El calor sensible es el calor que se transfiere hacia o desde una sustancia sin provocar un cambio de fase. Es el tipo de calor que sentimos cuando tocamos algo que está caliente o frío.
El calor latente es el calor que se transfiere hacia o desde una sustancia durante un cambio de fase, como de líquido a gas o de gas a sólido. Es el calor que se requiere para cambiar el estado de una sustancia sin cambiar su temperatura.
El calor total es la suma del calor sensible y el calor latente. Es la cantidad total de calor que se transfiere hacia o desde una sustancia.
Ecuaciones
Calor sensible:
El calor sensible es el tipo de calor que podemos sentir y medir con un termómetro. Es la energía necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia sin cambiar su fase (por ejemplo, de sólido a líquido o de líquido a gas).
$$H_S = 1.08 \times CFM \times \Delta T$$Calor latente:
El calor latente es la energía necesaria para cambiar la fase de una sustancia (por ejemplo, de sólido a líquido o de líquido a gas). No provoca un cambio de temperatura.
$$H_L = 0.68 \times CFM \times \Delta W_{GR}$$Calor total:
El calor total es la suma del calor sensible y el calor latente.
$$H_T = H_S + H_L$$donde:
- HSes el calor sensible (Btu/hr)
- HLes el calor latente (Btu/hr)
- HT es el calor total (Btu/hr)
- CFMes el caudal de aire (pies cúbicos por minuto)
- ΔTes la diferencia de temperatura (°F)
- ΔWGRAMO es la diferencia de relación de humedad (granos H2O/lb. DA)
Ejemplo
Un acondicionador de aire elimina 10 000 Btu/h de calor total de una habitación. El caudal de aire es de 1000 CFM y la diferencia de temperatura es de 20 °F. La diferencia en la relación de humedad es de 0,005 granos de H2O/lb. DA.
Calor sensible:
$$H_S = 1.08 \times 1000 \times 20 = 21,600 Btu/hr$$Calor latente:
$$H_L = 0.68 \times 1000 \times 0.005 = 3.4 Btu/hr$$Calor total:
$$H_T = H_S + H_L = 21,600 + 3.4 = 21,603.4 Btu/hr$$Valor U y área
El valor U de un material es una medida de su resistencia térmica. Cuanto menor sea el valor U, mejor será el aislamiento.
El área de una superficie es una medida de su tamaño.
Ecuación
$$H = U \times A \times \Delta T$$donde:
- Hes la tasa de transferencia de calor (Btu/hr)
- tues el valor U (Btu/hr. ft². °F)
- Aes el área (pies²)
- ΔTes la diferencia de temperatura (°F)
Ejemplo
Una pared tiene un valor U de 0,25 Btu/hr.ft². °F y un área de 100 pies². La diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la pared es de 20°F.
Tasa de transferencia de calor:
$$H = 0.25 \times 100 \times 20 = 500 Btu/hr$$Relación de calor sensible (SHR)
La relación de calor sensible (SHR) es la relación entre el calor sensible y el calor total. Es una medida de qué parte del calor total es calor sensible.
Ecuación
$$SHR = \frac{H_S}{H_T} = \frac{H_S}{H_S + H_L}$$Ejemplo
En el ejemplo anterior, el calor sensible es 21.600 Btu/h y el calor total es 21.603,4 Btu/h. Por tanto, la SHR es:
$$SHR = \frac{21,600}{21,603.4} = 0.999$$Conclusión
El calor sensible, latente y total son conceptos importantes en HVAC. Al comprender estos conceptos, podrá diseñar y operar mejor los sistemas HVAC.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
The specific heat capacity of a substance determines how much heat energy is required to change its temperature by a given amount. Substances with high specific heat capacities, such as water, require more heat energy to change their temperature than substances with low specific heat capacities, such as air. Therefore, when designing HVAC systems, it’s essential to consider the specific heat capacity of the substances involved in heat transfer to ensure efficient sensible heat transfer.
A common example of latent heat transfer in an HVAC system is the dehumidification process in an air conditioning system. When moist air passes over a cooling coil, the latent heat of vaporization is transferred from the air to the coil, causing the water vapor to condense into liquid water. This process reduces the humidity of the air and removes heat from the space, making it an essential component of air conditioning systems.
Total heat is calculated by summing the sensible heat and latent heat transferred in an HVAC system. The sensible heat can be calculated using the specific heat capacity of the substance and the temperature change, while the latent heat can be calculated using the latent heat of vaporization or fusion and the mass of the substance undergoing a phase change. For example, in a cooling coil, the total heat transfer can be calculated by adding the sensible heat transfer due to the temperature change of the air and the latent heat transfer due to the condensation of water vapor.
The units of measurement for sensible, latent, and total heat are typically measured in joules (J) or British thermal units (BTU). The specific heat capacity of a substance is typically measured in joules per kilogram per kelvin (J/kg·K) or BTU per pound per degree Fahrenheit (BTU/lb·°F). The latent heat of vaporization or fusion is typically measured in joules per kilogram (J/kg) or BTU per pound (BTU/lb).
The humidity of the air has a significant impact on latent heat transfer in an HVAC system. When the air is humid, there is more moisture available to condense on the cooling coil, resulting in a greater amount of latent heat transfer. Conversely, when the air is dry, there is less moisture available to condense, resulting in less latent heat transfer. Therefore, it’s essential to consider the humidity of the air when designing HVAC systems to ensure efficient latent heat transfer.
Total heat transfer is an essential concept in various HVAC applications, including air conditioning systems, heat pumps, and refrigeration systems. It’s used to calculate the total cooling or heating capacity of a system, which is critical for selecting the appropriate equipment size and designing efficient systems. Additionally, total heat transfer is used to analyze the performance of HVAC systems and identify opportunities for energy savings and optimization.
