Antologia Teorico Practica DE AIRE Acondicionado PDF

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AN NTOLOGÍA TEORI CO-PRÁCTIICA A DE A AIRE ACONDI CIIONADO YY REFRIGERACIÓN PR OGRAMA EDUC ATIVO ING ENIE RÍA NGE ÍA MECÁNICA

EL AB ORÓ RÓ: Dr. Sósimo E mmanuel Dí az Mé Mén dez ez Dr. Gabriie r el a K ari ri naa P e draz a B asulto Dr. Moha m ed Ab a tall M. era C astill o C. J orge A gus tí n He Her rre M.C.

ANTOLOGÍA TEÓRICO-PRÁCTICA DE AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION

ÍNDICE  1. Generalidades de los Sistemas HVAC  1.1 Conceptos fundamentales 

1.2 Unidades utilizadas

 1.3 Símbolos y abreviaturas utilizadas en los sistemas HVAC  1.4 Normas y Especificaciones Técnicas de los sistemas HVAC  2. Clasificación general de los Sistemas HVAC  2.1 Sistemas de Ventilación: Tipos de Ventiladores  2.2 Sistemas de Aire Acondicionado: Sistemas Convencionales, Sistemas Industriales  2.3 Sistemas Auxiliares  3. Características de la mezcla vapor-aire  3.1 Generalidades  3.2 Composición del aire  3.3 Propiedades del Aire 

4. Tablas y Cartas psicrométricas  4.1 Tablas psicrométricas.  4.2 Carta psicrométrica.  4.3 Propiedades psicrométricas a diferentes altitudes.

 5. Ventiladores y dispositivos de distribución de aire  5.1 Tipos de ventiladores.  5.2 Características de funcionamiento de los ventiladores.  5.3 Selección de ventiladores.  5.4 Condiciones de ubicación de equipos  5.5 Accesorios para los sistemas de ventilación  6. Sistemas y Equipo de Acondicionamiento de Aire.

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 6.1 Clasificación de sistemas.  6.2 Sistemas de solo aire.  6.3 Sistemas de zona única.  6.4 Sistemas de zona múltiple.  6.5 Sistemas de volumen variable de aire.  6.6 Sistemas de aire y agua.  6.7 Unidades de techo.  6.8 Serpentines de enfriamiento  6.9 Selección del serpentín.  6.10 Dispositivos para limpieza del aire (filtros).  6.11 Tipos de limpiadores de aire.  6.12 Requisición de equipos  7. Planificación y Diseño del Sistema de Ventilación y Acondicionamiento de aire  7.1 Cálculo de carga térmica.  7.2 Tipo y ubicación de las unidades terminales.  7.3 Selección de las unidades terminales.  7.4 Ubicación de ductos.  7.5 Accesorios.  7.6 Controles.  7.7 Planos y especificaciones.  7.8 Dimensionamiento de ductos.  8. Selección de ductos, Problema Resuelto

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8.1 Consideraciones técnicas.

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8.2 Método de caída de presión constante. JUNIO 2011

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8.3 Formulas empleadas.

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8.4 Ejemplo desarrollado.

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8.5 Selección de difusores de inyección y de rejillas de retorno.

 9. Documentos a generar

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9.1 Documentos a generar.

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9.2 Catalogo de conceptos (Volumen de obra).

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CAPITULO 1: GENERALIDADES DE LOS SISTEMAS HVAC

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1.1 CONCEPTOS FUNDAMENTALES •

Psicrometría

Es la ciencia que estudia el aire y sus propiedades. •

Aire Acondicionado

Proceso del aire en un local cerrado donde se controlan los parámetros de temperatura, humedad, velocidad y pureza dentro de los límites establecidos. •

El Control de Temperatura:

El calor es una forma de energía relacionada directamente con la vibración molecular. Cuando calentamos una sustancia, sus moléculas se mueven rápidamente, generando así una energía: el calor. Si la enfriamos, el movimiento molecular se detiene, bajando así la temperatura. •

El Control de Humedad:

La humedad, se refiere a la cantidad de agua contenida en el aire y se registra por sensaciones de humedad. Este concepto está directamente relacionado con la sensación de confort. El aire ambiente se controla para mantener la humedad relativa preestablecida mediante la humidificación o deshumidificación del aire ambiente. •

Movimiento y Circulación del Aire:

Para obtener el confort deseado, es necesario que el aire sea distribuido y circule uniformemente por todo el recinto, sin producir corrientes desagradables. •

Filtrado, Limpieza y Purificación del Aire :

La eliminación de las partículas de polvo es fundamental para la salud. Conseguir un adecuado filtraje de aire es una labor básica de un equipo de aire acondicionado. A partir de estos conceptos, podrás conocer y entender la diferencia entre la refrigeración y la climatización. •

Ambiente

Medio circundante a una persona o cosas. •

Calor Latente

Calor agregado o eliminado a una sustancia que provoca el cambio de estado de sólido a líquido, de líquido a gaseoso o viceversa; sin cambiar su temperatura.

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Calor Sensible

Es aquel que recibe un cuerpo y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. •

Carga Térmica Cantidad de calor por remover (enfriamiento), adicionar (calefacción) o ambas.

•

Ciclo de refrigeración

•

Condensador

Intercambiador de calor en el que el refrigerante se condensa con ayuda de un medio externo (agua o aire). La etapa de condensación del ciclo se efectúa en una unidad llamada “condensador” que se encuentra localizado en el exterior del espacio refrigerado. Aquí el gas refrigerante a alta presión y alta temperatura, rechaza calor hacía el medio ambiente (es enfriado por una corriente de agua o de aire), cambiando de gas a liquido frío y a una alta presión. •

Evaporador

Intercambiador de calor en el que el refrigerante se evapora al absorber calor de otro fluido (agua o aire). En la etapa de evaporación el refrigerante absorbe el calor del espacio que lo rodea y por consiguiente lo enfría. Esta etapa tiene lugar en un componente denominado evaporador, el cual es llamado así debido de que en el refrigerante se evapora cambia de liquido a vapor.

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Compresión

Después de evaporarse el refrigerante sale del evaporador en forma de vapor a baja presión, pasa al compresor en donde se comprime incrementando su presión (este aumento de presión es necesario para que el gas refrigerante cambie fácilmente a liquido y lo bombea así a la etapa de condensación). Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. •

Control y expansión

Esta etapa es desarrollada por un mecanismo de control de flujo, este dispositivo retiene el flujo y expansiona al refrigerante para facilitar su evaporación posterior. Después de que el refrigerante deja el control del flujo se dirige al evaporador para absorber calor y comenzar un nuevo flujo. •

Condiciones Climatológicas

Condiciones del clima exterior de cada lugar donde se requiera el diseño, tales como: temperatura, humedad relativa, altura sobre el nivel del mar, velocidad y dirección del viento. •

Contaminantes en el aire del medio ambiente

Sustancias que existen en estado sólido, líquido o gaseoso, afectando externa o internamente a los equipos e instrumentos utilizados para el monitoreo y control de proceso. •

Documento Normativo Equivalente

Es la norma, especificación, método, estándar o código que cubre los requisitos y/o características físicas, químicas, fisicoquímicas, mecánicas o de cualquier naturaleza establecidas en el documento normativo extranjero citado en la norma de referencia (NRF). •

Ducto

Envolvente de un espacio por el cual es transportado aire, con sección transversal rectangular o circular. •

Presión Es la fuerza ejercida en dirección perpendicular por unidad de superficie.

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Volumen Es el espacio ocupado por un cuerpo o sustancia.

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Energía Interna Es la suma de la energía potencial y la energía cinética de un a molecula.

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Filtros de aire

Elementos utilizados para remover partículas contaminantes (polvo, líquidos y algunos gases) que están suspendidos en el aire atmosférico, antes de ser este último introducido a un local. •

Humedad Relativa

La relación de la presión parcial del vapor de agua contenido en el aire con la presión de saturación del vapor correspondiente a la temperatura existente o la relación de la densidad del vapor de agua en el aire. •

Presurización

El proceso de suministrar aire a un espacio para aumentar la presión interna con respecto a la exterior con la finalidad de impedir la entrada de gas, vapores tóxicos, inflamables y/o explosivos. •

Refrigerante

Fluido con características propias de presión y temperatura de ebullición, usado para transferencia de calor en un sistema de refrigeración, el cual absorbe calor a baja temperatura y baja presión; rechaza calor mediante condensación a alta temperatura y alta presión. Actualmente se usan los refrigerantes ecológicos que no dañan la capa de ozono de la atmósfera terrestre, como el R-134a o R-407C o equivalentes que estén aceptados como ecológicos por EPA. •

Temperatura de Bulbo Húmedo (TBH)

La que indica un termómetro cuyo bulbo está cubierto por una media húmeda y expuesto a una corriente de aire por aproximadamente 30 a 35 segundos. •

Temperatura de Bulbo Seco (TBS) La indicada en un termómetro ordinario, aislado de los efectos de la radiación.

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Tonelada de Refrigeración Cantidad de calor requerida para fusión de 1 tonelada de hielo sólido en 24 h.

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Ventilación Mecánica Proceso de inyectar, recircular o extraer aire de un local, por medios mecánicos.

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Entalpía Es el nombre dado a una función de estado de la termodinámica donde la variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una transformación isobárica (es decir, a presión constante) en un sistema termodinámico. H= U+PV Donde: H= Entalpía U= Energía Interna P= Presión V= Volumen

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1.2 UNIDADES UTILIZADAS LONGITUD ➢ Sistema inglés: 12 in = 1 ft ➢ Sistema métrico: 1 m = 100 cm = 1000 mm ➢ Sistema inglés-métrico: 1 ft = 0.3048 m ÁREA ➢ Sistema inglés: 144 /in2 = 1 ft2 ➢ Sistema inglés -métrico: 1 ft2 = 0.93 m2 VOLUMEN ➢ Sistema inglés: 1728 in3 = 1 ft3 = 7.48 gal ➢ Sistema inglés-métrico: 1 ft3 = 0.0283 m3 1 gal = 3.785 lt MASA ➢ Sistema inglés: 1 lb = 16 oz = 7000 gr ➢ Sistema métrico: 1 kg = 1000 gr

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➢ Sistema ingles-métrico: 2.2 lb = 1 kg FUERZA ➢ Sistema inglés-métrico: 1 lb = 4.45 N VELOCIDAD ➢ Sistema inglés: 1 ft/s = 0.68 mi/h ➢ Sistema ingles-métrico: 1 ft/s = 03048 m/s =1.097 km/h DENSIDAD ➢ Sistema inglés-métrico: 1 lb/ft3 = 16 kg/m3 PRESION ➢ Sistema inglés: 1 psi = 2.3 ft de agua = 2.04 in Hg ➢ Sistema métrico: 1 atm = 101.3 N/m3 = 101.3 Pa ➢ Sistema inglés -métrico: 14.7 psi = 1 atm TEMPERATURA ➢ Sistema inglés: ºF = ºR – 460 ➢ Sistema métrico: º C = º K - 273

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➢ Sistema inglés-métrico: º F = (9/5)º C + 32 º C = (5/9)(º F - 32 ) ENERGÍA ➢ Sistema inglés: 1 BTU = 778 ft-lb ➢ Sistema métrico: 1 J = 1 w-s = 0.239 cal ➢ Sistema inglés -métrico: 1 BTU = 1055 J = 252 cal CALOR ESPECÍFICO ➢ Sistema inglés-métrico: 1 BTU/lb -º F = 1 cal/g ºC 1 BTU/lb -º F = 4.2 kJ/kg ºC POTENCIA (VALOR DE ENERGIA) 3410 BTU/h = 1 KW 1 T.R. = 12,000 BTU/h COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR ➢ Sistema inglés -métrico: 1 BTU/h-ft2 -ºF = 5.68 W/m2 º C FLUJO VOLUMÉTRICO ➢ Sistema inglés -métrico: 1 CFM = 1.70 m3/h 1 GPM = 500 lb/h

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1.3 SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS UTILIZADAS EN LOS SISTEMAS HVAC A

Área.

a.s.

Aire seco.

BTU Unidad térmica británica. ºC

Grados Celsius

ºF

Grados Fahrenheit

GPM Galones por minuto Ft

Pies

Pa

Pascales

Lb

Libras

nr/h dB (A)

Cambios por hora o número de revoluciones por hora. Decibelios

ft/min

Pies por minuto.

kPa

Presión en Kilopascal.

mm c. a. Presión en milímetros columna de agua (25 mm = 1,0 pulgada Columna de agua). PCM (CFM) Pies cúbicos por minuto (cubic feet per minute). 1 T. R. H/V

Tonelada de refrigeración (12 660 kJ/h = 12 000 BTU/h). Horizontal / Vertical.

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1.4 NORMAS Y ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LOS SISTEMAS HVAC ASHRAE American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros en Aire Acondicionado, Refrigeración y Calefacción). ASTM

American Society of Testing Materials (Sociedad Americana de Prueba de Materiales). EMA

Entidad Mexicana de Acreditación. EPA

Environmental Protection Agency (Agencia de Protección al Medio Ambiente de los Estados Unidos de Norteamérica). HVAC

Heating Ventilation and Air Conditioning (Aire Acondicionado, Ventilación y Calefacción). ISA

The Instrumentation, Systems and Automation Society (Sociedad de Instrumentación, Sistemas y Automatización). SMACNA Sheet Metal and Air Conditioning Contractor's National Association (Asociación de Contratistas de ductos de metal para Aire acondicionado). NFPA National Fire Protection Association (Asociación Nacional de Protección del Fuego). ARI Air Conditioning and Refrigeration Institute(Instituto de Aire Acondicionado y Refrigeración)

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2. CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS SISTEMAS HVAC

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2.1 SISTEMAS DE VENTILACIÓN: TIPOS DE VENTILADORES Los ventiladores se pueden clasificar en dos grandes grupos: los ventiladores centrífugos y los ventiladores axiales, que difieren entre sí en la dirección del flujo de aire que pasa por ellos.

2.2 Sistemas de Aire Acondicionado: Sistemas Convencionales, Sistemas Industriales Sistemas convencionales: Equipo tipo ventana: La venta y distribución de los equipos de ventana en la actualidad es alta debido a los bajos costos del mismo. La evaluación de la capacidad y otros estándares técnicos están sujetos a las determinaciones del especialista HVAC, que con un conjunto de normas y estándares realiza la selección adecuada del equipo a instalar. El equipo de ventana satisface una necesidad muy precisa; el enfriamiento de un sitio reducido a un costo mínimo y con la posibilidad de cambio de sitio. Ambas condiciones eliminan totalmente la posibilidad de instalación de un sistema central.

Equipo Tipo Ventana

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Minisplit y Multisplit: La unidad formada por el compresor y el condensador está situada en el exterior. La unidad evaporadora se instala en el interior: Techo, uro o piso. Con una sola condensadora se puede instalar una o varias evaporadoras controladas de manera independiente.

Minisplit tipo: Piso Techo

Multisplit

Minisplit tipo: Piso Muro Equipos Portátiles: Los equipos de aire acondicionado portátil cuentan con la ventaja de que no requieren instalación. Además, cuenta con otra ventaja que es su movilidad lo que nos permite trasladarlo de una habitación a otra sin problemas para utilizarlo donde lo necesitemos en cada momento.

Equipo Portátil

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Equipo dividido •

Equipo de descarga indirecta mediante una red de conductos y emisión de aire a través de rejillas en pared o difusores en techo.

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Equipo formado por dos unidades: Condensadora y Evaporadora

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La condensadora se sitúan en el exterior y la evaporadora en el interior interconectadas a la red de conductos

Equipo Dividido: Condensadora y Manejadora de Aire

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Equipos Paquetes de Aire: Los acondicionadores Tipo Paquete (unidad de condensación y manejadora en una sola unidad) son de fácil instalación ya que solo es necesaria la conexión de energía y ducteria, son la solución ideal para climatizar locales en una sola planta tales como tiendas de autoservicio, gasolineras, supermercados, naves industriales.

Equipos Paquete de Aire

Chillers: Estos equipos utilizan un sistema de agua helada el cual es transportado en una red de tuberías. Estos sistemas se utilizan después de 120 T.R. En donde la mayoría de los especialistas HVAC comúnmente suelen seleccionar equipos paquetes de aire para sustituir este diseño ya que su instalación es más compleja y su mantenimiento más costoso.

Chillers

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2.3 Sistemas Auxiliares Equipos auxiliares • • •

Motor eléctrico Bomba de agua Unidades de filtración

Unidades de Filtración

Las características que comúnmente vienen en los equipos son: • • • • • •

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Capacidad del motor (kW) Tensión operación (Volts) Corriente (Amperes) Factor de potencia (%) Año de inicio de operación Potencia medida (kW)

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CAPÍTULO 3. CARACTERÍSTICAS DE LA MEZCLA VAPOR-AIRE

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3.1 GENERALIDADES Acondicionar el aire es controlar su temperatura, humedad, distribución y pureza. Su objetivo es procurar la comodidad de los ocupantes de residencias, teatros, escuelas, etcétera, o bien, en la industria, mantener productos alimenticios, productos químicos, etcétera, a muy bajas temperaturas para evitar que se contaminen. Antes de estudiar el acondicionamiento de aire es necesario conocer sus características y propi...