UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS
INFORME DE PROYECTO
NOMBRE:
Jonatan Caza
NIVEL / CARRERA:
7mo Ingeniería en Mantenimiento Automotriz
MATERIA:
Refrigeración y Aire Acondicionado
DOCENTE:
Ing. Darwin Almeida
AÑO LECTIVO:
2016 - 2017
1.- TEMA
Diseño de un sistema de aire acondicionado para un aula de clases 2.- OBJETIVOS DEL PROYECTO OBJETIVO GENERAL
Adquirir un mejor conocimiento de la función de un sistema de aire acondicionado, determinando las características de este sistema. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Recopilar información y datos de operación
Determinar la funció función n y parámetros de cada uno de sus ccomponentes. omponentes.
Analizar cuantos de nuestros equipos de refrigeración refrigeración es necesario necesario para acondicionar el aula.
3.- INTRODUCCIÓN
Los sistemas de aire acondicionado, en la actualidad, forman parte de la comodidad del ser humano para el normal desenvolvimiento desenvolvimiento de sus tareas. Dado al crecimiento de la población a nivel mundial, nacional y regional, en diversas actividades se han ubicado en localidades de condiciones ambientales sin confort alguno. De acuerdo a su necesidad de climatizar áreas como zonas residenciales, edificios, oficinas, centros comerciales, negocios, instituciones educativas, entre otras, la ingeniería ha formado parte en el desarrollo e innovación de estos equipos, tomando como base los fundamentos de la termodinámica y la transferencia de calor. El desarrollo de estos equipos ha ido enfocado en eliminar el calor de distintas áreas que van desde lugares pequeños, haciendo uso de equipos de bajo tonelaje de refrigeración, hasta grandes galpones, centros comerciales, donde las toneladas de refrigeración son tales que se requiere de varios compresores, unidades condensadoras condensadoras muy grandes, distintos ciclos de operación, ductos y accesorios. El cálculo del calor a retirar de un aula, no solo toma en cuenta la característica de dar confort, sino también que permite seleccionar el equipo que cumpla exactamente con la tarea,
haciendo una inversión justa y en algunos casos, una elección que auspicie el ahorro de energía. El propósito de esta investigación está centrado en realizar el diseño de un sistema de aire acondicionado para el Aula 306 - piso 3 - edificio FICA, Universidad Técnica del Norte, a partir del cálculo se podrá realizar la apropiada selección del equipo que de satisfacción y comodidad a los usuarios de dicha aula.
4.- FUNCIONES DEL PROYECTO
El funcionamiento del aire acondicionado se basa en la extracción de calor de un área cerrada. El aire pasa a través de un radiador, el cual esta enfriado por un gas refrigerante que pasa por su interior, de esta forma el aire que pasa por el radiador es enfriado y limpiado para ser devuelto al habitáculo, haciendo que las condiciones de temperatura y humedad del mismo sean las idóneas para la comodidad y salud de las personas que ahí se encuentren. 5.- PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO COMPONENTE Refrigerante Rango de temperatura de evaporación Presión de evaporación Rango de temperatura de condensación Presión de condensación condensación
DATOS TÉCNICOS
R 134ª -8 °C –
217 KPa a -8 °C 30 °C 770 KPa a 30 °C Tipo: PH compresor monofásico Voltaje: 115 V Amperaje: 14 A Frecuencia: 60 Hz Potencia: 1 600 W Voltaje: 120 V Frecuencia: 60 Hz
Compresor
Ventilador
6.- EQUIPO PARTES FUNDAMENTALES DE UN AIRE ACONDICIONADO
ELEMENTO DESCRIPCI N FUNDAMENTAL Compresor Es por donde se produce el trabajo o potencia del aire acondicionado. Se aprendió que este es el encargado de elevar la presión y temperatura del líquido refrigerante. En su interior está conformado por pistón, biela y otros elementos. Funciona con una película de aceite. Condensador Es aquel en donde el fluido refrigerante entra como vapor sobrecalentado y sale como líquido saturado hacia la válvula de expansión. Aquí se rechaza el calor hacia el ambiente en el cual su temperatura debe ser mayor a la atmosférica. Dispositivo de Puede ser una turbina, una válvula de expansión o un tubo expansión capilar. Se conecta luego del condensador y el líquido refrigerante entra como líquido saturado, se encarga de regular el paso del fluido f luido refrigerante hacia el evaporador. Evaporador Es aquel en donde el fluido refrigerante entra como una mezcla de líquido y vapor a una menor presión y menor temperatura. Es aquí donde se produce el efecto de enfriamiento, su temperatura debe ser menor a la temperatura del espacio refrigerado. Es un dispositivo que permite regular la temperatura Termostato adecuada a la que debe trabajar el circuito de aire acondicionado. Es como un interruptor electrónico. Electroválvula Se ubica antes del dispositivo de expansión y permite regular el paso del fluido hacia la fase de estrangulamiento. estrangulamiento. Ventilador Se utiliza en los refrigeradores de aire forzado y en aire acondicionado, el cual tiene la finalidad de disipar el calor de la manera más correcta para que se produzca un enfriamiento exitoso y eficiente. 7.- METODOLOGÍA DE DISEÑO DEL PROYECTO
FÓRMULA
= ( − ) =+ = =− =.(−)
DESCRIPCIÓN Tasa de remoción de calor del espacio refrigerado Tasa de rechazo de calor al entorno Fórmula de Ciclo de Carnot
Potencia del compresor
− = = = − − = , ∅ ∅ = , −∅ , = , − ∅ =
Coeficiente de desempeño
Humedad absoluta o específica = masa de vapor de agua = masa de aire seco P = presión total Pg = presión de gas Pv = presión de vapor de agua
Humedad relativa mg = masa de gas
∅ = (,+ ) .=..
Ecuación de gas ideal
8.- COSTOS TABLA DE COSTOS
COMPONENTE Compresor Condensador Evaporador Tubo capilar Filtro Válvu Válvula la de carga Refrigerante Refrig erante R-134a R-134a Ventilador Equipo termostato
Costo ($) por unidad 50 30 30 5 2 1 18 10 15 Total: $161 $161
9.- CÁLCULO
Temperatura Condensador TH = 30°C = 303 °K Temperatura evaporador TL= -8 °C = 265 °K Flujo masico= 0,06 Kg/s DATOS
m= 0,06 Kg/s TH=30°C=303°K TL= -8 °C = 265 °K PUNTO 1
T = - 8 °C (Tabla 11)
P = 217 KPa h1 = hg ] h1 = 245.72[ S1 = S2 .] S1 = 0.93629 [
PUNTO 2
h2 = hf h2 = 272.8 272.811
PUNTO 3
PUNTO 4
T= 30 °C
h3 = h4 h4= 93.58
P = 770 KPa h3 = hf ] h3 = 93.58 [
TASA DE REMOCIÓN REMOCIÓN DE CALOR DEL ESPACIO REFRIGERADO REFRIGERADO (QL)
= . (ℎ1−ℎ4) ℎ1−ℎ4) ] = (0.06) 0.06) [ ] (245.72−93,58) 245.72−93,58) [ =. POTENCIA DEL COMPRESOR
= . (ℎ2−ℎ1) = (0.06) (272.81−245.72) =.
=. =115 .14 . 14 = ,
=. TASA DE RECHAZO DE CALOR AL ENTORNO ENTORNO (QH)
=+ =9.12 +1.62 =,
COEFICIENTE DE DESEMPEÑO (COP)
= = 9.12 1.62 =. RESULTADOS
•
•
•
•
•
•
•
•
Rango de temperatura de condensación condensación (TH): 30 °C Presión de condensación: condensación: 770 KPa °C a 30 °C Rango de temperatura de evaporación (TL): - 8 °C Presión de evaporación: 217 KPa a - 8 °C Tasa de rechazo de calor al entorno (QH): 10,74 KW Tasa de remoción de calor del espacio refrigerado (QL): 9,12 KW Potencia del compresor (W): 1,62 KW Coeficiente de desempeño (COP): 5,62
CÁLCULOS DEL AIRE
TEMPERATURAS T1 = Tmáx = 30°C T2 = TmÍn = 22°C
HUMEDAD RELATIVA
∅=43% ∅=30%
T1 = Tmáx = 30 °C
-
∅=%
DATOS
Altura Ibarra= 2200metros Presión = 77,55 KPa Vaula = (3.20x6.6 ( 3.20x6.60x5.93) 0x5.93) = 125.24
DESARROLLO HUMEDAD ABSOLUTA PRESIÓN PRESIÓN DE GAS (Pg) (Pg )
TABLA A-4 (T = 30 °C) Pg = Psat T (°C) 30
Pg (KPa) 4,2469
∅ = 0,622 −∅ 0,622 (0,43)(4,2469) = (77.55)−(0,43)(4,2469) =.
PRESIÓN DE VAPOR (Pv)
= 0,622 − −=0,622 (0,01 (0,015) 5)(7 (77,7,55 55 ) − (0,01 (0,015) 5) = 0,622 622 = . MASA DE VAPOR DE AGUA (mv) (mv )
MASA DE AIRE SECO (ma)
.=.. = .=.. (1.85).(125.24)=.(0,4615).(30) = .
= = . ,
=
T2 = Tmín = 22 °C
-
∅=%
DATOS
Vaula = (3.20x6.6 ( 3.20x6.60x5.93) 0x5.93) = 125.24
Anexo tabla 3 Presión = 77.55 KPa DESARROLLO PRESIÓN PRESIÓN DE GAS (Pg) (Pg )
HUMEDAD ABSOLUTA
TABLA A-4 (T = 22°C)
∅ = 0,622 −∅ 0,622 (0,30)(2,66) = (77.55)−(0,30)(2,66) =,
Pg = Psat T (°C) 20 22 25
Pg (KPa) 2,3392 2,66 3,1698
PRESIÓN DE VAPOR (Pv)
T2 = Tmín = 22 °C
-
∅=%
DATOS
Vaula = (3.20x6.6 ( 3.20x6.60x5.93) 0x5.93) = 125.24
Anexo tabla 3 Presión = 77.55 KPa DESARROLLO PRESIÓN PRESIÓN DE GAS (Pg) (Pg )
HUMEDAD ABSOLUTA
TABLA A-4 (T = 22°C)
∅ = 0,622 −∅ 0,622 (0,30)(2,66) = (77.55)−(0,30)(2,66) =,
Pg = Psat T (°C) 20 22 25
Pg (KPa) 2,3392 2,66 3,1698
PRESIÓN DE VAPOR (Pv)
= 0,622 − −=0,622 (0,00 (0,0065 65)(7 )(77.7.55) 55) − (0,0065 0065) ) = 0,622 0,622 = . MASA DE VAPOR DE AGUA (mv)
.=.. ( = ) .=.. (0,80).(125.24)=.(0,4615).(22) = . MASA DE AIRE A IRE SECO SECO (ma)
= 9.86 = 0,0065 =
TABLA TAB LA DE COMPARACIÓN COMPARACIÓN DE LAS TEMPERATURAS Y LA HUMEDAD RELATIVA Y ABSOLUTA DEL AIRE Va = Vv Rv (m3) P (Kpa) (Kp a) (KJ/Kg (KJ /Kg.°C) .°C) T (°C) 125,24 77.55 0,4615 30 22
Pg Pv (Kpa) (Kpa) 0,43 4,24 1,85 0,3 2,66 0,80
Humedad absoluta ω
0,015 0,0065
Masa de Masa vapor de de aire agua seco mv ma 16,73 1115 9,86 1518
CALOR GANADO DEL DEL AULA AUL A CALOR GANADO GANA DO POR LA TRASMISIÓN
1W= 3.4221 Btu
Paredes Este, Oeste
Características Las paredes de 3.20 metros de altura por 5.93 de base, grosor L= 0.2 m, y la conductividad térmica del ladrillo 0.72 ° Anexo. Tabla 2
=. ° ∆ Qparared Qp edeses eo = 0.72 72 mW°K 18.97 303°−295° 0.2 Qpare Qp aredes des eo = 546.3 546.333 W Qparared Qp edeses eo eo = 1864 1864 ℎ x 2 .=
Concreto
La loza y el piso de 6.60 metros por 5.93 metros, grosor 0.2 m, y la conductividad térmica del concreto °
0.8
Qconcreto=0.72 mW°K ∆ Qconcreto=0.8 mW°K 39.13 303°−295° 0.2 Qconcreto=1252.5 W Qcon Qconcrcreto eto = 4273, 4273,7 ℎ x 2 =.
Paredes Paredes Nort e-sur e-sur
Las paredes de 6.60 metros de altura por 3.20 metros de base, grosor de L= 0.2 m, y la conductividad conductividad térmica del ladrillo 0.72 ° Anexo. Tabla 2
Qparared Qp edeses eo = 0.72 72 mW°K ∆ Qparared Qp edeses eo = 0.72 72 mW°K 21.12 303°−295° 0.2 Qparared Qp edesesNN − s = 608. 608.25 25 W
QparedesN−s=2075.4 ℎ x 2 − = .. = + + =. GANANCIAS DE CAL OR INTERNO INTERNO Personas
Grado de actividad= Alumnos Tipo de aplicación= Aula Cantidad de personas= 31 Anexo tabla 1 Cantidad de bulbo seco interno= 24 °C
60 Calor latente=30
Calor sensible:
CALOR SENSIBLE
=60 31pe 31 pers rson onas as = 1860 18 60 ℎ ℎ = CALOR LATENTE
=30 31per 31p erso sona nas s = 930 93 0 ℎ ℎ =. = + =+. =.
ILUMINACIÓN
Total de fluorescentes= 8
3.143 Q = 3. 143 ℎ 8
Cada fluorescente genera=
=. Otros
Computadoras Total, de computadores= 31
250 Q = 250 31 31 = 7750 77 50 ℎ ℎ =. óó = . .
Cada computadora genera=
CARGAS TÉRMICAS Coeficiente Coeficiente de conduct ibili dad (r vidrio v idrio ) r vidrio= 0.700 [K cal c al m/m 2 h °C] v idrio= 0.700 Eespesor = 0.0037 [m] Temperaturas TH= 30 °C = 86 °F TL= -8 °C = 71.6 °F
AREAS AREA S
Av1 2= (1.95 x 1.70). 2 = 6.63 m2 =21,75 ft2 A3= 1.95 x 2.40= 2.52 m 2 =8.27 ft2 Ap = 0.9 x 2.05= 1.84 m 2 =6.07 ft2
CALCULO CALCUL O DEL COEFICIENTE COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENC TRANSFERENCIA IA
l = cal m/m2 h °C vid vidririoo = 0.700 K0.0037 =189.19 Kh cal °C Btu =38.74 h ft2 ° CALOR CAL OR GANADO POR TRANSMIS TRA NSMISIÓN IÓN EN CRISTALES POR DIFERENCIAS DIFERENCIAS DE TEMPERATURAS
Qv12= A x U x (Th-TL)
Btu (86−71.6)° = 21,75 75 ft2 ft2 x 38.74 74 h ft2 ° = . Qv3= A x U x (Th-TL)
Btu (86−71.6)° = 8.27 27 ft2 ft2 x 38.7 38.744 h ft2 ° = . Qp= A x U x (Th-TL)
Btu (86−71.6)° = 6.07 6.07 ft2 x 38.74 74 h ft2 °
=. =++
=. SUMA DE TODAS TODAS LAS L AS CARGAS CARGA S INDICADA INDICADAS S
= + + óó + =.+.+.+ = ℎ 10% = SELECCIÓN DEL EQUIPO
Para instalar el equipo debemos tomar en cuenta los siguientes parámetros: Refrigerante a utilizar: R-134a Capacidad frigorífica requerida: Temperatura exterior = 30°C
Temperatura Aula= 22°C Capacidad frigorífica del sistema=
16
Numero de sistemas=
.
10.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES
Se determinó las funciones funciones y parámetros que que cumple el sistema de refrigeración de aire acondicionado de manera individual. Se utilizó utilizó mejor los eequipos quipos de medición como como multímetro, multímetro, termómetro termómetro para determinar parámetros importantes como voltaje, amperaje, temperaturas. Se realizó realizó cálculos tomando el sistema sistema de de refrigeración refrigeración como como un sistema de aire acondicionado.
RECOMENDACIONES
Tener las debidas precauciones al manipular el condensador condensador y cañerías cañerías ya que trabaja a altas temperaturas para evitar accidentes. Manipulas de manera manera adecuada las termocuplas para una mejor lectura. lectura. Antes de comprar comprar un aparato de aire acondicionado toma en en cuenta: cuenta: El equipo con la capacidad adecuada a tus necesidades. Uno más grande no enfriará más, solo sera un gasto innecesario
BIBLIOGRAFÍA
COMPRESORES FRACCIONARIOS http://ingemecanica.com/t http://inge mecanica.com/tutorialsemanal/tut utorialsemanal/tutorialn255.html#s orialn255.html#seccion23 eccion23 LIBROS Termodinámica De Cengel (Septima Edición)
https://books.google.com.ec
ANEXOS Tabla 1
En la tabla siguiente se indican los valores de calor latente y sensible, en kcal/h, desprendido por una persona según la actividad y la l a temperatura existente.
Tabla 2
Tabla 3
