Post on 20-Oct-2015
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO
UTESA
Juan Rafael Guzmán
Francisco Rafael Guzmán
1-08-0370
1-10-1019
Profesor
Ing. Frank Espino
Tema
Proyecto Final
Materia
Aire Acondicionado y Refrigeración
Santiago,22 de agosto 2013
República Dominicana
Introducción
Una de las condiciones propias del ser humano es que busca siempre la manera
de sentirse cómodo en todo el sentido de la palabra. Una de las cosas que irrita a
las persona en sentir temperaturas muy altas como las que son común en nuestro
país, además los niveles de humedad no son los más adecuado para que las
persona se sientan en confort. Debido a esto el ser humano se ha visto en la
necesidad de crear sistema que regulen y climaticen de manera artificial la
temperatura en su medio ambiente. Estos son los llamados sistemas de aire
acondicionado.
Como nuestro país es un país tropical en el cual se registran temperatura elevada
casi todo el año se hace necesario el uso de equipo de acondicionadores de aire
para poder llevar la temperatura a niveles deseado.
Problema
El presente proyecto tiene como finalidad el diseño de las instalaciones de
climatización de un edificio de oficinas ubicado en la localidad de Santiago de los
caballeros, basándose para ello en las condiciones técnicas y legales
establecidas. Los pasos seguidos se detallan a continuación
Para el cálculo de las instalaciones es necesario determinar primero las
características de las oficinas en el último nivel: ubicación, orientación,
distribución, superficie, materiales de construcción y cerramientos.
Las condiciones interiores de confort se establecen en 24º C y 50% de humedad
relativa en verano para los locales y 22º C y 50% de humedad relativa en invierno.
Basándose en ello y en los estudios meteorológicos-climáticos de RD, se diseña la
instalación para asegurar que se superan las condiciones más desfavorables
posibles tanto en verano como en invierno. En verano, las cargas térmicas son
debidas a la transmisión, la infiltración, la ocupación, la iluminación, los equipos y
principalmente, a la radiación, que depende de la orientación. En invierno, los
factores que alteran las condiciones de confort son sólo la transmisión y las
infiltraciones, ya que el resto contribuyen a favorecer la situación. Igualmente, es
necesario establecer las necesidades del caudal de ventilación en función del nivel
de ocupación.
Condiciones de diseño
Para inicial la ejecución de los cálculos del proyecto hay que determinar cuáles son las condiciones iníciales del local es decir conocer la temperatura máxima y la humedad registrada en la región donde se va a instalar el equipo de refrigeración. Por tal razón se consultaron varios datos del internet para determinar los valores máximo alcanzado en la temperatura.
1. según el periódico El Nacional en junio del año 2013 en la ciudad de la
Santiago se han registrado temperaturas de hasta 36°C.
2. Velocidad promedio del viento registrada hasta el mes de julio del año
2013 es de 25km/h.
Condiciones interiores del local
Dimensiones (metro): 60 x 22 x 2 metro
Equipos: 64 computadoras, 2 bebederos, una nevera, 1 estufa de 2000 watt
Personas: 50
Ventanas (1x2m): 24
Puertas del edificio (2.5 x 2m): 1
Oficinas: 46
Área de Pasillo: 120 metro
Material de construcción: hormigón
Espesor del techo: 20 cm
Espesor de las paredes: 30 cm
Altura del plafón del techo: 60 cm
Temperatura de confort 23°C
Iluminación: 80 luminaria de 4 tubo de 40 watt cada uno
Cálculos de carga térmica
Al momento de calcular la instalación de un sistema de aire acondicionado una
de las cosas principales que hay que saber es que cantidad de energía
térmica hay que extraer del local en cuestión a esto se le llama carga térmica,
también nombrada como carga de enfriamiento, que no es más que la
cantidad de energía que se requiere extraer en una área para mantener las
condiciones de temperaturas y humedad en la que el hombre se siente en
confort. La cantidad de calor que se retira de un espacio definido, se expresa
en BTU.
En los cálculos de carga térmica que se realizaran serán tomados en cuenta
tanto el calor latente como el calor sensible de los diferentes cuerpos
existentes.
QL= calor latente
Qs= calor sensible
Tabla del tipo de calor aportado por diferentes tipos de cuerpos
Concepto QS QL
Transmisión de muros, pisos y techo #
Personas # #
Iluminación #
Aparatos eléctricos # #
Ganancia de calor por transmisión
El método que se selecciono es el cálculo de cargas por temperatura
diferencial y factores de carga de enfriamiento. Este método considera los
coeficientes de transferencia de calor de cada uno de los materiales de la
biblioteca, diferencias de temperatura y su efecto en la carga de enfriamiento
en el espacio a acondicionar.
Diferencia de temperatura
Las condiciones de verano
Tint.=23°C
Text.=36°C
Calculo de la diferencia de temperatura
Ubicación Calculo Delta T (°C)
Muro Norte 36 - 23 13
Ventanas Norte 36 - 23 13
Muro Sur (36– 23) + 2.22 15.22
Ventanas Sur (36– 23) + 4.44 17.4
Muro Este (36– 23) + 3.33 16.33
Ventanas Este (36– 23) + 6.66 19.66
Muro Oeste (36– 23) + 3.33 16.33
Ventanas Oeste (36– 23) + 6.66 19.66
Techo (36– 23) + 8.3 21.3
Piso 25 - 24 1
Puerta 36- 23 13
Los valores de factor de corrección de temperatura por efecto solar fueron
tomados del manual de fundamento de ASHRAE Tabla 3, ver anexo
Calculo de área del local
Todas las dimensiones de las áreas mostradas en la tabla siguiente fueron
tomadas de los datos proporcionados.
Calculo de áreas
Muro Norte 90M2
Ventana Norte 60M2
Techo 1200 M2
Muro Este 90M2
Ventana Este 120 M2
Piso 1200 M2
Muro Sur 90 M2
Ventana Sur 60M2
Muro Oeste 80M2
Ventana Oeste 120 M2
Calor debido a la radiación solar atravez de las ventanas
Tipo de vidrio: 6mm con un factor de 0.94
Ventana este por radiación
A= 1X2 = 2M2
AREA CANTIDAD DE VENTANAS AREA TOTAL2 M2 4 8 M2
QSR= AXRXF
8 M2 38Kcal/h. M2 0.94 285.76 Kcal/h
Ventana sur por radiación
A= 1X2 = 2M2
AREA CANTIDAD DE VENTANAS AREA TOTAL2 M2 8 16 M2
QSR= AXRXF
16 M2 119Kcal/h. M2 0.94 1789.76 Kcal/h
Ventana oeste por radiación
A= 1X2 = 2M2
AREA CANTIDAD DE VENTANAS
AREA TOTAL
2 M2 4 8 M2
QSR= AXRXF
8 M2 265Kcal/h. M2 0.94 1992.8 Kcal/h
Ventana norte por radiación
A= 1X2 = 2M2
AREA CANTIDAD DE VENTANAS
AREA TOTAL
2 M2 8 16 M2
QSR= AXRXF
16 M2 38Kcal/h. M2 0.94 571.52 Kcal/h
Calor debido a la radiación y transmisión atreves de paredes y techos
La fórmula a utilizar es QSTR= K.A.DTE
DE pared de concreto= 2400kg/m³ x 0.34 = 816 kg/ m³
DE techo = 2400 kg/ m³ x 0.24 = 576 kg/ m³
Según la tabla 7 para la pared
Este 9.7Sur 1.9Oeste 5.3norte 0.3
Según tabla 8 para el techo en hora 14
14.11
∆t= 23°c-36°c= 13°c 13+3.5= 16.5
Pared por radiación y transmisión con la formula QSTR= K.A.DTE
Muros K Área DTE TotalEste 1.5 Kcal/h. °c 44 m² 9.7 640.2 kcal/hNorte 1.5 Kcal/h. °c 120 m² 0.3 54 kcal/hOeste 1.5 Kcal/h. °c 44 m² 5.3 349.8 kcal/hSur 1.5 Kcal/h. °c 120 m² 1.9 342 kcal/h
Techo soleado por radiación y transmisión
QST= K.A.DTE
Techo 1.5 Kcal/h. °c 1320 m² 34,056 kcal/h
Calor sensible debido al aire de infiltración
QSI= VI (∆T)(0.29)
VI= 13.5 x 1 puerta x 50 personas = 675 m³/h
(675 m³/h) (13°c) (0.29) = 2,544.75 kcal/h
Ganancia de calor por ocupantes
De acuerdo a la actividad que realice una persona dentro de un establecimiento se
pueden encontrar diferentes estados de metabolismo del cuerpo que resultan
completamente en calor y que deben ser continuamente disipados y regulados
para mantener una temperatura normal del cuerpo humano.
Un adulto en reposo produce aproximadamente 390 Btu/h de calor, y debido a que
la mayor cantidad de este calor es transferido al ambiente es conveniente
caracterizar el
Metabolismo humano en términos de producción de calor sensible y latente
dependiendo de los diferentes estados de actividad del cuerpo humano. (ASHRAE
Handbook, p.18-3)
El calor sensible transferido por medio de una persona a la carga térmica de un
establecimiento, se encuentra afectado por las condiciones térmicas propias del
establecimiento dado que un porcentaje del calor sensible es energía radiante.
Cantidad de personas Calor Latente Calor sensible
50 35 kcal/h 65 kcal/h
QSP= valor de la tabla 4 x # de personas
50 65 kcal/h 3,250 kcal/h50 35 kcal/h 1750 kcal/h
Ganancia de calor por equipos electrónicos
La energía eléctrica aplicada a los equipos electrónicos tales como computadoras
no es totalmente aprovechada por estos, parte de esta energía se convierte en
calor el cual es aportado por estos siendo una considerable carga térmica.
Una computadora promedio aporta un calor sensible promedio de 325 Watts
Cantidad de
computadoras
Qs (Watts) Total
64 360 19,440 kcal/h
1 Refrigerador 368 watt
1 Estufa Eléctrica 2000 watt
2 bebederos x 120 watt c/uno 240 watt
Dato tomado de la Tabla .7 Ganancias por aparatos eléctricos (ver anexos)
Qs total=Num.decomputadoras∗Calor Sensible
Qs total=54∗360
Qs total=19,440Watts
Ganancia de calor por Iluminación
Luminaria fluorescente transforman un 25% de la energía absorbida en luz,
mientras que el otro 25% se disipa en radiación hacia las paredes y el resto en
conducción y convección.
La carga por iluminación dentro de la Biblioteca es un importante componente de
la carga de térmica.
La fuente primaria de calor de la luminaria proviene de elementos emisores de luz
como por ejemplo las lámparas. El calor adicional puede ser generado a partir de
los balastos y otros accesorios propios de las luminarias.
La carga térmica aportada por la luminaria es un dato suministrado por lo que será
considerado sin necesidad de cálculos.
Luminaria Qs
Lámparas Fluorescentes 12.8 kw
80 luminaria de 4 tubo = 320 tubo x 40 watt = 12,800 watt = 12.8 kw
12.8kw x (860) (1.25) = 13,760 kcal/h
Partida latente debido al aire de infiltración
QLI= VI (∆w) 0.72
(675 m³/h) (80-50) 0.72 = 14,580 kcal/h
Total de cargas Térmica
Concepto Qs QL
Transmisión Muro, ventanas,
Techo
6,025.9 kcal/h -
Ocupantes 3250 kcal/h 1750 kcal/h
Iluminación 13,760 kcal/h -
Aparatos 22,048 kcal/h -
Aire de infiltración 2,544.75 kcal/h 14,580 kcal/h
Total 72,408.75 kcal/h 16,330 kcal/h
1 kcal = 3.96832 BTU 1TR= 3,516.853 watt 1TR= 12,000 BTU
Total de carga sensible a BTU Total de carga latente a BTU287,341.09 + 10%= 316,075.19 64,802.6+ 10%= 71,282.86
Total de TR = 23.94 + 5.94 = 29.88 TR
Selección del equipo
Unidades York Tipo PaqueteModelo Millennium - Premium
25-40 Ton.Refrigerante 410aTarjeta “Simplicity Elite” para control de la unidad desde una computadora local y monitoreo de 86 alarmas de falla. Tarjeta es estándar.Construcción de doble pared como estándar.Charolas de condensación de acero inoxidable manteniendo calidad del aire.Múltiples circuitos de refrigeración para trabajo a cargas parciales.Puertas de acceso con perillas en ambos lados de la unidad.Resortes anti vibratorios de 1" instalados como estándar.Parrillas de protección de serpentín condensador y compresores.Conexiones eléctricas y de gas de un solo punto.Múltiples opciones instaladas en fábrica para cumplir cualquier especificación.
Diseño de sistema de ventilación
Calculo de pies cúbicos por minutos a recircular en el local de la biblioteca
1) Primero determinaremos el volumen de aire que necesitamos remover los
cuales estarán dados en pies³/min o CFM por sus siglas en inglés (Cubic
Feet Minutes).
Tomamos las dimensiones del local
Ancho=30
Largo= 40 mts
Alto = 6 mts
Volumen = (L x A x A)= (30 x 40 x 6) = 7200 mts³
Frecuencia de renovación del volumen para un local público (Biblioteca)= 5 veces
por hora
7200mts³ x 5veces/hora= 36,000 mts³ ,
Realizando la conversión de unidades
36,000mts3hx
1h60mins
=600 mts3mins
x 35.28pie 31mts3
=21,168 pie 3mins
(CFM)
Como el local tiene un volumen extenso, dividiremos la carga en dos máquinas
para reducir el tamaño de los ductos.
Determinación de los difusores
Los difusores son los dispositivos encargados de entregar el aire
acondicionado a la carga, depende de la correcta selección de estos el que no
generen ruido por velocidad excesiva y que el volumen de aire cumpla con los
requisitos esperados.
Altura desde el suelo
H = 6mts – 1mt de plafón = 5mts
De la siguiente tabla verificamos el nivel de ruido recomendado según el uso
del local.
De la grafica ( figura 7 ) verificamos la velocidad recomendada para esta altura
y el nivel de ruido recomendado para locales de estudio como bibliotecas el
cual está determinado en 35 Db
El resultado es de 4.8 m/s
Con este dato consultamos las especificaciones de difusores de techo según
fabricantes lo que nos dice que con una velocidad de 4.8 m/s y un nivel de ruido
de <35dB el caudal recomendado para un difusor es de +- 984 CFM p 1400
m³/mins.
El aérea efectiva del difusor se determinará mediante la grafica siguiente, desde el
lado izquierdo verificamos la velocidad del difusor, el la diagonal izquierda el
caudal, y en la diagonal derecha, el nivel de ruido, trazando una línea recta hacia
abajo nos da un área efectiva de difusor de 52 cms de diámetro.
Para determinar la cantidad de difusores se divide el caudal total a manejar por
una de las maquinas entre el caudal que circulara por el difusor.
CFM827CFM
= 25 difusores
Diseño del sistema de ductos
Aunque existen varios métodos para el diseño de los conductos de aire
acondicionado, nos basaremos en el método de Perdida de presión constante el
cual consiste en determinar el dimensionamiento del ducto en función de la
perdida de carga que sufre un fluido al circular por una tubería.
Los factores que serán tomados en cuenta para la correcta selección de la
dimensión de los ductos serán: velocidad del aire para garantizar bajos nivele de
ruido, caudal de aire a remover, y perdida por rozamiento.
La velocidad del aire del ducto principal para una biblioteca es de 300mts/min,
para residencias 450 mts/min y para locales donde no se requiera de silencio has
500 mts /min.
De la grafica siguiente tomamos el caudal en la columna derecha, de la diagonal
izquierda la velocidad en pies/min y donde se cruzan estas dos líneas la diagonal
derecha nos indica el diámetro en pulgadas del ducto redondo a utilizar
Lo que nos da un diámetro de ducto de 55 pulgs de diámetro el cual, en la tabla de
conversión de redondo a rectangular buscamos la equivalencia; para un ducto
rectangular de