CAPITULO 3

MEMORIA DE CALCULOS

3.1 DETERMINACIÓN DE LOS VOLÚMENES DE AIRE EN CADA UNA DE

LAS ÁREAS DE LA BIBLIOTECA.

Para el cálculo de los volúmenes se ha dividido en secciones según los cielos rasos,

para el primer caso la sala de lectura que tiene un cielo raso de 3.50m queda

determinada como muestra la figura.

5.380.152

85.1524.18.LECTURASVol

3

. 6.942 mVol LECTURAS

hmQ

mrenNVQ

/4715

5*943º*

3

1

3

Convierto unidades:

cfmQ

cfmm

fth

h

m

2775

27753048.0

1

min60

14715

1

3

33

15.85

18.24

15.8

0

3.2) ESCOGER EL NÚMERO DE RENOVACIONES HORA.

renNº = 4-5 Renovaciones hora para bibliotecas (Tabla especificada en anexo

Refrigeration and Air)

Para el siguiente caso dividimos el área total en 5 áreas conocidas y multiplicamos

por el cielo raso que mide 2.30, en este espacio funcionan la sala de recepción y los

ficheros virtuales.

VOLUMEN TOTAL SECCION 2

AREAS LARGO ANCHO ALTURA VOLUMEN

m m m m3

1 5,61 1,85 2,3 24

2 4,4 2,8 2,3 28

3 8,36 0,6 2,3 12

4 11,06 3 2,3 76

5 10,31 7,63 2,3 181

VOLUMEN TOTAL 321

3

2 321mVolsala

3.3) CALCULO DEL AIRE NECESARIO PARA VENTILAR EN CFM (CUBIC

FEET PER MINUTE)

3.3.1) MÉTODO DE VOLÚMENES

hmQ

mrenNVQ

/1605

5*321º*

3

2

3

Convierto unidades:

cfmQ

cfmm

fth

h

m

945

9453048.0

1

min60

11605

2

3

33

cfmQtotal

Qtotal

QQQtotal

3720

9452775

21

1Q = Caudal necesario para ventilar la sala de lectura con cielo raso 3.50m ( hm /3

o cfm)

2Q = Caudal necesario para ventilar la sala de lectura con cielo raso 2.30m ( hm /3

o

cfm)

Qtotal = Caudal necesario para ventilar toda la sala de lectura ( hm /3

o cfm)

3.3.2) METODO DEL NUMERO DE PERSONAS

Se multiplica el número de personas por una constante de ventilación de aire

requerida por humano ocupante.

Número de personas=120

3

3

3240

1

3600

1000

1900

/5.7120

º

h

mQT

h

seg

lt

m

seg

ltQT

segltQT

NQT

personas

QT = Caudal total necesario para ventilar según el método de número de ocupantes

= Required air Ventilation per human occupant = 7.5 litros/s ( Manual de

ventilación Salvador Escoda S.A.

Nº= Máximo número de personas permitidas en el recinto.

Convierto unidades.

cfmQT

cfmm

fth

h

m

1906

19063048.0

1

min60

13240

3

33

Para la ventilación escojo el caudal mayor que en este caso esta dado por el

método de volúmenes.

Q total = 3720cfm para primera planta

Para el cálculo de caudales en el segundo piso se tiene la figura donde se puede

observar como esta distribuida el área de depósito bibliográfico.

3

2 353mVolsala

NUMERO DE RENOVACIONES = 4-5 Renovaciones/hora para bibliotecas

hmQ

mrenNVQ

/1412

4*353º*

3

3

3

cfmQT

cfmm

fth

h

m

831

8313048.0

1

min60

11412

3

33

Q total = 831cfm para segunda planta

3.4) CALULOS DE CAIDA DE PRESION DEBIDO ACCERSORIOS Y

FRICCION

La Ecuación de Bernoulli pude estar desarrollada una ecuación de fuerzas

kgNmteconsg

gdP

g

v

c

z

c

/,tan2

2

, donde:

v= velocidad local m/s

c= constante dimensional 1kg m / (N m /s²)

P= presión absoluta Pa / (N / m²)

VOLUMENES DEPOSITO BIBLIOGRAFIA

AREAS LARGO ANCHO ALTURA VOLUMEN

m m m m3

LIBROS

a 3,16 2,65 2,5 21

b 4,96 1,6 2,5 20

c 10,81 4,41 2,5 119

g 4,91 3,8 2,5 47

Vol. Libros 207

TESIS 4,6 3,8 2,5 44

REVISTAS 6,8 2,82 2,5 48

OFICINA 4,4 3,8 2,5 42

BAÑO 2,65 1,8 2,5 12

VOLUMEN TOTAL 353

= densidad Kg / m³

g= gravedad m/s²

z= elevación m

Sumando la constante de densidad de fluido dentro del sistema tenemos:

kgNmteconsg

gP

g

v

c

z

c

/,tan2

2

pzPg

VzP

g

V

cc

22

2

2211

2

11

22

Donde:

V = Velocidad media del conducto, (m/s).

Δp= Pérdida de presión por fricción y pérdida dinámica entre 1 y 2 (Pa).

= cgg / peso específico, (N/m³)

pzPg

VzP

g

V

cc

22

2

2211

2

11

22

pzPPPg

VzPPP

g

Vzz

c

zz

c

2222

2

221111

2

11 )(2

)(2

11 )/( zggPP acaz

22 )/( zggPP acaz

En la ecuación se remplaza la velocidad media V por la velocidad en un punto

local v

))((

22

1221

2

22,

2

11,21

zzg

gPP

g

VP

g

VPP

a

c

c

s

c

s

Donde:

2,1sP Presión Estática. Pa

2,1V Velocidad promedio del ducto. m/s

a Densidad del aire. Kg/m³

Densidad del fluido (aire=1.2) Kg/m³

21P Cambio de presión entre los puntos 1,2. Pa

P Cambio de presión por la fricción y accesorios. Pa

Presión manométrica = Presión absoluta- presión atmosférica.

2/)/1000( 2VDLfPf h

Pf = Caída de presión debido a fricción Pa

f= factor de fricción adimensional

L= Longitud del ducto m

V= velocidad m/s

Para el cálculo del diámetro hidráulico se realizará el supuesto de un diámetro

equivalente en el ducto debido a que este tiene sección rectangular y el diseño será

condicionado por la siguiente igualdad b=5a, donde (a=altura; b=base).

Entonces:

25.0

625.0

)(

)(3.1

ba

baDD eh

5.05.0 Re

51.2

7.3log2

1

fDf h

VDv

VDh

h 4.661000

Re

= Factor de rugosidad del material 0.09mm para tool galvanizado

Re= Número de Reynolds para aire en condiciones Standard.

V= Velocidad del fluido m/s

v= velocidad cinética del aire m/s

hD = Diámetro Hidráulico mm

0028.085.0018.0

018.0

Re

6811.0

25.0

fffSi

fffSi

Df

h

Para planta baja donde se encuentran las salas de lectura y zonas de recepción y

devolución de libros, se diseño un sistema de extracción de aire donde los ductos están

distribuidos de la siguiente manera, además los caudales de están divididos para

ventilar volúmenes determinados.

Para el cálculo de perdida de presión debido a fricción en el sistema de la planta

baja dividimos en tramos conocidos como indica la figura y calculamos la pérdida de

presión en mmH2O con las ecuación de Bernoulli indicada anteriormente.

a2

a1

a b

c1

c

c2de

e2

f1

a

f3 f2

f

e1

f3g

f3

La siguiente tabla nos muestra el resultado de pérdida de presión en la parte

crítica del sistema.

CALCULO DE PERDIDA DE PRESION DEBIDO A FRICCION EN LOS DUCTOS PLANTA BAJA

rugosidad del ducto

(e) 0,09

Tramo Q Area b (base) a

(alto)

L De A V Dh

(De)

Re f ' f Dp Dp

Total

Dp Total Dp Total

[L/s] [cm] [cm] [m] [cm] [cm2] [m/s] [cm] [n/a] [n/a] [n/a] [Pa/m] [Pa] [mmH2O] [pulgH2O]

a2 5338 10650 150 71 3,1 110,9 9660 5 110,9 368194 0,0140 0,0147 0,20 0,62 0,0630 0,002479

a1 5339 10650 150 71 3,7 110,9 9660 5 110,9 368194 0,0140 0,0147 0,20 0,74 0,0752 0,002959

a 5338 10650 150 71 2,30 110,9 9660 5 110,9 368194 0,0140 0,0147 0,20 0,46 0,0467 0,001839

b 4031 8100 150 54 5,60 95,4 7141 5 95,4 316575 0,0146 0,0152 0,24 1,34 0,1364 0,005371

c1 2724 5440 80 68 1,70 80,6 5097 5 80,6 267464 0,0152 0,0157 0,29 0,50 0,0507 0,001998

c 2724 5440 80 68 8,00 80,6 5097 5 80,6 267464 0,0152 0,0157 0,29 2,34 0,2388 0,009401

c2 2725 5440 80 68 2,00 80,6 5097 5 80,6 267464 0,0152 0,0157 0,29 0,59 0,0597 0,002350

d 1417 2800 80 35 5,50 56,7 2521 5 56,7 188097 0,0166 0,0169 0,45 2,46 0,2511 0,009885

e 110 455 35 13 4,40 22,6 403 2 22,6 30067 0,0250 0,0250 0,26 1,17 0,1187 0,004674

e1 111 455 35 13 1,50 22,6 403 2 22,6 30067 0,0250 0,0250 0,26 0,40 0,0405 0,001593

e2 112 455 35 13 1,80 22,6 403 2 22,6 30067 0,0250 0,0250 0,26 0,48 0,0486 0,001912

TOTAL 11,08 1,13 0,04

MEDIDAS DE DUCTOS PLANTA BAJA

MEDIDAS MEDIDAS

DUCTO

ancho

cm

alto

cm

largo

(m) DUCTO

ancho

cm

alto

cm

largo

(m)

a2 150 71 3,1 e1 35 13 1,5

a1 150 71 3,7 e2 35 13 1,8

a 150 71 2,3 f 40 33 2,3

b 150 54 5,6 f1 40 33 0,9

c1 80 68 1,7 f2 40 33 2,8

c 80 68 8 f3 40 33 1,9

c2 80 68 2 g 35 25 3,9

d 80 35 5,5 h 35 13 6,4

e 35 13 4,4

3.4.1) CALCULO DE PERDIDA DE PRESIÓN DEBIDA A

ACCESRORIOS EN EL SISTEMA (CODOS Y TRANSICIONES).

Para el cálculo de pérdida de presión debida a accesorios se ha elegido la

siguiente nomenclatura:

D1-D8 = Descargas o rejillas

C1-C10 = codos

t1-t4 = transiciones o cambios de sección.

c1

c2

c3

c4

c5 c6

c7c8

c9

c10

D2

D1

D3

D4

D5

D2D2

D2

t1

t2

t3

t4

3.4.2) PERDIDA DE PRESION EN CODOS.

Se tiene la relación de R/D y W/D con esos valores se extra el valor de Co de la tabla y

se multiplica por el cabezal dinámico.

Para el C1 (codo1) se tiene:

R = 150 radio medio (cm)

D = 71 ancho (cm)

W = 150 altura (cm)

R/D = 2.1

W/D = 2.1

Co = 0.1 coeficiente de pérdida de presión adimensional obtenido en

pruebas.

Para el cálculo de la perdida de presión en los codos utilizamos la siguiente

fórmula que utiliza el cabezal dinámico y la constante que relaciona las áreas.

Pv

Pj

v

PjCo

2/2

ΔPj = Caída de presión en el codo (Pa).

v = Velcidad del fluido dentro del ducto (m/s)

δ = Densidad del aire (1.2Kg/m3)

Pv = Cabezal dinámico de presión.

3.4.3) PERDIDA DE PRESION EN TRANSICIONES.

Se obtiene la relación de áreas A0/A1 que viene dado por (a0×b1) / (a1×b1) y con el

ángulo formado por la variación de secciones, con estos valores extraemos el Co de la

tabla y multiplicamos por el cabezal dinámico.

Para la t1 (transición 1) se tiene:

a0= 54 altura del ducto mayor (cm)

b1= 150 base del ducto mayor (cm)

a1= 68 altura del ducto mayor (cm)

b1= 80 base del ducto mayor (cm)

A0/A1= 1.5 relación de áreas

θ = 30 ángulo formado en transición.

Co= 0.96 coeficiente de pérdida de presión adimensional obtenido en pruebas.

Finalmente multiplicamos la constante adimensional por el cabezal dinámico de

presión.

SR4-1 Transition, Rectangular, Two Sides Parailel, Symmetrical, Supply Air Systems (Idelchik et al. 1986, Diagram 5-5) C, Valúes

θ

Ao/A1, 10 15 20 30 45 60 90 120 150 180

0.10 0.05 0.05 0.05 0.05 0.07 0.08 0.19 0.29 0.37 0.43

0.17 0.05 0.04 0.04 0.04 0.05 0.07 0.18 0.28 0.36 0.42 0.25 0.05 0.04 0.04 0.04 0.06 0.07 0.17 0.27 0.35 0.41 0.50 0.06 0.05 0.05 0.05 0.06 0.07 0.14 0.20 0.26 0.27 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 2.00 0.56 0.52 0.60 0.96 1.40 1.48 1.52 1.48 1.44 1.40 4.00 2.72 3.04 3.52 6.72 9.60 10.88 11.20 11.04 10.72 10.56

10.00 24.00 26.00 36.00 53.00 69.00 82.00 93.00 93.00 92.00 91.00 16.00 66.56 69.12 102.40 143.36 181.76220.16256.00 253.44 250.88 250.88

Para planta alta donde se encuentran los estantes de almacenamiento de libros,

tesis y revistas, se diseño un sistema de inyección de aire donde los ductos están

distribuidos de la siguiente manera, además los caudales están divididos para

acondicionar los espacios con parámetros determinados anteriormente de aire y

humedad relativa, se cuenta con un sistema de extracción donde recircula el aire

atemperado.

ACCESORIOS PLANTA BAJA

DESCARGAS CODOS TRANSICIONES

REJILLA CAUDAL

(l/s)

R

cm

D

cm

W

cm

R/D W/D Co ΔP

(Pa)

a0 b0 a1 b1 A0/A1 angulo

θ

Co ΔP

(Pa)

D1 1307 c1 150 71 150 2,1 2,1 0,1 1,5 t1 54 150 68 80 1,5 30 0,96 14

D2 1307 c2 150 71 150 2,1 2,1 0,1 1,5 t2 68 80 35 80 1,9 30 0,96 14

D3 1307 c3 80 68 80 1,2 1,2 0,1 2,0 t3 35 80 16 31 5,6 45 9,6 144

D4 1307 c4 80 68 80 1,2 1,2 0,1 1,95 t4 33 40 25 35 1,5 15 0,96 14

D5 110 c5 35 13 35 2,7 2,7 0,1 1,5

D6 110 c6 35 13 35 2,7 2,7 0,1 1,5

D7 110 c7 35 13 35 2,7 2,7 0,1 1,5

D8 110 c8 40 33 40 1,2 1,2 0,1 1,5

c9 40 33 40 1,2 1,2 0,1 1,5

c10 35 25 35 1,4 1,4 0,1 1,5

Para el cálculo de perdida de presión debido a fricción en el sistema de la planta

alta dividimos en tramos conocidos como indica la figura y calculamos la pérdida de

presión en mmH2O con las ecuación de Bernoulli indicada anteriormente.

2.7

3.1

0.5

2.51.7

4.6

0.4

0.7

0.8

2.8

0.3

0.8

2.9

0.7

0.8

0.1

0.2

0.7

1.2

a

bcd

d1

e f

a1

g4

g5

g3

g1g

h1

a3

h

a2

g2

0.1

La siguiente tabla nos muestra el resultado de pérdida de presión en la parte

crítica del sistema.

CALCULO DE PERDIDA DE PRESION DEBIDO A FRICCION EN LOS DUCTOS PLANTA ALTA

rugosidad del ducto (e) 0,09

Tramo Q Area

b

(base)

a

(alto) L De A V

Dh

(De) Re f ' f Dp Dp Total Dp Total Dp Total

[L/s] [cm] [cm] [m] [cm] [cm2] [m/s] [cm] [n/a] [n/a] [n/a] [Pa/m] [Pa] [mmH2O] [pulgH2O]

a3 379 961 31 31 1,2 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 0,73 0,0743 0,002927

a2 379 961 31 31 0,1 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 0,06 0,0062 0,000244

a1 379 961 31 31 2,9 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 1,76 0,1797 0,007074

a 379 961 31 31 2,7 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 1,64 0,1673 0,006586

b 204 496 31 16 3,1 24,0 453,2 5 24,0 71869 0,0210 0,0210 1,06 3,30 0,3359 0,013226

c 149 372 31 12 0,5 20,5 330,7 4 20,5 61267 0,0218 0,0218 1,29 0,65 0,0657 0,002588

d 95,4 250 25 10 0,1 16,9 223,0 4 16,9 47862 0,0231 0,0231 1,51 0,15 0,0154 0,000604

d1 95,4 250 25 10 4,6 16,9 223,0 4 16,9 47862 0,0231 0,0231 1,51 6,93 0,7063 0,027806

f 48,8 160 20 8 2,5 13,5 142,7 3 13,5 30603 0,0255 0,0255 1,33 3,32 0,3380 0,013306

TOTAL 18,54 1,8888 0,074361

3.4.4) CALCULO DE PERDIDA DE PRESIÓN DEBIDA A

ACCESRORIOS EN EL SISTEMA (CODOS Y TRANSICIONES).

MEDIDAS DE DUCTOS PLANTA ALTA

MEDIDAS MEDIDAS

DUCTO ancho alto largo DUCTO ancho alto largo

a3 31 31 1,2 e 20 8 1,7

a2 31 31 0,1 g 31 12 0,4

a1 31 31 2,9 g1 31 12 0,7

a 31 31 2,7 g2 31 12 0,3

b 31 16 3,1 g3 31 12 0,8

c 31 12 0,5 g4 31 12 2,8

d 25 10 0,1 g5 31 12 0,8

d1 25 10 4,6 h 31 31 0,7

f 20 8 2,5 h1 31 31 0,7

Para el cálculo de pérdida de presión debida a accesorios se ha elegido la

siguiente nomenclatura y se ha calculado de la misma manera especificada en las

anteriores tablas tomadas para la planta baja.

D1-D7 = Descargas o rejillas

C1-C10 = codos

t1-t4 = transiciones o cambios de sección.

c8

c7

c6

c1

c2

c3

c4

c5

c9

c10

D6

D5

D3

D4

D2

D1

D3

t1

t3

t2

t4

ACCESORIOS PLANTA ALTA

DESCARGAS CODOS TRANSICIONES

REJILLA CAUDAL

(l/s)

R

cm

D

cm

W

cm

R/D W/D Co ΔP

(Pa)

a0 b0 a1 b1 A0/A1 angulo

θ

Co ΔP

(Pa)

D1 122,2 c1 31 31 31 1 1 0,2 3,2 t1 31 31 16 31 1,9 15 0,52 7,8

D2 52,2 c2 31 31 31 1 1 0,2 3,2 t2 12 31 10 25 1,5 15 0,52 7,8

D3 55,5 c3 31 31 31 1 1 0,2 3,2 t3 10 25 8 20 1,6 15 0,52 7,8

D4 53,3 c4 25 25 10 1 0,4 0,3 4,2 t4 31 31 16 31 1,9 20 0,6 9

D5 46,1 c5 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5

D6 48,8 c6 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5

D7 -189,05 c7 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5

c8 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5

c9 50 50 50 1 1 0,2 3,2

c10 50 50 50 1 1 0,2 3,2

3.4.5) PERDIDA DE PRESION DEBIDO A LOS FILTROS O

DEPURADORES DE AIRE CAUSADOS EN LA PRIMERA Y SEGUNDA

PLANTA.

Los depuradores de aire son equipos que eliminan los contaminantes de una

corriente de aire o gas. Existe una amplia gama de diseños, capaces de cumplir los más

variados requisitos de depuración del aire. El grado de eficacia necesario, la cantidad y

características de los contaminantes que deben ser eliminados de la corriente gaseosa y

las condiciones de ésta influyen en la selección del equipo para una aplicación concreta.

Los filtros de aire están diseñados para tratar aire con concentraciones de polvo

bajas, del orden de magnitud de la que existe en la atmósfera. Se utilizan en

instalaciones de ventilación, acondicionamiento de aire y sistemas de calefacción, en

estos casos la concentración de polvo raramente supera el valor de 2 mg/m3, y

generalmente es inferior a 0,2 mg/m3. (Un valor típico de la concentración de polvo en

una atmósfera urbana es 0,1 mg/m3.)

Los siguientes valores fueron extraidos del manual de ventilación de Salvador Escoda

S.A. ( Segunda Edición)

PERDIDA DE CARGA EN LOS FILTROS

TIPO DE

FILTRO

MATERIAL VELOCIDAD

DEL AIRE m/s

PERDIDA

DE CARGA

mmcda

RENDIMIENTO

%

Filtro húmedo paneles tamiz tela de

alambre, metal

estampado

1,5-2,5 2 a 15 65 a 80

continuo

2,5 3a 17 80 a 90

Filtro seco paneles celulosa,

material

sintético, papel

o fieltro de

vidrio

0,1-1 2,5 a 25 5'0 a 95

continuo

0,25 3 a 18 50 a 95

Filtros absolutos material

sintético, papel

1-2,5 25 a 60 97 a 99

En la primera planta donde solo se va a realizar renovación de aire utilizamos un

filtro seco de paneles que trabaje al 80% rendimiento donde la pérdida es 18 mmcda.

Para la segunda planta donde el sistema es atemperado utilizamos un filtro

absoluto que trabaje al 97% de rendimiento, donde la pérdida es 30 mmcda.

3.4.6) PERDIDA DE PRESION TOTAL EN LOS DOS SISTEMAS

Pérdida de presión total = pérdida debido a fricción en los ductos + pérdida de presión

en los codos + pérdida de presión en transiciones + pérdida de presión en el filtro.

Para la pérdida de presión total en la planta baja tomamos el camino crítico ósea el mas

largo en longitud; entonces analizando los tramos partimos desde el ducto a2 hasta el

tramo e2:

mmdcaPT

PT

pfiltroPfricciónpcpcpc

ptptpcpcptpcpcPT bajaplanta

77.34

1813.115.0

15.015.062.1143.120.020.043.115.015.0

765

3243121

Para escoger el equipo necesario y asegurar el buen desempeño del mismo se

tiene un factor de seguridad añadido del 10% del total de la pérdida, recomendado por

los diseñadores como margen de seguridad.

Tramo Dp Total

[mmH2O]

a2 0,06297304

a1 0,07516138

a 0,04672194

b 0,13643084

c1 0,0507427

c 0,23878919

c2 0,0596973

d 0,25109144

e 0,11872055

e1 0,04047291

e2 0,0485675

1,12936879

mmdcaPTotal

PTPTPTotal bajaplanta

24.38

77.3477.34*1.0

*1.0

Para comprar el ventilador necesitamos la presión estática que se calcula de la

siguiente forma.

vts

velocidadestáticatotal

PPP

esiónesiónesión PrPrPr

a1,5285mmdc

*15

2

)/5(*/2.1

2

* 232

v

v

P

sm

KgsmmkgVP

mmdcaP

P

s

s

71.36

5285.124.38

Para la planta baja necesitamos un ventilador de 3720cfm con una carga

estática de 37mmdca.

Para la pérdida de presión total en la planta alta tomamos el camino crítico ósea

el mas largo en longitud; entonces analizando los tramos partimos desde el ducto a3

hasta el tramo f:

Tramo Dp Total

[mmH2O]

a3 0,07434992

a2 0,00619583

mmdcaPT

PT

pfiltro

PfricionptpcptptpcpcpcPT altaplanta

68.30

2588.179.043.079.079.033.033.033.0

3421321

mmdcaPTotal

PTPTPTotal

altaplanta

altaplanta

74.33

68.3068.30*1.0

*1.0

vts

velocidadestáticatotal

PPP

esiónesiónesión PrPrPr

mmdcaP

P

s

s

21.32

5285.174.33

Para la planta alta necesitamos un ventilador de 831cfm con una carga

estática de 32mmdca.

3.5) CALCULO DE LA CARGA TERMICA EN EL DEPOSITO DE

BIBLIOGRAFIA

Para la región de la sierra se recomienda trabajar desde 400-500BTU/hora por

m2, para el cálculo de la carga térmica total se multiplica el área que va acondicionarse

climáticamente por carga unitaria por metro cuadrado.

a1 0,17967898

a 0,16728732

b 0,3359305

c 0,06573264

d 0,0153539

d1 0,70627919

f 0,33797322

1,8887815

CARGA TERMICA PARA PLANTA ALTA

Carga térmica recomendada = 500 BTU/h*m2

AREAS LARGO ANCHO AREA CARGA

TERMICA

m m m2 (BTUhora)m2

LIBROS a 3,16 2,65 8,4 4187

b 4,96 1,6 7,9 3968

c 10,81 4,41 47,7 23836

g 4,91 3,8 18,7 9329

TESIS 4,6 3,8 17,5 8740

REVISTAS 6,8 2,82 19,2 9588

OFICINA 4,4 3,8 16,7 8360

AREA TOTAL 136

CARGA TERMICA TOTAL 68008

3.6) ELECCCION DE EQUIPOS

3.6.1) SELECCION DEL VENTILADOR BASADO EN SU APLICACION

Ventilar un local o edificio es simplemente reemplazar el aire contaminado o

sucio con aire limpio y fresco.

Aunque el proceso de ventilación es requerido en muchas aplicaciones

diferentes, los fundamentos del flujo del aire nunca cambian:

Fuera el aire indeseable, adentro el aire fresco, los elementos variables que si cambian

dependiendo de la aplicación son el modelo del ventilador y el rango de volumen del

aire (pcm).

Otras consideraciones incluyen la resistencia a la corriente del aire (presión

estática o Pe) y el ruido producido por el ventilador (sones).

Ocasionalmente, un cliente va a requerir que un ventilador opere a una función

particular, sin saber cual modelo utilizar o cuantos pcm serian necesarios.

En este caso, se debe hacer una especificación para el ventilador. Típicamente, la

especificación del ventilador no es un método preciso, pero puede hacerse

confiablemente cuando la aplicación del ventilador es implícita.

De acuerdo a la aplicación, existen 4 elementos que necesitan ser determinados.

Estos son:

1. El Modelo del Ventilador

2. pcm (Pies Cúbicos por Minuto)

3. Presión Estática (Pe)

Para la planta baja se tiene un requerimiento de un ventilador de (3720cfm o

3320m3/h) con una carga estática de (1.45 plgH2O o 37mmdca ).

El ventilador FKd20 tiene un caudal de 4000 cfm y se cruza con 1.80plgH20

3.6.1) SELECCION DEL EQUIPO DE ACONDICIONADO DE AIRE

Para la planta alta se eligio un equipo compacto que tiene las unidades

condensadora y manejadora que cumple los siguientes requerimientos: Carga térmica=

68000BTU; 32mmdca.

Se escojio el MODELO PUHY-P200THM marca Mitsubishi que tiene una

potencia de 76400 BTU.

CAPITULO 4

COSTOS

Nuestro objetivo es determinar el costo total, que será el que nos determine el

diseño más económico.

Ctotal = C.operación + C.capital + C.accesorios + C.equipos

Ct = Co + Cc+ Cac + Ceq

4.1) COSTOS DE CAPITAL (INVERSIÓN EN EL DESARROLLO DEL

DISEÑO, MANO DE OBRA, HERRAMIENTAS, ETC).

4.1.1) COSTO CAPITAL: (Cc)

Cc = Lf * A * Cd

donde:

Lf = Largo físico de los ductos, mts

A = área de los ductos, m2

Cd = Costo desarrollo, (construcción ductos) US$/m3

Volumen = Lf * A

Cc = Volumen * Cd

Cd = 54 USS/m3 (precio de plancha galvanizada 27 dólares)

DUCTOS PLANTA BAJA

DUCTO ancho alto largo Volumen Cd Cc

m m m m3 USS/m3 USS

a2 1,5 0,71 3,1 3,3 54 178,28

a1 1,5 0,71 3,7 3,9 54 212,78

a 1,5 0,71 2,3 2,4 54 132,27

b 1,5 0,54 5,6 4,5 54 244,94

c1 0,8 0,68 1,7 0,9 54 49,93

c 0,8 0,68 8 4,3 54 235

c2 0,8 0,68 2 1,08 54 58,75

d 0,8 0,35 5,5 1,54 54 83,16

e 0,35 0,13 4,4 0,2 54 10,81

e1 0,35 0,13 1,5 0,06 54 3,68

e2 0,35 0,13 1,8 0,08 54 4,42

f 0,4 0,33 2,3 0,30 54 16,39

f1 0,4 0,33 0,9 0,11 54 6,41

f2 0,4 0,33 2,8 0,36 54 19,95

f3 0,4 0,33 1,9 0,25 54 13,54

g 0,35 0,25 3,9 0,34 54 18,42

h 0,35 0,13 6,4 0,29 54 15,72

NUM PLANCHAS 50

TOTAL USS = 1404,52

DUCTOS PLANTA ALTA

DUCTO ancho alto largo Volumen Cd Cc

m m m m3 USS/m3 USS

a3 0,31 0,31 1,2 0,25 54 13,5

a2 0,31 0,31 0,1 0,15 54 8,1

a1 0,31 0,31 2,9 0,65 54 35,53

a 0,31 0,31 2,7 0,58 54 31,80

b 0,31 0,16 3,1 0,45 54 24,35

c 0,31 0,12 0,5 0,24 54 13,33

d 0,25 0,1 0,1 0,12 54 6,75

d1 0,25 0,1 4,6 0,35 54 19,11

f 0,2 0,08 2,5 0,13 54 7,23

e 0,2 0,08 1,7 0,36 54 19,73

g 0,31 0,12 0,4 0,25 54 13,93

g1 0,31 0,12 0,7 0,36 54 19,73

g2 0,31 0,12 0,3 0,12 54 6,72

g3 0,31 0,12 0,8 0,36 54 19,71

g4 0,31 0,12 2,8 0,58 54 31,32

g5 0,31 0,12 0,8 0,35 54 19,15

h 0,31 0,31 0,7 0,21 54 11,58

h1 0,31 0,31 0,7 0,15 54 8,52

NUM PLANCHAS 12

TOTAL USS = 410,13

Al resultado obtenido le incrementamos el valor de mano de obra, considerando

el tiempo que tome la fabricación de los ductos, herramientas a utilizar y personal a

contratar durante un período de 2 meses, el valor por concepto de esto es: 2500 dólares.

DUCTOS PLANTA BAJA: 1404,52 dólares

DUCTOS PLANTA ALTA: 410,13 dólares

TOTAL = 1814,65 USS. + 2400 = 4414,65 USS. ≈ 4500USS

4.2) COSTOS DE OPERACIÓN (ENERGÍA). (Co)

Co = Potencia * Ce

Potencia = Watt

Ce = Costo energía, US$/Watt – hora

Además sabemos que:

Potencia = H * Q = K*P*L*Q2*Q = K*P*L*Q

3

A3 * n A

3 * n

H = Caída de presión, kgrs/m2

L = Largo total, mts

Q = Caudal, m3/seg

A = Área, m2

n = Eficiencia mecánica del ventilador

Luego el costo total queda:

CT = Lf * A * Cd + K*P*L*Q3 * Ce

A3 * n

Consideremos una labor circular:

Perímetro = * D = 3.14 * D

Área = * D2 = 0.785 * D

2

Reemplazando en la ecuación anterior, nos queda:

Ct = Lf * 0.785*D2*Cd+ K*3.14*D*L*Q

3*Ce

0.7853 * D

6 * n

Ct = Lf * 0.785 * D2* Cd + K*6.61 *L*Q

3*Ce

D5*n

Para nuestro caso, se posee el valor de potencia, obtenido de la elección del

equipo a utilizar en la ventilación, por lo tanto tenemos que:

Co = Potencia * Ce

Costo Energía = 0.04 USS /KWH * 0.746 KWH / HP - H * 24 HR/DIA * 365

DIAS/AÑO

Ce = 261,40 US$/HP- AÑO Hp = 2 + 8 (ventilador + acondicionador)

Co = 10 hp * 261,40 Us/hp

Co = 2614 USS/ AÑO

4.3.- COSTOS DE ACCESORIOS:

CODOS:

CODOS PLANTA BAJA

CODO R D AREA W AREA 1 AREA TOTAL

m m m2 m m2 m2

c1 1,5 0,71 0,19 1,5 8,76 8,96

c2 1,5 0,71 0,19 1,5 8,76 8,96

c3 0,8 0,68 0,18 0,8 2,87 3,05

c4 0,8 0,68 0,18 0,8 2,87 3,05

c5 0,35 0,13 0,006 0,35 0,45 0,46

c6 0,35 0,13 0,006 0,35 0,45 0,46

c7 0,35 0,13 0,006 0,35 0,45 0,46

c8 0,4 0,33 0,042 0,4 0,71 0,75

c9 0,4 0,33 0,042 0,4 0,71 0,75

c10 0,35 0,25 0,024 0,35 0,52 0,54

SUMA AREA

TOTAL = 27,48

AREA PLANCHA = 2,98

NUM. PLANCHAS = 10

COSTO USS= 270

CODOS PLANTA ALTA

CODO R D AREA W AREA 1 AREA TOTAL

m m m2 m m2 m2

c1 0,31 0,31 0,037 0,31 0,45 0,49

c2 0,31 0,31 0,037 0,31 0,45 0,49

c3 0,31 0,31 0,037 0,31 0,45 0,49

c4 0,25 0,25 0,024 0,1 0,11 0,14

c5 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36

c6 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36

c7 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36

c8 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36

c9 0,5 0,5 0,098 0,5 1,18 1,27

c10 0,5 0,5 0,098 0,5 1,18 1,27

SUMA AREA

TOTAL = 5,64

AREA PLANCHA = 2,98

NUM. PLANCHAS = 2

COSTO USS= 54

TOTAL COSTOS CODOS= 270+54= 324 * 20 construcción ≈ 390 dólares

TRANSICIONES:

TRANSICIONES PLANTA BAJA

TRANSIC a0 b0 a1 b1 w AREA 1 AREA 2 AREA TOTAL

m m m2 m m m2 m2 m2

t1 0,54 1,5 0,68 0,8 0,8 0,97 1,84 2,81

t2 0,68 0,8 0,35 0,8 0,6 0,61 0,96 1,57 t3 0,35 0,35 0,16 0,31 0,6 0,30 0,39 0,70

t4 0,33 0,33 0,25 0,35 0,6 0,34 0,40 0,75

N PLANCHAS 5

COSTO USS= 135

TRANSICIONES PLANTA ALTA

T. COST TRANSICIONES= 135 + 81 = 216 * 20 construcción ≈ 260 dólares

REJILLAS:

Se necesitan 8 rejillas para la planta baja, y 7 para la planta alta y el costo de cada

rejilla es 7,4 dólares

Por lo tanto el costo de rejillas es ≈ 120 dólares.

Cca = Costo de codos + costo de transiciones + costo de rejillas

Cca = 390 +260 + 120 = 770 + 130 dólares por concepto de mecanismos de sujeción de

los ductos, varillas, pernos de anclaje, etc., entonces:

Cca = 900 dólares.

4.4.- COSTOS DE EQUIPOS:

TRANSIC a0 b0 a1 b1 w AREA 1 AREA 2 AREA TOTAL

M m m2 m m m2 m2 m2

t1 0,31 0,31 0,16 0,31 0,8 0,376 0,496 0,872

t2 0,12 0,31 0,1 0,25 0,6 0,132 0,336 0,468

t3 0,1 0,25 0,08 0,2 0,6 0,108 0,27 0,378

t4 0,31 0,31 0,16 0,31 0,6 0,282 0,372 0,654

N PLANCHAS 3

COSTO USS= 81

Sus precios en el mercado local van desde $ 200 a cerca de $ 700, dependiendo

de los BTU (unidad internacional que mide la capacidad del equipo según el volumen a

renovar).

Los acondicionadores de aire de ventana poseen en una misma unidad el

compresor, ventilador, evaporador, y otros. Son poco atractivos estéticamente y emiten

ruido, pero en el mercado ya existen modelos de funcionamiento silencioso.

Los Split tienen sus componentes divididos en una unidad interior y exterior. En

la primera está el evaporador, ventilador, filtro de aire y sistema de control. En la

exterior, el condensador y el compresor, lo que elimina el ruido dentro de la habitación.

El rango de BTU para acondicionadores de aire de uso residencial oscila entre

los 5.000 y 36.000 BTU. A más BTU, mayor tamaño, peso y costo del equipo. Para

calcular los BTU que necesita, determine el área de la habitación en m² y multiplíquelo

por 500. Por ejemplo: 4,5 (largo) por 4,0 (ancho) es igual a 18, que multiplicado por

500 es igual a 9000. Esto es que necesita una unidad de 9.000 BTU.

Según datos de la empresa eléctrica Categ y de la Escuela Superior Politécnica

del Litoral (ESPOL), un acondicionador de 12.000 BTU, que se usa en promedio en los

hogares, consume entre 240 y 360 kWh al mes, si está encendido entre ocho y doce

horas al día.

Antes de comprar un equipo, consulte sobre el costo de la instalación. En el caso

de los Split, puede llegar a $ 180.

Es que estos últimos, por su tecnología y diseños, cuestan más: de $ 370 a más

de $ 1.000, si son de uso residencial, pues para áreas grandes hay equipos de hasta

60.000 BTU, que superan los $ 2.000.

COSTO EQUIPO PLANTA BAJA:

En el caso de la planta baja se necesita un ventilador para la renovación del aire con las

siguientes características:

Se tiene un requerimiento de un ventilador de (3720cfm o 3320m3/h) con una carga

estática de (1.45 plgH2O o 37mmdca)

Potencia: 2 Hp

Modelo: FKD20

El costo del ventilador para la planta baja es de 1356 dólares.

COSTO DEL EQUIPO PARA LA PLANTA ALTA:

Para el acondicionado del aire se necesita un equipo compacto individual,

El equipo elegido es de la serie 8Hp y modelo PUHY-P200THM-A, marca

mitsubishi.

Su precio en el mercado se encuentra alrededor de los 2954 dólares.

Costo total de equipos: 1356 +2954 = 4310 dólares.

4.5) COSTOS TOTAL DE IMPLEMENTACION

Costo total = (Cc + Cac + Ceq) + Co

Co = Costo de operación (durante un año de funcionamiento)

Cc = Costo de capital

Cac = Costo de accesorios

Ceq = Costo de equipos

Costo total = 4500 + 900 + 4310 = 9710dolares

Ct = 9710 dólares, a este valor se le agrega un valor del 10% por imprevistos, lo que nos

da:

Ct=9710 + 971 = 10681 ≈ 10700 dólares

CONCLUSIONES

El estudio a cerca de la ventilación en nuestro medio es un mercado creciente

cada día más exigente, para lo cual es nuestra obligación estar preparado y dar

respuesta a estas necesidades.

Se debe tomar en cuenta, para todo tipo de edificación al inicio de los estudios

de arquitectura, los sistemas de ventilación, evitando así la rotura de paredes y

las distribuciones innecesarias de los ductos, sin embargo; si no es posible la

instalación de equipos se debe aminorar el impacto de daño en las

construcciones.

La tecnología y los equipos disponibles permiten hacer instalaciones para el

equilibrio y el confort sensorial eliminando el impacto visual negativo.

Considerar los valores más altos o críticos en los cálculos de los caudales para

que no exista problemas en el cumplimiento de los requerimientos de los

equipos al hacer una mala elección de los mismos.

La construcción de los ductos, accesorios y los acoples son de fácil elaboración,

necesitando para esto pocas herramientas.

Se debe realizar algunos diseños de la distribución de los ductos y ubicación

de los equipos, para elegir el más adecuado a los requerimientos del local a

acondicionar o ventilar.

Los espacios que son usados para salas de lectura y depósitos de bibliografía

necesitan parámetros determinados para la conservación de los libros, tesis y

material de estudio.

El Confort Humano eleva el rendimiento de los seres humanos y mucho mas si

estos tienen determinada actividad como el estudio.

La Microbiología del aire que circula por la biblioteca debe ser libre de polvos y

ciertas bacterias para mejorar el Confort Humano, para esto existe una gama

amplia de opciones que pueden ayudar a cumplir con esta necesidad