Acondicionament d'aire

Archiu:TECO MA-750B in Nangang 20110217.jpg

El acondicionament d'aire és el tractament de l'aire que modifica les condicions de cert lloc per a adequar-les a unes necessitats determinades. Per eixemple, en el cas de gelar una habitació, l'acondicionament d'aire —per mig de l'us del aire acondicionat (A/C)— realisa el procés d'eliminar la calor i la humitat de l'interior d'un espai per a millorar la comoditat dels seus ocupants.

Terminologia

Pres lliteralment, el terme aire acondicionat deuria referir-se a cóm deu tractar-se l'aire dels ambients habitats en qualsevol época de l'any, faça en l'exterior fret o calor, pero en l'us normal sembla que solament afecta a la climatisació d'estiu. Efectivament, quan es va inventar, es va presentar el problema de que en gelar l'aire, aumentava la humitat relativa, per lo que va haver necessitat de tractar (secar) l'aire per a que l'ambient no resultara massa humit, al contrari de lo que ocorria en els sistemes de climatisació d'hivern, en els que aparentment la humitat relativa no tenia tanta importància (en els ambients calefactados l'ocupació i les activitats afigen vapor d'aigua, encara que a voltes siga insuficient). D'ahí que el terme haja quedat per a nomenar la climatisació en temps càlit.

Desenroll

Des de molt abans existien les màquines frigorífiques que s'utilisaven per a la fabricació de gèl i per a la conservació d'aliments, pero quan estes màquines es varen voler aplicar als ambients habitats es va trobar el problema de l'aument d'humitat relativa, en baixar la temperatura sense llevar la humitat de l'aire, de modo que no es va conseguir fins que es va poder "acondicionar" este paràmetro.

La primera unitat d'acondicionador d'aire elèctrica moderna va ser inventada per Willis Carrier en 1902 en Búfalo, en l'estat de Nova York.

La ciència que estudia les propietats de la mescla aire-vapor d'aigua i establix les relacions entre elles per al seu càlcul i tractament, es diu psicrometría,^[1] (del grec psicros, ‘fret’, i metros, ‘mida’). Les fòrmules establides per la mateixa, faciliten també la construcció de diagrames d'aire humit que faciliten el càlcul i proporcionen un resultat visual de la transformació.

La popularitat de l'us domèstic de l'aire acondicionat en les llars ha aumentat considerablement en el XX, que inclús en Estats Units prop del 90 % de les llars conten en aire acondicionat; no aixina en Europa a on no és tan comú pel clima predominantment fresc. No obstant, a banda de l'us domèstic o particular (en oficines o salons d'events, compres, etc.) hi ha multitut d'activitats que requerixen unes condicions d'aire específiques o determinades com: laboratoris de metrologia i calibración, sales d'ordenadors, sales d'exposicions, quirófans i sales de vigilància intensiva (UVI), sales blanques en general, fabricació de dolces, fabricació de textils, etc. Un sinfín de processos industrials^[2] que precisen unes condicions ambientals fixes, que poden ser molt diferents de les condicions de confort, pero determinants per a la manipulació o la calitat del producte final.

Processos d'acondicionament d'aire

En instalacions completes de climatisació, l'acondicionament de l'aire es fa per mig d'Unitats de Tractament d'Aire (UTA), que són aparats modular en els que en cada mòdul es realisa un tractament i s'agrupen en funció de les condicions finals d'aire requerides. El tractament d'aire més complet, és la climatisació, en la que es necessiten la major part dels mòduls existents, per a garantisar les condicions del benestar tèrmic de les persones. Provablement per esta raó, les UTAs es coneixen normalment com climatizadorés. Els mòduls de calor i fret, funcionen en bateries d'aigua calenta i freda respectivament, que obtenen de generadors independents; la producció d'aigua calenta sol confiar-se a calderes i la d'aigua freda a màquines frigorífiques cridades enfriadoras.

Mòdul de ventilació

El mòdul situat en cap de qualsevol UTA, és sempre un ventilador que mou un cabal másico d'aire $m$ pres de l'ambient a tractar, ho fa passar per tots els mòduls instalats en la seua aspiració i ho impulsa, ya tractat, de nou a l'ambient.

En aquelles instalacions en les que existix una àmplia ret de tornada o en aquelles en les que existix refredat gratuït (free-cooling) de l'aire, s'instalen dos ventiladors; un en la impulsión i un atre en la tornada, que solen ser del mateix cabal i en una pressió disponible corresponent a la pèrdua de càrrega de la part de ret de distribució a la que abastixen.

Filtrat

La funció de filtrat es complix en el mòdul de filtració i en etapes de filtració instalades en punts clau de la distribució. Consistix en tractar l'aire per mig de filtres adequats a fi de llevar-li pols, impurees i partícules en suspensió. El grau de filtrat necessari dependrà del tipo d'instalació de #acondicionament a efectuar. Per a la neteja de l'aire s'ampren filtres que normalment són del tipo mecànic, composts per substàncies porosas per les que s'obliga a passar a l'aire i en les que deixa les partícules que du en suspensió.

En les instalacions comunes de confort s'usen filtres de poliuretano, llana de vidre, microfibras sintètiques o metàliques d'aram en teixit de distinta malla d'acer o alumini embebidos en oli. El filtre és el primer element, i molt comunament, també l'últim a instalar en la circulació de l'aire, perque no solament protegix als locals acondicionats, sino també al mateix equip d'acondicionament.

Calfament sensible

En el calfament sensible, l'aire passa a través del mòdul de calefacció, que consistix en una bateria per la que circula aigua generalment procedent d'una caldera. En el pas, l'aire aumenta la seua temperatura de $t_{1}$ a $t_{2}$ i la seua entalpia sense modificar la humitat específica, de tal forma que a l'entrada:

h_{1} = 1005. t_{1} + (2257.1 0^{3} + 1872, 3. t_{1}) w

I a l'eixida:

h_{2} = 1005. t_{2} + (2257.1 0^{3} + 1872, 3. t_{2}) w

Restant membre a membre:

h_{2} - h_{1} = 1005 (t_{2} - t_{1}) + 1872, 3. w (t_{2} - t_{1})

h_{2} - h_{1} = (1005 + 1872, 3. w) (t_{2} - t_{1})

és l'energia tèrmica rebuda per cada kg d'aire, per a passar de $t_{1}$ a $t_{2}$ . La humitat màxima corresponent a $t_{2}$ haurà aumentat, per lo que la seua humitat relativa haurà disminuït. La potència de la bateria de calor serà el producte de l'energia rebuda per kg, multiplicada pel cabal másico $\dot{m}$ .

Q = \dot{m} . (h_{2} - h_{1})

En els sistemes en expansió directa, la bateria d'aigua calenta se substituïx pel condensador d'una màquina frigorífica o bomba de calor, de manera que és la condensació del refrigerante la que aporta la calor necessària, per intercanvi directe en l'aire.

Mescla

En el calfament sensible, la disminució de la humitat relativa unida a la recirculación contínua d'un cabal $\dot{m}$ , sense cap tipo de renovació, fan que a la veta de no molt temps, l'aire es deteriore, i sobretot en l'acondicionament de confort (climatisació), que l'usuari senta la sequetat i el enrarecimiento de l'aire.

Per açò, les instalacions solament calefacció no són les més aconsellables. Una millora del sistema és incorporar ventilació, és dir, una entrada d'una cantitat d'aire exterior que diluïxca la concentració^[3] de contaminants en l'aire.

Si s'afig una cantitat d'aire exterior, en algun punt es produïx una mescla de dos #fluix d'aire en diferents condicions. L'aire nou de l'edifici o aire de ventilació penetra a través d'una reixa de pren d'aire, ubicada en l'exterior, en un recint cridat mòdul de mescla, en ell es mescla l'aire nou en l'aire de tornada dels locals, regulant-se els seus cabals respectius per mig de persianes d'accionament manual o automàtic.

Efectuant un balanç de matèria i d'energia s'obté:

Per conservació de la massa:

{\dot{m}}_{1} + {\dot{m}}_{2} = {\dot{m}}_{M} [k g_{a s} / s]

Per conservació de cantitat de vapor o balanç d'aigua:

{\dot{m}}_{1} . w_{1} + {\dot{m}}_{2} . w_{2} = {\dot{m}}_{M} . w_{M}

A on $w$ és la raó d'humitat (kg vapor d'aigua/kg_as) de les corrents.

Per conservació d'energia:

{\dot{m}}_{1} . h_{1} + {\dot{m}}_{2} . h_{2} = {\dot{m}}_{M} . h_{M}

A on $h$ és l'entalpia en (J/kg_as) de les corrents.

D'estes tres equacions s'obté:

w_{M} = \frac{{\dot{m}}_{1} . w_{1} + {\dot{m}}_{2} . w_{2}}{{\dot{m}}_{M}} \Rightarrow h_{M} = \frac{{\dot{m}}_{1} . h_{1} + {\dot{m}}_{2} . h_{2}}{m_{M}}

També s'utilisa en una aproximació prou bona:

t_{M} = \frac{{\dot{m}}_{1} . t_{1} + {\dot{m}}_{2} . t_{2}}{{\dot{m}}_{M}}

Refredat sensible

En el refredat sensible, l'aire passa a través del mòdul de refrigeració, que consistix en una bateria per la que circula aigua procedent d'una enfriadora. En el pas, l'aire disminuïx la seua temperatura de $t_{1}$ a $t_{2}$ i la seua entalpia disminuïx sense modificar la humitat específica. Per a que ocórrega el procés d'esta forma, és necessari que la temperatura de la bateria, o de l'aigua que circula per ella, estiga per damunt de la temperatura de rocío corresponent a l'estat 1. De no ser aixina, hi haurà condensació i per tant disminució de la humitat específica.

Per lo demés, tot és al contrari que en el calfament sensible. La capacitat d'absorció d'humitat disminuïx i per tant aumenta la humitat relativa.

Q = \dot{m} . (h_{2} - h_{1})

$Q$ serà negatiu , ya que $h_{1} > h_{2}$ . El signe no té més significat que l'indicació del sentit del fluix de l'energia tèrmica, que en este cas és extreta en lloc d'aportada.

Humidificación sense canvi de temperatura seca

És la transformació en la que aumenta el contingut de vapor de l'aire humit sense modificar el seu temperatura seca. Este procés es conseguix en l'aportació d'una chicoteta cantitat de vapor d'aigua a l'aire. La cantitat de vapor afegit per cada kg d'aire sec serà:

Δ w = w_{2} - w_{1}

i se sol realisar per un generador de vapor. Quan s'afig vapor a temperatura igual o superior a 100 °C, el procés resultant determina una humidificación i llauger calfament de l'aire. En tot cas, la variació de temperatura seca és molt chicoteta per lo que en la pràctica es considera com un procés isotèrmic. En este procés hi ha una mescla de dos masses, la de l'aire $m_{1}$ i la del vapor d'aigua $m_{v}$ , en lo que la suma d'ells serà:

m_{1} + m_{v} = m_{2}

Fent un balanç de cantitat d'aigua es té que:

m_{1} . w_{1} + m_{v} = m_{2} . w_{2}

Substituint :

m_{1} . w_{1} + m_{v} = (m_{1} + m_{v}) w_{2} \Rightarrow m_{v} - m_{v} . w_{2} = m_{1} . w_{2} - m_{1} . w_{1} \Rightarrow m_{v} . (1 - w_{2}) = m_{1} (w_{2} - w_{1})

Per tant:

m_{v} = m_{1} . \frac{w_{2} - w_{1}}{1 - w_{2}} [k g / s]

D'una manera menys precisa es pot calcular en cabals volumètrics, és dir:

m_{v} [k g / s] = q [m^{3} / s] .1, 2 [k g / m^{3}] . (w_{2} - w_{1}) [k g / k g]

Deshumidificación sense canvi de Tª seca

És la transformació inversa a l'anterior i es pot realisar en algun tipo de producte dessecant o absorbent que elimine la humitat de l'aire sense variar la seua temperatura, com gel de #sílice.

Refredat i deshumidificación

Quan es fa passar una corrent d'aire humit per una superfície freda que es manté a una temperatura inferior a la de rocío del mateix, condensará una part de l'aigua que conté i per tant disminuirà la seua humitat. En condicions ideals, l'aire abandonaria el sistema en una temperatura seca igual a la temperatura de la bateria i en una humitat relativa del 100 %.

La temperatura de rocío de la bateria, $t_{a d p}$ , és la temperatura de l'aire tractat a l'eixida de la mateixa i coincidix molt aproximadament en la temperatura de la decorreguda fredor que circula per l'interior dels tubos, per la chicoteta resistència tèrmica de la paret dels mateixos.

De l'entalpia que pert l'aire, una part serà calor sensible (disminució de la temperatura seca) i una atra part serà calor latent (disminució de vapor d'aigua).

La calor total eliminada en la bateria és l'extret de l'aire, més la calor que du l'aigua condensada. Este segon terme es desprecia perque sol ser molt menut:

Q_{T} = m_{1} . (h_{2} - h_{1}) + m_{a} . h_{a} = m_{1} . (h_{2} - h_{1}) + m_{1} (w_{1} - w_{2}) . c_{p_{w}} . t_{a d p} \approx m_{1} (h_{2} - h_{1}) = Q_{S} + Q_{L}

Refredat i humidificación adiabàtica

Un procés és adiabàtic quan es realisa sense intercanvi de calor en el mig exterior. Ocorre quan un fluix d'aire travessa una cortina d'aigua. L'aigua, impulsada per una bomba, es polvorisa en l'aire i vaporiza part d'ella, aumentant la humitat específica de l'aire. Si la cambra fora lo suficientment llarga l'aire eixiria saturat. La temperatura de l'aigua deurà ser igual a la temperatura humida de l'aire.

L'aire evoluciona mantenint-se constant la seua temperatura humida. Açò implica que l'aire ix pràcticament en la mateixa entalpia que va entrar, encara que en un major contingut d'humitat específica. L'aire es gela perque cedix la calor necessària per a la vaporisació de l'aigua que s'incorpora a l'aire com a calor latent.

En la pràctica les cambres mai són tan llargues com per a que l'aire ixca completament saturat, per lo que la humidificación terminarà en algun punt abans d'aplegar a la saturació. Considerant que l'aire entra en la cambra en la condició 1 i ix en la 2, l'eficiència de la humidificación serà:

e = \frac{w_{2} - w_{1}}{w_{s} - w_{1}} = \frac{h_{2} - h_{1}}{h_{s} - h_{1}} \approx \frac{t_{2} - t_{1}}{t_{s} - t_{1}}

sent $t_{s}$ la temperatura humida de l'aire i igual a la temperatura de l'aigua i $w_{s}$ i $h_{s}$ , les condicions en la saturació.

Esta equació proporciona les condicions d'eixida de l'aire al seu pas a través d'una cortina d'aigua que es troba a una temperatura $t_{s}$ i té una eficiència $e$ .

La humidificación d'una corrent d'aire per mig d'aigua líquida polvorisada es conseguix en els mòduls cridats lavadores. També es conseguix encara que en menys eficiència, per mig d'un mòdul en un panel adiabàtic.

Classificació dels equips

En les zones o espais que requerixen ambient controlat, és indispensable un bon disseny i funcionament del sistema de tractament d'aire. Temperatura, pressió, humitat, neteja i calitat d'aire, aixina com la seua distribució i velocitat en l'ambient tractat, són paràmetros que deuen estar controlats per a alcançar i mantindre les condicions especificades de comoditat.

Les zones d'ambient controlat poden tindre usos diversos i requisits molt especials: zones netes, zones estèrils, zones de seguritat biològica, zones antideflagrantes, etc. El sistema deu complir la normativa especificada per a cada us, sense perjuí de les necessitats i característiques requerides pels tractaments de cada instalació. El control de les pressions diferencials i de l'escalat de les mateixes, creant sobrepresión o #depressió en distintes zones, permet reduir l'introducció o retenció de qualsevol tipo de contaminació: microbiològica, per partícules de pols, creuada entre productes, o qualsevol atra contaminació externa, inclosa la que poden produir els propis operaris. Per una atra part, els sistemes de distribució i d'extracció d'aire deuen estar dissenyats per a conseguir una agranada màxima de l'ambient, minimisant la retenció de partícules en suspensió.

Cada volta més, el consum energètic de l'instalació és un atre dels factors rellevants a considerar, no solament des del punt de vista econòmic, sino també de l'eficiència energètica.

Els equips propis d'estes instalacions són:

Climatizadorés: formats pels mòduls necessaris per al tractament específic.
Sistemes de filtració: distribuïts comunament en tres o quatre etapes de filtració ubicades a lo llarc de l'instalació.^[4]

Sistemes de producció de decorreguts: (aigua freda, o aigua calenta).
Sistemes d'humidificación i deshumidificación: lavadores, humectadores de panel, llances de vapor, secadors, etc.
Entrada d'aire de ventilació i eixida d'aire usat.
Ret de distribució de l'aire tractat per mig de conductes i elements terminals de difusió.
Rets de distribució de decorreguts per mig de canonades des dels equips generadors fins a les bateries en els mòduls corresponents.
Sistemes de recuperació d'energia per a minimisar el cost econòmic i energètic del procés.
Tractaments especials de l'aire: llànties germicidas, ozonizadores o ionizadores.

Control automàtic

Tot este equipament du associat un sistema de control que permet gestionar i conéixer l'estat de les variables que determinen la funcionalitat del procés. Este sistema de control gestiona els cicles de funcionament dels processos, registrant o mostrant els valors de cada variable.

Aixina s'obté el control directe de cada u dels paràmetros de l'instalació, proporcionant en temps real l'informació de lo que està passant, podent-se prendre decisions sobre cada u d'ells, tals com; selecció de les condicions interiors, fixació de consignes o paràmetros de funcionament, temporizaciones, etc. Adicionalment a l'optimisació del procés, és convenient adoptar un sistema de gestió integral que possibilite l'operació i regulació en tota l'instalació del consum energètic, aixina com una disminució dels costs de manteniment.^[5]

Vore també

Referències

↑ Carlo Pizzetti. Acondicionament de l'aire i refrigeració
↑ «Aspectes a considerar en l'Instalació d'aire acondicionat industrial».
↑ Reknagel-Sprenger-Hönmann.’’Manual Tècnic de calefacció i aire acondicionat’’.Bellisco. ISBN 84-85198-60-3
↑ «Reparació i Servici SAT d'Aires Acondicionats» (en espanyol). https://www.donsat.es/. Consultat el 9 d'agost de 2022.
↑ «Tips for Homeowners on Air Conditioner Maintenance» (en anglés). www.technicalhotandcoldparts.com. Consultat el 11 d'agost de 2018.

Bibliografia

Carlo Pizzetti.(1991). Acondicionament de l'aire i refrigeració. Llibreria Editorial Bellisco. ISBN 84-85198-49-2.
Carrier. Manual d'aire acondicionat. marcombo S.A. ISBN 84-267-0115-9.
John R. Howell & Richard O. Buckius.(1990). Principis de termodinàmica per a ingeniers. ISBN 968-422-571-7.
Atecyr.(2009). DTIE 3.01. Psicrometría. ISBN 978-84-95010-33-9.

Enllaços externs

Commons

Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Acondicionament d'aire.

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Acondicionament de aire» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Carlo Pizzetti. Acondicionament de l'aire i refrigeració

[2] «Aspectes a considerar en l'Instalació d'aire acondicionat industrial».

[3] Reknagel-Sprenger-Hönmann.’’Manual Tècnic de calefacció i aire acondicionat’’.Bellisco. ISBN 84-85198-60-3

[4] «Reparació i Servici SAT d'Aires Acondicionats» (en espanyol). https://www.donsat.es/. Consultat el 9 d'agost de 2022.

[5] «Tips for Homeowners on Air Conditioner Maintenance» (en anglés). www.technicalhotandcoldparts.com. Consultat el 11 d'agost de 2018.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]