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REFRIGERACION TERMODINAMICA
CAPACITACION A NIVEL NACIONAL REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO -A Empresas de Lima y Provincias con sus mismos equipos -A Instituciones Privadas y Estatales en Nuestra Escuela -A Ingenieros y Técnicos en Nuestra Escuela
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
CURSO DE AIRE ACONDICIONADO CAPITULO 2 : PSICROMETRIA DEL AIRE Expositor:
Ing. Willian Morales Quispe
Ingeniero Mecánico-Electricista, Universidad Nacional de Ingeniería Estudios de Especialización “Refrigeración y Aire Acondicionado”, en Colombia Estudios de Especialización “Ventilación Localizada“, Cuba Estudios de especialización en Aire Acondicionado Multi “V” en Mexico Miembro de ACAIRE (Asociación Colombiana de Refrigeración y Aire Acondicionado) Profesor de “Refrigeración y Aire Acondicionado” de TECSUP (1990 – 1995) Gerente General de la empresa RETER EIRL“Refrigeración y Termodinamica” Catedrático de la Universidad Nacional del Callao (Facultad de Mecánica y Energía) RETER E.I.R.L.
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CONCEPTOS PREVIOS
EL AIRE 1ra. LEY DE TERMODINÁMICA La energía no puede incrementarse, disminuirse, crearse o destruirse en el cosmos. Sólo es susceptible a sufrir una transformación a otra forma de Energía. 2da. LEY DE TERMODINÁMICA Es imposible que una máquina que actuando por si sola , transporte calor de un cuerpo a otro que tenga mayor temperatura que el primero, para esto tenemos que suministrarle algún tipo de energía.
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LEY DE BOYLE A una temperatura constante el volumen de un peso dado de un gas perfecto, varía inversamente a la presión absoluta. LEY DE CHARLES Cuando un gas perfecto recibe calor a volumen constante, la presión absoluta varía en forma directamente proporcional a la temperatura.
LEY DE AVOGADRO Iguales volúmenes de cualquier gas a la misma presión y temperatura, tiene el mismo número de moléculas. GAS PERFECTO Todo aquel gas que obedezca las leyes de BOYLE, CHARLES y AVOGADRO, es un gas perfecto, entonces:
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LEY DE GIBBS - DALTON En una mezcla de gases y vapores, cada gas o vapor ejerce la misma presi贸n en el mismo espacio total, como si la ejerciera por si solo, a la misma temperatura de la mezcla. Las mezclas de vapor - aire se rigen por la Ley de GIBBS - DALTON
Corolario: Cualquier mezcla de gases ejerce una presi贸n total igual a la suma de las presiones parciales ejercidas independientemente por cada gas. RETER E.I.R.L.
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FORMULAS APLICATIVAS P = P1 + P2 + P3 + ...+ Pn
Para un gas simple
Patm = PN 2 + PO2 + PCO2 + PAr + P谓
Patm = Pa + P谓 Pa = Presi贸n parcial de aire seco Pv = Presi贸n parcial de vapor de agua RETER E.I.R.L.
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EL AIRE
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a) En variación de calor sensible
El aire a condiciones normales tiene las siguientes características cuando está a 68ºF y 29.92 pulg. de Hg. Volumen específico , v = 13.3 pie³ /lb Densidad , ρ = 0.075 lb / pie³ Como en el aire acondicionado no se realizan cambios sustanciales en estos valores no se comete error grande al considerarlos como constantes, la relación entre el flujo de aire expresado en lb/hr y el expresado en CFM es:
b) En variación de calor latente
FORMULA CONOCIDA DE EL CALOR SENSIBLE
Además 1 lb. = 7000 granos, entonces
FORMULA CONOCIDA DE EL CALOR LATENTE
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EL AIRE
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c) En variación de calor sensible y latente, PROCESO MIXTO O REAL EN LA EVENTUALIDAD DE QUE EXISTAN LOS DOS CALORES EN EL PROCESO. PRODUCIENDOSE EFECTOS DE ENFRIAMIENTO , CALENTAMIENTO, HUMIDIFICACIÓN, DESH UMIDIFICACION.
QTOTAL = QSENSIBLE + QLATENTE RETER E.I.R.L.
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CARTA PSICROMETRICA
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La carta psicrometríca es la representación grafica de las tablas, muestra básicamente , la relación entre las seis siguientes propiedades del aire. a) Temperatura del bulbo húmedo Punto de Rocío b) Temperatura del bulbo seco. c) Humedad Específica d) Humedad relativa e) Factor de Calor Sensible
f) Valores de entalpía del aire RETER E.I.R.L.
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CARTA PSICROMETRICA
Temperatura del bulbo húmedo, Punto de Rocío o de Saturación
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CARTA PSICROMETRICA
Temperatura del bulbo seco
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CARTA PSICROMETRICA
Humedad Especifica o Relaci贸n de humedad
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CARTA PSICROMETRICA
Humedad Relativa
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CARTA PSICROMETRICA Factor Calor Sensible F.C.S.
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FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSICROMETRICA 1.- Ubicando la temperatura del Bulbo Seco 2.- Ubicando la Temperatura del Bulbo Húmedo 3.- Ubicando la Humedad Relativa 4.- Ubicando líneas de granos de Humedad 5.- Ubicando las líneas de Calor en BTU/libra 6.- Escala de Velocidad del Aire en pies3/min RETER E.I.R.L.
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FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSICROMETRICA 1.- Ubicando la temperatura del Bulbo Seco
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FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSICROMETRICA 2.- Ubicando la Temperatura del Bulbo Húmedo
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FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSICROMETRICA 3.- Ubicando la Humedad Relativa
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FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSICROMETRICA 4.- Ubicando líneas de granos de Humedad
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FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSICROMETRICA 5.- Ubicando las líneas de Calor en BTU/libra
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FORMAS DE EMPLEO DE LA CARTA PSICROMETRICA 6.-Escala de Volumen específico del Aire en pies3/min
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R del aire seco y del vapor de agua a 80 ° F −
R pies.lb.f J Ra = = 53.352 = 287 0 Ma lbm. R Kg − 0 K pies.lbf J R v = 85.78 = 462 0 lbm. R Kg 0 K Constante Universal _
R = 1545.32
pies.lbf J = 8.31434 lb − mol 0 R Kg − mol 0 K RETER E.I.R.L.
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Aire Estándar (70ºF y 29.92” de Hg)
γ = Peso.esp. = 0.07496
Patm
lbm Kg (1.2 ) 3 3 pie m
lbf = 14.696 (101.32Kpa) 2 pulg
1 pies 3 v = Vol.esp. = = 13.34 0.07496 lb 0.754(Tbs + 460) W ' v pies 3 v= (1 + ) Pb 4,360 lb Pb = presión barométrica en pulg. Hg Tbs = en *F W”v = Humedad especifica en granos
Relación de Humedad o Humedad Específica “W”
mv pv Wv = = 0.6219 ma pb − p v
Wv= Humedad especifica o relación de humedad Pv= presion parcial del vapor de agua
Pb= presión barométrica o atmosférica Wd= Humedad especifica o relación de humedad de la mezcla saturada. RETER E.I.R.L.
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Humedad Relativa “φ” Pv = Presión parcial de vapor de agua Pd = Presión de saturación del vapor de agua Relación entre φ y W Pa = Presión parcial de aire seco (Pb-Pv) Pd = Presión saturada del vapor de agua
pv φ= pd
W.p a φ= 20.6219p d
CONDENSADO DEL SERPENTIN
CFM(W2! − W1! ) mW = 1556
W : granos mw : libras de agua por hora RETER E.I.R.L.
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Entalpía de la mezcla = Entalpía de sus componentes “h”
h mezcla = h as + hvapor.de.agua h = h a + W.h v Si h = f(t) Entalpía del aire
h a = Cp a (t 2 − t 1 )
Si se toma como referencia 0ºF
h a = Cp a t
h v = h g + Cp v T
Entalpía del vapor de agua BTU KJ Cp a = 0.24 = 1.0 0 lbm F Kg°C Cp a = 0.24112 + 0.00009T(*F)
BTU KJ Cp v = 0.44 = 1.86 0 lbm F Kg°C RETER E.I.R.L.
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Sistema Ingles
BTU h = 0.24t + W(1,061.2 + 0.444t) lbm a
T en ºF W en lb/lb Cpa= 0.24 BTU/lbm ºF Cva= 0.444 BTU/lbm ºF
Sistema Internacional
KJ h = 1.0t + W(2,501.3 + 1.86t) Kg a
T en ºC W en gr./Kg Cpw=1.0 Kj/Kg ºC XCvw= 1.86 Kj/Kg ºC
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FORMULAS DE LA MEZCLA DE AIRE
CFM1 × T1 + CFM 2 × T2 TM = (º F) CFM T
CFM1 × W + CFM × W W = (granos) CFM T ! M
! 1
! 2
AIRE DE SUMINISTRO AIRE EXTERIOR AIRE DE MEZCLA
CFM 2 , T2 ,W2!
Tm AIRE RECIRCULADO
CFM1 , T1 , W1!
AIRE INTERIOR
Ts
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Ejemplo. Calcule la entalpía del aire4 saturado a 60º Solución: m pv Aplicando la fórmula : Wv = v = 0.6219 ma pb − p v
De las tablas de psicrometricas del vapor y aire Pv = 0.2563 psia
0.2561 lbmv Wv = 0.6219 = 0.01102 14.696 - 0.2563 lbma BTU h t = (0.24)60 + 0.01102[1061.2 + (0.444)60] = 26.388 lbma •Los valores de presión parcial del vapor se obtienen de tablas de textos
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DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES DEL AIRE DE SUMINISTRO
LA IMPORTANTÍSIMA TEMPERATURA Y HUMEDAD DEL AIRE DE SUMINISTRO RETER E.I.R.L.
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Cuando se acondiciona el aire de un local, el aire suministrado por el equipo debe de estar a una temperatura y humedad menor a las del aire del local, este aire de suministro debe de tener un contenido menor en calor sensible y latente que el aire del local, y se debe de evitar que varíen la temperatura y la humedad relativa del local por lo tanto un balance de energía seria:
Entrada de Energía = Salida de Energía
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AIRE SUMINISTRADO
CFM SUM T2 ,W2
QS
1 AMBIENTE INTERIOR
AIRE RECIRCULADO
CFM REC T1 ,W1
2
QL
T1 ,W1
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Ganancia de calor sensible
Q S = 1.1 × CFM SUM × (T2 − T1 )
Ganancia de calor latente Q L = 0.68 × CFM SUM × (W Se acostumbra determinar la condición de aire de suministro necesario para manejar en primer lugar la ganancia de calor sensible y a continuación la condición de ganancia de calor latente.
` 2
−W )
Se observa que en las ecuaciones de calor sensible QS , quedan dos variables los CFM y (T2 –T1), se debe de tomar una de ellas a partir de la cual se calcula la otra. (a veces se escoge las CFM)
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` 1
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Ejemplo Un ambiente tiene una ganancia de calor sensible de 55 000 y de 22 000
BTU Hr de calor latente, las condiciones del recinto
deben de mantenerse a 78 ° F de bulbo seco y 50% de H.R., si se suministra 2 000cfm de aire ¿Cuáles son las TBSa.s. y TBHa.s. de aire de suministro?
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BTU Hr
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Solución De la fórmula de calor sensible Q S = 1.1 × CFM SUM × (T2 − T1 ) * Hallando diferencia de temperatura de Calor sensible
55000 T2 − T1 = = 25 0 F 1.1 × 2000 T1 = 78 − 25 T1 = 53 0 F RETER E.I.R.L.
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REFRI TERMO
Determinando la humedad especifica, tomando de la carta Psicrométrica, La inclinación de la recta 1-2 se obtiene con el factor de calor sensible que es la relación entre el cociente FCS = cs/cs +cl
W2!
1 62% H.R.
. 2 . R H % 95
53 ° F T sum.aire
50% H.R. 72g 56g
78 ° F T local
TBS
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La relaci贸n de calor sensible
C.S. F.C.S. = C.S. + C.L.
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La relación de calor sensible Si se evalúan otros valores de CFM, se obtendrían otros valores de TBS y TBH del aire de suministro, sin embargo estos nuevos puntos forman una recta única que pasa también por el punto de condiciones interiores del local, esta no es una coincidencia, cualquier condición de suministro de aire que elimine en forma satisfactoria la cantidad adecuada de calor latente y sensible del local, que dará sobre esta recta, otra condición de aire de suministro diferente a las obtenidas variando los CFM, no compensará la carga de QS y Ql del local RETER E.I.R.L.
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Para todos los puntos sobre esta recta la relación entre el calor sensible al calor total es la misma y se puede demostrar geométricamente que FCS = Factor de calor sensible de la habitación QS = ganancia de calor sensible de la habitación QL = ganancia de calor sensible de la habitación
QS FCS = QS + Q L RETER E.I.R.L.
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La línea de condiciones
Se define a la línea que se traza por el punto de las condiciones interiores del local en TBS y TBH, y que tiene la pendiente igual al FCS.
PROCEDIMIENTO 1.- Se calcula el FCS 2.- Se ubica el punto guía (80° F y 50% H.R.), con este punto guía se traza a una recta guía que tiene como pendiente el FCS. 3.- Por el punto de condiciones interiores del local se traza una paralela a la recta guía, esta es la recta que identifica a los puntos que eliminaran los calores indeseables. 4.- sobre esta recta estarán todos los puntos que satisfacen las condiciones de QS y QL del local acondicionado. RETER E.I.R.L.
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1 – Primero se encuentra el FCS, se une mediante una recta con el punto guia (80F y 50% de HR), esta recta se llama recta guia, luego se traza una paraella a la recta guia que pase por el punto de TDI, llamada recta de condiciones , en el punto donde corta a la temperatura de suministro estaran las condiciones del aire de suministro que satisfacen a el ambiente estudiado Recta guía
TDE
FCS
80F
TDI
CUALQUIER PUNTO SOBRE LA RECTA ENTRE TDI Y TS HACIA LA IZQUIERDA SATISFACE LA DEMANDA
Recta de condiciones
TÉRMICA DEL LOCAL EN SU CS. Y CL.
TDE = Temperatura de diseño exterior
T.S.
TDI TBS
TDI = Temperatura de diseño interior RETER E.I.R.L.
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PROBLEMA: La señora Lourdes comensal asidua del Restaurante “La Rosa Náutica” se queja un día de Julio de que se siente muy “pegajosa” el gerente en su afán de darle comodidad baja más la temperatura en el termostato del equipo de acondicionamiento de aire. La señora Lourdes se enfría tanto que Se coloca su abrigo de Mink. Finalmente decide irse del Restaurante. Pronto se marchan todos los adinerados clientes . El gerente llama al servicio técnico, al venir el encargado del servicio técnico del equipo busca los datos de diseño del equipo que son: Qs = 150,000 BTUH, Ql = 53,000 BTUH, TDI = 78ºF de Bulbo seco y a 50% de HR. SOLUCION: 150,000 F.C.S. = = 0.74 Lo primero que hace es encontrar el F.C.S. 203,000 Mide las condiciones del aire de suministro y encuentra que son TBS = 61ºF y TBH = 60ºF luego de esto realiza el proceso en la carta psicrometrica
PUNTO GUIA ( 80ºf, 50% HR) T.S. medida TBS = 61ºF , TBH = 60ºF Están fuera de la recta del proceso.
TDE
TBH = 60ºF
FCS=0.74
Recta guía
T.S.
61ºF 62ºF
TDI
78ºF
TBS RETER E.I.R.L.
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CONCLUSIONES FINALES
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SE DEMUESTRA QUE EL EQUIPO NO ESTA ELIMINANDO EL SUFICIENTE CALOR LATENTE Y QUE LA HUMEDAD DEL RECINTO ES DEMASIADO ALTA AUNQUE LA TEMPERATURA SEA LA CORRECTA EL GERENTE BAJO MAS AUN LA TEMPERATURA DEL LOCAL PARA BAJAR LA HUMEDAD PERO ESTO RESULTO EN UNA TEMPERATURA MUY BAJA.
POSIBLES SOLUCIONES: 1.- Cambio de serpent铆n por otro mas adecuado a la carga sensible y latente del local 2.- Variar la velocidad del ventilador del evaporador, es decir variar las CFM 3.- Variar la presi贸n de baja del sistema, es decir la temperatura de evaporaci贸n 4.- En este caso, como el sistema trabajo bien inicialmente, posiblemente con s贸lo realizar el mantenimiento del equipo se solucione el problema.
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NOTAS
Para seleccionar un equipo de acondicionamiento de aire, la práctica normal es graficar la línea de condiciones y a continuación escoger una condición de aire de suministro que esta sobre esa línea generalmente la TBS de suministro está entre 8ºC a 12ºC. (46.4ºF a 53.6ºF) Por lo general se escogen valores de temperatura de aire de suministro de modo que la diferencia de temperatura entre el ingreso al evaporador (T. de diseño interior) y a la salida del evaporador (T. de suministro) queda entre 15° F a 30° F RETER E.I.R.L.
RECOMENDACIONES PARA TOMAR LA TEMPERATURA DE SUMINISTRO A) La temperatura de entrada del aire frío esta de 5ºF a 20ºF por debajo de temperatura interior de diseño B) Una recomendación general es de que la temperatura de suministro depende de la altura del ambiente a climatizar, por cada pie de altura del ambiente se resta 2ºF de la temperatura de diseño interior C) Por ejemplo si la altura del ambiente es de 3m. aproximadamente 9 pies, y si la temperatura de diseño interior es de 70F, la temperatura de suministro seria 9 x 2 = 18ºF, es decir 70ºF – 18ºF = 52ºF
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La línea de proceso de serpentín
Si se traza una línea en el diagrama psicrometríco que representa los cambios de las condiciones del aire a medida que esta atraviesa al serpentín de enfriamiento y des humidificación.
A esta línea se le llama del proceso del serpentín, depende de la configuración del serpentín de la velocidad del aire y la temperatura del refrigerante en el evaporador, que a su vez depende de la presión de baja del sistema aunque en realidad es una curva difícil de dibujar debido a la imprecisión de los valores tomados a través del serpentín, sin embargo posible localizar una recta a la cual , así no sea la verdadera de proceso del serpentín a verificar, puede ser aceptada como el correcto funcionamiento de el serpentín analizado, a esta línea se le llama , “linea de proceso de serpentin”.
“Se define entonces como una recta que se traza entre las condiciones del aire que entra al serpentín y las que el aire sale del serpentín” RETER E.I.R.L.
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REFRI TERMO
Línea real de proceso del serpentín A
Humedad Especifica
B
Aire que entra Línea de proceso del serpentín
Aire que sale
Línea de proceso del serpentín RETER E.I.R.L.
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Factor de By Pass (BP) Cuando el aire pasa por un serpentín es lógico pensar que todo el tubo no es tocado por el aire por la misma configuración física del serpentín, tomando en cuenta esto sólo una parte del aire toca la superficie del tubo y se enfría, se define como la parte del aire que no toca la superficie de enfriamiento en el serpentín y por lo tanto no se enfría por este mecanismo. Los valores de BF, usados normalmente son 0.06, 0.08, 0.10, estos dependen de la velocidad del aire que entrega el siroco, a más velocidad el aire tocará menos el tubo frío. RETER E.I.R.L.
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FACTOR DE CONTACTO Cuando el aire pasa por un serpentín, parte de este aire no toca el serpentín ya que hay espaciamiento entre tubos fríos del serpentín. A este aire se le denomina factor de BY PASS, al aire que si toca la superficie de los tubos se le llama factor de contacto, entonces F.C Factor de contacto F.B.P. Factor de BY PASS F.C. + F.B.P. = 1
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Temperatura superficial efectiva Es de suponer por el mismo proceso de evaporación que la temperatura no es la misma en todo el serpentín, es necesario para simular los cálculos proponer una temperatura superficial efectiva única T.S.E. ,se llama también como temperatura de punto de roció del aparato. Se deduce que si el F.C. =1 F.B.P. = 0 todo el aire tocaría el serpentín a la T.S.E. y saldría a esta temperatura T.S.E. este aire estaría saturado cuando dicha temperatura fuera menor que la del punto de roció del aire es decir se esta eliminando humedad RETER E.I.R.L.
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REFRI TERMO
T.S.E. (DEW POINT) F.C. = 1 Aire que entra Aire que sale saturado Temperatura Superficial Efectiva
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Temperatura superficial efectiva Es claro que el F.C. = 1 no se puede obtener, el F.C. en el grafico siguiente es la relación de la longitud de la línea del proceso del serpentín, a la longitud total prolongada hacia la temperatura superficial electiva, es decir hasta que corta a la humedad relativa de 100%
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Aire que entra
a b TDI
TS
T.S.E.
d ea n í L
ces o r ep
Aire que sale saturado TSE
TS
tín n e p ser e od
b TDI − TS F.C. = = a TDI − TSE TDI
Temperatura Superficial Efectiva RETER E.I.R.L.
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Recalentamiento Algunos sistemas de acondicionamiento de aire tienen un serpentín de calentamiento, después del serpentín de enfriamiento o en su defecto tienen una batería de resistencias eléctricas de calefacción, los cuales recalientan el aire frió antes de que ingrese a el local acondicionado esto es necesario a veces para dar al aire suministrado las condiciones satisfactorias
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CASOS ESPECIALES DE F.C.S.
Existen dos casos en los que las líneas de F.C.S. no cortan la curva de H:R: = 100% y estos son cuando se requieren humedades bajas o también cuando el F.C.S. es muy bajo, Esto puede ocurrir en Gym, restaurantes o también en centros comerciales muy concurridos Por lo general los aparatos de aire acondicionado proporcionan aire a humedades relativas bien altas, por lo que se hace necesario el recalentamiento del aire que sale del acondicionador. El primero de los dos casos no es muy común, más bien el segundo se presenta con frecuencia en lugares donde se realiza algún tipo de actividad física. El recalentamiento se hace con el gas caliente del condensador u otra fuente de calor o también con resistencias eléctricas, luego que el aire sale del serpentín
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1 – 2 , no intersecta a la H.R. =100%, no hay cambinación de serpentín y T.S.E. que cumpla con las necesidades de combatir las Qs y QL del local Este problema se puede solucionar con un serpentín cuya línea de proceso sea 2 – 3 y recalentamiento de 3 – 4, con ello se obtienen las condiciones satisfactorias 2
VEREMOS MÁS ADELANTE QUE SE PUEDE USAR EL MÉTODO DE LA TANGENTE PARA SALVAR ESTA DIFICULTAD
5 FCS 2
3
4 1
Recalentamiento
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OBSERVACION Existen dos casos en los que la líneas de F.C.S. no cortan a las curvas de altas humedades, y esto es cuando se quieren mantener humedades muy bajas, o bien cuando F.C.S. es muy bajo. Por lo general, los serpentines de aire acondicionado, proporcionan el aire con H.R. muy altas, aunque las W sean bajas , por esta razón es que en los casos antes mencionados se requieren que se recaliente el aire que sale del serpentín de enfriamiento. RETER E.I.R.L.
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REFRI TERMO
1.- La línea 1 – 2, F.C.S. = 0.7, trazada a 78°F y ø = 25%, al prolongarla, no cortara nunca a la curva de H.R. = 100% 2.- De la misma manera la línea 3 – 4 trazada a 80° F y 50% H.R. y F.C.S. = 0.5 tampoco cortará, la curva de H.R. = 100%
0.5 F.C.S. 50%
4 0.7 F.C.S. 25%
2
3 1
78° F
80° F
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Método de la tangente
El caso de la línea 1 – 2 es poco común en lugares donde se juntan muchas personas que tiene que realizar alguna actividad física o donde hay vapores de agua en el agua circundante.Ej. Ginmasios, cocinas, lavanderias. Existe un método práctico para encontrar la temperatura final a la cual debe de enfriarse el aire con objeto de que el calor sensible de calentamiento sea el mínimo. El método consiste en trazar una tangente a la curva de humedad relativa de 90% a partir del punto que representa las condiciones interiores del local, El punto de tangencia representa las condiciones a las cuales debe de salir el aire del serpentín para ser recalentado posteriormente RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
Ejemplo: Un salón de teatro debe de mantener e 80° F y 50% de Humedad Relativa, la ganancia de calor sensible es de 300 000 BTU/HORA, y la de calor latente es de 320,000 BTU/HORA , si el aire sale del acondicionador a 90 de H.R. encontrar. 1.- Las condiciones que debe de tener el aire a la salida del serpentín de enfriamiento, para tener un mínimo calor de recalentamiento. 2.- El aire necesario. 3.- El calor necesario para calentar el aire. 4.- El calor necesario para calentar el aire cuando las condiciones del aire a la salida del serpentín son TBS =50° F Y φ = 90%. RETER E.I.R.L.
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REFRI TERMO
90% H.R.
TBS de aire suministrado será 48.6° F TBH de aire suministrado será 40.8° F CONDICIONES DEL AIRE DE SUMINISTRO EN EL PUNTO DE TANGENCIA, tbs=33ºF, tbh=32.2ºF 54 H TB
gen Tan
40.8 4
H TB
H TB
32.2
2
33° F TBS
5
50% H.R.
a a1tiv l e R 1 dad e m u eH te d
FCS =
0.48 F.C.S.
90%
300,000 = 0.48 300,000 + 320,000
3
48.6° F TBS
50° F
62.6° F
80° F
TBS El punto 3 hace las veces de Ts. Y con este valor se obtiene el caudal de aire Para todo el proceso. El segmento 2 – 3 es el recalentamiento requerido. RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
El aire suministrado se obtiene con el CALOR SENSIBLE (Respuesta 1)
BTU HR 300000 = 1.1 ×CFM ×(80 −48.6)
Q S = 1.1 ×CFM ×(Tint −Tsum ) pies 3 CFM = 8685.58 min
El calor sensible suministrado en el proceso de 2 – 3 valdra: (respuesta 2)
En este caso : T int = Temperatura interior T sum = Temperatura de suministro
BTU Q S = 1.1 × CFM × (T3 − T2 ) HR Q S = 1.1 × 8685.58 × (48.6 − 33) BTU = 43.67Kw HR 198Amp, en.220V Q S = 149044.55
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
Si el aire debe de salir del acondicionador por alguna circunstancia a 50° F de TBS y 90% H.R., punto 4, el calor sensible debe de suministrarse desde 4 – 5 en este caso el punto 5 representa las condiciones de entrada del aire que entra al espacio, y la cantidad de aire en CFM suministrada tendará un nuevo valor.
BTU Q S = 1.1 × CFM × (Tint − Tsum ) HR 300000 = 1.1 × CFM × (80 − 62.6) pies 3 CFM = 15673.98 min
Comentario: Al variar la temperatura de suministro lógicamente variara el caudal de aire en CFM
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
BTU Q S = 1.1 × CFM × (T5 − T4 ) HR El calor sensible de recalentamiento será Q S = 1.1 × 15673.98 × (62.6 − 50) BTU Q S = 217241.37 HR COROLARIO
BTU BTU 217,241.37 〉〉149,044.55 HR HR
* Quedando demostrado que el calor de recalentamiento es menor en la tangente a la H.R. de 90% RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
CONTROL DE AIRE PARCIAL CON AIRE DE RETORNO ANTES DEL SERPENTIN La operación del sistema cuando las ganancias de calor del local son menores a las cargas de diseño a carga plena, implica que el equipo sólo trabaja a una carga parcial , una manera económica de este control es haciendo el recalentamiento, la ganancia de calor sensible del local disminuye , debido a las menores temperaturas exteriores (media estación e invierno) mientras que la ganancia de calor latente permanece alta, esto aumenta la pendiente de la recta de condiciones y el F.C.S. ,para lograr que el aire ingrese al local en las condiciones adecuadas se recalienta el aire con una porción después del acondicionador , todo esto controlado automáticamente por el termostato del local.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
Ejemplo: La ganancia de calor sensible de un auditórium es de 100,000 BTU/HR y la de calor latente de 30,000 BTU/HR, las condiciones interiores son TBS = 80° F y 50% H.R. , la humedad relativa del aire que sale del acondicionador es de 90%. Se pide: 1.- Representar gráficamente la TBS y TBH del aire que sale del acondicionador. 2.- Volumen del aire de suministro. 3.- Volumen del aire de retorno para que la temperatura en los difusores sea 68° F. 4.- Comprobar que la mezcla de aire acondicionado, más el aire de retorno pueden absorber la carga de calor sensible, latente y total. RETER E.I.R.L.
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REFRI TERMO
TBS de aire suministrado será 59.5° F TBH de aire suministrado será 57.7° F 31.3
100,000 = 0.77 130,000
H TB
F.C.S. =
90% H.R.
50% H.R.
0.77 F.C.S.
27.54 H TB
H TB
24.8
PUNTO GUIA
57.7°F
59.5° F 68° F
W2 = 77 g W1
80° F
= 71 g
TBS
7000 granos = 1 libra RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
2.- Caudal de aire de suministro
BTU Q S = 1.1 × CFM × (Tint − Tsum ) HR 100000 = 1.1 × CFM × (80 − 59.5)
En este caso : T int = Temperatura interior T sum = Temperatura de suministro
pies 3 CFM = 4434.58 min 3.- Volumen necesario del aire de retorno
CFM 1T1 = CFM 3 T3 + CFM 2 T2 RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
Serpentín
SE TOMA ESTE VOLUMEN COMO SI FUERA EL TOTAL DE CAUDAL Difusores
CFM 3 = 4434.58 TBS 3 = 59.5° F
VEREMOS:
CFM 1 = ? TBS 1 = 68° F
CFM 2 = ? TBS 3 = 80° F
CFM 1 x68 = 4,434.58x59.5 + CFM 2 80 CFM 1T1 = 3,880.25 +1.1764xCFM 2 ..........β CFM 1 = CFM 3 + CFM 2 CFM 1 = 4,434.58 + CFM 2 .........................α RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
De β y α :
4,434.58 + CFM 2 = 3,880.25 + 1.1764xCFM 2 554.33 = 0.1764xCFM 2 pies 3 CFM 2 = 3,142.46 min CFM 1 = 4,434.58 + CFM 2 pies 3 CFM 1 = 7,577 min ENTONCES PARA QUE LA TEMPERATURA EN LOS DIFUSORES SEA DE 68ºF SE REQUIERE RETORNAR POR EL BY PASS 3142.46 CFM RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
DEBEMOS COMPROBAR SI LA MEZCLA DE AIRE MAS EL AIRE DE RETORNO POR EL BY PASS PUEDEN SATISFACER LA DEMENDA TÉRMICA
Q s = 1.1 × 7,577(80 − 68) = 100,016BTUH
Q l = 0.68 × 7,577(77 - 71) = 30,914BTUH Q t = 100,016 + 30,914 = 130,930 BTUH SE DEMUESTRA QUE AUN CON EL AIRE DEL BY PASS SE PUEDE SOSTENER LA DEMANDA TÉRMICA REQUERIDA POR EL RECINTO
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
BTU Q S = 1.1 × CFM × (T2 − T1 ) HR Q S = 1.1 × 7,577 × (80 − 68)
DATOS OBTENIDOS DEL DIAGRAMA PSICROMETRICO
BTU Q S = 100,016.4 HR BTU Q L = 0.68 × CFM × (W − W ) HR W2! = 77g, W1! = 71g ! 2
! 1
BTU Q L = 0.68 × 7577 × (77 − 71) HR BTU Q L = 30,914.16 HR RETER E.I.R.L.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
Serpentín
AE
CFM 3 = 4434.58 TBS 3 = 59.5° F
AR
CFM 2 = ? TBS 3 = 80° F
AR
1
CFM 1 =7577 TBS 1 = 68° F
2
Local AI 80° F,50% H.R.
CFM 2 = 3142.46 TBS 3 = 80° F AR
T
•Si hubiera VENTILACIÓN EXTERIOR, lo que entra de AE, sale como infiltración • por las puertas y ventanas del local, ESTA DEBE DE SER CALCULADA y la
•Suma de esta ventilación más el aire de retorno CFM 2 debe ser igual al caudal inicial •Que debe pasar por el serpentín o sea de 4434.58 CFM, lógicamente esto aumentará •la demanda térmica y por esta razón también la potencia frigorífica del equipo •De aire acondicionado.
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REFRIGERACION TERMODINAMICA
PROBLEMA En un equipo de ventana de marca York modelo Y*USC**- 6R de 12,000 BTUH, cuyo caudal es de 330 CFM y el consumo de potencia es igual a 1,210 W, para 220 V, 60 Hz. monofásico, si la máquina fue construida para combatir una relación de calor sensible igual a 0.75, encontrar las condiciones de el aire de suministro , la potencia frigorífica cuando no hay renovación de aire , cuando hay un 50% de aire de ventilación y cuando hay Total ventilación, se considera que la TDE = 25ºC (77ºF) , hr = 80% y la TDI = 21.1ºC (70ºF), HR = 50%la oficina a acondicionar tiene 3m de altura (9 pies).
CÁLCULOS PREVIOS “W”se obtienen del diagrama psicrometrico
Solución : F.C.S. = 0.75 C.S. = 9,000 BTUH C.L. = 3,000 BTUH 9,000 = 1.1× 330(70 - Ts ) Ts = 45.2º F 70 ×165 + 77 ×165 = 73.5º F 330 54.2 ×165 + 111.6 × 165 WM! = = 82.9g 330
TM =
BTU hr BTU CasoBQ T = 4.5 × 330(30.7 − 17.35) = 19,824.75 hr BTU CasoCQ T = 4.5 × 330(36 − 17.35) = 27,695.25 hr CasoA Q T = 4.5 × 330(25.4 − 17.35) = 11,954.25
(TDI-TS)= SÓLO RECIRCULACIÓN (TM-TS)= RECIRCULACIÓN +50% VENTILACIÓN (TDE-TS)= TOTAL VENTILACIÓN
36 BTU/lb 30.7 BTU/lb 25.4 BTU/lb
TDE 111.6g
W 17.35 BTU/lb
82.9g
TM
54.2g
TDI
42g
TS
T.S=45.2ºF.
70ºF
77ºF
TBS
INTERPRETACIONES CON CAUDAL = 454.54 CFM y Ts = 52ºF
70 × 165 + 77 × 165 TM = = 73.5º F 330 54.2 × 165 + 111.6 × 165 WM! = = 82.9g 330 70 × 227.27 + 77 × 227.27 TM = = 73.5º F 454.54 227.27 × 54.2 + 227.27 × 111.6 WM! = = 82.9g 454.54 70 × 200 + 77 × 200 TM = = 73.5º 400 220 × 54.2 + 200 ×111.6 WM! = = 82.9g 400
CON CAUDAL = 330 CFM y Ts = 45.2ºF
CON CAUDAL = 400 CFM y Ts = 49.5ºF
Se puede notar que en todos los casos Variando el caudal , la temperatura de Suministro y con una ventilación del 50% Las condiciones de la mezcla no varían
INTERPRETACIONES BTU hr BTU B)....Q M = 4.5 × 454.54(25.4 − 19.5) = 12,060 hr A)con : QS yQL
A)....Q M = 4.5 × 400(25.4 − 18.7) = 12,068
BTU hr BTU QL = 0.68 × 400(54.2 − 44) = 2,774.4 hr B)con : QS yQL QS = 1.1× 400(70 − 49.5) = 9,020
QS = 1.1× 454.54(70 − 52) = 8,999
BTU hr
QL = 0.68 × 454.54(54.2 − 45.5) = 2,689
VARIANDO LA TEMPERATURA DE SUMINISTRO Y EL CAUDAL, MANTENIENDO EL F.C.S. CONSTANTE LA POTENCIA DE REFRIGERACION NO SE ALTERA.
CON CAUDAL = 400 CFM y Ts = 49.5ºF
CON CAUDAL = 454.54 CFM y Ts = 52ºF
BTU hr
RETER
E.I.R.L.
REFRIGERACION TERMODINAMICA
Gracias por su atenci贸n....
RETER E.I.R.L.
PROGRAMA DE CÁLCULO DE PSICROMETRÍA
LATS_Psy.exe