CARRERA

MECÁNICA ELÉCTRICA

TITULO

ACONDICIONAMIENTO DE LABORATORIO DE METROLOGIA

AUTORES TELÉFONOS E-MAIL

Juan Carlos Reyes Alvarado 36499690 reyes_car@hotmail.com Juan Carlos Alonso Gallardo 36336588 speed.logic@hotmail.com Francisco Argüelles Acosta 12041920 pancholinmonroy@hotmail.com Moisés Omar Lomelí Cibrián 36355321 jedah_00@hotmail.com Miguel Anival Guidos Burgos 36901298 anival_27@hotmail.com RESUMEN DEL PROYECTO Se pretende diseñar un “Laboratorio de Metrología” para uso interno del CUCEI, el cual funcione adecuadamente y permita realizar prácticas específicamente para la materia de mediciones en ingeniería. Las condiciones de dicho laboratorio deben ser las óptimas que la norma señala, dando una comodidad al maestro y a los alumnos en cuanto a temperatura y humedad, y la certeza de que los datos tomados con los instrumentos de medición sean más precisos y exactos. Para la realización de dicho proyecto se predispuso un área dentro de las instalaciones del CUCEI, esta área fue determinada por autoridades del Departamento de mecánica en conjunto con los jefes del laboratorio y metrología del proyecto. Teniendo cálculos adecuados de las temperaturas entrantes y salientes; el laboratorio funcionará acorde a la temperatura de 20ºC ± 1ºC y la humedad del aire del 50% ± 3%.

ANTECEDENTES

La práctica de calefacción y ventilación ha hecho posible al hombre vivir bajo condiciones climáticas difíciles. El acondicionamiento del aire es el proceso que enfría, limpia y circula el aire, controlando, además; su contenido de humedad. En condiciones ideales logra todo esto de manera simultánea. No obstante que la refrigeración, como la conocemos actualmente, data de unos sesenta años, algunos de sus principios fueron conocidos hace tanto como 10 000 años a.c. Desde un principio, el hombre de las cavernas, para poder vivir en lugares fríos, hizo uso del fuego quemando para ello un combustible, y tuvo dificultades con la extracción del humo. Los métodos de calefacción y ventilación han cambiado notablemente desde aquellos tiempos en los que vivió el hombre prehistórico, pero permanecen los problemas fundamentales. En climas templados son necesarias la calefacción y ventilación durante el invierno para vivir con comodidad. Los residentes de las primeras civilizaciones que tuvieron su origen en áreas tropicales, donde las necesidades de calefacción eran innecesarias, se encontraron con el problema opuesto: como proyectar métodos de enfriamiento satisfactorios como el fin de conservar la temperatura del cuerpo a niveles suficientemente bajos. En ambas condiciones climáticas de calor y enfriamiento debe mantenerse un balance entre el individuo y sus alrededores. El objetivo de la calefacción o enfriamiento es proveer una atmósfera de comodidad que tenga tales características que los ocupantes de un espacio puedan efectivamente, disipar suficiente calor que les permita el funcionamiento adecuado del proceso y no perder este calor tan rápidamente qué produzca bajas temperaturas en el cuerpo.

El mecanismo que regula el cuerpo humano permite conservar la temperatura aproximadamente 98º F, siendo esta la temperatura normal del cuerpo humano, mientras que en el invierno, la disipación de calor no ofrece dificultades y puede controlarse si no es excesiva. La costumbre de usar ropa de invierno reduce las perdidas de calor. Sin embargo, es conveniente y necesario conservar durante el invierno la temperatura en interior a un valor apropiado dentro de los límites de la comodidad de tal manera que las funciones del cuerpo sean adecuadamente satisfechas sin tomar el calor del sistema regulatorio. DESARROLLO La carga térmica o carga de refrigeracion es el calor total por hora que se introduce al espacio refrigerado, y es la misma cantidad de calor que el sistema de refrigeración debe de extraer a fin de reducir y mantener las condiciones deseadas de temperatura. La carga de refrigeración se calcula parcialmente en calor por día (kJ/24hr), y finalmente se convierte a kJ/hr dividiendo la suma de todas las cargas de calor parciales, entre el tiempo de operación del equipo. Se sugiere agregar hasta un 10% como factor de seguridad a la sumatoria por imprecisión de la información.

La carga de refrigeración se origina por diversas fuentes de calor. Fuentes de Calor. Las fuentes de calor en un calculo de cargas térmicas dependen de la aplicación, en general las fuentes de calor son aquellas que de algún modo contribuyen para que el calor del producto o sustancia a refrigerar se incremente, estas ganancias de calor son de diversa índole pero deben de ser determinadas para lograr un calculo lo mas preciso posible:

• La Carga por Transmisión. • La Carga por Infiltración. • La Carga del Producto. • Cargas Internas.

Para obtener los cálculos de nuestra carga, se tuvo que realizar una medición del cuarto, así como obtener algunas variables que se requerirán para formular los cálculos pertinentes del laboratorio de metrología. Las medidas obtenidas, así como nuestras variables fueron las siguientes:

• Se requiere una temperatura en el interior del cuarto de: 20°C. • Se realizara un tiempo de enfriamiento (aire acondicionado) de: 8 hr. • EI tiempo de operación del equipo será de: 10hrs/24hrs. • EI alumbrado es de: 8 lámparas de 39W c/u. • Habrá un máximo de 15 personas trabajando aproximadamente 8hr al día dentro del cuarto. • El cuarto tiene las siguientes medidas:

l = 9.66m a = 5.17 h = 4.10m

Las formulas son las siguientes: Capacidad del Sistema en TR (toneladas de Refrigeración):

TRhrkJ

hrskJQsist

TR

*6702.12660

24⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=

FOhrkJQtotal

hrshrTO

hrskJQtotal

Qsist ==

24

24

[ ]( )FSQQQQQQQtotal AOMPIT +++++= NOTA: Debido a que el cuarto asignado se establecerá como laboratorio de metrología, hay cargas que no se tomaran en cuanta para los cálculos correspondientes, las cuales son:

QP = Carga por Producto QM = Carga por Motores Por lo que nuestra ecuación queda de la siguiente manera:

[ ]( )FSQQQQQQQtotal AOMPIT +++++= 1. La carga por transmisión se calcula aplicando la fórmula de transferencia de calor por

conducción, despreciando el factor de convección debido a su efecto es de un valor muy pequeño, AUDTQ =

El efecto solar es el aumento de temperatura equivalente debido a la radiación solar y depende de la orientación y posición de la cámara, localización geográfica y sobre todo del acabado de la superficie exterior.

LTextTkAQT )int( −

=

En donde: T int = 20°C Text = 32.7°C A = 9.66m (4.10m) = 39.606m2

k = 18 kJ / 24hrs*m*ºC

m

CCmCmhr

kJ

QT12.0

)º7.32º20)(606.39(º

18 2 −⋅⋅

=

hrskJQT

2443.75449=

2. La carga por infiltración es debida al aire que se infiltra a la cámara refrigerada. Esto es el

calor del aire exterior que entra al cuarto refrigerado. Esta compuesta por calor sensible (del aire) y calor latente (del vapor de agua contenido en el aire para condensarse). Se puede reducir esta carga si se tienen las siguientes medidas:

a. Antecámara tipo vestíbulo antes de entrar a la cámara de refrigeración.

b. Anden de carga cerrado, aislado y refrigerado. c. Cortinas de aire o tiras de plástico en cada puerta.

Los componentes del calor sensible y calor latente del aire difusor dentro de la cámara retienen

humedad del aire condensándola o congelándola y su cantidad depende de la temperatura del serpentín. Otra manera de calcular la carga del calor del aire es en base a loa cambios de aire por día y multiplicarla por la carga térmica del aire exterior.

( )( )( )QaCaVQI =

En donde: QI = Carga por infiltración del aire en kJ/24hrs. V = Volumen interior de la cámara en m3. Ca = Cambio de aire por día en 1/24hrs Qa = Carga del aire según condiciones exteriores e interiores en KJ/m3

Cambios de aire promedio por 24 horas para cámara de refrigeración por abertura de puertas e infiltración Volumen Arriba de Debajo de Volumen Arriba de Debajo de

Pies3 32 ºF 32 ºF Pies3 32 ºF 32 ºF Cambio de Cambio de Cambio de Cambios de aire por 24 horas aire por 24 horas aire por 24 horas aire por 24 horas

250 38.0 29.0 5,000 7,2 5.6 300 34.5 26.2 6,000 6.5 5.0 400 29.5 22.5 8,000 5.5 4.3 500 26.0 20.0 10,000 4.9 3.8 600 23.0 18.0 15,000 3.9 3.0 800 20.0 15.3 20,000 3.5 2.6

1,000 17.5 13,5 25,000 3.0 2.3 1,500 14.0 11.0 30,000 2.7 2.1 2,000 12.0 9.3 40,000 2.3 1.8 2,500 10.8 8.1 50,000 2.0 1.6

3.COC 9.5 7.4 75,000 1.6 1.3 4,000 8.2 6.3 100,00 1,4 1.1

Tomar 50% de los valores de la tabla para cuartos con antecámara. Agregar 50% para cámaras

con uso pesado Tomar el doble del valor para cuartos con puertas de servicio (supermercados)

Calor del aire a eliminar en cámara de refrigeración con temperatura interior

arriba de 30 ºF en BTU/pie3

Temperatura Temperatura de bulbo seco del aire entrando en ºF

85 ºF 9O ºF 95 ºF 1OO °F

Humedad Relativa del aire entrando en %

50% 60% 70% 50% 60% 70% 50% 60% 50% 60% 65 0.65 0.85 1.12 0.93 1.17 1.44 1.24 1.54 1.58 1.95

60 0.85 1.03 1.26 1.13 1.37 1.64 1.44 1.74 1.78 2.15

55 1.12 1.34 1.57 1.41 1.66 1.93 1.72 2.01 2.06 2.44 50 1.32 1.54 1.78 1.62 1.87 2.15 1.93 2.22 2.28 2.65 45 1.50 1.73 1.97 1.80 2.06 2.34 2.12 2.42 2.47 2.85

40 1.69 1.92 2.16 2.00 2.26 2.54 2.31 2.62 2.67 3.06

35 1.86 2.09 2.34 2.17 2.43 2.72 2.49 2.79 2.85 3.24

30 2.00 2.24 2.49 2.26 2.53 2.82 2.64 2.94 2.95 3.35

Ya con las

tablas para determinar las variables Ca y Qa, nos disponemos a realizar los cálculos siguientes:

Calor del aire a eliminar en cámara de refrigeración con temperatura Interior debajo de 30 ºF en BTU/pie3

Temperatura de bulbo seco del aire entrando °F

Temperatura O°r-i- 50"r'-t----a0"F I o5"r----i0"F.. 95"P- 100"r-

Humedad Relativa del aire entrando % 70% 80% 70% 80% 50% 60% 50% 60% 50% 60% 50% 60% 50% 60%

30 0.24 0.29 0.58 0.66 1.69 1.87 2.00 2.24 2.26 2.53 2.64 2.94 2.95 3.35 25 0.41 0.45 0.75 0.83 1.86 2.05 2.15 2.38 2.44 2.71 2.79 3.13 3.14 3.54 20 0.56 0.61 0.91 0.99 2.04 2.22 2.33 2.56 2.62 2.90 2.98 3.32 3.33 3.73 15 0.71 0.75 1.06 1.14 2.20 2.39 2.50 2.73 2.80 3.07 3.16 3.50 3.51 3.92 10 0.85 0.89 1.19 1.27 2.38 2.52 2.66 2.86 2.93 3.20 3.29 3.62 3.64 4.04 5 0.98 1.03 1.34 1.42 2.51 2.71 2.82 3.06 3.12 3.40 3.48 3.84 3.84 4.27 O 1.12 1.17 '1.48 1.56 2.68 2.86 2.98 3.21 3.28 3.56 3.65 4.00 4.01 4.43 -5 1.23 1.28 1.59 1.67 2.79 2.98 3.10 3.34 3.41 3.69 3.78 4.13 4.15 4.57

-10 1.35 1.41 1.73 1.81 2.93 3.13 3.25 3.49 3.56 3.85 3.94 4.30 4.31 4.74 -15 1.50 1.53 1.85 1.93 3.05 3.25 3.36 3.61 3.67 3.96 4.05 4.41 4.42 4.86 -20 1.63 1.68 2.01 2.09 3.24 3.44 3.56 3.81 3.8& 4.18 4.27 4.64 4.66 5.10 -25 1.77 1.80 2.12 2.21 3.38 3.56 3.69 3.93 4.A 4.30 4.39 4.76 4.78 5.21 -30 1.90 1.95 2.29 2.38 3.55 3.76 3.88 4.14 4.21 4.51 4.61 4.98 5.00 5.44

( )( )( )QaCaVQI = 37630.20410.417.566.9 mmmmhaIV =××=××=

Interpolación para Ca

( )hrs2414420.130.144752.424251.46

6337.564752.420.120.14

=+−−−

Tabla para Qa:

QaCHRhrs

kJCCT

Κ

Κ

º20%5024

2183.24º33.18º20int

=

=

32001.22 kJmQa =

hrskJ

mkJ

hrsmQI

248879.138532001.22

2414420.134251.46 3

3 =⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

hrskJQI

248879.13853=

3. La carga por ocupantes (o personas) se toma en cuenta por el número de personas que

laboraran dentro del cuarto.

FPCpNpQ )(0 = En donde: Qo = Carga por ocupantes dentro de la cámara en kJ/24hrs. Np = Numero de personas dentro del cuarto en personas. Cp = Calor por persona en kJ/hr *personas. FP = Factor de permanencia por día en hr/24hrs.

Temperatura Calor por Cámara °F persona BTU/hr-

persona 50 720 45 780 40 840 35 895 30 950 25 1000 20 1050 15 1125 10 1200 5 1250 O 1300 -5 1350

-10 1400

FPCpNpQ )(0 =

hrshrsFP

personahrkJCCp

personahrkJCCp

Np

248

5589.558º20

6402.759º10

20

=

∗=

∗=

=

Κ

Κ

( )( )hrs

kJhrkJpersonasQ24

424.8936985589.558200 ==

Nota: El 24hrs se toma como la unidad. 4. La carga por alumbrado es la del cuarto que genera calor al estar encendido solo de la estancia de personas que laboran dentro del mismo.

( )( )( )FPWINIQA 5977.3= En donde: QA = Carga por alumbrado dentro de la cámara en kJ/24hrs. NI = Numero de luminarias dentro del cuarto en luminarias. WI = Potencia de la luminaria en Watts/luminaria. 3.5977kJ/hr x W = Calor generado por Watt. FP = Factor de permanencia por día en hr/24hrs

( )( )( )FPWINIQA 5977.3= NI = 6 lámparas. WI = 39 Watt por cada lámpara. FP = 8hr/24hrs. 3.5977kJ/hr x W.

hrskJ

hrshr

lampWattlamp

WatthrkJQA

248944.6734

24839)6(

*5977.3 =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

LABORATORIOMETROLOGIA

SALON No. 2

SALON No. 1

UNIDAD EVAPORADORA DE AIRE ACONDICIONADO TIPOMINISPLIT DE CAPACIDAD INDICADA, CARACTERISTICASELECTRICAS INDICADAS.

UNIDAD CONDENSADORA DE AIRE ACONDICIONADO "UC"DE CAPACIDAD INDICADA, CARACTERISTICAS ELECTRICAS INDICADAS.

TABLERO ELECTRICO DE DISTRIBUCION TIPO "NQOD", (ATORNILLABLE) 1F., 3H., 220/127V., 60Hz., COLOCADO EN MURO A 1.50m. S.N.P.T. AL CENTRO DEL GABINETE., MARCA Sq'D o EQUIVALENTE APROBADA.

INTERRUPTOR DE SEGURIDAD (DESCONECTADOR) SIN PORTA FUSIBLES EN GABINETE NEMA-1 o NEMA-3R, CARACTERISTICAS ELECTRICAS INDICADAS., MARCA ARROW-HART o EQUIVALENTE APROBADA.

TUBERIA CONDUIT METALICA GALVANIZADA PARED GRUESA, MARCA OMEGA o EQUIVALENTE APROBADA COLOCADA EN FORMA APARENTE POR LOSA DE AZOTEA.

TUBERIA CONDUIT METALICA FLEXIBLE CON CUBIERTA DE PVC A PRUEBA DE LIQUIDOS LIQUID-TIGHT, MARCA TUBOS METALICOS FLEXIBLES. S.A o EQUIVALENTE APROBADA.

SIMBOLOGIA

CALZ. OLIMPICA

GRAL. M

ARCELINO G

ARCIA BARRAGAN

CORR

EGID

ORA

AV. REVOLUCION

CONCLUSIONES

De acuerdo al anteproyecto que diseñamos los alumnos de la asignatura : “Metodología y Diseño de

Proyecto Electromecánico”, para implementar el Laboratorio de Metrología, dentro del CUCEI, ya que no se

cuenta con el área adecuada para esta praxis dentro de nuestro centro universitario, consideremos que dentro del proceso enseñanza-aprendizaje, es fundamental realizar las practicas correspondientes, que nos llevan a la mejora continua y la calidad de los alumnos de mediciones de ingeniería, que se logra con las habilidades desarrolladas, por medio de las técnicas aprendidas. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

Manual de Refrigeración y Aire Acondicionado

Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A

Principios de Refrigeración

Autor: Roy J. Dossat

Editorial: CECSA