Prac Aire Acondicionado 2015

8/18/2019 Prac Aire Acondicionado 2015

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LABORATORIO DE MAQUINAS TÉRMICAS

EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO

OBJETIVO.- Conocer una de las aplicaciones más comunes de una maquina térmica inversa yfamiliarizarse con los Procesos Psicrométrico más utilizados en el acondicionamiento de aire

ACTIVIDADES.- El alumno obtendrá y evaluara en el equipo de laboratorio los siguientesProcesos Psicrométrico: Calentamiento Sensible, Enfriamiento Sensible, Enfriamiento yDeshumidificación y Calentamiento, Humidificación y Recalentamiento.

EQUIPO Y MATERIAL1 Equipo de Aire Acondicionado “Hilton”3 Termómetros de Bulbo Seco3 Termómetros de Bulbo Húmedo2 Termómetros de 0 a 100 °C

INTRODUCCIÓN.- La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air ConditioningEngineers) define el acondicionamiento del aire como: "El proceso de tratar el aire, controlando

simultáneamente su temperatura, humedad, limpieza y distribución, para que cumpla con losrequisitos del espacio acondicionado", por lo mismo, las acciones involucradas en la operaciónde un sistema de aire acondicionado son:1.- Control de la temperatura.2.- Control de la humedad.3.- Filtración, limpieza y purificación del aire.4.- Circulación y movimiento del aire.

El acondicionamiento de aire en casas, edificios o en industrias, se hace por dos razonesprincipales: proporcionar confort al ser humano, y para un control más completo de los procesosindustriales; el control de la temperatura y la humedad, mejora la calidad del producto terminado.Para acondicionar aire en un espacio, se requiere tener conocimientos básicos de las

propiedades del aire y la humedad, del cálculo de cargas de calentamiento y de enfriamiento,manejo de las tablas o carta psicrométrica, y del cálculo y selección de equipo.

En el acondicionamiento de aire, el equipo requerido para la transferencia de calor, debeseleccionarse de acuerdo a los requerimientos de cada aplicación particular. Existen tres tiposbásicos de estos equipos: serpentines, rociadores y deshumidificadores, los cuales puedenutilizarse en forma independiente o combinados. Estos componentes deben ser capaces decontrolar las propiedades psicrométricas del aire que pasa a través de ellos.

El más común de los componentes para transferencia de calor es el serpentín, el cual estáformado por una serie de tubos, a través de los cuales circula un refrigerante, agua fría, salmuera,agua caliente o vapor. El aire es inducido o forzado a pasar por entre los tubos, y al estar encontacto con la superficie del serpentín, dependiendo de la temperatura del fluido dentro de lostubos, se calienta, se enfría o se enfría y se deshumidifica. A su vez, el fluido dentro de los tubosse enfría o se calienta. La cantidad de calor transferido van en función de la superficie delserpentín, así como de la velocidad del aire; es decir, del tiempo que el aire esté en contacto conla superficie del serpentín al pasar a través de él.

El ser humano estará confortable bajo una variedad de combinaciones de temperatura yhumedad. La mayoría de la gente está confortable en una atmósfera con una humedad relativade entre 30% y 70%, y una temperatura entre 21°C y 29°C. La razón por la cual existe la industriadel acondicionamiento de aire (refrigeración, ventilación y calefacción), es porque la naturalezano siempre proporciona las condiciones ideales anteriores. Un sistema de aire acondicionado,

debe modificar las condiciones existentes, utilizando diferentes procesos para lograr las


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condiciones deseadas. Estos procesos pueden modelarse sobre la carta psicrométrica. En elinterior, es posible controlar completamente los factores que determinan el confort en un espacioencerrado. Hay una relación definida entre confort y las condiciones de temperatura, humedad ymovimiento del aire.

La Psicrometría se define como la medición del contenido de humedad del aire. Ampliando ladefinición a términos más técnicos, psicrometría es la ciencia que involucra las propiedades

termodinámicas del aire húmedo y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y elconfort humano. Esto implica los métodos de controlar las propiedades térmicas del aire húmedopor medio del uso de tablas psicrométricas o de la carta psicrométrica. Las tablas psicrométricasofrecen una gran precisión, ya que sus valores son de hasta cuatro decimales; sin embargo, enla mayoría de los casos, no se requiere tanta precisión; y con el uso de la carta psicrométrica, sepuede ahorrar mucho tiempo y cálculos.

Propiedades del Aire.- El aire es una mezcla de gases incolora, inolora e insabora que rodea ala tierra que se conoce como atmósfera. Se extiende hasta una altura de aproximadamente 645kms, y se divide en varias capas. La capa más cercana a la tierra se llama tropósfera, y va desdeel nivel del mar hasta los 15 kms. La capa que se extiende desde los 15 hasta los 50 kms, sellama estratósfera. La capa de los 50 kms hasta los 95 kms, se llama mesósfera, y de los 95 a

los 400 kms, se llama ionósfera. Puesto que nosotros podemos movernos tan libremente en elaire, podríamos suponer que el aire no tiene peso, o por lo menos, tiene tan poco peso, que esdespreciable. El aire sí tiene peso, y es sorprendentemente pesado. Su densidad varía, siendomayor a nivel del mar que en la cima de una alta montaña. Un manto de aire cubre la tierracompleta, y literalmente, nosotros vivimos en el fondo de ese mar de aire. Es más denso en elfondo, y se vuelve más delgado y ligero al ir hacia arriba. Todo este peso de aire ejerce unapresión de 101.325 kPa (1.033 kg/cm²) al nivel del mar, pero esta presión disminuye más y más,mientras más alto subimos.

El aire, no es un vapor saturado que esté cercano a temperaturas donde pueda ser condensado.Es siempre un gas altamente sobrecalentado, o más precisamente, es una mezcla de gasesaltamente sobrecalentados. Así, cuando calentamos o enfriamos aire seco, solamente estamosagregando o quitando calor sensible. Podemos enfriar o calentar el aire, limpiarlo y moverlo, peroesto no cambia significativamente sus propiedades; ya que, los relativamente pequeños cambiosde temperatura que le hagamos, sólo causan pequeñísimos cambios en el volumen y ladensidad. Si el aire seco se calienta, se expande; y su densidad disminuye, cuando la presiónpermanece constante. Inversamente, si se enfría el aire seco, aumenta su densidad. Aún más,las temperaturas, densidades, volúmenes y presiones, todas varían proporcionalmente. En latabla 1, se muestran las propiedades del aire seco a la presión atmosférica, en un rango detemperaturas de -15°C a 50°C. El aire atmosférico es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, bióxidode carbono, hidrógeno, vapor de agua, y un porcentaje muy pequeño de gases raros como argón,neón, ozono, etc. En la tabla 1, se muestran también los porcentajes de estos gases, tanto enpeso, como en volumen, para el aire seco (sin vapor de agua).

Cada uno de estos gases que componen el aire, se comporta de acuerdo a la Ley de Dalton.Brevemente, esta ley nos dice que una mezcla de dos o más gases, pueden ocupar el mismoespacio al mismo tiempo, y que cada uno actúa independientemente de los otros, como si losotros no estuvieran allí. Esto es, si un cuarto está completamente lleno de aire, también estácompletamente lleno de oxígeno, de nitrógeno, vapor de agua, etc., cada uno independiente delotro. Cada uno tiene su propia densidad, su propia presión parcial y cada uno responde a loscambios de volumen y temperatura a su propia manera, sin "hacer caso" uno al otro, y cada unose comporta según las leyes que lo gobiernan en lo particular. Realmente, el aire seco no es ungas puro, ya que es una mezcla como se mencionó anteriormente, y por lo tanto, no se conformaexactamente a las leyes de los gases, pero los gases que los componen son verdaderos gases;


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así que, para propósito práctico, se considera a esta mezcla de gases (aire seco sin vapor deagua) como un solo compuesto, que sigue la ley de los gases.

Tabla 1.- Gases que componen el aire atmosférico

Debido a que el aire tiene peso, se requiere energía para moverlo. Una vez en movimiento, elaire posee energía propia (cinética). La energía cinética del aire en movimiento, es igual a lamitad de su masa, multiplicada por el cuadrado de su velocidad. La velocidad se mide en metros

por segundo. De acuerdo a la ecuación de Bernoulli, al aumentar la velocidad disminuye lapresión. La densidad del aire, varía con la presión atmosférica y la humedad. Un kilogramo deaire seco en condiciones normales (21°C y 101.3 kPa), ocupa 0.8329 metros cúbicos. El calorespecífico del aire, es la cantidad de calor que se requiere para aumentar la temperatura de unkilogramo de aire en un grado centígrado. El valor del calor específico del aire seco, a nivel delmar, es 0.244 kcal/kg °C.

Propiedades del Vapor de Agua.- La humedad es un término utilizado para describir lapresencia de vapor de agua en el aire. Nuevamente, hacemos énfasis en que la humedad está"en el aire", solamente en el sentido de que los dos, aire y vapor de agua, existen juntos en unespacio dado al mismo tiempo. Por costumbre, decimos que el aire contiene humedad, y esconveniente hacerlo así, en el entendido de que siempre recordemos que es meramente una

manera de hablar, y que en realidad, los dos son independientes uno del otro, y que noresponden de la misma manera a los cambios de condiciones, especialmente a los cambios detemperatura. Las palabras "vapor" y "gas", comúnmente las empleamos para referirnos a lomismo; pero en realidad, un gas es un vapor altamente sobrecalentado, muy lejos de sutemperatura de saturación, como el aire. Un vapor está en sus condiciones de saturación o nomuy lejos de ellas, como el vapor de agua. Así pues, el vapor de agua o "humedad" en unespacio, puede estar en una condición de saturación o ligeramente arriba de ella. Si lo enfriamosunos cuantos grados, hacemos que se condense, y si le aplicamos calor, lo sobrecalentamos.Como ya sabemos, dos terceras partes de la superficie de la tierra están cubiertas por agua:océanos, lagos y ríos, de las cuales se desprende el vapor de agua. Las nubes, también productode esta evaporación, contribuyen a la humedad del ambiente al condensarse y precipitarse enforma de lluvia o nieve. Todo lo anterior es lo que sucede a la intemperie. Dentro de una casa,

edificio o fábrica, el vapor de agua puede provenir de la cocina, baño, máquinas, personas, etc. Así pues, la cantidad de humedad en el aire en un lugar y tiempo determinados, puede variarconsiderablemente. El vapor de agua es producido por el agua, a cualquier temperatura (aún porel hielo). El agua no tiene que estar en ebullición, aunque sí lo está, el vapor de agua es producidocon mayor rapidez. El vapor ejerce una presión definida encima del agua, la cual es determinadasolamente por la temperatura del agua misma, independientemente de si el agua está o no enebullición o de si el espacio por encima del agua contiene aire. Cuando comúnmente nosreferimos a la presión atmosférica o barométrica, estamos incluyendo la presión del aire y lapresión del vapor de agua que éste contiene. La presión atmosférica "normal" a nivel del mar, esde 101.325 kPa o de 760 mm de mercurio.


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Carta Psicrométrica.- Una carta psicrométrica, es una gráfica de las propiedades del aire y seutilizan para determinar, cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad en el aire. Laspropiedades psicrométrica del aire han sido recopiladas a través de incontables experimentos delaboratorio y de cálculos matemáticos, y son la base para lo que conocemos como la CartaPsicrométrica. Como se mencionó al inicio de este párrafo, la carta psicrométrica es una gráficaque es trazada con los valores de las tablas psicrométricas; por lo tanto, la carta psicrométricapuede basarse en datos obtenidos a la presión atmosférica normal al nivel del mar, o puede estar

basada en presiones menores que la atmosférica, o sea, para sitios a mayores alturas sobre elnivel del mar. Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para el rango de mediatemperatura y otras para el rango de alta temperatura. A algunas de las cartas psicrométricas seles amplía su longitud y se recorta su altura; mientras que otras son más altas que anchas y otrastienen forma de triángulo. Todas tienen básicamente la misma función; y la carta a usar, deberáseleccionarse para el rango de temperaturas y el tipo de aplicación. En una carta psicrométricase encuentran todas las propiedades del aire, de las cuales las de mayor importancia son lassiguientes: temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo, temperatura de punto derocío, humedad relativa, humedad específica, entalpía específica y volumen específico

Temperatura de Bulbo Seco (.- Esta temperatura es medida con un termómetro ordinarioy representa el calor sensible del aire. Esta escala es la horizontal (abscisa), en la parte baja dela carta, según se muestra en la figura 1. Las líneas que se extienden verticalmente, desde laparte baja hasta la parte alta de la carta, se llaman líneas de temperatura de bulbo secoconstantes, o simplemente «líneas de bulbo seco». Son constantes porque cualquier punto a lolargo de una de estas líneas, corresponde a la misma temperatura de bulbo seco indicada en laescala de la parte baja. Por ejemplo, en la línea de 40°C, cualquier punto a lo largo de la misma,corresponde a la temperatura de bulbo seco de 40°C.

Figura 1.- Líneas de temperatura de bulbo seco

Temperatura de Bulbo Húmedo (.- Es la temperatura que resulta de la evaporación delagua y representa el calor latente del aire. Básicamente, un termómetro de bulbo húmedo no esdiferente de un termómetro ordinario, excepto que tiene una pequeña mecha o pedazo de telaalrededor del bulbo. Si esta mecha se humedece con agua, la evaporación de esta aguadisminuirá la lectura del termómetro. Esta evaporación de la humedad de la mecha, provoca quela mecha y el bulbo del termómetro se enfríen, provocando una temperatura más baja que la delbulbo seco. Mientras más seco esté el aire, más rápida será la evaporación de la humedad de lamecha. Esta escala es la que se encuentra del lado superior izquierdo, en la parte curva de lacarta psicrométrica, como se muestra en la figura 2. Las líneas de temperatura de bulbo húmedo


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constantes o líneas de bulbo húmedo, corren diagonalmente de izquierda a derecha y de arribahacia abajo, en un ángulo de aproximadamente 30° de la horizontal. También se les diceconstantes, porque todos los puntos a lo largo de una de estas líneas, están a la mismatemperatura de bulbo húmedo.

Figura 2.- Líneas de temperatura de bulbo húmedo

Temperatura del Punto de Roció (.- El punto de rocío se define como: la temperatura abajode la cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse. En la naturaleza a la humedadque se condensa se le llama rocío. También es el punto de 100% de humedad. La humedadrelativa de una muestra de aire, puede determinarse por su punto de rocío. No se remuevehumedad del aire, a menos que se enfríe por abajo del punto de rocío. Esta escala es idénticaque la escala para las temperaturas de bulbo húmedo; es decir, es la misma escala para ambaspropiedades y se lee en la parte curva de la carta psicrométrica. Sin embargo, las líneas de latemperatura de punto de rocío, corren horizontalmente de izquierda a derecha, como se ilustraen la figura 3, no en forma diagonal como las de bulbo húmedo. Cualquier punto sobre una líneade punto de rocío constante, corresponde a la temperatura de punto de rocío sobre la escala, en

la línea curva de la carta.

Figura 3.- Líneas de temperatura del punto de roció

Humedad Relativa (Ø).- La humedad relativa, es un término utilizado para expresar la cantidadde humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que elaire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. Las líneas de


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humedad relativa constante, son las líneas curvas que se extienden hacia arriba y hacia laderecha. Se expresan siempre en porciento, y este valor se indica sobre cada línea. Puesto quela única condición donde la temperatura de bulbo húmedo y el punto de rocío, son la misma, esen condiciones de saturación; esta línea curva exterior, representa una condición de saturación del 100% de humedad relativa. Por lo tanto, la línea de 100% de Ø, es la misma que la escalade temperaturas de bulbo húmedo y de punto de rocío. Las líneas de humedad relativa constante,disminuyen en valor al alejarse de la línea de saturación hacia abajo y hacia la derecha, como

se ilustra en la figura 4.

Figura 4.- Líneas de humedad relativa

Humedad Específica (.- Es la cantidad de masa de vapor de agua contenido en el airehúmedo. La humedad específica, se refiere a la cantidad de humedad en peso, que se requierepara saturar un kilogramo de aire seco, a una temperatura de saturación (punto de rocío)determinada. La escala de la humedad específica o absoluta, es la escala vertical (ordenada)

que se encuentra al lado derecho de la carta psicrométrica, como se indica en la figura 5. Losvalores de esta propiedad se expresan en gramos de humedad por kilogramo de aire seco (g/kg),en el sistema internacional, y en granos por libra (gr/lb), en el sistema inglés. Las líneas dehumedad específica, corren horizontalmente de derecha a izquierda, y son paralelas a las líneasde punto de rocío y coinciden con éstas. Así pues, podemos ver que la cantidad de humedad enel aire, depende del punto de rocío del aire.

Figura 5.- Líneas de humedad especifica


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Entalpia .- Es la Energía correspondiente a los componentes aire seco y vapor de agua dela mezcla, por lo tanto, es el valor que determina la cantidad de calor añadido o retirado del aireen un proceso dado. Las líneas de entalpía constantes son las que se muestran en la figura 6.Debe notarse que estas líneas, son meramente extensiones de las líneas de bulbo húmedo;puesto que el calor total del aire, depende de la temperatura de bulbo húmedo. La escala dellado izquierdo lejana a la línea curva, da el calor total del aire en kJ/kg de aire seco, en el sistemainternacional o en BTU/lb de aire seco, en el sistema inglés.

Figura 6.- Líneas de entalpia

Volumen Específico .- Es el volumen de la mezcla por unidad de masa de aire seco. En lafigura 6, se muestran las líneas del volumen específico constante en una carta psicrométrica.Estas líneas están en un ángulo aproximado de 60° con la horizontal, y van aumentando de valorde izquierda a derecha. Por lo general, el espacio entre cada línea, representa un cambio devolumen específico de 0.05 m³/kg. Cualquier punto que caiga entre dos de estas líneas,

naturalmente debe ser un valor estimado. Si se desea saber la densidad del aire a cualquiercondición, como ya sabemos, se debe dividir uno entre el volumen específico, puesto que ladensidad es la inversa del volumen específico y viceversa. Debido a que la mayoría de loscálculos en trabajos de aire acondicionado, se basan en el peso del aire en lugar del volumen deaire, se recomienda el uso del volumen específico (m³/kg de aire) en vez de la densidad (kg/m³de aire).

Figura 7.- Líneas de volumen especifico


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La constitución de una Carta Psicrométrica (ver figura 8) consiste de la sobreimposición de lassiete propiedades descritas, ocupando la misma posición relativa sobre la carta. En la descripciónde cada una de las siete propiedades, se definió la línea constante como una línea que puedecontener un número infinito de puntos, cada uno a la misma condición; esto es, si fuésemos atrazar una sola condición del aire, tal como la temperatura del bulbo seco sobre la cartaPsicrométrica, ésta podría caer en cualquier punto sobre la línea constante, correspondiente aesa temperatura de bulbo seco. Pero ahora, en la carta Psicrométrica compuesta, tenemos un

número de líneas que se cruzan una con otra; así que si trazamos un punto sobre una línea debulbo seco constante, este punto también corresponderá a diferentes valores sobre las líneasconstantes para la temperatura de bulbo húmedo, punto de rocío, humedad relativa, volumenespecífico, humedad específica y entalpía. Suponiendo que dos de cualquiera de estas líneasconstantes se cruzaran en un punto común sobre la carta, podremos trazar ese puntoexactamente, si conocemos dos de cualquiera de esas propiedades del aire. A partir de estepunto, podemos entonces movernos a lo largo de las respectivas líneas constantes para las otraspropiedades del aire, y podemos leer el valor en sus escalas respectivas, sin tener que recurriral problema de calcularlos. Aunque este método no es tan preciso como el método de las tablasPsicrométrica, es mucho más rápido y el grado de precisión es suficientemente cercano parafines prácticos.

Figura 8.- Carta Psicrométrica a temperaturas normales y presión barométrica a nivel del mar


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En la Carta Psicrométrica, también es posible visualizar otras propiedades del aire, como son lassiguientes:

Calor Sensible.- Es aquel que recibe un cuerpo o un objeto y hace que aumente su temperaturasin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. Para aumentar la temperatura de uncuerpo hace falta aplicarle una cierta cantidad de calor (energía). La cantidad de calor aplicadaen relación con la diferencia de temperatura que se logre depende del calor específico del cuerpo,

que es distinto para cada sustancia. Cuando se traza sobre la carta psicrométrica un cambio decalor sensible, el resultado es una línea horizontal. El Calor Especifico se define como la cantidadde calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámicopara elevar su temperatura en una unidad.

Calor Latente.- Es el calor requerido para provocar un cambio de fase. Una sustanciaexperimenta un cambio en su temperatura cuando se transfiere calor entre la sustancia y losalrededores. Pero existen situaciones donde el flujo de calor no tiene como resultado un cambioen la temperatura. Esto ocurre siempre que las características físicas de la sustancia cambiende una forma a otra, lo que se conoce como cambio de fase. Cuando un sistema sufre un cambiode fase, debe haber una transferencia de calor. Todos estos cambios de fase implican un cambioen la energía interna. Cuando se traza sobre la carta Psicrométrica un cambio de calor latente,

es una línea vertical.

Factor de Calor Sensible.- En el acondicionamiento del aire se define como la relación del calorsensible del cuarto, con respecto a la suma de calor sensible y latente en dicha área. En la cartapsicrométrica normalmente se puede leer en la parte derecha, a un lado de la humedadespecifica

PROCESOS PSICROMÉTRICOS.- En la Carta Psicrométrica se pueden representar losprocesos fundamentales del acondicionamiento de aire tanto para aplicaciones industriales comopara confort humano. Se considera que cada proceso se inicia con las condiciones del punto Ay al modificar algunas de sus propiedades termina en el punto B, siguiendo una dirección comolo indica la flecha. Básicamente, los procesos psicométricos consisten en transferencias deenergía en forma de calor y transferencias de masa en forma de agua

Calentamiento Sensible.- Si un flujo de aire es pasado sobre una superficie seca y más caliente(a través de un banco de resistencias o a través de un serpentín de calefacción), entonces el aireabsorberá calor elevando sensiblemente su temperatura. Debe observarse que la humedadespecífica y la temperatura de roció se mantiene constantes, o sea, no se remueve ni se añadehumedad durante este proceso.


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Enfriamiento Sensible.- El término «cambio de calor sensible», se refiere a un cambio en calorque provocará un cambio en la temperatura del aire. Con frecuencia, al enfriar el aire se requerirátan sólo un cambio en el calor sensible del aire. Esta línea de enfriamiento sensible, es casiparalela a las líneas constantes de contenido de humedad, que son las mismas de la temperaturade punto de rocío; por lo que estos dos valores son constantes y no cambian durante elenfriamiento sensible. Sin embargo, en el proceso de enfriamiento, la superficie exterior delserpentín de enfriamiento, debe estar arriba de la temperatura de punto de rocío del aire, o se

condensará la humedad, resultando en una transferencia de su calor latente también.

Calentamiento y Humidificación.- El flujo de aire puede ser calentado y humidificadosimultáneamente haciéndolo pasar por rociadores, atomizadores o pulverizadores de aguacaliente o bien sobre charolas que contengan agua caliente, el agua que se utilice debencalentarse continuamente durante el proceso a fin de suministrar el calor latente requerido paraevaporarla. Durante este proceso, el aire incrementa su humedad específica y entalpía, y latemperatura de bulbo seco aumenta o disminuye según la temperatura inicial del agua y del aire.Este proceso también se puede obtener haciendo pasar el aire por un banco de resistencias

eléctricas y posteriormente por una corriente de vapor de agua.

Enfriamiento y Deshumidificación.- La combinación de enfriamiento y deshumidificación, seencuentra en prácticamente todos los sistemas de aire acondicionado. La deshumidificaciónmisma, puede llevarse a cabo por la refrigeración mecánica, removiendo el calor sensible y ellatente. Si solamente se desea deshumidificar, entonces deben utilizarse desecantes químicos. La deshumidificación es la remoción del vapor de agua presente en el aire. La cantidad del vaporde agua, presente dentro de una zona ocupada, variará dependiendo del número de personas


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presentes y de su actividad, la condición del aire exterior, la estructura del edificio y la cantidadde infiltración. Al enfriamiento y deshumidificación del aire para confort humano, se le conocecomúnmente como aire acondicionado. Esto no es totalmente correcto, ya que el término «aireacondicionado», se refiere a cualquiera o todas las fases de enfriar, calentar, ventilar, filtrar,distribuir, etc., el aire, para que cumpla los requerimientos del espacio acondicionado. Para poderproducir el enfriamiento y la deshumidificación en el espacio acondicionado se requiere el usode un equipo de refrigeración mecánica, la superficie exterior del serpentín de enfriamiento, debe

estar abajo de la temperatura de punto de rocío del aire, para condensar la humedad.

Humidificación.- Humedad es la cantidad de vapor de agua que siempre está contenido en elaire. La humidificación es un proceso controlado de adición de agua en la mezcla de aire. Comoel agua absorbe calor propio del aire, lo cual propicia un descenso de temperatura, es necesarioagregar calor de otra fuente a fin de conservar dicha temperatura.

Existe tres métodos principales de humidificación, que son: sistema de riego de agua, sistemaevaporativo y sistema de vapor. El comportamiento de ellos en la carta psicrométrica se puede

observar en la figura siguiente

Sistema de Riego de Agua (A-B).- Este sistema está compuesto por espreas que inyectan apresión agua en al corriente de aire y de placas eliminadoras que tienen por objeto atrapar lasgotas de agua que lleva el aire.

Sistema Evaporativo (A-E).- La base de este sistema es la evaporación de agua mediante unafuente de calor. Consiste de un recipiente, un flotador y una fuente de calor, que puede ser unserpentín de vapor o agua caliente.


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Sistema de Vapor (A-C).- La humidificación por vapor es más recomendable, siempre y cuandose humidifique con vapor seco. Existen varias formas de humidificación con vapor, desde un tuboperforado, hasta humidificadores más elaborados.

Deshumidificación.- Deshumidificar es reducir el contenido de vapor de agua el aire. Losmateriales absorbentes utilizados para deshumidificar pueden ser líquidos o sólidos. Los

absorbentes funcionan por adsorción de agua sobre la superficie del absorbente o por reacciónquímica con agua (adsorción). Los equipos usados para deshumidificar pueden ser regenerativosy no regenerativos. Para equipos regenerativos el absorbente es generalmente la sílica y laalúmina activa. En los equipos no regenerativos, los absorbentes son el cloruro de calcio y elcloruro de sodio o la urea. La deshumidificación puede ser realizada por refrigeración, adsorciónde líquido o sólido o una combinación de esos sistemas.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.- El equipo está constituido por tres secciones elementales, la

sección de ventilación, la sección de calefacción y la sección de refrigeración. En la primerasección se tiene un ventilador centrífugo de velocidad variable acoplado a un ducto de seccióncuadrada de 254 mm de lado. En la succión del ventilador se localiza un termómetro paratemperatura seca y otro para temperatura húmeda. La sección de calefacción está compuestapor dos bancos de resistencias, un humidificador a base de vapor, un termómetro de bulbo secoy otro de bulbo húmedo. El primer banco de resistencias eléctricas está integrado por dosresistencias de 1 kW cada una, mismas que se localizan inmediatamente después del ventiladory cuentan con huecos para colocar un termómetro de bulbo seco y otro de bulbo húmedo; el

segundo banco de resistencias está integrado por dos resistencias de ½ kW cada una, y estánlocalizadas después del serpentín de refrigeración. El humidificador localizado después delprimer banco de resistencias recibe el vapor que se genera en un recipiente al calentarse el agua


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por tres resistencias de 1.5 kW. La sección de refrigeración está constituida por un sistema derefrigeración completo que opera con refrigerante R-404A: evaporador, compresor, condensadory válvula de expansión El evaporador (serpentín) se encuentra en el interior de la seccióncuadrada del equipo e inmediatamente después de él se encuentran dos huecos para colocar untermómetro de bulbo seco y otro de bulbo húmedo. El compresor es de baja capacidad y del tipohermético. En estos aparatos, el compresor y motor son montados juntos en una unidad sellada.El condensador es un serpentín de cobre enfriado por aire por medio de un ventilador axial. La

válvula de expansión es del tipo termostática. El equipo tiene además: un medidor de flujo derefrigerante, un manómetro para medir la presión en el evaporador, un manómetro para elcondensador, tres termopozos para colocar termómetros y medir la temperatura en la entrada ysalida del evaporador y en la salida del condensador y un dren para medir los condensadosproducidos en el evaporador. Una placa de orificio instalada al final del ducto, permite con ayudade un manómetro diferencial, medir el flujo de aire a través del equipo. Los interruptores vanmontados en dos paneles. El panel izquierdo tiene tres interruptores para el calentador de aguay cuatro para las resistencias eléctricas que calientan el aire. El panel derecho tiene un reóstatopara regular la velocidad del ventilador centrífugo del equipo (Ver figura 9).

Figura 9.- Diagrama Esquemático del Equipo de Aire Acondicionado de Laboratorio Hilton


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DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1.- Proceso de Calentamiento Sensible.- Se acciona el ventilador y se le regula la velocidadcon el reóstato, se prende una resistencia eléctrica de 0.5 kW ubicada en la sección F, seconsidera como punto inicial los termómetros de bulbo seco y húmedo de la sección D y comopunto final los termómetros de bulbo seco y húmedo de la sección G. En el manómetro inclinadode la placa de orificio a la salida del equipo se mide la diferencial de presión.

1a).- Calor perdido en el proceso.

⁄ ⁄ ⁄ ⁄ . . ⁄ é 0.5

37.62 ó ° ó ó 9.81 ⁄ ⁄ ⁄ ⁄

2.- Proceso de Enfriamiento Sensible.- Se acciona el ventilador y se le regula la velocidad con

el reóstato, se enciende el sistema de refrigeración, haciéndose circular el aire a través delserpentín de enfriamiento ubicado en la sección E, se considera como punto inicial lostermómetros de bulbo seco y húmedo de la sección D y como punto final los termómetros debulbo seco y húmedo de la sección G. En el manómetro inclinado de la placa de orificio a lasalida del equipo se mide la diferencial de presión. Para graficar en el Diagrama de Mollier delrefrigerante y determinar las entalpias de entrada y salida del evaporador, se considera elproceso de compresión a entropía constante.


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2a).- Calor perdido por el aire.

⁄ ⁄ ⁄ ⁄ . . ⁄ 37.62 ó ° ó ó 9.81 ⁄ ⁄ ⁄

⁄

2b).-Calor absorbido por el refrigerante.

⁄ ⁄ ⁄

3.- Proceso de Enfriamiento y Deshumidificación.- Se acciona el ventilador y se le regula lavelocidad con el reóstato, se enciende el sistema de refrigeración, haciéndose circular el aire através del serpentín de enfriamiento ubicado en la sección E. El aire se hace circular lentamentepara que se enfrié abajo de su punto de roció y se notará un ligero condensado que sale por lamanguera ubicada debajo del serpentín de enfriamiento. Se considera como punto inicial lostermómetros de bulbo seco y húmedo de la sección D y como punto final los termómetros debulbo seco y húmedo de la sección G. En el manómetro inclinado de la placa de orificio a lasalida del equipo se mide la diferencial de presión. Para graficar en el Diagrama de Mollier delrefrigerante y determinar las entalpias de entrada y salida del evaporador, se considera elproceso de compresión a entropía constante.


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3a).-Calor absorbido por el refrigerante.

⁄ ⁄ ⁄

3b).- Calor sensible retirado por el sistema.

⁄ ⁄ ⁄

⁄ .

.

⁄ 37.62 ó ° ó ó 9.81 ⁄ ⁄ ⁄ ⁄

3c).- Calor latente removido por el sistema.

⁄ ⁄ ⁄ ⁄ . . ⁄ 37.62 ó ° ó ó 9.81 ⁄ ⁄ 2465 ⁄ ⁄ ⁄


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3d).- Calor total retirado del sistema.

3e).- Factor de calor sensible.

⁄

4.- Proceso de Calentamiento, Humidificación y Recalentamiento.- Se acciona el ventiladory se le regula la velocidad con el reóstato, se prende una resistencia eléctrica de 1 kW ubicadaen la sección B, se energizan las resistencias de inmersión del tanque de humidificación y seespera hasta obtener vapor de agua que se inyecta al equipo a través de la conexión de vaporsección C, al mismo tiempo se activa una resistencia eléctrica de 0.5 kW ubicada en la secciónF. Se considera como punto inicial los termómetros de bulbo seco y húmedo de la sección A,

como punto intermedio los termómetros de bulbo seco y húmedo de la sección D y como puntofinal los termómetros de bulbo seco y húmedo de la sección G. En el manómetro inclinado de laplaca de orificio a la salida del equipo se mide la diferencial de presión.

4a).- Calor sensible suministrado al sistema.

⁄ ⁄ ⁄ ⁄ . . ⁄ 37.62 ó ° ó ó 9.81 ⁄ ⁄ ⁄ ⁄


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4b).- Calor latente suministrado al sistema.

⁄ ⁄ ⁄ ⁄ . . ⁄ 37.62

ó ° ó ó 9.81 ⁄ ⁄ 2465 ⁄ ó ⁄ ó ⁄

4c).- Calor total suministrado al sistema.

GRÁFICAS1. Graficar en la Carta Psicrométrica de la Ciudad de México cada uno de los procesos

psicrometrico que se llevan a cabo en el equipo. Los valores obtenidos se utilizarán paradesarrollar la práctica.

2. Graficar en la Carta Psicrométrica Estándar a Nivel del Mar cada uno de los procesos

psicrometrico que se llevan a cabo en el equipo.3. Graficar en el Diagrama de Mollier del refrigerante R-404A, el ciclo de refrigeración que se

lleva a cabo en los procesos psicrometrico de enfriamiento sensible y enfriamiento ydeshumidificación.

4. Con los valores obtenidos en la Carta Psicrométrica de la Ciudad de México y en la CartaPsicrométrica Estándar a Nivel del Mar se hará la Tabla Comparativa de las PropiedadesPsicométricas

RESULTADOSEl alumno presentara una secuencia detallada de los cálculos efectuados y hará una tabla con

los resultados obtenidos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESEl alumno dará sus conclusiones y las recomendaciones que crea convenientes para elmejoramiento de esta práctica.


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TABLA COMPARATIVA DE LAS PROPIEDADES PSICROMETRICAS

PROCESO DE CALENTAMIENTO SENSIBLE.

PropiedadCiudad de México Nivel del Mar

Inicial Final Inicial Final

° ° ° ⁄

Ø %

⁄ ⁄

PROCESO DE ENFRIAMIENTO SENSIBLE.



° ° ° ⁄

Ø %

⁄ ⁄

PROCESO DE ENFRIAMIENTO Y DESHUMIDIFICACIÓN.



° ° ° ⁄

Ø %

⁄ ⁄


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PROCESO DE CALENTAMIENTO, HUMIDIFICACIÓN Y RECALENTAMIENTO.


Inicial Intermedia Final Inicial Intermedia Final

° ° ° ⁄

Ø %

⁄

⁄

TABLA DE RESULTADOS

C o n c e p t o Símbolo Unidades V a l o r

1 Proceso de Calentamiento Sensible

1a Calor Perdido en el Sistema 2 Proceso de Enfriamiento Sensible

2a Calor Perdido por el Aire 2b Calor Absorbido por el Refrigerante 3 Proceso de Enfriamiento y Deshumidificación

3a Calor Absorbido por el Refrigerante 3b Calor Sensible Retirado por el Sistema 3c Calor Latente Removido por el Sistema 3d Calor Total Retirado por el Sistema

3e Factor de Calor Sensible FCS 4 Proceso de Calentamiento, Humidificación y Recalentamiento

4a Calor Sensible Suministrado al Sistema 4b Calor Latente Suministrado al Sistema 4c Calor Total Suministrado al Sistema


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TABLAS DE LECTURAS

Procesos de Calentamiento Sensible y Calentamiento, Humidificación y Recalentamiento

C o n c e p t o Símbolo UnidadesCalentamiento

SensibleCalentamiento,

Humidificación yRecalentamiento

Temperatura de Bulbo Seco Sección A ° Temperatura de Bulbo Húmedo Sección A ° Temperatura de Bulbo Seco Sección D ° Temperatura de Bulbo Húmedo Sección D ° Temperatura de Bulbo Seco Sección G ° Temperatura de Bulbo Húmedo Sección G ° Presión en el Manómetro Inclinado

Procesos de Enfriamiento Sensible y Enfriamiento y Deshumidificación

C o n c e p t o Símbolo Unidades EnfriamientoSensibleEnfriamiento y

Deshumidificación

Temperatura de Bulbo Seco Sección D ° Temperatura de Bulbo Húmedo Sección D ° Temperatura de Bulbo Seco Sección G °

Temperatura de Bulbo Húmedo Sección G ° Presión en el Manómetro Inclinado

Presión Manométrica en el Evaporador Temperatura de Salida del Refrigerante delEvaporador

°

Presión Manométrica en el Condensador Temperatura de Salida del Refrigerante delCondensador

°

Flujo del Refrigerante ⁄


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Prac Aire Acondicionado 2015

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