Acondicionamiento de AireConceptos Básicos

Acondicionamiento de AireConceptos Básicos

Acondicionamiento de AireConceptos Básicos - 1ra ed.

Publicado Mar. 2007MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATIONTraining Center of Sales & EngineeringLiving Environment Engineering

Acondicionamiento de Aire Conceptos Básicos

PREFACIO

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El objeto de este libro es proveer a aquellos que ingresan en el campo de laCalefacción, Ventilación, y Acondicionamiento de Aire (HVAC) en países fuerade Japón el conocimiento básico en acondicionamiento de aire.

Este libro es una versión en Español de un extracto del libro de texto usado en elcurso introductorio de ventas de acondicionamiento de aire e ingeniería que es ofrecido por Mitsubishi Electric en Japón y principalmente cubre los aspectosteóricos del HVAC.

Se espera que este libro de texto sirva como base en la cual los lectores puedanconstruir un conocimiento futuro y experiencia en el campo del HVAC.

Acondicionamiento de Aire - Conceptos Básicos

CONTENIDO

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1. Acondicionamiento de aire 1 1.1Acondicionamiento de Aire y Entorno de Habitación 1 1.2Entorno Térmico dentro de la habitación 1 1.3Calidad de Aire interior 2 1.4Ventilación y Acondicionamiento de Aire 3

2. Delineado del Equipamiento de Acondicionamiento de Aire 2.1Carga de Trabajo y Equipamiento Esencial para Acondicionamiento de Aire 6 2.2Clasificación de Sistemas de Acondicionamiento de Aire 6 2.3Ventilación y Recuperación de Calor 14

3. Diagrama h-x (Gráfico psicrométrico) 15 3.1Propiedades del Aire 15 3.2Humedad del Aire 15 3.3Sistema de Acondicionamiento de Aire y Diagrama h-x 18 3.4Terminología y Cómo Leer un gráfico psicrométrico h-x 20 3.5Cálculos básicos de un Diagrama h-x 23 3.6Temperatura de Provisión de Aire de Acondicionamiento de Aire 26 3.7Verificación BF de los Items de Referencia 27 3.8Método de cálculo de Humidificación 29

4. Cálculos de Carga de Acondicionamiento de Aire y Selección de Modelo 32 4.1Vista General de Selección de Sistema Acondicionador de Aire 32 4.2Concepto de Carga Interior 34 4.3Tipos de Cálculo de Cargas 35 4.4Cálculo de Carga de Calefacción Simple y Calor de Refrigeración 36 4.5Selección de Modelo 40

5. Principios de Refrigeración 48 5.1Calefacción y Refrigeración 48 5.2Introducción a Refrigeración 48 5.3Refrigeración y Refrigerantes 49 5.4Ciclo de Refrigeración 50 5.5Términos y Unidades 52 5.6Calor y transferencia de calor 57

6. Sistema de Refrigeración 63 6.1Sistema de Refrigeración de Compresión de Vapor 63 6.2Sistema de Refrigeración de Absorsión 64

7. Configuración del Diagrama p-h y Cálculos del Ciclo de Refrigeración 65 7.1Configuración del Diagrama p-h 65 7.3Cálculos del Ciclo de Refrigeración 69 7.4Cambios en el Ciclo de Refrigeración 72 7.5Mezclas de Refrigerante y Anticongelante/agua 74

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8. Compresor 86 B.1 Acción y Rol del Compresor 86 8.3 Tipos de Construcción del Compresor 87 8.4 Compresores semi herméticos 88 8.5 Compresores Rotativos 89 8.6 Compresor Scroll 90 8.7 Compresor Tornillo 91 8.8 Compresor Centrífugo 93 8,9 Rendimiento del Compresor 94

9. Condensador 96 9.1 Rol del Condensador 95 9.2 Energía de Calefacción de la Condensación y su Transferencia 95 9.3 Tipos de Condensador y Construcción 96 9.4 Torre de Enfriamiento 98

10. Evaporador 100 10.1Rol del Evaporador 100 10.2Calor y Evaporación y su Transferencia 100 10.2Utilizando el Calor de la Evaporación 101

11. Válvula de Expansión 11.1Acción y Rol de la Válvula de Expansión 102 11.2Válvula de Expansión y Tasa de Flujo de Refrigerante 102 11.3Válvula de Expansión Termostática Automática 103 11.4Válvula de Expansión Electrónica Lineal 103 11.5Tubo Capilar 103

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Acondiconamiento de aire óptimo

Acondicionamiento de aire de espacio de trabajo

Acondicionamiento de aire de proceso industrial

Acondicionamiento de aire industrial

Acondicionamiento de Aire de Cuidadode Salud

1. Acondicionamiento de aireEl acondicionamiento de aire consiste en ajustar la calidad del aire para mantener confortable el entorno del ambiente.El acondicionamiento de aire especialmente mejora el entorno térmico dentro de la habitación, el cual es uno de los factores que afectan al confort del ambiente.La temperatura, humedad, flujo de aire y purificación del aire solían ser los cuatro factores del acondicionamiento de aire.Sin embargo, hoy en día se espera que estas funciones de acondicionamiento de aire cubran más aspectos, de acuerdo al análisis del entorno del edificio.Por lo tanto, otros factores tales como sonido ambiente, entorno e iluminación pueden ser agregados a estos cuatro factores.

1.1 Acondicionamiento de Aire y Entornos AmbientesLos factores de entorno que afectan al confort ambiente son básicamente seleccionados para los cuatro escenarios del ser humano. Estos factores son generalmente clasificados del siguiente modo: entorno térmico, entorno de aire, entorno sonóro y entorno luminoso, Sin embargo, los factores psicológicos y fisiológicos, funcionalidad y muchos otros factores también deberán ser considerados a fin de mejorar el confort ambiente.El acondicionamiento de aire es muy importante además de los factores que afectan al confort ambiente. A pesar de que la historia del acondicionamiento de aire es vieja, la historia del acondicionamiento de aire moderno es relativamente nueva. El acondicionamiento de aire está en el campo técnico en el cual aún hay espacio para mejoras.Dado que la cultura y tecnología han avanzado, una de las metas del acondicionamiento de aire ha cambiado para crear el entorno ambiente óptimo para los ocupantes utilizando la mínima energía.Es importante obtener una calidad de aire que dañe lo menos posible a humanos, especialmente cuando ocurre contaminación ambiental.Se espera que el desarrrollo de la tecnología de acondicionamiento de aire cree entornos óptimos para diversos propósitos.Desde el punto de vista funcional, se requiere mejorar la seguridad y funcionalidad para humanos y para los elementos en el campo de la industria.

Clasifiquemos el acondicionamiento de aire general. El acondicionamiento de aire en el campo de confort humano puede llamarse Acondicionamiento de Aire de Cuidado de Salud, y el acondicionamiento de aire en el campo industrial puede ser llamado Acondicionamiento de Aire Industrial.

1.2 Entorno Térmico dentro de la habitaciónLos entornos térmicos interiores (climas de habitaciones) son muy importantes para la salud y confort de los seres humanos.El criterio de confort depende de la edad, condición de salud y hábitos personales o preferencias personales en donde algunos prefieren el calor y otros el frío.Es deseable crear situaciones térmicas de ahorro de energia que sean confortables para la mayoría de la gente.La temperatura que sentimos es determinada por la temperatura del aire, la humedad, la velocidad del aire y la radiación térmica. Estos cuatro elementos son llamados elementos térmicos.Generalmente, la temperatura es medida en grados Celsius y la humedad es expresada en humedad relativa.La velocidad del aire es expresada como velocidad del aire por segundo en unidades de m/s.La temperatura de radiación es expresada en forma de temperatura radiante (MRT).Es importante de tener en cuenta que los elementos del entorno térmico están influenciados no sólo por los factores de los acondicionadores de aire sino también por las actividades y condiciones de vestimenta de la gente.

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Notas:* La media de los valores en verano e invierno es sugerida para ser usada para estaciones intermedias.** Acción para Mantenimiento de Saneamiento en Edificios( ) muestra el rango aplicable de temperatura y humedad.

Edificio(oficina, residencia, etc.)

Verano* Invierno

26°C, 50%(25-27 °C)(50-60%)

27°C, 50%(26-27 °C)(50-60%)

28°C, 50%(27-29 °C)(50-65%)

22°C, 50%(20-22 °C)(40-50%)

21°C, 50%(20-22 °C)(40-50%)

20°C, 50%(18-20 °C)(40-50%)

Tabla 1.1 Valor estándar de la condición ambiente y mantenimiento edilicio (Ishino)de acuerdo al Manual SHASE (La Sociedad de Ingenieros de Calefacción, Acondicionamiento de Aire y Sanidad de Japón)

Edificio comercial(banco, tienda departamental, etc.)

Edificio industrial(fábrica, etc.)

Mantenimiento edilicio **La cantidad de partículas aereas es 0,15mg/m3 o menor, CO2 1000ppm o menor, CO 10ppm o menos, Temperatura 17-28ºC, Humedad 40-70%, Flujo de aire 0,5m/s o menos, Cantidad de formaldehido 0,1mg/m3 o menor.

Dado que el acondicionamiento de aire no tiene condiciones estándar, la preconfiguración de temperaturas para acondicionamiento de aire se recomienda generalmente como se indica a continuación: 26ºC temperatura de bulbo seco y 55% de humedad relativa en verano, 23ºC temperatura de bulbo seco interior y 45% de humedad relativa en invierno en Japón.Las siguientes temperaturas son sugeridas para ahorro de energía: 28ºC temperatura de bulbo seco y 50% de humedad relativa en el verano y 18ºC temperatura de bulbo seco interior y 40% de humedad relativa en el invierno. Sin embargo, las siguientes temperaturas son adoptadas para el diseño de acondicionamiento de aire: 26ºC temperatura de bulbo seco y 50% de humedad relativa en refrigeración y 22ºC temperatura de bulbo seco interior y 50% de humedad relativa en calefacción en Japón.Es importante que la meta del acondicionamiento de aire es ajustar los entornos ambientes para alcanzar los propósitos de acondicionamiento de aire, por lo tanto el criterio que muestren los usuarios del acondicionador de aire tienen la máxima prioridad.Es importante estar advertido, sin embargo, que el promedio de los usuarios no tienen conocimiento técnico y que simplemente alcanzar sus necesidades o deseos puede terminar comprometiendo la eficiencia del acondicionamiento de aire.

1.3 Calidad del Aire InteriorLa calidad del Aire Interior se refiere más a la purificación del aire interior que a los entornos térmicos. Es abreviado como IAQ.En Japón, la Ley Norma de Construcción y Mantenimiento de Edificios del Estándar de Sanidad Ambiental especifica: Cantidad de partículas en aire 0,15mg o menos por m3 de aire CO 10ppm o menos CO2 1000ppm o menos Temperatura 17ºC mín. 28ºC máx. Humedad 40-70% Flujo de aire 0,5m/s o menos Cantidad de formaldehido 0,1mg o menos por m3 de aireEn realidad, el estándar de arriba es muy vago para los ingenieros de acondicionamiento de aire.La instalación de acondicionadores de aire no debe ser asumida en el estándar.La siguiente explicación es una parte más lógica del IAQ.Cuando una persona está en una habitación cerrada, la respiración contamina el aire ambiente, aún si no hay otra fuente de contaminantes. El polvo de la ropa puede ser una fuente de contaminación. Una persona respira aproximadamente 0,3 m3 por hora y exhala 0,012 m3 de dióxido de carbono. Los valores varían considerablemente con la actividad humana.

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La polución en el ambiente aumenta cuando hay una estufa, o aún más cuando una persona está fumando en el ambiente. Es necesario entender que la ventilación o corriente es esencial para IAQ independientemente de la relación térmica.El monóxido de carbono afecta en forma adversa a la salud humana; sin embargo, el dióxido de carbono no lo afecta demasiado.El aire contiene 300ppm de CO2 y la concentración de CO2 está incluida en el estándar IAQ como un indicador para verificar el grado de polución del aire interior. La concentración de CO2 aumenta a medida que el aire interior se contamina.Con una concentración de CO2 es 1000ppm (0,1%), daña los organos circulatorios y el cerebro.Los acondicionadores de aire necesitan ser diseñados para cumplir el estándar IAQ en nuestras futuras sociedades de alta tecnología.El olor es otro indicador de la polución del aire interior además de las concentraciones de polución de aire.El olor corporal es físicamente inofensivo, sin embargo es desagradable. El olor a medicamentos que da la sensación de estar en un hospital puede resultar molesto.

Hay un montón de problemas a resolverse, tales como eliminar las bacterias y tratar con substancias tóxicas a fin de mantener el IAQ.

1.4 Ventilación y Acondicionamiento de AireLa ventilación es un elemento esencial del acondicionamiento de aire, sin embargo, la ventilación tiene funciones diferentes del acondicionamiento de aire.El acondicionamiento de aire ha puesto énfasis en el entorno térmico dentro de la habitación, sin embargo, la ventilación es esencial aún cuando el acondicionamiento de aire no es utilizado. (entre verano e invierno).El volumen de aire que es necesario para controlar el entorno térmico dentro de una habitación no es el mismo que el volumen de aire de retorno para mantener el entorno de aire de la habitación.En ventilación, es necesario calcular que volumen de ventilación es requerido de acuerdo a cuanto aire debería ser purificado y la concentración permisible de contaminantes.

La cantidad de ventilación requerida por persona ha sido determinada como 20m3/h por el Estándar de Construcción y es generlamente tenido en cuenta. Sin embargo, para evitar la polución del aire, se requiere entender la distribución de aire y otros conocimientos relacionados.

[Método usando el espacio ocupado por persona]

Ejemplo de un caso de una habitación o espacio comercial en dónde habitualmente hay o circula gente:Nota: La ecuación de arriba está basada en el segundo y tercer párrafo de la sección 20-2 y de la sección 22-3.(Notas) 1. El número "20" en la ecuación de arriba significa 20m3/h (por persona). Este número está basado en la emisión de CO2 que produce una persona que está sentada y quieta. 2. En una habitación en dónde hay o circula gente habitualmente, si el espacio es superior a 10 (m2), igualmente se considera de 10 (m2) para el cálculo de la ventilación.[Ejemplo 1] Calcular la cantidad de ventilación requerida para una oficina: Superficie de la oficina: 130m2, Cantidad de gente ocupando la oficina: 30

130 m2

30

= 20 m3/h • 130 m2 = 600 m3/hCantidad de ventilación requerida

(1)=Cantidad de ventilación requerida (m3/h)

20 m3/h • superficie de la habitación (m2)superficie ocupada por persona (m2)

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Auditorio/Hall de entrada Ocupación máxima 0,5-1

Ocupación máxima 0,5-1

Gimnasio Ocupación máxima 0,5-1

Hotel/Motel 10

2-3

Residencia para jóvenes Ocupación máxima 4-5

Hospital/Sanatorio 5

Clínica/Depósito/Mercado 3 Espacio de piso para uso comercial

Restaurante de alta categoría 3

Depósito departamental 2

Restaurante/Cafe 3 Espacio de piso para uso comercial

Bar 2 Espacio de piso para uso comercial

Natatorio/Sala de danzas 2 Espacio de piso para uso comercial

Club de tiempo libre 2 Espacio de piso para uso comercial

Ocupación máxima

Ocupación máxima

Biblioteca Ocupación máxima 3

5 Espacio de piso de la oficina 8-10

Fábrica/Sala de control Fuerza de trabajo

Ocupación máxima

Baño público 4-5 Espacio de piso de vestidor

Spa/Sauna 5 Espacio de piso para uso comercial

(Ejemplo: Acondicionamiento de aire)Corredor 10Hall 3-5LavatorioBañoSala de bateríasGarage

Uso de construcción Observaciones

Tabla 1.2 Ejemplos de espacios ocupados por persona para el estándar de ventilación en áreas comerciales

Cantidad de personas calculada

Espacio por persona(m2/persona)

Teatro/Cine/Sala de entretenimiento

Alojamiento común/Campo de entrenamiento

Centro de cuidado diario/Jardín de infantes/Escuela primariaEscuela secundaria/Escuela superior/ColegioVarios tipos de escuelas

Oficina/Oficina de edificio inteligente

Instituto de investigación/Laboratorio

Espacio de piso de la habitación en donde normalmente está o usa la gente

Espacio de piso de la habitación en donde normalmente está o usa la gente

30m3/h por 1m2

10m3/h por 1m2

35m3/h por 1m2

25m3/h por 1m2

*1 Se indica la cantidad de renovación de aire por hora para cada tipo de local.

*1

5

Tabla 1.3 Tareas y cantidad requerida de ventilación

Tarea

Durante descansoTarea muy livianaTarea livianaTarea medianaTarea pesada

0,0130,0220,0300,0460,074

Cantidad requerida de ventilación [m3/h por persona]

Concentración permitidade CO2 0,10%

18,631,443,065,7106

10,818,325,038,361,7

7,612,917,627,143,7

2,84,76,49,8

15,8

Fumadores

Tabla 1.4 Cantidad de ventilación requerida considerando fumadores,y la cantidad de fumadores para ello.

0,1%=1000ppm

Aplicación

Siempre3-5.1*2

51-85 (1.5-2,5)*3

Usualmente Bar/Oficina/Habitación de Hotel

42-51 2,5-3*2

(1,3-1,5)*3

A menudo Restaurante/Oficina 20-26 1,2-1,6*2

(0,6-0,8)*3

A veces Sala de negocios de Banco/Oficina/Almacén

13-17 0,8-1,0*2

(0,4-0,5)*3

Cantidad de fumadores*1 [cantidad de cigarrillos/h

por persona]

Notas:*1 La masa del cigarrillo es asumida como 980mg. Asumimos que el 60% de ella es consumida y el resto no se utiliza.*2 De acuerdo a P.F. Halfpenny, cuando el volumen de ventilación es mantenido como el valor de la columna de la izquierda, la concentración de contaminantes por fumar y la cantidad de cigarrillos deberá ser 35,3mg/m3 y el valor de *2 respectivamente o menor a fin de mantener la intensidad de olor de cigarrillo como 2.*3 Para mantener la intensidad de olor de cigarrillo como 1, la concentración de contaminante por fumar y la cantidad de cigarrillos deberá ser 17,7mg/m3 y el valor de *3 respectivamente o menor.

Q=100Mk-k0

La Tabla 1.2 puede ser aplicada para los edificios convencionales que tienen muchas corrientes de aire o en los lugares en donde la gente entra y sale frecuentemente. Se requerirá más ventilación para los edificios que fueron recientemente sellados o construcciones herméticas.

La tarea y cantidad requerida de ventilación en el manual de acondicionamiento de aire es como se indica a continuación.En el futuro, la cantidad requerida de ventilación será incrementada; por lo tanto, la recuperación de calor es el punto a resolver para ahorro de energía.

Cantidad calculadade emisión de CO2[m3/h por persona]

Concentración permitidade CO2 0,15%

Concentración permitidade CO2 0,20%

Concentración permitidade CO2 0,50%

La cantidad de ventilación requerida [Q] es calculada con la siguiente fórmula.

Q Cantidad requerida de ventilación [m3/h por persona]M Cantidad de emisión de CO2 [m3/h por persona] (Refiérase a la tabla de arriba)k Concentración de CO2 interior admisible (%)k0 Concentración exterior de CO2 (El valor en la tabla de arriba es calculado con k0=0,03% [composición estándar atmosférica]. En el centro de las ciudades o áreas industriales, k0=0,06%

k=0.1% El valor de regulación en los edificios en los cuales se aplica mantenimiento y las habitaciones que requieren una ventilación especial de acuerdo con la Ley de Edificación Estándar.k=0,5% El valor de regulación en las habitaciones en las cuales se aplica la Ordenanza de Estándares de Salud para Actos de Trabajo Estándar.

Oficina de comisionista/Sala de edición de diarios/Sala de reuniones

Cantidad requerida de ventilación[m3/h por persona]El valor mínimo - El valor sugerido

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2. Delineado del Equipamiento Acondicionador de Aire

Tambien hay situaciones en las cuales el flujo de aire es controlado cuidadosamente tales como el acondicionador de aire domiciliario. Generalmente hablando, esto es examinado como una tarea de distribución del flujo de aire y distribución de temperatura.Los elementos del acondicionador de aire deberían ser provistos como se indica abajo. • Fuente de calor Agua fría o refrigentante unidad a baja presión funcionando como un disipador, gas refrigerante a alta presión o agua caliente funcionando como fuente de calor, equipo que produce vapor. • Intercambiador de Equipo que convierte calor calor de una fuente de calor a un medio de transferencia de calor, calefactor y refrigerador. • Equipo de filtrado Equipo que produce aire de aire limpio. • Equipo de Equipo que envía ventilación aire hacia el exterior.

2.2 Clasificación de los Sistemas Acondicionadores de AireSi se clasifican desde el aspecto de funcionamiento, la clasificación de los acondicionadores de aire se divide como sigue: • Un sistema centralizado en el cual el equipo fuente de calor y los acondicionadores de aire están instalados en una sala de máquinas. • Un control centralizado o un sistema individual descentralizado que permite la operación independiente en cada habitación con aire acondicionado.En un sistema descentralizado individual, se instalan múltiples acondicionadores de aire pequeños.Dependiendo de las diferencias en el medio de transferencia de calor dentro de la habitación el acondicionador de aire es clasificado como un sistema de aire completo, sistema de agua-aire, sistema de agua o sistema refrigerante.¿Por qué hay estos diferentes tipos de sistemas acondicionadores de aire?. La razón principal puede considerarse en que hay diferencias en el rendimiento dependiendo de las cargas de aire a acondicionar.Sin embargo, el grado requerido de calidad de aire acondicionado está en comparación con las fluctuaciones en la carga.

Se puede considerar que el acondicionador de aire está dividido, en líneas generales, en varios procesos. Uno relacionado con el calor del exterior que ingresa al edificio (considerado como una carga superficial), otro relacionado con el calor que se genera en el interior del edificio y un tercer proceso relacionado a la calidad de aire que filtra el equipo.Por lo tanto, hay varios conceptos a considerar para clasificar a los acondicionadores de aire tales como equipos acondicionadores de aire interior y equipos para acondicionamiento perimetral, como así también conductos para acondicionamiento primario de aire y acondicionadores de aire individuales descentralizados usados para tareasespecíficas.La idea general del acondicionamiento de aire es un concepto vago y hay diferentes expresiones para cada situación.

2.1 Carga de Trabajo y Equipamiento Esencial para Acondicionamiento de AireEl acondicionamiento de aire deberá poder controlar los siguientes parámetros:[Entorno térmico] • Temperatura Ajustar la temperatura del aire Examinar el calor • Humedad Ajustar la humedad. • Flujo de aire Controlar el flujo de aire alrededor de la gente.

[Calidad del aire] • Proveer el oxígeno requerido para respirar. • Remover cualquier componente peligroso del aire.Consecuentemente, un acondicionador de aire requiere un mecanismo que permita el control exhaustivo de esos parámetros.Aunque esto significa que el volumen de aire a acondicionar sea dentro de la habitación en dónde está presente la gente y que todos los parámetros son controlados completamente, no es neceario que todas las partes del equipo necesiten instalarse o estár físicamente dentro del mismo espacio que utiliza la gente.Por ejemplo, a pesar de que hay situaciones en las cuales el panel radiador está instalado directamente para irradiardentro del local, hay muchos casos en las cuales el acondicionamiento se resuelve básicamente determinando la carga de zonas interiores y zonas perimetrales y colocando los radiadores en otros ambientes adyacentes al local.

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Fig. 2.2.1 Sistema de ducto simple

RA (Aire de retorno) OA

EA

SA

Habitacióninterior

AHU(Unidad manipuladora

de aire)

(Provisión de aire)

(Aire de salida)

(Aire exterior)

A fín de proveer un sistema acondicionador de aire completo, se deben controlar los cuatro factores térmicos esenciales, como se mencionó en el capítulo uno.Si tomamos las fluctuaciones de carga en consideración, debemos operar un refrigerador y calefactor al mismo tiempo. Otra razón es el hecho que, desde el punto de vista del costo, es preferible incrementar la densidad de energía tanto como sea posible y luego transferir la energía de modo de transportar el calor eficientemente. El agua, con una alta densidad, puede conservar el calor más eficientemente que el aire que requiere una capacidad de 1m3 para 1 kg. Un refrigerante que utiliza cambios en el estado de la materia, permite que se almacene más calor en una mucho menor capacidad.Esto también está relacionado al incremento de los porcentajes de ventas de los acondicionadores de aire de expansión directa, los cuales directamente evaporan refrigerante en una parte del acondicionador de aire (unidad interior) cuando están en modo refrigeración.

2.2.1 Sistemas Todo Aire (sistema acondicionador de aire por conducto)Un sistema acondicionador de aire, que utiliza un único ducto para ventilación para enviar aire desde el acondicionador hasta una habitación interior, es llamado sistema de ducto simple. Un sistema acondicionador de aire que utiliza dos ductos, envía aire frío por un ducto y aire caliente por el otro ducto y es entoces llamado sistema de dos ductos.Los sistemas para controlar la temperatura ambiente incluyen un sistema de aire de volumen constante (sistema CAV o LVC) que cambia la temperatura del aire mientras mantiene un flujo constante de aire y un sistema de volumen de aire variable (sistema VAV) que permite que cambie el flujo de aire.

En la Fig 2.2.1, el aire de desecho se descarga al exterior a través del ducto. Controlando el ventilador o regulador se hace posible refrigerar el aire exterior.Si un ducto está ingeniosamente diseñado de esta manera, se pueden producir varios sistemas.Esto es aplicable a todos los acondicionadores de aire pero la relación entre la cantidad de aire y la cantidad de energía calórica es como sigue:

q = C • V • ∆T (1)

q : Cantidad de calor transferido W C : Calor específico J/kg K V : Flujo de masa kg/s ∆T : Diferencia de temperatura KSi sólo una habitación interior es acondicionada bajo condiciones idénticas, el volumen de aire y la diferencia de temperatura puede ser controlado en respuesta a la carga de acondicionamiento de aire. Sin embargo, en realidad, hay otras ramificaciones de ductos desde el conducto y distribución de aire hacia múltiples habitaciones.Debido a esto, un VAV (regulador para volumen de aire variable) es utilizado para permitir que sea controlado el volumen de aire de cada habitación.El equipamiento típico y tradicional en un sistema acondicionador de aire de tipo ducto es llamado sistema centralizado de conducto simple de volumen constante de aire.

Fig. 2.2.2 Sistema de control completo de ducto simple

Corte del edificio

Acondicionador de aire

Provisiónde aire

Provisiónde aire

3er piso

2do piso

Provisiónde aire1er piso

Sótano

Retorno de aire

Retorno de aire

Retorno de aire

Aireexterior

Nota: Los dispositivos fuentes de calor y frío, tuberías de agua caliente y fría, bómbas, y otros equipos relacionados son omitidos.

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En este tipo de sistema se instala un equipo acondicionador de aire en una sala de máquinas y el aire acondicionado es dirigido por el conducto principal hacia cada habitación.Los sensores de temperatura son instalados en diversas ubicaciones de los locales con aire a ser acondicionado para controlar la temperatura requerida del aire ventilado.Dado que este es un sistema completo de acondicionamiento de aire, la cantidad de ventilación puede asegurarse en forma estable, haciendo normalmente posible asegurar la calidad del aire que ingresa a los locales.Puede haber zonas en donde las características de carga promedio varían a pesar de que hay muchos casos de gente que lo sienten muy frío o muy caliente y a veces usen un calentador o un ventilador eléctrico.El hecho que la caldera y el acondicionador de aire estén instalados en una sala de máquinas requiere de especialistas que mantengan y administren los acondicionadores de aire.Este sistema fue provisto para grandes espacios tales como salas de conciertos (auditorios). La zonificación fue difícil de lograr y las tecnologías de acondicionamiento de aire fueron desarrolladas para solucionar este problema. Actualmente, el proveer VAV como una unidad de volumen variable de aire en ubicaciones importantes de ramificaciones de conductos para poder efectuar cambios en la calidad del acondicionamiento de aire para cada zona se ha vuelto un procedimiento común. Este tipo de sistema es llamado sistema de conducto simple de volumen variable de aire.Desde el punto de vista de los diseños interiores, un sistema de conducto tiene la imagen de un sistema de acondicionamiento de aire de alta calidad, debido a que las aperturas de las rejillas individuales pueden ser diseñadas independientemente. Esto es una parte del equipamiento indispensable para facilidades en gran escala.El equipo básico incluye un dispositivo refrigerante tal como un chiller (enfriador) y una fuente de calor de la central del edificio, una unidad conconductora de aire tal como una unidad impulsora de aire y equipamiento de conductos.Los dispositivos son fabricados de modo de distribuir aire acondicionado usando conductos de distribución desde las unidades interiores para equipos individuales descentralizados y acondicionadores de aire domésticos.

2.2.2 Sistema de Agua (sistema fan coil)Esta es una pieza de equipamiento provista con una serpentina de calentamiento/enfriado de agua y un ventilador. A pesar de que se asemeja a la unidad interior de un sistema refrigerante, cuando el sistema refrigerante se usa, existe la posibilidad de que el sonido del circuito de refrigerante pueda ser escuchado debido al gas que cambia de estado dentro de la unidad. Cuando se utiliza un fan coil, sólo fluye agua fría o caliente dentro de la unidad haciendo por lo tanto que el ruido sea fundamentalmente inferior. Por tal motivo, es comúnmente utilizado en hoteles.Sin embargo, la desventaja de una unidad fan coil es que se necesita planificar un sistema separado para ingresar el aire exterior.

Fig. 2.2.3 Unidad fan coil

2.2.3 Sistema Agua - Aire(sistema de conducto y fan coil)

El agua, con menor transmisión de fuerza que el aire, es usada principalmente. La cantidad de aire es la mínima cantidad de aire exterior requerida para ventilación.• Sistemas de agua: Alto grado de libertad para tender tuberías, pueden ser controlados individualmente.• Sistemas de aire: Procesamiento simple de aire exterior. En el sistema más popular, se utiliza un sistema de agua (unidad fan coil) para el perímetro y un sistema de aire para el interior y ventilación.

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Aletas de ingreso

Entrada

Panel superior

Cámara de pleno

Compresor

Caja de controlCondensador

Espacio demaquinaria

Espacio del mecanismo soplador de aire

Placa del ventiladorPanel posterior

Sopladorde aireCaja de conmutación

Refrigerador

Paneles izquierdo/derecho

FCUFL

FL

FL

Tanque de expansión

Salida

Serpentina de calefacciónSerpentina de refrigeración

Agua fría

Agua calienteHervidor

Dispositivo derefrigeración

Filtro de aire

Bómba de circulación

Aire exteriorHumidificador

Soplador de aire

Fig. 2.2.4 Sistema de conducto y fan coil

2.2.4 Sistema refrigerante (acondicionador de aire de expansión directa)Este acondicionador de aire es llamado acondicionador de aire de expansión directa. Comprime y condensa un refrigerante para formar refrigerante líquido dirigiéndolo directamente dentro de la habitación y entonces acondiciona el aire de la habitación usando un evaporador. También condensa el refrigerante usando el calor de dentro de la habitación.Los acondicionadores de aire domésticos y acondicionadores de aire comerciales para almacenes son acondicionadores de aire de expansión directa. La expansión directa es frecuentemente usada para acondicionadores de aire múltiples para edificios. La expansión directa cambia el estado del refrigerante, o visto de otro modo permite al calor transferirse como calor latente, haciendo así posible transferir una gran cantidad de energía calórica usando tuberías finas.Naturalmente, el factor de espacio del equipo puede ser mejorado, permitiendo proveer un proconducto comercial.(1) Acondicionador de aire comercialUn acondicionador de aire comercial es un acondicionador de aire básico (por ejemplo, un sistema acondicionador de aire centralizado de conducto que utiliza una unidad de manejo de aire) en un formato comercial.Históricamente, un sistema enfriador de agua fue uno de los primeros sistemas en los que el compresor, condensador, válvulas de expansión y evaporadores fueron alojados en una unidad y un condensador usaba el agua fría para la conducción del calor.

Más aún, esto también es un sistema de tipo de condensador remoto en el cual la unidad condensadora se ubica lejos usando tuberías de refrigerante y un acondicionador de aire comercial separadamente, tal como el Mr. Slim (nombre de proconconducto de Mitsubishi), un acondicionador de aire para uso en oficinas o almacenes en el cual la unidad compresora y la unidad condensadora están formadas en una unidad e instaladas afuera mientras sólo el evaporador es colocado dentro de las habitaciones.

Fig. 2.2.5 Acondicionador de aire tipo comercial comercial de agua refrigerada.

(2) Clasificación y construcción de Acondicionadores de Aire comercialsOriginalmente, los acondicionadores de aire usaban un sistema de conducto central, pero las cargas de acondicionamiento de aire y patrones de variación de cargas son fundamentalmente diferentes. En particular, el entorno económico de Japón actualmente internacionalizado ha resultado en fuertes demandas para descentralización individual del acondicionamiento de aire incluyendo, no sólo diferencias de cargas, sino también diferencias en el uso de las zonas horarias.Se proveen acondicionadores de aire cuya única función es acondicionar el edificio entero y hay crecientes demandas para acondicionadores de aire con un modo de operación para cada piso y grupos de equipos que permitan acondicionar aire en pequeñas zonas. Como resultado, se han desarrollado varios tipos de acondicionadores de

10

Fig.2.2.6 Ejemplo de control de zona

conducto

Restaurante

Oficina

Sala de negocios

Oficina

Depósito subterráneo Salas de reunión

Corte transversal del edificioPerímetro

Sala de computadora1 Computadora2 Acondicionador de aire compacto

para salas de computadorasf3 Acondicionador de aire compacto

para salas de computadoras

12 3

(a) Acondicionador de aire comercial de propósito generalLa Fig. 2.2.7 muestra un acondicionador de aire especializado de tipo de aire refrigerado (especializado en ámbito comercial).Si el compresor exterior y el condensador están ubicados en el interior y por lo tanto el agua usada para efectuar la condensación, se puede obtener una disposición del tipo de agua refrigerada.Un sistema que circula refrigerante en una torre de enfriamiento es un sistema común para obtener agua refrigerante.Se puede obtener un tipo bomba de calor (acondicionador de aire que enfría y calienta) si las funciones del evaporador y el condensador son invertidas cambiando el circuito del aire refrigerado.

En principio, sin embargo, una bomba de calor de tipo de agua no puede usar una torre refrigerante como fuente de agua.Los agujeros para permitir que ingrese el aire pueden proveerse del lado de las superficies posteriores de la unidad acondicionadora de aire en sí.Normalmente, se usa un sistema que instala múltiples unidades dentro de la sala acondicionadora de aire que opera separadamente en respuesta a la carga.Hay también muchos casos en dónde una sala de máquinas de acondicionamiento de aire es instalada y se utiliza el sistema de conductos para acondicionar el aire.La Fig. 2.2.8 muestra un ejemplo cuando se usa cada tipo de unidad de acondicionadora de aire.

Unidad fan coil paraprocesamiento de la carga del perímetro

Unidad manipuladora de aire o acondicionador de aire compacto para procesamiento interior de cada piso

Este sistema también es llamado una unidad para cada piso (unidad manipuladora de aire)

11

Fig. 2.2.7 Sistema refrigerante (expansión directa)

6

5

47

2

3

1

Impulsión

Aire interior

Refrigerante(gas)

(líquido)

4 Válvula de expansión5 Evaporador (refrigerador)

6 Soplador de aire interior7 Filtro

1 Compresor2 Condensador3 Soplador de aire exterior

DrenajeAcondiconador de aire de tipo refrigerado por aire (exterior)

Aire de refrigeración

Fig. 2.2.8 Clasificación cuando se usa un paquete de acondicionadores de aire

Tipo P (Pleno) Tipo D (conducto)

No pleno

Sala de máquinas

Pleno

Succión frontal

Tipo G (rejilla)

No pleno

Succión posterior (lateral)

Nota: Cuando usa un acondicionador de aire del tipo comercialrefrigerado por agua, las unidades número 1 y 2 están incorporadoasen una unidad interior para formar una unidad integral.

Acondiconador de aire de tipo refrigerado por aire (interior)

El calor (así como vapor de agua) es transportado al exterior por el refrigerante.

(Todos los conductos de entrada de aire fresco son omitidos en la figura. Estos dibujos son diagramas conceptuales).

El ejemplo de la derecha muestra un acondicionadorde aire ubicado en una habitación separada(tal como una sala de máquinas o un corredor).

12

Fig. 2.2.10 Series CITY MULTI R2 (calefacción / refrigeración simultáneas)

Fig. 2.2.9 Series CITY MULTI Y (conmutación calefacción / refrigeración)

Unidad exterior

Unidad interior

Distribuidor Distribuidor

Controlador BC

Unidad exteriorDistribuidor

Distribuidor

Compresor controlado por inverter

Unidad interior

(b) Sistema Acondicionador de Aire de Flujo Variable de Refrigerante (VRF)Se pueden controlar múltiples acondicionadores de aire para edificios descentralizándolos individualmente. Las ventajas de conservación de energía y el hecho de que no se necesitan las tuberías de agua, han resultado tema central en el acondicionamiento de aire de edificios.Para la unidad exterior se utiliza un compresor controlado por variador de velocidad y el volumen de refrigerante circulante cambia libremente en respuesta a la carga de las unidades interiores.La capacidad mínima de la unidad interior es pequeña permitiendo acondicionar el aire en espacios pequeños. Esto hace que sea fácil zonificar áreas de pequeña escala tales como oficinas.Dado que las unidades interiores individuales pueden arrancar y detenerse como sea necesario, es fácil ahorrar energía.

Hay varios modelos de unidades interiores y pueden ser integradas en varios conceptos de diseños interiores.Recientemente, el equipo que controla la divergencia de la refrigeración del lado de evaporación y la fuente de calor del lado del condensador permite proveer una operación simultánea de refrigeración y calefacción. Este tipo de equipamiento está siendo utilizado principalmente para acondicionar el aire de edificios.La figura de abajo muestra un ejemplo de un sistema de planificación libre de acondicionamiento de aire de edificios (Acondicionador de aire múltiple, de expansión directa) de Mitsubishi Electric.Se utilizan dos tuberías a través del controlador BC para que las máquinas puedan proveer refrigeración y calefacción simultánea.

13

Fig.2.2.12 Tipo cassette

Fig. 2.2.13 Tipo techo

Fig. 2.2.14 Tipo mural

(c) Acondicionador de aire comercial para oficinas y almacenesAcondicionadores de aire de pequeño tamaño son usados frecuentemente para edificios de pequeña escala y pequeños negocios de venta.La capacidad va desde 4kW a 18kW y hay muchos tipos de unidades.La unidad exterior es generalmente del tipo horizontal y efectúa la condensación usando el aire exterior.Es diseñada para instalarse secuencialmente en techos de los edificios.

Fig. 2.2.11 Instalación secuencial de las unidades exteriores.

Este tipo de acondicionador de aire comercial también puede ser un tipo múltiple desde dos hasta cinco unidades interiores conectadas a una unidad exterior.Varios tipos de elementos se preparan para las unidades interiores y generalmente se utiliza el tipo de elemento referido como cassette. Además de esto, hay muchas variantes incluyendo un tipo techo, un tipo de suelo vertical, un tipo mural (idéntico a las unidades de uso doméstico) y un tipo conducto).

14

η ..................Eficiencia (%)t ...................Temperatura de bulbo seco (ºC)h ..................Entalpía (kJ/kg)

Eficiencia de intercambiode entalpía

[%]=ηh= h(OA)-h(SA)h(OA)-h(RA)

Eficiencia de intercambio de temperatura

[%]=ηt= t(OA)-t(SA)t(OA)-t(RA)

⋅ 100 (2)

⋅ 100 (3)

Fig. 2.3.1 Recuperación de calor de acuerdo al sistema Lossnay

EA

OA

RA

SA

Aire de entrada exterior (aire fresco)

Placa divisoriaPapel procesadoespecialmente

Interior Exterior

0 S

S

A

A

R

R

0xOA

xSA

xRA

xRA

xSA

xOA

hRA

hSA

hOA

hOA

hSA

hRA

tOA tSA tRA tRA tSA tOA

Lossless indoor air supply state

Temperatura de bulbo seco (ºC)

Estado del aire interior en invierno

Summer indoor air state

Lossless indoor air supply state

Summer outside air state

Ent

alpí

aCa

rga d

e aire

exter

iorCa

ntidad

de rec

upero L

ossnay

Carga

de ai

re ex

terior

Cantida

d de rec

upero L

ossnay

Ent

alpí

a

Hum

edad

abs

olut

a

Estado del aire exterior en invierno

2.3 Ventilación y Recuperación de CalorSe puede decir que entre las cargas de refrigeración y calefacción, en los equipos de acondicionamiento de aire, la que ocupa una gran parte es la carga de aire exterior (carga de ventilación) que representa el 30% de todas las cargas. Se diseña un intercambiador de calor total para cambiar la temperatura (calor sensible) y la humedad (calor latente) del aire de entrada y del aire de salida para reducir la carga térmica de aire de salida y ahorrar energía.

(1) Un intercambiador de calor estático total (Lossnay de Mitsubishi Electric) tiene un intercambiador de calor de placa de aleta de corriente directa (DC) con una construcción como la mostrada en la Fig. 2.3.1 y está comprendida por un panel divisor y un panel espaciador formado por papel especialmente tratado.El aire de entrada y de descarte (salida) son completamente separados por la placa divisoria, haciendo posible siempre introducir aire fresco sin mezclarlo con el de salida.

(2) Eficiencia de intercambioLa eficiencia de intercambio de temperatura/entalpía se define como se indica a continuación.

La eficiencia de intercambio de temperatura actualmente es del 70% aproximadamente. La fig. 2.3.2 muestra la operación en un gráfico psicrométrico.

Fig. 2.3.2 Recuperación del calor de acuerdo al sistema Lossnay.

Estado del aire de entrada interior Lossnay

Estado del aire interior en verano

Estado del aire de entrada interior Lossnay

Estado del aire exterior en verano

Aire de descarga interior(Aire fresco refrigerado y calefaccionado)

Placa espaciadoraPapel procesadoespecialmente

Aire de entrada interior(Aire sucio refrigerado y calefaccionado)

Aire de descarga exterior(Aire sucio refrigerado y calefaccionado)

15

3. Diagrama h-x (Gráfico psicrométrico)

x

Masa de vapor de agua kg

Aire que conttiene vapor de agua(aire húmedo)

Masa de aire (masa de aire seco) kg´

Dividido entre vapor de agua (numerador) y aire (denominador)

1 x 1+x

Pd P Pa

Aire seco

Señal

Peso

Vapor de agua Aire húmedo

Línea

de sa

turac

ión

Si se

exce

de es

ta lín

ea, e

l aire

no pu

ede

conte

ner m

ás va

por d

e agu

a.

Bajo � Temperatura del aire (BS) � Alto

Peq

ueña�

Ca

nteida

d de v

apor

de ag

ua �G

rand

e

3.1 Propiedades del aireEl aire contiene aproximadamente 78% de nitrógeno (N2) y la porción remanente de oxígeno (O2).Otros elementos detectables son el argón, CO2 y helio.Cuando se piensa en las propiedades del aire, se considera la existencia de vapor de agua como un componente principal. El aire seco es aire al que se le removió el vapor de agua y el aire que contiene vapor de agua se llama aire húmedo.

Fig. 3.1.1 Mezcla de aire seco y vapor de agua

En realidad, el aire seco no existe en la naturaleza.La humedad se siente y la garganta de la gente se seca en respuesta a la cantidad de vapor de agua en el aire.

3.2 Humedad del AireSi hay una gran cantidad de humedad (vapor de agua existente) en el aire, la humedad se incrementará y si se seca, el vapor de agua en el aire disminuirá.

Fig. 3.2.1 Temperatura de aire y cantidad de vapor de agua.

La temperatura del aire y la cantidad de humedad que pueden ser contenidas en el aire se determina como se muestra en la Fig. 3.2.1.Como se entiende de la figura, cuando la temperatura es alta, el aire puede contener una gran cantidad de humedad.El aire en el estado en el cual el vapor de agua contenido a cierta temperatura ha alcanzado el límite máximo se llama aire saturado.Además, la línea que une la porción de la cantidad de vapor de agua del aire saturado se llama línea de saturación de vapor. La humedad relativa se refiere a que cantidad de vapor de agua está contenida comparada con la cantidad de vapor de agua que pueda ser contenida a cierta temperatura.El aire saturado tiene una humedad de 100%.Si el vapor de agua del aire excede el 100%, la humedad no podrá existir como vapor de agua y se convertirá en gotas de agua. Si esto ocurre en el cielo, se producirá lluvia y si ocurre en una habitación, se formarán gotas de agua en los vidrios de las ventanas.

3.2.1 Humedad Absoluta (χ)La masa de vapor de agua contenido en 1kg de aire seco es definida como humedad absoluta.

Fig. 3.2.1.1 Humedad absoluta (χ)

16

MPa

MPa

P

PS

Humedad a una cierta temperatura

Aire saturado a la misma temperatura que arriba

Presión del vapor de agua sólo extraido desde la izquierda

Fig. 3.2.3.1 Humedad porcentual (ψ)

W

WS

�

Extrayendo sólo vapor de agua

Extrayendo sólo vapor de agua

Aire húmedo a una cierta temperatura

Aire saturado a la misma temperatura que arriba

kg

kg

3.2.2 Humedad Relativa ϕ (unidad %)

La relación entre la presión parcial de vapor de agua contenido en el aire en el momento actual comparado con la presión parcial de vapor de agua dentro del aire saturado a una cierta temperatura es llamada la humedad relativa.Como se muestra abajo, la humedad relativa es la relación del valor obtenido extrayendo sólo el vapor de agua desde el aire saturado a una cierta temperatura, introduciendo el vapor en un espacio específico y luego midiendo la presión y extrayendo sólo el vapor de agua desde el aire húmedo a la misma temperatura. De ahí en más, el vapor es introducido en un espacio con la misma capacidad y luego se mide la presión.

Fig. 3.2.2.1 Humedad relativa (ϕ)

3.2.3 Grado de Saturación (humedad porcentual) ψ (unidad %)

La humedad porcentual es definida como una escala de medición que indica el porcentaje (%) de valor de agua contenido en el aire a una cierta temperatura contra una cantidad de valor de agua en aire saturado.Con sólo aire saturado, la humedad relativa y humedad porcentual serán iguales y en otro caso serán diferentes. Además de que este es el caso, podemos convenientemente asumir diseños de acondicionamiento de aire con una diferencia cercana a la temperatura normal a presión atmosférica de 1% o menos.

Presión del vapor de agua sólo extraido desde la izquierda

17

t

t’

Sensor de temperatura (esférico) con gasa húmeda

Sensor de temperatura seco (esférico)

BS

SeñalBH

Señal

Termómetro de bulbo seco

Termómetro de bulbo húmedo

Lea esta indicación después de por lo menos hayan pasado 2 minutos con un flujo de aire de 3 m/s o más.

3.2.4 Mediciones de HumedadLa humedad puede ser leída directamente en porcentaje (%) usando un higrómetro. También se puede hallar fácilmente la humedad midiendo la temperatura de bulbo seco y la de bulbo húmedo. Estudiaremos un gráfico psicrométrico en el próximo capítulo.Examinar la humedad usando un diagrama psicrométrico es un método simple y efectivo.Generalmente hablando, la temperatura de bulbo seco es medida usando graduaciones (escalas) en un tubo de vidrio dentro del cual se encuentra encerrado un líquido, tal como alcohol.La temperatura de bulbo húmedo es medida usando un dispositivo en el cual un trozo de tela es envuelto alrededor del sensor de temperatura de un termómetro para medir la temperatura. Este dispositivo vaporiza el contenido de agua hasta que el aire a ser medido alcance el equilibrio. Además, también hay expresiones computacionales para determinar la presión parcial de vapor de agua a partir de las lecturas de las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo y luego obtener la humedad relativa. La expresión difiere cuando el bulbo húmedo se congela y cuando no.

Fig. 3.2.4.1 Termómetro de bulbo húmedo y seco.

18

Fig. 3.3.1. Composición del diagrama psicrométrico h-x de aire húmedo.

u=dh/dx

?

[kJ ?

(D

A)]

Fact

or d

e ca

lor

sens

ible

SH

F

0

t’ t

SHF

u(kJ

/kg

)

3H

umea

da a

bsol

uta

x [k

g / k

g (D

A)

]7 Ent

alpía

- h

Relación

de difere

ncia

Entalpía-

humedad

Líne

a de

sat

urac

ión

=10

0 %

4Hu

meda

d rela

tivaEntalpía - h

Facto

r de c

alor s

ensib

le

3 Humedad absoluta x

t’(?C)

1 D

ry-b

ulb te

mpe

ratu

re t

(?C

)1

Temp

eratur

a de b

ulbo s

ecot

(?C

)

5 Temperatura de punto de rocío

Temperatura (ºC)

(%)

6 Volumen específico

(volumen específico bruto)

v [m3/ (D

A)]

t”

3.3 Sistema de Acondicionamiento de Aire y Diagrama h-xUn sistema acondicionador de aire mantiene la temperatura y humedad del aire dentro de una habitación en valores deseados. Debido a esto, el sistema acondicionador de aire debe enviar aire fresco y aire cálido a una temperatura y humedad adecuada dentro de la habitación.Por lo tanto, cuando el aire es calentado, refrigerado, humidificado o deshumidificado, debe haber exámenes de cuanto cambian las diversas propiedades del aire.En este punto cuando desea usar un diagrama psicrométrico para encontrar valores de 1 Temperatura de Bulbo seco, 2 Temperatura de Bulbo húmedo, 3 Humedad absoluta, 4 Humedad Relativa, 5 Temperatura de punto de condensado,

6 Volumen específico y 7 Entalpía (contenido de calor) de un determinado aire, sabiendo simplemente dos valores de entre 1 a 7 le permite determinar los demás valores. Más aún, cuando hay calefacción, refrigeración , humidificación y deshumidificación en el estado del aire, construir un diagrama psicrométrico le permitirá juzgar cambios y encontrar el grado al cual ocurre el cambio.Hay muchos tipos de diagramas psicrométricos. Nosotros usaremos el más común y fácil de entender (diagrama psicrométrico h-x) para la explicación.En este capítulo describiremos la entalpía pero abreviaremos la entalpía específica como entalpía.

2 Temperatura de bulbo húmedo

19

Fig

. 3.3

.2 D

iagr

ama

de a

ire h

úmed

o h-

x (S

ocie

dad

Japo

nesa

de

Inge

nier

os e

n R

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ión

y A

cond

icio

nam

ient

od e

Aire

) (1

994)

)

Dia

gram

as d

e ai

re h

úmed

o h-

x

Enta

lpía

espe

cífica

Factor de calor sensible

Humedad absoluta

Spe

cific

vol

ume

bulk

Dry

-bul

b te

mpe

ratu

ret’

(�C

)

Pre

sión

101

,325

kPa,

Tem

pera

tura

-10

~ +5

0�C

Rel

ació

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espe

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Tem

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tura

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med

o t´

(ºC)

Hume

dad r

elativ

a φ (%

)

20

Ental

pía es

pecíf

ica-h

t- ulb tem

perature

(dewpoin

t tem

eraure

Descenso de la temperatura de bulbo seco

Abs

olut

e hu

mid

ity I

ncre

ase

Aum

ento

de

la h

umed

ad a

bsol

uta

x k

g / k

g’

Temperatura de bulbo seco < ºC BS> Hum

edad

abs

oluta

Refrigeración

AAHumidificación

BB

100

90807060

5040

30

20

10

Línea

de sa

turac

ión

Fig. 3.4.2

Fig. 3.4.1

Fig. 3.4.3

3.4 Terminología y Cómo Leer un Diagrama psicrométrico h-x

(1) 1 Escala de temperatura de bulbo seco. 3 Escala de humedad absoluta.Cuando un cierto aire no se humidifica o deshumidifica pero se calienta o enfría , la humedad absoluta es constante. Por lo tanto, sólo la temperatura del bulbo seco cambia en forma paralela a las líneas de la escala de humedad absoluta.Más aún, cuando la temperatura es constante y se humidifica (se agrega vapor de agua) o deshumidifica (tal como cuando se utiliza silica gel), la temperatura de bulbo seco será constante y sólo el valor de la humedad absoluta cambiará.

(2) 2 Escala de temperatura de bulbo húmedo. 2 Escala de entalpía específica (Abreviada como Entalpía).Estos dos tipos son generalmente líneas de graduación paralelas como se muestra en la figura. La temperatura de bulbo húmedo está representada por líneas quebradas y la entalpía por líneas sólidas. La entalpía de aire seco de temperatura de bulbo seco t=0ºC y la humedad absoluta x = 0kg/kg´es determinada para ser h = 0kJ/kg´.

(ejemplo) El valor de la entalpía de la escala a una temperatura de bulbo seco de 29ºC y temperatura de bulbo húmedo de 21ºC es 60,7 kJ/kg´.Si una cierta cantidad de aire es humidificado usando vapor de agua, el cambio en ese aire aparecerá en la escala en la dirección superior izquierda. Esto es debido al hecho de que la temperatura de bulbo seco del aire cae debido a que el calor latente requerido para vaporizar el agua (humedad) es aceptado desde el aire pero la energía calórica del aire en sí puede ser pensada como que es constante. Símbolo que representa la Entalpía h (o i)

(3) 4 Escala de humedad relativaLa línea de escala de 100% de humedad relativa también es llamada línea de saturación. El vapor de agua dentro del aire sobre esta línea se transforma en rocío flotando en el aire o el vapor de agua cambia a agua y es descargado hacia el aire exterior. Símbolo que representa a la humedad relativa ϕ .

A Cambia debido a la calefacción o refrigeración cuando la humedad absoluta es constante (no humidifica ni deshumidifica)B Deshumidificación y humidificación de vapor de agua sin cambios de temperatura

Aumento en la humedad absoluta y descenso en la temperatura de bulbo secodrante la humidificación del vapor de agua (La entalpía no cambiará).

Temperatura

de bulbo

seco (tem

peratura

de pun

to de co

ndensa

do)

Dehumidificación

Calefacción

21

t=t ”

t”=t

Parallel to absolute humidity graduation lineParallel to absolute humidity graduation lineParalelo a la escala de humedad absoluta

A

Fig. 3.4.4

0,78

0,80

0,82

0,84

0,86

0,88

0,90

0,92

Volum

en específico

Fig. 3.4.5

(4) 5 Escala de temperatura de punto de rocíoLa graduación de temperatura del punto de rocío se ubica en la línea del 100% de humedad relativa y la posición de las escalas son puntos de intersección de las líneas de escala para temperatura del bulbo húmedo. Cuando el valor numérico es difícil de leer, los puntos de interconexión en la línea de saturación pueden ser leidos como valores de temperatura de bulbo seco.

(5) 6 Escala de volúmen específicoEl volumen del aire cambiará dependiendo de la temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo o humedad absoluta.El valor de este volumen específico (también volumen específico bruto) es usado cuando se obtiene la masa desde el volumen del aire como se muestra abajo. Símbolo que representa al volumen específico υ.

Masa de aire = Volumen de aire (capacidad )

Volumen específico de este aire

Masa de aire primario por el acondicionador de aire =Flujo de aire primario por el acondicionador de aire

Volumen específico del aire primario

A pesar de que el símbolo de unidad kg´significa aire seco (DA), puede ser pensado como una masa del aire provisto (aire húmedo) desde un punto de vista práctico.Cuando el estado del aire no puede ser identificado durante la planificación y el diseño de un sistema acondicionador de aire, use un valor de referencia de 0,83 como un valor para el volumen específico.

(4)

(5)

La temperatura de punto de rocío t” del aire del punto de estado A es la temperatura del punto de humedad absoluta idéntica a la del punto A en la línea de saturación.

22

Fig. 3.4.6

Fig. 3.4.7

Fig. 3.4.6.(1) Imagen del factor de calor sensible

50%

26,0

0,30

0,35

0,40

0,450,50

0,600,700,800,901,00

Centro de la línea de escala de SHF (punto de referencia)

Fac

tor

de c

alor

sen

sibl

e S

HF

Líne

a de

satu

ració

n

Hum

edad

Variación de temepratura (Temperatura de bulbo seco t [ºC]

x [ k

g / k

g (D

A)

]H

umed

ad a

bsol

uta

A

0,70

Cambios en e

sta línea

Línea paralela

Punto

de re

feren

cia de

grad

uació

n SHF

Calor sensible

Calor sensible + Calor latente (6)SHF =

Fig. 3.4.8

0,60

A

Cambios en el diagrama psicrométrico cuando el aire en el punto A es 0,7 y es calentado y humidificado al mismotiempo.

Cambios

en esta lín

ea.

Línea para

lela

Punto

de re

feren

cia de

valor

es SH

F

(6) Escala de SHF (Sensible Heat Factor - Factor de Calor Sensible)Estos son gráficos que muestran la relación entre calefacción y humidificación o entre refrigeración y deshumidificación. Como se muestra en la figura, cuando el valor en el estado radiante centrado en t = 26,0 y ϕ = 50% se superponen sobre otras escalas, la figura se volverá compleja.Por lo tanto, la porción central es omitida en el diagrama psicrométrico.

Cuando el aire en un cierto estado experimenta cambios en el calor sensible y calor latente al mismo tiempo, ese cambio se produce en líneas dibujadas en paralelo desde puntos (puntos de estado) que muestra el estado antes del cambio hasta arriba-derecha (calefacción + humidificación) o abajo-izquierda (refrigeración deshumidificación) en las escalas de SHF.

Cambios en el diagrama psicrométrico cuando el aire en el punto A es 0,6 y es refrigerado y deshumidificado al mismo tiempo.

Se om

iten l

as ín

eas d

e esc

ala

dentr

o de e

ste in

terva

lo Variac

ión de

cantid

ad

total de

calefa

cción

Variaci

ón de ca

ntidad

de calef

acción

sensibl

eVar

iación d

e

calefac

ción late

nte

23

Fig. 3.5.1

9 m3/mint =33�C, =65%

45 m3/min

Aire exterior

Mezcla de aire

36 m3/mint =27� C, =50%

Aire interior

Fig. 3.5.2

=51,7

v=0

,86

2

t ”=

15

,3

t ’=

19

,0

50

x=0,0109

h=

54

,0

t=26,0

Fig. 3.5.3

Mezcla

=2

1,3

=50

=65

27,0 33,0

28,2

t ’

1

2

3

3.5 Cálculos Básicos en un Diagrama h-x

Si se aplica un diagrama psicrométrico, se puedenencontrar la mayor parte de los cambios de estado del aire relacionado al acondicionamiento de aire.Esa porción será introducida como sigue.

(1) Práctica en Lectura de un Diagrama psicrométrico h-x

Encuentre la humedad relativa (ϕ) y otras a partir de las temperaturas de bulbo seco y húmedo.

(ejemplo) Encuentre ϕ, χ, h, t", υ del aire de t = 26ºC, t´= 19ºC

(respuesta)Encuentre el punto de estado de t = 26ºC, t´=19ºC en un diagrama psicrométrico y lea los otros valores. ϕ = 51,7% x = 0,0109 kg/kg´ h = 54,0 kJ/kg´ t" = 15,3 ºC υ=0,862m3/kg´

(2) Utlizando un diagrama h-x cuando se mezcla aire

Encuentre el estado cuando se mezclan dos tipos de aire.

(ejemplo) Opere un cierto acondicionador de aire bajo las siguientes condiciones. Encuentre t, t´del aire (mezcla de aire exterior e interior) absorbido dentro del refrigerador.

Volumen del aire primario Estándar 45m3/min.Cantidad de entrada de aire exterior 9m3/minAire exterior t = 33ºC, ϕ = 65%Aire interior t = 27ºC, ϕ = 50%

(respuesta) Encuentre los puntos de estado 1 y 2 del aire interior y exterior en un diagrama psicrométrico y luego conecte una línea recta entre ambos. El punto de estado de la mezcla de aire se encuentra en algún punto de esa línea recta y ese punto se determina por t3 de la mezcla de aire calculado mediante la siguiente ecuación.

t3= k × t1 + (1 - k) × t2 (7)

t1 Temperatura de bulbo seco (ºC) del aire exteriort2 Temperatura de bulbo seco (ºC) del aire interiort3 Temperatura de bulbo seco (ºC) de la mezcla de aire. Cantidad de entrada de aire exterior Volumen de aire primario k

24

Fig. 3.5.4

Fig. 3.5.5

v2

h2

h1

t’ 2

t’ 1

t2 t1

Cálculo de datos del rendimiento de refrigeración durante la operación

1

Ejemplo de cálculo de datos de rendimiento de refrigeración durante la operación

t2=18,0 t1=27,0

v2=

0,835

h2=

37,7 h

1=55

,3

t’2=1

3,5

t’1=1

9,5

1

2

t3 = 9 × 33 + (1 - 9 ) × 27 = 28,2 45 45

t'3 = 21,3

> 0,8=

Qc = Volumen de aire × (h1 h2) (8)60 ⋅ υ2

Qc = 30 × (55,3 - 37,7) 10,5 60 × 0,835

(respuesta)

Por lo tanto, en un diagrama psicrométrico

(referencia)La posición en donde el punto de estado de la mezcla de aire se encuentra depende de la cantidad de mezcla del aire exterior e interior. Si se toma el 100% del aire exterior, el estado de la mezcla será el punto 2 y si no se toma aire exterior en absoluto, el estado de la mezcla de aire será el punto 1.Esto es determinado usando la relación de masa correspondiente a los volúmenes de aire exterior e interior en el punto entre 1 y 2.

(3) Cálculo del Rendimiento de Refrigeración durante la Operación.

Encuentre el rendimiento de refrigeración durante la operación y determine la calidad del estado de operación del acondicionamiento de aire comparándolo con el rendimiento de refrigeración esperado obtenido a partir de un diagrama de rendimiento bajo las mismas condiciones.

Rendimiento de refrigeración durante la operaciónRendimiento esperado de refrigeración

Si el contenido de arriba y el criterio de evaluación son satisfechos, el acondicionador de aire se considera que trabaja normalmente.

Mida las temperaturas de aire seco y húmedo del aire de entrada y de retorno (el aire exterior y el interior cuando el acondicionador de aire toma aire exterior) del acondicionador de aire durante la operación. Use un diagrama psicrométrico (deberán ser usados al menos dos grupos de diagramas psicométros) para encontrar la entalpía h1 del aire de retorno del refrigerador 1, la entalpía h2 del aire de entrada 2, y el volumen específico v2.Luego, calcule el rendimiento de refrigeración usando la siguiente fórmula.

Qc : Rendimiento de refrigeración 60 : unidad Este coeficiente 60 no es requerido cuando la unidad de volumen de aire es Volumen de aire : unidad (o ). Cuando un ducto no está conectado a un acondicionador de aire y no hay otros problemas, el volumen de aire nominal es aceptable.v2 : Volumen específico de aire de entrada(ejemplo)Aire de retorno Temperatura de bulbo seco 27,0ºC Temperatura de bulbo húmedo 19,5ºCaire de entrada Temperatura de bulbo seco 18,0ºC Temperatura de bulbo húmedo 13,5ºC Volumen de aire 30m3/min(respuesta)Usando el diagrama psicrométrico, h1 = 55,3 h2 = 37,7 v2 = 0,835 Por lo tanto,

Porci

ón de

canti

dad

camb

iada d

e calo

r se

nsibl

ePo

rción

de ca

ntida

d

camb

iada d

e calo

r lat

ente

25

QH = Cpa ⋅ Volumen de aire × (t2 - t1) (9)

60 × υ2

QH =40 × (38,5 - 21,0) 13,1 (10)

60 × 0,893

Fig. 3.5.7

Ejemplo de cálculo de datos de rendimiento de calefacción durante la operación.

t ’ 2=2

0,1

t ’ 1=1

4,0

2=0,893

1=21,0 2=38,5

Cálculo de datos de rendimiento de calefacción durante la operación.

t ’ 2

t ’ 1

2

1 2

1 2

Fig. 3.5.6

(4) Cálculo de Rendimiento de Calefacción Durante la Operación

Encuentre el rendimiento de calefacción durante la operación y determine la calidad de la operación del acondicionador de aire usando un método idéntico al item (3) de arriba.

Mida las condiciones del aire del acondicionador de aire durante la operación usando un método idéntico al item (3) de arriba. Cuando se incorpora un humidificador en el acondicionador de aire, detendrá la operación. Usando un diagrama psicrométrico, encuentre el volumen específico υ2 del aire ingresante y luego calcule el rendimiento de calefacción durante la operación con la siguiente ecuación usando la temperatura de bulbo seco del aire de entrada del calefactor t1 y la temperatura de bulbo seco del aire de entrada t2.

QH :Rendimiento de Calefacción 60 :unidad Este coeficiente 60 no es requerido cuando la unidad de volumen de aire es Volumen de aire :unidad (o ).Cpa : Puede ser omitido como total 1 dado que el calor específico a presión constante del aire = 1,006 .v2 :Volumen específico de aire ingresante Mida el rendimiento de calefacción de un acondicionador de aire del tipo bomba de calor con calefactor eléctrico auxiliar cuando se está deteniendo el calefactor.

(ejemplo)Aire de retorno Temperatura de bulbo seco 21,0ºC Temperatura de bulbo húmedo14,0ºCAire provisto Temperatura de bulbo seco 38,5ºC Temperatura de bulbo húmedo20,1ºC Volumen de aire 40m3/minCalefactor eléctrico incorporado 2kW no-operando

(respuesta)Usando un diagrama psicrométrico, υ2=0,893

Por lo tanto,

26

Fig. 3.6.1

h3

he

h4

h5

h

h1

aire de entrada esperado y aire provisto del equipo

Equipo

SHF

Carga interior SH

F

Aire exterior

1

2

3

4

5

h =(Volumen de aire de un acondicionador de aire seleccionado) (Carga de refrigeración interior) × 0.83

27

Encontrar BF a partir de las condiciones estándar JIS

Líne

a de

satu

ració

n 10

0

hh

1

h2

h3

SHF del eq

uipo

1

23

Fig. 3.7.2

Podemos asumir que este valor de BF no fluctuará a menos que cambie el volumen de aire.

h2 - h3

h2 = h1 - h

h1 - h3BF =

Segmento de línea 2 - 3or BF =

Segmento de línea 1 - 3

0,30

0,25

0,20

0,15

0,1055 60 65 70 75 80 82,5

FVolumen de aire

acto

r de

byp

ass

Fig 3.7.1. Ejemplo de línea de factor de bypass

h

28

1 - BFh2 - (BF ⋅ h1)

h3 =

29

Fig. 3.8.2

x

(w)

(w)

hS

hL

Carga de ventilación (invierno)

Aire interior

Aire exteriorParalelo a línea de escala de humedad absoluta x

Cantidad de humidificación

hs(i) Fig. 3.8.2 Caída de Entalpía

x Diferencia de humedad absoluta de Fig. 3.8.2

Fig. 3.8.1

hL(s

)

hS(s

)

Aire exterior

Aire interior

Ventilation load (summer)Ventilation load (summer)Carga de ventilación (verano)

(sens

ible h

eat lo

ad)

(sens

ible h

eat lo

ad)

(Carga

de ca

lor sen

sible)

(laten

t hea

t load

)

(laten

t hea

t load

)

(Carga

de ca

lor late

nte)

Parallel to absolute Parallel to absolute humidity humidity x graduation line gradua ion lineParalelo a la escala de humedad absoluta x.

(Caudal de ventilación)

0,83

(Caudal de ventilación)

0,83× hv (s) (15)=

(16)× h L(v)=

(Caudal de ventilación)

0,83

(Carga de calor sensible en Invierno)

(17)× hs (w)=

(Cantidad de humedad en invierno)

30

x

Paralela a la línea de escalade humedad absoluta x

1

2

Fig. 3.8.3

1.34 kg

0.5 hours

Fig. 3.8.4

x=0,

0037=

45%

t=21,0t=8,0

t ’=4,

0

1

2

(Cantidad de humedad requerida)

= 1.34 (21)

300

0.83= ⋅ 0.0037

= 3.0 (22)

(Rendimiento del humidificador) = = 2.68

(Cantidad de humedad requerida)(20)

Tiempo desde el inicio de la calefacción hasta que la temperatura de la habitación alcance un valor uniforme

( )=

(19)(Capacidad de la habitación)

0,83× x=

(2) Cantidad de humidificación requerida cuando comienza la calefacción.

Encuentre la cantidad de humidificación requerida cuando comienza la calefacción.

Con calefacción intermitente, Fi será insuficiente si la humedad absoluta interior cae al iniciar la operación y la temperatura de la habitación aumenta.Cuando esto ocurre, usted debe encontrar la cantidad de humedad requerida usando la siguiente ecuación y humidificar en forma separada desde la ventilación.

(Cantidad de humedad requerida)

0,83 Valor estándar del volumen específico x Diferencia de la humedad absoluta (Fig. 3.8.3)

(Rendimiento requerido del humidificador)

(ejemplo) Aire interior al comienzo de la calefacción. Temperatura de bulbo seco 8,0ºC Temperatura de bulbo húmedo 4,0 ºC Condición de diseño para calefaccionar el aire interior Temperatura de bulbo seco 21,0ºC ϕ = 45% Capacidad de la habitación 300 m3

Tiempo en que aumenta la temperatura de la habitación 30 minutos (0,5 horas)Encuentre el rendimiento del humidificador en este momento.

(respuesta) En el diagrama psicrométrico encuentre los puntos de estado para el aire bajo las condiciones de diseño de calefacción, cuando se inicia la calefacción y luego encuentre ∆x y x.

Cantidad de humidificación mientras comienza la calefacción1 Aire interior al comenzar la calefacción.2 Condiciones de diseño interior (Tabla 1.1)

Ejemplo de cantidad de humedad mientrascomienza la calefacción1 Aire interior mientras comienza la calefacción.2 Condiciones de diseño interior.

eje x = Humedad (%)eje y = Temperatura (ºC)

31

Fig. 3.8.5

2 e

Cantidad de recalentado (subíndices igual que arriba)Carga de 3 s a 2Carga de 3 w a 2

(Subíndice S Vapor de agua, W humedad)

h

3 s 3 w

x

hs

hw

2 Aire de entrada deseado2 e Aire de entrada del equipo3 Punto de condición después del recalentado

2

(3) Recalentando y rehumidificando

Concepto de recalentado y rehumidificado

Generalmente hablando, para seleccionar un acondicionador de aire que pueda obtener una provisión de aire acondicionado idéntica a la deseada, que corresponda al mayor valor de carga de refrigeración interior o a una temperatura y humedad un poco menor que esa. Dependiendo del tiempo, estación, y factores interiores (cantidad de gente, iluminación, maquinaria) la carga de refrigeración interior variará. Debido a esto, las condiciones deseadas de acondicionamiento de aire que corresponden a esto también cambiarán. Es difícil cambiar la provisión de aire del equipo a menos que las condiciones de succión de aire del refrigerador, el suministro de aire y las condiciones de aire exterior sean cambiadas.Por lo tanto, cuando una carga de refrigeración interior es pequeña, la temperatura de aire interior y humedad caerán por debajo de los valores configurados. Entonces, este es un método para encontrar, en un acondicionador de aire ordinario, la temperatura de bulbo seco y detener el acondicionador de aire como sea necesario. Para este caso, la humedad no es tenida en cuenta.Sin embargo, cuando usted desea controlar cuidadosamente la temperatura y humedad, el aire de entrada del acondicionador de aire (aire de provisión del equipo) debe cumplir las condiciones de ingreso del aire deseado que corresponda a la carga de refrigeración interior. Por lo tanto, el aire que sale del refrigerador debe ser calentado y humidificado (recalentado y rehumidificado)

En este momento, encuentre el punto de estado (2) del aire de entrada deseado usando el valor más pequeño de la carga interior esperada. Luego, encuentre el punto de condición de entrada de aire (2e) del acondicionador de aire cuya capacidad se puede controlar usando el valor de capacidad más pequeña.Se debe tener cuidado el recalentamiento, dado que variará en un alto grado dependiendo de si el agua usada para rehumidificar son gotas de agua (niebla) o vapor de agua.Además, cuando la mayor parte de la carga de refrigeración interior es carga de calor latente (aumenta el vapor de agua), la temperatura del aire de entrada del acondicionador de aire será casi igual a la temperatura del aire interior y será necesario sólo para el condensado de la humedad. Cuando esto ocurre, recaliente el aire que sale del refrigerador y provea este aire al interior. Esta es una operación de secado común.

Referencia(1) Sociedad Japonesa de Ingenieros en Acondicionamiento de Aire : Diagramas de airehúmedo h-x (1994)

32

4. Cálculos de Carga de Acondicionamiento de Aire y Selección de Modelo

(1)

Condiciones de construcción Condiciones de uso Condiciones de carga de calor Requerimientos del usuario

Características de diferentes sistemas acondicionadores de aire

Evaluación del sistema acondicionador de aire

Presupuesto

Selección de sistema

Selección de modelo

A fin de mantener la temperatura y humedad del aire interior a los niveles deseados, el proceso de acondicionamiento de aire usa el efecto de enfriar o calentar el aire descargado desde un dispositivo acondicionador de aire (de ahora en adelante “aire acondicionado” - Un acondicionador de aire comercial es un típico ejemplo) a fin de evitar el intercambio de calor sensible y calor latente, el cual afecta directamente la temperatura y humedad de este aire interior.Un acondicionador de aire trabaja tanto enfriando y deshumidificando o calentando y humidificando el aire de entrada a fin de crear aire fresco o cálido, el cual se descarga (o envía) como un vapor de aire al entorno interior. De acuerdo a eso, se deben satisfacer las siguientes relaciones (en total, e individualmente para ambos calores sensible y latente) en términos de rendimiento de calefacción o refrigeración y la carga colocada en el mismo dispositivo.Rendimiento de calefacción o refrigeración del dispositivo ≥ Carga del dispositivo En dónde:

4.1 Generalidades de la Selección de un Sistema Acondicionador de Aire4.1.1 Procedimiento Típico de Selección de SistemaLos factores resumidos en el siguiente diagrama de flujo deben ser evaluados cuando se seleccionan dispositivos acondicionadores de aire.

Carga del dispositivo = carga interior + carga de aire exterior (2) Carga interior: Cantidad de energía de calor sensible y calor latente que afecta directamente la temperatura y humedad del aire interior.Carga de aire exterior: Diferencia entre el calor sensible y el calor latente del aire exterior y aquel del aire interior con la entrada directa del aire exterior en el acondicionador de aire con el propósito de ventilación. Esta carga es cero cuando no se absorbe aire exterior dentro del acondicionador de aire.

Nota: El aire interior es también afectado directamente por las filtraciones de aire y otras causas tales como aire exterior que ingresa al entorno interior directamente sin pasar a traves del acondicionador de aire. Por esta razón, la carga correspondiente debe ser tratada como una porción de la carga interior - y no de la carga de aire exterior - para el propósito de los cálculos. Los cálculos de arriba deben ser todos efectuados basados en las condiciones de diseño.

Carga de acondicionamiento de aireFuentes de alimentaciónPunto de instalaciónRuido de operaciónRequerimientos adicionales de rendimientoAccesoriosTrabajo requerido en la vecindad del punto de instalación

Fuentes de alimentaciónFuentes de calorMétodo de transferencia de calorMétodo de acondicionamiento de aireMétodo de puerto de descarga

33

4.1.2 Procedimiento de selección de ModeloAbajo se presenta un ejemplo de selección de modelo como aplicable a acondicionadores de aire compactos y otros estandarizados, dispositivos acondicionadores de aire tipo unidad.

Cálculo de carga

Cálculo de objetivo

Cálculo simple

Cálculo detallado

Catálogos y hojas de especificaciones

Selección primaria de modelo

Condiciones de instalación

Punto de instalación

Flujo de aire y puertos de descarga

Niveles de temperaturade servicio y humedad

Longitud de tuberías de refrigerante

Fuentes de alimentación

Corrección de valor de rendimiento

Selección final de modelo

Recepción de órdenes

Dibujo de plan de diagramación

Estimación de dispositivo y trabajo de instalación

Preparación de diagramas de trabajo

34

Fig. 4.2.1 Concepto de carga interior (Este diagrama muestra la situación para refrigeración. En caso de calefacción, la dirección de los ítems diferentes de (1), (7), (8) y (9) es inversa).

3

6

21 8

7 9

4

3

0

5

9

5

6

3

6

6 6

Vista de planta de un edificio Vista seccional de un edificio

Habitación adjunta

no refrigerada

Habi

tació

n ad

junt

a no

refri

gera

da

Habitación refrigerada

Cuando la habitación de abajo no es refrigerada

Filtración entrando por una ventana

Filtración generada al abrir o cerrar una puerta

Vidrio de

ventana

TechoPuerto de entrada de

aire exterior requerido

Cuando la habitación de abajo es refrigerada

Piso en contacto con la tierra (o primer piso)

Piso Cielorraso

Pared

Cielorraso

Sol

A pesar que el calor radiante que pasa a través del vidrio de la ventana y genera calor en el interior aumentando el rendimiento de calefacción cuando el acondicionador de aire está en modo calefacción, estas formas de calor no están siempre disponibles y por lo tanto, no son removidas de las otras cargas de calefacción en los cálculos regulares de carga de calefacción. De acuerdo a esto, los correspondientes cálculos pueden ser omitidos.Más aún, en casos en donde el sistema acondicionador de aire contiene una unidad de manejo de aire con un motor soplador, y otros dispositivos similares, el calor producido por estos dispositivos deberá normalmente ser incluido en la carga total de refrigeración interior.. Sin embargo, dado que el rendimiento de refrigeración declarado de tales acondicionadores de aire ya tiene en cuenta la carga asociada con el soplador y demás dispositivos similares, no hay necesidad particular para esta carga de ser incluida en los cálculos del rendimiento de refrigeración.

4.2 Concepto de Carga Interior.Como se muestra en la Fig. 4.2.1. la carga interior se compone de calor conductivo (calor sensible) intercambiado mediante elementos tales como cielorraso, piso, paredes y vidrios de ventanas que forman divisiones entre el interior y el exterior de la habitación; calor de radiación (calor sensible) que ingresa a la habitación a través del vidrio de la ventana; calor convectivo (carga de aire exterior en forma de calor sensible o latente) ingresado en reemplazo de aire debido a la acción de filtraciones de corrientes de aire, ventilación y similares; calor generado internamente (calor sensible o una combinación de calor sensible y latente) producido por personas, equipos de iluminación, otros dispositivos eléctricos, quemadores, y similares ubicados dentro de la habitación; y las pérdidas de ducto (calor sensible y latente) como resultado de del calor conductivo del aire que pasa a través de algún ducto que haya sido instalado.

(pérdida del ducto)

calor generado internamente

Carga de refrigeración calor conductivo calor radiante calor convectivo calor generado internamente= + + + +

Carga de calefacción calor conductivo calor convectivo (pérdida del ducto)= + + -

El calor generado internamente generalmente no es sustraído cuando se calcula la carga de calefacción: sin embargo, este valor puede ser sustraído si se requiere un cálculo más preciso. Además, la refrigeración puede ser necesitada en casos en donde el calor generado internamente es excesivamente grande.

1 Calor radiante (sensible), 2 Calor conductivo (sensible), 3 Calor conductivo (sensible), 4 Calor conductivo (sensible),5 Calor conductivo (sensible), 6 calor convectivo (sensible + latente), 7 Persona en la habitación (sensible + latente),8 Equipo de iluminación (sensible), 9 Dispositivos y ajustes (sensible + latente), 10 calor convectivo (sensible + latente)

35

Fig. 4.3.1 Principios de cálculo de carga de calefacción (El coeficiente de transmisión de calor general y diferencia de temperaturade aire exterior, etc. De la fórmula de arriba deben ser calculados individualmente para cada estructura edilicia diferente).

El calor desde varias partes de la habitación, como se muestra en la Fig. 4.3.1 es calculado en la base de ubicación específica y tiempo específico, se determina un total para cada punto en el tiempo y el mayor de los totales es designado como la carga. Más específicamente, todos los factores de carga similares a aquellos mostrados en la Fig. 4.3.1. son calculados y el total es así determinado.Sin embargo, se requerirá un esfuerzo significativo a fin de determinar la construcción, materiales y dimensiones de cada parte de la habitación y para efectuar los cálculos para cada punto específico en el tiempo. Se han desarrollado métodos que permiten completar el cálculo en forma rápida pero con un alto grado de precisión.4.3 Tipos de Cálculos de CargaEn el presente, los siguientes cuatro métodos de cálculo de cargas son ampliamente implementados de acuerdo con la escala, aplicación, y requerimientos de acondicionamiento de aire del edificio sujeto.(1) Cálcula de la carga transitoriaEl método de cálculo de carga transitoria tambien tiene en cuenta la habilidad de cada una de las secciones del edificio para almacenar calor en respuesta al cambio condiciones exteriores transitorias continuamente cambiantes.Mientras que generalmente se utilizan computadoras para efectuar los cálculos, los mismos pueden efectuarse manualmente

utilizando una calculadora.(2) Cálculo de la carga estableLa suposición inicial del método de cálculo de la carga estable es tal que, en cualquier punto específico en el tiempo, las condiciones son instantáneamente estables; de acuerdo a eso, no tiene en cuenta las capacidades de almacenamiento de calor. Los cálculos de carga estable pueden fácilmente efectuarse a mano utilizando una calculadora.(3) Cálculo de carga simpleEl estándar HASS108 como fue publicado por la Sociedad de Ingenieros de Calefacción, Aire Acondicionado y Sanitarios de Japón, fue actualizada en 1989 para enfatizar el uso de los métodos de diseño para calcular las cargas máximas de calefacción, uno de los cuales fue el método simple de cálculo de cargas.(4) Cálculo de cargas de calefacción simple y refrigeración-calefacciónEl HASS109 fue usada como un medio de efectuar una guía (ej aproximada) de cálculos hasta 1993, cuando fue cambiada por la HASS112 (proveyendo el método para cálculo de cargas de calefacción simple y de calefacción-refrigeración) en línea con una revisión de los estándares HASS. En el 2000, estos estándares fueron nuevamente actualizados a la HASS112-2000, y sus métodos son descriptos abajo con referencia específica a los cálculos de carga.

Calor generado internamente (calor sensible + calor latente)

(calefacción)

(refrigeración)

(calefacción)

(refrigeración)

Carga de cielorraso = Superficie del área × coeficiente de transmisión de calor general × diferencia de temperatura interna/externa

Esta carga es cero si el piso de arriba está acondicionado del mismo modo y al mismo tiempo que el piso en cuestión.

Carga de techo = Superficie del área × coeficiente de transmisión de calor general × diferencia de temperatura interna/externa, diferencia de temperatura equivalente de aire exterior, o diferencia de temperatura efectiva

El término diferencia de temperatura de aire exterior equivalente se refiere