AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION

• Los términos de Climatización y Acondicionamiento de Aire son sinónimos, son expresiones que se aplican a lo mismo, pero tienen distinto origen.

• La primera se utiliza mucho en los Estados Unidos, y la segunda, se utiliza mucho en Europa.

• Últimamente se ha ido también utilizando la palabra Control Ambiental, que es más utilizada en los Estados Unidos.

• Es importante mencionar también, que la expresión más utilizada pero incorrecta es la palabra Aire Acondicionado, que se emplea mucho para expresar el concepto de Climatización, pero ésta tiene errores semánticos.

• El acondicionamiento del aire es el proceso que enfría, limpia y circula el aire, controlando, además, su contenido de humedad.

• En condiciones ideales logra todo esto de manera simultanea.

• Su objetivo es procurar la comodidad de los ocupantes de residencias, teatros, escuelas, etc.

• Como enfriar significa eliminar calor, otro termino utilizado es el de refrigeración.

• La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente) de un objeto o espacio.

• ó

• Es el proceso de transferir o remover el calor.

• La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica (calor), lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo.

• Una simple hielera, por ejemplo, utiliza hielo para refrigerar su contenido.

• El calor es removido cuando se drena el agua de la hielera.

• Una unidad de refrigeración mecánica trabaja de la misma manera.

• Un refrigerador bombea el calor de la parte interior hacia la parte posterior.

• Su objetivo es mantener productos alimenticios, productos químicos, etc.

• A muy bajas temperaturas para evitar que se contaminen.

• El resultado de lo anterior es lo que llamamos frío.

• El frío no puede fabricarse, sino es la condición de remover el calor.

• Y lo podríamos definir de la siguiente manera:

• Frío es la ausencia de calor.

PRINCIPIOS DE CALOR

• El calor es una forma de energía.

• Se puede definir:

• ES LA CAPACIDAD DE REALIZAR UN TRABAJO.

• No es un sólido ni un líquido ni un gas.

• Pero se encuentra en estos tres estados de la materia.

• Por ejemplo.

• 1 libra (0.450 kgs) de agua puede estar en forma de hielo (sólido),

• agua (líquido)

• o vapor (gas)

estos hechos dependen de la cantidad de calor que se agregue a la libra de agua.

• Cuanto mas calor se agregue, más rápido vibraran las moléculas de agua.

• Al vibrar, las moléculas tienden a separarse, hecho que produce el cambio de estado.

Primero, el agua cambia del estado sólido al estado líquido y luego cambia de éste a

vapor.

Este proceso también se produce en sentido contrario.

• Los principios básicos de la refrigeración tiene como fundamento dos leyes termodinámicas.

• Termodinámica se deriva de una palabra griega y quiere decir energía térmica.

• Estudia las relaciones entre el calor y otras formas de energía.

La primera Ley de la Termodinámica

• Expresa que el cambio total de energía de un sistema cerrado es igual al calor transferido al sistema, menos el trabajo efectuado por el sistema.

• Que el calor siempre se transmite del cuerpo más caliente al más frío.

• Nunca del objeto más frío hacia el mas caliente.

• Además entre más grande sea la diferencia de temperaturas, más rápidamente se transmite el calor.

La segunda Ley de Termodinámica

• La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Ejemplos sencillos:

• Un motor convierte la energía eléctrica en energía mecánica.

• Un generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica.

• El foco convierte la energía eléctrica a energía calorífica y a energía luminosa.

¿Tienen los cuerpos calor?

• No. • El calor es energía en tránsito (del cuerpo

que tiene más temperatura al que tiene menos).

• Cuando un cuerpo  "recibe" calor lo transforma en energía de las moléculas o átomos que los componen.

¿Tienen los cuerpos calor?

• Ésta, se invierte en movimiento de traslación, rotación, vibración, etc.

• Una medida de esta energía es la temperatura.

• Cuando calentamos un cuerpo, éste aumenta su temperatura no su calor.

Unidades de medida

• Sabemos que los átomos forman moléculas y como las moléculas constituyen la materia.

• Por lo tanto toda la materia contiene calor.

Unidades de medida

• Debemos de diferenciar lo siguiente:

• Cantidad de calor.

• Intensidad de calor.

Cantidad de Calor

• Se mide en Btu (British thermal units).

• La energía térmica requerida para elevar una libra de agua un grado Fahrenheit es un Btu.

Cantidad de Calor

• La relación de eficiencia de energía (REE) de las unidades térmicas transmitidas por hora por watt de potencia consumida (Btu/h/W) debe ser por lo menos 7 a 1.

• Se necesitan 144 Btu para fundir una libra de hielo.

Cantidad de Calor

• Una tonelada de hielo, fundida a lo largo de un periodo de 24 horas, absorbería calor a razón de 12,000 Btu por hora (Btu/h).

• En consecuencia una unidad que desprenda 12,000 Btu/h es una unidad de una tonelada.

La Intensidad de Calor.

• La intensidad del calor se mide en grados Fahrenheit (°F) o Celsius o Centígrados (°C).

• Para hacer conversión de unidades ya sea de grados Fahrenheit o Centígrados, usamos la siguientes formulas.

• °C = (°F - 32) X 5/9

• °F = (°C X 9/5) + 32

°F °C

-40 -40P

unto

de

coin

cide

ncia

0 -20

032

El a

gua

seco

ngel

a

20

80

98.6 37

60

160

80

212 100

Tem

peraturaD

el cuerpoE

l agua hierve

Comparación de escalas Fahrenheit y Celcius

• El cero absolutos es -460°F o -273°C• Existe también una escala absoluta de

temperaturas basada en la escala Celsius de temperatura. Se llama escala Kelvin.

• Su cero absoluto es - 273°C

°F °C °K

212 100 373.15

32 0 273.15

-40 -40 233.15

CALOR ESPECÍFICO• Es la cantidad de calor necesario para elevar una

libra de la sustancia que se trate un grado Fahrenheit.

• El calor específico del agua es 1.

Material Calor específico

Agua 1

Hielo 0.504

Aire Normal 0.24

Cobre 0.095

Vapor 0.48

Calor sensible

• Puede medirse por medio de un termómetro.

• En consecuencia, la cantidad de calor requerido para hacer subir o bajar la temperatura en una sustancia sin cambiar su estado puede medirse.

Calor sensible• La formula del calor sensible es:

• Btu= peso X calor específico X diferencia de temperaturas

• De modo que , para determinar la cantidad de calor requerida para elevar 10 libras de agua de 60 a 80°F, se usa la formula como sigue:

• Btu = 10 X 1 X 20• Btu = 200

• Determinar el calor que hay que suministrar para convertir 1g de hielo a -20 ºC en vapor a 100ºC.

Calor Latente

• Un cambio de estado involucra el calor latente.

• El término calor latente significa calor oculto.

• No puede medirse por medio de un termometro.

Calor latente

• El calor necesario para cambiar de sólido a líquido se llama calor latente de fusión.

• El calor necesario para cambiar de estado líquido a vapor se le llama

calor latente de evaporación.

Calor latente

• Cuando el hielo se funde, su temperatura no cambia, aunque absorbe 144 Btu/lb.

• Por lo tanto el calor latente de fusión del agua es igual a 144 Btu.

Calor latente

• El calor latente de evaporación del agua es 970 Btu/lb.

• Por lo tanto el calor latente de evaporación es de 970 Btu

Calor latente

Calor total

• Es la cantidad de calor latente mas el calor sensible necesario para cambiar una sustancia de un cierto grado en cierto estado a una intensidad de calor mayor o menor en otro estado.

Calor total

• Ejemplo.

• El calor total necesario para cambiar una libra de hielo a -10°F a1 libra de vapor de 212°F.

Calor total

• Procedimiento:

1.Se aplica la formula de calor sensible para el hielo estado sólido de -10° a 32°F

• Btu= peso X calor específico X diferencia de temperaturas

• Btu= 1 X 0.504 X 42

• Btu= 21.16

Calor total

2. Se agrega el calor latente de fusión.

El calor latente de fusión de hielo a 32°F a agua a 32°F.

Es igual a 144 Btu

Calor total

3. Se aplica la formula de calor sensible para el estado líquido.

• Btu= peso X calor específico X diferencia de temperaturas

• Btu= 1 X 1X 180

• Btu= 180

Calor total

4. Se incluye el calor latente de evaporación.

Es igual 970 Btu

Calor total

• Entonces el calor total necesario para cambiar una libra de hielo a -10°F a1 libra de vapor de 212°F.

• Btu = 21.16 + 144 + 180 + 970

• Btu = 1315

-23 -10

-17.8 0

0 32

100 212

°C °F

0Btu 21.16

144

165.16

180

345.16

970

1315.16

0kJoules 223.23 174.24 364.14 138.75

CALORLATENTE

DE FUSIÓN

HIELO AGUA VAPOR DE AGUA

CA

LOR

SEN

SIB

LE

CALOR LATENTE

DE EVAPORACIÓN

Calor total

• La carga de calor latente se refiere al porcentaje de humedad relativa o contenido de agua en el aire.

• Es necesario percatarse de que una carga de calor latente puede impedir que se obtenga la temperatura sensible deseada.

Recordemos

• La tonelada de refrigeración es una unidad de capacidad para cambiar 1 tonelada de agua normal a 0° C en hielo a 0° C en 24 horas.

• 1 Rt = 3.861 kW

METODOS DE TRANSMISIÓN DE CALOR

• El calor se transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes:

• Por conducción entre cuerpo sólidos en contacto

• Por convección en fluidos (líquidos o gases)

• Por radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse

• La energía se transmite de la forma que resulta más eficiente.

• Vamos a ver unos ejemplos de transmisión de calor

Características de cada modo de transmisión

RADIACIÓN• La radiación es

un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente de calor y el receptor.

• No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita.

• Por radiación nos llega toda la energía del Sol.

• Al llegar a la Tierra empieza un complicado ciclo de transformaciones

• la captan las plantas y luego la consumimos nosotros, el agua se evapora, el aire se mueve...

• La energía radiante del Sol se transmite a través del espacio vacío en forma de radiación que viaja a la velocidad de la luz.

CONDUCCIÓN• La conducción es el transporte de calor a

través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas

• El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor.

• . La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura (equilibrio térmico).

CONVECCIÓN• La convección tiene lugar cuando áreas

de fluido caliente (de menor densidad) ascienden hacia las regiones de fluido frío.

• En los líquidos y en los gases la convección es la forma más eficiente de transferir calor.

• El metal transmite el calor al agua del fondo del recipiente por conducción. El agua caliente del fondo asciende, originando corrientes convectivas (propagación por convección) y se mezcla con el agua fría.

• En el verano, en una carretera recalentada, se puede ver como asciende de ella el aire caliente formando una columnas oscilantes. También se ve a veces como asciende el aire desde un radiador (el aire caliente sube y el frío baja).

• un mechero calienta el aire, éste asciende en una corriente convectiva y hace girar la espiral de papel.

• Las paredes de los recipientes calientes emiten radiación en el infrarrojo a los alrededores.

• Tanto la conducción como la convección requieren la presencia de materia para transferir calor.

• Ejercicios.

• RESUELVE EL SIGUIENTE PROBLEMA

• ¿Qué tanto calor se necesita para cambiar 300 libras de hielo a 0°F en vapor a 250°F? ¿Qué porcentaje de este calor es sensible?

• CONVIERTE LAS SIGUIENTES TEMPERATURAS.

1. Transformar 175 °K a grados Centígrados.

2. ¿A qué temperatura Celsius equivalen 33.8 °F?

3. Convertir -40 °C a Fahrenheit.

4. ¿A qué temperatura Celsius equivalen 85 °F?.

5. En un termómetro Fahrenheit se observa una marca de 125 °F y en un Celsius se

leen 45 °C, ¿cuál de los dos indica mayor estado térmico?

PRESIÓN

Presión

• Un sistema de refirgeración enfría debido a la evaporación de un líquido refrigerante que se convierte en gas.

• Un líquido refrigerante puede ser recirculado una y otra vez, debido que de gas pasa otra vez a líquido.

Presión

• Es esencial que el gas sea comprimido para condensarlo.

• El componente del sistema en el cual el refrigerante circula y se comprime es el compresor.

Presión de gas

• La presión del gas es la fuerza o empuje que el gas ejerce contra una superficie tal como las paredes de un recipiente, la cubierta de un balón, etc.

Presión

• La presión del gas es medida en libras/pulgada cuadrada (PSI) o en Kgs/cm².

• Puede expresarse como presión absoluta

(PSIA) o en Kgs/cm²absoluta o como presión manométrica (PSIG) o en Kgs/cm²manométrica.

Presión

Presión

• La presión atmosférica varía con la altitud.

• A nivel del mar es de 14.7 PSIA (1 kg/cm²)

• A una milla sobre el nivel del mar es de 12.3 PSIA (0.86 kg/cm²)

Presión sobre el nivel del mar (SNM)

Presión

• Las condiciones climatológicas pueden afectar la presión.

• Con la presión atmosférica tan variable cualquier lectura manométrica que se tome no es exacta.

Presión

• Para trabajos comunes estas lecturas son suficientemente correctas, pero para trabajos científicos la presión manométrica tiene que convertirse a absoluta, sumándole la presión atmosférica.

Presión

• En aquellos caso en donde la presión interna de un recipiente sea mayor o menor que la presión atmosférica, se utiliza un instrumento compuesto el cual marca presiones positivas en PSIG (kg/cm²) o vacío en pulgadas (cm) de mercurio.

Presión

• Cuando la lectura sea cero, indica que la presión dentro del recipiente es igual a la presión atmosférica.

• Una lectura de 30 pulgadas (76.2 cm) de mercurio, indica el máximo vacío posible.

• Esta corresponde a una presión absoluta de cero

Presión

RESUMEN

1. PSIA (Kg/cm²) es presión absoluta. Es la presión total del gas.

2. PSIG (Kg/cm²) es presión manométrica. Es la presión absoluta dentro del recipiente menos la presión atmosférica fuera del recipiente.

3. La presión atmosférica varía, por lo cual para estar seguro de la presión dentro de un recipiente debe convertirse la lectura manométrica en absoluta

Resumen

4. Para convertir la presión manométrica en absoluta, a la presión manométrica medida se le suma la presión atmosférica.

5. La presión manométrica menor que la atmosférica se expresa como vacío y se mide en pulgadas de mercurio.