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Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. Ley de Dalton Establece que en cualquier mezcla mecánica de gases y vapores (aquellas que no se combinan químicamente) a) Cada gas o vapor en la mezcla ejerce una presión parcial individual que es igual a la presión que el gas ejercería si este solo ocupase todo el espacio b) La presión total de la mezcla gaseosa es igual a la suma de las presiones parciales ejercidas por cada uno de los gases o vapores Presión barométrica Es igual a la suma de las presiones parciales generadas por los gases secos y por el vapor de agua Temperatura del punto de Rocío La temperatura a la cual el vapor de agua en el aire está saturado se denomina temperatura de punto de rocío del aire (PR) La presión ejercida por cualquier vapor es directamente proporcional a la densidad del vapor Densidad Constante = PR Constante Densidad del vapor de agua aumenta = PR Aumenta Densidad del vapor de agua Disminuye = PR Disminuye Máximo contenido de vapor de agua Se tendrá densidad de vapor máxima cuando la presión ejercida por el vapor de agua es igual a la presión de saturación correspondiente a la temperatura del aire. Para esta condición la temperatura del aire y la del PR son iguales Humedad Absoluta La humedad absoluta del aire para cualquier condición dada, es la masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire (lb/pie^3) Humedad relativa (HR) Es la relación entre la presión parcial real ejercida por el vapor de agua en cualquier volumen de aire y la presión parcial que ejercería el vapor de agua si el vapor de agua contenido en el aire estuviera saturado a la temperatura del aire Relación de Humedad (W) o Humedad Especifica Es una expresión de la masa de vapor de agua por unidad de masa de aire seco. Se expresa en gramos por libra de aire seco Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. Para cualquier presión barométrica dada la relación de humedad es solo función de la temperatura del PR Relación de saturación O Porcentaje de humedad Es la relación de la masa de vapor de agua en el aire por masa unitaria de aire seco a la masa de vapor de agua necesaria para la saturación de la misma muestra de aire Temperatura de bulbo seco (BS) Es la temperatura medida por un termómetro ordinario de bulbo seco. Al hacer la medición de la temperatura del bulbo seco del aire, el bulbo del termómetro se deberá cubrir para reducir los efectos de la radiación directa Temperatura de Bulbo Húmedo (BH) Un termómetro de BH es un termómetro ordinario cuyo bulbo está envuelto con un pabilo humedecido, el pabilo debe estar saturado con agua limpia casi a la temperatura del BS del aire, y la velocidad del aire que rodea al pabilo se mantenga entre 1000 y 2000 pies/min Este valor es obtenido mediante el psicrómetro de onda Si el aire esta 100 % saturado ocurre que BS, BH y PR del aire son iguales, aparte de este caso siempre BH deberá ser menor a BS Por lo tanto una temperatura de BH es una medida de la relación entre la temperatura del BS del aire y el contenido de humedad que se tiene en el aire Contenido de calor o entalpia del aire El aire tiene calor sensible y calor latente. El calor total del aire a cualquier condición es la suma del calor sensible y el latente contenidos en el mismo El calor sensible es función del BS y el calor latente es una función de la temperatura del PR y el calor total del aire es una función de la temperatura del BH Calor sensible en el aire Para cualquier temperatura dada de BS, el calor sensible del aire es considerado como la entalpia del aire seco a dicha temperatura restada de 0 ®F Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. Calor sensible total de m libras de aire La cantidad de calor sensible transferido cuando cualquier masa de aire es calentada o enfriada entre cualquier temperatura de BS inicial y final es también una función del calor sensible Btu Btu Calor latente del aire El calor latente del aire es el del vapor de agua contenido en el mismo. Por lo tanto la cantidad de calor latente en una cantidad de aire dada dependerá de la masa del vapor de agua contenido en el aire y del calor latente de vaporización del agua correspondiente a la temperatura de saturación del vapor de agua. La temperatura de saturación del vapor de agua es también la temperatura del PR, por lo tanto el calor latente del aire es solo función de la temperatura de PR Aire Estándar Es el aire que tiene una densidad de 0,075 lb/pie^3 o un volumen especifico de 13,34 pie^3/lb. Esta condición se satisface a presión barométrica estándar y temperatura de 70 F Calor total del aire El calor total (entalpia) del aire es la suma del calor sensible del aire (entalpia del aire seco) y el calor latente del aire (entalpia del vapor de agua) Para m libras de aire , entalpia de m libras de aire El calor transferido a, o del aire cuando es calentado o enfriado, puede obtenerse de Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. Humidificación adiabática y/o proceso de enfriamiento evaporativo El aire se pone en contacto íntimo con agua atomizada en la cámara de rocío. EN este caso el agua rociada es recirculada sin ser calendada o enfriada, en cuyo caso la T del agua atomizada será la misma que la T de BH del aire de entrada, se evapora el agua al atomizarse en el aire, aumentándose así la relación de humedad, la T de PR y el calor latente del aire. Debido a que la fuente de calor que suministra el calor latente de vaporización para vaporizar el agua es el aire mismo, el calor sensible del aire disminuye en una cantidad igual al aumento de calor latente y en consecuencia se disminuye la T de BS del aire. Si el aire se mantiene durante suficiente tiempo en contacto con el agua atomizada, se saturara hasta la temperatura de BH del aire de entrada permaneciendo después constante durante el proceso Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. Cartas Psicométricas Son cartas que representan las propiedades del aire, en el esquema de la carta se puede observar que las líneas verticales sobre la carta son líneas de T de BS constantes, mientras que las líneas horizontales son líneas de T de PR constantes y relaciones de humedad cte. Las líneas colocadas muy próximas entre si son líneas de T de BH cte. y las líneas también inclinadas pero a mayor separación son las líneas de volumen especifico cte. Las líneas curvas que se extienden del extremo inferior izquierdo hasta el extremo superior son líneas de HR cte. La línea curva que limita a la carta sobre el lado izquierdo es línea de HR 100% y se la conoce como la curva de saturación. Las demás líneas curvas sobre la carta son líneas de desviación de entalpia Sobre la curva de saturación se indican valores que son la intersección de las líneas de T de BS y BH. También se marcan en la base de la carta los valores de la T de BS, así como los valores correspondientes a las líneas de volúmenes específicos Sobre la curva de saturación se ven los valores de las líneas de T de PR y sobre la misma línea en la escala a la derecha de la carta se leen las relaciones de humedad Siguiendo la línea de alguna T de BH dada, podrá leerse en la escala colocada arriba de la curva de saturación el valor de la entalpia especifica del aire saturado. Las desviaciones de entalpia se obtienen haciendo interpolaciones entre las líneas de desviación de entalpia. La entalpia real se obtiene sumando algebraicamente la desviación de entalpiade saturación Desviación de entalpia Es la diferencia que se tiene entre la entalpia específica real del aire a una condición dada cualquiera y la entalpia especifica del aire saturado a la misma T de BH Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. Factor de desviación de serpentines (FDD) Cuando se hace pasar aire a través de un serpentín, una parte del aire entra en contacto con la superficie del serpentín variando su T de BS, sin embargo la parte restante del aire no toca al serpentín y sale a la misma condición de entrada. La parte del aire que pasa a través del serpentín sin hacer contacto con la superficie del mismo es conocida como aire desviado y cuando se le expresa en porcentaje de la cantidad total de aire se llama factor de desviación del serpentín Factor de calor sensible de serpentines (FCSS) Se le llama factor de calor sensible del serpentín a la relación calor sensible entre calor total transferido ocurrido en serpentines, en un proceso de enfriamiento y des humidificación Para obtener en forma directa de la carga el FCSS, se traza una línea recta a partir de un punto de referencia marcado en la carta, paralela a la línea FCSS, hasta intersectarse con la escala del factor de calor sensible localizada en el margen derecho de la carta y en la misma se lee el valor del FCSS La línea del FCSS es el lugar geométrico de todas las posibles condiciones de aire de salida que proporcionara la relación deseada de calor sensible a calor total eliminado Capítulo 6: Refrigeración y el sistema de compresión del vapor Refrigeración: rama de la ciencia que trata con los procesos de reducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material a una temperatura inferior con respecto a los alrededores Carga de refrigeración: La velocidad a la cual deba ser el calor eliminado de un espacio o material refrigerado a fin de producir y mantener las condiciones deseadas de Temperatura se llama Carga de refrigeración, carga de enfriamiento o carga térmica. Las ganancias de calor provienen de varias fuentes como: 1. El calor transmitido por conducción a través de las paredes 2. Calor del aire caliente que llega al espacio a través de puertas que se abren y cierran 3. Calor del producto refrigerado para reducir su T a la T de almacenamiento Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. 4. Calor cedido por la gente que trabaja en el espacio, motores, alumbrado y otros equipos que producen calor El agente refrigerante: sustancia empleada para absorber el calor Cuando el calor absorbido causa un aumento de T del refrigerante, se dice que el proceso de enfriamiento es sensible Cuando el calor absorbido cause un cambio en el estado físico del refrigerante se dice que el proceso de enfriamiento es latente Sistema típico de compresión- vapor 1. evaporador 2. Tubería de succión 3. Compresor 4. Tubería de descarga 5. Condensador 6. Tanque receptor 7. Tubería de liquido 8. Control de flujo del refrigerante Las partes principales del sistema son: 1) Evaporador: su función es proporcionar una superficie de transferencia de calor a través del cual puede pasar el calor del espacio refrigerado hacia el refrigerante vaporizante 2) Tubo de succión: En el cual se transporta el vapor de baja presión desde el evaporador hasta la entrada en la succión del compresor 3) Un compresor de vapor: elimina el vapor del evaporador, eleva la presión y T del vapor hasta un punto tal que el vapor pueda ser condensado a través de un medio condensante 4) Tubo de descarga: entrega el vapor de presión alta y T alta de la descarga del compresor hasta el condensador 5) Condensador: proporciona una superficie de transferencia de calor a través del cual pasara calor del vapor refrigerante caliente hacia el medio condensante 6) Tanque receptor: conduce el refrigerante liquido desde el deposito hasta el control de flujo del refrigerante Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. 7) Tubería de líquido: conduce el refrigerante liquido desde el deposito hasta el control de flujo del refrigerante 8) Control de flujo refrigerante: su función es medir la cantidad apropiada de refrigerante usada en el evaporador y reducir la presión del líquido que llega al evaporador de tal modo que la vaporización del líquido en el evaporador se efectué a la T deseada División del sistema Parte de presión baja o lado de baja: control de flujo refrigerante, evaporador y tubo de succión Parte de presión alta o lado de alta: Compresor, tubo de descarga, condensador, tanque receptor y la tubería de liquido Definición de un ciclo Serie de procesos en una secuencia definida que realiza el refrigerante. El ciclo de refrigeración simple vapor-compresión consta de cuatro procesos fundamentales: 1) Expansión 2) Vaporización 3) Compresión 4) Condensación Proceso de compresión: Debido a que el tiempo de compresión es corto y a que el diferencial promedio de T entre el vapor refrigerante y la pared del cilindro es relativamente pequeño, se desprecia el flujo de calor que se tiene hacia o desde el refrigerante durante el proceso de compresión. Por lo tanto se supone adiabática la compresión del refrigerante. Se aumenta la energía interna del gas en una cantidad igual a la cantidad de trabajo efectuado sobre el gas al comprimirlo. En consecuencia, la T y la entalpia del vapor se incrementan en proporción a la cantidad de trabajo efectuado sobre el vapor Se llama calor de compresión a la energía equivalente al trabajo efectuado sobre el vapor para comprimirlo y la energía para efectuar dicho trabajo es suministrada por un impulsor al compresor Temperatura en la descarga: Es la temperatura a la cual es descargado el vapor del compresor, esta temperatura siempre será mayor que la temperatura de saturación correspondiente a la presión del vapor Temperatura Condensante: es la temperatura a la cual el vapor se condensa en el condensador y es la temperatura del vapor correspondiente a la presión que se tiene en el condensador Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. Efecto refrigerante: se llama efecto refrigerante a la cantidad de calor que cada unidad de masa de refrigerante absorbe del espacio refrigerado. El efecto refrigerante por unidad de masa de líquido circulado siempre es menor que el calor latente total de vaporización. La diferencia de entalpia entre el refrigerante que sale del evaporador y la entalpia del líquido que llega al control es el calor absorbido en el evaporador esto es el EFECTO REFRIGERANTE Capacidad del sistema: La capacidad de cualquier sistema de refrigeración es la velocidad a la cual se puede efectuar la eliminación de calor del espacio refrigerado y depende de dos factores: 1) La masa de refrigerante que fluye en la unidad de tiempo 2) El efecto refrigerante por unidad de masa que circula Capacidad del compresor: La capacidad debe ser tal que el vapor producido en el evaporador sea sacada a la misma velocidad que el mismo es generado por la acción de ebullición del refrigerante, es decir el compresor debe desplazar en cualquier intervalo de tiempo el mismo volumen de vapor que sea generado en el evaporador en el mismo intervalo De qué depende la velocidad a la cual fluye el calor en el condensador? La velocidad a la cual fluye el calor del vapor refrigerante a través de las paredes del condensador hacia el medio condensante es función de tres factores: 1- El área de la superficie condensante 2- El coeficiente de conductancia de las paredes del condensador 3- La diferencia de temperatura entre el vapor refrigerante y el medio condensante Diagrama de fallas 1. Compresor noarranca Contactor abierto Alimentación eléctrica Perdida de refrigerante (falta de refrigerante) Bobina o contactor defectuoso Contactor Cerrado Compresor trabado Terminales defectuosos en el compresor 2. Compresor arranca. Actúa protección de sobrecarga Filtro o serpentines sucion Poca carga de refrigerante Alto o bajo voltaje en la línea Excesiva carga térmica Ventilador de la unidad interior detenido Falla en el ventilador de la unidad exterior Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. 3. Baja presión de succión Filtros sucios Conducto obstruido Dampers parcialmente cerrados Escracha en el evaporador Ligera falta de refrigerante Ligera restricción en la línea de liquido 4. Alta presión de succión y baja presión de descarga Desperfecto en la válvula del compresor Válvula de alivio de presión interna abierta 5. Alta presión de succión, baja recalentamiento Unidad sobrecargada 6. Sistema compacto condensado por aire, presostato de baja actúa Cantidad insuficiente de refrigerante Fugas Escarcha en el evaporador Filtro de aire sucio 7. Equipo posee todas las protecciones, se mide presión excesiva Filtro obstruido Regulación de presión de condensación ajustada a una presión demasiado alta Superficie del condensador muy pequeño Suciedad en la superficie del condensador Flujo de aire de condensación restringido T ambiente excesivamente alta T del agua de condensación muy alta Caudal de agua muy pequeño 8. Sistema de agua fría, se pone en marcha con todos los fancoils apagados Presión de aspiración demasiado baja (actúa presostato de baja) Compresor se calienta 9. Al comenzar a cargar gas, se pone en marcha el quipo Actúa presostato de baja (falta refrig) T de gas de aspiración demasiado alta 10. Sistema de ventana llave TM actua Compresor averiado Protector defectuoso Conexiones eléctricas defectuosas o dañadas 11. Sistema condensado por agua. Actúa presostato de alta Presostato ajustado a un valor muy bajo Demasiado refrigerante ene l sistema Falla de suministro de agua Ventilador de la torre de enfriamiento no funciona Cond por agua Cond por aire Aire Acondicionado y Refrigeración M.D. 12. Split. Ventilador de condensador no funciona Actúa presostato de alta Sobrecarga en el compresor 13. Sistema agua helada, condensado por aire. Todos los fancoils prend Actúa presostato de baja Actúa protección de sobrecarga del compresor 14. Sistema de ventana. Intensidad de corriente mayor a la nominal Exceso de refrigerante Compresor dañado 15. Entra liquido al compresor Termostato del evaporador dañado Escracha en la line de aspiración Exceso de refrigerante
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