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Ciclo ideal para motores de turbina a gas. (CicloBrayton).

Descripción del ciclo: Ciclo ideal para los motores de turbina a gas. Elfluido de trabajo es aire. Su propósito es producir trabajo a través deuna turbina. Está compuesto por cuatro procesos.

Proceso 1-2: Compresión isentrópica (en un compresor). Aire frescoen condiciones ambientales se introduce dentro del compresor dondesu temperatura y presión se eleva.

Proceso 2-3: Adición de calor a presión constante. Parte del aire aalta presión se mezcla con el combustible en la cámara decombustión, una chispa inicia la combustión, lo cual aumenta latemperatura.

Proceso 3-4: Expansión isentrópica (en una turbina). Los gases aalta temperatura entran a la turbina donde se expanden hasta lapresión atmosférica, produciéndose la potencia.

Proceso 4-1: Rechazo de calor a presión constante. Los gases deescape que salen de la turbina se expulsan hacia el ambiente (no serecirculan), por lo que el ciclo se clasifica como un ciclo abierto.

Ejemplo: Turbina de avión.

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Ciclo de refrigeración por compresión de vapor.(Ciclo invertido).

Descripción del ciclo: El fluido de trabajo es gas refrigerante (Freón12, Freón 22, 134-a). A este ciclo se le llama inverso, ya que comopodrá observarse el fluido hace el mismo recorrido que el cicloRankine por equipos funcionalmente similares (la válvula deexpansión sustituye la turbina y el evaporador a la caldera) pero ensentido inverso. Está compuesto por cuatro procesos.

Proceso 1-2: Compresión isentrópica en un compresor. El refrigeranteentra al compresor en el estado 1 como vapor saturado y secomprime  isentrópicamente hasta la presión del condensador.Durante el proceso la temperatura del refrigerante aumenta hasta unvalor bastante superior al de la temperatura del medio circundante. 

Proceso 2-3: Rechazo de calor a presión constante a un condensador.El  refrigerante entra en el condensador como vapor sobrecalentadoen el  estado 2 y sale como líquido saturado en el estado 3, comoresultado de rechazo de calor hacia los alrededores. 

Proceso3-4: Estrangulamiento en un dispositivo de expansión. Elrefrigerante líquido-saturado en el estado 3 se estrangula hasta la

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presión del evaporador al pasar por una válvula de expansión o tubocapilar. La  temperatura del refrigerante desciende por debajo de latemperatura del espacio refrigerado. 

Proceso 4-1: Absorción de calor a presión constante en un evaporador.

El  refrigerante ingresa al evaporador en el estado 4 como mezclasaturada  de baja calidad, y se evapora por completo absorbiendocalor del espacio  refrigerado. El refrigerante sale del evaporadorcomo vapor saturado y  vuelve a entrar al compresor, con lo cualcompleta el ciclo. 

Ejemplo: Aire acondicionado.

PARTES DE UN REFRIGERADOR

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 Grupo Hermético

El grupo hermético de un frigorífico se compone de un motoreléctrico sin escobillas unido con un compresor de pistón y válvulasde láminas. Generalmente tiene un único pistón. Ambos dos están enun recinto de chapa de hierro hermético que esta lleno parcialmente

de aceite para garantizar el engrase. El grupo hermético se comunicacon el exterior con tres tubos de cobre. Uno de ellos esta cegado y esel que se emplea para introducir el aceite y el gas en el momento delmontaje o reparación. Por otro tubo, generalmente más fino y dehierro sale el gas comprimido a la parrilla condensadora. El tercertubo es de cobre y más grueso y es el retorno del gas al compresor.El gas no entra directamente al compresor sino que entra al recintocerrado y el compresor lo toma del interior de este recinto. De esamanera el volumen vacío que queda entre el motor y el recinto seemplea como cámara de almacenamiento de gas.

Motocompresor

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El motocompresor consiste en una bomba de aspiraciónaccionada por un motoreléctrico.

Se encarga de aspirar el gas del evaporado y de comprimirlo

Motor

El motor esta controlado por un termostato y una o dos lámparas deluz.

El motor es una especia de balón metálico hermético

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Compresor

El compresor es el encargado de hacer recircular el refrigerantepor el sistema y crear una diferencia de presión entre el evaporador yel condensador. El gas es expulsado al condensador con mucha

presión.

El Compresor tiene como medio litro de aceite en su interior

El compresor tiene una culata normalmente fijada mediantecuatro tornillos. Debajo de esa culata están las válvulas. Observar quehay una pieza intermedia entre esa culata y el bloque del pistón. Hayademás dos juntas para asegurar la estanqueidad.

Un compresor en buen estado es capaz de comprimir gaseshasta unas 30 atmósferas de presión. El volumen de gas no es muyalto pero a cambio la presión que consigue es bastante más alta queincluso la de los compresores comerciales. Su funcionamiento es muysimilar a los compresores para coche, suelen cascar a los 3 minutosde uso si se les hace trabajar a más de 3 atmósferas y hacen un ruidoinfernal. Los compresores de frigorífico están pensados para trabajaraños, en silencio y con pocas vibraciones.

Diagrama eléctrico:

El diagrama eléctrico es la representación en papel de loscomponentes eléctricos que componen a las maquinas refrigeradoras,generalmente el sistema de arranque se compone de capacitadores,relé de partida, electro-compensadores y sensores de control deenfriamiento. Cabe contar que se utilizan cables de espesor medio,para que no se fundan los filamentos cuando se usan de espesoresbajos y para que generen resistencia en el caso de usar de grandesespesores.

Cuando las funciones de compresión se cumplen a cabalidad yel fluido refrigerante se encuentra en toda la línea, se apagará deinmediato el motor generador eléctrico, mediante una señal querecibe el relé de partida.

Se debe administrar una fuente eléctrica que mantenga continuidad previendo el

sistema con dispositivos de R.V (reguladores de voltajes). Ya que generalmente estosistemas no poseen un bloqueo de seguridad de fusibles incorporados.

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Condensador

En el condensador, el refrigerante cede calor y se enfría. Seproduce un cambio de estado: condensación: Cambio de gas a líquido.

El condensador consiste en un tubo doblado en forma deserpentín. Realiza el intercambio de calor del refrigerante con elambiente. Produce el cambio de estado del refrigerante. La espiracaliente: Es una prolongación del condensador que en ocasiones se

hace pasar alrededor de las puertas del frigorífico como si se tratasede un marco interior. Por tanto es normal que al abrir el frigorífico yapoyarse en el marco se note algo de calor.

Es un elemento intercambiador térmico, en cual se pretendeque cierto fluido que lo recorre, cambie a fase líquida desde su fasegaseosa mediante el intercambio de calor (cesión de calor al exterior,que se pierde sin posibilidad de aprovechamiento) con otro medio. Lacondensación se puede producir bien utilizando aire mediante el usode un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerradocon torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve

para condensar el vapor, después de realizar un trabajotermodinámico. p.ej. una turbina de vapor para condensar el vaporcomprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico.

FiltrosEl filtro su función principal es el de limpiar el refrigerante de

partículas extrañas y el agua.

La utilización de este filtro le permitirá beber agua pura desdeel dispensador de su frigorífico, bien como agua liquida o en forma dehielo.

Tubo Capilar

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Son tubos de cobre de diámetro interior entre 0.6 y 1 mm. Delongitud, perfectamente determinada, para crear una perdida decarga( es decir, una perdida de la presión del fluido que entra en elevaporador)

Por lo tanto el tubo capilar es un tubo muy fino que produce enel extremo de salida una expansión y cambio de estado delrefrigerante.

El tubo capilar solo sirve para crear la diferencia de presionesentre la tubería delgada (condensador) y la tubería gruesa(evaporador)

EL capilar es otro mecanismo que se utiliza para la expansiónen los Sistemas de refrigeración. La diferencia es que la válvula deexpansión regula el sobrecalentamiento y en el capilar no. El capilarse usa en equipos pequeños donde la carga de refrigerante espequeña.

El tubo capilar no regula la capacidad de refrigerante queinyecta al evaporador, durante las paradas deja pasar refrigerante,por lo que las presiones intentas igualarse, y el compresor necesitabajo par de arranque. Como han dicho las instalaciones que loutilizan, llevan poco refrigerante, por lo que no llevan deposito delíquido. La mayoría de frigoríficos domésticos llevan este tubo desdeel condensador hasta el evaporador. Evaporador de tubería mas

gruesa que le condensador. Hay que calcular su longitud y diámetro.

Evaporador

El evaporador consiste en una placa o serpentín en donde seproduce el cambio de estado del refrigerante: evaporación.

Comprende una envoltura metálica sobre la que se enrolla y fijamediante cinta adhesiva un serpentín tubular continuo, conectado al

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compresor del fluido frigorífico, siendo adecuada dicha envoltura parasu incorporación en una capa de material aislante a fin de formar lacámara de un congelador, cuyo evaporador se caracteriza porque lacitada envoltura metálica está constituida por una lámina metálicacortada y plegada de modo que se obtenga un cuerpo

paralelepipédico abierto con una porción superior sustancialmente detal configuración y una porción inferior dotada de un borde verticalbiselado para crear un asiento de sección sensiblemente triangular encuyo, interior se aloja el referido compresor

El evaporador es la parte fría de la refrigeradora, ya que elcapilar esta suministrando un flujo de gas licuado y este evaporadortiene un diámetro de tubo superior y una presión muy inferior a lasuministrada por el condensador, se produce el milagro el gas seevapora y es arrastrado lentamente por el circuito del evaporadorhasta el mismo moto

Termostatos

Un termostato es un dispositivo que sirve para regular la

temperatura de un sistema, para que el sistema de la temperatura semantenga cerca de un  punto de ajuste deseado. El nombre se deriva

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de las palabras griegas termo "caliente" y statos "un pie". Eltermostato esta cambiando la calefacción o refrigeración comodispositivos de encendido o apagado, o regular el flujo de un fluido detransferencia de calor, según sea necesario, para mantener latemperatura correcta.

Honeywell. 's icónica "La Ronda" modelo T87 termostato.

Un termostato puede ser una unidad de control para un sistemade calefacción o de enfriamiento o un componente de un calefactor oaire acondicionado.

Un Honeywell termostato electrónico en una tienda al por menor

Los termostatos se pueden construir de muchas maneras ypueden usar una variedad de sensores para medir la temperatura. Lasalida del sensor a continuación, controla el aparato de calefacción orefrigeración.

Las tecnologías comunes de un sensor en uso hoy en día incluyen:

•  Bimetálicos mecánica o eléctrica de sensores• Ampliación de pastillas de cera• Electrónico termistores y dispositivos semiconductores • Eléctrica termopares 

Éstos pueden entonces controlar el aparato de calefacción orefrigeración mediante:

• El control mecánico directo

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• Las señales eléctricas• Neumáticos señales 

Mecánica

Esto cubre sólo los dispositivos que tanto el sentido y el controlpor medios puramente mecánicos.

Bimetálico

El agua para uso doméstico y de vapor basado en sistemas decalefacción central ha sido tradicionalmente controlada portermostatos de tira bimetálica, puramente de control mecánico. Se ha

localizado termostatos bimetálicos que regula el flujo individual de vapor o de agua caliente del radiador. Sin embargo, las válvulas termostáticas de radiador (TRV) están siendo ampliamente utilizados.

Algunos sistemas de calefacción de automóviles de pasajeroscuentan con una válvula termostática para regular el flujo de agua yla temperatura a un nivel ajustable. En los vehículos más antiguos eltermostato es el que controla la aplicación de vacío del motor. En losvehículos modernos, los actuadores de vacío pueden ser operadospor solenoides pequeños bajo el control de un ordenador central.

La expansión de gas

Los termostatos se utilizan a veces para regular los hornos degas. Se trata de un bulbo lleno de gas conectado a la unidad decontrol por un tubo de cobre fino. El bulbo está situado normalmenteen la parte superior del horno. El tubo termina en una cámara selladapor un diafragma. A medida que el termostato se calienta el gas seexpande la aplicación de presión para el diafragma, que reduce el

flujo de gas hacia el quemador.

Neumático

Un termostato neumático es un termostato que controla unsistema de calefacción y / o sistema de refrigeración a través de unaserie de tubos de control llenos de aire. Este "aire de control" delsistema responde a los cambios de presión (debido a la temperatura)en el tubo de control para activar la calefacción o refrigeracióncuando sea necesario. El aire de control normalmente se mantieneen "red" a 15-18psi (aunque por lo general operable hasta 20 psi).

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 Termostatos neumáticos suelen proporcionar una salida / rama / post-restrictor (para la tubería operastion sola) las presiones de 3-15psique se canaliza al dispositivo final (válvula / actuador del regulador /interruptor eléctrico-neumático).

Electricidad

Termostatos bimetálicos de conmutación

El agua y el vapor basada en sistemas de calefacción centraltradicionalmente han tenido el control total de los termostatos de

pared de tira bimetálica. Estos en sentido de la temperatura del airemediante la expansión diferencial de dos metales para accionar uninterruptor on / off. Normalmente, el sistema central se enciendecuando la temperatura cae por debajo del punto de consigna en eltermostato, y se apaga cuando se eleva por encima, con unos pocosgrados de histéresis para evitar el cambio excesivo.

Termostato bimetálico para los edificios.

Bimetálico de detección está siendo sustituida por los sensoreselectrónicos. El uso principal del termostato bimetálico hoy es encada uno de los calentadores eléctricos de convección, donde elcontrol es encendido / apagado, función de la temperatura del airelocal y el punto de ajuste deseado por el usuario. Estos también seutilizan en los acondicionadores de aire, donde se requiere el controllocal.

Termostatos 24 voltios

La mayoría de las calefacciones modernas / frío / bomba de calor

termostatos operarn en baja tensión (normalmente de 24 voltios AC )circuitos de control. La fuente de la energía de 24 voltios de CA es un

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transformador de control instalado como parte de la calefacción /refrigeración de las máquinas. La ventaja del sistema de control debaja tensión es la capacidad de operar múltiples dispositivos deconmutación electromecánicos, tales como relés , contactores,secuenciadores y con seguro tensión inherente y los niveles actuales.

Construido en el termostato es una disposición para el control de latemperatura con mayor anticipación. Un anticipador de calor generauna pequeña cantidad de calor adicional para el elemento dedetección, mientras que el aparato de calefacción está funcionando.Esto abre los contactos de la calefacción un poco pronto para evitarque la temperatura del espacio en gran medida sobrepasar el ajustedel termostato. Un anticipador de calor ajustable mecánica engeneral y se debe establecer en la corriente que fluye en el circuitode control de calor cuando el sistema esté en funcionamiento. Unanticipador de refrigeración genera una pequeña cantidad de caloradicional para el elemento de detección, mientras que el aparato derefrigeración no está funcionando.

Esto hace que los contactos para activar el sistema derefrigeración y un poco temprana, la prevención de la temperaturadel espacio de escalada en exceso. Los anticipadores de enfriamientogeneral, no son ajustables.

 Los termostatos electromecánicos usan elementos de la

resistencia como anticipadores. La mayoría de termostatos

electrónicos utilizan dispositivos termistor o elementos lógicosintegrados para la función de la anticipación. En algunos termostatoselectrónicos, el anticipador termistor se encuentra al aire libre,proporcionando una anticipación variable en función de latemperatura exterior. Termostato mejoras incluyen la visualizaciónde la temperatura al aire libre, programación, y la indicación de fallodel sistema. Si bien tales termostatos 24 voltios no son capaces deoperar un horno cuando la energía falla, la mayoría de hornos de estetipo requieren de energía eléctrica para los fanáticos de aire caliente(ya menudo también de superficie caliente o electrónicos deencendido por chispa) por lo que no se pierde la funcionalidad. En

otras circunstancias, tales como la pared y puso a prueba "lagravedad" (sin ventilador) y calentadores de piso central del sistemade baja tensión descrito anteriormente puede ser capaz depermanecer funcionales cuando la energía eléctrica no estádisponible.

Secuencias de encendido en los sistemas modernos

•

 Gas

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1. ventilador de inicio de redacción (si el horno esrelativamente reciente) para crear una columna de aireque fluye por la chimenea2. El calor del encendedor o el inicio del sistema deencendido por chispa

3. Abra la válvula de gas para encender losquemadores principales4. Espere (si el horno es relativamente reciente) hastaque el intercambiador de calor está a la temperatura defuncionamiento adecuada antes de iniciar ventiladorprincipal o bomba de circulación

•  Petróleo

1. Similar al gas, excepto en lugar de abrir unaválvula, el horno comenzará a funcionar la bomba deaceite para inyectar aceite en el quemador.

•  Eléctrica

1. El ventilador o bomba de circulación se iniciará, yun relé electromecánico grande o  TRIAC se enciende la

calefacción de los elementos 

•   Carbón (incluyendo los granos como el maíz, el trigo y lacebada, o pellets de madera, corteza, o de cartón)

1. En general, hoy en día rara (aunque los granos y"pellets" están aumentando en popularidad), similar algas, excepto en lugar de abrir una válvula, el hornocomenzará un tornillo para conducir el carbón / grano /

pellets en la cámara de combustión

Termostatos de tensión de línea

Los termostatos de tensión de línea son los más comúnmenteutilizados para calentadores eléctricos, tales como la placa base delcalentador o un horno eléctrico con cable directo. Si un termostatode tensión de línea se utiliza, el sistema de alimentación (en los

Estados Unidos, 120 voltios o 240) está directamente conectado porel termostato. Los termostatos de tensión de línea a veces se utilizan

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en otras aplicaciones, tales como el control de fan-coil (ventiladoralimentado por la tensión de línea soplando a través de una bobinade la tubería que puede ser calentado o enfriado por un sistema másgrande) participaciones en los grandes sistemas centralizados concalderas y enfriadores , o para controlar las bombas de circulación en

las aplicaciones de calefacción hidrónica.

Termostato Digital

Los termostatos digitales utilizan ya sea un relé o un dispositivo de semiconductor como triac para actuar como interruptor paracontrolar la climatización unidad. Las unidades con relés funcionaránlos sistemas de milivoltios, pero a menudo hacen un "clic" audible al

encender o apagar.Los modelos más caros tienen incorporado un controlador PID ,

de modo que el termostato esté enterado en adelantado cómo elsistema va a reaccionar a sus comandos. Por ejemplo, establecer quela temperatura de la mañana a las 7 am debe ser de 21 ° C, seasegura de que en ese momento la temperatura será de 21 ° C,donde un termostato convencional acaba de empezar a trabajar enese momento. El controlador PID decide en qué momento el sistemadebe ser activado con el fin de alcanzar la temperatura deseada en elmomento deseado. También se asegura de que la temperatura es

muy estable (por ejemplo, mediante la reducción de rebasamiento.

 Productos Lux Modelo 'TX900TS pantalla táctil del termostato.

La mayoría de termostatos digitales en uso residencial comúnen América del Norte y Europa son los termostatos programables ,que normalmente proporcionan un 30% de ahorro de energía si sedeja por defecto con sus programas, ajustes en estos valorespredeterminados pueden aumentar o reducir el ahorro de energía

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Termostatos Dummy  

Se ha informado de que los termostatos en muchos edificios deoficinas son dispositivos maniquí no funcionales, instalados para dar alos empleados inquilinos una ilusión de control . Estos termostatosmaniquí están en vigor con un tipo de botón placebo .

Reglamento de la bomba de calor  

La bomba de calor es un aparato de refrigeración basado enque invierte el flujo de refrigerante entre las bobinas interiores yexteriores. Esto se hace por la activación de una válvula de inversión (también conocido como "4-way", o "conmutación" de la válvula).

Durante el enfriamiento, la batería interior es un evaporadoreliminando el calor del aire interior y de transferirla a la bobina al airelibre donde se rechaza al aire libre. Durante el calentamiento, elserpentín exterior se convierte en el evaporador y el calor se eliminadel aire exterior y se transfiere al aire interior a través de la bateríainterior. La válvula de inversión, controlada por el termostato, hace elpaso de calor al frío. Los termostatos residencial bomba de calorgeneralmente tienen una "O", terminal para activar la válvula deinversión en refrigeración. Algunos termostatos residenciales ymuchos comerciales, utilizan la bomba de calor con un terminal "B"para activar la válvula de inversión en instalaciones de calefacción.La capacidad de calefacción de una bomba de calor disminuye amedida que la temperatura exterior. A cierta temperatura al airelibre (llamado el punto de equilibrio) la capacidad del sistema derefrigeración para la transferencia de calor en el edificio cae pordebajo de las necesidades de calefacción del edificio. Una bomba decalor típica está equipada con elementos de calefacción eléctrica paracomplementar el calor de refrigeración cuando la temperaturaexterior sea inferior a este punto de equilibrio.

El Funcionamiento del calor adicional es controlado por una

segunda etapa de calentamiento en contacto con el termostato de labomba de calor. Durante el calentamiento, el serpentín exterior estáfuncionando a una temperatura por debajo de la temperatura exteriory la condensación de la bobina puede tener lugar. Esta condensaciónentonces se puede congelar en la bobina, lo que reduce su capacidadde transferencia de calor. Las bombas de calor, por tanto, unadisposición ocasional para descongelar la bobina al aire libre. Esto sehace invirtiendo el ciclo para el modo de refrigeración, apagar elventilador al aire libre, y la activación de los elementos de calefaccióneléctrica. El calor eléctrico en modo de descongelación es necesariopara mantener el sistema de soplado de aire frío en el interior del

edificio. Los elementos se utilizan en el "recalentamiento" defunciones.

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Aunque el termostato puede indicar que el sistema está endescongelar y calefacción eléctrica se activa, la función dedescongelación no está controlada por el termostato. Desde labomba de calor tiene elementos eléctricos de calor para recalentar, y,el termostato de la bomba de calor proporciona el uso de los

elementos eléctricos de calor si el sistema de refrigeración falla. Estafunción se activa normalmente por una "E" de terminales en eltermostato. En caso de calefacción de emergencia, el termostato nohace ningún intento para hacer funcionar el compresor o unventilador al aire libre.

Ubicación del termostato del hogarEl termostato debe estar situado lejos de la sala de

refrigeración o ductos de calefacción o dispositivo, sin embargo,expuestos al flujo de aire general de la sala (s) a ser regulada. Unpasillo abierto puede ser más apropiado para un sistema de zonaúnica, donde las salas de estar y los dormitorios son operados comouna sola zona. Si el pasillo puede ser cerrado por las puertas de losespacios regulados a continuación, estos se deben dejar abiertascuando el sistema está en uso. Si el termostato está demasiadocerca de la fuente controlada a continuación, el sistema tenderá a

"ciclo corto", comienza y se detiene numerosamente, puede sermolesto y, en algunos casos, acortar la vida del equipo. Un sistemadividido en zonas múltiples puede ahorrar mucha energía mediante elcontrol de espacios individuales, permitiendo que las habitaciones noutilizadas para variar la temperatura al apagar la calefacción y larefrigeración.

Aire Acondicionado en los Aviones

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Los modernos aviones requieren aire acondicionado para los

ocupantes

Mantener una correcta temperatura en un avión comercial concientos de pasajeros a bordo viajando a 40,000 pies de altura (12,000metros) representa un enorme reto para los especialistas enacondicionamiento de aire.

Lograr un ambiente de cabina confortable para los pasajeros ytripulantes de un avión requiere el control de distintas variablescomo: Temperatura del aire, Humedad, Presión, Control de lacalidad del aire.

Estos son los factores que intervienen en la operación delsistema de acondicionamiento de aire. La cabina de un avióncomercial representa un volumen enorme para la única fuente de airedisponible para el acondicionamiento del mismo, nos referimos al airecaliente a presión que se saca de los motores. Por lo que es normalque existan limitaciones sobre la cantidad de aire que se puedeextraer en las distintas fases de vuelo, debido a que entre losobjetivos principales del aire que pasa por el motor no está elacondicionamiento del aire para los pasajeros sino la propulsión para

que el avión vuele, y tan sólo una pequeña parte de él debe desviarsea esta función además de atender la presurización y otros serviciosrequeridos en la cabina del avión. Para entender aún mejor lacomplicación del acondicionamiento de aire en las aeronaves hay queconsiderar, además, otras cuestiones, como las limitaciones de aire abordo y las condiciones en las que debe de operar el sistema,enfrentando temperaturas exteriores de hasta -60º C, así como lafalta de humedad.

Los sistemas de refrigeración que se emplean en laaviación son el de ciclo de aire y el de ciclo de vapor. El

primero se basa en el principio de eliminación de calor portransformación de la energía calorífica en trabajo mecánico, este es

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empleado en aviones comerciales, transportes militares y aviones decombate, funciona con el aire que se extrae del compresor delturborreactor, dicho aire caliente y a presión, se emplea paracalefacción, refrigeración e incluso para la presurización de la cabina.El segundo sistema por ciclo de vapor es más limitado ya que

proporciona únicamente la refrigeración del aire; este funcionamediante la evaporación de un líquido refrigerante en una unidadmuy similar a la que es utilizada ampliamente en la industriaautomotriz; dicho sistema se usa generalmente en vuelos realizados abaja altitud y corta distancia. Cabe resaltar que en los avionesturbohélices se pueden emplear ambos tipos.

Ahora con respecto a la unidad de aire acondicionado, el avión,según su tamaño, dispone de una o más unidades independientes.

La figura 1 muestra el esquema de dicha unidad, está constade: a) un conducto de aire de impacto, b) un intercambiador de calor,c) el conjunto de turbina de refrigeración.

a) El conducto de aire de impacto.- es una tubería que estáconectada a una compuerta situada en la superficie exterior delavión, de manera que en el vuelo el aire frío y con presión dinámica

suficiente entra por la compuerta y sigue el curso del conducto. Poresta razón esta corriente se denomina “aire de impacto”. El conducto(en azul en la figura) está abierto por sus dos extremos, de maneraque continuamente entra y sale del aire captado del exterior delavión.

b) Intercambiador de calor.- En el interior de este conducto está elintercambiador de calor; por él cual circula el aire caliente y a presiónextraído del compresor del turborreactor. El intercambiador de calores simplemente un radiador que está bañado por la corriente de airefrío de impacto.

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c) Conjunto turbina de refrigeración.- Consta de un ventilador deaspiración de aire de impacto y la rueda de turbina. El ventilador y larueda de la turbina están unidos por un eje, de manera que giran a lamisma velocidad. En realidad el rotor de la turbina mueve elventilador excepto cuando el avión está en tierra, donde no hay

corriente de aire de impacto. En este caso el ventilador se mueve porun motor eléctrico que mantiene la circulación del aire.

Su funcionamiento se basa en extraer el aire del motor a travésde una o más válvulas que hay en el compresor del turborreactor y esconducido al interior del intercambiador de calor. Este flujo de aireextraído del motor es el destinado a introducirse finalmente en lacabina del avión que no es el aire de impacto como podría pensarse.Por su parte, el ventilador de la unidad aspira aire exterior. El aire deimpacto es expulsado a la atmósfera tras pasar por el intercambiadorde calor y enfriar el aire caliente expulsado por el motor.

El aire caliente que procede del compresor sigue su curso ypasa a la turbina. La rueda de turbina es de un diámetro pequeño ygira a 90,000 r.p.m; la cual está colocada en el circuito para que elaire expulsado del motor experimente al pasar por ella una expansiónmuy fuerte. Con la expansión de aire ocurren dos cosas: sutemperatura disminuye (ley de los gases perfectos) hasta el punto enque se forma normalmente hielo en la salida del conducto si haysuficiente humedad en el aire y en segundo lugar, la expansiónproduce el movimiento de giro de la rueda y ésta impulsa el

ventilador situado en el mismo eje. En el vuelo tenemos una máquinacon movimiento autónomo. Se dispone así de una fuente de aire muyfrío para la cabina. Es bien entendido que si este flujo de aire seintroduce directamente en cabina el frío sería extremo congelando alos pasajeros, por lo que es claro que debe modularse su temperaturade la siguiente manera.

La función moduladora se hace con la válvula de derivación dela turbina de refrigeración VDT. Dicha válvula esta situada en unconducto paralelo al intercambiador de calor.

Si la válvula VDT está muy abierta el flujo de aire expulsado porel motor sigue principalmente esta vía, ya que es más fácil para elaire, que introducirse en el camino interno del intercambiador decalor el cual está hecho de tubos estrechos. El trayecto por la VDTelude el paso del aire por el intercambiador de calor y la turbina deexpansión, de manera que es un flujo de aire caliente, más o menos ala temperatura del aire en el compresor del motor. Por el contrario, sila válvula VDT está muy cerrada casi todo el aire es forzado a pasarpor el trayecto del intercambiador de calor, es decir, por el trayectodonde el aire se somete a un fuerte enfriamiento.

La temperatura del aire de la cabina se regula por la posiciónque tiene la válvula VDT. Si la válvula está muy abierta se envía calor

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a la cabina; si esta muy cerrada el aire que sale de la unidad es fríoporque ha mezclado poco aire caliente proveniente del conducto de laVDT. Sería este el caso típico de funcionamiento de la unidad en unvuelo crucero a gran altitud, donde el avión experimenta fuertespérdidas de calor y la cabina necesita calefacción. En vuelo a baja

altitud, normalmente es necesario introducir en la cabina grancantidad de aire frío, de manera que la VDT tienda a situarse enposiciones más cerradas. El piloto cuenta con un mando paraseleccionar la posición de la válvula, pero lo normal es que el sistemafuncione en modo automático regulando la temperatura de la cabinaa un valor establecido previamente.

Los actuales aviones comerciales requieren unidades de aireacondicionado especiales. Mucho del equipo se hace de aluminio paraahorrar peso. Las unidades de refrigeración y de aire acondicionadopara los aviones grandes se establecen generalmente en las alas. Enun avión más pequeño, estas unidades pueden estar en el cuerpo dela aeronave. El aire proveniente de la unidad es distribuido a la cabinaa través de los difusores y rejillas situadas en el techo.

El sistema de aire acondicionado de la cabina en las aeronavesactuales se diseña para proporcionar un ambiente seguro y cómodode la cabina en las altitudes de vuelo que pueden alcanzar arriba de40,000 pies.

El sistema se diseña para proporcionar un ambiente seguro y cómodo de la cabina

Por una regulación de gobierno y de la FAA, la presión de lacabina no puede ser menos, en la altitud máxima de la travesía, queel equivalente de la presión de aire exterior a 8,000 pies de altura. Elsistema de aire acondicionado además de controlar la temperatura yproporcionar confort a los pasajeros controla la presurización de lacabina, el flujo de aire y la filtración del mismo de la siguientemanera. El aire enfriado proveniente de la unidad de aireacondicionado fluye a un compartimiento donde se mezcla con una

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cantidad aproximadamente igual de aire altamente filtrado de lacabina de pasajeros.

Combinado el aire de afuera y el aire filtrado se canaliza a lacabina y se distribuye a través de los difusores situados en el techo

de la misma. Dentro de la cabina, los flujos de aire siguen un patróncircular y su salida es a través de parrillas situadas en el piso o decualquier lado de la misma, en algunos aviones esta salida se hace através de ductos situados arriba de los compartimientos de equipajede mano. El aire que sale se envía debajo del piso de la cabina en ellóbulo más bajo del fuselaje. La circulación de aire es continua yelimina rápidamente olores mientras que también mantiene unatemperatura cómoda en la cabina.

Alrededor de la mitad del aire que sale de la cabina se eliminainmediatamente de la aeronave a través de una válvula de salida enel lóbulo más bajo, que también controla la presión de dicha cabina.La otra mitad es dirigida por los ventiladores a través de los filtrosespeciales debajo del piso, y después es mezclada con el aire exteriorque viene de los compresores del motor. Estos filtros de alta eficaciason similares a los usados para mantener el aire limpio en hospitales,tales filtros son muy eficaces sobre las partículas microscópicas yaque son capaces de filtrar bacterias y virus. Se estima que entre 94 y99.9 por ciento de los microbios aerotransportados que alcanzanestos filtros están capturados.

Hay varias características del sistema de aireacondicionado de la cabina que merecen énfasis especial:

• La circulación de aire es continua.• El aire está fluyendo siempre dentro y fuera de la

cabina.• La cabina tiene un alto intercambio del aire. Todo el aire

en la cabina es substituido por la mezcla entrante delaire exterior y del aire filtrado durante intervalos desolamente dos a tres minutos, dependiendo del tamañode la aeronave. Esto representa de 20 a 30 cambios del

aire total de la cabina por hora.• La mezcla exterior de aire llena la cabina

constantemente. El aire exterior guarda los límitesadmisibles de bióxido de carbono y de otroscontaminantes en conformidad con límites estándares ysustituye el oxígeno más rápido que lo que se consume.El relleno también asegura que la porción recirculada delaire no tenga un ciclo sin fin ya que rápidamente sediluye y se sustituye por aire exterior nuevo.

Recientes estudios han confirmado la seguridad y la eficacia totalde los sistemas de aire acondicionado de la cabina de los aviones.Uno de los estudios, conducido para el gobierno de Estados Unidos,

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era el más comprensivo de todos. Implicó una prueba independienteque tomaba muestras de aire en 92 vuelos aleatoriamenteseleccionados de una línea aérea comercial. Los niveles de agentescontaminantes tales como hongos y bacterias fueron evaluados yresultaron ser similares o más bajos que los encontrados en

ambientes de interior normales. También, los niveles de bióxido decarbono fueron evaluados resultando ser en promedio menor a lamitad del límite recomendado por la conferencia americana dehigiene industrial.

Por lo anterior podemos ver que es inverosímil que el aire de lacabina de una aeronave comercial contenga los suficientescontaminantes para causar las condiciones de vez en cuandodivulgadas tales como dolor de cabeza, fatiga, náusea o problemasrespiratorios.

Es más probable que estas condiciones sean causadas por lacompleja interacción de factores tales como: la salud del individuo, elretraso del vuelo, el uso de medicamentos, el consumo de alcohol y laenfermedad de movimiento (vértigo) conjuntamente con efectos de laaltitud de la cabina y la baja humedad de la misma.

Recientes estudios han confirmado la seguridad y la eficacia total de los sistemasde aire acondicionado de la cabina de los aviones

Vale la pena comentar que la salida de humo en algunasocasiones por los conductos del aire acondicionado de un avión esuna simple señal de que el equipo funciona perfectamente debido aque si la temperatura en el aeropuerto y la humedad del aire eselevada, la salida del aire frío por los conductos, produce la rápida

condensación de esa agua, con la consiguiente aparición de humoque no es mas que vapor de agua similar al que forma las nubes.

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Al mezclarse el aire frío con el caliente y, por lo tanto aumentarla temperatura de este (al tiempo que baja la del caliente), el aguavuelve a su estado gaseoso e incoloro por lo que ese vapordesaparece a los pocos segundos. Solo en casos extremos lapresencia del vapor se prolonga más allá de unos segundos sin

representar esto problema alguno.

El correcto funcionamiento del sistema es de vital importancia para elfuncionamiento de toda la aeronave

Es de tal importancia el sistema de aire acondicionado de unavión que el pasado mes de Agosto una aeronave tipo Boeing 737-300 de la compañía Chipriota Helios Airways el cual estaba en unvuelo internacional de Larnaca, Chipre a Atenas, Grecia, perdiócomunicación con el control de tráfico aéreo poco después de que latripulación informó de un problema en el sistema de aireacondicionado del avión por lo que un avión griego F-16 fue enviadopara interceptar el avión de pasajeros y observó según se informa porlo menos a una persona que no era un miembro de la tripulacióndentro de la cabina de pilotos. El copiloto parecía estar inconciente yno vieron al capitán en la cabina. El avión aparentemente voló hastaquedarse sin combustible estrellándose en un área montañosaaproximadamente a 40 kilómetros de Atenas, falleciendo los 6

miembros de la tripulación y sus 115 pasajeros. Poco después losservicios de rescate informaron que la mayoría de las víctimas habíanmuerto por congelamiento antes de que el avión se estrellara por loque se presume que hubo una falla en la unidad del sistema de aireacondicionado a la altitud de vuelo crucero que realizaba el aviónocasionando que la temperatura interior bajara de forma dramáticahasta aproximadamente 60° C bajo cero, provocando la tragedia.

Como podemos ver el perfecto funcionamiento del sistema deaire acondicionado en los aviones es imprescindible para realizar unvuelo seguro a las altitudes que vuelan las actuales aeronaves.

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADA NÚCLEO CARACAS

INGENIERÍA MECÁNICADUODÉCIMO TÉRMINO

REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO

INFORME

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INTEGRANTES:

LUIS PITA R.

CI: 18.529.281ISAAC REYES R.CI: 18.039.629

CARACAS, DICIEMBRE DE 2010