Aire acondicionado

Aunque la palabra acondicionar significa algo así como establecer una condición; el término aire acondicionado, se ha reservado solo, al proceso de mantener un local cerrado a una temperatura estable y agradable, a los usuarios del local por enfriamiento, mientras que si el mismo efecto se logra por calentamiento, siempre se refiere a ello, como calefacción.

Producción de aire frío

La capacidad de refrigeración de los sistemas de aire acondicionado se mide en diferentes unidades de acuerdo al sistema de unidades usado en el  país, así tenemos que puede ser:
1.- toneladas de refrigeración, donde una tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de calor necesaria a extraer, para bajar un grado fahrenheit a una tonelada (2000 lb) de agua pura.
2.-Frigorías, donde una frigoría es la cantidad de calor que tenemos que sustraer a 1 Kg de agua a 15 grados celcius para disminuir esta temperatura en 1 grado celcius.
3.- BTU, donde un BTU es la cantidad de calor a extraer a una libra de agua para bajar su temperatura un grado fahrenheit. 
Desde el punto de vista constructivo, las máquinas para aire acondicionado pueden clasificarse en:

1. Máquinas de pared
2. Máquinas directamente enfriadoras del aire, que luego es llevado frío y retornado caliente por conductos a la unidad que está colocada en el exterior.
3. Máquinas que están divididas en dos unidades, una exterior que produce y bombea el refrigerante líquido a otra interior conocida como consola donde se evapora el refrigerante y se intercambia el calor con el aire del local. 
4. Máquinas exteriores, enfriadoras de agua, esta agua luego se bombea por tuberías y se usa para enfriar el aire localmente en intercambiadores de calor distribuidos por toda la edificación.

Cada una de estas máquinas de aire acondicionado encuentran su campo de aplicación en dependencia del volumen y tipo de edificación a servir, así por ejemplo, las máquinas de pared están reservadas al enfriamiento de un solo local, si además este tiene, alguna pared que comunique al exterior, mientras que las máquinas de los casos 2 y 3 se usan para acondicionar el aire de toda una vivienda o una planta completa de un edificio de pocos pisos de altura. Los sistemas por enfriamiento de agua se reservan para edificios de muchos pisos donde el relativo poco diámetro de los conductos de agua, así como su facilidad de bombeo, hace mas viable el proyecto.
Un esquema general de un sistema de aire acondicionado enfriador del aire de manera directa, se muestra a continuación.

En el dibujo pueden apreciarse las mismas partes básicas de un sistema de refrigeración por licuefacción, compresor, condensador, evaporador y válvula de expansión. La característica diferenciadora de este sistema contra uno de refrigeración convencional es que en este, las temperaturas finales necesarias son mucho mas altas (con un mínimo de aproximadamente 10 grados celsius), mientras que en el refrigerador convencional, puede estar en el orden de las decenas de grados celsius bajo cero. Otra diferencia significativa es el hecho de que en este caso, se enfrían grandes cantidades de aire, haciéndolo circular forzadamente por el evaporador con el uso de un ventilador, este aire contiene polvo y otros elementos sólidos en suspensión, que tienden a adherirse a las paletas del evaporador frías y húmedas, formando una capa aislante y obstruyendo el paso del aire a través de ellas, por lo que se hace necesario el uso de filtros que se renovarán de tiempo en tiempo.

Adicionalmente estos sistemas a diferencia con el refrigerador convencional, deben intercambiar constantemente, una parte del aire interior del local, con aire exterior, a fin de mantener una atmósfera respirable y sana dentro de los locales.
Un típico sistema aire acondicionado de consola puede verse en el dibujo siguiente.

En el dibujo se han obviado las partes pertenecientes a la producción del refrigerante comprimido (compresor y tuberías) y solo está representada la consola intercambiadora de calor. Estas consolas generalmente están provistas de dos ventiladores de tipo axial, uno para forzar aire exterior a través del condensador, para licuar el refrigerante comprimido, y otro para recircular el aire interior a través del evaporador, e intercambiar parcialmente un poco de aire interior con aire fresco procedente del exterior. En todos los casos, en la superficie frontal del evaporador, o en la entrada a la cámara donde está este, se coloca un filtro especial, capaz de retener las partículas sólidas en suspensión en el aire de entrada, sin producir resistencia apreciable al paso del aire. En algunos casos, la parte correspondiente al condensador está junto con el compresor en una misma unidad, y el refrigerante llega líquido a la

consola. En este caso, la consola es mas pequeña y solo consta del ventilador de impulsión, el evaporador y el sistema de filtrado. Tiene el inconveniente que el intercambio de aire interior por aire fresco no puede realizarse, este intercambio no es importante cuando los locales son grandes y lo usan pocas personas, donde el abre y cierre de puertas, las pérdidas de hermeticidad de ellas y las ventanas, así como el intercambio natural de chimeneas y conductos de respiración de dispositivos domésticos es suficiente.
Para grandes edificios donde se usa  el método de enfriamiento de agua, pueden utilizarse sistemas de refrigeración por absorción con una consola por local, que utiliza el agua fría como refrigerante. Los sistemas de ventilación de estos grandes edificios son sistemas independientes.
Para el mantenimiento de una temperatura estable, en todos los sistemas de aire acondicionado, se acude al uso de termostato, estos termostatos pueden controlar el arranque y parada de los compresores, o el accionamiento de sistemas eléctricos o hidráulicos que abren y cierran compuertas del aire frío, o del agua fría, según el caso.

Condiciones de los locales a enfriar.

Para obtener un sistema de aire acondicionado energéticamente eficiente, los locales deben cumplir ciertos requisitos de hermeticidad y aislamiento térmico. Locales poco herméticos o con grandes entradas de calor por paredes, techos y pisos no son adecuados, y su consumo energético sería muy elevado.
Es práctica común en climas calurosos, revestir las paredes exteriores por su parte interior, con un material  termo aislante de unos 19 mm de grueso y luego recubrirlo con paneles de yeso-papel, madera contrachapada y similares. También los falsos techos o cielo raso se recubren con capas de unos 100 mm de aislante a base de fibra de vidrio u otro similar.
Para este propósito, los techos de color blanco son los mas adecuados.

Cantidad de frío necesario.

La capacidad de refrigeración necesaria de la instalación enfriadora para determinado local, se establece partiendo de los metros cuadrados de pared exterior.
Estos requerimientos están influidos además por varios factores, los mas importantes son:
1.- Área de pared con vidrios (mientras mas vidrios mas pérdidas).
2.- Generación interior de calor por equipos o instalaciones.
3.- Número de personas a un tiempo dentro del local.
4.- Tipo de techo y si este da al exterior.
5.- Temperatura exterior anual promedio.
6.- Orientación geográfica.
7.- Materiales de construcción, existencia o no de aislamiento térmico.
8.- Color exterior de las paredes y techos.
9.- Otros
En la práctica se acepta que el rango de frigorías por metro cuadrado de pared oscila entre 100 y 150 en dependencia de los factores adicionales influyentes relacionados anteriormente.
Pueden reducirse los kilowatts de potencia de una máquina frigorífica a frigorías, multiplicándolos por 0.86.

Distribución del aire frío

Una vez creado el aparato de preparar el aire frío, es necesario distribuirlo adecuadamente entre los diferentes locales objeto de servicio, de manera uniforme, para lograr que en todos ellos, exista la misma temperatura. Esta distribución cuando se trata de múltiples locales casi universalmente se hace a través de conductos.
El proyecto de los conductos y sus partes, para la adecuada distribución del aire frío en las localidades, puede ser, desde una simple abertura de vertido y otra de retorno en la propia máquina como en el caso de las de pared, hasta complejos sistemas dotados de un entramado de conductos de diferentes secciones de flujo interconectados, con múltiples rejillas de salida y retorno, sistemas de compuertas reguladoras de flujo y de control en caso de incendio etc.
Para un adecuado funcionamiento de un sistema de aire acondicionado, con independencia de su complejidad, es muy importante, no solo distribuir el aire frío en mayor o menor grado a cada local según sus condiciones, si no también, lograr un adecuado retorno. Una ventana de salida de aire frío en un local,  será infuncional si el aire frío vertido no tiene posibilidades bien definidas de retornar a la máquina frigorífica.

Regulación de la Temperatura

Para que un sistema de aire acondicionado funcione adecuadamente será necesario como ya se ha indicado, el uso de termostatos. Estos termostatos pueden variar sustancialmente de una instalación a otra dependiendo de la complejidad del sistema. Para un sistema simple como el de una vivienda, el termostato se reduce a un control eléctrico que enciende y apaga el compresor y los ventiladores de recirculación de aire, pero en el caso de edificaciones comerciales donde pueden estar muchas personas al mismo tiempo, lo mas común es utilizar termostatos de bulbos dobles incluidos en el mismo cuerpo y accionados por la misma palanca de control.
Uno de estos termostatos sirve pera encender y apagar el compresor, y el otro para los ventiladores de recirculación. Los dos están defasados un tanto en valor de temperatura de manera que siempre el termostato que controla el compresor funciona a una temperatura mas alta que el otro, de esta forma el compresor se apagará y encenderá de manera intermitente para mantener la temperatura del local ,pero siempre los ventiladores de recirculación permanecerán encendidos para garantizar el adecuado intercambio de aire con el exteior.
Si se desea apagar a mano todo el sistema, se puede hacer subiendo la palanca de temperatura por encima del valor de calibración del termostato de los ventiladores de recirculación.

Rugosidad Superficial

Las asperezas de las superficies trabajadas están ocasionadas por el arranque de viruta en forma de estrías, surcos, escamas, abombamientos, etc. Las estrías o acanaladuras se producen por la forma de la arista y el avance del útil de corte. Los surcos son ocasionados por la formación de la viruta debido a que el material no permite un arranque liso. Los abombamientos y las escamas se producen por el chorro de granalla o arena. En la practica se superponen diferentes tipos de asperezas.
 

Medición de la Rugosidad Superficial

La magnitud de la aspereza se determina mediante la máxima profundidad de rugosidad Rt, por el valor medio de la rugosidad Ra, o por la profundidad de rugosidad media Rz.
Valor de la profundidad máxima de aspereza Rt. Es la distancia en  mm. entre el perfil base o de fondo y el perfil de referencia o también: la distancia entre la cresta mas alta y la depresión mas profunda en el tramo de referencia.La profundidad de rugosidad media Rz es la media de los valores absolutos de las cinco crestas del perfil mas altas y de las profundidades de los cinco valles del perfil mas bajos, dentro de la longitud básica.

Valor medio de aspereza o rugosidad Ra. Es la media aritmética de los valores absolutos de las separaciones y del perfil rugoso de la línea media dentro del tramo de medida. Viene a ser equivalente a la altura de un rectángulo, cuya longitud sea igual a tramo de medida completo y su superficie igual a la suma de las superficies comprendidas entre el perfil de rugosidad y la línea media.

El valor de Ra, puede indicarse mediante los números de la clase de rugosidad correspondiente a la siguiente tabla según DIN ISO 1302.
 

Números de Clase de Rugosidad

5m	5in	Clase de Rugosidad
50	2000	N12
25	1000	N11
12.5	500	N10
6.3	250	N9
3.2	125	N8
1.6	63	N7
0.8	32	N6
0.4	16	N5
0.2	8	N4
0.1	4	N3
0.05	2	N2
0.025	1	N1

Rugosidades Recomendadas para las Aplicaciones mas Comunes

Aplicaciones	Ra (micras)
Planos de apoyo. Mármoles. Bloques y calibres patrón	0.025
Superficies de medida en micrómetros y calibres de precisión. Planos de apoyo de comparadores.	0.05
Superficies de calibres con cursor. Pernos de articulación. Utensilios de precisión. Cojinetes muy pulidos. Uniones estancas a alta presión con movimiento alternativo. Superficies acopladas, en movimiento alternativo, con estanqueidad de líquidos bajo presión (cilindros hidráulicos). Superficies de cierre sin guarnición.	0.1
Soportes para arboles, cigüeñales, excéntricas. Pernos de bielas. Superficies de levas. Diámetro cilindro de bombas hidráulicas. Cojinetes lapidados. Vástagos de válvulas. Pernos de turbinas. Guías de la mesa de maquinas herramientas. Cuellos de arboles rotores de turbinas y reductores. Uniones estancas, movidas a mano.	0.2
Cojinetes para ejes de motores. Diámetro exterior de émbolos. Diámetros de cilindros de motores térmicos. Ejes de grandes maquinas eléctricas. Acoplamientos a la prensa. Asientos de válvulas. Cojinetes antifricción. Superficies estancas de obturadores y válvulas. Superficies de partes desplazables como patines y sus guías. Soportes de ejes. Cigüeñales.	0.4
Tambores de frenos. Cojinetes de bronce. Dientes de engranajes. Cojinetes rectificados.	0.8
Ejes y taladros para engranajes. Cajas de velocidad y reductores. Caras de pistón. Superficies de cierre con juntas metálicas. Superficies de apoyo de culatas.	1.6
Pernos y cojinetes para transmisiones manuales. Superficies de acoplamiento de partes fijas desmontables.	3
Superficies estancas con junta de protección.	6

 
 

 Rugosidad de las Superficies Según Proceso de Mecanizado

Procedimiento de Fabricación	Profundidad de la aspereza Rt en mm.
Fundición en molde de arena	Entre 25 y 1000
Fundición en molde de mascara	Entre 25 y 250
Fundición en coquilla	Entre 10 y 250
Forja	Entre 10 y 1000
Estirado	Entre 0.4 y 16
Troquelado	Entre 1.6 y 25
Laminado de forma	Entre 1 y 100
Torneado de cilindrado	Entre 1 y 250
Torneado plano o al aire	Entre 2.5 y 250
Cepillado	Entre 1 y 250
Mortajado	Entre 2.5 y 100
Rascado	Entre 1.6 y 40
Taladrado	Entre 16 y 250
Ensanchar taladrado	Entre 0.1 y 40
Barrenado	Entre 6.3 y 40
Escariado	Entre 0.4 y 25
Fresado cilíndrico	Entre 1.6 y 160
Fresado frontal	Entre 1.6 y 160
Brochado	Entre 0.63 y 25
Limado	Entre 2.5 y 100
Amolado cilíndrico y longitudinal	Entre 0.1 y 25
Amolado cilíndrico de ranurar	Entre 0.63 y 10
Amolado plano circunferencial	Entre 1 y 25
Amolado plano frontal	Entre 1 y 25
Rectificado planetario carrera larga	Entre 0.04 y 6.3
Rectificado plano carrera corta	Entre 0.04 y 2.5
Amolado de refino cilíndrico	Entre 0.04 y 10
Amolado de refino plano	Entre 0.04 y 10

Valores Máximos Admisibles de Ra en Función de la Calidad del Mecanizado   

Los valores de rugosidad Ra están en relación con la tolerancia dimensional de las piezas. En esta tabla de detallan los valores en micras de Ra en función de la calidad ISO del mecanizado.
 

Calidades de Tolerancia ISO	<= 3 mm	> 3 <= 18 mm	> 18 <= 80 mm	> 80 <= 250 mm	> 250 mm
IT 6	0.2	0.3	0.5	0.8	1.2
IT 7	0.3	0.5	0.8	1.2	2
IT 8	0.5	0.8	1.2	2	3
IT 9	0.8	1.2	2	3	5
IT 10	1.2	2	3	5	8
IT 11	2	3	5	8	12
IT 12	3	5	8	12	20
IT 13	5	8	12	20	-
IT 14	8	12	20	-	-

Conformación de Materiales en frío

Conformación de materiales en frío

Trabajos en frío
Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar
un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la
vez una deformación.  Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión,  menores
tolerancias, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de
dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes.
Sin embargo, el trabajo en frío tiene algunas desventajas ya que requiere mayores
fuerzas porque los metales aumentan su resistencia  debido al endurecimiento por
deformación, produciendo que el esfuerzo requerido  para continuar la deformación
se incremente y contrarreste el incremento de la resistencia; la
reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la
cantidad de operaciones de formado que se puedan realizar a las partes.  


Cizallado  
Operación de corte de láminas que consiste en disminuir la lámina a un menor
tamaño.
Troquelado
Los parámetros que se tienen en cuenta en el troquelado son la forma y los
materiales del punzón y la matriz, la velocidad y la fuerza de punzonado, la
lubricación, el espesor del material y la holgura o luz entre el punzón y la matriz. La
determinación de la luz influirá en la forma y la calidad del borde cortado. Entre
mayor luz exista, el borde cortado será más burdo y provocará una zona más grande
de deformación en la que el endurecimiento será mayor.
La altura de las rebabas se incrementa al aumentar  la luz. Los bordes de
herramientas desafilados contribuyen también a la formación de rebabas, que
disminuye si se aumenta la velocidad del punzón.
En algunas operaciones de troquelado la lámina perforada suele acumularse entre la
porción recta de la matriz, ejerciendo una fuerza de empaquetamiento que se opone
a la fuerza de troquelado. Por esta razón, la fuerza de troquelado debe ir
aumentando conforme se realicen más operaciones.
 En el troquelado se cortan láminas sometiéndolas a esfuerzos cortantes,
desarrollados entre un punzón y una matriz, se diferencia del cizallado ya que este último solo disminuye el tamaño de lámina sin darle forma alguna. El producto terminado del troquelado puede
ser la lámina perforada o las piezas recortadas.

Importancia de las uniones atornilladas

Puntos a considerar para que una unión atornillada funcione

Se tiene que comprobar que ninguno de los elementos que forman la unión,
se agota con las tensiones a las que se ve sometida la junta.
Las uniones pueden fallar por diferentes modos:

a) La unión podría fallar por fatiga del material de las chapas a unir
en las paredes del agujero efectuado para alojar el tornillo. La resistencia
frente al aplastamiento se expresa en función de la tensión de rotura del
acero de las chapas a unir y no de la tensión del límite elástico, debido a
la existencia inevitable de valores altos en las deformaciones locales que
hacen trabajar el material a tensiones más allá del límite elástico.

b) También se tiene que comprobar frente a cortadura, que este esfuerzo
se produce cuando, en el vástago, las chapas unidas tratan de deslizar
una con respecto a la otra.

c) En una unión atornillada con los tornillos trabajando normalmente a su
eje (por cortadura y aplastamiento) es preciso comprobar las piezas a
unir cuando están sometidas a tracción, ya que los taladros son un
debilitamiento que, si es excesivo, puede llevar a la rotura de la pieza
por desgarramiento.


d) En las uniones donde existen esfuerzos de tracción en la dirección del
eje del tornillo, se tiene que comprobar la resistencia del tornillo, que
depende, como es lógico, de la resistencia de cálculo del tornillo y de su
área.

e) Si la unión trabaja a tracción y a cortante, es necesario comprobar que
no falle bajo esta solicitación combinada.

f) En los tornillos de alta resistencia pretensados. Frente a cargas
perpendiculares al eje de los tornillos la unión resiste mediante el
rozamiento entre chapas favorecido por el esfuerzo de pretensado.
Cuando la carga perpendicular alcanza el valor de la resistencia por
rozamiento, la unión desliza hasta que el vástago del tornillo entra en
contacto con las paredes del taladro. A partir de este momento, la parte
de las fuerzas exteriores no absorbidas por el rozamiento deberán serlo
por el tornillo de alta resistencia trabajando a cortadura y aplastamiento

Fuente: Uniones atornilladas,  http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6080/6/05.pdf