UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE TECNOLOGIA DE LA INDUSTRIA PROGRAMA DE ASIGNATURA
I.
INFORMACIÓN GENERAL
Carrera: Ingeniería Mecánica. Código del Plan de Estudio: - 1997 Disciplina: Energética. Asignatura: REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO. Año Académico: Quinto (diurno) / Sexto (nocturno) Semestre: Noveno (diurno) / Duodécimo (nocturno) Horas semanales: 6 Total de horas en el semestre: 84 Créditos: 4 Asignatura Pre-requisito: Transferencia de Calor.
II.
OBJETIVOS GENERALES Y PARTICULARES.
a) Generales: 1. Determinar los parámetros de comportamiento más importantes de los ciclos de refrigeración más utilizados en la práctica. 2. Efectuar las mediciones necesarias para la determinación de las propiedades del aire y el cálculo de los procesos fundamentales en las instalaciones de refrigeración y de aire acondicionado. 3. Seleccionar el equipamiento principal de las instalaciones de refrigeración y aire acondicionado partiendo del cálculo de la carga de enfriamiento a nivel residencial e industrial. 4. Seleccionar los sistemas de control automático principales y los dispositivos de protección y seguridad de las instalaciones de refrigeración y de aire acondicionado.
b) Particulares: Tema 1: Calcular los parámetros más importantes del comportamiento de los ciclos de compresión de vapor real y estándar. Comparar capacidades en sistemas de refrigeración con y sin intercambiador de calor líquido-vapor de admisión.
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Tema 2: Calcular capacidades de refrigeración en cámaras frías, espesores óptimos de aislantes y temperaturas de bulbo húmedo exteriores máximas que eviten la condensación de la humedad. Calcular cargas de enfriamiento residencial e industrial mediante procedimientos, tablas y gráficos.
Tema 3: Determinar propiedades termodinámicas en mezclas de corrientes corriente s de aire exterior y aire de retorno de instalaciones de acondicionamiento de aire. Calcular propiedades psicrométricas del aire, capacidades de refrigeración en procesos de enfriamiento y deshumidificación y el recalentamiento del aire en locales de mucho calor latente.
Tema 4: Identificar los principales sistemas y equipos de acondicionamiento de aire. Seleccionar serpentines de expansión directa y agua fría y limpiadores de aire en instalaciones de aire acondicionado. Calcular caídas de presión en serpentines de expansión directa y de agua fría y los requerimientos energéticos de los diversos tipos de sistemas de acondicionamiento de aire así como el punto de equilibrio de la instalación.
Tema 5: Verificar la selección adecuada de los equipos de refrigeración en instalaciones experimentales. Determinar los parámetros principales del consumo de calor y otros procesos en instalaciones de refrigeración por absorción. Seleccionar equipos paquete de refrigeración y bombas de calor que suministran calentamiento a procesos industriales. Especificar los dispositivos para el control de la capacidad de los compresores, el flujo de refrigerante y la seguridad y protección del sistema.
Tema 6: Familiarizarse con los sistemas de control automático más empleados en la refrigeración y el acondicionamiento de aire. Confeccionar diagramas de componentes de control en lazo cerrado y lazo abierto. Seleccionar los sistemas de control que más se utilizan en las instalaciones de refrigeración y aire acondicionado.
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III.
PLAN TEM TICO.
TEMA 1 2 3 4 5 6
IV.
TITULO Campo y usos de la refrigeración y el acondicionamiento del aire. Cálculo de cargas de enfriamiento. Psicrométrica. Sistema y equipos de acondicionamiento de aire. Sistema y equipo de refrigeración. Controles automáticos.
Total
C
CP
4
4
6 4 6
8 6 8
4 4 28
6 4 36
PL
PC TOTAL 8
4 4 4 12
2 2 2
16 16 20
2 2 10
16 10 86
RECOMENDACIONES METODOL GICAS Y DE ORGANIZACI N.
Las clases prácticas no deben desarrollarse con grupos de más de 20 estudiantes. Las prácticas de laboratorio requerirán un máximo de 6 estudiantes, de lo contrario no se garantizará la labor independiente de los estudiantes, esto quiere decir que la docencia se planificará por grupos de conferencia y grupos de clases prácticas y laboratorios. Las conferencias deben desarrollarse tomando en consideración las asignaturas precedentes que sirven de soporte a la Refrigeración y el Aire Acondicionado, como son la Termodinámica y la Transferencia de Calor, fundamentalmente. Debe motivarse en las conferencias haciendo algunos ejemplos prácticos, experiencias de cátedra y referencias y búsqueda bibliográfica entre otras. Las clases prácticas deben formar parte del sistema de evaluación frecuente de los estudiantes, esto implica que deben elaborarse guías para cada clase práctica, las cuales el alumno debe recibir con suficiente antelación para que logre su autopreparación previa a la actividad. De idéntica forma, los laboratorios también forman parte del sistema de evaluación de la asignatura, también exigen de la confección de guías para prácticas de laboratorios. Estas guías también serán entregadas a los estudiantes con suficiente tiempo que permita la autopreparación. Los alumnos entregarán un informe por cada práctica de laboratorio en el cual deben reflejar las experiencias realizadas, los cálculos efectuados, gráficos y conclusiones a que arribaron por los resultados de la experiencia. En el Proyecto de Curso, el alumno deberá guiarse por la Estructura del Proyecto sugerida por la Comisión de Transformación Curricular de la Carrera de Ingeniería Mecánica. Las horas en la columna PC se emplean para orientar las tareas del proyecto, consultas y control de la marcha del mismo. Para impartir la asignatura, el docente debe apoyarse en todos los medios audiovisuales posibles, como son filminas, láminas, maquetas y videos. A continuación, se explican las prácticas de laboratorio y clases prácticas:
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Práctica de laboratorio # 1: Procesos psicrométricos. (4 horas) Objetivo: Calcular la capacidad, en toneladas de refrigeración, durante un proceso de enfriamiento y deshumidificación de una pequeña instalación de refrigeración y aire acondicionado, con ayuda del psicrómetro y la carta psicrométrica, entre otros medios. Práctica de laboratorio # 2: Punto de equilibrio en el acondicionamiento de aire. (4 horas) Objetivos: Calcular el punto de equilibrio de una instalación de acondicionamiento de aire. Predecir el funcionamiento de la instalación en función de la variación de la temperatura de agua de enfriamiento del condensador. Práctica de laboratorio # 3: Selección de equipos de refrigeración. (4 horas) Objetivos: Comprobar la selección adecuada del equipamiento de una instalación experimental de refrigeración, partiendo de la carga de enfriamiento total de la cámara. Clase Práctica # 1: Parámetros del comportamiento de ciclos de compresión de vapor. Objetivos: Calcular el coeficiente de funcionamiento, el trabajo de la compresión, el efecto refrigerante y otros parámetros del comportamiento de los ciclos de compresión de vapor real y estándar. Clase Práctica # 2: Uso de intercambiadores de calor líquido-vapor de admisión en ciclos de compresión de vapor. Objetivos: Comparar capacidades de ciclos de compresión de vapor con y sin intercambiador de calor líquido-vapor de admisión. Clase Práctica # 3: Capacidad de refrigeración y aislamiento en cámaras frías. Objetivos: Calcular la capacidad de refrigeración en cámaras frías y el espesor de aislamiento óptimo requerido. Clase Práctica # 4: Condensación de la humedad en cámaras frías. Objetivos: Calcular la temperatura de bulbo húmedo exterior máxima permitida para evitar la condensación de la humedad en la superficie de contacto.
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Clase Práctica # 5: Carga de enfriamiento para el aire acondicionado residencial. Objetivos: Calcular la carga de enfriamiento total de una residencia acondicionada, con ayuda de procedimientos, tablas y gráficos. Clase Práctica # 6: Carga de enfriamiento para el aire acondicionado industrial. Objetivos: Calcular la carga de enfriamiento de un objeto de obra industrial, con ayuda de procedimientos, tablas y gráficos. Clase Práctica # 7: Determinación de las propiedades del aire. Procesos. Objetivos: Calcular las propiedades psicrométricas del aire con ayuda de expresiones analíticas y el uso de la carta psicrométrica. Calcular la capacidad de enfriamiento de unidades de acondicionamiento de aire en procesos de enfriamiento/deshumidificación. Clase Práctica # 8: Proceso de mezclado del aire. Objetivos: Determinar las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo en mezclas de corrientes de aire exterior y aire de retorno de instalaciones de acondicionamiento de aire. Clase Práctica # 9: Proceso de recalentamiento. Objetivos: Calcular el recalentamiento del aire necesario en locales que presentan cargas de calor latente superiores a las cargas de calor sensible. Clase Práctica # 10: Serpentines de expansión directa. Objetivos: Seleccionar serpentines de expansión directa mediante el método del factor de desvío y las tablas de selección, probando las alternativas más convenientes. Clase Práctica # 11: Serpentines de agua fría. Objetivos: Seleccionar serpentines de agua fría en función del número de hileras de tubos en el sentido del aire, probando las alternativas más convenientes. Clase Práctica # 12: Caída de presión en serpentines. Objetivos: Calcular la caída de presión por el lado del refrigerante en serpentines de expansión directa y de agua fría y por el lado del aire, en ambos casos.
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Clase Práctica # 13: Selección de limpiadores de aire y necesidades energéticas de los diferentes tipos de sistemas de acondicionamiento de aire. Objetivos: Seleccionar los limpiadores de aire viscosos, secos y electrostáticos y calcular las necesidades energéticas de los diversos tipos de sistemas de acondicionamiento de aire. Clase Práctica # 14: Equipos paquete de refrigeración. Su capacidad y control. Objetivos: Seleccionar los equipos paquete de refrigeración partiendo de la carga de enfriamiento y el flujo volumétrico de aire frío requerido. Especificar los dispositivos para el control de la capacidad de los compresores, el flujo de refrigerante y la seguridad y protección del sistema. Clase Práctica # 15: Sistema de refrigeración por absorción. Objetivos: Calcular el calor necesario para el ciclo de absorción y los procesos físicoquímicos para producir el efecto refrigerante. Clase Práctica # 16: La bomba de calor. Objetivos: Seleccionar bombas de calor que suministran calentamiento a procesos industriales , considerando el punto de equilibrio. Clase Práctica # 17: Controles automáticos en lazo cerrado y abierto. Objetivos: Confeccionar diagramas con los componentes de control de un sistema de refrigeración y de aire acondicionado. Clase Práctica # 18: Selección de sistemas de control en refrigeración y acondicionamiento de aire. Objetivos: Seleccionar las mejores alternativas de sistemas de control en instalaciones de refrigeración y aire acondicionado.
V.
CONTENIDOS POR TEMAS.
Tema 1: Campo y usos de la refrigeración y el acondicionamiento del aire. Campo de la refrigeración y el acondicionamiento del aire. Componentes de los sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire. Sistemas sólo agua y sólo aire para el acondicionamiento del aire. Confort humano. Productos perecederos.
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Estándares de confort y tecnológicos. Principales aplicaciones de la refrigeración y el aire acondicionado. Fundamentos: el ciclo de refrigeración de Carnot, el coeficiente de comportamiento, ciclos teóricos, estándar y real. Intercambiadores de calor líquido-vapor en la admisión.
Tema 2: Cálculo de cargas de enfriamiento. Cargas de enfriamiento. El efecto de almacenamiento de calor. Ganancias de calor en los locales. Conducción a través de la estructura exterior. Conducción a través de la estructura interior. Radiación solar a través de vidrio. Condiciones de diseño. Alumbrado. Personas. Productos. Equipos. Infiltración. Transferencia de calor a los alrededores. Carga de enfriamiento del local. Cargas pico de enfriamiento. Carga pico en la construcción. Carga de enfriamiento o de refrigeración. Ventilación. Ganancia de calor en ductos. Calor desprendido en ventiladores y bombas. Fugas de aire en conductos. Oscilaciones de temperatura. Condiciones del aire de suministro. Resumen del procedimiento de cálculo. Ejemplos ilustrativos del cálculo de carga de enfriamiento de cámaras frías, locales residenciales y objetos de obra industriales. Aislamiento de cámaras frías. Espesor óptimo.
Tema 3: Psicrometría. Propiedades del aire. Determinación de las propiedades del aire. La carta psicrométrica. Localización de la condición del aire en la carta psicrométrica. Condensación en las superficies. Procesos: líneas de procesos, de enfriamiento y calentamiento sensibles, de humidificación y deshumidificación, procesos combinados, de enfriamiento evaporativo y de mezclado de aire. Análisis psicrométrico del sistema: determinación de las condiciones del aire de suministro, la relación de calor sensible, la línea de condiciones, la línea del proceso del serpentín. Análisis psicrométrico completo. Factor de contacto y factor de desvío. Temperatura superficial efectiva. Recalentamiento. Control de carga parcial. Ganancias de calor en el ventilador.
Tema 4: Sistemas y equipo de acondicionamiento de aire. Clasificaciones de sistemas: de sólo aire, de zona única, de recalentamiento, de zonas múltiples, de doble ducto, de volumen variable de aire (VAV), de sólo agua, de aire y agua. Comparación de sistemas unitarios y centrales. Unidades de recinto. Acondicionadores unitarios de aire. Unidades de techo. Unidades manejadoras de aire. Serpentines de expansión directa y de agua fría. Selección. Recalentamiento del aire. Caída de presión por el lado del refrigerante y por el lado del aire en los serpentines. Dispositivos para la limpieza del aire (filtros). Métodos de eliminación de polvo. Métodos de prueba de filtros. Tipos de limpiadores de aire. Selección de limpiadores de aire. Necesidades energéticas de los diferentes tipos de sistemas de acondicionamiento de aire. Conservación de la energía.
Tema 5: Sistemas y Equipos de Refrigeración. Sistema de refrigeración por compresión de vapor: Fundamentos. Equipo. Evaporadores. Tipos de compresores. Compresores reciprocantes, rotatorios, de tornillo y centrífugos. Control de capacidad. Condensadores. Dispositivos para
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control de flujo. Controles de seguridad. Equipos paquete de refrigeración. Selección. Eficiencia energética. Instalación. Torres de enfriamiento. Sistema de refrigeración por absorción: Fundamentos. Construcción y funcionamiento. Aplicaciones especiales. Control de capacidad. Instalación. La bomba de calor: Fundamentos. Eficiencia energética. Selección de bombas de calor. El punto de equilibrio. Energía solar. Aplicación de la bomba de calor. Refrigerantes. Tratamiento de agua. Conservación de la energía en la refrigeración.
Tema 6: Controles Automáticos. Descripción de los controles automáticos. Objetivos de los controles. El sistema de control: lazo cerrado y lazo abierto. Fuentes de energía. Diagrama de componentes de control. Tipos de acciones de control. Controladores. Dispositivos controlados. Selección de sistemas de control. Control por temperatura del local, por aire exterior, por el medio de enfriamiento y por humedad. Sistemas de control total. Sistema de servicio eléctrico a los motores. Protecciones. Sistemas de control en refrigeración.
VI.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
a) Con proyecto de curso. Las evaluaciones en Clases Prácticas y Prácticas de Laboratorio se consideran evaluaciones sistemáticas con un valor del 60%, divididas en 40% para las clases prácticas y 20% para las prácticas de laboratorio. Se hará un Proyecto de Curso con un valor del 40% . No hay Evaluaciones Parciales.
b) Sin proyecto de curso. Las evaluaciones en Clases Prácticas y Prácticas de Laboratorio se consideran evaluaciones sistemáticas con un valor del 60%, divididas en 40% para las clases prácticas y 20% para las prácticas de laboratorio. Se harán pequeñas Tareas orientadas en las clases de proyecto de curso, el resultado de las cuales representa el 40% del total de puntos. No se realizan evaluaciones parciales.
VII.
LITERATURA DOCENTE.
Textos básicos:
Pita, Edward G. : Principios y Sistemas de Refrigeración, Editorial Limusa, 1997. Pita, Edward G.: Acondicionamiento de Aire. Principios y Sistemas. Editorial CECSA, Primera Edición, 1994.
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Textos auxiliares:
Dossat, Roy J. Principios de Refrigeración, 11na Edición, 1991. Hernández, G.E., Calefacción, aire acondicionado y refrigeración, Ediciones Ciencia y Técnica, México, 1990. Carries, Manual de Aire Acondicionado, Edit. Marcombo, Barcelona, 1983. Jennings, B., Aire acondicionado y refrigeración, Edit. Continental, México 1988.
IX. RELACIÓN DE AUTORES Y APROBACIÓN. Nombre del docente que elaboró el programa: Dr.Prof. Titular, Oscar Cruz Fonticiella
Aprobado por:
_______________________ Ing. Mauricio Najarro Presidente Comisión Carrera
_______________________ Ing. Clementino Solares Decano FTI Octubre de 1998
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