ÍNDICE148.206.53.84/tesiuami/ Propiedades del vapor de agua 6 1.2.1 Constante particular del vapor…

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    NDICE

    NOMENCLATURA xi

    INTRODUCCIN 1

    CAPTULO 1 5

    FUNDAMENTOS PSICOMTRICOS 5

    1.1 Propiedades fsicas del aire seco 5 1.1.1 Composicin del aire seco 5 1.1.2 Constante particular del aire seco 5 1.1.3 Volumen especfico del aire seco 5 1.1.4 Calor especfico del aire seco 6 1.1.5 Entalpa del aire seco 6 1.1.6 Entropa del aire seco 6

    1.2 Propiedades del vapor de agua 6 1.2.1 Constante particular del vapor de agua 6 1.2.2 Volumen especfico del vapor de agua 7 1.2.3 Calor especfico del vapor de agua 7 1.2.4 Entalpa del vapor de agua 7 1.2.5 Entropa del vapor de agua 8

    1.3 Propiedades de la mezcla aire-vapor 8 1.3.1 Ley de Dalton de las presiones parciales 8 1.3.2 Mezcla aire-vapor saturada y sobrecalentada 9 1.3.3 Humedad especfica 9 1.3.4 Humedad relativa 10 1.3.5 Humedad absoluta 11 1.3.6 Volumen especfico de la mezcla aire-vapor 11 1.3.7 Entalpa especfica de la mezcla aire-vapor 11 1.3.8 Entropa especfica de la mezcla aire-vapor 11 1.3.9 Temperatura del punto de roco 12 1.3.10 Proceso de saturacin adiabtica 13 1.3.11 Temperatura de bulbo hmedo 14 1.3.12 Nmero de Lewis 16 1.3.13 Relacin entre las temperaturas de bulbo seco, de bulbo hmedo y punto de roco, al humidificar el aire. 16 1.3.14 Ecuacin de Carrier 16 1.3.15 Carta psicomtrica 17

    1.4 Procesos de aire acondicionado 19 1.4.1 Calentamiento y enfriamiento 19 1.4.2 Mezcla de flujos de aire 20 1.4.3 Enfriamiento y deshumidificacin 22 1.4.4 Calentamiento y deshumidificacin 23

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    1.4.5 Humidificacin 24 1.4.6 Deshumidificacin 26

    1.5 Cantidad y caractersticas del aire suministrado 27 1.5.1 Cantidad de aire necesaria 27

    1.5.1.1 En temporada de invierno 27 1.5.1.1 En temporada de verano 28

    1.5.2 Clculos de humedad 28 1.5.3 Factor de calor sensible 29 1.5.4 Clculos con el factor sensible 29 1.5.5 Casos especiales de las lneas de factor de calor sensible 31 1.5.6 Aire de retorno 33

    1.6 Metodologa para obtener las propiedades termodinmicas del aire en los procesos de acondicionamiento de aire 34

    1.7 Cnclusiones 43

    CAPTULO 2 45

    TORRES DE ENFRIAMIENTO 45

    2.1 Introduccin 45

    2.2 Tipos de torres de enfriamiento 46

    2.3 Humidificacin de aire por en una torre de enfriamiento 48 2.3.1 Aproximacin de la torre 49 2.3.2 Rango de la torre 49 2.3.3 Eficiencia de la torre 49 2.3.4 Capacidad de enfriamiento 50

    2.4 Metodologa para obtener las propiedades termodinmicas del agua y del aire a la entrada y salida de una torre de enfriamiento 51

    2.4.1 Agua 51 2.4.2 Aire 51 2.4.3 Flujos de agua 53 2.4.4 El cambio de entropa del aire hmedo 53

    2.5 Simulacin y presentacin de resultados de torres de enfriamiento 54

    2.6 Conclusiones 59

    CAPTULO 3 61

    REFRIGERACIN 61

    3.1 Refrigerantes 61 3.1.1 Bixido de carbono 62

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    3.2 Ciclo de refrigeracin por compresin de vapor 63 3.2.1 Efecto frigorfico 65 3.2.2 Potencia frigorfica 65 3.2.3 Flujo de refrigerante 65 3.2.4 Potencia suministrada al compresor 66 3.2.5 Coeficiente de operacin de los sistemas de refrigeracin 66

    3.3 Metodologa para el clculo de las propiedades termodinmicas del CO2 en cada proceso en el ciclo de refrigeracin. 66

    3.4 Simulacin y presentacin de resultados del ciclo de refrigeracin por compresin de vapor utilizando como refrigerante el CO2 68

    3.5 Conclusiones 71

    CONCLUSIONES 73

    BIBLIOGRAFA 75 NDICE DE FIGURAS Figura 1.1. Diagrama T-s del vapor de agua. Lneas isentlpicas. 7 Figura 1.2. Diagrama T-s del vapor de agua contenido en el aire hmedo.

    Estado del vapor de agua (1), estado de saturacin a Tbs (2). 10 Figura 1.3. Diagramas T-s y p-v del vapor de agua contenido en el aire

    hmedo. Dos posibles procesos de saturacin de aire: por compresin isotrmica y por enfriamiento isbarico. 12

    Figura 1.4. Proceso de saturacin adiabtica. 14 Figura 1.5. Diagrama T-s del vapor de agua. Saturacin de aire por el proceso

    de bulbo hmedo (proceso 1-4). 15 Figura 1.6. Temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo hmedo y

    temperatura de punto de roco al humidificarse el aire. 16 Figura 1.7. Carta psicomtrica. 17 Figura 1.8. Calentamiento sensible en los diagramas T-s y -Tbs. 19 Figura 1.9. Enfriamiento sensible en los diagramas T-s y -Tbs. 20 Figura 1.10. Diagrama -Tbs. Mezcla de dos corrientes de aire hmedo. 21 Figura 1.11. Diagrama -Tbs. Mezcla de dos corrientes de aire hmedo. Donde

    ocurre condensacin para el estado final. 22 Figura 1.12. Enfriamiento y deshuimidificacin del aire. 22 Figura 1.13. Proceso de enfriamiento y deshumidificacin en los diagramas

    T-s y -Tbs. 23 Figura 1.14. Diagrama -Tbs. Calentamiento y deshumidificacin. 23 Figura 1.15. Diagrama -Tbs. Procesos de humidificacin en un

    humidificador. 24 Figura 1.16. Humidificacin de aire. 25 Figura 1.17. Diagrama T-s y carta psicomtrica. Calentamiento (proceso 1-1)

    y humidificacin (proceso 1-2) de aire. 25

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    Figura 1.18. Calentamiento, humidificacin y recalentamiento. 26 Figura 1.19. Diagrama T-s y Carta psicomtrica. Humidificacin de aire. 26 Figura 1.20. Deshumidificacin de aire. 27 Figura 1.21. Diagrama T-s y Carta psicomtrica. Deshumidificacin de aire. 27 Figura 1.22. Lnea de factor sensible con pendiente z. 30 Figura 1.23. Casos donde la lnea de proceso no corta ninguna curva de

    humedad relativa elevada. 31 Figura 1.24. Recalentamiento de aire que sale del acondicionador a altas

    humedades relativas. 32 Figura 1.25. Carta psicomtrica. Condiciones de la mezcla del aire

    acondicionado y el aire de retorno. 33 Figura 1.26. Condiciones de la mezcla del aire suministrado del exterior y el

    aire de retorno. 34 Figura 1.27. Diagrama esquemtico del sistema de aire acondicionado. 34 Figura 1.28. Carta psicomtrica. Estados y procesos del ejemplo 1. 41 Figura 1.29. Flujo msico de aire del exterior en funcin de la temperatura de

    bulbo hmedo. 41 Figura 1.30. Flujo msico de aire de retorno en funcin de la temperatura de

    bulbo hmedo. 42 Figura 1.31. Calor retirado por la unidad de aire acondicionado en funcin de

    la temperatura de bulbo hmedo. 42 Figura 2.1. Torres de tiro natural. a) Flujo cruzado y b) a contra flujo 46 Figura 2.2. Torre de tiro forzado a: a) contra flujo y b) flujo cruzado. Torre de

    tiro inducido a: c) contra flujo y d) flujo cruzado. 47 Figura 2.3. Torre de enfriamiento. 48 Figura 2.4. Carta psicomtrica. Comportamiento de una torre de enfriamiento. 50 Figura 2.5. Carta psicomtrica. Humedad especfica en funcin de la

    temperatura de bulbo seco. 55 Figura 2.6. Entalpa del aire en funcin de la temperatura de bulbo seco. 56 Figura 2.7. Lneas de operacin. Temperatura del agua contra entalpa del aire. 56 Figura 2.8. Agua evaporada en funcin de la humedad relativa del aire a la

    entrada de la torre. 57 Figura 2.9. Temperatura de bulbo hmedo del aire a la entrada de la torre de

    enfriamiento en funcin de la humedad relativa del aire a la entrada de la misma. 57

    Figura. 2.10. Produccin de entropa en funcin de la humedad relativa del aire a la entrada de la torre de enfriamiento 58

    Figura 2.11. Aproximacin de la torre de enfriamiento en funcin de la humedad relativa del aire a la entrada de la torre. 58

    Figura. 2.12. Eficiencia de enfriamiento de la torre de enfriamiento en funcin de la humedad relativa del aire a la entrada de la torre de enfriamiento. 59

    Figura 2.13 Capacidad de enfriamiento de la torre de enfriamiento en funcin de la humedad relativa del aire a la entrada de torre. 59

    Figura 3.1. Presin entalpa del ciclo refrigeracin por compresin de vapor operando a rgimen: a) subcrtico y b) transcrtico. 63

    Figura 3.2. Ciclo inverso de Carnot. 63 Figura 3.3. . Esquema de un sistema de refrigeracin por compresin de vapor

    de una etapa. Diagrama p-h. 64

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    Figura 3.4. Diagrama p-h. Ciclo del CO2 transcrtico, con variacin en la presin de descarga. 68

    Figura 3.5. Coeficiente de operacin de refrigeracin en funcin de la presin de condensacin a diferentes temperaturas del refrigerante a la salida del condensador/enfriador de gas. 70

    Figura 3.6. COP en funcin de la temperatura a la salida del condensador, para distintas presiones de descarga. 70

    Figura 3.7. Potencia suministrada al compresor en funcin de la presin de condensacin para diferentes temperaturas a la salida del condensador/enfriador de gas. 71

    NDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Composicin del aire seco. 5 Tabla 1.2. Iteraciones para determinar la temperatura de bulbo hmedo. 36 Tabla 1.3. Propiedades del estado 1. 37 Tabla 1.4. Propiedades del estado 2. 38 Tabla 1.5. Propiedades del estado 4. 39 Tabla 1.6. Propiedades del estado 3. 40 Tabla 3.1. Caractersticas de refrigerantes alternativos. 62 Tabla 3.2. Propiedades de cada estado del ciclo 1-2-3-4, operando a una

    presin de descarga de 80 bar. 69 Tabla 3.3. Comportamiento energtico del ciclo 1-2-3-4, operando a una

    presin de descarga de 80 bar. 69

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    OBJETIVO El objetivo de este trabajo es realizar un anlisis del comportamiento energtico de los sistemas de refrigeracin, tales como: aire acondicionado, torres de enfriamiento y sistemas de refrigeracin por compresin de vapor; basndose en el estudio de los fundamentos del la psicometra y los ciclos de refrigeracin por compresin de vapor. JUSTIFICACIN La necesidad de desarrollar nuevas tecnologas de refrigeracin menos agresivas con el medio ambiente y con un uso de la energa ms eficiente, estimula la investigacin de los principios de los procesos de refrigeracin con otro tipo de refrigerantes, tales como el CO2, para lograr el desarrollo e innovacin de los sistemas de refrigeracin. ALCANCE Por medio del estudio de los funda