Enfriamiento y Deshumidificación
Enfriamiento y Deshumidificación
La combinación de enfriamiento y deshumidificación, se encuentra en prácticamente todos los sistemas de aire acondicionado. La deshumidificación misma, no puede llevarse a cabo por la refrigeración mecánica, sin remover también el calor sensible. Si solamente se desea deshumidificar individualmente, entonces deben utilizarse desecantes químicos.
La deshumidificación es la remoción del vapor de agua presente en el aire. La cantidad del vapor de agua, presente dentro de una zona ocupada, variará dependiendo del número de personas presentes y de su actividad, la condición del aire exterior, la estructura del edificio y la cantidad de infiltración.
Al enfriamiento y deshumidificación del aire para confort humano, se le conoce comúnmente como aire acondicionado. Esto no es totalmente correcto, ya que el término «aire acondicionado», se refiere a cualquiera o todas las fases de enfriar, calentar, ventilar, filtrar, distribuir, etc., el aire, para que cumpla los requerimientos del espacio acondicionado. El enfriamiento y deshumidificación del aire, es la fase del aire acondicionado que le concierne al técnico en refrigeración, ya que normalmente, requiere el uso de un equipo de refrigeración mecánica. Para poder producir el enfriamiento y la deshumidificación requeridos para el espacio acondicionado, el equipo de refrigeración debe estar funcionando adecuadamente, y debe tener la capacidad correcta para la aplicación.
Cuántas veces hemos oído al desesperanzado cliente decir: «Sí, el equipo trabaja bien, pero no enfría lo suficiente». Los cálculos para determinar la carga térmica en el espacio, y los requerimientos de la distribución del aire, no serán cubiertas en este texto; pero, sí podemos hacer una revisión rápida con la ayuda de la carta psicrométrica, para ver qué tanta capacidad tiene un equipo de refrigeración, bajo condiciones reales de trabajo.
Las herramientas necesarias para estos cálculos consisten de un psicrómetro, un instrumento para medir velocidades del aire ( un anemómetro, un tubo de pitot, etc.), una calculadora y una carta psicrométrica.
Por ejemplo, revisaremos la capacidad de un sistema de aire acondicionado, el cual ha sido clasificado por el fabricante en 10 T.R o sea 30,240 kcal/h (120,000 btu/h). En nuestra prueba de capacidad, no usaremos las mismas condiciones de prueba que el fabricante, pero podemos aproximarnos, utilizando 100% de aire de retorno a la entrada del evaporador en un día caluroso de verano, ajustando la velocidad del ventilador para que dé una velocidad del aire de aproximadamente 150 m/min, sobre la superficie del serpentín.
Mientras que este ejemplo se refiere específicamente al acondicionamiento de aire de verano, las condiciones de humedad controlada se aplican igualmente al almacenamiento de carne, por ejemplo, en una cámara de conservación.
Lo primero que hay que hacer, es medir las temperaturas de bs y de bh del aire que entra y sale del serpentín del evaporador. En este ejemplo, las condiciones iniciales del aire son de 27 o C de bs y de 20 o C de bh; las condiciones a la salida o finales son de 10 o C de bs y 9 o C de bh. Las lecturas de la velocidad del aire sobre el serpentín, se sacan dividiendo mentalmente la superficie frontal del serpentín en cuadros de entre 5 y 8 cm (2 a 3 pulg.). Se toman lecturas en cada cuadro imaginario, se registran estas lecturas y se saca un promedio. Mientras más lecturas se tomen, mayor será la precisión. En nuestro ejemplo, usaremos una velocidad promedio del aire de 158 m/min, y un evaporador de 91 cm de largo por 46 cm de alto.
El primer paso para calcular la capacidad del sistema, es trazar las condiciones del aire a la entrada y a la salida del serpentín sobre la carta psicrométrica, tal como se muestra en la figura 13.23. El punto 1 representa las condiciones de entrada del aire, y el punto 2 representa de salida. El punto 3, representa la temperatura aproximada real del serpentín. El punto 3 se encuentra extendiendo la línea recta que conecta los puntos 1 y 2, hasta la curva de saturación. Este punto, también llamado el «punto de rocío del aparato», es la temperatura promedio del agua que se condensa sobre la superficie del serpentín. Conforme sea la condición se mueve a la izquierda de la carta, removiendo calor del aire, pero también humedad.
Enseguida, encontramos el cambio de calor total en un kilogramo de aire, restando la entalpía en la condición de salida, de la entalpía en la condición de entrada:
ht = 57.5-27.0= 30.5 kJ/kg (13.74-6.45 = 7.29 kcal/kg).
Puesto que el volumen del aire sobre el serpentín, es controlado por el ventilador, y que éste mismo aire cambiará de densidad y volumen específico al cambiar la temperatura a través del sistema, el siguiente paso será determinar el peso total del aire que circula por el ventilador. El peso del aire no cambiará, puesto que la materia no puede ser creada ni destruida.
El área frontal del evaporador es de 91 x 46 cm o 0.4186 m² (0.91 m x 0.46 m). Si multiplicamos esto por la velocidad del aire sobre el serpentín, tendremos un valor de 66.138 m³/min (0.4186 m² x 158 m/min). Ahora, para poder convertir este volumen de aire a peso, dividimos los m³/min entre el volumen específico del aire a las condiciones de entrada, ya que siempre debemos hacer los cálculos para el punto al cual se tomó la medición de la velocidad del aire. Un vistazo a la carta, muestra que la condición de entrada cae un poco menos de la mitad, entre las líneas constantes de volumen de 0.85 y 0.90 m³/ kg de aire seco. Podemos estimar por interpolación, que el valor de volumen específico es de 0.87 m³/kg; así pues, tenemos un peso total de aire circulado de 76.02 kg/min (66.138 ÷ 0.87).
Ahora, del cálculo anterior, tenemos un cambio de entalpía de 7.29 kcal/kg y tenemos 76.02 kg de aire circulando por minuto. Multiplicando estos dos valores, nos dará el cambio de entalpía en el aire por minuto, o sea, 7.29 x 76.02 = 554.2 kcal/min. La capacidad total del equipo, bajo condiciones reales, se obtiene multiplicando las kcal/min por 60, para obtener las kcal/h, 554.2 x 60 = 33,252 kcal/h, que son aproximadamente 11 T.R.
Para efecto de simplificar los cálculos, se puede utilizar la siguiente fórmula:
Qt = A x V x Δ ht x 60 / V (kcal/h)
donde:
Qt = calor total (kcal/h).
A = área frontal del serpentín (m²).
V = velocidad del aire entrando al serpentín (m/min).
ht = cambio de entalpía, de la carta psicrométrica (kcal/kg).
v = volumen específico del aire entrando al serpentín (m³/kg).
Ejemplo:
Qt= 0.4186 m² x 158 m/min x 7.29 kcal/kg x 60 min/h / 0.87 m³/kg
Qt = 33,252 kcal/h
