal de este tema es estudiar lasicrometra de este sistema, concretamente:

1. Definir la secuencia de procesos sicromtricos que tienen lugar en el interior dela climatizadora,

2. Calcular el estado del aire (caudal, temperatura y humedad) en cada punto delciclo.

A partir de esta informacin pueden calcularse las cargas en la climatizadora, es decirla potencia trmica de calor y/o de fro que demanda para cumplir su cometido. Este

resultado sirve para dimensionarla. Los conceptos que se adquieran estudiando estesencillo sistema sern aplicables a otros sistemas de climatizacin ms complejos.

Para terminar esta introduccin, es conveniente hacer un breve comentario sobre lautilidad prctica de un sistema todo-aire unizona. Es limitada, ya que la mayora de losedificios constan de varias zonas y su climatizacin se resuelve con esquemas msadecuados . No obstante, en algunos casos el sistema de la figura 3 es una buenasolucin:

Para climatizar zonas de un edificio que tengan un horario y unas condicionesde uso muy diferentes del resto: salones de actos, comedores de colegios,

1 La configuracin 2(b) puede asimilarse a un ventilo-convector (fan-coil) sirviendo a una zonay sin toma de aire primario; es muy frecuente en la prctica.


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salas de juntas, etc. Este tipo de recintos suelen climatizarse por separado,con un sistema unizona

Para climatizar zonas con requisitos especiales, como el control simultneo detemperatura y humedad (piscinas, laboratorios, depsitos de explosivos, etc.),y zonas con grandes necesidades de ventilacin

En edificios multizona climatizados con sistemas hidrnicos (fan-coils), dondepuede utilizarse un sistema de caudal constante para tratar y distribuirexclusivamente el aire de ventilacin.

2 Contenidos y metodologa

La metodologa bsica se resume en el esquema de la figura 4.

Figura 4Pasos para resolver el ciclo

Los datos de partida son:

1. Condiciones exteriores: presin atmosfrica (depende de la altitud de lalocalidad), temperatura seca y contenido de humedad del aire exterior2. Cargas sensible y latente de diseo, calculadas aplicando alguno de los

mtodos reconocidos.3. Caudal mnimo de ventilacin, fijado por el RITE [ 1] en funcin del tipo de

actividad

Adems de los datos anteriores, hay que tener en cuenta que el aire aumentar sutemperatura al pasar por el ventilador, y que ganar o perder calor en el plenum yen los conductos de impulsin y retorno. La manera de tratar estos fenmenos secomentar en el apartado 4, pero al final se concretan en un dato ms:

4. Cambio en la temperatura del aire a su paso por el ventilador, por el conductode impulsin y por el retorno


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La resolucin del ciclo comienza por la zona:

1. Calcular las condiciones de impulsin a partir de las cargas, apartado 3

Sigue por la caja de mezcla:

2. Calcular las condiciones de entrada a la climatizadora (mezclaen la figura 3) apartir de la relacin entre el caudal de ventilacin y el caudal de retorno,apartados 5 y 6

Definidas las condiciones de entrada y de salida de la climatizadora, hay que:

3. Plantear una secuencia de procesos sicromtricos elementales que lleve al airedesde las condiciones de mezcla hasta las de impulsin, apartados 5 y 6

Una vez se conozcan los ciclos y la metodologa anterior, en el apartado 7 se harn

algunos comentarios finales para comprender mejor el tema de la seleccin de lascondiciones exteriores.

3 Recta de operacin del local

3.1 Condiciones de impulsin

El aire de impulsin experimenta una transformacin desde las condiciones deimpulsin (IMP) hasta las condiciones de retorno (RET), como se muestra en elejemplo de la figura 5. La recta que une los puntos de impulsin y de retorno sedenomina recta operativa del local o recta de maniobra.

Figura 5Ejemplo del proceso sicromtrico que tiene lugar en el local

La potencia total puesta en juego en esta transformacin viene dada por la diferenciade entalpas entre ambos estados:

retimpimptotal hhmP (1)

La ecuacin anterior puede descomponerse de manera aproximada en un trmino

vinculado nicamente al cambio de temperatura (calor sensible) y otro vinculadonicamente al cambio en el contenido de humedad (calor latente), ver Pinazo [ 2]:


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total s L imp p imp ret imp fg imp ret P P P m c T T m h w w , (2)Se supone que el aire de la zona est bien mezclado, de manera que las condicionesde retorno sern las mismas que la de la zona

total s L imp p imp zon imp fg imp zonP P P m c T T m h w w , (3)En las ecuaciones anteriores:

cp Calor especfico del aire = 1,024 [kJ/kgK]

hfg Calor latente de cambio de fase del agua = 2500 [kJ/kg]

himp Entalpa del aire de impulsin [kJ/kg]

hret Entalpa del aire de retorno [kJ/kg]

mimp Caudal de impulsin [kg/s]

PL Potencia latente cedida (+) o ganada (-) por el aire de impulsin [kW]Ps Potencia sensible cedida (+) o ganada (-) por el aire de impulsin [kW]

Ptotal Potencia total cedida (+) o ganada (-) por el aire de impulsin [kW]

Timp Temperatura de impulsin [C]

Tret Temperatura de retorno [C]

Tzon Temperatura de la zona [C]

wimp Humedad absoluta del aire de impulsin [kg agua/kg aire seco]

wret Humedad absoluta del aire de retorno [kg agua/kg aire seco]

wzon Humedad absoluta del aire de la zona [kg agua/kg aire seco]

Como se dijo en la introduccin, para mantener las condiciones deseadas en la zonala transformacin (3) no puede ser cualquiera. La combinacin de caudal (m imp),temperatura (Timp) y humedad absoluta (wimp) del aire de impulsin que recibe la zonadebe ser la adecuada para combatir sus cargas sensible Qs y latente QL. Es decir,debe verificarse que:

s s imp p imp zonP Q m c T T , (4)

L L imp fg imp zonP Q m h w w , (5)Como se conocen las cargas y la temperatura y humedad de la zona, en lasecuaciones (4) y (5) quedan tres grados de libertad: el caudal, la temperatura y lahumedad absoluta de impulsin. Pueden diferenciarse dos alternativas:

1. Sistemas de caudal constante: el caudal de impulsin (mimp) es constante, yla temperatura y la humedad absoluta de impulsin se ajustan para satisfacerlas cargas.

s

imp imp zon

imp p

Qm constante T T

m c

2. Sistemas de caudal variable: la temperatura (Timp) y la humedad absoluta(Wimp) de impulsin se mantienen constantes, variando el caudal en la cuantanecesaria para satisfacer las cargas.


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( )

s

imp imp

p imp zon

QT constante m

c T T

La opcin de caudal constante es tpica de sistemas unizona, mientras que la de

caudal variable lo es de los multizona. El sistema de la figura 3 es de caudalconstante, de manera que se fijar el caudal de impulsin y se calcularn lascondiciones de impulsin a partir de las cargas.

En este punto conviene aclarar la siguiente terminologa:

Un local se encuentra en modo de calefaccin cuando para mantener sutemperatura hay que impulsar aire a mayor temperatura que el aire del local(Timp>Tzon)

Un local se encuentra en modo de refrigeracin cuando para mantener sutemperatura hay que impulsar aire a menor temperatura que el aire del local(Timp


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Tabla 1 Condiciones interiores de diseo, referencia [ 1]

EstacinTemperaturaoperativa C

Humedadrelativa %

Invierno 2123 4060

Verano 2325 4560

Ntese que los requisitos de la tabla 1 se refieren a la temperatura operativa, no a latemperatura seca del aire. Conviene aclarar este punto. El sistema de climatizacin secontrola para mantener la temperatura seca de la zona. No obstante, la sensacintrmica de las personas depende de la temperatura operativa, que esaproximadamente la media aritmtica entre la temperatura seca y la temperaturamedia de las superficies de la zona. En un local con una o varias superficiesdemasiado fras o calientes (ventanas de baja calidad, cerramientos mal aislados, etc.)puede darse el caso de que la sensacin trmica de los ocupantes sea mala an

manteniendo la temperatura seca en un valor adecuado. Este tipo de situaciones estnrelacionadas con un mal diseo del edificio y difcilmente se resuelven modificando latemperatura del aire. Por esta razn, se supondr que este problema no ocurre y quela temperatura operativa no se diferenciar demasiado de la temperatura del aire.

En la mayora de las aplicaciones especiales las condiciones interiores son diferentesde las de la tabla 1 y no dependen de la estacin: piscinas (temperatura 25 a 30C,humedad relativa


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demasiado pequeo tiene consecuencias muy perjudiciales:

1. La temperatura de impulsin es demasiado baja, lo que provoca disconfort2. Pueden aparecer condensaciones en la superficie exterior de los conductos y

en los elementos de difusin en el local3. La difusin de aire en el local puede verse perjudicada4. El tiempo de reaccin del sistema a cambios en las condiciones del local es

menor

La regla de diseo habitual para aplicaciones de confort es tomar un diferencial detemperatura (Tref) entre 8 K y 12 K para el funcionamiento en condiciones de diseode verano. El caudal de impulsin se obtiene despejando de la ecuacin (4):

,s ref

imp

p ref

Qm

c T

. (7)

PASO 4. Comprobar que el caudal de impulsin sea mayor que el caudal deventilacin.

Obviamente, si esta condicin no se cumple hay que aumentar el caudal de impulsinpara poder introducir la ventilacin requerida en el edificio

PASO 5. Comprobar que el nmero de renovaciones/hora es razonable

El nmero de renovaciones hora del local debe estar comprendido entre 4 ren/h y 10ren/h, lo que asegura una buena distribucin del aire en el espacio y una respuestarpida del equipo ante variaciones en las condiciones de la zona.

PASO 6. Comprobar que el diferencial de temperatura en invierno (Timp

Tz) esrazonable

Como el sistema es de caudal constante, el caudal obtenido de la ecuacin (7) seaplicar tambin en modo calefaccin. En este caso hay que comprobar que eldiferencial de temperatura en calefaccin sea menor de 12 K (seran aceptablesdiferenciales bastante bajos, del orden de 4 K):

,12

s cal

cal

p imp

QT

c m

K (8)

La temperatura de impulsin en modo calefaccin nunca debe ser mayor de 35C.

3.2 Factores de calor sensible y latente

El factor de calor sensible de la zona se define como el cociente entre la cargasensible y la carga total, suma de las cargas sensible y latente:

se nsible

zon

sen sib le l atent e

QFCS

Q Q

(9)

De forma anloga, el FCS del equipo es el cociente entre la potencia sensible y la

potencia total que combate:


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se nsible

eqp

sen si bl e l at en te

PFCS

P P

(10)

Obviamente, ambos FCS sern iguales cuando el equipo controle la temperatura y lahumedad de la zona, ya que las potencias cedidas se ajustarn para equilibrar las

cargas. Fsicamente, el FCS es el porcentaje de la potencia total que se destina acontrolar la temperatura seca. Los valores extremos de este factor adimensional sonlos siguientes:

FCS = 1Toda la carga es sensible. El equipo slo enfra o calientaFCS = 0Toda la carga es latente. El equipo slo humidifica o deshumidifica

En la mayora de las aplicaciones el FCS tiene un valor alto, entre 0.7 y 0.9, ya que lacarga sensible es mayoritaria. En aplicaciones con grandes niveles de evaporacin,como pueden ser las piscinas, el FCS desciende hasta valores entre 0.2 y 0.4. El valordel FCS tiene consecuencias sobre el diseo del equipo, ya que condiciona el tipo debatera a utilizar. Por ejemplo, la batera de deshumidificacin de una climatizadorapara piscinas (FCS bajo) debe estar diseada para condensar y evacuar con rapidezgrandes cantidades de agua (necesita mayor espacio entre aletas y ms filas detubos).

El complemento del FCS es el factor de calor latente (FCL):

1latente

sen si bl e l at en te

QFCL FCS

Q Q

(11)

Utilizando las expresiones (1) y (4), y suponiendo que el local se encuentra en modorefrigeracin, la ecuacin (9) puede reescribirse como:

impmFCS

p zon imp

imp

c T T

m

zon imph h (12)

Utilizando las ecuaciones (5) y (11), y suponiendo que el local precisadeshumidificacin, el FCS tambin puede escribirse como:

1 1 zon imp

zon imp

w wFCS FCL

h h

. (13)

Ntese que los factores de calor sensible y latente no dependen del caudal de airetratado. Conocidas las cargas o localizadas las condiciones del local y de impulsin,puede determinarse el FCS. En la parte superior izquierda del diagrama sicromtricode ASHRAE aparece un semicrculo (figura 7a) que permite dibujar lneas con un FCSdeterminado. En la figura 7b se muestra cmo utilizarlo.


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Figura 7(a) Semicrculo del FCS en el diagrama de ASHRAE

Figura 7(b) Ejemplo sobre cmo localizar la recta operativa del local a partir de lascondiciones en el local y el FCS. El punto de impulsin estar sobre la lnea dibujada.

3.3 Ejemplo

El siguiente ejemplo muestra cmo aplicar los conceptos anteriores a un problemareal.

Ejemplo 1: Clculo de las condiciones de impulsin

Se desea climatizar un pequeo saln de actos utilizando un sistema todo aire decaudal constante. Las caractersticas y condiciones de diseo de la zona son lassiguientes:

Ubicacin = Madrid (altitud = 582m, presin atmosfrica = 94.53 kPa)Dimensiones de la zona= 20m x 20m x 4m

Ocupacin mxima = 120 personasCondiciones interiores de diseo en invierno = temperatura seca 22C, HR 50%


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Condiciones interiores de diseo en verano = temperatura seca 24C, HR 50%Carga punta sensible de calefaccin = 15 kWCarga punta sensible de refrigeracin = 25 kWCarga punta latente (invierno y verano) = 7 kW, deshumidificacinRenovaciones hora mnimas = aproximadamente 6 ren/h

Determinar el caudal y las condiciones de impulsin para invierno y para verano.Calcular los factores de calor sensible y latente, y representar la recta operativa dellocal en el diagrama sicromtrico1.

El caudal de impulsin viene determinado por la mayor carga, que en este caso es lasensible de refrigeracin (es lo habitual). Empezamos seleccionando una temperaturade impulsin de 14C, lo que supone un diferencial de 10C respecto a la zona. De laecuacin (7) se obtiene un primer valor para el caudal de impulsin:

, 252,44 /

1,024 10

s ref

imp

p ref

Qm kg s

c T

Para validar este resultado deben hacerse dos comprobaciones:

Comprobacin 1: el caudal de impulsin debe ser mayor que el caudal de ventilacin.

Suponiendo que se requiere un ambiente interior de calidad IDA-2, ver RITE [ 1], elcaudal de ventilacin debe ser de 10L/spersona (no fumadores). En condiciones deocupacin mxima, la ventilacin requerida es de:

10 L/spersona * 120 personas = 1,20 m3/s

Hay que comprobar que este caudal es menor que el de impulsin. Como el caudal deimpulsin que se calcul anteriormente es msico [kg/s], para realizar la comparacinhay que convertirlo a volumtrico [m3/s]. Utilizando las condiciones del local, elvolumen especfico del aire a 24C, 50% HR y presin de 94.53 kPa es de 0,9167m3/kg (ver pantalla ejemplo de EES-PSYCH en la figura 8), de manera que el caudalvolumtrico de impulsin ser:

2,44 [kg/s] * 0,9167 [m3/kg] =2,24 m3/s > 1,20 m3/s

Esto demuestra que el caudal que mueve el ventilador es ms que suficiente paratransportar el caudal mximo de ventilacin que precisa la zona.

No pierda de vista que la localidad es Madrid, a 582 m de altitud. La presin total eneste lugar es menor que al nivel del mar, lo que modifica ligeramente el valor de laspropiedades sicromtricas. En el programa se define la presin total (ver figura 8), demanera que los valores calculados sern correctos. Si trata de dibujar los puntos sobre

1NOTA IMPORTANTE:Para calcular las propiedades sicromtricas de manera ms exacta, en todos los

ejemplos de este tema se ha utilizado el programa EES-PSYCH, que puede descargarse gratuitamentedesde la direccin de Internet . Valdra cualquier otro programa parecido. Si se utilizaEES-PSYCH, pueden aparecer problemas a consecuencia de la configuracin regional del ordenador.Este programa es norteamericano, de manera que utiliza el punto para los decimales y la coma para losmiles (en Espaa es al revs). A veces no se adapta bien a este cambio de formato y aparecenproblemas. Para resolverlos en Windows, debe ir al panel de control, buscar el icono configuracin

regional y de idioma, y seleccionar el botn personalizar. En esta pantalla debe modificar las opcionessmbolo decimal (debe ser punto) y smbolo de separacin de miles (debe ser coma).


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el diagrama sicromtrico convencional de ASHRAE, vlido para presin a nivel delmar, ver que los valores no encajan entre s. Por ejemplo, para unos valores detemperatura seca y humedad absoluta, la humedad relativa calculada por el programano se corresponde con la que aparece en el diagrama. Puede utilizar un diagramaestndar para otra presin (ASHRAE tiene uno para 750m) o un programa que genereun sicromtrico para una presin total determinada.

Figura 8 Pantalla de EES PSYCH, disponible en

Comprobacin 2. El nmero de renovaciones hora debe estar comprendido entre 4ren/h y 10 ren/h.

El volumen de la zona es de 1600 m3. Un caudal volumtrico de 2,24 m3/s produce5,04 ren/h. Este valor est dentro del rango indicado, pero por debajo del mnimo de 6ren/h que piden en el enunciado, lo que obligara a aumentar el caudal de impulsin.

Para conseguir 6 ren/h se requieren:

331600 6 / 2,67 /

3600 /

m hm s

s h

En masa supone:3

3

2,67 /2,913 /

0,9167 /

m skg s

m kg

Con este nuevo caudal se recalcula la temperatura de impulsin para refrigeracin:

,

, ,

2524 15,62

2,913 1,024

s ref

imp ref z on verano

imp p

QT T C

m c

El nuevo diferencial con la zona es 24 15,62 = 8,38 C. Damos por bueno elresultado. Una vez fijado el caudal de impulsin, es necesario calcular la humedadabsoluta de impulsin necesaria para combatir las cargas latentes del local en modo


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de refrigeracin. La humedad absoluta del aire de la zona para el punto de diseo deverano (24C, 50% HR) es de 0,00998 kg/kg. Despejando de la ecuacin (5) seobtiene:

, ,

70,00998 0,00902 /

2,913 2500

L

imp ref zon verano

imp fg

Qw w kg kg

m h

Los clculos anteriores deben repetirse para el modo calefaccin. El caudal deimpulsin no cambia. Se calcula la temperatura de impulsin en modo calefaccin:

,

, ,

1522 27,03

2,913 1,024

s cal

i mp cal zon in vi erno

imp p

QT T C

m c

El diferencial con la zona es 27 22 = 5 C. La carga latente sigue siendo dedeshumidificacin, pues principalmente procede del vapor de agua exhalado por losocupantes. La humedad absoluta del local en el punto de diseo de invierno (22C-50% HR) es de 0,008825 kg/kg, de manera que la humedad absoluta requerida en laimpulsin ser de:

, ,

70,008825 0,007864 /

2,913 2500

L

im p cal zon in vi erno

imp fg

Qw w kg kg

m h

En la figura 9 se resumen los requisitos del local en condiciones de diseo decalefaccin y de refrigeracin. En el diagrama sicromtrico de la figura 10 se harepresentado la recta operativa del local (R.O.L.) en ambas situaciones. Los factoresde calor sensible y latente de la zona se recogen en la tabla 2.

Figura 9Impulsin y retorno en condiciones de diseo de verano e invierno

Tabla 2 Factores de calor sensible y latente de la zona ejemplo

CICLO S

S L

QFCS

Q Q

L

S L

QFCL

Q Q

INVIERNO 0,68 0,32

VERANO 0,78 0,22


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Figura 10 Recta operativa del local en condiciones de diseo de invierno y de verano

4 Ganancias y prdidas de calor parsitas

En los sistemas todo aire la temperatura de impulsin al local suele ser mayor que lade salida de la climatizadora, y la temperatura de retorno a la climatizadora mayor quela de la zona. Estas diferencias de temperatura pueden deberse a uno o varios de lossiguientes factores:

Incremento de temperatura que experimenta el aire al pasar por unventilador

Paso por el plenum y retorno por luminarias Ganancias/prdidas de calor en los conductos de impulsin y retorno

4.1Incremento de temperatura en el ventilador

La temperatura del aire siempre aumenta al pasar por un ventilador a consecuencia dedos efectos:

1. Compresin: El aumento de presin que tiene lugar en el ventilador llevaaparejado un incremento de temperatura

2. Ineficiencias: las prdidas mecnicas de los elementos de transmisin sedisipan en forma de calor. Adems, si el motor que acciona el ventilador estmontado en el interior del conducto, en contacto con la corriente de aire, elcalor que disipa pasar al aire y contribuir a incrementar su temperatura.

Estos efectos resultan en un incremento de temperatura de unos 1.2 K por kPa cuandoel motor est instalado fuera del conducto, y de unos 1.6 K por kPa cuando el motorest dentro.

Es conveniente aclarar que este incremento de temperatura se produce en el propioventilador, no por friccin en el conducto posterior. Dicho de otra manera, si elconducto que sigue al ventilador fuera perfectamente adiabtico, la temperatura delaire no cambiara a su paso por el mismo. Esto se debe a la accin simultnea de dos

fenmenos contrapuestos. Por un lado, la friccin del aire con las paredes delconducto y de venas de aire contiguas tiende a disipar energa cintica en forma deenerga trmica. No obstante, simultneamente el aire experimenta un enfriamiento


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porque se est expandiendo desde la presin esttica a la salida del ventilador hastala presin esttica en la zona (menor). El calentamiento por friccin y el enfriamientopor expansin se cancelan mutuamente.

Un ventilador montado en la impulsin afectar a la carga en la zona, disminuyendo lacarga de calefaccin y aumentando la de refrigeracin. Un ventilador montado en elretorno afectar de la misma manera a la carga en el sistema, pero no modificar lacarga en la zona (figura 11).

Figura 11:Efecto del incremento de temperatura de un ventilador segn su posicin

4.2 Plenum

El plenum es el espacio hueco que queda entre el forjado y el falso techo, y en Espaaes muy habitual utilizarlo para conducir el retorno hasta que sale de la zona, ver figura12. La alternativa es utilizar un retorno conducido.

Figura 12:Plenum y retorno por luminarias

La corriente de aire que circula por el plenum puede experimentar cambios en sutemperatura a consecuencia de:

1. El calor que intercambia con la zona a travs del falso techo y con la plantasuperior a travs del forjado

2. Si el retorno se hace por las luminarias, como se muestra en la figura 12, lacorriente de retorno retirar parte de la componente convectiva de la gananciapor iluminacin, que no llegar a afectar a la zona (no ser carga en la zona,

sino en el equipo)


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3. Incluso si no existe retorno por luminarias, parte de la energa trmica disipadapor las lmparas pasar al plenum a travs de la superficie de contacto entre laluminaria y el aire en el plenum.

Para resolver lo que sucede en el plenum de manera formal, es posible definirlo en elprograma de simulacin como una zona ms, y plantear el balance de energa en lamisma. Algunos datos tiles son:

Si se aplica retorno por luminarias, segn ASHRAE [ 3] la corriente de retornoretirar entre un 40% y un 60% de la ganancia convectiva por iluminacin. En lareferencia CIBSE [ 4] se citan valores de hasta un 80% para algunos productos.

Si no se aplica retorno por luminarias, en CIBSE [ 4] se dan datos orientativossobre la fraccin de la ganancia por iluminacin que pasa al plenum y a la zona:

1. Si la luminaria se monta empotrada en el plenum, entre el 40% y el 50% de laenerga disipada por las lmparas va hacia el plenum, el resto va a la zona

2. Si la luminaria se monta en la superficie del falso techo, entre el 5% y el 20%de la energa disipada por las lmparas va al plenum, el resto va a la zona

En estos casos, la ganancia que va a la zona deber descomponerse enconvectiva y radiante de acuerdo con el tipo de lmpara (fluorescente,incandescente, etc.).

4.3Ganancias o prdidas de calor en los conductos

El aire que circula por los conductos de impulsin y de retorno intercambia calor con elambiente que los rodea. Los conductos deben aislarse adecuadamente para reducir

estos intercambios. Conocida el rea de transferencia y el espesor de aislante, ysuponiendo una temperatura del aire que rodea al conducto, pueden estimarsefcilmente las ganancias/prdidas de calor.

Por otro lado, los conductos nunca estn perfectamente sellados, de manera quetienen lugar infiltraciones o exfiltraciones segn el sentido de la diferencia de presinentre el conducto y el exterior (ambiente). Para dar un orden de magnitud, el flujoinfiltrado/exfiltrado puede representar desde un 3% del caudal circulado para unconducto muy bien sellado, hasta un 10% al 20% del caudal circulado para un selladomenos cuidadoso (valores tomados de la referencia [ 5]).

5 Climatizadora en modo calefaccin (ciclo de invierno)

En este modo de operacin la temperatura del aire de impulsin es mayor que la de lazona, a fin de compensar las prdidas de calor que experimenta. En cuanto a lahumedad relativa, se diferenciarn dos situaciones: oscila libremente porque elsistema no la controla (apartado 5.1), o se mantiene en el valor deseado a travs deun humidificador (apartado 5.2).

5.1 Ciclo de calefaccin de caudal constante sin control de humedad

La figura 13 representa un ciclo de caudal constante sin control de la humedad, unsistema muy comn. El aire que retorna de la zona (Z) a travs de un conducto (RET)

se mezcla con aire exterior (EXT) y da como resultado el punto de mezcla (MEZ). Esteaire atraviesa una batera donde experimenta un calentamiento sensible, sin modificar


18/45

su humedad absoluta. Posteriormente el aire sufre un calentamiento sensible al pasarpor el ventilador (SV) y un calentamiento o enfriamiento al pasar por el conducto deimpulsin (IMP). Al entrar en la zona evoluciona siguiendo la recta de operacin delocal (ROL) hasta las condiciones de la zona (Z).

Figura 13Ciclo de invierno sin control de humedad

A continuacin se presenta un ejemplo para ilustrar la mecnica de clculo de estesistema.

Ejemplo 2: Ciclo de calefaccin sin control de humedad

Se parte de los clculos del apartado 3.3. Para el local en condiciones de invierno yase conocen las condiciones de impulsin deseadas (ver figura).

El caudal de aire exterior requerido es de 120 l/s (que representa 1,46 kg/s para las

condiciones exteriores del problema). Se pide calcular la potencia requerida en labatera de calentamiento. Como resultado adicional, comprobar la humedad resultanteen la zona.

Datos adicionales:

Condiciones exteriores de diseo en invierno para Madrid, percentil del 99,6%:Tdb=-4,10 C HR=85% w=2,435 g/kg (tomado de ASHRAE 2005, referencia [ 3])

Incremento de temperatura en el ventilador = 1,5 C Descenso de temperatura en conductos de impulsin y retorno = 1C y 0,5 C Suponer que los conductos de impulsin y retorno son perfectamente estancos

Solucin: Se sigue la nomenclatura de la figura 13. La potencia en la batera decalentamiento se calcula a partir del salto de entalpa del aire:


19/45

mezbcimpbc hhmP (14)

Conocido de antemano el caudal de impulsin, es necesario determinar el estado delaire antes (MEZ) y despus de la batera (BC). En el caso del punto de mezcla, se

unen dos corrientes de aire con temperatura y humedad diferentes, y se deben cumplirdos balances:

Balance de masa (agua):imp mez vent ext ret ret m w m w m w (15)

Balance de energa (entalpa): imp mez vent ext ret ret m h m h m h (16)

En primer lugar se resolver el balance de agua, para lo que se necesita conocer lahumedad del local, que ser la misma que la del aire de retorno. Hay que plantear unbalance de masa en el sistema, figura 14:

exp expimp imp v ret ret m w g m w m w . (17)Donde vg es la cantidad neta de vapor de agua generado en la zona [kg/s].

Figura 14Esquema para el clculo de la humedad de equilibrio en el local

Sustituyendo (17) en (15):

exp expimp mez vent ext imp impm w m w m w gv m w (18)

Dado que la batera de calor no modifica la humedad del aire, mez impw w

exp exp vent ext vm w m w g . (19)

La ganancia de humedad se obtendr a partir del dato de carga latente sobre la zonaQL(en este caso la carga latente procede principalmente de los presentes en la zona):

7[ ]2,8 [ ]

2500[ ]

L

v

fg

Q kWg g s

h kJ kg . (20)

Los caudales de aire son conocidos, y obviamente

exp z rz ret w w w w , as que:


20/45

exp

exp

1,46[ ] 2,435[ ] 2,8[ ]4,35 [ ]

1,46[ ]

vent ext v

as w as w

w as

as

m w gw

m

kg s g kg g sg kg

kg s

(21)

Con la temperatura de la zona (22C) y este resultado de humedad absoluta, vamos alsicromtrico (en este caso al programa EES-PSYCH) para obtener una humedadrelativa en la zona del 25%, un valor muy reducido.

Resuelto el balance de masa, la humedad absoluta en todos los puntos de ciclo esconocida. Hay que resolver ahora el balance de energa de la ecuacin 16. Lasentalpas del aire de retorno y del aire exterior se obtienen a partir de su temperatura yhumedad:

asext kgkJHRCTh 946,1%)85/10,4(

asext kgkJHRCTh 2,33%)25/22(

Se despeja hmezdel balance:

1,46 1,946 1,45 33,217.52[ / ]

2,91

vent ext ret ret

mez

imp

as as as as

as

as

m h m hh

m

kg s kJ kg kg s kJ kgkJ kg

kg s

(22)

Por otra parte, la humedad absoluta del aire de mezcla se obtiene de la ecuacin 15,

sustituyendo los valores ya conocidos:

1,46 2,435 1,45 4,353

2,91

3,391[ / ]

vent ext ret ret

mez

imp

as w as as w as

as

w as

m w m ww

m

kg s g kg kg s g kg

kg s

g kg

(23)

Conocidas la entalpa y la humedad absoluta, se calcula la temperatura de mezcla

Tmez=8,9 C utilizando EES-PSYCH.

Una vez calculadas las condiciones termohigromtricas en el punto de mezcla (y depaso la humedad resultante en el local), se calculan las condiciones del aire a la salidade la batera de calor: la temperatura de impulsin requerida en el local es de 27C, ysi se tiene en cuenta por un lado la cada de temperatura en el conducto de impulsin(1C), y por otro lado el incremento de temperatura en el ventilador (1,5 C), se tieneque la temperatura requerida a la salida de la batera de calentamiento es de T imp=26,5C. La humedad del aire no vara a su paso por la batera, as que w bc=wmez=3,391gw/Kgas. A partir de estos datos se calcula que la entalpa del aire a la salida de labaterahbc=35,32 [kJ/kgas].

Ya se tienen todos los datos para resolver la ecuacin 14 y obtener la potenciarequerida en la batera de calor:


21/45

2,91 35,32 17,52 51.80bc imp bc mez

as as

P m h h

kg s kJ kg kW

(24)

En la tabla 3 se resumen las condiciones de cada punto del ciclo, representado sobreel diagrama sicromtrico en la figura 15 (este diagrama se ha generadosuperponiendo los puntos de la tabla 3 sobre un sicromtrico generado con elprograma EES).

Tabla 3 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de invierno sin controlde humedad

PUNTOTemperatura

seca [C]Humedad

absoluta [g/kg]Caudal

msico [kg/s]

EXT -4,10 2,435 (85% HR) 1,46

RET 21,50 4,353 1,45MEZ 8,66 3,391 2,91

BC 26,50 3,391 2,91

SV 28,00 3,391 2,91

IMP 27,00 3,391 2,91

RZ 22,00 4,353 (25% HR) 1,45

EXP 22,00 4,353 1,46

Figura 15Diagrama sicromtrico del ciclo de invierno sin control de humedad.

En este ejemplo es posible calcular la potencia en la batera de calor de una forma

mucho ms directa, con slo dos pasos, si se hace un anlisis nicamente sensible.En primer lugar se calcula la temperatura del punto de mezcla mediante un balance


22/45

sensible:

retretextventmezimp TmTmTm (25)

La potencia en la batera se calculara a partir del salto de temperaturas:

2,91 1 26,5 8,66 51,91bc imp p bc mez

as as

P m c T T

kg s kJ kg K K kW

(26)

El resultado es muy parecido, pero un anlisis slo sensible tiene dos inconvenientes:

1. Sera errneo en caso de que tuviera lugar algn fenmeno de condensacinen la caja de mezcla. Esto puede suceder cuando la temperatura exterior essuficientemente baja.

2. Tampoco permite obtener la humedad de equilibrio en el local, cuyoconocimiento puede ser un punto importante. En este ejemplo se ha visto quela humedad relativa en el local es tan baja como un 25%, bien fuera del rangode confort.

5.2Ciclo de calefaccin en invierno con control de humedad

Este ciclo se utiliza para evitar que la humedad relativa de la zona descienda pordebajo de los lmites del confort, tal y como ocurra en el ejemplo anterior. La figura 16muestra el esquema de un ciclo con humidificador de relleno o de cortina de agua.Este tipo de humidificador produce un enfriamiento adiabtico, por lo tanto aade aguay disminuye la temperatura del aire manteniendo constante la entalpa.

Figura 16Ciclo de invierno con humidificador de cortina de agua

La primera batera de precalentamiento tiene la misin de elevar la temperatura delaire lo suficiente como para que el enfriamiento adiabtico posterior sea capaz deaadir la cantidad de humedad necesaria para combatir la carga latente de la zona. La

segunda batera es la encargada de conseguir la temperatura necesaria para combatirla carga sensible de calefaccin del local (descontando los aportes de ventilador y de


23/45

los conductos). A continuacin se presentan dos ejemplos para ilustrar todos estosprocesos.

Ejemplo 3: Ciclo de calefaccin con control de humedad (I)

Para el sistema de la figura 16 se pide dimensionar las dos bateras de calor, ycalcular la cantidad de agua que debe evaporar el humectador, si se desea que lahumedad relativa de la zona no baje del 50%. Se trabaja sobre los datos del ejemploanterior. Como dato adicional, se tiene que la eficacia del humectador es de un 85%.

Se parte de las condiciones de impulsin requeridas en el local, que se calcularon enel apartado 3.3 para unas condiciones interiores de 22C y 50%HR:

Timp=27 C, wimp= 864 [gw/kgas]

La humedad absoluta anterior es la que debe fijar el humectador. La evolucin del aireen el humectador es isoentlpica, como ilustra la figura 1 La cuestin es calcular cul

debe ser la temperatura de salida de la batera BC1 para que cuando el aire pase porel humectador, de eficacia 85%, lo abandone con el contenido de agua deseado.

Figura 17Humidificacin a entalpa constante

La ecuacin que relaciona las humedades de entrada y salida en el humectador es lasiguiente:

1

1

0,85hum BC

SAT BC

w w

w w

(27)

La humedad absoluta en BC1 se puede calcular mediante el balance de masa en lacaja de mezcla, ecuacin 15. En este caso, la humedad de retorno del local esconocida, ya que el local se mantiene a 22C y 50% HR:

1,46 2,435 1,45 8,825

2,91

5,619[ / ]

vent ext ret ret

mez

imp

as w as as w as

as

w as

m w m ww

m

kg s g kg kg s g kg

kg s

g kg

(28)

A continuacin se calcula la humedad de saturacin (humedad relativa 100%) del airea la entrada del humectador:


24/45

1

1

( )

7,864 5,6195,619 8,260

0,85

HUM BC

SAT BC

w as

w ww w

g kg

(29)

Para la presin del ejemplo de 94,53 kPa, esta humedad de saturacin corresponde auna temperatura de Tbc1=10,1 C (utilizar EES-PSYCH). Como la evolucin en elhumectador es a entalpa constante, debe cumplirse que:

1 31,01bc hum sat h h h kJ kg (30)Conocidas la presin total (94,53 kPa), la entalpa (31,01 kJ/kg) y el contenido dehumedad de los puntos HUM (7,864 gw/kgas) y BC1 (5,619 gw/kgas), puededeterminarse la temperatura seca de cada punto mediante EES-PSYCH: TBC1=16,7 C,THUM= 11,1 C. A modo de ejemplo, en la figura 18 se muestra cmo introducir losdatos en el programa para el caso del punto HUM.

Figura 18Ejemplo de uso de EES-PSYCH

Ya se conocen las condiciones en todos los puntos del ciclo, ver tabla 4. La figura 19muestra la representacin sobre el diagrama sicromtrico. La potencia en cada una delas bateras se calcula como

1 1

2,91 1 16,7 8,66 23,40

bc imp p bc mez

as as

P m c T T

kg s kJ kg K C kW

(31)

2 2

2,91 1 26,5 11,1 44,81

bc imp p b c hum

as as

P m c T T

kg s kJ kg K C kW

(32)

El caudal de agua evaporada es:


25/45

1

2,91 7,864 5,619 6,53 23,51

evap imp hum bc

as w as w

m m w w

kg s g kg g s kg h

(33)

Tabla 4 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de invierno concontrol de humedad (I)

PUNTOTemperatura

seca [C]Humedad


msico [kg/s]

EXT -4,10 2,435 1,46

RET 21,50 8,825 1,45

MEZ 8,66 5,619 2,91

BC1 16,70 5,619 2,91

HUM 11,10 7,864 2,91BC2 26,50 7,864 2,91

SV 28,00 7,864 2,91

IMP 27,00 7,864 2,91

RZ 22,00 8,825 1,45

EXP 22,00 8,825 1,46

Figura 19Diagrama sicromtrico del ciclo de invierno con control de humedad (I)


26/45

Ejemplo 4: Ciclo de calefaccin con control de humedad (II)

En la referencia ASHRAE [ 3] se puede encontrar una condicin de diseo especficapara dimensionar equipos de humidificacin; se trata del punto de roco ms bajoesperable con un percentil del 99,6 %. Para Madrid es Tdp=-8.8C, con una

temperatura seca coincidente de Tdb=1C. La humedad absoluta es por tanto dew=1,907 g/kg.

Se pide resolver de nuevo el ciclo del ejemplo anterior suponiendo esta condicin dediseo exterior alternativa. Se asume que las cargas de la zona no varan.

Se resuelven los puntos del ciclo de la misma manera que en los ejemplos anteriores,ver tabla 5

Tabla 5 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de invierno concontrol de humedad (II)

PUNTOTemperatura

seca [C]

Humedadabsoluta

[g/kg]

Caudalmsico [kg/s]

EXT 1,00 1,907 1,44

RET 21,50 8,825 1,47

MEZ 11,35 5,402 2,91

BC1 17,40 5,402 2,91

HUM 11,30 7,864 2,91

BC2 26,50 7,864 2,91

SV 28,00 7,864 2,91IMP 27,00 7,864 2,91

RZ 22,00 8,825 1,47

EXP 22,00 8,825 1,44

Se calculan la carga sobre las bateras de calor y el caudal de agua a evaporar en elhumectador:

1 1

2,91 1 17,4 11,35 17,60

bc imp p bc mez

as as

P m c T T

kg s kJ kg K C kW

(34)

2 2

2,91 1 26,5 11,30 44,23

bc imp p b c hum

as as

P m c T T

kg s kJ kg K C kW

(35)

1

2,91 7,864 5,402 7,16 25,79

evap imp hum bc

as w as w

m m w w

kg s g kg g s kg h

(36)

Esta condicin de diseo alternativa es menos exigente sobre la batera deprecalentamiento BC1, y prcticamente igual sobre la batera BC2. Obviamente, elhumectador debe aadir ms agua que en el caso anterior.


27/45

6 Ciclos de refrigeracin

En este modo de operacin la temperatura del aire de impulsin es menor que la de lazona, a fin de compensar las prdidas de calor que experimenta. En cuanto a lahumedad relativa, se diferenciarn dos situaciones: oscila libremente porque el

sistema no la controla (apartado 6.1), o se mantiene en el valor deseado a travs deun deshumidificador (apartado 6.2).

6.1 Ciclo de refrigeracin en verano sin control de humedad

Se trata del ciclo de refrigeracin ms sencillo y comn. El aire que retorna de la zona(Z) a travs de un conducto (RET) se mezcla con aire exterior (EXT) y da comoresultado el punto de mezcla (MEZ). Este aire atraviesa una batera de fro dondesufre un enfriamiento sensible y una deshumectacin, siguiendo una lnea curva hastallegar al punto de salida de la batera (BF). La unin mediante una recta de los puntos(MEZ) y (BF) define la denominada recta de operacin de la batera (ROB) de fro.Posteriormente el aire sufre un calentamiento sensible al pasar por el ventilador (SV) y

por el conducto de impulsin (IMP) antes de entrar en la zona y evolucionar siguiendola recta de operacin de local (ROL) hasta las condiciones de la zona (Z).

Figura 20Esquema ciclo de refrigeracin sin control de humedad

El clculo de los distintos puntos del ciclo debe permitir la seleccin del equipamiento.

A partir de unos datos de partida comunes como son: Caudal de aire exterior Condiciones de diseo interiores y exteriores Carga sensible y latente del local

Pueden citarse dos aproximaciones al problema:

1. Caso de que el caudal, temperatura y humedad de impulsin vengan fijadospor un clculo previo, tal y como se describe en el apartado 6.1.1

2. Caso de que se fije nicamente la recta de operacin de la batera de fro, hay

que determinar el caudal, temperatura y humedad de impulsin, tal y como sedescribe en el apartado 6.1.2


28/45

6.1.1 Caso en que el caudal, temperatura y humedad de impulsinestn fijados previamente.

Ejemplo 5: Ciclo de verano sin control de humedad (I)

Estudiaremos la solucin del ciclo a partir de los resultados del ejemplo 1 (apartado 3.3). Para el local en condiciones verano, las condiciones de impulsin necesarias semuestran en la siguiente figura.

El caudal de aire exterior requerido es de 120 l/s que, en condiciones exteriores,suponen 1,26 kg/s. Se pide calcular la potencia requerida en la batera de fro.

Datos adicionales:

Condiciones exteriores de diseo para Madrid de mxima temperatura exterior conun percentil del 0,4%: Tdb=36,10 C w=9,627 g/kg (tomado de la referenciaASHRAE [ 3])

Incremento de temperatura en el ventilador: 1,5 C Incremento de temperatura en conductos de impulsin y retorno: 1,2C y 0,9 C

Cuando se han fijado previamente las condiciones de impulsin, la recta de operacinde la batera ROB (la que une los puntos MEZ y BF) queda totalmente determinada.Como se muestra en la figura 21, la evolucin real del aire al pasar por la batera defro sigue una curva en la que se distinguen dos tramos: un enfriamiento nicamentesensible seguido por un enfriamiento con deshumidificacin a partir de una humedadrelativa del 75% (aproximadamente). La curva mostrada es el resultado, el promedio,de mezclar todas las venas fluidas que atraviesan la batera. Unas venas pasarn sincambiar apenas su contenido de agua, mientras que otras se aproximarn a las aletasy tubos, y saldrn en saturacin a la temperatura superficial de la batera. Para dibujarla curva real se necesita un modelo detallado de la batera, o datos de ensayo. Lacurva dibujada en la figura 21 es slo aproximada, se ha dibujado a mano teniendo en

cuenta lo dicho. Como los puntos MEZ y BF estn fijados, a veces se unen medianteuna recta (ROB en la figura 21), que no representa el proceso real en la batera, sinootro en el que se intercambian la misma cantidad de calor y humedad.

Las potencias sensible y latente de la batera de fro se calcularan como (el signonegativo indica enfriamiento y deshumidificacin):

,

2,91 1 12,92 29,75 48,97

BF sens imp p BF mez

as as

P m c T T

kg s kJ kg K C kW

(37)

,

2,91 2,501 9,020 9,829 5,89

BF lat imp fg BF mez

as w

P m h w w

kg s kJ g C kW

(38)


29/45

La potencia total a combatir por la batera de fro es de 54,86 KW, con un factor decalor sensible de 0,892 Los puntos del ciclo se detallan en la tabla 6

Figura 21Diagrama sicromtrico del ciclo de refrigeracin en verano sin control dehumedad

Tabla 6 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de refrigeracin enverano sin control de humedad

PUNTOTemperatura

seca [C]Humedad


msico [kg/s]

EXT 36,10 9,627 1,26

RET 24,90 9,980 1,65

MEZ 29,75 9,829 2,91

BF 12,92 9,020 2,91

SV 14,42 9,020 2,91IMP 15,62 9,020 2,91

RZ 24,00 9,980 1,65

EXP 24,00 9,980 1,26

A la hora de seleccionar la batera que es capaz de realizar la transformacinpropuesta (desde el punto MEZ al punto BF), caben dos opciones:

(a) El caso ms flexible:es posible configurar la batera de fro a medida, para quetrabaje con el caudal, la potencia y el FCS requeridos. Esta situacin la encontraremosal disear climatizadoras, donde cabe la posibilidad de seleccionar el ventilador y las

bateras, y elegir el caudal y la temperatura de entrada del agua que las alimenta.


30/45

(b) El caso menos flexible: hay que seleccionar equipos en los que el caudal deimpulsin, la potencia y el FCS viene fijado por el fabricante, por escalones. Estasituacin es tpica al trabajar con en equipos de expansin directa, y muy habitual alseleccionar equipos de pequea y mediana potencia.

Siguiendo con el ejemplo, supongamos que se desea seleccionar un rooftopcomercialy que se encuentra un modelo que cubre el rango de potencias requerido, ver tabla 7

Tabla 7: Extracto de catlogo del rooftopCarrier 50AZ 024

En nuestro ejemplo, se tiene Ewb=18,6C, Edb=29,75 C, Text=36,10 C. En primeraaproximacin seleccionamos la siguiente entrada a la tabla, Ewb=19C, Edb=29, Text=40C. La mquina ofrece 54,77 kW de potencia sensible (frente a los 48,97 kWrequeridos) y 64,75 kW de potencia total frente a los 54,86 kW requeridos. El FCS deesta mquina a plena carga y en estas condiciones es de FCS=0,846 frente alFCS=0,892 requerido. Adems, el caudal que maneja este modelo es de 3472 l/s,frente a los 2425 l/s1de impulsin inicialmente previsto. La seleccin de esta mquinaobliga a recalcular el ciclo por el cambio en el caudal de impulsin. El nuevo caudal deimpulsin ocasiona un nuevo punto de mezcla.

1suponiendo densidad 1,2 kg/m3


31/45

1,46 36,1 2,71 24 28, 23

4,17

vent ext ret ret

mez

imp

as as

as

m T m T T

m

kg s C kg s C C

kg s

(39)

1, 46 9,627 2,71 9,9809,83

4,17

vent ext ret ret

mez

imp

as w as as w as

as

m w m ww

m

kg s g kg kg s g kg

kg s

(40)

Estas nuevas condiciones (Ewb=18,2C, Edb=28,23 C, Text=36,10 C) son parecidas alas anteriores, en este caso la entrada a la tabla en primera aproximacin sera lamisma, as que se mantienen los resultados anteriores. Hay que mencionar que elFCS de 0,846 obtenido para la mquina es orientativo nicamente, ya que este equipoofrece ms potencia sensible que la requerida, as que no trabajar a plena carga, sinoa carga parcial. El FCS de los equipos se modifica a carga parcial, dependiendo deltipo de equipo y su modo de control. Por lo general tiende a aumentar cuando lamquina se aleja de las condiciones de plena carga. En realidad, el equiposeleccionado asegura nicamente el control de la temperatura del local, aunque no lahumedad relativa resultante.

6.1.2 Caso en que la recta de operacin de la batera est fijada

En este caso hay que determinar el caudal, la temperatura y la humedad de impulsin.El problema se cierra conociendo que las condiciones termohigromtricas del aire de

impulsin deben estar sobre la recta de operacin del local (ROL). Este mtodopermite utilizar en el proceso de diseo informacin sobre la recta de operacin de labatera (ROB), que se puede extraer de datos de catlogo. Adems, es necesariohacer una hiptesis adicional para fijar el punto de impulsin. Se puede utilizar elconcepto de factor de bypass de la batera, o bien suponer que el aire abandona labatera con una humedad relativa que depende del nmero de filas, por ejemplo: 4filas HR=93%; 6 filas HR=96%; 8 filas HR=98%, ver referencia WANG [ 6].

Ejemplo 6: Ciclo de verano sin control de humedad (II)

Resuelva el ciclo de refrigeracin sin control de humedad suponiendo que, a partir delos datos de catlogo se deduce que la batera trabaja con un FCS de 0,846. Se pidenel caudal y la temperatura de impulsin que combaten la carga sensible del local.Calcule tambin la humedad de impulsin y la humedad relativa resultante en el local.

El caudal de aire exterior requerido es de 120 l/s, que, en condiciones exterioressupone 1,26 kg/s.


32/45

Datos adicionales:

Condiciones exteriores de diseo para Madrid de mxima temperatura exterior conun percentil del 0,4%: Tdb=36,10 C w=9,627 g/kg (tomadas de la referenciaASHRAE [ 3]

Incremento de temperatura en el ventilador: 1,5 C Incremento de temperatura en conductos de impulsin y retorno: 1,2C y 0,9 C Suponer que el aire sale de la batera con un 95% de humedad relativa

El clculo es en parte iterativo, a continuacin se presenta en forma de pasosnumerados:

1)Se parte de las condiciones requeridas en el local TZ=24C, HR=50% y se suponeun cierto caudal de impulsin, por ejemplo 2,91 kg/s (resultado del ejemplo anterior)

2)Se obtiene el punto de mezcla:

1,26 36,10 1,65 24,9029,75

2,91

ext ext ret ret mez

imp

m T m T Tm

C

(41)

1,26 9,627 1,65 9,989,83 /

2,91mez w asw g kg

(42)

3)Se aplica la recta de operacin de la batera de fro ROB desde el punto de mezclapara obtener BF.

La pendiente de la recta de operacin de la batera se obtiene a partir del FCSconocido:

MEZBFMEZBFas

MEZBFas

latsens

sens

WWgwkJTTCkgkJ

TTCkgkJ

QQ

QFCS

5,21

1 (43)

Dividiendo numerador y denominador del miembro derecho por MEZBF TT

1 1

1 2,51 2,5 BF MEZ ROB

BF MEZ

FCS

w w PendienteT T

(44)

Operando:

1

1

5,2

1

Local

ROBFCS

Pendiente (45)

Si FCS=0,846 entonces la pendiente de ROB sobre el sicromtrico ser de de 0,07281gw/C. La ecuacin de la recta ROB queda:

9,83 0,07281 29,75MEZ ROB MEZw w Pend T T T (46)


33/45

El punto BF debe satisfacer esta ecuacin. Para localizar dicho punto sobre la recta,se suele suponer una cierta humedad relativa a la salida de la batera de fro,normalmente en funcin del nmero de filas. En este ejemplo se supondr HR= 95%.Esta condicin junto con la recta anterior cierra el problema. Utilizando EES-PSYCH elclculo es iterativo. Por ejemplo, se comienza suponiendo TBF=13C, aplicando laecuacin de ROB se tiene wBF=8,61 gw/kgas, aplicando EES-PSYCH sobre este ltimovalor junto a la condicin de HR=95%, se tiene un nuevo valor de TBF=11,52C, que serealimenta en la ecuacin de ROB para dar EBF=8,50 gw/kgas, y se contina elproceso hasta que se converge a:

TBF=11,29C wBF=8,48 gw/kgasYa est localizado el punto BF sobre la recta ROB. A partir de BF se puede obtener elpunto IMP.

4)Se aplica la recta de operacin ROL desde el punto de impulsin IMP para obtener

las condiciones en el local Z.

Aplicando los incrementos de temperatura en ventilador (1,5C) y conducto deimpulsin (1,2 C), se tiene TIMP=13,99 C. En el ejemplo que nos ocupa, el FCS dellocal es de 0,781, as que la pendiente de la recta de operacin del local ROL sobre eldiagrama sicromtrico es de 0,112 gw/C (igual que se hizo en el paso 3 con ROB)

La ecuacin completa de ROL se escribe:

8,48 0,112 14,13IMP ROL IMPW W Pend T T T (47)El punto Z debe satisfacer la ecuacin ROL, como la temperatura deseada para lazona es de 24 C, ROL fija la humedad del local wZ=9,585 gw/kgas, lo que suponeHR=48,1%.

5) Se recalcula el caudal de impulsin.

La nueva temperatura de impulsin de 13,99 C obliga a recalcular el caudal, paraajustarse a la carga sensible del local 25 kW

skgC

kWmimp 50.2

)99,1324(

25

(48)

2b) Se recalcula el punto de mezcla con el nuevo caudal de impulsin y la nuevahumedad del local

1,26 36,10 1,24 24,9030,55

2,50

ext ext ret ret

mez

imp

m T m T T

m

C

(49)

1,26 9,627 1,24 9,5859,60 /

2,50

mez w asw g kg

(50)

3b) Se repite el paso 3, aplicando la pendiente de ROB desde el nuevo punto de


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mezcla, para obtener un nuevo punto BF.

9,60 0,07281 30,55w T (51)Junto a EES-PSYCH (HRBF=95%), para converger a TBF=10,71 C wBF=8,155 gw/kgas

4b) Se repite el paso 4, aplicando la recta de operacin del local ROL desde el nuevopunto de impulsin (Timp=10,71+1,5+1,2=13,41 C)

41,13112,0155,8 TW (52)Para una temperatura del local de T=24 C, se obtiene una humedad de WZ=9,34gw/kgas,lo que supone una HR de 47,3 % .

5b) La nueva temperatura de impulsin obligara a un nuevo reclculo del caudal de

impulsin

skgC

kWmimp 36.2

)41.1324(

25

(53)

Respecto a la iteracin anterior hay una variacin en el caudal de impulsin superior al5%, sera conveniente una nueva iteracin:

2c)se recalcula el punto de mezcla

1,26 36,10 1,10 24,9030,53

2,36

ext ext ret ret

mez

imp

m T m T T

m

C

(54)

1, 26 9, 627 1,10 9, 349, 49 /

2,36mez w asw g kg

(55)

3c)Se aplica ROB junto a EES-PSYCH (HRBF=95%)para obtener BF

9,49 0,07281 30,53w T (56)Para obtener TBF=10,48 C WBF=8,03 gw/kgas

4c)Se aplica ROL desde IMP para obtener Z

8,03 0,112 13,18w T (57)Para una temperatura de 24 C, el valor de la humedad es WZ=9,24 gw/kgas. Estosupone una HR de 46,4% en el local.

5c) Nuevo reclculo del caudal de impulsin.


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skgC

kWmimp 31.2

)18.1324(

25

(58)

Consideramos que los nmeros ya estn suficientemente cerca de la convergencia (elcaudal de impulsin ha variado menos de un 3% en la ltima iteracin) y dejamos aqu

el procedimiento. El resultado final se puede consultar en la tabla 8 y figura 22. Ya seha podido comprobar como este procedimiento tiene el inconveniente de la necesidadde iterar. Adems, dependiendo del valor del FCS de la batera de fro podra darse elcaso de que no hubiese una solucin viable.

Tabla 8 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de refrigeracin enverano sin control de humedad. Clculo con FCS de la batera fijado, caudal ytemperatura de impulsin variables.

PUNTOTemperatura

seca [C]Humedad


msico [kg/s]

EXT 36,10 9,627 1,26

RET 24,90 9,240 1,05

MEZ 30,53 9,490 2,31

BF 10,48 8,030 2,31

SV 11,98 8,030 2,31

IMP 13,18 8,030 2,31

RZ 24,00 9,240 1,05

EXP 24,00 9,240 1,05

6.1.3 Operacin a carga parcial

En el caso de que el equipo trabaje a carga parcial, el factor de calor sensible de labatera de fro cambiar. Por ejemplo, suponga una batera alimentada con agua fra.Una reduccin de la carga sensible en el espacio hace que el sistema de controlreduzca el caudal de agua fra que circula por la batera. Esto hace que la temperaturay punto de roco del aire que abandona la batera de fro aumenten. Para ilustrar elfenmeno son tiles los conceptos de punto de roco de la batera (ADP) 1y de factorde bypass (BF). Ambos datos se pueden deducir a partir de la informacin contenidaen los catlogos de fabricantes, para el equipo funcionando a plena carga. Mientras el

factor de bypass se considera constante mientras no vare el caudal de impulsin, latemperatura de roco de la batera se modifica para adaptarse a la carga sensible dellocal.

1 En realidad, el proceso de enfriamiento y deshumectacin de aire en una batera de fro esuna curva sobre el diagrama sicromtrico. Generalmente no se dispone de datos por parte delos fabricantes sobre la operacin de las bateras a carga parcial que permitan conocer conexactitud dicha curva. Existen modelos matemticos que podran utilizarse para estimar dichacurva, pero su uso suele circunscribirse al mbito de la investigacin. En la prctica comnsuele utilizarse una recta (la recta de operacin de la batera ROB) que une los puntos inicial y

final del proceso. La interseccin de esta recta ROB con la curva de saturacin es lo que sedenomina punto ADP (Apparatus Dew Point), o punto de roco de la batera.


36/45

Ejemplo 7: Ciclo de verano sin control de humedad (III)

Sobre el ejemplo anterior, la carga sensible del local baja de 25 kW a 20 kW. La cargalatente se mantiene en 7kW. El caudal de impulsin se mantiene constante en 2,33kg/s. Deduzca el factor de bypass de la batera a partir de las condiciones nominales,

suponiendo que son las del resultado del clculo anterior. Suponiendo que este factorse mantiene constante, calcule para la operacin en carga parcial, la temperatura yhumedad del aire de impulsin y la humedad resultante en el local.

1)Se calcula el punto ADP de la batera de fro en condiciones nominales.

Suponiendo que las condiciones nominales de la batera son el resultado del ejemploanterior, se busca la interseccin de ROB en condiciones de diseo con la curva desaturacin, que se denomina punto ADP. Para esto se usa EES PSYCH con lacondicin de HR=100%

9,49 0,07281 30,53w T (59)La solucin es TADP=9,60 C, WADP=7,965 gw/kgas.

2)Se calcula el factor de bypass en las condiciones de diseo:

El factor de bypass de la batera se calcula como:

042,060,953,30

60,948,10

ADPMEZ

ADPBF

TT

TTBF (60)

Es decir, un 4,2%

3)Se calcula la temperatura de impulsin para combatir los 20 kW

C

skgskg

kWCTimp 34,15

131,2

2024

(61)

Descontando el incremento de temperatura en ventilador y conducto de impulsin setiene, TBF= 12,64 C.

4)Se calcula una nueva TADPpara operacin a carga parcial, manteniendo el factor debypass constante:

CBF

TBFTT MEZBFADP 86,11

042,01

53,30042,064,12

1

(62)

La TADPha aumentado en algo ms de 2 C respecto a las condiciones nominales dediseo. Usando EES PSYCH se calcula la humedad correspondiente, sabiendo queADP se encuentra sobre la curva de saturacin, WADP= 9,281 gw/kgas.

1

1 Puede darse el caso de que TADP aumente tanto que WADP llegue a ser igual que WMEZ o

incluso la supere. Esto ltimo no es posible fsicamente y es consecuencia de suponer la curvade operacin de la batera como una recta. En estos casos, hay que asumir que la batera nodeshumecta el aire y trabajar con WBF=WMEZ


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5)A partir del ADP en condiciones de carga parcial, se calcula la humedad del aireque abandona la batera de fro, aplicando el factor de bypass:

9,2810,042

9, 49 9, 281

BF ADP BF

MEZ ADP

w w wBF

w w

(63)

Despejando se obtiene WBF=9,290 gw/kgas, que es un valor sensiblemente superior alcorrespondiente a condiciones de diseo (WBF=8,030 gw/kgas).

6)Se calcula la humedad resultante del local

Para calcular la humedad resultante del local se utiliza la ROL desde el punto IMP.Recuerde recalcular la pendiente de ROL para la nueva condicin de carga parcial

14,01

720

20

1

5,2

1

kW

kWPendiente

ROL

(64)

9, 290 0,14 15,34IMP ROL IMPw w Pendiente T T T (65)Para una temperatura de 24 C, el valor de la humedad en el local w Z=10,50 gw/kgas.

7)Iteracin para calcular la humedad resultante en el local

Al variar la humedad del local respecto a las condiciones iniciales, vara la humedaddel punto de mezcla:

1,26 9,627 1,05 10,5010,02 /

2,31mez w asw g kg

(66)

5b)Reclculo de WBF

9,2810,042

10,02 9,281

BF ADP BF

MEZ ADP

w w wBF

w w

(67)

Despejando, WBF= 9,312 gw/kgas

6b)Reclculo de la humedad resultante del local

9,312 0,14 15,34IMP ROL IMPw w Pendiente T T T (68)Para TZ=24C, wZ=10,52 gw/kga

Apenas hay variacin con la iteracin anterior, as que damos por bueno este valor dehumedad en el local, que supone un aumento de 1,28 gw/kgas con respecto a laoperacin en el punto de diseo. La humedad relativa del local pasa de 46,7% a 52,7

%. El resultado final se puede consultar en la tabla 9 y figura 22. Observe cmo, aconsecuencia del aumento de la humedad en el local, la pendiente de la recta de


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mezcla es completamente diferente en el caso de carga parcial respecto al caso dediseo. Este es un ejercicio til para ilustrar la degradacin de la capacidad dedeshumectacin de las bateras de fro, aunque el modelo de recta de operacin de labatera no es preciso para calcular las condiciones de operacin de los equipos reales,en los que, por lo general, cabe esperar una degradacin de la capacidad dedeshumectacin todava mayor.

Tabla 9 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de refrigeracin enverano sin control de humedad. Comparacin entre condiciones de diseo ycondiciones a carga parcial.

Diseo Carga parcial

PUNTO T [C] W [g/kg] T [C] W [g/kg] M[kg/s]

EXT 36,10 9,627 36,10 9,627 1,26

RET 24,90 9,240 24,90 10,520 1,05

MEZ 30,53 9,490 30,53 10,020 2,31BF 10,48 8,020 12,71 9,312 2,31

SV 11,98 8,020 14,21 9,312 2,31

IMP 13,18 8,020 15,41 9,312 2,31

RZ 24,00 9,240 24,00 10,520 1,05

EXP 24,00 9,240 24,00 10,520 1,05

ADP 9,50 7,940 11,86 9,281 -

Figura 22Comparacin de ciclos de refrigeracin en verano sin control de humedad.

Condiciones de diseo vs condiciones de operacin a carga parcial.


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6.2 Ciclo de verano con control de humedad

En caso de que sea necesario un control real de la mxima humedad del local esnecesario recurrir a un ciclo algo ms complejo que el visto en el apartado anterior. Seutiliza la batera de fro para enfriar el aire por debajo del punto de roco y condensar elexceso de agua, subenfriando si es preciso. La batera de recalentamiento posterior esla que permite ajustar la temperatura de impulsin al local, ver figura 23.

Figura 23Ciclo de refrigeracin con control de humedad.

Desde el punto de vista del ahorro energtico, debe aprovecharse el calor extrado delaire en la batera de refrigeracin para el proceso de recalentamiento posterior. Estose puede lograr en un equipo de expansin directa utilizando dos condensadores. Unode ellos actuara como batera de recalentamiento, el otro disipara la energa sobrantea la atmsfera. De esta forma no es necesario consumir energa adicional en elproceso de recalentamiento, ver figura 24.

Figura 24Esquema de ciclo de refrigeracin con control de humedad donde parte del

calor extrado del aire en la batera de fro se utiliza para el proceso derecalentamiento posterior.


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Ejemplo 8: Ciclo de verano con control de humedad (I)

Estudiaremos la solucin del ciclo a partir de los datos del ejemplo del apartado 3.3para el local en condiciones verano, del que ya se conocen las condiciones de

impulsin deseadas.

Se piden las potencias sensible y latente requeridas en las dos bateras. El caudal deaire exterior requerido es de 120 l/s, que, en condiciones exteriores suponen 1,26 kg/s.

Datos adicionales:

Condiciones exteriores de diseo para Madrid de mxima temperatura exterior conun percentil del 0,4%: Tdb=36,10 C w=9,627 g/kg (tomadas de ASHRAE [ 3])

Incremento de temperatura en el ventilador: 1,5 C Incremento de temperatura en conductos de impulsin y retorno: 1,2C y 0,9 C

Los clculos de este ciclo son ms sencillos que los del ciclo anterior.

1)Calcular el punto de mezcla.

Las condiciones del local son las de diseo, conocidas de antemano, ya que elsistema asegura la temperatura y humedad deseadas.

1,46 36,1 1,65 24 29,75

2,91

vent ext ret ret

mez

imp

as as

as

m T m T T

m

kg s C kg s C C

kg s

(69)

1,46 9,627 1,65 9,980

9,832,91

vent ext ret ret

mez

imp

as w as as w as

w as

as

m w m ww

m

kg s g kg kg s g kgg kg

kg s

(70)

2)Calcular las condiciones de salida de BF

Se trata de calcular la temperatura de salida de BF, con la condicin de que lahumedad absoluta debe ser la deseada para la impulsin, es decir 9.020 g w/kgas. Eneste punto se puede utilizar la hiptesis de HR fija en funcin del nmero de filas de labatera o bien trabajar con el modelo en el que se conocen el FCS de la batera y


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factor de bypass, tal y como se vio en ejemplos anteriores. Por sencillez de clculo,aqu utilizaremos la hiptesis de que la HR de salida de la batera de fro es de 95%.Usando EES PSYCH e imponiendo las condiciones de HR=95% y Wbf=9.020 gw/kgas,se obtiene Tbf=12,21 C. Las condiciones del ciclo quedan totalmente fijadas, ver tabla10 y figura 21, sin ms que aplicar los calentamientos en ventilador y conductos.

Tabla 10 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de refrigeracin enverano con control de humedad.

PUNTOTemperatura

seca [C]Humedad


msico [kg/s]

EXT 36,10 9,627 1,26

RET 24,90 9,980 1,65

MEZ 29,75 9,829 2,91

BF 12,21 9,020 2,91

BC 12,92 9,020 2,91SV 14,42 9,020 2,91

IMP 15,62 9,020 2,91

RZ 24,00 9,980 1,65

EXP 24,00 9,980 1,26

Figura 25 Ciclo de refrigeracin en verano, condiciones de mxima temperatura

exterior sobe el diagrama sicromtrico.


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3)Clculo de potencia de las bateras.

Conocidas las condiciones en todos los puntos del ciclo, nicamente resta calcular lapotencia necesaria en cada una de las bateras. En primer lugar, la batera deenfriamiento:

,

2,91 1 12,21 29,75 51,04

sens bf imp p bf mez

as as

P m c T T

kg s kJ kg K C kW

(71)

,

2,91 2,5 9,020 9,829 5,89

lat bf imp fg bf mez

as w w as

P m h w w

kg s kJ g K g kg kW

(72)

][93,5689,504,51,., kWPPP bflatbfsensbftot (73)

Donde el signo negativo indica refrigeracin y deshumectacin. El FCS de esteproceso es:

896,093,56

04,51bfFCS (74)

En cuanto a la batera de recalentamiento, el balance es nicamente sensible:

,

2,91 1 12,92 12, 21 [ ] 2,06

sens bc imp p bc bf

as as

P m c T T

kg s kJ kg K K kW

(75)

Ejemplo 9: Ciclo de verano con control de humedad (II)

Repita el ejemplo 8 para las condiciones exteriores alternativas: Text=27,10 C,wext=13,30 gw/kgas, que corresponden a un da de verano con temperatura moderada yalta humedad.

La solucin del ciclo se hace de idntica manera al caso anterior y se obtienen lospuntos reflejados en la tabla 11 y representados sobre el diagrama sicromtrico en lafigura 26. El clculo de la potencia en la batera de fro:

,

2,91 1 12,21 25,87 39,75

sens bf imp p bf mez

as as

P m c T T

kg s kJ kg K C kW

(76)

,

2,91 2,5 9,020 11,450 17,68

lat bf imp fg bf mez

as w w as

P m h w w

kg s kJ g K g kg kW

(77)

][43,5768,1775,39,., kWPPP bflatbfsensbftot (78)

Donde el signo negativo indica refrigeracin y deshumectacin. La potencia total en labatera de fro es similar al caso de temperatura exterior mxima. Sin embargo el FCS


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de este proceso es mucho menor:

692,043,57

75,39bfFCS (79)

En cuanto a la batera de recalentamiento, el resultado es idntico al caso anterior.

Tabla 11 Condiciones termohigromtricas de los puntos del ciclo de refrigeracin enverano con control de humedad. Condiciones exteriores de mxima humedad.

PUNTOTemperatura

seca [C]Humedad


msico [kg/s]

EXT 27,10 13,30 1,29

RET 24,90 9,98 1,62

MEZ 25,87 11,45 2,91

BF 12,21 9,02 2,91BC 12,92 9,02 2,91

SV 14,42 9,02 2,91

IMP 15,62 9,02 2,91

RZ 24,00 9,98 1,62

EXP 24,00 9,98 1,29

Figura 26Ciclo de refrigeracin en verano, condiciones de mxima humedad exteriorsobre el diagrama sicromtrico.


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7 Condiciones exteriores

Una vez conocida la mecnica de resolucin de los ciclos de climatizacin todo aire,para terminar el tema es conveniente aclarar la seleccin de las condiciones exterioresde diseo. En este tema los ciclos con control de humedad se han resuelto para ms

de una condicin exterior, en concreto nos referimos a los ejemplos 3 y 4 (ciclo decalefaccin con humidificacin) y a los ejemplos 8 y 9 (ciclo de refrigeracin conrecalentamiento). El motivo se comprende mejor observando la figura 27, en la que sehan representado sobre el sicromtrico:

1. Unas nubes de puntos que muestran las condiciones del aire ambiente(temperatura seca y humedad absoluta) en Madrid para cada hora de tres aostipo diferentes (8760 horas/ao * 3 aos = 26280 puntos)

2. Las condiciones exteriores de diseo que facilita la referencia ASHRAE [ 3]para Madrid, ver tabla 12

Figura 27Condiciones exteriores en Madrid (tres aos completos) y condiciones dediseo que especifica ASHRAE

Las condiciones de diseo que se han utilizado son algo ms exhaustivas de lohabitual, y proporcionan cinco puntos de diseo. A continuacin se describe la utilidadde cada uno de ellos:

Condicin Aplicar estas condic iones sirve para obtener

Mnima temperatura exterior Mxima carga en la batera de calor

Mnima humedad abs. exterior Mxima carga de humidificacin


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Mxima temperatura exterior

Mxima humedad abs. exterior

Mxima carga en las bateras de deshumidificaciny recalentamiento

Mxima entalpa exterior

No se ha utilizado, pero es til para estudiar el

enfriamiento gratuito entlpico

Tabla 12: Condiciones exteriores de ASHRAE Fundamentals 2005 para MadridBarajas (tabla extrada del fichero 082210_s.pdfde la citada fuente)

Leyenda:

***Referencias

[ 1] Reglamento de Instalaciones Trmicas en la Edificacin (RITE), REALDECRETO 1027/2007

[ 2] J.M. Pinazo, Manual de Climatizacin. Tomo I: Transformaciones sicromtricas.UPV

[ 3] ASHRAE Fundamentals 2005

[ 4] The Chartered Institution of Building Services Engineers. EnvironmentalDesign CIBSE Guide A. 7thedition, London 2006, ISBN: 978-1-903287-66-8

[ 5] Air-Conditioning System design Manual

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