Capitulo i Principios de Aire Acondicionado

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  Capitulo 1 Principios del aire acondicionado 1 PRINCIPIOS DEL AIRE ACONDICIONADO Las características de operación de los sistemas de aire acondicionado dentro de su ámbito, podrá interpretar la aplicación en los recintos como las residencias, edificios públicos, salones de espectáculos, hoteles, grandes almacenes de ropa, supermercados, auditorios, transportes terrestres y aéreos, inclusive naves espaciales, y todos aquellos destinados a ocuparse por personas. El aire acondicionado tiene la
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  Capitulo 1 Principios del aire acondicionado 1 PRINCIPIOS DEL AIRE ACONDICIONADO Las características de operación de los sistemas de aire acondicionado dentro desu ámbito, podrá interpretar la aplicación en los recintos como las residencias, edificiospúblicos, salones de espectáculos, hoteles, grandes almacenes de ropa,supermercados, auditorios, transportes terrestres y aéreos, inclusive naves espaciales,y todos aquellos destinados a ocuparse por personas. El aire acondicionado tiene lafinalidad de producir sensaciones de comodidad, donde los factores anteriores semantienen en ciertos límites requeridos.El objetivo del aire acondicionado es controlar el producto manufacturado,manteniendo una adecuada temperatura, humedad, movimiento y calidad del aire,dentro de los locales, requiriendo un estudio especial para cada caso. Así también, noestá relacionado con la comodidad de las personas, pero es necesario mantener unambiente que evita que los operarios suden al estar trabajando. La habilidad delindividuo aumenta cuando las condiciones del aire son agradables y en consecuenciatambién se reduce el número de errores y los rechazos de material.La temperatura del cuerpo humano depende del equilibrio entre la generación decalor y la pérdida del mismo, que resulta del metabolismo. La temperatura del cuerpohumano es mayor a la del medio ambiente de un recinto fresco o frío. Simultáneamente,el cuerpo humano disipa calor constantemente por radiación, convección y evaporación;debido que, en condiciones normales la temperatura interior del cuerpo esaproximadamente de 37ºC, mientras que la parte exterior de su piel es de 21ºC, paratener la sensibilidad del proceso de frío y de calor y en caso de generar calor seequilibra con sus pérdidas.En este capitulo se muestra el funcionamiento de los sistemas de aireacondicionado, las aplicaciones mas utilizadas y diversos intercambios térmicos con elmedio ambiente. 1.1.- DEFINICIÓN DE AIRE ACONDICIONADO El aire acondicionado es la técnica que comprende el control simultáneo ycontinuo de los factores que afectan las condiciones físicas y químicas de la atmósferadentro de cualquier recinto destinado a ocuparse por personas ó para fines industriales.Los factores que afectan las condiciones del medio circundante dentro de unrecinto, destinado a ser ocupado por personas, éstos deben controlar la forma efectivay simultánea, para producir una sensación de comodidad y condiciones adecuadas parala salud de los mismos. 14  Capitulo 1 Principios del aire acondicionado Por orden de importancia los factores son:1.Temperatura2.Humedad3.Movimiento4.Distribución5.Pureza (exenta de polvo, bacteria, olores, gases tóxicos). 1.1.1.- TEMPERATURA Si la temperatura del aire es menor, se incrementa el grado de convección, esdecir, si el aire tiene menor temperatura, existe mayor disipación de calor. Por otro lado,si la temperatura del aire es mayor, se tiene menor flujo de aire de convección. Por lotanto, cuando se aproxima la temperatura ambiente a la del cuerpo humano, este pierdemenos calor de convección, hasta llegar a una temperatura confortable en un rango de22 a 27 °C.En la convección, el calor fluye de una temperatura alta a una temperatura baja ycuando mayor es la diferencia de temperatura mayor es el flujo de calor. En este caso,cuando la diferencia de temperatura del aire y la del cuerpo humano es mayor, setendrá un flujo de aire mayor para la convección, si la diferencia es excesiva, el cuerpohumano disipa más calor y sobreviene la incomodidad.La temperatura de superficie, que se aplica el proceso de radiación, cerca delcuerpo afecta el grado de radiación. Es decir, a menor temperatura de superficieexterior, mayor es la cantidad de calor radiada por el cuerpo y esta disminuye cuandosu temperatura se aproxima a la superficie del cuerpo humano.Si la temperatura de superficie exterior es mayor que la del cuerpo humano,ahora el cuerpo humano absorbe calor y trata de disiparlo por medio de la convección yevaporación para mantenerse confortable. 1.1.1.1.- TEMPERATURA EFECTIVA Las experimentaciones realizadas por la Sociedad Americana de Ingenieros enCalefacción y Acondicionamiento de Aire (ASHRAE), se obtuvo la escala de“ Condiciones Termoequivalentes ”, denominadas a las condiciones de temperatura,humedad y movimiento del aire, que producen las mismas sensaciones de calor.Esta escala, no solo indica la sensación de calor sino que, también determina losefectos fisiológicos sobre el cuerpo humano producidos por el calor o el frío. Por estarazón se le llama “Escala o Índice de Temperatura Efectiva”, que denota un nivelsensorial de calor. La temperatura efectiva es un índice determinado empíricamente delgrado de calor o de frío, percibido por individuos normales, expuestos a diferentescombinaciones de temperatura, humedad y velocidad del aire. 15  Capitulo 1 Principios del aire acondicionado El valor numérico del índice, para ciertas condiciones del aire, se determina por la temperatura del aire saturado con un rango de velocidad demin.. ma 67574 omin ft a 2515 , para producir la misma sensación de calor o de frío. Esta condición tieneuna temperatura efectiva de ( ) F C  60615 º., y produce una sensación de calor similar ala que experimenta el aire a una velocidad lenta, pero con ( ) F C  60615 º., saturado dehumedad.La temperatura efectiva no se mide directamente, se obtiene de las temperaturasde bulbo seco y húmedo, agregándole el movimiento del aire. Esta temperatura efectivason líneas que representa diferentes condiciones del aire, pero produce la mismasensación de calor. 1.1.1.2.- COMODIDAD Generalmente todos los recintos destinados a ocuparse por personas, el aireacondicionado, debe producir sensación de comodidad y los factores mencionadosanteriormente, deben mantener ciertos límites requeridos. 1.1.1.3.- GRÁFICAS DE COMODIDAD. El cuerpo humano experimenta la sensación de frío o de calor en forma conjunta,la humedad relativa, la temperatura y el movimiento del aire. No han evaluado loselementos involucrados en la reacción del ser humano con el medio ambiente térmico.El concepto anterior de “Temperatura efectiva”, se utilizó como un índice para expresar el mencionado efecto sobre el cuerpo humano.En el Laboratorio de Investigación de la Sociedad Americana de Ingenieros enCalefacción, Refrigeración y Acondicionamiento de Aire (ASHRAE), se realizaronexperimentos con individuos normalmente sanos, dentro de habitaciones sometidos adiferentes condiciones ambientales, al variar las temperaturas de bulbo seco y húmedo,denominada humedad relativa y el movimiento del aire. Así también, se registraron lasreacciones de comodidad de dichos individuos.La figura 1.1, muestra la carta de comodidad de la ASHRAE, para aire tranquilo.Las zonas de comodidad para invierno y verano. La zona de invierno no se utiliza encuartos con calefacción radiante. La aplicación de la zona de comodidad está limitada acasas, oficinas y lugares similares, donde los ocupantes se adaptan completamente alas condiciones del aire interior. Esta zona no es aplicable a teatros, tiendas y otroslugares en donde la permanencia es menor de dos horas, que corresponden a lascurvas de temperatura efectiva, obtenidas de los resultados experimentales yamencionadas. En Investigaciones recientes de la propia ASHRAE, han demostrado quela reacción térmica equivalente, se aproxima en forma más estrecha por medio de laslíneas equivalentes de comodidad, entre 20 a 25 °C de temperatura de bulbo seco. Estagráfica muestra que la temperatura efectiva sobreestimó el efecto de la humedad 16  Capitulo 1 Principios del aire acondicionado relativa sobre la comodidad. La línea aproximada de 23 °C, nos indica comodidad. Estalínea es sensiblemente recta a humedades relativas menores, en un intervalo de 30 a80 %, no siendo este el caso a humedades relativas mayores, que son más difícilespara producir enfriamiento evaporativo.Figura 1.1.- Movimiento del aire o turbulenciaEn experimentos recientes involucran las reacciones de los individuos, despuésde permanecer en un espacio durante una o varias horas y al ajustarse en un equilibrio.Esta es la condición más usual, para establecer la comodidad, como se muestra en laslíneas de gráfica de comodidad, donde se utiliza la temperatura efectiva como índice decomodidad.Se recomienda utilizar las curvas 3, 4 5 y 6 para las diversas reaccionesfisiológicas del ser humano.3Frío ligero ( ) C C  ºº 2118 − 4Confortable ( ) C C  ºº 2322 − 5Calor Ligero ( ) C C  ºº 2624 − 6Calor  ( ) C C  ºº 3028 − Esta gráfica no relaciona las variaciones de las condiciones de comodidad, siexisten grandes variaciones en temperatura radiante del medio ambiente.Fundamentalmente sólo es aplicable cuando las paredes, piso y plafón, estánesencialmente a la temperatura de bulbo seco del espacio considerado. 17
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