aire acondicionado - introduccion

Aire Acondicionado Introducción - UNLZ 2

INTRODUCCIÓN

Indice Temático

Definición:

Aire y vapor de Agua

Humedad absoluta y relativa

Temperaturas B. S. Y B. H. - Punto de rocío.

Diagrama Psicrométrico:

Su construcción.

Evoluciones en el diagrama Psicrométrico:

1. Intercambio de calor sensible entre aire y agua.

2. Calefacción

3. Calefacción y humidificación.

4. Refrigeración

5. Refrigeración y Deshumidificación.

6. Precalentamiento y Humidificación

7. Deshumidificación Química

8. Mezclas de aire húmedo.

Factor de Calor sensible

Determinación del caudal de aire necesario para acondicionamiento

Factor de contacto

Ciclo de verano


El Aire y sus propiedades

El aire atmosférico está constituido por una mezcla de gases, de los cuales en mayor

proporción se encuentran el nitrógeno, el oxigeno y el vapor de agua.

Para los fines de este estudio, interesa fundamentalmente considerar al aire húmedo como

una mezcla de dos gases solamente, el gas aire y el gas comúnmente llamado vapor de agua o sea

agua al estado gaseoso. Esta mezcla ofrece la particularidad de que si bien ambos gases son

perfectamente miscibles la cantidad de vapor de agua que puede estar incorporada al aire es

limitada.

Cuando el aire contiene la máxima cantidad de vapor de agua para una temperatura

determinada, se dice que el aire está saturado. En ese estado, cualquier vapor adicional de vapor de

agua que se agregue precipitará en estado líquido.

Se llama humedad absoluta del aire a la cantidad en peso de agua que contiene la unidad en

peso del aire y se mide generalmente en gramos de agua por kilogramo de aire seco.

A su vez, la Humedad relativa del aire es una relación entre la cantidad en peso, de vapor

de agua que contiene el aire a una determinada temperatura y la que es capaz de contener, si

estuviera saturado a esa misma temperatura. Su valor, medido en porcentaje, varía del 0%, al 100%

que corresponde al estado de saturación.

A su vez debemos definir dos tipos de temperatura para el aire. Para ello recurrimos a un

pequeño aparato llamado psicrómetro que contiene dos termómetros comunes.

El bulbo de uno de ellos está envuelto en un paño embebido en agua. Al agitar el conjunto

en la corriente de aire se observa que mientras la columna mercurial del termómetro mojado

comienza a descender, la indicación de temperatura del termómetro descubierto permanece

constante.

Figura Nº 1

Llega un momento en que se detiene la marca del termómetro húmedo y en ese instante la

lectura del mismo indica un valor menor que el inicial.


Esta lectura registra la Temperatura de Bulbo Húmedo del aire, y nos revela la

temperatura de aire atmosférico en el estado de saturación.

La marca que permaneció constante, mide la Temperatura de bulbo Seco, del aire, que es

la temperatura que conocemos y aplicamos comúnmente.

Definimos ahora la Temperatura de Rocío o "Punto de Rocío" del aire.

Si tomarnos una masa de aire húmedo a una determinada temperatura y por medio de un

elemento refrigerador (una serpentina recorrida por agua fría, por ejemplo) la enfriamos, llegará un

momento en que de la masa de aire comenzarán a desprenderse pequeñas cantidades de agua al

estado liquido.

La temperatura correspondiente a este estado de precipitación, es la llamada Temperatura

de rocío del aire y como a esa temperatura se ha producido una condensación, es evidente que el

aire en esta condición se encuentra saturado.

Debe destacarse que en el estado de saturación, coinciden las temperaturas de bulbo seco,

húmedo y de rocío.

Calor Sensible: es el calor empleado para variar la temperatura de una sustancia cuando se le

agrega o extrae calor.

Calor Latente: es el calor que sin variar la temperatura, es necesario agregar o sacar a una

sustancia para el cambio de su estado físico

Calor total: es la suma del calor sensible y del latente de una sustancia, entre un punto de referencia

y el estado considerado.

Diagrama Psicrométrico

Si en un diagrama cartesiano ubicamos en abscisas las temperaturas de bulbo seco del aire,

en ordenadas las humedades absolutas y determinamos la temperatura de rocío que corresponde a

cada valor de la humedad absoluta, podemos trazar una curva de saturación para los distintos

estados del aire.

Dividiendo luego cada isoterma (recta de temperatura constante) en diez partes iguales por

debajo de la curva de saturación y uniendo los puntos correspondientes, obtenemos las curvas de

humedad relativa constante que, como sabemos, se expresa generalmente en porcentaje. Así

asignamos a la de saturación el valor 100% de humedad relativa y como hemos trazado diez curvas

tendremos valores decrecientes del 90% - 80%, etc.

En base a las lecturas de un psicrómetro o aplicando fórmulas matemáticas deducidas de un

balance energético de la masa de aire, podemos trazar sobre el diagrama las temperaturas de bulbo

húmedo de aire para distintos estados, que resultan líneas rectas paralelas e inclinadas cuyos valores

en la curva de saturación coinciden con los de temperatura de bulbo seco de igual valor, como ya se

dijo.


El diagrama resultante se denomina PSICROMÉTRICO ver Figura 2.

Es necesario aclarar que este diagrama varia con la presión atmosférica reinante, siendo

común la utilización del mismo para una presión normal de 760 mm. de mercurio.

Figura Nº 2

El diagrama psicrométrico es una herramienta de incalculable valor para el estudio de una

serie de problemas que se presentan en aire acondicionado. Su utilización permite vislumbrar en

forma rápida y sin error apreciable todas las evoluciones que puede sufrir una masa de aire al ser

calentado, enfriado, humidificado, etc.

También proporciona valores de su temperatura y humedad, permite analizar problemas de

mezclas de masas de aire en distintos estados, fija el valor total o entalpía del aire en una

determinada condición y permite interpretar su evolución al atravesar una serpentina de

refrigeración, al ser inyectado en un local, al mezclárselo con agua o ponérselo en contacto con

sustancias higroscópicas, etc.

Su conocimiento exhaustivo es condición fundamental para todos aquellos que incursionan

en el campo del aire acondicionado y es nuestro propósito detallar en este trabajo, en forma somera,

sus principales aplicaciones.

Antes de comentar cada caso en particular es necesario destacar que en los diagramas

psicrométricos de uso práctico, como podrá observarse en la figura 2, que muestra una carta

confeccionada por Fedders/bgh, se ha volcado también los calores totales en Calorías/hora de la

masa unitaria de aire.


Ello se ha hecho sobre una escala dispuesta paralelamente a la curva de saturación, para

mejor disposición del dibujo y además porque los valores de Calor total o entalpía del fluido pueden

obtenerse como prolongación de las líneas de temperatura de bulbo húmedo constante ya que puede

demostrarse, que una evolución del aire a bulbo húmedo constante es también, una evolución

isoentálpica (entalpía constante).

Esto se verá mejor al explicarse el proceso de humidificación del aire.

En la línea de abscisas se ha diagramado también, sobre una escala los valores de Calor

Sensible del aire o sea el calor que la masa de aire contiene debido exclusivamente a su temperatura.

Se ha fijado también en la escala de ordenadas el Calor Latente del aire, en función de la

masa de vapor de agua que contiene (por ello se lo ha hecho coincidir con la escala de humedades

absolutas). En este caso se lo ha llamado Calor total de agua queriendo significar con ello que los

cambios en el Calor Latente del aire dependen exclusivamente de las variaciones de la masa de

vapor de agua contenida en dicho aire.

Por último se observan superpuestas en el diagrama unas líneas inclinadas que indican los

valores del volumen específico del aire en m3/Kg. para diferentes estados de temperatura y

humedad.

Evolución del aire en el diagrama psicrométrico

El aire puede ser sometido a cuatro procesos básicos que modifican su estado físico. Ellos

son: calentamiento, enfriamiento, humidificación y deshumidificación.

Los dos primeros modifican su temperatura, los otros dos varían el contenido de vapor de

agua presente en el aire.

Claro está que de acuerdo al método elegido para modificar la temperatura, se producirá o no

al mismo tiempo una variación en la humedad absoluta y viceversa.

En la figura 3 se han esquematizado todos los procesos posibles que pueden ser analizados

en la carta psicrométrica, indicando el sentido de la evolución a partir de un estado inicial

representado por el punto 0.

Una masa de aire en determinadas condiciones de estado físico puede representarse en el

diagrama psicrométrico por medio de un punto.

Para ello basta definir dos parámetros de ese estado físico. Generalmente se utiliza la

temperatura de bulbo seco y la de bulbo húmedo.


Figura Nº 3

Podemos observar en la figura 4 que el punto A indica el estado de una masa de aire que

tiene una temperatura de bulbo seco de 25 ºC y una temperatura de bulbo húmedo de 19 ºC.

Si esta masa es tratada va pasando por distintos estados de temperatura y humedad que

puede representarse en el gráfico por medio de una línea en la cual cada punto indica un estado

intermedio. El extremo de una línea indica el estado físico final a que ha llegado esta masa de aire al

término de su tratamiento.

Así, en la figura 4 se ha indicado una evolución en la que el aire pasa del estado inicial A al

final B en el que ahora sus temperaturas de bulbo seco y húmedo son 16 ºC y 15 ºC

respectivamente. Es decir se ha producido un enfriamiento de la masa de aire. Al mismo tiempo

debe observarse que ha disminuido ligeramente la humedad absoluta y ha aumentado su humedad

relativa alcanzando el valor del 90%.

Este proceso, que pudo haber tenido lugar al atravesar el aire un serpentín de refrigeración,

produjo el enfriamiento del mismo y su deshumidificación.

De igual manera puede representarse cualquier evolución en el diagrama.


Figura Nº 4

Calentamiento

Cuando una masa de aire al estado A (por ejemplo 0 ºC B. S. y 90 % H. R.) es calentada por

medio de una serpentina de caños de hierro dentro de la cual circula vapor, se produce un aumento

del calor sensible con la consiguiente elevación de temperatura. Dado que el calentamiento es

indirecto o sea no existe incorporación o disminución de vapor de agua en el aire, la evolución se

produce sobre una línea de humedad absoluta constante, llegando a calentarse el aire hasta las

condiciones fijadas en el punto B (20ºC B. S. y 30 % H. R.)

Figura Nº 5

Enfriamiento

Si hacemos pasar la masa de aire a través de una serpentina por la cual circula, por ejemplo,

agua fría y la temperatura de agua es igual o superior a la del punto de rocío del aire, tendremos una

evolución como la A-B de sentido inverso a la anterior. Aquí ha disminuido la temperatura del aire,

sin que tenga lugar una condensación del vapor de agua.

Por lo tanto sólo hemos quitado calor sensible al aire y nuevamente la evolución se traza

sobre una recta para lela al eje de las abcisas pues no ha habido variación en al humedad absoluta

del aire.


Figura Nº 6

Nótese que en ambos casos descriptos, si bien la humedad absoluta del aire ha permanecido

constante no ha sucedido lo mismo con su humedad relativa.

Puede apreciarse en los diagramas que en el caso del calentamiento, ha disminuido la H. R.

del aire. Este fenómeno tiene mucha importancia en las instalaciones de aire acondicionado

realizadas en zonas muy secas, pues para evitar las humedades relativas bajas provenientes del

clima y agravadas por la Calefacción en la época invernal se hace necesario acompañar el

calentamiento con una adecuada humidificación del aire.

En el caso del enfriamiento, la humedad relativa del aire ha aumentado y si la serpentina

tiene la suficiente capacidad de refrigeración, el aire puede llegar a salir saturado de la misma, es

decir, con un 100% de H. R.

En este punto conviene especificar que cuando se habla de humidificación o

deshumidificación de aire, ambos conceptos se refieren a los cambios en la humedad absoluta del

aire o sea al contenido de vapor de agua en su masa, variando la humedad relativa de acuerdo al

proceso.

Puede deducirse del estudio de las evoluciones en el diagrama psicrométrico que en algunos

casos puede deshumidificar, el aire aumentando al mismo tiempo su humedad relativa y viceversa.

Calentamiento y Humidificación

Ya vimos que el calentamiento indirecto solamente provoca un aumento de calor sensible en

el aire con la consiguiente elevación de temperatura.

En el caso de querer calentar aire y aumentar al mismo tiempo su humedad absoluta

(humidificación) podemos recurrir entre otros a un equipo "lavador de aire" que consiste en una

batería de toberas que rocían agua sobre el aire que las atraviesa.

El agua debe ser calentado en forma permanente por una fuente externa (por ejemplo

resistencia eléctrica sumergida en una batea), a fin de suministrar el calor necesario para entregar

calor sensible al aire y elevar su temperatura. Al mismo tiempo, la masa de aire incrementará su

humedad absoluta debido a la incorporación de una cantidad de agua que, al evaporarse y mezclarse


con el aire, incorporado al sistema una cantidad de calor latente de vaporización que puede

registrarse en el diagrama midiendo sobre la escala correspondiente de la derecha la diferencia de

Calor total del Agua entre los estados inicial y final.

Figura Nº 7

Como puede verse en la figura 7 el punto A representa el estado inicial del aire al ingresar al

aparato lavador. El punto B indica las condiciones de salida del aire de dicho aparato.

Se puede apreciar entonces que se ha producido un aumento de temperatura (de 26ºC a

30ºC) con el consiguiente incremento de Calor sensible que en este caso resulta de 1 Caloría por kg.

de aire seco (A: 6,3 Cal/Kg. en B: 7,3 Cal/Kg.).

Simultáneamente aumentó la humedad absoluta del aire, de 10,5 gramos de agua por Kg. de

aire seco a 22 gr./Kg. A este aumento correspondió un incremento de Calor latente del sistema que

fue de 7 Calorías por Kg. de aire seco (6,3 Cal/Kg., en A a 13,4 Cal/Kg. en B).

Con este proceso hemos entonces calentado el aire y al mismo tiempo lo hemos

humidificado.

El Punto C representa la temperatura del agua, en este caso 35ºC, que deja el lavador. Este

punto puede representarse sin error sobre la curva de saturación del aire teniendo en cuenta que si el

intercambio calórico hubiese sido perfecto, el aire saldría del rociador completamente saturado y

con la misma temperatura del agua.

La aproximación del punto B al C depende de la eficiencia del equipo lavador que a su vez

es consecuencia de sus características constructivas.


Debe agregarse por último que otro procedimiento común para provocar el calentamiento y

humidificación de una masa de aire, consiste en incorporarle una cantidad adecuada de vapor que

puede ser generado en una caldera o provocado por otra fuente térmica (resistencia eléctrica).

Enfriamiento y Deshumidificación

Este proceso es típico en instalaciones de aire acondicionado en las que se utilizan

serpentinas de expansión directa para enfriar el aire e inyectarlo luego frío y deshumidificado a los

ambientes climatizados.

Puede diagramarse la evolución del aire según se indica en la figura 8. La condición inicial

es la representada por el punto A en que el aire ingresa en el equipo acondicionador y se pone en

contacto con la serpentina de evaporación. La temperatura de bulbo seco del aire es de 28ºC y su

humedad relativa es del 60%.

Como el refrigerante que circula por la serpentina está evaporándose a una temperatura

menor que la del "punto de rocío" del aire, es indudable que además de producirse un enfriamiento,

la masa de aire se deshumidificará o sea disminuirá su humedad absoluta.

En efecto, la baja temperatura de la superficie externa de la serpentina producirá una sensible

disminución de la temperatura del aire y al mismo tiempo provocará una condensación de parte del

vapor de agua que contenía. El agua, al estado líquido, se separará de la masa de aire y chorreando

por la serpentina se recogerá en la bandeja de condensado que forma parte del equipo

acondicionador.

Figura Nº 8

Considerando los valores indicados en el diagrama tenemos que la temperatura del aire

disminuyo en 11ºC; (de 28ºC a 17ºC). El calor sensible quitado al aire puede leerse en la escala de

abscisas y es del orden de 2,6 Cal/Kg.

Simultáneamente disminuyó la humedad absoluta del aire en 3 gramos por Kg. de aire seco y

por ende se produjo también una disminución del Calor latente del sistema que llegó a ser de 2

Cal/Kg. Este calor latente se desprendió de la masa de agua para permitir su condensación y como

en el caso del Calor sensible, fue absorbido por el gas refrigerante de la serpentina.


La evolución sufrida por el aire al pasar del estado inicial A al estado final B se puede

graficar en el diagrama psicrométrico uniendo mediante una recta los puntos representativos del

estado inicial y final del aire.

El proceso de enfriamiento y deshumidificación es el inverso del que se detalló en el

apartado anterior y como en éste, el estado final del aire representado por el punto B, depende, entre

otros factores, de las características de la unidad evaporadora y también de la velocidad de pasaje

del aire a través de ella.

Si la eficiencia del intercambio hubiese sido perfecto, el aire abandonaría la serpentina en

estado de saturación. En nuestro ejemplo la condición de salida tendría que estar representada por el

punto C (fig.8).

Para los cálculos comunes de acondicionamiento del aire, puede suponerse que la humedad

relativa en el estado final es del orden del 90-92%

Precalentamiento y Humidificación

Se puede lograr empleando diferentes medios. Uno de ellos consiste en calentar el aire

(manteniendo su humedad absoluta constante) y luego, hacerlo pasar a través de un lavador con

agua recirculada.

Este caso es el que muestra la fig. 9 y se ve que de A a B el aire fue calentado haciéndolo

pasar por una serpentina de vapor o agua caliente, a través de placas intercambiadoras de calor

(gases de combustión-aire) o utilizando baterías de resistencias eléctricas, y luego se lo ha

humidificado empleando para ello toberas pulverizadoras de agua (transformación B-C).

La transformación A-B es a humedad absoluta constante.

La transformación B-C es a entalpía constante (en la práctica a temperatura de bulbo húmedo

constante).

Figura Nº 9


Otros de los medios empleados consiste en utilizar una resistencia eléctrica sumergida en

una bandeja y lo que es menos frecuente inyectando en la corriente de aire, vapor o agua caliente.

Este camino es el que puede emplearse en todas aquellas instalaciones en donde existe

disponibilidad de vapor o agua caliente.

La figura 10 muestra la evolución del aire entre el estado inicial y final en caso de utilizarse

este último procedimiento.

Figura Nº 10

Deshumidificación Química

Se utilizan sustancias que absorben humedad. El calor latente que proviene de la

condensación del agua se convierte en calor sensible, aumentando la temperatura del aire.

La evolución es a temperatura de bulbo húmedo constante.

Figura Nº 11


Mezcla de dos cantidades de Aire Húmedo

En los sistemas de acondicionamiento, generalmente se mezclan dos masas de aire húmedo.

Una de ellas es aire húmedo recirculado o de retorno proveniente del aire que fue

inyectado al ambiente y la otra aire exterior.

Puede recircularse todo el aire o emplear totalmente aire exterior. Lo habitual es recircular el

75 al 80% del aire inyectado y simultáneamente introducir entre el 25 y 20% de aire exterior, valor

éste que debe concordar fundamentalmente con las normas de ventilación requeridas según el

destino y ocupación del ambiente acondicionado.

Figura Nº 12

El aire exterior, representado en la figura 12 por el punto A, se mezcla con el aire de la

habitación o local, representado por el punto B, la condición de la mezcla resultante se encontrará

en algún lugar de la línea recta que une estos dos puntos.

Si la cantidad de aire exterior es igual a la cantidad de aire recirculado, el punto

representativo de la mezcla estará en el centro de la línea y equidistante de A y B.

Si la mayor parte de la mezcla es de aire recirculado (punto B), la condición representativa

de la misma estará en un punto situado más cerca de B que de A.

Ejemplo: Supongamos que para un caudal total CM= 50 m3/min, la cantidad de aire exterior

tomado es CA= 10 m3/min, resulta entonces que el aire recirculado será CB= 40 m

3/min.

Expresado en porcentaje será:

% AE = 20% (aire exterior)

% AR = 80% (aire recirculado)

Si lo expresamos gráficamente, el punto representativo de la mezcla estará sobre la línea A-

B y a una distancia:

MB = 0,2 x AB (distancia entre M y B)

MA = 0,8 x AB (distancia entre M y A)


Los parámetros característicos que definen la condición del punto M, por ejemplo

temperatura seca, humedad absoluta y entalpía pueden calcularse analíticamente haciendo intervenir

los porcentajes ya vistos.


Ejemplo: Supongamos las siguientes condiciones:

TBSA = 35ºC XA = 14 gr/kg

TBSB = 25ºC XB = 10 gr/kg

TBSM = %Ax TBSA + %B x TBSB XM = % A x XA + % B x XB

TBSM = 0,2 x 35ºC + 0,8 x 25ºC XM = 0,2 X 14 gr/kg +0,8 x 10 gr/kg

TBSM = 27ºC XM = 10,8 gr/kg

Donde A = aire exterior B = aire recirculado M = aire de mezcla

Factor de calor sensible

Entre los factores que afectan al confort, este es uno de los más importantes. Supongamos

que si en un local a acondicionar neutralizamos una cantidad sensible mayor que lo estrictamente

necesario, el aire dentro del ambiente estará excesivamente frío y húmedo y si por el contrario se

deshumidifica más de lo necesario el aire puede estar caliente y seco.

Ambos casos pueden ser factibles, habiendo empleado la potencia frigorífica correcta.

Es decir, que se podría imaginar que el aire tratado en un acondicionador, al ser suministrado

al ambiente que se quiere acondicionar actuará como si fuera una esponja , absorberá calor y

humedad en cantidades que dependerán de las condiciones del aire suministrado y del aire

ambiente.

Por lo visto, es necesario definir una relación entre las ganancias de calor sensible y la

ganancia total para poder determinar las condiciones que deben cumplirse, para lograr el grado de

confort buscado.

Definiremos como factor de valor sensible del local (F. C. S. L.) a la relación entre el calor

sensible del local y el calor total.

F.C.S.L.

calor Sensible del local

Calor Latente del local

Calor total del local

Q

Q

Q

Q

Q Q Q Q

SL

TL

SL

LL

TL SL LL TL

Para calcular el F.C.S.L. se recurre a los valores del Balance Térmico en el cual tendremos

que considerar todos los factores de ganancia de calor sensible y latente sin tener en cuenta las

ganancias generadas por la toma de aire exterior.

Aplicación en el Diagrama Psicrométrico

Definido el F.C.S.L. de un ambiente a acondicionar se recurre al diagrama psicrométrico

para poder determinar las diferentes combinaciones de temperatura de bulbo seco y húmedo que

debe tener el aire tratado para poder neutralizar las cargas del mismo.

Para ello, los diagramas psicrométricos, tienen representados en una escala sobre su margen

derecho, los distintos valores de FACTOR DE CALOR SENSIBLE que están referidos a un punto

característico del mismo llamado Polo del diagrama.


En nuestra carta Psicrométrica, este punto está ubicado a una temperatura de bulbo seco de

26,7ºC y una humedad relativa del 50%.

Figura Nº 13 Si en un sistema de acondicionamiento, las condiciones de proyecto interior están

representadas por el punto I, las condiciones del aire exterior por el punto E y el punto de mezcla de

las dos anteriores por M (ver figura 14), para trazar la línea correspondiente a un determinado

F.C.S.L. dado se procede del siguiente modo:

Figura Nº 14

A) Por el punto “P” Polo del diagrama trazamos una recta que una éste con el valor del

F.C.S.L. hallado y el cual está representado en la escala correspondiente del diagrama.

B) Por el Punto (I) representativo de las condiciones a mantener se traza la paralela a ésta.

Ejemplo: Si F.C.S.L.= 80%, se une P con el valor 80% representado en la escala correspondiente y

luego por el estado I se tira la paralela a dicha recta.

26,7°C

FCS=80%

Línea paralela a FCS que pasa por P

P

I

Figura Nº 15

Escala de factor sensible

P= punto característico ó

de referencia.

(Polo del diagrama)


Luego, una vez que se tiene la línea de F.C.S.L. se conocen todos los estados posibles que

puede tener el aire que va a ser inyectado al local.

Generalmente la condición del aire inyectado estará representado en el diagrama

Psicrométrico por la intersección de la línea de F.C.S.L. y la curva de HR = 90 al 92% y será el

punto S indicado en la figura 16.

Figura Nº 16

Determinación del caudal de Aire Acondicionado

Una vez efectuado el Balance térmico del local a acondicionar y determinadas las ganancias

de calor sensible y latente del mismo, el factor de calor sensible del local resulta:

F C S LQ

Q Q

F C S LQ

Q

SL

SL LL

SL

TL

. . . .

. . . .

Asumimos que el valor del mismo será:

F.C.S.L. = 0,85

Como condición de proyecto exterior hemos fijado los siguientes parámetros:

Punto E -TBS = 35ºC

HR = 24ºC

Como condición de proyecto interior:

Punto I - TBS = 25ºC

HR = 50%

Además hemos considerado, que por necesidades de ventilación o renovación de aire en los

ambientes, y asegurar el mantenimiento de una sobrepresión adecuada dentro del local a

acondicionar para evitar así las infiltraciones, la cantidad de aire exterior a introducir en el local será

de un 25% del total del caudal inyectado.

Luego las condiciones del punto de mezcla serán los siguientes:

Punto M - TBS = 27,5ºC

HR = 19,5ºC

El punto S representa la

condición de salida del aire.


Estos valores son los necesarios para representar los puntos que definen la característica del

interior I, del exterior E y de la mezcla M.

Conocido el F.C.S.L. se representa la recta correspondiente, y a partir del punto I su paralela.

El estado del aire que será inyectado al local estará representado por el punto S cuyas características

son:

Punto S - TBS = 13ºC

HR = 90%

La figura 17 muestra lo expresado.

Figura Nº 17

Si bien con este procedimiento llegamos a saber cuáles deben ser las características del aire a

impulsar dentro del ambiente necesitamos conocer el caudal del mismo que será necesario inyectar a

los fines de neutralizar las cargas térmicas del local.

Por ello:

CQ

x t t

o también

CQ

h h

m

min

SL

I S

m

min

TL

I S

3

3

17 2

71 4

,

,

Siendo: hS= entalpía correspondiente al aire en el estado S en Cal

h


hI = entalpía correspondiente al aire en el estado I en Cal

h

QSL = Calor sensible del local en Cal

h

Si quisiéramos conocer el calor total o el calor sensible absorbido por el aire al pasar del

estado S al I se tendrá:

Q x C x t t

Q x C x h h

SL I S

TL I S

17 2

71 4

,

,

Aclaración: los coeficientes fueron calculados en base a las características del aire standard

de TBS = 20ºC y HR = 40%

Factor de calor sensible total

Al igual que el Factor de calor sensible del local, es una relación entre las ganancias de calor

sensible total y el calor total.

En este caso, las ganancias son las propias del local, más las generadas por la toma de aire

exterior necesario para la ventilación.

F C S TQ

Q

Q Q Q

ST

TT

TT ST LT

. . . .

Siendo: QST = Calor sensible total

QLT = Calor latente total

QTT = Calor total

Para representar la línea de F.C.S.T. en el diagrama psicrométrico se procede del modo ya

visto, pero el punto de origen de dicha recta es el que representa las condiciones del aire de mezcla,

punto (M).

Esta línea cortará a la de F.C.S.L. en el punto S.

El F.C.S.T. de la idea da como evolucionará el aire resultante de la mezcla al pasar a través

de la serpentina de refrigeración.

Figura Nº 18


Ganancias de calor debidas a los conductos y al ventilador de impulsión:

Es debida al calor absorbido por el aire en el tramo de conducto comprendido entre el equipo

acondicionador y las rejillas de alimentación de aire y al calor desprendido por el ventilador, los

cuales elevan la temperatura del suministro del aire.

El proceso correspondiente es el que ese aprecia como S S’(figura 19)

En general se estima este valor como un aumento del calor sensible en un 10%.

Figura Nº 19

Factor de Contacto

La mínima temperatura que puede tener el aire a la salida de la serpentina de refrigeración,

estará dada por la intersección de la recta de F.C.S.L. con la curva de saturación.

Esto sería factible en el caso que la serpentina fuese capaz de conseguir la temperatura de

saturación del aire.

En la práctica esto no se da, pues no todo el aire que pasa a través de la misma entra en un

íntimo contacto con ella.

Es por esta causa que el punto S representativo del aire de inyección al ambiente se

encuentra desplazado sobre la línea de Factor de Calor Sensible del local respecto de la curva de

saturación.

En nuestro ejemplo, lo hemos considerado correspondiente con la curva HR = 90 al 92%.

Luego, el porcentaje de aire que no intercambia calor con la serpentina, se llama aire de “By-

Pass”, es este caudal de aire sin acondicionar que después del intercambiador (serpentina de

refrigeración), se mezcla con el aire acondicionado aumentándole su temperatura.

En general se define un factor “By-Pass” que depende:

a) de la forma de la superficie

b) de la velocidad del aire en contacto con la superficie

c) de la relación entre la superficie total y la libre, en una fila de tubos

d) número de filas en la dirección de la corriente de aire

El factor “By-Pass” será:

F B P. . .Caudal de aire no tratado

Caudal de aire total


y el factor de contacto se designa con:

F C F B P. . . . . 1Caudal de aire que pasa por la serpentina


Veamos ahora su aplicación en el diagrama psicrométrico. Si tenemos como datos:

a) Punto representativo de la condición interior

b) El factor de calor sensible del local F.C.S.L.

c) El factor “By-Pass” o de Contacto (F.B.P. ó F.C.)

El procedimiento es el siguiente:

1) Se traza la línea de F.C.S.L.

2) Se determina el punto S de la siguiente manera:

T T

T TF B P

T T F B P T T

S T

I T

S T I T

. . .

. . .

3) Sobre la línea de F.C.S.L. se marca el punto S que es el representativo de las

condiciones de salida del aire.

Figura Nº 20

Ciclo de Verano

Para trazar el ciclo procedemos del siguiente modo:

Figura Nº 21

a) Ubicamos el punto representativo de las condiciones de aire (E)

b) Ubicamos el punto correspondiente a las condiciones a mantener en el aire, dentro

del local acondicionado (I).

c) Determinamos el punto correspondiente al estado de mezcla (M), en función de

los estados (E) e (I).


d) Calculamos el factor de calor sensible del local, como cociente entre el Calor

sensible y el Calor total del local.

e) Con este valor trazamos por el punto de referencia “P” del diagrama la línea que

une “P” con el valor correspondiente al F.C.S.L. determinada en la escala de factor

de calor sensible. A esta línea la llamamos “f”

f) Por el punto “I” trazamos una paralela a “f” hasta cortar a la curva de saturación

en el punto “T”.

g) Sobre la recta IT determinamos el punto “S” para un factor de contacto conocido,

por ejemplo: F.C. = 0,80 tal que IS = 0,80 x IT

h) Uniendo “S” con “M” determinamos el punto PR = punto de rocío del aparato.

Determinación del caudal de Aire Acondicionado

Una vez efectuado el Balance térmico del local a acondicionar y determinadas las ganancias

de calor sensible y latente del mismo, el factor de calor sensible del local resulta:

F C S LQ

Q Q

F C S LQ

Q

SL

SL LL

SL

TL

. . . .

. . . .

Asumimos que el valor del mismo será:

F.C.S.L. = 0,85

Como condición de proyecto exterior hemos fijado los siguientes parámetros:

Punto E -TBS = 35ºC

HR = 24ºC

Como condición de proyecto interior:

Punto I - TBS = 25ºC

HR = 50%

Además hemos considerado, que por necesidades de ventilación o renovación de aire en los

ambientes, y asegurar el mantenimiento de una sobrepresión adecuada dentro del local a

acondicionar para evitar así las infiltraciones, la cantidad de aire exterior a introducir en el local será

de un 25% del total del caudal inyectado.

Luego las condiciones del punto de mezcla serán los siguientes:

Punto M - TBS = 27,5ºC

HR = 19,5ºC

Estos valores son los necesarios para representar los puntos que definen la característica del

interior I, del exterior E y de la mezcla M.

Conocido el F.C.S.L. se representa la recta correspondiente, y a partir del punto I su paralela.

El estado del aire que será inyectado al local estará representado por el punto S cuyas características

son:

Punto S - TBS = 13ºC


HR = 90%

La figura 17 muestra lo expresado.

Figura Nº 17

Si bien con este procedimiento llegamos a saber cuáles deben ser las características del aire a

impulsar dentro del ambiente necesitamos conocer el caudal del mismo que será necesario inyectar a

los fines de neutralizar las cargas térmicas del local.

Por ello:

CQ

x t t

o también

CQ

h h

m

min

SL

I S

m

min

TL

I S

3

3

17 2

71 4

,

,

Siendo: hS= entalpía correspondiente al aire en el estado S en Cal

h

hI = entalpía correspondiente al aire en el estado I en Cal

h

QSL = Calor sensible del local en Cal

h

Si quisiéramos conocer el calor total o el calor sensible absorbido por el aire al pasar del

estado S al I se tendrá:


Q x C x t t

Q x C x h h

SL I S

TL I S

17 2

71 4

,

,

Aclaración: los coeficientes fueron calculados en base a las características del aire standard

de TBS = 20ºC y HR = 40%

Factor de calor sensible total

Al igual que el Factor de calor sensible del local, es una relación entre las ganancias de calor

sensible total y el calor total.

En este caso, las ganancias son las propias del local, más las generadas por la toma de aire

exterior necesario para la ventilación.

F C S TQ

Q

Q Q Q

ST

TT

TT ST LT

. . . .

Siendo: QST = Calor sensible total

QLT = Calor latente total

QTT = Calor total

Para representar la línea de F.C.S.T. en el diagrama psicrométrico se procede del modo ya

visto, pero el punto de origen de dicha recta es el que representa las condiciones del aire de mezcla,

punto (M).

Esta línea cortará a la de F.C.S.L. en el punto S.

El F.C.S.T. de la idea da como evolucionará el aire resultante de la mezcla al pasar a través

de la serpentina de refrigeración.

Figura Nº 18

Ganancias de calor debidas a los conductos y al ventilador de impulsión:

Es debida al calor absorbido por el aire en el tramo de conducto comprendido entre el equipo

acondicionador y las rejillas de alimentación de aire y al calor desprendido por el ventilador, los

cuales elevan la temperatura del suministro del aire.

El proceso correspondiente es el que ese aprecia como S S’(figura 19)


En general se estima este valor como un aumento del calor sensible en un 10%.

Figura Nº 19

Factor de Contacto

La mínima temperatura que puede tener el aire a la salida de la serpentina de refrigeración,

estará dada por la intersección de la recta de F.C.S.L. con la curva de saturación.

Esto sería factible en el caso que la serpentina fuese capaz de conseguir la temperatura de

saturación del aire.

En la práctica esto no se da, pues no todo el aire que pasa a través de la misma entra en un

íntimo contacto con ella.

Es por esta causa que el punto S representativo del aire de inyección al ambiente se

encuentra desplazado sobre la línea de Factor de Calor Sensible del local respecto de la curva de

saturación.

En nuestro ejemplo, lo hemos considerado correspondiente con la curva HR = 90 al 92%.

Luego, el porcentaje de aire que no intercambia calor con la serpentina, se llama aire de “By-

Pass”, es este caudal de aire sin acondicionar que después del intercambiador (serpentina de

refrigeración), se mezcla con el aire acondicionado aumentándole su temperatura.

En general se define un factor “By-Pass” que depende:

a) de la forma de la superficie

b) de la velocidad del aire en contacto con la superficie

c) de la relación entre la superficie total y la libre, en una fila de tubos

d) número de filas en la dirección de la corriente de aire

El factor “By-Pass” será:

F B P. . .Caudal de aire no tratado


y el factor de contacto se designa con:

F C F B P. . . . . 1Caudal de aire que pasa por la serpentina


Veamos ahora su aplicación en el diagrama psicrométrico. Si tenemos como datos:

a) Punto representativo de la condición interior

b) El factor de calor sensible del local F.C.S.L.


c) El factor “By-Pass” o de Contacto (F.B.P. ó F.C.)

El procedimiento es el siguiente:

1) Se traza la línea de F.C.S.L.

2) Se determina el punto S de la siguiente manera:

T T

T TF B P

T T F B P T T

S T

I T

S T I T

. . .

. . .

3) Sobre la línea de F.C.S.L. se marca el punto S que es el representativo de las

condiciones de salida del aire.

Figura Nº 20

Ciclo de Verano

Para trazar el ciclo procedemos del siguiente modo:

Figura Nº 21

a) Ubicamos el punto representativo de las condiciones de aire (E)

b) Ubicamos el punto correspondiente a las condiciones a mantener en el aire, dentro

del local acondicionado (I).

c) Determinamos el punto correspondiente al estado de mezcla (M), en función de

los estados (E) e (I).

d) Calculamos el factor de calor sensible del local, como cociente entre el Calor

sensible y el Calor total del local.

e) Con este valor trazamos por el punto de referencia “P” del diagrama la línea que

une “P” con el valor correspondiente al F.C.S.L. determinada en la escala de factor

de calor sensible. A esta línea la llamamos “f”

f) Por el punto “I” trazamos una paralela a “f” hasta cortar a la curva de saturación

en el punto “T”.

g) Sobre la recta IT determinamos el punto “S” para un factor de contacto conocido,

por ejemplo: F.C. = 0,80 tal que IS = 0,80 x IT


h) Uniendo “S” con “M” determinamos el punto PR = punto de rocío del aparato.

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................................ 2

INDICE TEMÁTICO ........................................................................................................................................................... 2

Definición: ................................................................................................................................................................ 2

Diagrama Psicrométrico: ......................................................................................................................................... 2

Evoluciones en el diagrama Psicrométrico: ............................................................................................................. 2

Factor de Calor sensible ........................................................................................................................................... 2

Determinación del caudal de aire necesario para acondicionamiento .................................................................... 2

Factor de contacto .................................................................................................................................................... 2

Ciclo de verano ......................................................................................................................................................... 2

EL AIRE Y SUS PROPIEDADES .......................................................................................................................................... 3

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO .......................................................................................................................................... 4

EVOLUCIÓN DEL AIRE EN EL DIAGRAMA PSICROMÉTRICO ................................................................................................ 6

Calentamiento ........................................................................................................................................................... 8

Enfriamiento.............................................................................................................................................................. 8

Calentamiento y Humidificación ............................................................................................................................... 9

Enfriamiento y Deshumidificación .......................................................................................................................... 11

Precalentamiento y Humidificación ........................................................................................................................ 12

Deshumidificación Química ................................................................................................................................... 13

Mezcla de dos cantidades de Aire Húmedo ............................................................................................................ 14

FACTOR DE CALOR SENSIBLE ........................................................................................................................................ 16

APLICACIÓN EN EL DIAGRAMA PSICROMÉTRICO ........................................................................................................... 16

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE AIRE ACONDICIONADO ............................................................................................ 18

FACTOR DE CALOR SENSIBLE TOTAL ............................................................................................................................. 20

Ganancias de calor debidas a los conductos y al ventilador de impulsión: ........................................................... 21

FACTOR DE CONTACTO ................................................................................................................................................. 21

CICLO DE VERANO ........................................................................................................................................................ 22

DETERMINACIÓN DEL CAUDAL DE AIRE ACONDICIONADO ............................................................................................ 23

FACTOR DE CALOR SENSIBLE TOTAL ............................................................................................................................. 25

Ganancias de calor debidas a los conductos y al ventilador de impulsión: ........................................................... 25

FACTOR DE CONTACTO ................................................................................................................................................. 26

CICLO DE VERANO ........................................................................................................................................................ 27

aire acondicionado - introduccion

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