Aire acondicionao

Aire acondicionao
Historia y usu
Usu	calidad del aire interior (es) ; Confort higrotérmico (es) ; enfriamiento (es)

El acondicionamientu d'aire definir según la normativa española^[1] como'l procesu, o procesos,de tratamientu d'aire que modifica les sos condiciones p'afaeles a unes necesidaes determinaes. Hai ensame d'actividaes que riquen unes condiciones d'aire específicu o determinaes como: llaboratorios de metroloxía y calibración, sales d'ordenadores, sales d'esposiciones, quirófanos y sales de vixilancia intensiva (UVI), sales blanques polo xeneral, fabricación de dulces, fabricación de testiles, etc. Un cientu de procesos industriales que precisen unes condiciones ambientales fixes, que pueden ser bien distintes de les condiciones de confort, pero determinantes pa la manipulación o la calidá del productu final.

L'acondicionamientu del aire realizar por aciu Unidaes de Tratamientu d'Aire (UTA), que son aparatos modulares nos qu'en cada módulu realiza un tratamientu y arrexuntar en función de les condiciones finales d'aire riquíes. El tratamientu d'aire más completo, ye la climatización, na que se precisen la mayor parte de los módulos esistentes, pa garantizar les condiciones del bienestar térmico de les persones. Ye, probablemente, por esta razón, polo que les UTAs conócense de normal como climatizadores. Los módulos de calor y fríu, funcionen con bateríes d'agua caliente y fría respeutivamente, que llogren de xeneradores independientes; la producción d'agua caliente suel confiase a calderes y la d'agua frío a máquines frigorífiques llamaes enfriadoras.

La ciencia qu'estudia les propiedaes del amiestu aire-vapor d'agua y establez les rellaciones ente elles pal so cálculu y tratamientu, llámase psicrometría.^[2] Les fórmules establecíes pola mesma, faciliten tamién la construcción de diagrames d'aire húmedo que faciliten el cálculu y apurren un resultáu visual del tresformamientu.

La primer unidá d'aire acondicionáu llétrica moderna foi inventada por Willis Carrier en 1902. en Buffalo (Nueva York).

Procesos d'acondicionamientu d'aire

Módulu de ventilación

El módulu asitiáu en cabeza de cualesquier UTA, ye siempres un ventilador que mueve un caudal másico d'aire $m$ tomáu del ambiente a tratar, facer pasar por tolos módulos instalaos na so aspiración y impulsar, yá tratáu, de nuevu al ambiente.

Naquelles instalaciones nes qu'esiste una amplia rede de torna o naquelles nes qu'esiste enfriamientu gratuitu (free-cooling) del aire, instálense dos ventiladores; unu na impulsión y otru na torna, que suelen ser del mesmu caudal y con una presión disponible correspondiente a la perda de carga de la parte de rede de distribución a la qu'abastecen.

Peneráu

La función de peneráu cumplir nel módulu de filtración y n'etapes de filtración instalaes en puntos clave de la distribución. Consiste en tratar l'aire por aciu filtro afechos con cuenta de quitar polvu, impureces y partícules en suspensión. El grau de peneráu necesariu va depender del tipu d'instalación d'acondicionamientos a efectuar. Pa la llimpieza del aire empleguen filtros que de normal son del tipu mecánicu, compuestos por sustancies poroses poles que s'obliga a pasar al aire y nes que dexa les partícules que lleva en suspensión. Nes instalaciones comunes de confort úsense filtro de poliuretano, llana de vidriu, microfibras sintétiques o metáliques d'alambre con texíu de distinta malla d'aceru o aluminiu enfiñíos n'aceite. El filtru ye'l primer elementu, y bien comúnmente, tamién el postreru a instalar na circulación del aire, porque non solo protexe a los locales acondicionaos, sinón tamién al mesmu equipu d'acondicionamientu.

Calentamientu sensible

Nel calentamientu sensible, l'aire pasa al traviés del módulu de calefacción, que consiste nuna batería pola que circula agua xeneralmente procedente d'una caldera. Nel pasu, l'aire aumenta la so temperatura de $t_{1}\;$ a $\;t_{2}$ y el so entalpía ensin modificar la mugor específico, de tala forma qu'a la entrada:

h_{1}=1005.t_{1}+(2257.10^{3}+1872,3.t_{1})w

Y a la salida:

h_{2}=1005.t_{2}+(2257.10^{3}+1872,3.t_{2})w

Restando miembru a miembru:

h_{2}-h_{1}=1005(t_{2}-t_{1})+1872,3.w(t_{2}-t_{1})

h_{2}-h_{1}=(1005+1872,3.w)(t_{2}-t_{1})

ye la enerxía térmica recibida por cada kg d'aire, pa pasar de $t_{1}\;$ a $\;t_{2}$ . El mugor máximo correspondiente a $t_{2}$ aumentaría, polo que'l so mugor relativo menguaría. La potencia de la batería de calor va ser el productu de la enerxía recibida por kg, multiplicada pol caudal másico ${\dot {m}}$ .

Q={\dot {m}}.(h_{2}-h_{1})

Nos sistemes con espansión direuta, la batería d'agua caliente sustituyir pol condensador d'una máquina frigorífica o bomba de calor, de forma que ye la condensación del refrigerante la qu'apurre'l calor necesario, por intercambiu direutu col aire.

Amiestu

Nel calentamientu sensible, l'amenorgamientu de la mugor relativo xunida a la recirculación continua d'un caudal ${\dot {m}}$ , ensin nengún tipu de renovación, faen qu'al cabu de non muncho tiempu, l'aire deteriórese, y sobremanera nel acondicionamientu de confort (climatización), que l'usuariu sienta'l secañu y el enrarecimiento del aire. Por cuenta de esto, les instalaciones solo calefacción nun son les más aconseyables. Una meyora del sistema ye incorporar ventilación, esto ye, una entrada d'una cantidá d'aire esterior qu'eslea la concentración^[3]de contaminantes nel aire.

Si añade una cantidá d'aire esterior, en dalgún puntu produz una amiestu de dos fluxos d'aire con distintes condiciones. L'aire nuevo del edificiu o aire de ventilación enfusa al traviés d'una rexa de toma d'aire, allugada nel esterior, nun recintu llamáu módulu d'amiestu, nél entemez l'aire nuevo col aire de torna de los locales, regulándose los sos caudales respeutivos por aciu persianes de accionamiento manual o automáticu.

Efectuando un balance de materia y d'enerxía llógrase: Por caltenimientu de la masa:

{\dot {m}}_{1}+{\dot {m}}_{2}={\dot {m}}_{M}\;[kg_{as}/s]

Por caltenimientu de cantidá de vapor o balance d'agua:

{\dot {m}}_{1}.w_{1}+{\dot {m}}_{2}.w_{2}={\dot {m}}_{M}.w_{M}

Onde $w$ ye la razón de mugor (kg vapor d'agua/kg_as) de les corrientes.

Por caltenimientu d'enerxía:

{\dot {m}}_{1}.h_{1}+{\dot {m}}_{2}.h_{2}={\dot {m}}_{M}.h_{M}

Onde $h$ ye la entalpía en (J/kg_as) de les corrientes.

D'estos trés ecuaciones llógrase:

w_{M}={\frac {{\dot {m}}_{1}.w_{1}+{\dot {m}}_{2}.w_{2}}{{\dot {m}}_{M}}}\Rightarrow h_{M}={\frac {{\dot {m}}_{1}.h_{1}+{\dot {m}}_{2}.h_{2}}{m_{M}}}

Tamién s'utiliza con un aproximamientu bastante bona:

t_{M}={\frac {{\dot {m}}_{1}.t_{1}+{\dot {m}}_{2}.t_{2}}{{\dot {m}}_{M}}}

Enfriamientu sensible

Nel enfriamientu sensible, l'aire pasa al traviés del módulu de refrigeración, que consiste nuna batería pola que circula agua procedente d'una enfriadora. Nel pasu, l'aire mengua la so temperatura de $t_{1}$ a $t_{2}$ y el so entalpía mengua ensin modificar la mugor específico. Por qu'asoceda'l procesu d'esta forma, ye necesariu que la temperatura de la batería, o de l'agua que circula por ella, tea percima de la temperatura de rosada correspondiente al estáu 1. De nun ser asina, va haber condensación y por tanto amenorgamientu de la mugor específico. Otra manera tou ye al contrariu que nel calentamientu sensible. La capacidá d'absorción de mugor mengua y por tanto aumenta la mugor relativo.

Q={\dot {m}}.(h_{2}-h_{1})

$Q$ va ser negativu , yá que $h_{1}>h_{2}$ . El signu nun tien más significáu que la indicación del sentíu del fluxu de la enerxía térmica, que nesti casu ye estrayida en llugar d'apurrida.

Humidificación ensin cambéu de temperatura seco

Ye'l tresformamientu na qu'aumenta'l conteníu de vapor del aire húmedo ensin modificar la so temperatura seco. Esti procesu consiguir cola aportación d'una pequeña cantidá de vapor d'agua al aire. La cantidá de vapor añadíu por cada kg d'aire seco va ser:

\Delta w=w_{2}-w_{1}

y suelse realizar por un xenerador de vapor. Cuando s'añedir vapor a temperatura igual o superior a 100ºC, el procesu resultante determina una humidificación y llixeru calentamientu del aire. Sía que non, la variación de temperatura seco ye bien pequeña polo que na práutica considérase como un procesu isotérmico. Nesti procesu hai un amiestu de dos mases, la del aire $m_{1}$ y la del vapor d'agua $m_{v}$ , colo que la suma d'ellos va ser:

m_{1}+m_{v}=m_{2}

Faciendo un balance de cantidá d'agua tiense que:

m_{1}.w_{1}+m_{v}=m_{2}.w_{2}

Sustituyendo :

m_{1}.w_{1}+m_{v}=(m_{1}+m_{v})w_{2}\Rightarrow m_{v}-m_{v}.w_{2}=m_{1}.w_{2}-m_{1}.w_{1}\Rightarrow m_{v}.(1-w_{2})=m_{1}(w_{2}-w_{1})

Por tanto:

m_{v}=m_{1}.{\frac {w_{2}-w_{1}}{1-w_{2}}}\;[kg/s]

D'una manera menos precisa puede calculase con caudales volumétricos, esto ye:

m_{v}[kg/s]=q[m^{3}/s].1,2[kg/m^{3}].(w_{2}-w_{1})[kg/kg]

Deshumidificación ensin cambéu de Tª seca

Ye'l tresformamientu inversu a l'anterior y puede realizase con dalgún tipu de productu desecante o absorbente qu'esanicie'l mugor del aire ensin variar la so temperatura, como xel de xil.

Enfriamientu y deshumidificación

Cuando se fai pasar una corriente d'aire húmedo por una superficie fría que se caltién a una temperatura inferior a la de rosada del mesmu, va entestar una parte de l'agua que contién y por tanto va menguar el so mugor. En condiciones ideales, l'aire abandonaría'l sistema con una temperatura seco igual a la temperatura de la batería y con un mugor relativo del 100%.

La temperatura de rosada de la batería, $t_{adp}$ , ye la temperatura del aire tratáu a la salida de la mesma y coincide bien aproximao cola temperatura del fluyíu fríu que circula pel interior de los tubos, por cuenta de la pequeña resistencia térmica de la paré de los mesmos. De la entalpía que pierde l'aire, una parte va ser calor sensible (amenorgamientu de la temperatura seco) y otra parte va ser calor latente (amenorgamientu de vapor d'agua). El calor total esaniciáu na batería ye l'estrayíu del aire, más el calor que lleva l'agua entestada. Esti segundu términu despréciase porque suel ser bien pequeñu:

Q_{T}=m_{1}.(h_{2}-h_{1})+m_{a}.h_{a}=m_{1}.(h_{2}-h_{1})+m_{1}(w_{1}-w_{2}).c_{p_{w}}.t_{adp}\approx m_{1}(h_{2}-h_{1})=Q_{S}+Q_{L}

Enfriamientu y humidificación adiabática

Un procesu ye adiabático cuando se realiza ensin intercambiu de calor col mediu esterior. Asocede cuando un fluxu d'aire traviesa una cortina d'agua. L'agua, impulsada por una bomba, pulverizar nel aire y vaporiza parte d'ella, aumentando la mugor específico del aire. Si la cámara fuera lo suficientemente llarga l'aire saldría enchíu. La temperatura de l'agua tendrá de ser igual a la temperatura húmedo del aire. L'aire evoluciona calteniéndose constante la so temperatura húmedo. Esto implica que l'aire sale práuticamente cola mesma entalpía qu'entró, anque con un mayor conteníu de mugor específico. L'aire esfrezse porque dexa'l calor necesariu pa la vaporización de l'agua que s'incorpora al aire como calor latente.

Na práutica les cámares nunca son tan llargues como por que el aire sala dafechu enchíu, polo que la humidificación va terminar en dalgún puntu antes de llegar a la saturación. Considerando que l'aire entra na cámara na condición 1 y sale na 2, la eficiencia de la humidificación va ser:

y={\frac {w_{2}-w_{1}}{w_{s}-w_{1}}}={\frac {h_{2}-h_{1}}{h_{s}-h_{1}}}\approx {\frac {t_{2}-t_{1}}{t_{s}-t_{1}}}

siendo $t_{s}$ la temperatura húmedo del aire ya igual a la temperatura de l'agua y $w_{s}$ y $h_{s}$ , les condiciones na saturación. Esta ecuación apurre les condiciones de salida del aire al so pasu al traviés d'una cortina d'agua que s'atopa a una temperatura $t_{s}$ y tien una eficiencia $y$ . La humidificación d'una corriente d'aire por aciu agua líquido pulverizada consiguir colos módulos llamaos llavadores. Tamién se consigue anque con menos eficiencia, por aciu un módulu con un panel adiabático.

Clasificación de los equipamientos

Nes zones o espacios que riquen ambiente controláu, ye indispensable un bon diseñu y funcionamientu del sistema de tratamientu d'aire. Temperatura, presión, mugor, llimpieza y calidá d'aire, según la so distribución y velocidá nel ambiente tratáu, son parámetros que tienen de ser controlaos p'algamar y caltener les condiciones especificaes.

Les zones d'ambiente controláu pueden tener usos diversos y requerimientos bien especiales: Zones llimpies, zones maneres, zones de seguridá biolóxica, zones antideflagrantes, etc... El sistema tien de cumplir la normativa especificada pa cada usu, ensin perxuiciu de les necesidaes y carauterístiques riquíes polos tratamientos de cada instalación. El control de les presiones diferenciales y del esguiláu de les mesmes, creando sobrepresiones o depresiones en distintes zones, dexa amenorgar la introducción o retención de cualquier tipu de contaminación: microbiolóxica, por partícules de polvu, cruciada ente productos, o cualesquier otra contaminación esterna, incluyida la que pueden producir los mesmos operarios. Per otra parte, los sistemes de distribución y d'estracción d'aire tienen de tar diseñaos pa consiguir un barríu máximu del ambiente, embriviendo la retención de partícules en suspensión. Cada vez más, el consumu enerxéticu de la instalación ye otru de los factores relevantes a considerar, non solo dende'l puntu de vista económicu, sinón tamién de la eficiencia enerxética.

Los equipamientos propios d'estes instalaciones son:

Climatizadores: formaos polos módulos necesarios pal tratamientu específicu.
filtración: distribuyíos comúnmente en trés o cuatro etapes de filtración allugaes a lo llargo de la instalación.
Sistemes de producción de fluyíos: (agua frío, vapor, agua caliente).
Sistemes d'humidificación y deshumidificación: llavadores, humectadores de panel, llances de vapor, secadores, etc.
Rede de distribución del aire tratáu por aciu conductos y elementos terminales d'espardimientu.
Redes de distribución de fluyíos por aciu tuberíes dende los equipos xeneradores hasta les bateríes nos módulos correspondientes
Sistemes de recuperación d'enerxía pa embrivir el costu económico y enerxético del procesu.
Tratamientos especiales del aire: llámpares germicidas, ozonizadores o ionizadores.

Control automáticu

Tou esti equipamientu lleva acomuñáu un sistema de control que dexa xestionar y visualizar l'estáu de les variables que son determinantes pa la funcionalidad del procesu. Esti sistema de control xestiona los ciclos de funcionamientu de los procesos, rexistrando o visualizando los valores de cada variable. D'esta manera, llógrase'l control direutu de cada unu de los parámetros de la instalación, apurriendo en tiempu real la información de lo que ta pasando, pudiéndose tomar decisiones sobre cada unu d'ellos, tales como; seleición de les condiciones interiores, fixación de conseñes o parámetros de funcionamientu, temporizaciones, etc. Adicionalmente a la optimización del procesu, ye conveniente adoptar un sistema de xestión integral que faiga posible la operación y regulación en tola instalación del consumu enerxéticu, según un amenorgamientu de los costos de caltenimientu.

Ver tamién

Referencies

↑ AENOR 1995. Norma UNE 100000. Climatización.Terminoloxía
↑ Carlo Pizzetti. Acondicionamientu del aire y refrigeración
↑ Reknagel-Sprenger-Hönmann.’’Manual Téunicu de calefacción y aire acondicionáu’’.Bellisco.isbn 84-85198 -60-3

Bibliografía

Carlo Pizzetti.(1991).Acondicionamientu del aire y refrigeración. Llibrería Editorial Bellisco. isbn 84-85198-49-2
Carrier. Manual d'aire acondiciomado.marcombo S.A. isbn 84-267-0115-9
John R. Howell & Richard O. Buckius.(1990).Principios de termodinámica pa inxenieros.McGraw-Hill.isbn 968-422-571-7
Atecyr.(2009).DTIE 3.01. Psicrometría.isbn 978-84-95010-33-9

Enllaces esternos

Eurovent (Comité européu de fabricantes de material de ventilación y aire acondicionáu).

[1] AENOR 1995. Norma UNE 100000. Climatización.Terminoloxía

[2] Carlo Pizzetti. Acondicionamientu del aire y refrigeración

[3] Reknagel-Sprenger-Hönmann.’’Manual Téunicu de calefacción y aire acondicionáu’’.Bellisco.isbn 84-85198 -60-3

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