curso de Refrigeracion

RETERRETER E.I.R.L.E.I.R.L.REFRIGERACION TERMODINAMICA

CAPACITACION A NIVEL NACIONALREFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO

-A Empresas de Lima y Provincias con sus mismos equipos

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RETER RETER E.I.R.L.E.I.R.L.

REFRIGERACION TERMODINAMICA

RETER E.I.R.L.RETER E.I.R.L.

CURSO DE AIRE ACONDICIONADO PARA INGENIEROSLUNES 28 DE FEBRERO

PSICOMETRIA DEL AIREExpositor: Ing. Willian Morales Quispe

•Ingeniero Mecánico-Electricista, Universidad Nacional de Ingenieria•Estudios de Especialización “Refrigeración y Air Acondicionado”, en Colombia•Estudios de Especialización “Ventilación Localizada“, Cuba•Miembro de ACAIRE (Asociación Colombiana de Refrigeración y Aire Acondicionado)•Profesor de “Refrigeración y Aire Acondicionado” de TECSUP•Gerente General de la empresa RETER “Refrigeración y Termodinamica”•Catedrático de la Universidad Nacional del Callao



CONCEPTOS PREVIOS

EL AIRE1ra. LEY DE TERMODINÁMICALa energía no puede incrementarse, disminuirse, crearse o destruirse en el cosmos. Sólo es susceptible a sufrir una transformación a otra forma de Energía.

2da. LEY DE TERMODINÁMICAEs imposible que una máquina que actuando por si sola , transporte calor de un cuerpo a otro que tenga mayor temperatura que el primero, para esto tenemos que suministrarle algún tipo de energía.

LEY DE CHARLESCuando un gas perfecto recibe calor a volumen constante, la presión absoluta varía en forma directamente proporcional a la temperatura.



LEY DE BOYLEA una temperatura constante el volumen de un peso dado de un gas perfecto, varíainversamente a la presión absoluta.

LEY DE AVOGADROIguales volúmenes de cualquier gas a la misma presión y temperatura, tiene el mismo número de moléculas.GAS PERFECTOTodo aquel gas que obedezca las leyes de BOYLE, CHARLES y AVOGADRO, es un gas perfecto, entonces:



LEY DE GIBBS - DALTON

En una mezcla de gases y vapores, cada gas o vapor ejerce la misma presión en el mismo espacio total, como si la ejerciera por si solo, a la misma temperatura de la mezcla. Las mezclas de vapor - aire se rigen por la Ley de GIBBS - DALTON

Corolario: Cualquier mezcla de gases ejerce una presión total igual a la suma de laspresiones parciales ejercidas independientemente por cada gas.

FORMULAS APLICATIVAS DALTON

P = P1 + P2 + P3 + ...+ Pn

PPPPPP ArCOONatm 222

Para un gas simple

PPP aatm Pa = Presión parcial de aire secoPv = Presión parcial de vapor de agua





El aire a condiciones normales tiene las siguientes características cuando está a 68ºF y29.92 pulg. de Hg. Volumen específico , v = 13.3 pie³ /lb Densidad , = 0.075 lb / pie³Como en el aire acondicionado no se realizan cambios sustanciales en estos valores nose comete error grande al considerarlos como constantes, la relación entre el flujo deaire expresado en lb/hr y el expresado en CFM es:



EL AIRE

b) En variación de calor latente

Además 1 lb. = 7000 granos, entonces

a) En variación de calor sensible




EL AIRE

c) En variación de calor sensible y latente

Es la suma de ambos de Calor Sensible y Latente produciéndose efectos de Des humidificación y/o Recalentamiento

LATENTESENSIBLETOTAL QQQ

CARTA PSICOMETRICACARTA PSICOMETRICA




La carta psicometríca es la representación grafica de las tablas, muestra básicamente , la relación entre las cinco siguientes propiedades del aire.

a) Temperatura del bulbo húmedo Punto de Rocío

b) Temperatura del bulbo seco.

c) Humedad Específica

d) Humedad relativa

e) Factor de Calor Sensible




CARTA PSICOMETRICACARTA PSICOMETRICARETER RETER E.I.R.L.E.I.R.L.



Temperatura del bulbo húmedo, Punto de

Rocío o de Saturación




Temperatura del bulbo seco




Humedad Especifica oRelación de humedad




Humedad Relativa




Factor Calor SensibleF.C.S.




FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSIOMETRICA1.- Ubicando la temperatura del Bulbo Seco

2.- Ubicando la Temperatura del Bulbo Húmedo

3.- Ubicando la Humedad Relativa

4.- Ubicando líneas de granos de Humedad

5.- Ubicando las líneas de Calor en BTU/libra

6.-Escala de Velocidad del Aire en pies3/min




FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSIOMETRICA1.- Ubicando la temperatura del Bulbo Seco




FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSIOMETRICA2.- Ubicando la Temperatura del Bulbo Húmedo




FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSIOMETRICA3.- Ubicando la Humedad Relativa




FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSIOMETRICA4.- Ubicando líneas de granos de Humedad




FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSIOMETRICA5.- Ubicando las líneas de Calor en BTU/libra




FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSIOMETRICA6.-Escala de Volumen específico del Aire en pies3/min

R del aire seco y del vapor de agua a 80 ° F

KKgJ

Rlbmflbpies

MRRa

a 00287

...352.53

Constante Universal

KmolKgJ

RmollblbfpiesR 00

_31434.8.32.1545

KKgJ

RlbmlbfpiesRv 00 462

..78.85




Aire Estándar

)115.1(0765.0 33 mKg

pielbm

)32.101(lg

696.142

KpapulbfPatm

Relación de Humedad o Humedad Específica “W”

v

v

a

v

a

v

ppp

pp

mm

W

6219.06219.0




Humedad Relativa “”

g

v

pp

Relación entre y W

g

a

ppW

6219.20.




Pa = Presión parcial de aire secoPg = Presión total

Pv = Presión parcial de vapor de aguaPg = Presión total

Entalpía de la mezcla = Entalpía de sus componentes “h”

va hWhh .

Si h = f(t)aa Cph

Entalpía del aire

TCphh vgv

Entalpía del vapor de agua

CKgKJ

FlbmBTUCpa

0.124.0 0

CKgKJ

FlbmBTUCpv

86.144.0 0




Sistema Ingles

lbmBTUtWth )444.02.061.1(24.0

KgKJtWth )86.13.2501(0.1

Sistema Internacional




DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DEL AIRE DE

SUMINISTRO




Cuando se acondiciona el aire de un local, el aire suministrado por el equipo debe de estar a una temperatura y humedad menor a las del aire del local este aire de suministro debe de tener un contenido menor en calor sensible y latente que el aire del local, y se debe de evitar que varíen la temperatura y la humedad relativa del local por lo tanto un balance de energía seria:

Entrada de Energía = Salida de Energía




AMBIENTE INTERIOR

1

2

AIRE SUMINISTRADO

AIRE RECIRCULADO

22 ,WTCFM SUM

11,WTCFM REC

11,WTL

S

QQ




Ganancia de calor sensible )(1.1 12 TTCFMQ SUMS

Ganancia de calor latente )(68.0 `1

`2 WWCFMQ SUML

Se acostumbra determinar la condición de aire de suministro necesario para manejar en primer lugar la ganancia de calor sensible y a continuación la condición de ganancia de calor latente.

Se observa que en las ecuaciones de calor sensible QS , quedan dos variables los CFM y (T2 –T1), se debe de tomar una de ellas a partir de la cual se calcula la otra.(a veces se escoge las CFM)





Ejemplo

Un ambiente tiene una ganancia de calor sensible de 55 000HrBTU

y de 22 000HrBTU de calor latente, las condiciones del recinto

deben de mantenerse a 78 ° F de bulbo seco y 50% de H.R., si se suministra 2 000cfm de aire

¿Cuáles son las TBSa.s. y TBHa.s. de aire de suministro?



* Hallando diferencia de temperatura de Calor sensible

FT

T

FTT

01

1

012

53

2578

2520001.1

55000




Solución

72g

56g

78 ° FT local

53 ° FT sum.aire

95% H.R.

1

250% H.R.

62% H.R.


RETERRETER E.I.R.LE.I.R.L..

REFRI TERMO

Determinando la humedad especifica, tomando de la carta Psicrométrica, La inclinación de la recta 1-2 se obtiene con el factor de calor sensible

!2W

TBS

La relación de calor sensible




Si se evalúan otros valores de CFM, se obtendrían otros valores de TBS y TBH del aire de suministro, sin embargo estos nuevos puntos formas una recta única que pasa también por el punto de condiciones interiores del local, esta no es una coincidencia, cualquier condición de suministro de aire que elimine en forma satisfactoria la cantidad adecuada de calor latente y sensible del local, que dará sobre esta recta, otra condición de aire de suministro diferente a las obtenidas variando los CFM, no compensará la carga de QS y Ql del local

La relación de calor sensibleRETER RETER E.I.R.L.E.I.R.L.



FCS = Factor de calor sensible de la habitaciónQS = ganancia de calor sensible de la habitaciónQL = ganancia de calor sensible de la habitación

LS

S

QQQFCS

Para todos los puntos sobre esta recta la relación entre el calor sensible al calor total es la misma y se puede demostrar geométricamente que




Se define a la línea que se traza por el punto de las condiciones interiores del local en TBS y TBH y que y que tiene la pendiente igual a la RCS.

La línea de condiciones

PROCEDIMIENTO

1.- Se calcula el FCS 2.- Se ubica el punto guía (80° F y 50% H.R.), de este punto guía se traza a una recta que tiene como pendiente el FCS.3.- Por el punto de condiciones interiores del local se traza una paralela a la recta del punto 2 llamada recta guía.4.- sobre esta recta estarán todos los puntos que satisfacen las condiciones de QS y QL del local acondicionado.




TDI

FCS

Recta de condiciones

TBS

1 – Primero se encuentra el FCS, se une mediante una recta con el punto guia (80F y 50% de HR), esta recta se llama recta guia, luego se traza una paraella a la recta guia que pase por el punto de TDI, llamada recta de condiciones , en el punto donde corta a la temperatura de suministro estaran las condiciones del aire de suministro que satisfacen a el ambiente estudiado



80F

T.suministro

TDE

Recta guía

Para seleccionar un equipo de acondicionamiento de aire, la práctica normal es graficar la línea de condiciones y a continuación escoger una condición de aire de suministro que esta sobre esa línea generalmente la TBS de suministro está entre 8ºC a 12ºC. (46.4ºF a 53.6ºF)Por lo general se escogen valores de temperatura de aire de suministro de modo que la diferencia de temperatura entre el ingreso al evaporador (T. de diseño interior) y a la salida del evaporador (T. de suministro) queda entre 15° F a 30° F

NOTASRETER RETER E.I.R.L.E.I.R.L.



RECOMENDACIONES PARA TOMAR LA RECOMENDACIONES PARA TOMAR LA TEMPERATURA DE SUMINISTROTEMPERATURA DE SUMINISTRO

A) La temperatura de entrada del aire frío esta de 5F a 20F por debajo de temperatura interior de diseño B) Una recomendación general es de que la temperatura de suministro depende de la altura del ambiente a climatizar, por cada pie de altura del ambiente se resta 2F de la temperatura de diseño interior C) Por ejemplo si la altura del ambiente es de 3m. aproximadamente 9 pies, y si la temperatura de diseño interior es de 70F, la temperatura de suministro seria 9 x 2 = 18F, es decir 70F – 18F = 52F

La línea de proceso de serpentínSi se traza una línea en el diagrama psicometríco que representa los cambios de las condiciones del aire a medida que esta atraviesa al serpentín de enfriamiento y des humidificación.

A esta línea se le llama del proceso del serpentín, depende de la configuración del serpentín de la velocidad del aire y la temperatura del refrigerante en el evaporador, que a su vez depende de la presión de baja del sistema aunque en realidad es una curva difícil de dibujar debido a la imprecisión de los valores tomados a través del serpentín, sin embargo posible localizar una recta a la cual , así no sea la verdadera de proceso del serpentín a verificar, puede ser aceptada como el correcto funcionamiento de el serpentín analizado, a esta línea se le llama , “linea de proceso de serpentin”.

“Se define entonces como una recta que se traza entre las condiciones del aire que entra al serpentín y las que el aire sale del serpentín”




Línea real de proceso del serpentín

Aire que entra

Línea de proceso del serpentín

Aire que sale

Línea de proceso del serpentín



REFRI TERMO

A

B

Humedad Especifica

Cuando el aire pasa por un serpentín es lógico pensar que todo el tubo no es tocado por el aire por la misma configuración física del serpentín, tomando en cuenta esto sólo una parte del aire toca la superficie del tubo y se enfría, se define como la parte del aire que no toca la superficie de enfriamiento en el serpentín y por lo tanto no se enfría por este mecanismo.Los valores de BF, usados normalmente son 0.06, 0.08, 0.10, estos dependen de la velocidad del aire que entrega el sirocco, a más velocidad el aire tocará menos el tubo frío.

Factor de By Pass (BP)RETER RETER E.I.R.L.E.I.R.L.



ii

Cuando el aire pasa por un serpentín, parte de este aire no toca el serpentín ya que hay espaciamiento entre tubos fríos del serpentín. A este aire se le denomina factor de BY PASS, al aire que si toca la superficie de los tubos se le llama factor de contacto, entonces

F.C Factor de contactoF.B.P. Factor de BY PASS

F.C. + F.B.P. = 1




Temperatura superficial efectiva

Es de suponer por el mismo proceso de evaporación que la temperatura no es la misma en todo el serpentín, es necesario para simular los cálculos una temperatura superficial efectiva única T.S.E. ,se llama también como temperatura de punto de roció del aparato.Se deduce que si el F.C. =1 F.B.P. = 0 todo el aire tocaría el serpentín a la T.S.E. y saldría a esta temperatura T.S.E. este aire estaría saturado cuando dicha temperatura fuera menor que la del punto de roció del aire es decir se esta eliminando humedad




Aire que salesaturado

Aire queentra

T.S.E.

F.C. = 1

Temperatura Superficial Efectiva



REFRI TERMO

Temperatura superficial efectiva

Es claro que el F.C. = 1 no se puede obtiene, el F.C. en el grafico siguiente es la relación de la longitud de la línea del proceso del serpentín, a la longitud total prolongada hacia la temperatura superficial electiva, es decir hasta que corta a la humedad relativa de 100%




Aire que salesaturado

Aire queentra

T.S.E.

Temperatura Superficial Efectiva

aba

bCF ..

Línea de proceso de serpentín




Recalentamiento

Algunos sistemas de acondicionamiento de aire tienen un serpentín de calentamiento, después del serpentín de enfriamiento o en su defecto tienen una batería de resistencias eléctricas de calefacción, los cuales recalientan el aire frió antes de que ingresa a el local acondicionado esto es necesario a veces para dar al aire suministrado las condiciones satisfactorias




1

23

A

Recalentamiento

1 – A , no intersecta a la H.R. =100%, no hay cambinación de serpentín y T.S.E. que cumpla con las necesidades de combatir las Qs y QL del local

Este problema se puede solucionar con un serpentín cuya línea de proceso sea 1 – 3 y recalentamiento de 3 – 2, con ello se obtienen las condiciones satisfactorias 2






Existen dos casos en los que la líneas de F.C.S. no cortan a las curvas de altas humedades, y esto es cuando se quieren mantener humedades muy bajas, o bien cuando F.C.S. es muy bajo.

Por lo general, los serpentines de aire acondicionado, proporcionan el aire con H.R. muy altas, aunque las W sean bajas , por esta razón es que en los casos antes mencionados se requieren que se recaliente el aire que sale del serpentín de enfriamiento.

OBSERVACION



REFRI TERMO

1.- La línea 1 – 2, F.C.S. = 0.7, trazada a 78°F y ø = 25%, al prolongarla, no cortara nunca a la curva de H.R. = 100%

2.- De la misma manera la línea 3 – 4 trazada a 80° F y 50% H.R. y F.C.S. = 0.5 tampoco cortará, la curva de H.R. = 100%

1

2

3

4

50% H.R.

25% H.R.

0.5 F.C.S.

0.7 F.C.S.

78° F 80° F




El caso de la línea 1 – 2 es poco común en lugares donde se juntan muchas personas que tiene que realizar alguna actividad física o donde hay vapores de agua en el agua circundante.Ej. Ginmasios, cocinas, lavanderias.

Existe un método práctico para encontrar la temperatura final a la cual debe de enfriarse el aire con objeto de que el calor sensible de calentamiento sea el minimo.

El método consiste en trazar una tangente a la curva de humedad relativa de 90% a partir del punto que representa las condiciones interiores del local, El punto de tangencia representa las condiciones a las cuales debe de salir el aire del serpentin para ser recalentado posteriormente

Método de la tangente




Ejemplo:

Un salón de teatro debe de mantener e 80° F y 50% de Humedad Relativa, la ganancia de calor sensible es de 300 000 BTU/HORA, si el aire sale del acondicionador a 90 de H.R. encontrar.

1.- Las condiciones que debe de tener el aire a la salida del serpentín de enfriamiento, para tener un mínimo calor de recalentamiento.

2.- El aire necesario.

3.- El calor necesario para calentar el aire.

4.- El calor necesario para calentar el aire cuando las condiciones del aire a la salida del serpentín son TBS =50° F Y = 90%.



REFRI TERMO

1

2 3

4

50% H.R.

90% H.R.

0.48 F.C.S.

33° FTBS

48.6° FTBS

TBH

32.240.8

54

Tangente de Humedad Relativa 90%

TBHTBH 5

50° F 62.6° F 80° F

TBS de aire suministrado será 48.6° FTBH de aire suministrado será 40.8° F

TBS




El aire suministrado se obtiene con el CALOR SENSIBLE

En este caso :T int = Temperatura interiorT sum = Temperatura de suministro

min58.8685

)6.4868(1.1300000

)(1.1

3

int

piesCFM

CFMHRBTUTTCFMQ sumS

VenAmp

KwHRBTUQ

QHRBTUTTCFMQ

S

S

S

220.,198

67.4355.149044

)336.48(58.86851.1

)(1.1 23

El calor sensible suministrado en el proceso de 2 – 3 valdra:




Si el aire debe de salir del acondicionador por alguna circunstancia debe de estar a 50° F de TBS y 90% H.R., punto 4, el calor sensible debe de suministrarse desde 4 – 5 en este caso el punto 5 representa las condiciones de entrada del aire que entra al espadio, y la cantidad de aire en CFM suministrada tendará un nuevo valor.

Comentario: Al variar la temperatura de suministro lógicamente variara el caudal de aire en CFMmin

98.15673

)6.6280(1.1300000

)(1.1

3

int

piesCFM

CFMHRBTUTTCFMQ sumS




HRBTUQ

QHRBTUTTCFMQ

S

S

S

37.217241

)506.62(98.156731.1

)(1.1 45

El calor sensible de recalentamiento será

COROLARIO

HRBTU

HRBTU 55.044,14937.241,217

* Quedando demostrado que el calor de recalentamiento es menor en la tangente a la H.R. de 90%




CONTROL DE AIRE PARCIAL CON AIRE DE RETORNO ANTES DEL SERPENTIN

La operación del sistema cuando las ganancias de calor del local son menores a las cargas de diseño a carga plena, implica que el equipo sólo trabaja a una carga parcial , una manera económica de este control es haciendo el recalentamiento, la ganancia de calor sensible del local disminuye , debido a las menores temperaturas exteriores (media estación e invierno) mientras que la ganancia de calor latente permanece alta, esto aumenta la pendiente de la recta de condiciones y el F.C.S. ,para lograr que el aire ingrese al local en las condiciones adecuadas se recalienta el aire con una porción después del acondicionador , todo esto controlado automáticamente por el termostato del local.




Ejemplo:

La ganancia de calor sensible de un auditórium es de 100,000 BTU/HR y la de calor latente de 30,000 BTU/HR, las condiciones interiores son TBS = 80° F y 50% H.R. , la humedad relativa del aire que sale del acondicionador es de 90%. Se pide:

1.- Representar graficamente la TBS y TBH del aire que sale del acondicionador.

2.- Volumen del aire de suministro.

3.- Volumen del aire de retorno para que la temperatura en los difusores sea 68° F.

4.- Comprobar que la mezcla de aire acondicionado, más el aire de retorno pueden absorber la carga de calor sensible, latente y total.



REFRI TERMO

50% H.R.

90% H.R.

0.77 F.C.S.

TBH

24.8

27.54

31.3

TBHTBH

59.5° F 68° F 80° F

TBS de aire suministrado será 59.5° FTBH de aire suministrado será 57.7° F

TBS

77.0000,130000,100... SCF

57.5° F




2.- Caudal de aire de suministro

En este caso :T int = Temperatura interiorT sum = Temperatura de suministro

min58.4434

)5.5980(1.1100000

)(1.1

3

int

piesCFM

CFMHRBTUTTCFMQ sumS

3.- Volumen necesario del aire de retorno

223311 TCFMTCFMTCFM




Serpentín

CFM 3 = 4434.58TBS 3 = 59.5° F

CFM 2 = ?TBS 3 = 80° F

CFM 1 = ?TBS 1 = 68° F

Difusores

.........................58.434,4

..........1764.125.880,3805.5958.434,468

21

231

211

21

CFMCFMCFMCFMCFM

xCFMTCFMCFMxxCFM

VEREMOS:




De β y :

min577,7

58.434,4min

46.142,3

1764.033.5541764.125.880,358.434,4

3

1

21

3

2

2

22

piesCFM

CFMCFM

piesCFM

xCFMxCFMCFM




HRBTUQ

HRBTUQ

gWgWHRBTUWWCFMQ

HRBTUQ

QHRBTUTTCFMQ

L

L

L

S

S

S

16.914,30

)7177(757768.0

71,77

)(68.0

4.016,100

)6880(577,71.1

)(1.1

!1

!2

!1

!2

12

Del diagrama psicométrico




Serpentín

CFM 3 = 4434.58TBS 3 = 59.5° F

CFM 2 = ?TBS 3 = 80° F

CFM 1 =7577TBS 1 = 68° F

CFM 2 = 3142.46TBS 3 = 80° F

Local AI

80° F,50% H.R.

AR 1

AR 2

AR T

AE

* Si hubiera lo que entra AE, sale como infiltración por las puertas y ventanas del local

4.- Q S =1.1x CFM x (T 2 – T 1) en este caso:CFM = 7 577 pies3/min (Por que es el aire total que va al

recinto )T 2 = 80° F Temperatura del recinto de retornoT 1 = 68° F Temperatura de suministro mezclado con aire de

retorno y el aire a la salida del evaporador




* Con lo que queda demostrado que el aire de retorno no influye en las condiciones del diseño de espacio, siempre y cuando no se varié la cantidad de aire que sale del serpentín, en este caso 4434.58 CFM

HRBTUQ

HRBTUQ

QQQ

T

T

LST

56.930,130

16.914,304.016,100

Hallando el calor total:




Gracias por su atención....

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