EFA UNIDAD 5 Aire acondicionado

UNIDAD 5 Aire acondicionado
•UNIDAD 5: •Aire acondicionado. Componentes del aire. Humedad absoluta y relativa. Presión parcial de vapor. Diagrama psicométrico. Secado del aire. Sistema de control asociado.

La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) define el acondicionamiento del aire como: "El proceso de tratar el aire, de tal manera, que se controle simultáneamente su temperatura, humedad, limpieza y distribución, para que cumpla con los requisitos del espacio acondicionado".
Como se indica en la definición, las acciones importantes involucradas en la operación de un sistema de aire acondicionado son:
1. Control de la temperatura.
2. Control de la humedad.
3. Circulación y movimiento del aire.
4. Filtración, limpieza y purificación del aire.

El acondicionamiento completo de aire se lleva a cabo mediante el control automático de estas condiciones, tanto para el verano como para el invierno. El control de temperatura en verano se logra mediante un sistema de refrigeración, y en invierno, mediante una fuente de calor. El control de humedad en verano requiere de deshumidificadores, lo que se hace normalmente al pasar el aire sobre la superficie fría del evaporador. En el invierno, se requiere de humidificadores, para agregarle humedad al aire en el sistema de calentamiento. El filtrado del aire, en general, es el mismo en verano que en invierno.
El acondicionamiento de aire en buques, casas, edificios o en industrias, se hace por dos razones principales: proporcionar confort al humano, y para un control más completo del proceso de manufactura; el control de la temperatura y la humedad, mejora la calidad del producto terminado.
Para acondicionar aire en un espacio, se requiere tener conocimientos básicos de las propiedades del aire y la humedad, del cálculo de cargas de calentamiento y de enfriamiento, manejo de las tablas o carta psicrométrica, y del cálculo y selección de equipo. También se requiere del conocimiento y manejo de instrumentos, como termómetros de bulbo seco y de bulbo húmedo (psicrómetro),
el higrómetro, tubo de pitot, registradores, manómetros y barómetros.

CONDICIONES DE COMODIDAD

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA COMODIDAD
La comodidad de las personas bajo el punto de vista de aire acondicionado, depende de cuatro factores primordiales ya nombrados, que son:

a) Temperatura del aire
b) Humedad del aire
c) Movimiento del aire
d) Pureza del aire

El comportamiento fisiológico del cuerpo humano demanda que la cantidad de calor interno producido por el cuerpo, sea igual a la cantidad de calor externo perdido.
El cuerpo humano tiene un sistema de control de temperatura para regular sus pérdidas que ocurren por convección, radiación y evaporación. La proporción relativa de cada una depende de la cantidad de calor generado por el cuerpo, que a su vez depende de la actividad; también depende de la ropa y de la temperatura y condiciones del aire.
El exceso de ropa, por ejemplo, reduce la pérdida de radiación y convección, pero la aumenta por evaporación. Del mismo modo, entre paredes muy frías una persona puede estar muy incómoda aunque el aire ambiente esté relativamente caliente, pero la radiación del cuerpo a las paredes produce una desagradable sensación de frío.

a) Temperatura del aire
Si no hubiera control de la temperatura, la vida sería imposible. Por esto, el control artificial de la temperatura dentro de un espacio cerrado fue el primer intento para lograr la "comodidad humana".

b) Humedad del aire
Gran parte del calor del cuerpo humano se pierde por evaporación a través de la piel. La evaporación se debe a la baja humedad relativa del aire; las altas humedades la retardan. Esto da una idea de la importancia que tiene el control de la humedad.
Los excesos de la humedad relativa producen no solamente reacciones fisiológicas molestas, sino también afectan las propiedades de algunos materiales.

c) Movimiento del aire
El movimiento del aire sobre el cuerpo humano incrementa la pérdida de calor y humedad y modifica la sensación de "brisa" agradable o desagradable.

d) Pureza del aire
La composición química y física del aire es muy importante.
Poco interesa que aumente el CO2, o que disminuya el oxígeno debido a la combustión fisiológica, ya que con poca ventilación se resuelve el problema. La anulación de olores requiere, sin embargo, mucha ventilación,o bien, la purificación del aire por medio de algún recurso artificial.
Anular partículas sólidas en el aire es de vital importancia no sólo para la salud, sino porque disminuye los gastos de limpieza y mantenimiento.
El humo que molesta los ojos y la nariz, requiere una buena ventilación.
En ciertos casos es necesario excluir el polen, porque causa asma y molestia a los que padecen cierto tipo de alergias.
La contaminación ambiental es hoy en día uno de los grandes problemas a los que tiene que enfrentarse la humanidad.

LA SENSACIÓN DE COMODIDAD

Para establecer "estándares" de temperatura, humedad, movimiento y pureza del aire, es indispensable encontrar los valores óptimos para que el cuerpo humano tenga la sensación de comodidad.
Debido a las grandes diferencias fisiológicas y psicológicas de los individuos, encontrar valores determinados es prácticamente imposible.
La mejor forma de solucionar este problema es la "Carta de Temperatura efectiva". Debido a que la temperatura, humedad, y movimiento del aire influyen en la pérdida de calor del cuerpo, en esta carta se intenta encontrar una relación entre estos factores, a fin de que produzcan la mayor comodidad posible en el mayor número de personas.
De la carta de comodidad se concluye que una temperatura determinada con cierta humedad y movimiento de aire produce la misma sensación de calor o frío que otra temperatura, con otra humedad y otro movimiento de aire.
La ASHRAE ha realizado innumerables pruebas en muchos individuos y llegó a la conclusión de que la "carta de la temperatura efectiva" es la mas recomendable.

FACTORES QUE DETERMINAN LA TEMPERATURA EFECTIVA
La carta muestra aproximadamente, en porcentaje, la cantidad de personas que se siente cómodas en cada combinación; según los experimentos de la ASHRAE, siempre habrá personas incómodas. Sin embargo las normas de comodidad son para la mayoría.
Los factores que pueden cambiar la temperatura efectiva son:

a) Aclimatación diferente
Es evidente que los que viven en climas fríos están cómodos a temperatura efectiva mas baja que los que viven en lugares cálidos.
La temperatura efectiva cómoda depende, entre otras cosas, de la temperatura exterior, que obviamente cambia de un día a otro y de una estación a otra; sin embargo, el efecto de la temperatura efectiva deseable es pequeño.
La temperatura deseable entre el verano y el invierno es muy diferente, como puede apreciarse en la carta.
La temperatura efectiva deseable y la humedad varían por lo general,según el individuo, país o región.

b) Duración de la ocupación
Un importante factor a tener en cuenta en la variación de la temperatura efectiva es la duración de las personas dentro del volumen controlado.
La experiencia ha demostrado que mientras mas poco tiempo se ocupe un volumen controlado debe haber un mayor cambio de temperatura; el cambio es con respecto a la temperatura exterior.
En cierto lugares como tiendas, bancos, oficinas de correo, locales comerciales, etc., es importante tener en cuenta esto.

c) Ropa
Durante el invierno, la ropa desempeña un papel importante con respecto a los puntos (a) y (b), ya que muchos problemas se solucionan despojándose o poniéndose ropa.
En muchos casos la ropa es factor determinante para la temperatura efectiva; existen lugares en que debido al tipo de ropa usado, la temperatura efectiva tendrá que ser mayor o menor.

d) Edad y sexo
Las personas mayores de 40 años requieren, por lo general, 1°F mas de temperatura efectiva. Las mujeres requieren, por lo general, 1°F mas de temperatura efectiva que los hombres; sin embargo las temperaturas de la carta de comodidad estan consideradas para los hombres.

e) Efectos de choque
Este efecto se debe a la entrada rápida del exterior a un lugar controlado. Este problema es mas grave en verano. Para evitar el choque, en los pasillos o corredores se mantiene una temperatura efectiva intermedia entre la exterior y la interior; sin embargo se ha demostrado que el choque no perjudica la salud de los que viven en lugares en donde el aire acondicionado es indispensable y están acostumbrados a este tipo de cambios bruscos de temperatura.

f) Actividad
La actividad es un importante factor para determinar la temperatura, y por lo general las recomendaciones para elegir una temperatura efectiva varían de acuerdo con la actividad que desarrollan las personas dentro del ambiente a acondicionar.

g) Calor radiado
Cuando hay una muchedumbre, en un teatro o en un cine por ejemplo, el efecto del calor radiado por el cuerpo de una persona a otra requiere que se disminuya la temperatura efectiva. El calor radiado de una persona a muros o ventanas frías, produce en ella una sensación de comodidad distinta a la que está ubicada en el centro del recinto, y requiere compensación, aumentando la temperatura efectiva.

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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 64 VENTILACIÓN, CALEFACCIÓN Y AIRE ACONDICIONADO.
Alcances.
En este Capítulo, además de darse las definiciones correspondientes y las nociones sobre calor y humedad necesarias para tratar el tema, se describen los sistemas de ventilación, calefacción y aire acondicionado, dándose las instrucciones necesarias para su buen funcionamiento y estableciéndose las normas generales para su mantenimiento y la detección y corrección de fallas. En lo que respecta a la conservación de cada equipo o máquina en particular, deberán seguirse las indicaciones que en cada caso establece su fabricante.

Objeto de la ventilación, calefacción y enfriamiento.

El objeto de la calefacción, ventilación y enfriamiento es el mantener condiciones satisfactorias de comodidad para la tripulación, proveyendo una atmósfera que permita un adecuado balance calórico del cuerpo humano, que esté libre de componentes nocivos y que tenga la cantidad de oxígeno indispensable. También es necesaria la provisión de aire con temperatura y humedad adecuadas en ciertos locales y equipos. Tal es el caso de las santabárbaras, a las cuales se les provee ventilación, o aire acondicionado, para evitar el deterioro de los componentes de la munición debido a las altas temperaturas. Lo mismo ocurre con los compartimientos que contienen equipos eléctricos, los cuales deben ser mantenidos a temperaturas ambiente cuyos valores estén dentro de los límites para los que fueron diseñados.


Acondicionamiento del Aire

Razones para su uso.
Las instalaciones de ventilación, en muchos casos, no sólo tienen que renovar el aire del local, sino, además, modificar su temperatura o humedad. En locales muy ocupados es conveniente, por ejemplo, que no se pasen determinados valores límites de la temperatura y humedad relativa del aire en las condiciones climáticas estivales. Por otra parte, en el almacenado y manipulación de materiales higroscópicos, hay que mantener una humedad mínima independiente­ mente del clima exterior, muchas veces en combinación con una limitación de la temperatura del local. En la mayoría de estos casos no basta completar la instalación de ventilación con dispositivos adicionales de refrigeración o humectación, sino que hay que recurrir a instalaciones en las cuales la temperatura y humedad del aire de entrada se mantengan, automáticamente, adecuadas a las circunstancias de cada momento.

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Propiedades del Aire
El aire es una mezcla de gases incolora, inolora e insabora que rodea a la tierra. Este aire que envuelve a la tierra se conoce como atmósfera. Se extiende hasta una altura de aproximadamente 645 kms, y se divide en varias capas.

El aire atmosférico es una mezcla de oxígeno, nitrógeno, bióxido de carbono, hidrógeno, vapor de agua, y un porcentaje muy pequeño de gases raros como argón, neón, ozono, etc. En la tabla 13.2, se muestran los porcentajes de estos gases, tanto en peso, como en volumen, para el aire seco (sin vapor de agua).

Humedad Relativa
La humedad relativa (hr), es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa
en porciento, tal como 50%, 75%, 30%, etc.
De acuerdo a la ASHRAE, una definición más técnica de la hr, sería la relación de la fracción mol del vapor de agua presente en el aire, con la fracción mol del vapor de agua presente en el aire saturado, a la misma temperatura y presión.

Humedad Absoluta
El término "humedad bsoluta" (ha), se refiere al peso del vapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio de un metro cúbico (o un pie cúbico). En este espacio, normalmente hay aire también, aunque no necesariamente. La humedad relativa
está basada en la humedad absoluta, bajo las condiciones establecidas; es decir, la humedad relativa es una comparación con la humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de agua está saturado.
Tanto la humedad absoluta, como la relativa, están basadas en el peso del vapor de agua en un volumen dado.

Punto de Rocío
El punto de rocío se define como: la temperatura abajo de la cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse.
También es el punto de 100% de humedad.
La humedad relativa de una muestra de aire, puede determinarse por su punto de rocío.

Presión parcial de vapor-Ley de Dalton
Según la ley de Dalton, la presión total de una mezcla de varios gases es igual a la suma de las presiones parciales que cada uno de los componentes ejercitaría, si a igualdad de temperatura ocupasen por sí solos el mismo volumen que la mezcla. En la mezcla aire-vapor de agua:

${\displaystyle p=p_{a}+p_{v}}$

${\displaystyle p}$ es presión atmosférica
es presión del aire

${\displaystyle p_{v}}$ es la presión parcial del vapor de agua.

Cartas Psicrométricas
Una carta psicrométrica, es una gráfica de las propiedades del aire, tales como temperatura, hr, volumen, presión, etc. Las cartas psicrométricas se utilizan para determinar, cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad en el aire.

Secado del Aire.Enfriamiento y Deshumidificación
La combinación de enfriamiento y deshumidificación, se encuentra en prácticamente todos los sistemas de aire acondicionado. La deshumidificación misma, no puede llevarse a cabo por la refrigeración mecánica, sin remover también el calor sensible. Si solamente se desea deshumidificar
individualmente, entonces deben utilizarse desecantes químicos.
La deshumidificación es la remoción del vapor de agua presente en el aire. La cantidad del vapor de agua, presente dentro de una zona ocupada, variará dependiendo del número de personas presentes y de su actividad, la condición del aire exterior, la estructura del edificio y la cantidad de infiltración.
Al enfriamiento y deshumidificación del aire para confort humano, se le conoce comúnmente como aire acondicionado.
Esto no es totalmente correcto, ya que el término «aire acondicionado», se refiere a cualquiera o todas las fases de enfriar, calentar, ventilar, filtrar, distribuir, etc., el aire, para que cumpla los requerimientos del espacio acondicionado. El enfriamiento y deshumidificación del aire, es la fase del aire acondicionado que le concierne al técnico en refrigeración, ya que normalmente, requiere el uso de un equipo de refrigeración mecánica. Para poder producir el enfriamiento y la deshumidificación requeridos para el espacio acondicionado, el equipo de refrigeración debe estar funcionando adecuadamente, y debe tener la capacidad correcta para la aplicación.
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NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 64 VENTILACIÓN, CALEFACCIÓN Y AIRE ACONDICIONADO.
Plantas de aire acondicionado.
a. Las plantas de acondicionamiento de aire son instalaciones aerotécnicas que permiten crear y mantener un determinado estado del aire, independiente del clima exterior y de los procesos que se desarrollan en el local. El estado del aire se caracteriza por su temperatura, humedad, movimiento y pureza. Los valores teóricos de estas magnitudes y las tolerancias admisibles, dependen del tipo y finalidad de las locales que se han de climatizar.
Estas instalaciones constan de dispositivos para limpiar, transportar, calentar o enfriar, humectar o secar el aire y mantener, automáticamente, el estado de éste. Pueden funcionar con aire tomado del exterior, exclusivamente, o con aire exterior en parte y el resto recirculado. El primer sistema se usa muy raramente ya que si bien sus instalaciones son más sencillas, su funcionamiento es mucho más oneroso. En el segundo, el aire que se envía al cuarto de ventiladores, consiste parcialmente de aire atmosférico y lo demás aire de retorno. Este aire de recirculación pasa de los varios espacios que se han acondicionado, por los corredores y por conductos al cuarto de ventiladores, donde es purificado, y, junto con el aire exterior, se lo reacondiciona y envía nuevamente a los diversos compartimientos. El porcentaje de aire de retorno varía entre 40 % y 60 %.
El aire de retorno se usa para restringir la capacidad de la planta de enfriamiento y calentamiento a un mínimo. Si, por ejemplo, en los trópicos donde el aire debe ser enfriado considerablemente, y sólo se usara aire exterior, el número de frigorías requerido sería excesivo. En cambio, la temperatura del aire de retorno habrá sufrido un aumento al atravesar los locales, pero siempre será, considerablemente, más baja que la de la atmósfera exterior y por lo tanto mas fácil de enfriar.
Algunas veces se objeta el uso de aire de retorno, porque puede llevar olores de un lugar a otro, pero como este aire siempre es filtrado queda, en parte, purificado. Además, se lo vuelve a purificar en el cuarto de ventiladores. Por otra parte, de ciertos locales donde puede haber olores desagradables como ser baños, enfermerías, etc. no se usa el aire de retorno, y tienen extracción mecánica al exterior.
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Sistema de control asociado.  Sistemas componentes:
Para cumplir las demandas enunciadas, el sistema de acondicionamiento de aire en un buque ha sido diseñado como una combinación de sistemas:

•  Sistemas de calefacción.
•  Sistemas de refrigeración.
•  Sistemas de ventilación.
•  Sistemas de aire acondicionado.
•  Sistemas de aire acondicionado individuales.
•  Sistemas de descontaminación convenientemente distribuidos e interrelacionados.

Definiciones
Sistemas:
Esta palabra identifica un grupo de unidades, conjuntos armados y componentes armados que han sido relacionados para cumplir una función especifica.
Ejemplo:
Sistema de aire acondicionado para un grupo de compartimentos, compuesto por:

•  Ventiladores de extracción.
•  De impulsión.
•  Flaps de cierre de tuberías.
•  Tuberías de aire.
•  Intercambiadores de agua enfriada y vapor.
•  Sistema de control de temperatura y de la humedad.

Unidad:
Es un objeto técnico o mecánico que cumple una función especifica y cuyas partes componen un cuerpo diferenciable.
Ejemplo:
Unidad de refrigeración compuesta por:

•  Ventilador.
•  Tubería de aire e intercambiador de calor.

Conjunto Armado:
Es una parte de un sistema o de una unidad y esta formado por componentes individuales o combinados; que cumple una parte específica de la función del sistema o unidad.
Ejemplo:
Ventilador.
Componentes:
Se denomina así a los objetos indivisibles que no admiten desarme no destructivo.

• Sistema de aire ambiental para remover el aire del interior.
• Sistema de aire de calefacción:
• Sistema de ventilación provisto al menos de un calentador de aire.
• Sistema de refrigeración:
• Sistema de ventilación provisto al menos de un enfriador de aire.
• Sistema de aire descontaminado:
• Sistema de aire ambiental, provisto de unidades y conjuntos, para descontaminar el aire exterior.

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ENTRADAS RELACIONADAS

• EFA UNIDAD 6 Balance térmico 
• HUMEDAD RELATIVA Y ABSOLUTA 
• La humedad en el aire  

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FUENTES:

M.J.D.

Carta Psicométrica.pdf
 
NORMAS PARA EL USO Y CONSERVACION DEL MATERIAL DE CASCO, ELECTRICIDAD Y MAQUINAS NAVALES (N O C E M) CAPITULO 64 VENTILACIÓN, CALEFACCIÓN Y AIRE ACONDICIONADO.

ESTT _Apuntes Plantas de agua Enfriada MEKO 360 Curso Aplicativo CCPP.

https://www.google.com/

https://es.wikipedia.org/wiki/Humedad_del_aire

Ingeniero Eduardo Martinez Goríbar " Calefacción  Aire Acondicionado y Refrigeración"