EFA UNIDAD 6 Balance térmico

UNIDAD 6 Balance térmico
•Balance térmico. Aplicación en edificios y buques. Distintos tipos de equipos. Fan coil (con agua), Equipos centralizados. Calefacción con vapor y eléctrica.
•T. P. N° 6.
_____________________________________________________________________________________
NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 64 VENTILACION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO
 
Carga de calor.Excepto en los espacios que tienen serpentines de enfriamiento del tipo de gravedad, la circulación del aire en los locales con refrigeración se realiza de la misma manera que la calefacción por aire caliente. El calor agregado al aire en un espacio se llama carga de calor y proviene de diferentes fuentes
a. Carga de calor de las personas. La carga total de calor de las personas no varía con la temperatura ambiente. Sin embargo, es importante hacer notar que un cambio en la temperatura da como resultado un cambio en la relación del calor latente al calor sensible de las personas como se explica en el Anexo 64-1. Cuando la temperatura dentro del espacio es elevada, habrá una pequeña adición de calor sensible y será alto el agregado de calor latente de las personas
b. Carga de calor sensible del equipo eléctrico y de otras fuentes de calor existentes en el local. Dentro del campo de temperaturas en que se opera, esta carga es independiente de la temperatura del espacio
c. Si dentro del espacio existe una superficie de agua descubierta se agrega una cantidad de calor latente que depende de la temperatura del agua y de la temperatura y humedad relativa del aire del espacio. Esta carga de calor latente aumenta cuando se eleva la temperatura del local.
d. Se transmite calor sensible desde y hacia los espacios vecinos a través de las superficies que limitan el espacio. Este calor depende de la diferencia de temperaturas entre el espacio en cuestión y los adyacentes. Generalmente, la temperatura del espacio enfriado es menor que la de los locales lindantes y el calor: fluye hacia aquél y se suma a la carga de calor. Si la temperatura del espacio es superior a la de los locales contiguos el: flujo de calor será hacia éstos y debe sustraerse a la carga total de calor.
e. El calor agregado por el aire provisto.


Balance térmico.
a. Luego que el sistema ha funcionado durante un lapso suficiente, la temperatura en el interior del local se estabiliza y habrá un balance exacto entre el calor agregado y el calor extraído por los serpentines de enfriamiento. Cuando el equipo de enfriamiento ha sido proyectado de acuerdo con las cargas de calor, se alcanzará: finalmente un equilibrio de temperatura y una humedad relativa satisfactorios. Si la capacidad del equipo de enfriamiento es demasiado baja, será insuficiente la cantidad de calor sensible extraída y se elevará la temperatura del local. Esto reducirá el calor sensible y aumentará el calor latente agregado al espacio por las personas.
b. Cuando se alcanza el equilibrio dentro de un espacio, hay también un balance del calor latente. El aire que sale del sistema de enfriamiento tiene una humedad relativa muy alta, pero debido a la baja temperatura, la verdadera cantidad de vapor en el aire es relativamente baja.  Si se extrae suficiente vapor de agua del aire caliente cuando éste pasa a través del sistema de enfriamiento se mantendrá en el espacio una humedad relativa constante. Sin embargo, si la cantidad de vapor de agua agregada al aire en el espacio excede la que es extraída, la humedad relativa del espacio aumentará hasta que se alcance una condición de equilibrio. De lo antedicho se desprende, claramente, que si la capacidad del equipo de enfriamiento es insuficiente para extraer tanto el calor sensible como el latente, la temperatura y la humedad relativa que se obtengan cuando se alcance el equilibrio serán demasiado altas y pueden llegar a hacer que las condiciones del local sean insoportables.
______________________________________________________________________________________

DISTINTOS SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

Acondicionamiento de aire central.

Los sistemas de aire acondicionado centralizado se utilizan cuando los grandes edificios que tienen varios pisos, hospitales, hoteles, teatros, aeropuertos, centros comerciales, etc. necesitan un enfriamiento completo y requieren cargas muy altas de enfriamiento.

Los AACC de ventana y los splits se utilizan para habitaciones individuales o para pequeños espacios de oficina. Si se necesita enfriar el edificio entero, intentar hacerlo con un aparato o aparatos de aire acondicionado de ventana o de aire acondicionado split, no es económicamente viable. Además, estas pequeñas unidades no pueden enfriar satisfactoriamente las grandes salas, auditorios, áreas de recepciones, etc.

Instalaciones típicas de Aire Acondicionado Central.

En los sistemas de aire acondicionado central hay una sala de máquinas, donde se coloca un gran compresor, un condensador, una válvula de expansión termostática  y un evaporador. Éstos realizan todas las funciones, de forma similar a un sistema de refrigeración típico,pero todas estas piezas son más grandes y tienen mayor capacidad. El compresor generalmente es de tipo alternativo abierto con varios cilindros y es enfriado por agua al igual que el motor de un automóvil. El condensador es de tipo carcasa y tubos.
Un ventilador o forzador, envía el aire a través del evaporador y desde éste, una vez enfriado, es distribuído con ayuda de conductos a todas las habitaciones, salones y otros espacios que están siendo acondicionados. Así, en todas las habitaciones hay un solo conducto por donde pasa el aire frío y de esta forma, obtenemos en cada habitación un sistema de aire acondicionado silencioso y muy eficaz. Además, la cantidad de aire frío que necesita cada habitación puede ser controlado por las aberturas en función de la carga total de calor dentro de la habitación.

Los sistemas centralizados de aire acondicionado son aplicaciones altamente sofisticadas y muchas veces tienden a ser complicados. Es por esta razón que hay muy pocas empresas en el mundo que se especializan en estos sistemas. En la era moderna de la informatización, se han añadido a los sistemas centralizados de aire acondicionado una serie de servicios adicionales.

En la práctica, hay dos tipos de aire acondicionado centralizado:

1. Expansión directa : En este sistema cuenta con un enorme compresor. El condensador se encuentra en la sala de máquinas, mientras que la válvula de expansión y el evaporador o el serpentín de refrigeración y la unidad de tratamiento de aire se encuentran en una habitación separada. El serpentín de refrigeración se fija en la unidad de tratamiento de aire, que también cuenta con grandes ventiladores. Estos ventiladores aspiran el aire caliente de retorno de la habitación a través de los conductos y lo conduce a través del serpentín de refrigeración. A continuación, el aire enfriado se suministra a través de varios conductos a los espacios que han de ser enfriados. Este tipo de sistema es útil para pequeños edificios.

2. Sistema centralizado de agua enfriada: Este tipo de sistema es más útil para los grandes edificios que constan de una serie de plantas. Hay una sala de máquinas en una planta donde se alojan el compresor, el condensador, la válvula de expansión y el evaporador. El evaporador es del tipo carcaza y tubos. Por el tubo, pasa el líquido refrigerante a evaporar, mientras que en el lado de la carcasa pasa agua tratada o solución de salmuera. Después de pasar a través del evaporador, el agua tratada o la solución de salmuera enfriada, por medio de bombas adecuadas, se bombea a  las distintas unidades de tratamiento de aire instaladas en las diferentes plantas del edificio. Las unidades de tratamiento de aire comprenden el serpentín de refrigeración a través del cual pasan los flujos de agua enfriada o salmuera enfriada. Los ventiladores aspiran el aire caliente de retorno a la sala a través de los conductos y los envía sobre el serpentín de refrigeración. El agua tratada o la solución de salmuera que ha absorbido el calor de la habitación vuelve al evaporador, se vuelve a enfriar y de nuevo se bombea a la unidad de tratamiento de aire.

Para operar y mantener los sistemas centrales de aire acondicionado eficientemente, es necesario tener buenos operadores, técnicos e ingenieros. El adecuado mantenimiento preventivo y la adecuada reparación y conocimiento de la operación de las plantas  por parte del personal de mantenimiento es vital.

Circuito básico de un equipo de aire acondicionado tipo Planta de Agua Enfriada (Chillers)

Planta de Agua Enfriada con compresor a tornillo.

Acondicionamiento de aire por fan-coil,

También conocidos ventiloconvectores, son equipos agua-aire. En términos generales, un fan coil no es más que un dispositivo formado por un intercambiador de frío o calor (coil) y un ventilador (fan).

Su naturaleza compacta, que les hace ocupar muy poco espacio y los convierte en una alternativa muy popular. Es común encontrarlos tanto en superficies residenciales como en comercios y otras instalaciones como estadios cubiertos o grandes salones.

Cuentan con una carcasa exterior, con una rejilla de toma de aire y una de impulsión. Los equipos fan coil utilizan el agua como elemento transportador del calor. Estas unidades reciben agua caliente o fría desde una planta de agua enfriada remota y/o caldera y lo hacen circular por unos tubos o serpentines. El ventilador impulsa el aire a través de los serpentines por donde circula el agua, produciéndose así la termotransferencia. A continuación, el aire pasa por un filtro y sale a la estancia que se está climatizando, en forma de aire frío o calor en función de las necesidades de la misma.

 Instalación típica e imagen de un "fancoil" standar.

Tipos de fan coil
En términos generales, se podrían decir que existe dos tipos: los de dos tubos y los de cuatro tubos:

•Fan coil de dos tubos: Tiene un tubo de impulsión o de ida y otro de retorno. El tubo de ida  proporciona agua fría o caliente en función del momento del año. Solo pueden proporcionar o frío o calor pero no ambas a la vez . Es un sistema de bajo costo.

•Fan coil de cuatro tubos: Tiene dos tubos de impulsión y dos tubos de retorno. Cada circuito funciona de forma independiente por lo que pueden producir frío y calor simultáneamente. Su uso se asocia con un mayor confort. Este tipo de fan coils abundan en grandes superficies como oficinas, hospitales, grandes almacenes, etc. Es un sistema de costo general mas alto que el anterior.

En cuanto a su colocación, existen también diversas formas: pueden ser colocado en pared, en suelo, en techo… En ocasiones algunos usuarios llegan a confundirlos con unidades de expansión directa como splits.

Acondicionamiento de aire por equipos individuales.

Equipo de aire acondicionado split

 Equipo de aire acondicionado tipo "split" con su correspondiente condensador.

Un aparato de aire acondicionado split (del inglés split = separado) consta de dos unidades separadas, una interior por la que se obtiene la fuente de refrigeración o calor en invierno (tiene un evaporador, un ventilador, un filtro de aire y un sistema de control remoto), y otra unidad exterior (compuesta por un compresor y un condensador) comunicadas mediante tubos. Las unidades exteriores suelen concentrar calor cuando operan en verano y hay que tener mucho cuidado dónde se instalan. 

Ventajas e inconvenientes
Los aires acondicionados tipo split tienen a su favor que:
•son los más económicos dentro de los aparatos de aire acondicionado fijos y por tanto, los que más se instalan actualmente;
•al estar separado el compresor de la unidad interior por varios metros, aunque unidos por tubos, además de producir muy poco ruido, son muy estéticos en nuestra casa.
•la mayoría de los split actuales tienen la función “frío-calor”, es decir, que son bomba de calor, y por tanto los usaremos en invierno para calentar la habitación. 

Sin embargo, tienen en su contra que:
•la instalación es complicada, ya que requerirá rotura de mampostería por donde vaya la tubería y el cable y muchas veces suspender la caja de la unidad compresora de una fachada exterior, con el consiguiente peligro para el operario o transeúntes ocasionales que circulen por debajo.

Los splits de techo tienen mayor capacidad y están indicados para grandes espacios, pero suelen ser más ruidosos y la instalación más compleja.

EQUIPO DE AACC PORTÁTIL

 Equipo de aire acondicionado portátil.

Este equipo tiene la ventaja de poder moverlo desde una habitación a otra o a cualquier otra zona de la casa sin la necesidad de instalaciones.
Están los equipos que tan sólo tienen un tubo para la salida de aire de condensación, los que tienen 2 tubos, uno para la salida de aire de condensación y otro para la entrada.
El equipo que viene solamente con un tubo tiene el inconveniente que el aire de condensación lo está tomando de la propia habitación y no de la calle como debería hacer una máquina de aire acondicionado. El principal problema es que el aire que estamos enfriando lo estamos tirando de nuevo a la calle.
Los equipos que tienen 2 tubos son mucho más eficientes, ya que uno de los tubos es para tomar el aire de la calle y el otro para expulsarlo por lo que no necesitan tomar el aire de dentro de la habitación para realizar la condensación. Igualmente que pasa con los que traen la unidad exterior, el funcionamiento sería igual que un aire acondicionado convencional.

EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO "DE PARED" O "DE VENTANA" 

Equipo de aire acondicionado integrado de "ventana" o "pared".

El Aire Acondicionado "tipo Ventana" o"tipo Pared", es un climatizador de diseño compacto en forma de una caja metálica, el cual contiene todas las partes funcionales del sistema (compresor, serpentín, tarjeta electrónica, etc.), adicionalmente puede ser controlado por el panel digital frontal o por el control remoto programable.
Esta unidad, se instala en un hueco de la pared o parte de una ventana, de esta manera se empotra en el orificio, quedando gran parte del equipo hacia afuera y exhibiéndose el panel hacia dentro del ambiente. En la parte externa se complementa con un soporte metálico, cuya función es sostener el equipo.
El Aire Acondicionado Ventana, tiene a su favor el costo de instalación y su fácil mantenimiento.
Aplicación: se utilizan para climatizar habitaciones, salas de reuniones, consultorios de profesionales y pequeñas oficinas. No puede ser instalado en ambientes internos.

SISTEMA DE AIRE ENFRIADO MEKO

  1. FUNCIONES Y REQUERIMIENTOS:
El sistema de aire de las MEKO ha sido diseñado para mantener, dentro del buque condiciones ambientales especificas, la que deberán asegurar la salubridad necesaria, para el eficiente desenvolvimiento de la dotación y las condiciones atmosféricas adecuadas para el normal funcionamiento de los diferentes equipos y mecanismos de la unidad.
Debe tenerse en cuenta la importancia fundamental que tiene el sistema, en una unidad diseñada para intervenir en guerra Q.B.N., ya que estos buques deben poder mantener su atmósfera totalmente aislada del exterior, asegurando la descontaminación del aire que se suministre.

Condiciones Ambientales:
La atmósfera interior, para cumplir las condiciones enunciadas, deberá tener las siguientes características:

• Contenido de oxigeno controlado: (19-21) % vol.
• Contenido de bióxido de carbono controlado: (0,01-0,5) % vol.
• Temperatura controlada entre: 18-22ºC
• Humedad relativa controlada entre: 30-70 valor optimo 50%
• Velocidad del aire de circulación interior: 0,4 m / s
• Atmósfera libre de contaminación Q.B.N. y olores.

El sistema esta diseñado para mantener estos valores partiendo de las siguientes condiciones externas:

• Verano Invierno
• Temperatura del aire exterior: +35ºC. -15ºC.
• Temperatura del agua de mar: +32ºC. 2ºC.
• Humedad relativa máxima: 70% 50%

Funciones a cumplir por el sistema:
a) Proveer al interior del buque, aire del exterior y extraer el aire utilizado.
b) Calefaccionar y/o refrigerar y acondicionar cada área o compartimiento en la forma requerida (debe tenerse en cuenta, que cada compartimiento requiere de acuerdo a sus funciones, diferentes tratamientos a su aire).
Así una santa bárbara, una cocina, un sollado, una sala de maquinas, un lavadero, un cuarto de radar; tienen diferentes requerimientos.
c) Proveer a la ciudadela (casi todo el buque) con aire descontaminado, para lo cual mantiene una sobre presión de 0,5 mbar, evitando así posibles penetraciones de aire contaminado.



Sistema de aire acondicionado:

Es un sistema de aire ambiental que ha sido diseñado para mantener el aire valores específicos de temperatura y humedad.

Conjuntos y Componentes:

a) De los sistemas de aire: Ejemplo:
Ventiladores (axiales y centrifugas)
b) De los sistemas de aire acondicionado:

• Filtro de aire: Separa impurezas de aire.
• Filtro de gas: Separa impurezas gaseosas.
• Filtro de Co2 en el aire: Reduce el contenido de Co2 en el aire.
• Filtro de olores: Separa impurezas odorizantes.
• Filtro para grasas: Separa impurezas grasosas.
• Filtro de polvos: Separa polvos.
• Filtros de aerosol: Separa aerosoles, incluidas bacterias, virus, humo y polvo radioactivo.
• Calentadores de aire: Intercambiador, para calentar el aire.
• Enfriador de aire: Intercambiador para enfriar y si es necesario deshumidificar.
• Deshumidificador: Separador de agua, conjunto o componentes para separar gotas del aire.
• Tuberías de aire o conductos y accesorios: Para distribución de aire.
• Silenciadores: componentes de las tuberías para reducir sonidos.

Componentes para cerrar, estrangular y/o cambiar la dirección del aire

• Flap estanco de ventilación: al agua y al aire; los hay terminales o incluidos en las tuberías.
• Válvula de cierre rápido:
• Flap tipo redondo:
• Válvula de sobre presión: tipo flap cargado a resortes.
• Flap de ventilación no estanco:
• Válvula de no retorno:
• Flap de protección contra el fuego:
• Flap de estrangulamiento:
• Flap de control direccional y de caudal:

Sistema de distribución de aire
Los sistemas de distribución puede ser de simple conducto o doble conducto.
Sistema de conducto simple se utiliza, para llevar el aire tratado a los siguientes tipos de locales:

• Pañoles.
• Cuarto de operaciones.
• Hospitales de sangre.
• Cocina.
• Cámaras y camaretas.

Los sistemas de doble conductos (uno de aire frío y otro de aire caliente); se utilizan en camarotes y accesos.
Esta compuesto por dos tuberías, de aire caliente y frío respectivamente, que desembocan en una caja mezcladora de regulación manual o neumática, ubicada en el local alimentado.

3. CONFORMACIÓN DEL SISTEMA DESDE EL PUNTO DE VISTA FUNCIONAL:
El sistema tiene dos modos de operación:

Modo 1:
Operación normal:

En esta situación, el sistema cumple los requerimientos del punto 1.1.; sin efectuar la descontaminación Q.B.N.

Modo 2:
Operación Q.B.N.:

Es el modo en que el buque, debe estar aislado para entra en la batalla Q.B.N.; entra en forma semiautomática en esta condición, a partir del momento en que se da la alarma de Q.B.N. desde el puente o cuarto control maquinas.

Aquí el sistema se estanca casi completamente, quedando solo admisiones de aire exterior a través de sistemas de filtro Q.B.N.

4. TRATAMIENTO QUE SE LE EFECTÚAN AL AIRE

Enfriamiento de aire:
Se hace por medio de Intercambiadores (enfriadores), instalados en los conductos de aire del sistema y que utilizan agua como medio refrigerante. Además de refrigerar el aire, lo deshumidifican.
Hay dos tipos:

Uno utiliza el agua de mar y se usa en áreas de la cuarta cubierta (maquinas).

El otro, en el resto del buque utiliza agua dulce enfriada en las plantas de refrigeración (chilled water units).

Calentamiento de aire:
Se realiza por medios de Intercambiadores alimentados con vapor y/o por resistencias eléctricas.
Movimiento del aire:
Se le impulsa por medios de ventiladores axiales o centrífugos, según el caso, se conduce por tuberías o conductos de diversas secciones (rectangulares, cuadradas, circulares), según se requiera y se direcciona con diferentes tipos de bocas o difusores aplicadas convenientemente.

Otra manera particular de efectuar el movimiento de aire, que se utiliza en la sala de turbinas en el “sistema derivación”:

5.1 Sistema de derivación:
Este sistema que se describirá, se utiliza para hacer circular el aire dentro de un local, y dirigirlos a zonas predeterminadas, sin necesidad de tuberías o conductos de aire.
En líneas generales, consiste en aprovechar la capacidad de empuje y arrastre que sobre una corriente de aire de gran caudal (que llamaremos aire primario), tiene otra corriente de mucho menos caudal pero de gran velocidad (jet o chorro) que llamaremos aire secundario.
Este chorro de alta velocidad “deriva” una parte calculada del caudal de aire primario, en dirección y caudal necesarios para refrigerar un equipo predeterminado.
De este modo, actuando sobre una corriente de aire primario unidireccional, dentro de un compartimiento, se la puede distribuir en las direcciones y caudales que se necesite, utilizando una cantidad y tamaño de picos d aire secundario, adecuada.
También se utiliza la desviación hacia arriba o hacia abajo que se produce en una corriente de aire por diferencia de su temperatura con la del aire de la habitación.
Esta reducción de velocidad es debida al freno accionado por el rozamiento entre el aire relativamente quieto del compartimiento y el aire del chorro de velocidad.
Pero este rozamiento también ocasiona el arrastre de una determinada cantidad de aire quieto que se le sumara al aire de chorro, determinando un aumento de la cantidad de aire que se mueve en esa dirección de aproximadamente 47 veces. Ósea de un chorro que sale de un pico derivador con 50 m/seg. Y 126 M3/hs. Se obtiene a los 7 metros de distancia un caudal de 5880 m3/hs. A una velocidad de 1 m/seg.

Las principales aplicaciones de este sistema son:

• Refrigerar equipos eléctricos.
• Motores de combustión interna.
• Unidades evaporadoras que requiera aire de combustión.
• Compresores de aire.
• Ventilar rincones donde pueda producirse acumulación de calor o gases.
• Dar aire fresco a zonas de trabajo y/o recreación.

5. ESQUEMAS DE DIFERENTES SISTEMAS APLICADOS

5.1 Sistemas aplicados en los cuartos de operaciones del buque:

En operación normal el aire entra por la grilla de ventilación y la válvula flap de cierre rápido; se mezclara en la tubería con aire de recirculación, pasara a través del filtro de aire, el ventilador y luego enfriado (C) o calentado (H) según sea necesario y humidificado; luego pasa por su tubería a la habitación en cuestión y es distribuido por bocas o grillas.

El enfriador, calentador y humidificador están controlados por un sistema automático de control neumático.

Una parte del aire que entro, es tomado por el ventilador, recirculando parte y parte expulsándolo a través de un flap de cierre rápido. El resto de aire ingresado sale de la habitación hacia el pasillo a través de grillas sobre la puerta.

En operación Q.B.N. se cierran los flaps de CR. Y el sistema se alimentara con aire descontaminado en la estación de Q.B.N.

La descripción es igual a la anterior solo que aquí es posible regular manualmente las cantidades de aire de entrada.

La ventilación es hecha por unidades de recirculación y unidades de extracción.

Las unidades de recirculación tienen filtros de aire, enfriadores controlados manualmente y un ventilador. El calefactor eléctrico.

Un ventilador de extracción expulsa el aire a la atmósfera a través de una válvula de cierre rápido que en Q.B.N. se cierra, también separa el ventilador; y el aire es expulsando por sobre presión del interior a través de un flap de escape precargado, o flap de sobre presión.

El aire nuevo entra desde el pasillo a través de un flap de ventilación.

____________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________

ENTRADAS RELACIONADAS

• EFA UNIDAD 5 Aire acondicionado
• HUMEDAD RELATIVA Y ABSOLUTA   

____________________________________________________________________________________

FUENTES:

M.J.D.

NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 64 VENTILACION, CALEFACCION Y AIRE ACONDICIONADO

ESTT.-"Apuntes Plantas de agua Enfriada MEKO 360 Curso Aplicativo CCPP"

http://www.consumoteca.com/casa-y-jardin/climatizacion/aire-acondicionado-split/

http://www.electroclima.com.pe/producto/aire-acondicionado-tipo-ventana-york/

https://www.frikko.com/noticias/aire-acondicionado-portatil/

http://www.airzone.es/blog/climatizacion/que-es-un-fan-coil-y-como-funciona/

http://miaireacondicionado.es/sistema-de-aire-acondicionado-central