Titulación Ingeniero Técnico Industrial Convocatoria Final junio Asignatura Instalaciones Frío - Calor Curso 3º Fecha 30 junio 2004

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1 Curso 3º Fecha 30 junio 2004 Problema 1 Del catálogo adjunto de fan coils tipo cassette, se ha seleccionado el modelo 42GWD008. Este modelo es una unidad a cuatro tubos que dispone de batería de enfriamiento y de calentamiento independientes. Usando los datos que aparecen en la tabla Datos físicos y eléctricos para este modelo y las condiciones Eurovent descritas en el píe de página: A. Obtener la temperatura seca, humedad absoluta y humedad relativa del aire de entrada en condiciones de refrigeración y dibujar el punto sobre el diagrama sicrométrico adjunto. B. Calcular la temperatura seca, humedad absoluta y humedad relativa del aire de salida en condiciones de refrigeración y dibujar el punto sobre el diagrama sicrométrico adjunto. Problema 2 Para el mismo modelo de fan coil del problema anterior (42GWD008), y para condiciones de calefacción: A. Calcular el caudal de agua que circula por la batería de calefacción, la eficiencia y el UA de la misma (suponer la batería: intercambiador de flujo cruzado ambos fluidos sin mezclar, un solo paso en ambos fluidos). B. Calcular el calor intercambiado (capacidad calorífica), temperatura de salida del agua y temperatura de salida del aire, si se alimenta al fan coil con agua procedente de una caldera de baja temperatura (50 C) en lugar de una caldera convencional (70 C) como aparece en las condiciones nominales del catálogo. Problema 3 Si suponemos que una planta enfriadora de agua, condensada por aire suministra el agua a 7 C con la potencia frigorífica (34 kw) necesaria para 10 unidades fan coil de las usadas en los problemas anteriores. Y que los datos disponibles de la misma son los siguientes: Refrigerante: R-22 Temperatura de evaporación: 4 C Potencia consumida compresor: 8.85 kw Temperatura de condensación: 46 C Subenfriamiento del líquido: 6 C Sobrecalentamiento vapor (TXV): 6 C Desplazamiento volumétrico del compresor: 40 m³/h Calcular: A. Coeficiente de eficiencia energética y potencia evacuada en el condensador. B. Rendimiento isentrópico y volumétrico. C. Temperatura de descarga del refrigerante.

2 Curso 3º Fecha 30 junio 2004

3 Curso 3º Fecha 30 junio 2004

4 Titulación Ingeniero Técnico Industrial Convocatoria Final septiembre Curso 3º Fecha 29 septiembre 2004 Problema 1 Sobre el evaporador de un aparato de aire acondicionado fluye una corriente de 1130 m³/h de aire, las condiciones de entrada de dicho aire son: temperatura seca 30 C y humedad relativa 50%. La temperatura seca del aire a la salida del evaporador ha sido medida, tomando un valor de 14 C. El aparato de aire acondicionado utiliza R-134a, con una presión de evaporación del mismo es kpa y de condensación de kpa. Suponiendo un subenfriamiento del líquido de 6 C y que la alimentación al evaporador está controlada por una válvula de expansión termostática de 8 C, y que el caudal de refrigerante que sale del evaporador es de m³/h. Calcular: A. La potencia frigorífica transferida al aire B. La humedad relativa del aire a la salida del evaporador y el caudal de agua condensada. Problema 2 Durante el proceso de diseño de una instalación frigorífica se estima que la misma debe desarrollar 100 kw de potencia frigorífica, que trabajará entre unas temperaturas de evaporación y condensación de 0 C y 40 C, utilizando amoniaco como refrigerante. Los rendimientos isentrópicos y volumétrico pueden estimarse como iguales al 70%. El subenfriamiento del líquido se estima en 4 K y el evaporador se encuentra controlado por una válvula termostática de 5 K. Calcular: A. La temperatura de descarga del refrigerante B. La potencia de compresión consumida C. El volumen de los pistones del compresor si este gira a 1450 rpm. Problema 3 Para el modelo de fan coil 42GWD 020 del catálogo de la página siguiente, cuando este se encuentra funcionando en condiciones de calefacción: A. Calcular el caudal de agua que circula por la batería de calefacción, la eficiencia y el UA de la misma (suponer la batería: intercambiador de flujo cruzado ambos fluidos sin mezclar, un solo paso en ambos fluidos). B. Calcular el calor intercambiado (capacidad calorífica), temperatura de salida del agua y temperatura de salida del aire, si se alimenta al fan coil con agua procedente de una caldera de baja temperatura (50 C) en lugar de una caldera convencional (70 C) como aparece en las condiciones nominales del catálogo.

5 Titulación Ingeniero Técnico Industrial Convocatoria Final septiembre Curso 3º Fecha 29 septiembre 2004

6 Titulación Ingeniero Técnico Industrial Convocatoria Final septiembre Curso 3º Fecha 29 septiembre 2004

7 Parte Cuestiones y teoría Curso 3º Fecha 7 de junio de 2005 Cuestiones C1. Una caldera mural individual para la fabricación de agua caliente sanitaria (ACS) en una vivienda, es capaz de suministrar un caudal de agua de 11 l/min a 40ºC en el supuesto de que la temperatura del agua de red sea de 15ºC. Estimar el coste anual que supone este servicio para una familia de 4 miembros con un consumo de 50 litros por persona y día, si el rendimiento de la caldera es del 84% y el precio del gas es /kwh. Cuál es el coste en pesetas de una ducha de 5 minutos? C2. Un instalador de aire acondicionado recomienda a un cliente un equipo autónomo aire-aire para la climatización de su vivienda de 100 m². El instalador estima que un equipo con una potencia frigorífica de W puede ser suficiente para verano, y sugiere la instalación de la bomba de calor 50 HT cuyos datos técnicos se adjuntan. Se pide: Eficiencia del equipo en régimen de calefacción y refrigeración. Temperatura de impulsión del equipo en régimen de invierno. Entalpía del aire de impulsión en régimen de verano. Estimar el coste anual de calefacción si se suponen 300 horas de funcionamiento a plena carga, y compararlo con el que tendría un sistema de calefacción que suministrara la misma energía mediante resistencias eléctricas. Estimar el coste anual de refrigeración si se suponen 600 horas de funcionamiento a plena carga. Nota: Coste de la energía eléctrica /kwh. Tiempo: 40 minutos

8 Parte Cuestiones y teoría Curso 3º Fecha 7 de junio de 2005 Teoría T1. Explicar brevemente los equipos que se pueden utilizar para la humidificación de una corriente de aire, la evolución en el diagrama psicrométrico, sus ventajas e inconvenientes. T2. Ventajas e inconvenientes de la condensación con agua de torre frente a la condensación por aire. T3. Con qué fenómeno físico está directamente relacionada la temperatura de rocío? Ponga tres ejemplos. T4. Con qué expresión se calcula el caudal de aire de impulsión en climatización? De qué depende? Cómo varía con el tiempo? Cómo afecta al consumo de energía? Tiempo: 30 minutos

9 Parte Cuestiones y teoría Curso 3º Fecha 7 de junio de 2005 Test 1. En una batería de agua fría la temperatura de salida del aire disminuye si Disminuye la temperatura de entrada del agua Aumenta el caudal de agua Aumenta el caudal de aire Ninguna de las anteriores 2. El ADP de una batería de agua fría es Una medida de su eficiencia La temperatura media del condensado La temperatura media del agua La temperatura de salida del aire 3. Uno de los motivos por lo que se aíslan las tuberías es Para aumentar las pérdidas de calor Para evitar condensaciones del aire ambiente al transportar fluidos calientes Para evitar condensaciones del aire ambiente al transportar fluidos fríos Para evitar golpes de líquido 4. La carga latente de un local Aumenta al disminuir la ocupación No depende del nivel de ocupación Depende del nivel de actividad de los ocupantes Depende de los equipos instalados en el local 5. El aire de un local en régimen de calefacción Sólo se enfría Se enfría y deshumidifica Se calienta y deshumidifica Se humidifica y enfría 6. La carga punta refrigeración de un local Se produce siempre en el instante de máxima temperatura exterior Depende de la temperatura húmeda del aire exterior No depende de las cargas internas Depende del clima, del edificio y de las cargas internas. 7. En una torre de refrigeración El aire se enfría y el agua se calienta El aire se calienta y el agua se enfría Se enfría agua Se enfría y humidifica aire 8. En los secundarios de un sistema de climatización Se consume energía en las bombas No se consume energía Se transfiere energía en las baterías Los filtros no afectan al consumo de energía Se consume energía en los ventiladores

10 Parte Cuestiones y teoría Curso 3º Fecha 7 de junio de La ventilación en climatización es necesaria para Mejorar la calidad del aire interior Presurizar los locales Aumenta el consumo de energía en cualquier situación La carga de ventilación aumenta la carga de diseño del equipo 10. En un equipo autónomo Se produce frío por la expansión directa de un refrigerante Tiene que haber una unidad condensadora Es siempre un sistema del tipo todo-refrigerante Puede ser un sistema todo-aire Puede ser un sistema todo-agua 11. Un aumento del área de un intercambiador Mejora la eficiencia Permite transmitir calor con una menor diferencia de temperaturas Modifica el coeficiente de transferencia Aumenta el coste del equipo 12. El ensuciamiento de un intercambiador supone Un aumento del calor transferido Una disminución de su eficiencia Un menor coeficiente de transferencia de calor Puede detectarse por la disminución del salto de temperatura de las corrientes 13. En un intercambiador líquido-gas Se produce siempre una condensación El coeficiente de transferencia es mayor que en uno gas-gas Se colocan aletas del lado del gas para aumentar el área de transferencia Suelen colocarse aletas del lado del gas para aumentar las pérdidas de carga 14. En la condensación por aire de un refrigerante La eficiencia es menor que en condensación por agua Las temperaturas de condensación son menores que condensando con agua La temperatura húmeda juega un papel fundamental El condensado debe ser evacuado como líquido saturado 15. Señale las afirmaciones ciertas En una válvula se conserva la entropía En un compresor se conserva la entalpía En un compresor debe evitarse la presencia de gotas de líquido En una bomba debe evitarse la presencia de burbujas de gas En una compresión ideal se conserva la entropía 16. Una planta enfriadora Genera energía frigorífica Condensa siempre por aire Se utiliza en sistemas centralizados de climatización Se utiliza en sistemas todo-agua o todo-aire. La temperatura de distribución de agua suele alrededor de 12ºC

11 Parte Cuestiones y teoría Curso 3º Fecha 7 de junio de Un equipo autónomo aire-aire partido Condensa por aire y evapora con agua El compresor suele estar en la unidad interior Las condensaciones se producen en verano en la unidad interior Puede distribuir aire por conductos El consumo se debe únicamente al compresor 18. El COP de un equipo autónomo condensado por aire Es el cociente entre la potencia frigorífica y la potencia consumida Es siempre mayor que uno No puede ser mayor que uno al tratarse de un rendimiento Aumenta al disminuir la temperatura del aire exterior Aumenta si aumenta el área del condensador 19. Una buena distribución de aire en los locales Debe mantener una temperatura homogénea Afecta mucho al confort de los ocupantes Debe garantizar la presencia de corrientes de aire Debe ser lo más silenciosa posible No afecta sensiblemente al consumo de energía 20. El consumo de energía en climatización No es significativo en relación al consumo de energía en la industria Es muy importante pues supone en torno al 50% del consumo en edificios Se debe a condensadores y baterías fundamentalmente Se produce en producción de frío, generación de calor y transporte de fluidos Tiempo: 30 minutos

12 Curso 3º Fecha 7 de junio de 2005 Problema En el esquema inferior se representa el equipo utilizado en las prácticas de laboratorio. El equipo está compuesto por un ventilador centrífugo, una resistencia eléctrica de 2,3 kw y un equipo de producción de frío por compresión mecánica aire aire, que utiliza R-134a como refrigerante. El caudal de aire que mueve el ventilador centrífugo es 465 m 3 /h (medido en las condiciones A) y el desplazamiento volumétrico del compresor 5,1 m 3 /h. Los siguientes datos son medidas realizadas. Temperaturas secas del aire: TA = 22 º C; TC = 38 º C; TD = 22,5 º C Temperaturas húmedas del aire: Th,C = 20,2 º C; Th, D = 14 º C Temperaturas del refrigerante: T1 = 11º C; T2 = 60 º C; T3 = 38 º C Presiones del refrigerante: p = 350 kpa; p 1016 kpa evap cond = 1. Dibujar los puntos A, B, C y D sobre el diagrama sicrométrico adjunto, calcular el calor sensible y latente intercambiado en el proceso C-D y la potencia del ventilador. 2. Dibujar sobre un diagrama p-h los puntos del ciclo de compresión mecánica y calcular la potencia frigorífica, la potencia consumida en la compresión, el COP, el rendimiento volumétrico y el rendimiento isentrópico del compresor. 3. Eficiencia y UA del condensador, si el caudal de aire sobre éste es de 1200 m 3 /h (suponer para este apartado que el refrigerante se encuentra cambiando de fase en todo el condensador). 4 A B C D 2 3 1

13 Curso 3º Fecha 7 de junio de 2005

14 Titulación Ingeniero Técnico Industrial Asignatura Instalaciones de frío y calor Especialidad Mecánica y Eléctrica Convocatoria Final Curso 3º Fecha Septiembre 2005 Problema 1 Cierto técnico se enfrenta al proyecto de climatización de una discoteca, y dispone de los siguientes datos: Superficie: 1000 m² Altura (suelo-techo): 3.5 m Ocupación: 1 m²/persona Ventilación (UNE ): 15 l/s persona Carga sensible del local: 160 W/m² Carga latente por ocupantes: 160 W/per Condiciones interiores: 25ºC y 50% de humedad. Condiciones exteriores: 30ºC y 50% de humedad Temperatura de impulsión: 15ºC Se decide instalar un equipo autónomo aire-aire tipo Roof-Top para cuya selección el fabricante solicita los siguientes datos: Caudal de aire exterior (m³/h) y número de renovaciones por hora Caudal de aire de impulsión (m³/h) Temperatura de impulsión exacta (ºC) Factor de calor sensible del local Potencias sensible, latente y total del equipo (kw) Ciclo del aire en el diagrama psicrométrico El fabricante responde que no hay equipos con tanta capacidad de deshumectación, por lo que el técnico para resolver el problema decide diseñar su propia unidad de tratamiento de aire (UTA) compuesta por una batería de frío con un ADP = 6ºC seguida de una batería de calor. Calcular: Temperatura del aire a la salida de la batería de frío (ºC) Factor de by-pass de la batería de frío. Potencias sensible, latente y total de la batería de frío (kw) Temperatura de salida de la batería de calor (ºC) Potencia de la batería de calor (kw) Nuevo ciclo del aire en el diagrama psicrométrico Tiempo: 100 minutos

15 Titulación Ingeniero Técnico Industrial Convocatoria Septiembre Asignatura Instalaciones Frío-Calor Parte Problema 2 Curso 3º Fecha 26/09/05 Problema 2 Para el diseño de una instalación frigorífica industrial con R-134a, se estima la temperatura de evaporación necesaria igual a 5ºC, un subenfrimiento del líquido de 5ºC y un sobrecalentamiento del vapor de 10ºC. La tabla 1 se extrae del catálogo del compresor semihermético alternativo que hemos seleccionado. El desplazamiento volumétrico del compresor a 50 Hz es de 360 m³/h. T cond (ºC) T evap (ºC) q f (kw) P c (kw) q f (kw) P c (kw) Tabla 1. Potencia frigorífica y potencia de compresión en función de la temperatura de evaporación. Nota: Subenfriamiento del líquido 5ºC, sobrecalentamiento del vapor 10ºC. A. Seleccionar un condensador de aire, usando la tabla 2, para que la instalación evacúe el calor necesario durante la puesta en marcha de la instalación (suponer que la temperatura de evaporación inicial ronda los 16ºC). En las condiciones extremas de diseño considerar una temperatura del aire exterior de 40ºC y una temperatura de condensación de 55ºC. Tabla 2. Datos técnicos para diferentes modelos de condensadores de aire. Nota: Elegir la conexión en triángulo, t = temperatura de condensación temperatura aire exterior. B. Calcular la eficiencia y el coeficiente global de transferencia del condensador (U). C. Cuando la instalación funcione con una temperatura de evaporación de 5ºC y una temperatura de aire exterior de 40ºC, calcular la temperatura de condensación, el rendimiento volumétrico, el rendimiento isentrópico y COP.