ESCUELA DE INGENIERA MECNICA, UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER REFRIGERACIN Y AIRE ACONDICIONADO26 DE MARZO DE 2015, I SEMESTRE ACADMICO DE 2015

CARACTERIZACIN DE UN SISTEMA DE ENFRIAMIENTO BOOTSTRAP

Erika Julieth Pilonieta Marn2093372Jos Gabriel Tortello Nieto2091977

3Copyright 2014 by ASMEINTRODUCCINMantener una correcta temperatura en un avin comercial con cientos de pasajeros a bordo viajando a 40.000 pies de altura (12.000 metros) representa un enorme reto para los especialistas en acondicionamiento de aire. Lograr un ambiente de cabina confortable para los pasajeros y tripulantes de un avin requiere el control de distintas variables como: Temperatura del aire, Humedad, Presin, Control de la calidad del aire. Estos son los factores que intervienen en la operacin del sistema de acondicionamiento de aire. La cabina de un avin comercial representa un volumen enorme para la nica fuente de aire disponible para el acondicionamiento del mismo, nos referimos al aire caliente a presin que se saca de los motores.El sistema Two Wheel Bootstrap, consiste en una turbina y compresor en un eje comn, este sistema consiste de una etapa Compresora y una etapa de Turbina en un mismo eje, en el cual el aire proveniente de una fuente neumtica y es pasado por un intercambiador de calor del tipo aire-aire primario el cual permite un descenso de la temperatura neumtica, despus el aire es conducido a la entrada del compresor centrfugo de la ACM para elevar la presin, pero como la presin es directamente proporcional a la temperatura, (mayor presin mayor temperatura) se debe refrescar este aire pero tratando de mantener la presin, para ello pasmos el aire a travs de un intercambiador de calor secundario y despus es devuelto a la ACM pero a la etapa de turbina que es del tipo centrpeta el cual acelera el aire liberando la presin, este fenmeno permite un descenso brusco de la temperatura. Teniendo claro los dos principales ciclos de compresin de gas para el acondicionamiento de aire en los aviones, ms especficamente con el uso del sistema Bootstrap o doble compresin, en el siguiente trabajo se desarrolla un anlisis para este sistema de refrigeracin, que ser utilizado para el aire acondicionado de un avin que usa como refrigerante aire. Para desarrollar este anlisis se emplea un programa en EES donde se encuentran las propiedades del aire para cada etapa.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL Determinar los valores en los cuales se deben cumplir las condiciones de presin y temperatura dentro de la cabina de un avin garantizando el confort a sus tripulantes, utilizando el sistema Bootstrap o de doble compresin de gas.OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar la presin en la que el trabajo de compresin es mnimo. Realizar una iteracin de la presin de alta y relacionar esta presin con la potencia consumida utilizando la herramienta EES. Analizar los resultados de las diferentes Presiones de alta iteradas con la potencia. Calcular el trabajo empleado para la compresin teniendo en cuenta la presin mxima a la que puede llegar el sistema.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMACalcular el trabajo de comprensin para el ciclo de refrigeracin por gas en un avin.Para un sistema BOOTSTRAP, estimar el efecto de la presin mxima en el consumo energtico del compresor Wc12 (Que es el nico trabajo que se debe suministrar), en la cabina del avin, teniendo en cuenta las siguientes condiciones:Requerimiento: 1 TON = QL ; Pcabina = Patm.CDIGO DE PROGRAMA EES"!Analisis del ciclo BOOTS TRAP"V=600T0=-7,7 "temperatura del ambiente a 6000 m de altura"DTram=(0,0001602*V^2/1,8 )*0,9 "en grados centigrados"

P_atm=101,325[Kpa]{P_alta=170 [Kpa]}

"Estado 0-1 Calentamiento "T1=T0+DtramP_baja=13,8*101,3/30h1=Enthalpy(Air_ha;T=T1;P=P_baja)s1=Entropy(Air_ha;T=T1;P=P_baja)

"Estafo 1-2 _Compresin1"h2s=Enthalpy(Air_ha;s=s1;P=P_media)efi_com=0,9efi_com=(h2s-h1)/(h2-h1)T2=Temperature(Air_ha;h=h2;P=P_media)

"Estado 2-3 _ Enfriamiento1"efi_int=(T2-T3)/(T2-T1)efi_int=0,8h3=Enthalpy(Air_ha;T=T3;P=P_media)s3=Entropy(Air_ha;T=T3;P=P_media)

"Estado 3-4 _Compresin2"h4s=Enthalpy(Air_ha;s=s3;P=P_alta)efi_com=(h4s-h3)/(h4-h3)T4=Temperature(Air_ha;h=h4;P=P_alta)

"Estado 4-5 _Enfriamiento2"efi_int=(T4-T5)/(T4-T3)h5=Enthalpy(Air_ha;T=T5;P=P_alta)s5=Entropy(Air_ha;T=T5;P=P_alta)

"Estado 5-6 _Expansin"h6s=Enthalpy(Air_ha;s=s5;P=P_atm)efi_exp=(h5-h6)/(h5-h6s)efi_exp=0,9T6=Temperature(Air_ha;h=h6;P=P_atm)

"!REQUERIMIENTOS DE CONFORT"

"Datos Generales"T_avion=23 [C]h_avion=Enthalpy(Air_ha;T=T_avion;P=P_atm)m_a=3,517/(h_avion-h6) "Kg/s de aire que evacan 1 Ton de refrigeracin en la cabina"

W_Compresin=m_a*(h2-h1)W_Compresin2=m_a*(h4-h3)W_Expansin=m_a*(h5-h6)W_Compresin2=W_Expansin

"Compresin del aire desde P_baja hasta P_atm (a la cual estar la cabina), para cumplir el requerimiento de presurizacin"

efi_com=(hps-h1)/(hp-h1)hps=Enthalpy(Air_ha;P=P_atm;s=s1)Tpres=Temperature(Air_ha;h=hp;P=P_atm)

"El trabajo de presurizacin es:"W_Presurizacin=m_a*(hp-h1)

"El trabajo de refrigeracin es:"W_refrigeracin=W_Compresin-W_presurizacinANALISIS DE RESULTADOS

Si se tabula la temperatura de entrada a la cabina se puede observar que esta disminuye a medida que la presin aumenta, a continuacin se presenta una grfica donde se puede observar mejor este fenmeno:

CONCLUSIONES El trabajo de compresin disminuye a medida que se aumente la presin mxima del sistema, de igual manera se puede ver que llega un momento en el que se estabiliza el sistema y por ms que aumente la presin no puede disminuir ms el trabajo de compresin.

Muchos de los sistemas Bootstrap pueden enfriar hasta temperaturas por debajo de 0 grados sin embargo no se especfica concretamente hasta que temperatura.

Los sistemas Bootstrap deben ser implementados solo en condiciones como estas ya que se disponen de una alta cantidad de aire y el sistema de enfriamiento se vuelve eficiente y el ms adecuado para los requerimientos dados. Adicionalmente el desempeo y el consumo de energa por parte del avin es mejor en comparacin a la refrigeracin simple de los aviones.

El uso de un compresor de segunda etapa se utiliza con el fin de mejorar el ahorro de trabajo que requiere el avin, y es por medio de una turbina que se suplen las necesidades de esta segunda etapa de compresin, dejando a la primera etapa como los requerimientos los cuales se deben cumplir mediante otros sistemas aadidos al avin.

La mayora de la informacin encontrada en internet relata que la temperatura ptima de compresin oscila un poco menor a la temperatura de 0 grados. Probablemente esta se ve afectada si sigue bajando provocando esfuerzos en los compresores. Pues cabe resaltar que en el momento de la compresin se genera un aumento de temperatura y en condiciones de la tierra un compresor normal puede llegar a los 180 grados.