LABORATORIO DE INGENIERÍA TÉRMICADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

.Autor: Ing. Fco. Javier Araya P.

PrácticaPRESENTACION 5%

FORMATO 10%

CALCULOS 30%Aire Acondicionado

RESULTADOS 20%

NOMBRE DISCUSION DE RESULTADOS 15%

MATRICULA CONCLUSIONES 20%

PROFESOR

INSTRUCTOR TOTAL 100%

IntroducciónAcondicionar el aire es regular las condiciones ambientales, ya sea calentando o refrigerando, de manera tal que la temperatura y la humedad del aire sean las adecuadas. Por ejemplo, se acondiciona el aire para realizar algunos procesos industriales, en las salas de terapia intensiva de los hospitales, en los centros de cómputo, etc. También se acondiciona el aire en las casas y oficinas, para vivir y trabajar en condiciones más confortables, o bien para enfriar alimentos y/o bebidas para conservarlos en temperaturas óptimas y evitar su deterioro, tal es el caso de los cuartos fríos en donde se conserva la carne para posterior consumo.Todo sistema de acondicionamiento de aire está compuesto por un conjunto de equipos que proporcionan aire controlado al ambiente.

El aparato con que se cuenta en el laboratorio solo enfría el aire, puesto que es una unidad de refrigeración que cuenta con ventiladores para proporcionar aire fresco. El aparato de aire acondicionado del nuestro laboratorio consta de las siguientes partes:

1. Separador de Aceite2. Reguladora de presión en el Evaporador3. Reguladora de Presión en Condensador4. Recibidor5. Compresor6. Filtro7. Mirilla8. Válvula de paso9. Válvula check10. Intercambiador de Calor11. Solenoide12. Válvula de expansión termostática13. Termostato14. Evaporador15. Condensador16. Presóstato

Puede notarse que en un aire acondicionado está incluido un sistema de refrigeración.

Foto del aparato y los números correspondientes

El sistema de Aire acondicionado puede dividirse en dos subsistemas, el sistema de refrigeración y el sistema de acondicionamiento de aire. Ambos subsistemas y sus distintos estados se presentan en la figura 1 y 2 respectivamente.

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Marco TeóricoNaturalmente el calor fluye de medios de mayor a menor temperatura. Sin embargo, la transferencia de calor de un medio de menor a mayor temperatura no puede ocurrir por sí misma. Este fenómeno requiere dispositivos especiales llamados Refrigeradores.Los refrigeradores son dispositivos cíclicos. El fluido de trabajo utilizado en el ciclo de refrigeración se llama refrigerante. El ciclo de refrigeración más común consta de 4 componentes principales: compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador, llamado ciclo de refrigeración vapor-compresión. Este ciclo se muestra en la fig. 2.

El ciclo empieza en la entrada del compresor, donde el refrigerante entra como vapor y se comprime hasta la presión de condensación. Sale del compresor a una temperatura mayor, se enfría y se condensa a manera que pasa por el serpentín del condensador, expulsando el calor perdido a los alrededores. Luego, entra a un tubo capilar donde su temperatura y su presión disminuyen drásticamente debido al efecto “estrangulatorio” de la válvula reguladora. Es entonces cuando el refrigerante entra al evaporador, con baja temperatura, y se evapora al absorber el calor del medio refrigerado. El ciclo se completa cuando el refrigerante sale del evaporador y entra nuevamente al compresor.

En un refrigerador común de uso doméstico, el compartimiento del congelador donde el refrigerante toma el calor del medio es el evaporador, y el serpentín que se encuentra detrás del aparato donde el calor es disipado al ambiente es el condensador.QL es la magnitud del calor removido del área refrigerada y QH es la magnitud del calor expulsado al ambiente. Ambas son positivas.

Win es el trabajo neto de entrada al aparato refrigerador.

Coeficiente de DesempeñoLa eficiencia de un refrigerador y de una bomba de calor se expresa en términos del coeficiente de desempeño (COP). Para el refrigerador se usa la notación COPR, a manera de distinción. El objetivo de un refrigerador es remover calor QL de un espacio deseado. Para ello necesita de un trabajo de entrada Win, así que el coeficiente de desempeño está dador por

in

L

in

L

W

Q

W

Q

inputRequired

outputDesiredCOPR

Por el principio de conservación de energía. Para un dispositivo cíclico se requiere que

LHin QQW

Y el COP puede expresarse de la siguiente manera

1

1COPR

L

HLH

L

QQQQ

Q

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Los aires acondicionados son básicamente refrigeradores cuyo objetivo es enfriar cuartos o incluso edificios. Por ejemplo, un aire acondicionado de ventana enfría un cuarto al absorber calor de su interior y expulsándolo al exterior. De igual forma, este puede ser usado como bomba de calor si se instala al revés. De esta forma, Absorberá calor del exterior y lo expulsará dentro del cuarto. Los aires acondicionados con sistemas de control y una válvula que permita revertir el proceso pueden enfriar y calentar una habitación, casa, edificio, etc.

El desempeño de un aire acondicionado es comúnmente expresado en términos del Energy Efficiency Rating (EER), que es la cantidad de calor removido del espacio en cuestión en BTU por cada Watt-hr de electricidad consumida. Si 1 KW-h equivale a 3 412 BTU, entonces 1 W-h son 3. 412 BTU. La relación entre EER y COP es

RCOP412.3EER

El EER o el COP de un refrigerador disminuyen a medida que disminuye también la temperatura de refrigeración, por lo tanto, no es económicamente viable refrigerar a una temperatura menor que la temperatura deseada.

ObjetivosCalcular la carga removida mediante un balance de energía en el sistema de acondicionamiento de aire (aire).Obtener el trabajo realizado por el compresor mediante un balance de energía en el sistema de refrigeración (R134a).Calcular el coeficiente de desempeño (COP) del sistema de Refrigeración mediante balance de energía (R134a).Conocer el concepto de Energy Efficiency Rating (EER).

MaterialAnemómetroHigrómetroBarómetroFlexómetroMangueraProbeta (grande)

ProcedimientoCon el higrómetro, medir la temperatura en los estados 1 y 2. Luego, haciendo uso del Barómetro, medir la presión en los mismo estados, dicha presión será prácticamente la presión atmosférica. Después deberán medir la humedad relativa en los estados 1 y 2 haciendo uso nuevamente del higrómetro. Para obtener el flujo volumétrico en el estado 1, necesitamos saber la velocidad a la que entra el aire y el área transversal, por lo que usaremos el anemómetro y el flexómetro respectivamente.

Reportar Tabla de Estados termodinámicos para ambos sistemas (1,2,3 para el sistema Acondicionamiento de aire y

4, 5, 6, 7 para el sistema Refrigeración). Descripción breve del procedimiento Cálculos Resultados (QL, Wneto, COP, EER) Conclusiones

Nota: El trabajo neto debe incluir el trabajo del compresor y del ventilador.

Nota 2: No se entregarán los cálculos del Software EES (excepto las tablas de estados), únicamente lo que se pide en ésta práctica. Los cálculos se hacen a partir de las tablas que se generan mediante este software. Las ecuaciones para obtener los resultados que se mencionan deben estar hechas a mano o con un editor de ecuaciones. Las prácticas que se entreguen como una impresión de la memoria de cálculo del EES serán anuladas.

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.Autor: Ing. Fco. Javier Araya P.

Fig. 1 Sistema de Acondicionamiento de Aire Fig. 2 Sistema de Refrigeración

BibliografíaCengel, Yunus A. and Turner, Robert. Fundamentals of Thermal Fluid Sciences. McGraw Hill. 2001. Pág. 229 – 233.Refrigeration Cycles. www.ku.edu.np/mech/Tutorials/MEPP403PPT1.pdf