Dinámica de los fluidos. Sistemas de tuberías. Instrumentos de Medición. Motores eléctricos. Ventiladores.

Transcripción

1 Nombre de la asignatura: Refrigeración y Aire Acondicionado. Carrera : Ingeniería Mecánica Clave de la asignatura: MCS-939 Clave local: Horas teoría horas practicas créditos: UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA A) RELACIÓN CON OTRAS ASIGNATURAS DEL PLAN DE ESTUDIO ASIGNATURAS Mecánica de Fluidos I Mecánica de Fluidos II ANTERIORES TEMAS Dinámica de los fluidos Flujo de fluidos incomprensibles en ductos. Sistemas de tuberías. Dibujo II Instrumentación Máquinas Eléctricas Máquinas de Fluidos incomprensibles Elaboración e interpretación de Los planos. Instrumentos de Medición Motores eléctricos. Ventiladores. JUSTIFICACION Necesario en los Temas: Métodos de Refrigeración Compresores Centrífugos Necesario en los Temas: Cálculo de los condensadores Cálculo y selección de dispositivos de expansión Cálculo de evaporadores Selección de tuberías y accesorios del sistema de refrigeración Diseño de Sistemas de Ductos. Necesario en los Temas: Carga Térmica para Calefacción Carga Térmica para Refrigeración Diseño de Sistemas de Ductos Necesario para el Tema: Refrigerantes, Tuberías y accesorios Necesario para el Tema: Compresores - -

2 Necesario para el Tema: Equipo para acondicionamiento de aire POSTERIORES ASIGNATURAS Termodinámica I Termodinámica II Transmisión de Calor TEMAS Conceptos termodinámicos Balance de energía Propiedades de las substancias. Segunda ley de la termodinámica. Ciclos termodinámicos Mezcla de Gases Ideales Procesos de transferencia de calor. Equipos de transferencia de calor. Matemáticas Derivadas. Integrales. JUSTIFICADA Necesario para los Temas: Método de Refrigeración Ciclo de compresión de vapor Ciclo de presiones múltiples Compresores Condensadores Dispositivos de expansión Evaporadores Refrigerantes Carta, Tablas de Confort y ciclo completo del a suministrado. Necesario para los Temas: Condensadores Evaporadores Carga Térmica Necesario para Los Temas: Métodos de Refrigeración Ciclo de Compresión de Vapor Compresores Condensadores Dispositivos de Expansión Evaporadores Refrigerantes Refrigeración por ciclo de aire Refrigeración por chorro de vapor de agua. B) APORTACIÓN DE LA ASIGNATURA AL PERFIL DEL EGRESADO Participara en los grupos interdisciplinarios para la elaboración de proyectos Integrales. - Proporciona servicios de Ingeniería tales como: Asesoría Compra y Venta de equipo y maquinaria Peritajes - -

3 Capacitación -Proyecta y diseña sistemas Térmicos -Instalación, montaje y puesta en marcha de maquinaria y equipos -Planear, desarrollar y controlar programas de mantenimiento a plantas industriales y de servicios. -Interviene en la creación y desarrolla de productos S GENERALES DEL CURSO Proyectará, construirá, seleccionará y dará mantenimiento a sistemas de Refrigeración y Acondicionamiento de Aire para confort y uso industrial. 4. -TEMARIO NUMERO TEMAS SUBTEMAS I Introducción a la. Aplicación de la. Métodos de II Refrigeración por compresión de vapor. Cielo de compresión de vapor.. Cielo de presiones múltiples. III Comportamiento de los compresores. 3. Compresores alternativos. 3. Compresores centrífugos. 3.3 Compresores rotativos. IV Condensadores. 4. Clasificación y funcionamiento de los condensadores 4. Cálculo de los condensadores. V Dispositivos de expansión. 5. Clasificación y funcionamiento de los dispositivos de expansión. 5. Cálculo y selección de dispositivos de expansión. VI Evaporadores.. Clasificación y funcionamiento de los evaporadores.. Cálculo de Los evaporadores. VII Sistema total de compresión de vapor 7. Análisis del funcionamiento del sistema total de compresión de vapor. VIII Refrigerantes, lubricantes, tuberías y accesorios. 8. Clasificación y nomenclatura de los refrigerantes. 8. Propiedades y criterios de selección de Los refrigerantes. 8.3 Propiedades y criterios de selección de los Lubricantes, tuberías y accesorios. 8.4 Sistemas de compresión de vapor. IX Otros sistemas de 9. Sistemas de refrigeración por absorción. 9. Sistemas de refrigeración por ciclo de aire. 9.3 Sistemas de refrigeración por chorro de vapor de agua. 9.4 Sistemas de refrigeración a baja temperatura. 9.5 Bombas de calor

4 X XI Condiciones de confort y carga térmica. Equipo para acondicionamiento de aire 0. Carta, tablas de confort y ciclo completo del aire acondicionado. 0. Carga térmica para calefacción. 0.3 Carga térmica para. Diseño de sistemas de ductos y equipos para condiciones de verano e invierno. XII Proyecto. Selección del problema.. Análisis de alternativas..3 Selección de la alternativa..4 Elaboración de dibujos y planos..5 Aplicación de criterios.. Interpretación de proyectos..7 Conclusiones APRENDIZAJES REQUERIDOS Dinámica de los fluidos. Flujos de fluidos incompresibles en ductos. Sistemas de tuberías Conceptos termodinámicos Balance de energía Propiedades de las sustancias Segunda ley de la termodinámica Ciclos termodinámicos Mezclas de gases ideales Procesos de transferencia de calor Equipos de transferencia de calor Derivadas Integrales Elaboración e interpretación de planos Instrumentos de medición Máquinas eléctricas Ventiladores. - SUGERENCIAS DIDÁCTICAS - Exposición de casos de la vida real y su discusión generalizada (tomando ideas) - visitas a empresas locales (fábricas de hielo, sistema de aire acondicionado del IMSS, etc.) - conferencias de refrigeración y aire acondicionado utilizando personal de empresas afines. - prácticas de laboratorio que refuten "prácticas" y no "experimentos teóricos", desvinculados de la práctica profesional. - utilización de software adecuado para los cálculos de capacidades de tos sistemas de refrigeración y aire acondicionado especialmente carga térmica). - que tos alumnos desarrollan proyectos en grupos de aplicaciones de la refrigeración y el aire acondicionado (proyectar fábricas de hielo, aire acondicionado para grandes oficinas, etc.). - desarrollar modelos didácticos con intervención de los alumnos para equipar el laboratorio. - elaboración de diapositivas, acetatos, videos, etc. Relacionados con el área SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN - Un examen de cada unidad, consistente en problemas a resolver en una hora

5 - Una o más tareas por cada unidad, con poco valor (5%), para que el alumno no coarta los mismos errores en el examen. - Los reportes de laboratorio, con poco valor (5%). Esto con la finalidad de que el alumno comprenda la utilidad práctica de la materia. Nota: los puntos y 7 deberán ser desarrollados y/o enriquecidos en las academias correspondientes en conjunto con el departamento de desarrollo académico. 8 UNIDADES DE APRENDIZAJE NUMERO DE UNIDAD: I NOMBRE DE LA UNIDAD: INTRODUCCION A LA REFRIGERACION Y ACONDICIONAMIENTO DE AIRE Conocer el amplio campo de la aplicación de la refrigeración y del aire acondicionado. Resolver problemas de los diversos métodos de. El alumno investigará y expondrá las aplicaciones más frecuentes de la refrigeración y de aire acondicionado.. El alumno apoyado en sus conocimientos adquiridos en termodinámica, explicará y realizará ejercicios de Los métodos usados en refrigeración: elevación de temperatura de un refrigerante, cambio de fase, expansión de un Líquido, expansión de un gas perfecto en régimen permanente, proceso de vaciado, expansión de un gas real, procesos eléctricos..3 El alumno resolverá problemas sobre los métodos usados en NUMERO DE UNIDAD: II NOMBRE DE LA UNIDAD: REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR. Diferenciara entre cielo estándar y cielo real de expresión de vapor. Resolver problemas en sistemas de refrigeración de etapa única y de etapas múltiples.. El alumno efectuará las lecturas diarias extractase, señaladas por el maestro.. El maestro y los alumnos analizarán mediante el uso de diagramas temperatura entropía y presión-entalpía el ciclo de refrigeración de carnot, el ciclo estándar y el cielo real de compresión de vapor Calcularán efecto refrigerante, capacidad de refrigeración, caudal de refrigerante, potencia necesaria en el compresor y coeficiente de funcionamiento del cielo estándar de compresión de vapor

6 .4 El alumno explicará en los diagramas temperatura-entropía y presión- entalpía el comportamiento del sistema de compresión de una etapa en función de la temperatura de evaporación..5 Los alumnos calcularán los parámetros básicos del ciclo de refrigeración por compresión de vapor de etapa única. En el laboratorio, los alumnos mediante lecturas de presión, temperatura y flujo básico de refrigerante, trazarán el diagrama P-h del cielo real de compresión de vapor y calcularán su capacidad y potencia.. El alumno investigará y describirá sobre los componentes de un sistema de etapas múltiples. Maestro y alumnos resolverán problemas de diversos sistemas de múltiples etapas, destacando sus características, ventajas y desventajas..7 El alumno aplicará el sistema de compresión de vapor apropiado para un caso dado. NUMERO DE UNIDAD: III NOMBRE DE LA UNIDAD: COMPORTAMIEMTO DE LOS COMPRESORES. Seleccionar el compresor adecuado para un caso dado. Resolver problemas diferentes tipos de compresores. 3. El alumno investigará y explicará la clasificación, características funcionamiento y aplicación de los compresores utilizados en 3. El maestro y los alumnos analizarán las curvas características de los compresores y resolverá problemas

7 3.3 El alumno seleccionará el compresor adecuado para un caso dado. En el laboratorio, los alumnos trazarán las curvas características flujo masivo, trabajo de compresión, potencia, efecto refrigerante capacidad como función de la temperatura de evaporación, para una temperatura de condensación dada, y trazarán las curvas características en función de la temperatura de condensación para una temperatura de evaporación dada. 3.4 El alumno resolverá problemas de compresores en los que manejará conceptos de: potencia, capacidad, rendimiento volumétrico real, temperatura adiabática, rendimiento adiabático, etc. 3.5 El alumno investigará sobre los mecanismos de control de los compresores. 3. Discutirá en equipo su investigación sobre compresores y elaborar una síntesis. NUMERO DE UNIDAD: IV NOMBRE DE LA UNIDAD: CONDENSADORES. Seleccionara el tipo condensador para un caso dado. Para condiciones dé calcular el área transferencia de calor en los diferentes tipos de condensadores. Determinara la presión condensación óptima, para un funcionamiento 4. El alumno explicará la función de condensador en un sistema de 4. Mediante la consulta bibliográfica el alumno clasificará los condensadores, describiendo sus características. maestro y alumnos haciendo uso de los conceptos de transferencia de calor y mecánica de fluidos aplicarán la ecuación de Nusselt para de Determinara el coeficiente de condensación y el coeficiente de transmisión de calor en la capa límite

8 económico del condensador. 4.3 Considerando la resistencia al paso del calor que ofrecen material del tubo e incrustaciones, calcularán el coeficiente global de transmisión de calor. (Conductancia total). 4.4 El maestro y los alumnos resolverán problemas de transmisión en condensadores. 4.5 En el laboratorio el alumno comprobará el proceso de transmisión de calor y el cambio de estado del refrigerante en un condensador. NUMERO DE UNIDAD: V NOMBRE DE LA UNIDAD: DISPÓSITIVOS DE EXPANSION Según su aplicación seleccionar el tipo y capacidad de dispositivos de expansión. 5. El alumno explicará las funciones que desempeña el dispositivo de expansión en un sistema de 5. El alumno apoyado en lecturas extraclase, explicará el funcionamiento, ventajas, desventajas y aplicaciones de los tipos más comunes de dispositivos de expansión. 5.3 Maestros y alumnos analizarán y calcularán las condiciones de equilibrio y elección de los dispositivos de expansión: tubo capilar, válvula de expansión termostática, válvula de expansión de presión constante y válvula de nivel. 5.4 El maestro explicará tos métodos para calcular el tubo capilar. En el laboratorio el alumno comprobará el funcionamiento a flujo equilibrado de los diferentes dispositivos de expansión Los alumnos calcularán un tubo capilar para las condiciones dadas

9 NUMERO DE UNIDAD: VI NOMBRE DE LA UNIDAD: EVAPORADORES Calcular el área de transferencia de calor en los diferentes tipos de evaporadores. Seleccionar el tipo de control de escarcha para un evaporador.. El alumno explicará la función que desempeña el evaporador en un sistema de. El alumno explicará la clasificación, características y funcionamiento de los tipos comunes de evaporadores..3 Maestro y alumnos analizarán los procesos de transmisión de calor en los evaporadores..4 El alumno resolverá problemas de transmisión de calor en los evapora- dores..5 El alumno investigará sobre el efecto y control de la escarcha en los evaporadores. 3. En el laboratorio, el alumno observará el funcionamiento de control de la escarcha algunos tipos de evaporadores..7 En clase el alumno describirá el funcionamiento de tos tipos de control de escarcha en tos evaporadores. NUMERO DE UNIDAD: VII NOMBRE DE LA UNIDAD: SISTEMA TOTAL DE COMPRESION DE VAPOR. Determinar el punto de equilibrio de un sistema de 7. Maestro y alumnos analizarán las curvas características de un condensador: capacidad del sistema - temperatura de evaporación. 7. Maestro y alumnos analizarán las curvas características de un compresor: capacidad del sistema - temperatura de evaporación. 7.3 Maestro y alumnos obtendrán las curvas de funcionamiento del conjunto compresorcondensador

10 7.4 Maestro y alumnos analizarán las curvas características de un evaporador: capacidad del sistema - temperatura de evaporación. 7.5 Maestro y alumnos obtendrán el punto de funcionamiento del sistema total. 7. En el laboratorio el alumno obtendrá las curvas características de un condensador, de un compresor y de un evaporador para determinar el punto de equilibrio del sistema de NUMERO DE UNIDAD: VIII NOMBRE DE LA UNIDAD: REFRIGERANTES, LUBRICANTES, TUBERIAS Y ACCESORIOS. Seleccionar el refrigerante adecuado según su aplicación. 8. El alumno investigará y expondrá la clasificación, nomenclatura, características, ventajas, desventajas, usos y toxicidad de los refrigerantes primarios y secundarios. Seleccionar el lubricante adecuado 8. El alumno investigará sobre la función y para un sistema dado. ventajas de los accesorios en un sistema de Seleccionar tuberías válvulas, conexiones y otros accesorios para un sistema de 8.3 En el laboratorio el alumno identificará refrigerantes y accesorios de un sistema de 8.4 Realizará prácticas de carga y descarga de refrigerante en un sistema de El alumno mediante comparación de propiedades seleccionará el refrigerante adecuado para un sistema de refrigeración dado, el alumno investigará y explicará las características de los lubricantes usados en los sistemas de refrigeración, seleccionará el lubricante El alumno apoyado en sus conocimientos de mecánica de fluidos, seleccionará tuberías, válvulas y conexiones de admisión, de descarga para agua de enfriamiento y otros accesorios del sistema de - 0 -

11 NUMERO DE UNIDAD: IX NOMBRE DE LA UNIDAD: OTROS SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN. Analizar los sistemas de refrigeración: Refrigeración por absorción. Refrigeración por ciclo de aire. Refrigeración por chorro de vapor de agua. Refrigeración a baja temperatura. Bomba de calor. 9. Sistemas de refrigeración por absorción. 9. El alumno investigará y describirá sobre el funcionamiento del sistema de refrigeración por absorción y su comparación económica con el sistema de refrigeración de compresión de vapor. 9.3 Maestro y alumnos analizarán y resolverán problemas del ciclo termodinámico de refrigeración por absorción. 9.4 Los alumnos resolverán problemas relacionados con el tema. Sistema de refrigeración por cielo de aire. 9.5 El alumno explicará el funcionamiento, ventajas y aplicaciones del sistema de refrigeración por ciclo de aire. 9. El maestro analizara el cielo de aire para un sistema simple, sistema de dos etapas y sistema regenerativo. 9.7 El alumno resolverá problemas del sistema simple y de dos etapas y comparará los sistemas que usan aire seco con los sistemas que usan aire húmedo. 9.8 Refrigeración por chorro de vapor de agua. 9.9 El alumno investigará sobre el funcionamiento y aplicación de la refrigeración por chorro de vapor de agua. 9.0 El maestro y los alumnos analizarán el comportamiento termodinámico del sistema de refrigeración por chorro de vapor de agua y resolverán ejemplos. 9. El alumno investigará los principios de funcionamiento de tos procesos de refrigeración a temperaturas criogénicas. - -

12 9. El maestro y los alumnos analizarán y resolverán ejemplos de instalaciones o procesos en: equipos de compresión de vapor funcionando en varias etapas o en cascada; la producción de gases licuados a bajas temperaturas; fabricación de anhídrido carbónico sólido y enfriamiento magnético. 9.3 El alumno explicará el principio de funcionamiento y aplicaciones de una bomba de calor, y comparará sus costos de calefacción con el de otros sistemas. 9.4 Maestro y alumnos analizarán las curvas características del sistema total de una bomba de calor. NUMERO DE UNIDAD: X NOMBRE DE LA UNIDAD: CONDICIONES DE CONFORT Y CARGA TERMICA. Diseñar el ciclo de aire completo en un sistema de acondicionamiento de aire para condiciones de verano e invierno. 0. El alumno explicará el manejo de la carta psicrométrica y los procesos con aire húmedo. 0. El alumno investigará y explicará el manejo de las tablas de confort. 0.3 Maestro y alumnos aplicando la carta psícrométrica y tablas de confort analizarán el cielo de aire completo en un sistema de acondicionamiento de aire Para un sistema de acondicionamiento de aire, el alumno calculará los procesos que se realizan en un sistema de acondicionamiento de aire. 0.5 En el laboratorio el alumno determinará las propiedades del aire en los puntos de los procesos que forman el cielo completo de aire suministrado y planteará sus ecuaciones de equilibrio térmico para condiciones dadas. 0. El alumno investigará sobre los factores que intervienen en el cálculo de la carga térmica de un local por acondicionar para condiciones de verano. - -

13 0.7 Para condiciones de diseño en verano, maestro y alumnos considerando las ganancias de calor, calcularán la carga térmica total para un caso dado. 0.8 En el laboratorio el alumno comprobará los cálculos de un sistema de acondicionamiento de aire. 0.9 En base al cálculo de la carga térmica el alumno diseñará el sistema de acondicionamiento de aire determinando la cantidad y características del aire suministrado. 0.0 El alumno investigará sobre los factores que intervienen en el cálculo de la carga térmica de un local por acondicionar para condiciones de invierno. NUMERO DE UNIDAD: XI NOMBRE DE LA UNIDAD: STENA DE DOCTOS Y EQUIPOS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE PARA CONDICIONES DE VERANO E INVIERNO. Diseñara sistemas de ductos y seleccionar equipos de acondicionamiento de aire para condiciones de verano e invierno.. El maestro describirá los métodos para el cálculo de ductos: método de caída de presión constante, método de velocidad supuesta, método de balance de la pérdida de presión.. Maestro y alumnos dimensionarán ductos y calcularán la caída de presión y la pérdida o ganancia de calor en ductos de sistemas de acondicionamiento de aire para condiciones de verano e invierno El alumno investigará y explicará sobre los diferentes tipos de ductos y su proceso de fabricación..4 El alumno describirá los componentes de los equipos utilizados en los sistemas de acondicionamiento de aire y las funciones que desempeñan..5 En el laboratorio el alumno describirá los equipos utilizados para acondicionamiento de aire en verano e invierno

14 . El alumno describirá las partes que constituyen un sistema de distribución de aire y las funciones que desarrollan. NUMERO DE UNIDAD: XII NOMBRE DE LA UNIDAD: PROYECTO. Aplicar los conocimientos adquiridos en Ingeniera térmica para la realización de un proyecto de diseño.. Seleccionar el problema.. Elaborar los planos y dibujos..3 Seleccionara y calcular los elementos..4 Interpretar los resultados obtenidos..5 Proponer soluciones Realizar las conclusiones del proyecto BIBLIOGRAFÍA. - ALTHOUSE, TURNQUIST y BRACCIANO MWERN REFRIGERATION AND AIR CONDITIONING ED. GOMNEARTU WILICOX COMPANY, INC. U.S.A., AIR-CONDITIONING AND REFRIGERATION INSTITUTE REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO ED. PRENTICE-HALL INTERNATIONAL MEXICO, CARRIER AIR CONDITIONING COMPANY HANDSOOK OF AIR CONDITIONINGS SYSTEM DESIGN ED. MC GRAW- HILL U.S.A., HERNANDEZ GORIBAR FUNDAMENTOS DE AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION ED. LIMUSA México, TNRELKED, JAMES, L. INGENIERIA DEL AMBITO TERMICO ED. PRENTICE-HALL INTERNATIONAL ESPAÑA, JENINGS, B.N. y S.R. IEWIS AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION ED. C.E.C.S.A. MEXICO, STOECKER, W.F. REFRIGERACION Y ACONDICIONAMIENTO DE AIRE ED. MC GRAW-HILL MEXICO,

15 NECESIDADES DE EQUIPO. Juego de manómetros (Bomba de vacío) Anemómetro Amperímetro de gancho AC 573. Computer Linked Air Condítioning laboratory Unit (P.A.Hilton) A 770. Recírculating Air Condítíoníng Unit (P.A.Hilton) RC 7. Computer linked Refrigeration laboratory Unit (P.A.hilton) R 370. Vapour empression Refrigeratíon Unit(P.A.hilton) R 830. Air and Water Heat Pump. (P.A.hilton) R 85. Vapour Jet Refrigerator/Neat Pump. (P.A. Hilton) R 433. Yortex Tube Refrigerator (P.A. Hilton Ltd.) R 3. Refrigeration CycLe Demonstration Unit (P.A. Hilton ltd.) 0. - PRACTICAS PROPUESTAS. - Componentes y parámetros básicos del ciclo de refrigeración por compresión de vapor. - Curvas características de un compresor Análisis del proceso de transmisión de calor en un condensador Análisis del proceso en un dispositivo de expansión Análisis del proceso de transmisión de calor en un evaporador.. - Punto de equilibrio del sistema de refrigeración por compresión de vapor Refrigerantes, lubricantes, tuberías y accesorios Otros sistemas de En este punto, se deberán elaborar las Guías de Prácticas con base en la metodología oficial emitida, para tal efecto