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Unidad VI: Fundamentos de aire acondicionado

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Unidad VI Fundamentos de aire acondicionado

Los trminos climatizacin, acondicionamiento trmico y control ambiental son sinnimos, son

expresiones que se aplican a lo mismo, pero difieren en su origen, unos utilizados en Europa y

otros en los estados Unidos. Es importante mencionar que la expresin ms utilizada pero

incorrecta es Aire acondicionado, que se emplea normalmente para citar todos estos conceptos,

pero esta tiene errores semnticos.

Orgenes

Se puede decir que la climatizacin nace en la prehistoria con el hombre de las cavernas cuando descubre el fuego y lo utiliza para agregar calor a sus cavernas.

Tambin los romanos hicieron los primeros intentos en los diseos de climatizacin con sus ingeniosos sistemas de calefaccin y ventilacin por debajo del suelo.

Leonardo Da Vinci construyo un artefacto para ventilacin a fines del siglo XV.

Robert Boyle enuncio su famosa ley en 1659.

En 1755 el Dr. escocs William Cullen hizo un vaco en un recipiente con agua para obtener hielo.

La historia de la refrigeracin pre-mecnica en lo relativo a la produccin y almacenamiento de fro se extiende a la utilizacin de la nieve o al hielo de los lagos. Estos combinados con

algunas mezclas como la sal lograban baos refrigerantes utilizados para la conservacin de

carnes y pescado.

Algunas de estas mezclas como el cloruro de calcio y nieve se aplicaron para fines comerciales, haciendo posible lograr temperaturas de hasta 30 C.

La invencin de la refrigeracin por compresin que es el mtodo ms comn en la obtencin de fro artificial se debe a Jacob Perkins en 1834 cuando obtuvo una patente por

una maquina de fabricar hielo en ciclo cerrado. Perkins especifica en su patente la

utilizacin de ter y otros elementos voltiles como fluidos refrigerantes.

En el ao 1850 el profesor Alexander Twining de la ciudad de Connecticut, en los Estados Unidos recogiendo las ideas de Perkins comenz a proyectar y construir plantas de

fabricacin de hielo, usando ter etlico como refrigerante.

Como podemos ver todos los esfuerzos apuntaban a la fabricacin de hielo para conservacin y a la industria cervecera hasta fines del siglo XIX.

Willis Haviland Carrier

Puede considerarse como el iniciador de la tcnica de tratamiento de aire para aplicaciones de

climatizacin.

Naci en una granja en Angola, estado de Nueva Cork. En 1901 se grado como ingeniero

mecnico en la universidad de Cornell.

Ese mismo ao encuentra trabajo en la Buffalo Forgue Company que se dedicaba a fabricar

sistemas de calefaccin.


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En 1902 la empresa litogrfica Brooklyn contrata a la empresa Buffalo para que controlara la

humedad y temperatura. Carrier pensaba con irona, que el hombre por siglos haba transformado

el fro en calor y ahora se senta frustrado por tener que hacer lo contrario. La primera solucin

que implemento Carrier fue de hacer circular agua fra por los serpentines que originalmente eran

de calefaccin, luego balanceando la temperatura con el promedio de la circulacin de aire. Esto

en principio funciona, pero el problema del punto de roco surge y no encontraba la solucin. Esta surge de regreso a su casa en la estacin de trenes de Pittsburg en una noche nublada y fra,

descubre una paradoja, el aire se puede secar saturndolo con agua. l lo explic de esta manera:

La niebla es aire saturado a aproximadamente 100% de humedad, pero la temperatura es tan baja que aun estando saturada no hay realmente demasiada humedad. Ahora si puedo saturar el

aire y controlar su temperatura en la saturacin, puedo hacerlo con cualquier grado de humedad

y esto se logra circulando aire a travs de una fina pulverizacin del agua, creando una

verdadera niebla.

En efecto, las gotas de agua producen una superficie de condensacin saturando el aire que pasa a

travs de ellas, la humedad se condensa en gotitas y estas caen liberando aire ms fresco y seco.

Por lo tanto en 1902 se efecto la primera instalacin de aire acondicionado aplicada a una

industria litogrfica de Brooklyn; a partir de all se desarrollaron diversos componentes para el

tratamiento de aire.

Durante aquellos aos, el objetivo principal de Carrier era mejorar el desarrollo del proceso

industrial con maquinas que permitieran el control de temperatura y la humedad.

Las primeras en utilizar el sistema de aire acondicionado fueron las industrias textiles del sur de

Estados unidos. Un claro ejemplo fue la fabrica Chronicle en Belmont. Esta tenia un gran

problema, debido a la ausencia de humedad, se creaba un exceso de electricidad esttica

convirtiendo las fibras de algodn en pelusa. Gracias a Carrier el nivel de humedad se estabilizo y

la pelusilla quedo eliminada.

En 1915 empujados por el xito Willis Carrier y seis amigos fundan La Compaa de Ingeniera Carrier con el objetivo de garantizar el control de la humedad y temperatura al cliente.

Mas tarde en 1922 se lleva a cabo uno de los logros de mayor impacto en la historia de la

industria.

La enfriadora centrifuga este nuevo sistema de aire acondicionado hizo su debut en los almacenes J. L. Hudson en la ciudad de Detroit en Michiganen la cual se instalaron tres

maquinas, tal fue el xito logrado que inmediatamente se comenzaron a instalar otras maquinas

en hospitales, aeropuertos y hoteles.

En 1925 llega la prueba de fuego, cuando la compaa fue contratada para refrigerar el cine

Rivoli de Nueva York. Se realizo una intensa campaa publicitaria y las colas fueron de varias cuadras; la pelcula fue rpidamente olvidada, pero no lo fue la aparicin del aire acondicionado.

En 1930 ms de 300 cines tenan instalados ya aire acondicionado Carrier.


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Despus de la 2 guerra mundial fue cuando las ventas de los equipos residenciales empezaron a

tomar importancia en empresas y hogares. Actualmente en nuestra sociedad muchos productos y

servicios dependen del control del clima interno. La comida para nuestra mesa, la ropa que

vestimos, la biotecnologa de donde obtenemos productos qumicos, plsticos y fertilizantes.

A Carrier se le debe el establecimiento de las bases tericas de la psicometra del aire. Hoy

Carrier es una de las empresas ms grandes de climatizacin del mundo, desarrollando una gama

innumerable de equipos y controles electrnicos, y fabricas en todo el mundo.

James Trane

Inmigrante noruego se afinca en los Estados Unidos en 1864, encontr trabajo como fontanero.

En 1885, abri su propio negocio, en el cual gano una importante reputacin.

El hijo de James, Reuben comparti con su padre la pasin por la creatividad mecnica y gano un

grado de ingeniera en la universidad de Wisconsin. En 1913 funda con su padre la Trane

Company para producir un nuevo tipo de calefaccin de vapor a baja presin. Adems crea

vlvulas y trampas para los sistemas de calefaccin convencionales de vapor.

Reuben Trane, pensador inventivo, concibi la idea del radiador de conveccin en 1925.

Las ventas de este se elevaron, y eso condujo a nuevas oportunidades de venta en todo el mundo.

Varios aos mas tarde, con el conocimiento ganado en el desarrollo del radiador de conveccin,

inclino toda su creatividad, en un campo completamente nuevo, el aire acondicionado.

La primera unidad de aire acondicionado Trane se desarrollo en 1931. Esta inyectaba aire a travs

de serpentines en los cuales circulaba agua fra. La compaa rpidamente creci pero la

depresin frena el desarrollo de esta hasta 1938 donde introdujo en el mercado una nueva y

revolucionaria maquina, la Turbovac, la primera maquina centrifuga hermtica de refrigeracin

de la industria.

Durante la II guerra mundial utilizo sus tecnologas para crear un numero de productos para las

fuerzas armadas, tales como ventiladores, calentadores para procesos de deshidratacin de

alimentos y l ms exitoso de todos, el Intercooler para aviones, este represento una brecha

importante para el esfuerzo de la guerra. Permiti a los aviones de guerra aliados que volaran ms

arriba y ms rpidamente.

As desde mediados de los aos 50 comenz una nueva carrera en la climatizacin, con equipos

unitarios y para grandes superficies amplindose a otros pases como Francia, e incorporando

sistemas de control electrnico para sus equipos.


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6.1 Definicin, importancia y aplicaciones de aire acondicionado

Definicin

El acondicionamiento de aire es un proceso de tratamiento que controla el ambiente interior de

una vivienda o local: en verano mediante la refrigeracin y en invierno con la calefaccin.

Cuando se cubren ambos servicios se habla de climatizacin.

Los acondicionadores de aire pueden pertenecer a dos familias bsicas:

Slo fro, cuando nicamente proporcionan refrigeracin (conocidos como aparatos de aire acondicionado).

Bomba de calor, cuando adems de refrigeracin proporcionan calefaccin.

Importancia y aplicaciones

Para conseguir una sensacin de bienestar hay que tener en cuenta la humedad del aire, su

temperatura, velocidad, etc.

El aire contiene un 0,03 % de CO2, que al ser respirado por el organismo humano sale a 37 C

con un 4 % de CO2. Asimismo, el ser humano en reposo absorbe 25 litros de O2 por hora,

equivalentes a 400 litros de aire por hora, consumo que crece con la actividad.

El aire de una habitacin cerrada se llega a enrarecer por la presencia de un 2 % de CO2 llevando

a la gente a un estado de excitacin; para un 3 % de CO2 se llega a un estado de depresin

general que puede llegar al desfallecimiento. En ambientes habituales, no industriales, se

considera como ndice de habitabilidad un % de CO2, que es fcil de medir y que da una idea

bastante exacta de la pureza del ambiente; el lmite mximo admisible es de 0,1 %, llegndose a

admitir en situaciones excepcionales, (refugios), porcentajes de hasta un 3 %.

El cuerpo humano goza de un sistema regulador de su temperatura, que es de 37 C, pudiendo

vivir en ambientes cuyas temperaturas oscilan entre -70 C y +50 C. La temperatura vara de una

a otra parte del cuerpo, consiguindose este equilibrio mediante un consumo de energa interior y

de aislamiento con vestidos. La temperatura ambiente ms agradable al cuerpo humano, con

respecto a una situacin de actividad nula, es del orden de 20 C. Respecto a la respiracin, la

temperatura ideal del aire oscila entre 15 C y 18 C.

El ser humano elimina al exterior calor y humedad por medio de la respiracin y la transpiracin,

cuestiones a tener en cuenta a la hora de proyectar una instalacin. La cantidad total de calor que

elimina el cuerpo humano en forma de calor sensible (radiacin y conveccin), y calor latente

(transpiracin), viene repartido en la siguiente forma:

El agua eliminada por una persona en reposo, a 22 C de temperatura ambiental, y con una humedad relativa comprendida entre un 30 % y un 70%, es de 50 g/hora.

El calor sensible que una persona elimina al exterior, a una temperatura media de 18 C, se compone de 35 kcal/h por radiacin y 25 kcal/h por conveccin.


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La transpiracin crece con la temperatura; de aqu que el ingeniero a la hora de proyectar, tiene

que conseguir un determinado grado de bienestar que se puede lograr de diferentes formas,

haciendo una consideracin de la humedad relativa y la temperatura de bulbo seco.

Figura 6.1: Curva de confort

6.2 Aire acondicionado para confort

El ser humano estar confortable bajo una serie de combinaciones de temperatura y humedad. La

mayora de la gente est confortable en una atmsfera con una humedad relativa entre 30 % y

70 %, y a una temperatura entre 21 C y 29 C.

La razn por la cual existe la industria del acondicionamiento del aire (refrigeracin, ventilacin

y calefaccin), es porque la naturaleza no siempre proporciona las condiciones ideales anteriores.

Un sistema de aire acondicionado, debe modificar las condiciones existentes, utilizando

diferentes procesos para lograr las condiciones deseadas. Estos procesos pueden moldearse sobre

la carta psicromtrica.

En el interior, es posible controlar completamente los factores que determinan el confort en un

espacio encerrado. Estos factores son:

Temperatura.

Humedad.

Movimiento del aire.

Limpieza.

Hay una relacin definida entre confort y las condiciones de temperatura, humedad y movimiento

del aire. En la figura 6.1 se ilustra la condicin de confort constante con temperaturas y

humedades variantes.


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90 70 50 30 10

Humedad relativa (%)

Tabla 6.1: Condiciones confort T-

Ntese la zona de confort, en el cual la mayora de la gente se siente confortable. Ntese tambin,

que con una alta humedad relativa, uno est confortable a menor temperatura, que a una

temperatura deseada a condiciones de baja humedad relativa.

Movimiento de aire

Este es otro factor en consideracin para las condiciones de confort. La zona de confort

presentada antes, se bas en un movimiento del aire con velocidad de 15 a 25 pies/min. La

temperatura efectiva cae bruscamente cuando se incrementa la velocidad. Esto parecera deseable

para aire acondicionado de verano, pero este aire se introduce usualmente de 15 a 20, bajo las

condiciones del cuarto; si la velocidad se aproxima a 100 pies/min, se notaran rfagas fras.

Los sistemas forzados de calefaccin con aire, estn sujetos a rfagas, particularmente cuando se

enciende el ventilador. Parece que la piel reacciona ms rpidamente a las corrientes de aire tibio

y una buena regla general es no exceder una velocidad de 50 pies/min en la zona de confort.

Recientes discusiones sugieren limitar la velocidad para todo el ao a 70 pies/min.

Debe evitarse la poca circulacin de aire, ya que la gente tiende a sentirse encerrada. Esta puede ser una desventaja de los sistemas de calefaccin sin ductos que dependen de la circulacin

por gravedad y no tienen mtodos de filtracin. La situacin se hace an ms crtica cuando la

estructura es bien aislada y la infiltracin del aire exterior es muy poca.

Limpieza y ventilacin, son las dos ltimas necesidades para el tratamiento apropiado del aire;

estn estrechamente relacionadas y trabajan una con la otra. Respiramos 36 libras de aire por da,

comemos 3.8 libras y bebemos 4.3 libras de agua. El aire libre es importante para la salud y el

confort. El aire ordinario est contaminado con impurezas tales como polvos, polen, humo,

vapores y productos qumicos.

39 37 36 35 33 32 30 29 28 27

36 35 33 32 31 29 28 27 26 25

33 32 31 29 28 28 27 26 24 24

31 29 28 27 27 26 25 24 23 22

28 27 26 26 24 24 23 22 22 21

24 24 23 23 22 22 21 21 20 19

22 22 21 21 20 20 19 19 19 18

20 19 19 19 18 18 18 18 17 17

17 17 17 17 16 16 16 16 15 15

14 14 14 14 14 14 14 14 14 14

12 12 12 12 12 12 12 12 12 12

8 8 8 8 8 8 8 8 8 8

Temp C


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La eficiencia de filtracin depende del tipo de sistema. Algunas tienen la capacidad de remover

ms del 95 % de impurezas. Sin embargo, an con el filtro ms fino, se requiere un buen

porcentaje de aire fresco para eliminar esa sensacin de aire muerto y tambin diluir olores y

suplir oxgeno para respirar.

Existen varios mtodos para la limpieza del aire, cada uno de ellos tiene distinta eficiencia y

costo, por ello son utilizados en diversos procesos:

Filtros secos

Filtros Hmedos

Filtros viscosos

Ciclnicos

Electrostticos

6.3 Psicrometra, carta psicromtrica, procesos fundamentales

Definicin

Psicrometra se define como la medicin del contenido de humedad del aire. Ampliando la

definicin a trminos ms tcnicos, Psicrometra es la ciencia que involucra las propiedades

termodinmicas del aire hmedo, y el efecto de la humedad atmosfrica sobre los materiales y el

confort humano. Ampliando an ms, incluiramos el mtodo de controlar las propiedades

trmicas del aire hmedo. Lo anterior se puede llevar a cabo a travs del uso de la carta

psicromtrica. El uso de esta carta, puede ahorrar mucho tiempo en los clculos.

Quien usa la Psicrometra? - Los ingenieros consultores, los ingenieros en investigacin y

desarrollo del producto y los ingenieros de aplicacin, por ejemplo, una necesidad de compresin

profunda y conocimiento del arte, porque su existencia profesional requiere aplicacin prctica de

las teoras. Necesita el tcnico realmente conocer toda esta informacin? - Generalmente no, a

menos que est involucrado en una de las actividades de ingeniera o investigacin. Lo que los

tcnicos necesitan saber, son solo los principios bsicos, definicin de trminos, la existencia de

la carta psicromtrica y la relacin de los elementos en cuestin, as como ser capaces de reportar

informacin o hacer suposiciones acerca del comportamiento del equipo.

Por ejemplo, los equipos tipo paquete, son prediseados por ingenieros de fbrica, con

caractersticas de comportamiento especficas. Hay poco que pueda hacer el tcnico para cambiar

su operacin, excepto, posiblemente variar la velocidad del ventilador. Se tienen tablas que dan la

capacidad del equipo basadas en las temperaturas de bulbo seco y bulbo hmedo a la entrada, las

condiciones ambiente exteriores, relaciones de calor sensible y latente, etc. Lo que la persona de

servicio necesita saber, son los trminos y definiciones que se usan para entender la informacin

presentada.

Composicin del aire

El aire es una mezcla de gases, que cuando est seco tiene la siguiente composicin:


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Aire seco

Nombre Smbolo Qumico % es Peso % en Volumen

Nitrgeno N2 75.47 78.03

Oxgeno O2 23.19 20.99

Bixido de carbono CO2 0.04 0.03

Hidrogeno H2 0.00 0.01

Gases raros ---- 1.30 0.94

Tabla 6.2: Composicin en peso y en volumen del aire seco

En reas congestionadas o industriales, tambin puede haber gases conteniendo azufre, carbono,

plomo y ciertos cidos.

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 ms gases, pueden ocupar el mismo

espacio al mismo tiempo, y que cada uno acta independientemente de los dems, como si los

otros no estuvieran all. Esto es, si un cuarto est completamente lleno de aire, tambin est lleno

de oxgeno, nitrgeno, vapor de agua, etc., cada uno independiente del otro.

Otro constituyente importante del aire es el vapor de agua. Este vapor generalmente se tiene

como vapor sobrecalentado como un gas invisible. Sin embargo, cuando el aire es enfriado a

cierta temperatura (el llamado punto de roco), el vapor de agua contenido en el aire empieza a

condensarse y puede ser visible como neblina o llovizna, o como cuando se tiene condensacin

en una superficie fra (roco). El contenido de vapor de agua que puede contener la atmsfera, se

incrementar grandemente cuando la temperatura aumenta. A cualquier temperatura dada, la

cantidad de vapor de agua puede variar prcticamente desde cero hasta la cantidad mxima que

corresponda a dicha temperatura.

La cantidad mxima de vapor de agua que puede estar contenida en un espacio de un pie cbico,

depende de la temperatura, siendo independiente del peso y de la presin del aire que

simultneamente se tenga en el mismo espacio. La cantidad mxima de vapor de agua ocurrir

cuando el espacio est saturado, esto es, para cuando se consiga tener un equilibrio de la relacin

presin-temperatura. Si para estas condiciones se atomizara agua en el espacio a la temperatura

de saturacin, esta permanecera como tal, posiblemente en forma de llovizna o niebla, pero no se

incrementara el contenido de vapor de agua en el espacio. Ms aun, si se enfriara el aire saturado

a su grado mnimo, sera posible que se tuviera un aumento en la humedad del aire y el exceso de

condensado se tendra en forma de neblina o roco. La presin de saturacin ser menor para un

aire saturado de menor temperatura.

Propiedades termodinmicas del aire

1) Temperatura de bulbo seco (TBS)

Es la temperatura medida en un termmetro ordinario.


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Figura 6.2: Temperatura de bulbo hmedo

Los instrumentos usados para medir TBS y TBH se llaman psicrmetros (figura 6.3).

Figura 6.3: Psicrmetro de onda

3) Temperatura del punto de roco (TProco)

Es la temperatura de saturacin, a la cual tiene lugar la condensacin del vapor de agua contenido

en el aire atmosfrico. Un ejemplo, es la humedad sobre un vaso de agua con hielo. El vidrio fro

reduce la temperatura del aire por debajo de su punto de roco y la humedad que se condensa

forma gotas sobre la superficie del vidrio.

4) Humedad especfica (Ws)

Es la masa real de vapor de agua en el aire seco, expresada en granos de vapor o libras de vapor

por libras de aire seco.

5) Humedad relativa ( )

Es la relacin del vapor de agua real en el aire, comparado a la mxima cantidad que estara

presente a la misma temperatura, expresada como un porcentaje (%).

2) Temperatura de bulbo hmedo (TBH)

Es la temperatura que resulta de la evaporacin

del agua, en una gasa hmeda, colocada sobre un

termmetro comn (figura 6.2).

Esta evaporacin est en funcin de la capacidad

que tenga el aire para absorber esta humedad,

debido a esto, el termmetro registrar un valor

menor a la temperatura de bulbo seco.

Cuando este termmetro es movido por un

espacio que contiene aire saturado, no habr

evaporacin del agua y tampoco habr lecturas

menores. Entonces, cuando ambas lecturas son

iguales se dice que el aire est saturado.


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6) Volumen especfico ( )

Es el volumen que ocupa una libra-masa de mezcla aire-vapor de agua, en ft3/lbm m

3/kg.

7) Calor sensible (Qs)

Es la cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura de bulbo seco del aire. Dado

generalmente en (BTU / lbm).

8) Calor latente (Ql)

Es el calor requerido para evaporar la humedad contenida en el aire. Esta evaporacin ocurre a

temperatura constante.

9) Calor total (Qt)

El calor total de la mezcla de aire y vapor de agua tambin se conoce como entalpa.

Carta psicromtrica

La carta psicromtrica es probablemente el mejor modo de mostrar lo que sucede al aire y al

vapor de agua, cuando cambian sus propiedades. La carta es publicada por ASHRAE y es la ms

comnmente usada en la industria. Algunos productores han desarrollado sus propias cartas las

cuales varan nicamente en estilo y construccin, pero las relaciones de las propiedades del aire

son las mismas.

Una carta psicromtrica, es una grfica de las propiedades del aire tales como: temperatura,

humedad especfica, humedad relativa, volumen, etc. Las cartas psicromticas se usan para

determinar como varan estas propiedades al cambiar la humedad en el aire.

Las propiedades psicromticas del aire que se utilizan para la construccin de estas cartas, han

sido recopiladas a travs de incontables experimentos de laboratorio y de clculos matemticos;

entonces, estas cartas pueden basarse en datos obtenidos a la presin atmosfrica sobre el nivel

del mar, o pueden estar basadas en presiones menores para sitios a mayores alturas sobre el nivel

del mar.

Aunque las tablas psicromtricas son ms precisas, el uso de la carta psicromtrica puede

ahorrarnos mucho tiempo y clculos, en la mayora de los casos donde no se requiere una

extremada precisin.

Existen muchos tipos de estas cartas psicromtricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas

se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para temperaturas medias y otras para alta

temperatura. A algunas de estas se les ampla su longitud y se les recorta su altura, mientras que

otras son ms altas que anchas. Todas tienen bsicamente la misma funcin.


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Figura 6.4: Esquema de una carta psicromtrica

Procesos fundamentales

Figura 6.5: Representacin de los procesos principales

.

Figura 6.6: Representacin de un calentamiento seco

.

TBS

TBH

WsTProco

v

h

TBS

TBH

WsTProco

v

h

CalentarEnfriar

Humidificar

Dehumidificar

CalentarEnfriar

Humidificar

Dehumidificar

0.011

A

TBS 80 F

0.011

A

TBS 80 F

A

TBS 80 F

TBS Temperatura de bulbo seco.

TBH Temperatura de bulbo hmedo.

TProco Temperatura del punto de roco.

Ws Humedad especfica.

Humedad relativa.

h Entalpa.

v Volumen especfico.

Se pueden considerar 4 procesos para cambiar las propiedades del aire:

Considere una muestra de aire (punto A de

la figura), con una temperatura de 80 F de

bulbo seco, que contiene 0.011 lbm de

humedad.

Si furamos a calentar el aire sin aadir

humedad, el punto se movera a la derecha

sobre la lnea horizontal, mostrando un

incremento en la TBS (figura 6.6).

Si el proceso fuera un enfriamiento

manteniendo la humedad constante, el

punto se movera horizontalmente hacia la

izquierda, observando que ahora la

temperatura de bulbo seco disminuye.


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Figura 6.7: Representacin de una humidificacin a TBS constante

Figura 6.8: Representacin de un calentamiento con humidificacin

Considere que la muestra de aire anterior es enfriada sin agregarle humedad hasta llevarla a la

lnea de saturacin (punto B), como se muestra en la figura 6.9. En este punto, la temperatura de

bulbo seco coincide con las temperaturas de bulbo hmedo y la del punto de roco a 59.7 F.

Cualquier enfriamiento posterior, traer consigo una condensacin de la humedad contenida en el

aire

Supongamos que la muestra se enfra hasta 50 F (punto C). En la figura se observa que en este

punto, la humedad especfica es de 0.0076 Lbm de vapor / Lbm de aire seco.

Entonces se observa un decremento de humedad:

Ws = (0.011 - 0.0076) Lbm de vapor / Lbm de aire seco.

Ws = .0034 Lbm de vapor / Lbm de aire seco.

0.011

A

TBS 80 F

0.011

A

TBS 80 F

0.011

A

TBS 80 F

0.011

A

TBS 80 F

Si furamos aadir humedad

(humidificar) sin cambiar la

temperatura de bulbo seco, el

punto se movera verticalmente

hacia arriba (figura 6.7)

Si se redujera la humedad

(dehumidificar), se movera

verticalmente hacia abajo.

Estos procesos pueden combinarse

logrando:

Calentamiento con humidificacin

Calentamiento con dehumidificacin

Enfriamiento con humidificacin

Enfriamiento con dehumidificacin

En la figura 6.8se muestra un proceso

donde se aade calor y humedad, el

punto se mover hacia arriba y hacia la

derecha aumentando la TBS y la Ws.


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Figura 6.9: Representacin de un calentamiento con humidificacin

Uso de la carta psicromtrica a presiones baromtricas variables

Las cartas psicromtricas estn construidas para una presin baromtrica estndar de 29.92 plg

Hg. Sin embargo, se proporcionan tablas de correccin de presiones para permitir usar las cartas

para otras presiones baromtricas, tales como aquellas que se tienen a elevaciones diferentes de la

del nivel del mar. En estas cartas, se tienen tabuladas a la izquierda, las correcciones para la

humedad especfica ( Ws) y la entalpa ( h), determinndose con la temperatura de bulbo

hmedo y la diferencia de presiones baromtricas debido a la altitud del lugar.

a) Correccin de la entalpa h h hc SNM (6-1)

Donde hc es la entalpa corregida a presiones menores de 29.92 plg Hg, HSNM es la entalpa sobre

el nivel del mar y h es el factor de correccin obtenido en la carta psicromtrica con TBH y P.

b) Humedad especfica Ws Ws Wsc SNM (6-2)

Donde:

Ws WsTBS TBH

1 0 0124

. (6-3)

Donde Wsc es la humedad especfica corregida en granos de vapor/Lbm de aire seco, WsSNM es la

humedad especfica sobre el nivel del mar en granos/Lbm de aire, Ws es el incremento de

humedad especfica en granos de vapor/Lbm de aire y Ws es el factor obtenido en la carta

psicromtrica.

0.011

A

TBS 59.7 F

0.0076

Lnea de

saturacin

B

80 F50 F

59.7 F

50 F

C

0.011

A

TBS 59.7 F

0.0076

Lnea de

saturacin

B

80 F50 F

59.7 F

50 F

C


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c) Presin parcial del vapor

De acuerdo a la temperatura del aire:

F 80 TBS ------------- +4354

c

Bc

Ws

pWsPs (6-4)

F 80 TBS ------------- +4380

c

Bc

Ws

pWsPs (6-5)

Donde PB es la presin baromtrica del lugar el pulgadas de mercurio.

d) Volumen especfico

vTBS

p

Ws

B

c0 754 4601

4360

. (6-6)

Donde v es el volumen especfico y TBS es la temperatura de bulbo seco el F.

6.4 Carga trmica para calefaccin

Las partidas que se consideran para calcular la carga de calentamiento de un edificio son:

1. Calor perdido a travs de reas de expuestas al exterior, incluyendo lo que se pierde a travs de paredes exteriores, techos y pisos, pero no incluyen ventanas ni reas de puertas.

2. Calor perdido a travs de superficies de vidrios y puertas. 3. Calor necesario para calentar el aire que entra por infiltraciones a travs de ventanas

exteriores, hendiduras de puertas y otros lados donde se tengan fugas. En proyectos

completos de aire acondicionado con ventanas selladas, esta partida puede ser constituida por

el aire de ventilacin tomado del exterior.

4. Otras diversas necesidades de calor, como humidificacin del aire exterior y factores de seguridad para tomar en cuenta algunos imprevistos.

Partida I

Constituye principalmente las llamadas prdidas de aislamiento del edificio. Para efectuar los

clculos se utiliza el coeficiente total de transferencia de calor U, el rea A y la diferencia de

temperaturas entre los fluidos a ambos lados de la pared T:

TAUQ (6-7)

Por definicin:

tR

U1

(6-8)


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Donde:

oi

thck

x

k

x

hR

1

11

12

2

1

1 (6-9)

Entonces:

ho y hi son los coeficientes de transferencia de calor por conveccin exterior e interior.

x1 y x2 son los espesores de los materiales.

k1 y k2 son las conductividades trmicas de los materiales.

C1 es la conductancia trmica del material.

Las temperaturas de diseo para invierno que se tienen en la tabla 6.3, indican la gama de

temperaturas que deben tenerse para cada tipo de espacio. Al seleccionar la temperatura de diseo

dentro de estos valores, deber considerarse la humedad relativa probable del lugar fro que se

tenga en el lugar considerado.

Tabla 6.3: Temperaturas de bulbo seco recomendadas para diversas actividades

Partida II

Para el clculo de prdidas por ventanas y puertas, se usa la siguiente ecuacin:

Q = U A T (6-10)

Tipo de espacio TBS (F)

Auditorios 68-72

Aulas de escuelas 70-72

Baos de vapor 110

Residencias 70-72

Cocinas y lavanderas 66

Comedores 65-70

Cuartos de bao en general 70-80

Edificios pblicos 68-72

Establecimientos comerciales 65-68

Fbricas desarrollando Trabajo ligero 60-65

Fabricas desarrollando trabajo pesado 50-60

Gimnasios 55-65

Cuartos de operacin en hospitales 70-95

Cuartos de pacientes en hospitales 70-72

Hoteles, recmaras y baos 70

Pasillos en teatros 68

Salones de baile 65-68

Talleres de pinturas 80


16

Donde U es el coeficiente total de transferencia de calor obtenido de tablas, en

FfthBtu 2 , A es al rea total de vidrios, en ft2 y finalmente T es la diferencia de

temperaturas (Tint - Text) en F.

La tabla 6.4 muestra los valores de U de ventanas, tragaluces y paredes de bloques de vidrio.

Seccin A: Lminas verticales de vidrio

Nmero de lminas Una Dos Tres

Espacio de aire (pulg) Ninguna 1 1

Exposicin exterior 1.13 0.61 0.55 0.53 0.41 0.36 0.34

Divisin interior 0.75 0.50 0.46 0.45 0.38 0.33 0.32

Seccin B: Lminas horizontales de vidrio

Numero de lminas Una Dos

Espacio de aire (pulg) Ninguna 1

Exposicin exterior 1.4 0.70 0.66 0.63

Exposicin interior 0.96 0.59 0.56 0.56

Seccin C: Paredes huecas de bloques de vidrio

Descripcin U

Exposicin exterior Exposicin interior

Espesor 5 x 5 x 3 7/8 0.60 0.46

Espesor 7 x 7 x 3 7/8 0.56 0.44

Espesor 11 x 11 x 3 7/8 0.52 0.40

Espesor 7 x 3 x 3 7/8 con fibra de

vidrio dividiendo la cavidad.

0.48

0.38

Tabla 6.4: Valores del coeficiente global de transferencia de calor para vidrios

Partida III

La cantidad de aire que pasa a travs de hendiduras y claros alrededor de ventanas y puertas

depender principalmente de lo hermtico de la construccin y de la velocidad del viento. Las

fugas se aumentan por cualquier efecto de chimenea en el edificio, debido a la altura de la misma

y a la diferencia de temperatura del aire interior y exterior. La longitud de la hendidura es el

permetro de cada bastidor de ventana, considerando solamente una sola hendidura en la mitad si

se tiene ventana de doble bastidor. El aire infiltrado que entra al edificio sale en la misma

proporcin en que entr. Por ello puede considerarse que solamente la mitad del permetro total

que se tengan en el cuarto deber considerarse para este clculo.

La cantidad de calor se puede calcular a partir de la siguiente ecuacin:

(6-11)


17

Donde Pp es la infiltracin de aire a travs de las hendiduras (en PCM) y T es la diferencia de

temperatura del aire (en C).

La tabla 6.5 muestra la infiltracin por hendiduras a travs de ventanas y puertas, en pies cbicos

por hora pie de hendidura.

Tipo de abertura Observaciones Velocidad del viento (en MPH)

5 10 15 20 25

Ventana de madera

de doble bastidor

(no hermtico)

No a prueba de agua 7 21.4 39 59 80

A prueba de agua 4 13 24 36 49

Ajuste pobre : no a prueba de agua 27 69 111 154 199

Ajuste pobre : a prueba de agua 6 19 34 51 71

Marco de estructura de madera 2 6 11 17 23

Ventana metlica

de doble bastidor

No a prueba de agua ; no hermtica 20 47 74 104 137

No a prueba de agua ; hermtica 20 45 70 96 125

A prueba de agua ; no hermtica 6 19 32 46 60

Ventana metlica

en bastidor simple

Industrial : pivotada horizontalmente 52 108 176 244 304

Puerta ventana residencial 14 32 52 76 100

Pivotada verticalmente 30 88 145 186 221

Puertas Bien ajustadas 27 69 110 154 199

Mal ajustadas 54 138 220 308 398

Tabla 6.5: Infiltracin por hendiduras en ventanas y puertas - ft3/(ft de hendidurah)

Partida IV

El clculo especfico de otras diversas partidas de calor con frecuencia no es considerado, pero

para tales casos se deber de contar con un factor que cubra algunas imprevisiones, as como

tambin exposicin solar en paredes poco comunes. Entonces, si un edificio est expuesto

abiertamente al efecto del viento, deber agregarse de 10 a 20 % a la carga de calefaccin. Si la

regin donde se ha construido el edificio est sujeta a cambios bruscos de temperatura, deber

aumentarse la capacidad del sistema de calefaccin.

Al haber chimeneas resulta difcil de estimar las prdidas debidas al efecto de chimenea, las

cuales pueden ser considerables. Un valor estimativo de 2500 BTU/h es usado arbitrariamente

algunas veces.

Tambin deber considerarse la cantidad de calor que se le debe agregar a la humedad del aire

que entra al edificio. Se utiliza para ello la siguiente ecuacin:

ent

fg

v

hWsPCMq

(6-12)

Donde PCM es la infiltracin de aire total al edificio (en ft3/h), Ws es el cambio de humedad

especfica del aire (Wsi -Wse) (en lbm de vapor/lbm de aire seco), vent es el volumen especfico del

aire de entrada, ft3/lbm y hfg es el calor latente de vaporizacin (se muestra una tabla en el anexo

de este trabajo puede observarse que a 212 F, el valor de hfg es 970.09 Btu/lbm).


18

6.5 Carga trmica para refrigeracin

El clculo de la carga trmica para refrigeracin se realiza de la siguiente manera:

1. Clculo de la transmisin de calor. 2. Clculo de la ganancia de calor debido a la infiltracin del aire exterior. 3. Clculo de la ganancia de calor debido al producto almacenado. 4. Clculo de la ganancia de calor debido a cargas suplementarias.

1. Clculo de la transmisin de calor

La ganancia de calor a travs de paredes, piso y techo vara segn las siguientes caractersticas:

* Material de construccin. * rea expuesta a diferente temperatura. * Tipo y espesor del aislante. * Diferencia de temperatura entre el espacio refrigerado y el ambiente.

La ecuacin que define esta transferencia de calor es:

tR

TATAUq

(6-13)

Por definicin:

...Ck

x

k

x

ffR

oi

t

32

2

1

1 111 (6-14)

Para efecto de diseo se puede considerar:

fi = 1.65 Btu/(h-ft2-F), para velocidades interiores del aire casi nulas,

fo = 6.0 Btu/(h-ft2-F), para velocidades exteriores del aire de 24 km/h,

x1, x2 son los espesores de los materiales 1 y 2, (en pulg),

k1 y k2 son las conductividades trmicas de los materiales 1 y 2, en Btu-plg/(h-ft2-F),

C3 es la conductancia trmica del material 3, en Btu/(h-ft2-F),

U es el coeficiente total de transferencia de calor, en Btu/(h-ft2-F),

A es el rea de la pared, piso o techo, (en ft2), y

T es la diferencia de temperaturas entre el interior y exterior, (en F).

La tabla 6.6a muestra los valores de las conductividades trmicas de algunos materiales comunes

utilizados para la construccin de cuartos frigorficos [Btuplg/(hft2F)]. Esta tabla muestra

tambin los valores de la densidad y la temperatura media a la cual han sido determinadas estas

conductividades trmicas.


19

Material Densidad

(lbm/ft3)

Temperatura

media (F)

Conductividad

k

Conductancia

C

Materiales de construccin

Concreto, arena y grava

Ladrillo comn

Ladrillo de fachada

Ladrillos hueco de 2 celdas de 6 Bloque de concreto, arena y grava de 8 Bloque de concreto, cenizas de 8 Yeso para estucar, arena

140

120

130

105

75

75

75

75

75

75

12.0

5.0

9.0

5.6

0.66

0.90

0.58

Materiales aislante

Capa de lana mineral

Capa de fibra de vidrio

Placa de corcho

Placa de fibra de vidrio

Uretano expandido R-11

Poliestireno expandido

Placa de lana mineral

Cubierta de techo aislante de 2 Relleno suelto de lana mineral

Perlita expandida

0.5

0.5

6.6 8.0 9.5 11.0

1.0

15.0

2.0 5.5 5.0 8.0

75

75

0

-16

0

0

0

75

0

0

0.32

0.32

0.25

0.21

0.17

0.24

0.25

0.23

0.32

0.18

Techos

Techos de asbesto-cemento

Asfalto en rollo

Techo prefabricado de 3/8 Tejas de madera

120

70

70

75

75

75

75

4.76

6.50

3.0

1.06

Materiales para piso

Alfombra de fibra

Alfombra de hule espuma

Losa de corcho de 1/8 Loseta asfltica de vinilo o linoleum

Subsuelo de madera de 25/32 Suelo de madera

75

75

75

75

0.48

0.81

3.60

20.0

1.02

1.47

Vidrio

Vidrio plano sencillo

Vidrio aislante doble

Vidrio aislante triple

0.73

0.49

0.38

Materiales para acabados

Placa de asbesto-cemento

Yeso de Triplay

Revestimiento de madera

Fibracel

Fieltro permeable al vapor

Pelcula plstica impermeable

120

50

34

20

65

75

75

75

75

75

75

75

4.0

0.80

0.38

1.4

2.25

16.70

Maderas

Madera biselada de 1 x 8

Arce, roble, madera dura

Abeto, pino, madera blanda

45

32

75

75

75

1.1

0.8

1.23

Varios

Agua

Nieve

Tierra

Aserrn

75

4.2

1.2 3.6 7.2 12.0

0.45

Tabla 6.6a: Coeficientes de transmisin de calor


20

Correccin de temperatura por el efecto solar

En caso de que las paredes del espacio refrigerado estn expuestas al sol, se deber aumentar la

diferencia de temperatura segn los factores indicados en la tabla 6.6b.

Tipo de superficie Pared Este Pared Sur Pared Oeste Techo Plano

Superficies de color oscuro :

Techo de arcilla negra, techo de chapopote y

pintura negra

8 5 8 20

Superficie de color medio :

Madera sin pintar, ladrillo, losa roja, cemento

oscuro y pintura roja, gris o verde

6 4 6 15

Superficie de color claro :

Piedra blanca, cemento de color claro y pintura

blanca

4

2 4 9

Tabla 6.6b: F que se deben aadir a la diferencia de temperatura para compensar el efecto solar

En calidad de ayuda, para el clculo rpido de transmisin de calor a travs de paredes, la tabla

6.6c indica la ganancia de calor en Btu/(ft2Fda). Los materiales han sido agrupados:

Material A: Poliuretano expandido, [k=0.17]

Material B: Fibra de vidrio, corcho, lana mineral y poliestireno expandido [k=0.25]

Material C: Aserrn [k=0.45]

Aislante Pulgadas de aislante

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Material A 2.04 1.36 1.02 0.815 0.68 0.58 0.51 0.45 0.41 0.37 0.34

Material B 3.0 2.0 1.5 1.2 1.0 0.86 0.75 0.67 0.60 0.55 0.50

Material C 5.4 3.6 2.7 2.16 1.8 1.54 1.35 1.2 1.08 0.98 0.9

Tabla 6.6c: Tabla para clculo rpido de la transmisin de calor

2. Infiltracin de aire exterior

Cualquier cantidad de aire que penetre en el espacio refrigerado debe reducirse a la temperatura

de almacenamiento, aumentando de este modo la carga de refrigeracin. Adems, en este caso de

que el contenido de humedad del aire que ha penetrado, sea superior que el existente en el

espacio refrigerado, el exceso de humedad se condensar y el calor latente de la condensacin se

aadir a la carga de refrigeracin.

Debido a los muchos factores variables, resulta difcil calcular con exactitud la ganancia de calor

adicional motivada por la infiltracin de aire. Sin embargo, se han desarrollado mtodos basados

en la experiencia para determinar esta carga de refrigeracin. Para calcular la infiltracin de aire

exterior se utiliza la siguiente expresin:

q = (Volumen)(Cambios de aire cada 24 horas)(Factor de uso)(Ganancia por infiltracin) (6-15)

Donde el volumen debe estar calculado en ft3, el nmero de cambios de aire cada 24 h puede

obtenerse en la tabla 6.7, el factor de uso es 2 para uso intenso y 0.6 para uso prolongado y la

ganancia por infiltracin puede obtenerse de la tabla 6.8.


21

Volumen

(m3)

Volumen

(ft3)

Cambios de aire

cada 24 h

6 200 44.0

8 300 34.5

11 400 29.5

14 500 26.0

17 600 23.0

23 800 20.0

28 1000 17.5

42 1500 14.0

57 2000 12.0

85 3000 9.5

113 4000 8.2

142 5000 7.2

Volumen

(m3)

Volumen

(ft3)

Cambios de aire

cada 24 h

170 6000 6.5

226 8000 5.5

283 10000 4.9

425 15000 3.9

566 20000 3.5

708 25000 3.0

850 30000 2.7

1133 40000 2.3

1416 50000 2.0

2124 75000 1.6

2832 10000 1.4

Tabla 6.7: Cambios de aire cada 24 h en cuartos fros

Temperatura de Temperatura del aire exterior en F

la cmara de 85 90 95 100

almacenamiento Porcentaje de la humedad relativa

en F 50 60 50 60 50 60 50 60

65 0.65 0.85 0.93 1.17 1.24 1.54 1.58 1.95

60 0.85 1.03 1.13 1.37 1.44 1.74 1.78 2.15

55 1.12 1.34 1.41 1.66 1.72 2.01 2.06 2.44

50 1.32 1.54 1.62 1.87 1.93 2.22 2.28 2.65

45 1.50 1.73 1.80 2.06 2.12 2.42 2.47 2.85

40 1.69 1.92 2.00 2.26 2.31 2.62 2.67 3.06

35 1.86 2.09 2.17 2.43 2.49 2.79 2.85 3.24

30 2.00 2.24 2.26 2.53 2.64 2.94 2.95 3.35

Temperatura de Temperatura del aire exterior en F

la cmara de 40 50 90 100

almacenamiento Porcentaje de la humedad relativa

en F 70 80 70 80 50 60 50 60

30 0.24 0.29 0.58 0.66 2.26 2.53 2.95 3.35

25 0.41 0.45 0.75 0.83 2.44 2.71 3.14 3.54

20 0.56 0.61 0.91 0.99 2.62 2.90 3.33 3.73

15 0.71 0.75 1.06 1.14 2.80 3.07 3.51 3.92

10 0.85 0.89 1.19 1.27 2.93 3.20 3.64 4.04

5 0.98 1.03 1.34 1.42 3.12 3.40 3.84 4.27

0 1.12 1.17 1.48 1.56 3.28 3.56 4.01 4.43

-5 1.23 1.28 1.59 1.67 3.41 3.69 4.15 4.57

-10 1.35 1.41 1.73 1.81 3.56 3.85 4.31 4.74

-15 1.50 1.53 1.85 1.92 3.67 3.96 4.42 4.86

-20 1.63 1.68 2.01 2.09 3.88 4.18 4.66 5.10

-25 1.77 1.80 2.12 2.21 4.00 4.30 4.78 5.21

-30 1.90 1.95 2.29 2.38 4.21 4.51 4.90 5.44

Tabla 6.8: Carga por infiltracin (en Btu/ft3)


22

3. Carga debida al producto

La carga debida al producto es la cantidad de calor que debe extraerse al producto para bajar su

temperatura hasta la temperatura del cuarto frigorfico. Esta carga se debe a:

El producto se coloca a una temperatura mayor a la del cuarto frigorfico,

Un proceso de congelacin (que implica carga latente),

El calor de transpiracin de algunos productos alimenticios (frutas, verduras y flores aun despus de cosechados)

Cada producto debe ser evaluado de forma independiente porque su temperatura de congelacin

es distinta puesto que depende del contenido de humedad y de la textura del producto. La carga

total del producto ser la suma de lo diversos clculos de carga que existan para cada caso.

Esta carga puede ser determinada calculando:

Calor sensible arriba del punto de congelacin

Calor latente de congelacin

Calor sensible debajo del punto de congelacin

Calor de evolucin

a) Calor sensible arriba del punto de congelacin

Es la cantidad de calor que debe ser extrada para bajar la temperatura del producto desde la

temperatura ambiente hasta la temperatura del cuarto frigorfico:

q1=(masa)(Calor especfico arriba del punto de congelacin)(Tambiente-Tcuarto fro) (6-16)

La masa del producto debe expresarse en lbm, el calor especfico puede obtenerse en la tabla 6.9

y las temperaturas deben expresarse en F.


23


24


25

Tabla 6.9: Caractersticas de productos alimenticios

Cuando la temperatura de congelacin es mayor que la temperatura del cuarto fro, la ecuacin

6-16 es transformada:

q1=(masa)(Calor especfico arriba del punto de congelacin)(Tambiente-Tcongelacio) (6-17)


26

b) Calor latente de congelacin

Cuando la temperatura del cuarto fro est por debajo de la temperatura de congelacin, es

necesario calcular el calor que debe extraerse para congelar la humedad del producto en un da a

partir de la siguiente expresin:

q2=(masa)(Calor latente de fusin) (6-18)

La masa del producto debe expresarse en lbm y el calor latente puede ser obtenido a partir de la

tabla 6.9.

c) Calor sensible debajo del punto de congelacin

Si la temperatura del cuarto fro est por debajo de la temperatura de congelacin, esta carga debe

ser calculada a partir de la ecuacin:

q3=(masa)(Calor especfico abajo del punto de congelacin)(Tcongelacin Tcuarto fro) (6-19)

La masa debe estar en lbm, el calor sensible puede obtenerse de la tabla 6.9 y las diferencias de

temperaturas en F.

d) Calor de evolucin

Algunos productos continan siendo organismos vivientes aun despus de cosechados y en

consecuencia siguen generando calor. Esta carga trmica por da puede calcularse con la ayuda de

la expresin:

q4=(masa)(Calor de evolucin por da) (6-20)

La masa debe expresarse en toneladas y el calor de evolucin puede obtenerse en la tabla 6.9.

Importante:

La temperatura de congelacin de cada producto puede ser obtenido de la tabla 6.9.

La temperatura del cuarto fro es la tempera de almacenamiento ms baja de los productos almacenados.

La tabla 6.10 muestra las temperaturas de almacenamiento de diversos productos.

Los flujos de calor son calculados considerando un tiempo de un da


27


28

Tabla 6.10: Condiciones de almacenamiento y propiedades de productos alimenticios

4. Carga suplementaria

La ganancia de calor procedente de otras fuentes deber incluirse para la estimacin de la carga

de refrigeracin total.

Iluminacin elctrica

Toda energa elctrica disipada directamente en el espacio refrigerado se convierte en calor y

debe considerarse en la carga trmica a partir del siguiente factor de conversin:

1 Watt-h=3.41 Btu

Motores elctricos

Puesto que la energa no puede destruirse, cualquier energa elctrica transmitida a motores

ubicados en el interior de un espacio refrigerado sufrir una transformacin. Cualquier prdida

del motor motivada por friccin o ineficiencia se traducir inmediatamente en energa calorfica.

La porcin de energa elctrica convertida en esfuerzo til (por ejemplo para accionar un

ventilador o bomba) existe solo brevemente como energa mecnica, la cual es transferida al

medio fluido aumentando su velocidad, y a medida que el fluido pierde su velocidad debido a la

friccin, se convierte totalmente en calor.


29

Existe la creencia equivoca de que si se coloca un motor elctrico en el exterior de la cmara y el

ventilador en el interior, acoplado por medio de un flecha, no se transmite calor al espacio

refrigerado. Toda la energa elctrica convertida en energa mecnica se transforma en energa

calorfica.

Debido a que la eficiencia del motor vara con el tamao, la carga de calor por hp, tal como se

representa en la tabla 6.11, tiene distintos valores para motores de diferentes tamaos. Aunque los

valores de la tabla representan una aproximacin til, la entrada de energa elctrica real en Watts

es la nica medicin precisa para la energa de entrada.

Capacidad del motor

(hp)

Btu por hp-hora

Motor y ventilador

dentro del cuarto

Motor fuera y

ventilador dentro

Motor dentro y

ventilador fuera

De 1/8 a 1/2 4 250 2 545 1 700

De 1/2 a 3 3 700 2 545 1 150

De 3 a 20 2 950 2 545 400

Tabla 6.11: Calor disipado por los motores elctricos

Carga debido a las personas

El cuerpo humano disipa constantemente calor y humedad. La cantidad de calor depende del tipo

de actividad, temperatura, tiempo dentro del cuarto refrigerado, etc. La tabla 6.12 indica la carga

promedio debida a las personas que se encuentran dentro del espacio refrigerado aclarando que

para permanencias de corta duracin la ganancia de calor ser algo superior.

Temperatura del

refrigerador en F

Calor disipado por

persona (Btu/h)

50 720

40 840

30 950

20 1050

10 1200

0 1300

-10 1400

Tabla 6.12: Calor disipado por personas dentro del espacio refrigerado


30

ANEXOS


31

Temperaturas exteriores de diseo en verano para algunas ciudades de la Repblica Mexicana

Lugar B.S. B.H. Altitud

(m) C F C F

Aguas Calientes

Aguas Calientes

34

93

19

66

1879

Baja California

Ensenada

Mexicali

La Paz

Tijuana

34

43

36

35

93

109

97

95

26

28

27

26

79

82

81

79

13

1

18

29

Campeche

Campeche

Ciudad del Carmen

36

37

97

99

26

26

79

79

25

3

Coahuila

Matamoros

Monclava

Nueva Rosita

Piedras Negras

Saltillo

34

38

41

40

35

93

100

106

104

95

21

24

25

26

22

70

75

77

79

72

1120

586

430

220

1609

Colima

Colima

Manzanillo

36

35

97

95

24

27

75

81

494

3

Chiapas

Tapachula

Tuxtla Gutirrez

34

35

93

95

25

25

77

77

168

536

Chihuahua

Camargo

Casas Grandes

Chihuahua

Ciudad Jurez

Parral

43

43

35

37

32

109

109

95

99

90

23

25

23

24

20

73

77

73

75

68

1653

1478

1423

1137

1652

Distrito Federal

Mxico Tacubaya

32

90

17

63

2309

Durango

Durango

Guadalupe Victoria

Ciudad Lerdo

Santiago Papasquiaro

33

43

36

38

91

109

97

100

17

21

21

21

63

70

70

70

1898

1982

1140

1740

Guanajuato

Celaya

Guanajuato

Irapuato

Len

Salvatierra

Silao

38

32

35

34

35

36

100

90

95

93

95

97

20

18

19

20

19

20

68

64

66

68

66

68

1754

2030

1724

1809

1761

1777

Guerrero

Acapulco

Chilpancingo

Iguala

Taxco

33

33

39

34

91

91

102

93

27

23

22

20

81

73

72

68

3

1250

735

1755

Hidalgo

Pachuca

Tulancingo

29

32

84

90

18

19

64

66

2445

2181


32


(m) C F C F

Jalisco

Guadalajara

Lagos de Moreno

Puerto Vallarta

33

39

36

91

102

97

20

20

26

68

68

79

1589

1880

2

Mxico

Texcoco

Toluca

32

26

90

79

19

17

66

63

2216

2675

Michoacn

Apatzingn

Morelia

La Piedad

Uruapan

Zamora

Zacap

39

30

34

34

35

32

102

86

93

93

95

90

25

19

20

20

20

19

77

66

68

68

68

66

682

1923

1775

1611

1633

2000

Morelos

Cuautla

Cuernavaca

42

31

108

88

22

20

72

68

1291

1538

Nayarit

Acaponeta

San Blas

Tepic

37

33

36

99

91

97

27

26

26

81

79

79

25

7

918

Nuevo Len

Linares

Montemorelos

Monterrey

38

39

38

100

102

100

25

25

26

77

77

79

684

432

534

Oaxaca

Oaxaca

Salina Cruz

35

34

95

93

22

26

72

79

1563

56

Puebla

Huauchinango

Puebla

Tehuacan

Teziutln

37

29

34

36

99

84

93

97

21

17

20

22

70

63

68

72

1600

2150

1676

1990

Queretaro

Queretaro

33

91

21

70

1842

Quintana Roo

Cozumel

Payo Obispo

33

34

91

93

27

27

81

81

3

4

San Luis Potos

Matehuala

San Luis Potos

36

34

97

93

22

18

72

64

1597

1877

Sinaloa

Culiacn

Escuinapa

Mazatln

Topolobampo

37

33

31

37

99

91

88

99

27

26

26

27

81

79

79

81

53

14

78

3

Sonora

Ciudad Obregn

Empalme

Guaymas

Hermosillo

Navajoa

Nogales

43

43

42

41

41

37

109

109

108

106

106

99

28

28

28

28

28

26

82

82

82

82

82

79

40

2

4

211

38

1177


33


(m) C F C F

Tabasco

Villahermosa

37

99

26

79

10

Tamaulipas

Matamoros

Nuevo Laredo

Tampico

Ciudad Victoria

36

41

36

38

97

106

97

100

26

25

28

26

79

77

82

79

12

140

18

321

Tlaxcala

Tlaxcala

28

82

17

63

2252

Veracruz

Alvarado

Crdoba

Jalapa

Orizaba

Tuxpan

Veracruz

35

36

32

34

37

33

95

97

90

93

99

91

26

23

21

21

27

27

79

73

70

70

81

81

9

871

1399

1248

14

16

Yucatn

Mrida

Progreso

37

33

99

97

27

27

81

81

22

14

Zacatecas

Fresnillo

Zacatecas

36

28

97

82

19

17

66

63

2250

2612


34

Nombre _________________________________. Direccin ___________________________.

Telfono _______________. Calculado por _______________. Fecha ____________________.

Datos

Aplicacin___________________________. Lugar____________________________________.

Temp. ambiente________ F. Temp. cmara_______ F. DT ________ F. ._________%.

Dimensiones: largo ________ ft ancho_______ ft alto_______ ft. Volumen:_______ ft3.

Aislamientos: tipo ___________________________ espesor ________________________ pulg.

Producto 1 a enfriar _____________________________________________________ Lbm/24h.





Temp. de entrada del producto ____________ F. Tiempo de enfriamiento_____________ h.

No. de Personas ________. Motores _______ hp ______. Lmparas _______ Watts ______.

Observaciones _________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Carga de transmisin de calor

Paredes ______ ft x 2 ( ____ ft + ____ ft) = ____ ft

2 x (___ F + 5.4 F) = _____ F x _______= _______.

(alto) (largo) (ancho) (rea) (DT) (factor)

Piso ________ ft x ________ ft = _____ ft2 x ( ______ F 18 F) = ______ F x ________ = _______.

(largo) (ancho) (rea) (DT) (factor)

Techo ______ ft x ________ ft = ______ ft2 x ( ______ F + 10.8 F) = _____ F x ________ = _______.

(largo) (ancho) (rea) (DT) (factor)

Btu/da

Infiltraciones de aire

Volumen ________ ft

3 x ____________________ x ___________ x __________ Btu/ft

3 = _________.

(cambios de aire cada 24 horas) (factor de uso) (ganancia)

Btu/da

Instituto tecnolgico de Tuxtla Gutirrez

Clculo de la Carga Trmica de Refrigeracin


35

Carga del producto

Calor sensible arriba de congelacin

____________ Lbm x __________ Btu/LbmF x ( ______ F - ____________ F) = ______F 24h = _______. (masa del prod 1) (calor especfico) (temp. ent) (temp. cong o alm) (DT)





Calor latente de congelacin

_____________ Lbm x ______________ Btu/Lbm 24 h = ______________. (masa del prod 1) (calor latente de fusin)





Calor sensible debajo de congelacin

____________ Lbm x ___________ Btu/LbmF x ( _______ F - _______ F) = ______F 24h = _______. (masa del prod 1) (calor especfico) (temp. cong) (temp. alm) (DT)






36

Calor de evolucin

____________ Ton x _____________ Btu/(Tonda) = ____________. (masa del prod 1) (calor de evolucin)





Btu/da

Carga suplementaria

Alumbrado ________ W x ______________ x 3.412 Btu/(hW) x ____________ h/Da = _______________. (nmero de lmparas) (utilizacin al da)

Motores _________ hp x ______________ x ______ Btu/(hph) x ___________ h/Da = ____________. (nmero de motores) (factor) (utilizacin al da)

Personas ______________ x _________ Btu/h x ___________ h/Da = ____________. (nmero de personas) (factor) (utilizacin al da)

Btu/da

Sub-total = ____________ Btu/da

Si se considera el factor de utilizacinh

da Total = ________________ Btu/h

Factor de seguridad _____ % = _________ Btu/h

Si se considera Btu/h 12000

ref de ton 1 Carga total de refrigeracin = ______ Ton de ref


37


38

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