03.- Diseño de Ductos y Tuberias UNI-FIM-2014-1

Calle Piura 868 – Miraflores – Lima – Perú – Telf:241-0833 E-mail: [email protected] http:// www.refricorp.com /

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

PRESURIZACION DE AMBIENTES.DISEÑO DE DUCTOS

DISEÑO DE TUBERIASSELECCIÓN DE EQUIPOS - CHILLERS, TORRES Y BOMBAS

ING. MANUEL AZAHUANCHE ASMAT

28 Junio 2014


PRESURIZACION

PRESURIZACION = CALCULAR EL CAUDAL Q NECESARIO QUE PASE POR LAS

ABERTURAS PARA MANTENER LA DIFERENCIA DE PRESIONES ∆∆∆∆P

Pp

∆∆∆∆P = P - p

Q


FORMULAS DE PRESURIZACION

=Q Flujo de aire (CFM)

=C Coeficiente de flujo (0.6 –0.7)

=A Area del flujo ó área de fuga ( 2ft )

=∆P Diferencia de presión entre ambientes contiguos (in.w); Esta

diferencia de presión varia dentro del siguiente rango: 0.05

y 0.08 Pulgadas de columna de agua.

=ρ Densidad del aire del lado de mayor presión ( 3pie

Lb)

ρP

ACQ∆××××= 2

776

ρP

AQ∆×××= 2

4.504


DISEÑO DE DUCTOS

Diseñar un ducto significa hallar las dimensiones de su seccióntransversal tal que sea capaz de transportar adecuadamente un ciertoflujo de aire.

h

b


DISEÑO DE DUCTOS

Para el diseño de ductos se debe tener presente dos parámetros importantescomo factores determinantes, la caída de presión estática por unidad de longituddel ducto y la velocidad del aire a través del ducto.

CAIDA DE PRESION ESTATICAEs recomendable que los ductos se diseñen con una caida de presion estatica

maxima de 0.1 mmc.a/m.


VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA EL FLUJO DE AIRE

DESIGNACIÓN RESIDENCIAS COLEGIOS, TEATROS, EDIFICACIO NES PUBLICAS

EDIFICACIONES INDUSTRIALES

Tomas de aire exterior. 500 500 500

Filtros 250 300 350

Serpentines de calefacción 450 500 600

Serpentines de enfriamiento 450 500 600

Lavadores de aire 500 500 500

Salidas de ventiladores 1000 – 1600 1300 – 2000 1600 – 2400

Ductos Principales 700 – 900 1000 – 1300 1200 – 1800

Ductos secundarios 600 600 – 900 800 – 1000

Montantes 500 600 – 700 800

DESIGNACIÓN RESIDENCIAS COLEGIOS, TEATROS, EDIFICACIO NES PUBLICAS

EDIFICACIONES INDUSTRIALES

Tomas de aire exterior. 800 900 1200

Filtros 300 350 350

Serpentines de calefacción 500 600 700

Serpentines de enfriamiento 450 500 600

Lavadores de aire 500 500 500

Salidas de ventiladores 1700 1500 – 2200 1700 – 2800

Ductos Principales 800 – 1200 1100 – 1600 1300 – 2200

Ductos secundarios 700 – 1000 800 – 1300 1000 – 1800

Montantes 650 – 800 800 – 1200 1000 - 1600

VELOCIDADES MAXIMAS (FPM)

VELOCIDADES RECOMENDADAS (FPM)

TABLA 28 : VELOCIDADES MÁXIMAS Y MINIMAS RECOMENDADAS PARA SISTEMAS CONVENCIONALES


FORMULAS PARA EL DISEÑO DE DUCTOS

Densidad del aire en función de la temperatura

28.6563012.24

798.8488

+×=

Taireρ

3m

Kg..........(E-99)

Donde: [ ]CT °=

Viscosidad absoluta del aire en función de la tempe ratura.

810)5.4730,1( −××+= Taireµ [Kg / m.s] .........(E-100)

Viscosidad cinemática del aire

ρµυ =aire [m2 / s] .........(E-101)

Diámetro mínimo del ducto

max24min

V

QD×

×= π [Pulg] ; .........(E-102)

Donde: ][CFMQ =

; ][max FPMV =


Número de Reynolds

w

DV

υminmaxRe

×= ...........................(E-103)

]/[max smV = ; ][min mD = ; ]/[ 2 sm=υ

Cálculo del factor de fricción mediante la formula de

Colebrook (formula iterativa)

×+

××−=

fDLog

f Re

51.2

min7.3102

1 ε ...................(E-104)

Donde: ][mmε ; ]min[ mmD ; Despejando f tenemos:

2

Re

51.2

min7.3102

1

×+

××−

=

fDLog

fε ...............(E-105)

Con la formula anterior el factor f

se calcula por iteraciones sucesivas.


Diámetro equivalente

Es el diámetro circular equivalente que genera la misma caída de

presión transportando el mismo flujo de masa.

[ ]m

L

pg

QfDeq .............

85 2

2

∆××

××=π

...............(E-106)

Geométricamente:

( )( )

82

5

3.1hb

hbDeq

+××= [Pulg] ...............(E-107)

( )

h

hbDeq

b

5/84/1

3.1

+×

= [Pulg] ...............(E-108)

Por lo tanto las dimensiones del ducto serán b” x h”


HOJA EXCEL PARA EL DISEÑO DE DUCTOS

TRAMO

CAUDAL

(CFM)

TEMPERATURA

DEL AIRE

(°C)

LONGITUD

DEL

TRAMO

[m]

V(max)

recomendada

[ FPM]

(∆∆∆∆ P/L)

[mmH2O/m ducto]

RUGOSIDAD

DEL

DUCTO

ε(mm)

DENSIDAD

DEL AIRE

ρ(Kg / m³)

SUMINISTRO

Tramo 1 2,756 cfm 12 °C 1.97 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239

Tramo 2 2,756 cfm 12 °C 0.31 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239

Tramo 3 2,028 cfm 12 °C 0.93 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239

Tramo 4 1,378 cfm 12 °C 2.62 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239

Tramo 5 650 cfm 12 °C 0.97 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239

Tramo 6 650 cfm 12 °C 1.16 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239

Tramo 6 650 cfm 12 °C 0.71 m 1,200 fpm 0.1 0.09 1.239

PERDIDAS PRIMARIAS EN LOS DUCTOS DE CONTROL DE CALI DAD


DISEÑO DE DIFUSORES Y REJILLAS(Utilizar Catálogos de Selección del Fabricante)

²).......(144

PuglV

QS

×=

=Q Caudal del difusor o rejilla en CFM.

=V Velocidad del aire en el difusor o rejilla en FPM.

Es recomendable que =V [300 a 400] FPM.


DISEÑO DE TUBERIAS PARA AGUA HELADA


PARAMETROS RECOMENDADOS PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS

VELOCIDAD DEL AGUALa velocidad máxima que se debe considerar para el diseño de tuberías es 2.1 m/s

CAIDA DE PRESION ESTATICALa caída de presión estática debe estar comprendida entre:

[ ]

−ft

ft..

10041 [ ]

−m

acmm ....4010 [ ]

−m

Pa..400100

RUGOSIDAD DE LA TUBERIATabla 2, capitulo 2: Ashrae 2001 fundamentals Handbook

Material ( )ftε

Tuberías lisas comerciales de bronce, plomo, cobre ó plástico. 0.000005

Acero y hierro forjado 0.00015

Acero ó fierro galvanizado 0.0005

Hierro fundido 0.00085


DESMOSTRACION DEL FACTOR 2.4 GPM/TON

TEMPERATURA DEL AGUAEl agua es suministrada por los equipos enfriadores de agua (CHILLERS), a una temperatura de 44 F ó 45 F, es decir, aproximadamente a una temperatura de 7 C.

PROPIEDADES TERMODIMAMICAS DEL AGUA A 7 C

CALOR ESPECIFICO

°×=

CKgKcal

Ce .......1

=3

38612997m

Kg.aguaρDENSIDAD

TCeQ m ∆××=°

VARIACION DE TEMPERATURA: C.FT °=°=∆ 56510

ρ×=°°

Vm

∆××=

°

TCe

QV

ρ

=

==hr

kcalhrBtu

TonQ 3024120001 =

=

××=

°

hrm

.

..

V3

5457470

8110

138612997

3024

ECUACIONES

DEMOSTRACION:

2.4 GPM/TON


FORMULAS PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS

)c(t....mkg

.....t.t..w °

××−××+= −−3

233 1075743101439318997ρDENSIDAD

Para temperaturas entre 30 F y 100 F

VISCOSIDAD ABSOLUTA( )sCentipoiset

w...0164.0317.2 ......×−=µ

Para temperaturas entre 100 F y 212 F

××−=

sm

kgtw

...1000

0035.0027.1......µ

×=

×=

×=

spieLb

.sm

kg.

hmkg

.centipoise 00067200010631

........[m2 / s]w

ww ρ

µυ =VISCOSIDAD CINEMATICA

)mm.....(VQ

Dmax

min ×××=

π4

1000DIAMETRO MINIMO

w

DV

υminmaxRe

×=NUMERO DE REYNOLS


FACTOR DE FRICCION

×+

××−=

fDLog

f Re

51.2

min7.3102

1 ε

2

Re

51.2

min7.3102

1

×+

××−

=

fDLog

fε

[ ]m

L

pg

QfDeq .............

85 2

2

∆××

××=π

DIAMETRO EQUIVALENTE

DIAMETRO INTERNO Valor de tablas

( )

×

×=sm

.........D

QV

i

f2

6

4

10πVELOCIDAD FINAL

( )w

iff

DV

υ×

=ReNUMERO DE REYNOLS FINAL

FACTOR DE FRICCION FINAL

( )

2

Re

51.2

7.3102

1

×+

××−

=

fDLog

fi

fε

CAIDA DE PRESION ESTATICAiDg

Vf

L

p f

×××

=

∆2

2

( )

tuberiam.m

........OH

2


HOJA DE CALCULO EN EXCEL PARA EL DISEÑO DE TUBERIAS

MONTANTE M1 CAPACIDADTEMPERATURA

DEL AGUA(°C)

LONGITUDDEL

TRAMO[m]

Variacion deTemperatura

[∆T °F]Aire Acondicionado = 10°F

Calefaccion = 20°F

CAUDAL(GPM)

CAUDAL

(m³/s)

V(max)recomendada

[ m/s ]

Caida de Presión

∆p/L(mm.agua/m)

RUGOSIDADDE LA

TUBERIA

ε(mm)

TRAMO 1 6.00 Tons 6.67 °C 22.74 10 °F 14.40 GPM 0.00090828 m³/s 2.1 40 0.046




TRAMO 5 85.00 Tons 6.67 °C 2.86 10 °F 203.96 GPM 0.01286725 m³/s 2.1 40 0.046TRAMO 6 100.00 Tons 6.67 °C 7.61 10 °F 239.95 GPM 0.01513794 m³/s 2.1 40 0.046

CONDENSACION 1,169 MBTUH 35.00 °C 60.0 10 °F 233.80 GPM 0.01475004 m³/s 2.1 40 0.046

SISTEMA DE AGUA HELADATuberias 31.76 PiesFan Coil 15.00 Pies

Difusor de Succion 1.00 PiesVálvula Multiproposito 4.00 Pies

Chiller 18.00 Pies

Varios 10.00 Pies79.76 Pies

Eficiencia de la Bomba 45%Potencia de la Bomba 9.1 HP

SISTEMA DE CONDENSACIONTuberias 31.84 PiesDifusor de Succion 1.00 PiesVálvula Multiproposito 4.00 PiesChiller 12.00 PiesVarios 10.00 Pies

58.84 PiesEficiencia de la Bomba 45%Potencia de la Bomba 7.7 HP

DISEÑO DE TUBERIAS (DIMENSIONAMIENTO, PERDIDAS PRIM ARIAS Y SECUNDARIAS)


TABLA 33 : Dimensionamiento de tuberías de agua helada

TUBERIA0 0.5 0 1.2 1/2"Φ

0.5 1.5 1.2 3.6 3/4"Φ1.5 3 3.6 7.2 1"Φ3 6.5 7.2 15.6 1 1/4"Φ

6.5 10 15.6 24 1 1/2"Φ10 19.5 24 46.8 2"Φ

19.5 31 46.8 74.4 2 1/2"Φ31 55.5 74.4 133.2 3"Φ

55.5 113.5 133.2 272.4 4"Φ113.5 178 272.4 427.2 5"Φ178 257.5 427.2 618 6"Φ

257.5 462.5 618 1110 8"Φ462.5 736 1110 1,766.40 10"Φ736 1051.5 1766.4 2,523.60 12"Φ

1051.5 1277.5 2523.6 3,066.00 14"Φ

TUBERIAS DE AGUA HELADA (2.4 GPM / Ton)TONS GPM

TABLA PARA DISEÑO DE TUBERIAS


GRAFICO SOLUCION

AB

F

G

C D E

M

H

L I

K

J

N

OP


SELECCIÓN DE CHILLERS

Leaving Condenser Water TemperatureEs la Temperatura del agua de salida del condendador, generalmente es 95 F.

Leaving Cold Water Temperatura (LCWT)Es la Temperatura del agua de salida del evaporador , generalmente es 45 F.

Capacidad del Chiller.Es calculado psicrometricamente, en pasos anterioes( Ejm. . 68.3 tons )


CATALOGO DEL CHILLER

Flujo de agua de la torre

78.4

95.0

45.0 1169

64.4

Capacidad solicitada 68.3 tons

Capacidad Catalogo 78.4 tons

45.0

45.0 57.6

GPM torre= MBH x 2 / RANGO

GPM torre= 1169 x 2 / 10 = 232.4


SELECCIÓN DE TORRES DE ENFRIAMIENTO

Caudal de Agua: 232.4 GPM

Temp. de bulbo humedoTBH : 78 F

Rango : 10 F( 95 /85 ) F


CATALOGO TORRE DE ENFRIAMIENTO

Toneladas

Nominales 95/85 95/85 100/85 105/90 95/85 100/85 105/90 95/85 100/85 105/90

70 °F 75 °F 75 °F 75 °F 78 °F 78 °F 78 °F 80 °F 80 °F 80 °F

FXT-6 6 32 24 17 27 18 13 23 13 9 20

FXT-7.5 8 40 30 21 34 23 16 29 17 12 25

FXT-11 11 58 44 31 49 33 23 42 25 17 37

FXT-16 16 80 61 46 67 48 37 59 39 31 53

FXT-20 20 99 76 58 84 60 47 74 49 38 66

FXT-26 26 128 99 75 109 78 60 95 63 50 86

FXT-30 30 148 113 86 126 90 70 110 73 58 99

FXT-33 33 163 125 95 138 99 77 121 80 63 107

FXT-38 38 186 143 110 158 114 89 139 93 74 125

FXT-42 42 205 158 121 175 126 98 153 103 81 138

FXT-47 47 228 177 135 195 141 110 171 115 91 154

FXT-58 58 283 219 167 241 174 136 212 142 113 191

FXT-68 68 330 255 196 281 204 160 248 166 133 223

FXT-74 74 345 272 214 298 222 178 265 184 150 241

FXT-87 87 405 320 252 350 261 209 312 217 176 284

FXT-99 99 461 364 286 399 297 237 355 246 200 323

FXT-115 115 542 425 332 467 345 274 414 285 230 376

SELECCIÓN de MODELOS de TORRES de ENFRIAMIENTOMARCA BALTIMORE

MODELO FXT

Modelo

(Capacidad en galones EEUU por minuto mostrada en l as condiciones de temperatura(°F) en agua caliente/agua fría/bulbo hú medo)

A efectos de diseño consideramos un RANGO=10°F (95° F/85°F) y una

temperatura de bulbo húmedo de Lima de 78°F.

Flujo de agua de la torre :

GPM....GPM torre 423210

21169 =×=×=RANGO

2MBH


SELECCIÓN DE BOMBAS

El chiller seleccionado es de 78.4 tons, le corresponde 188.16 GPM.Utilizaremos 189 GPM para la selección de las bombas

Según los calculos en la ruta critica del sistema de tuberias la caida de presion es 80 Pies .


SELECCIÓN DE LA BOMBA


CURVAS DE LAS BOMBAS Y DEL SISTEMA


REPORTE PARA ESPECIFICACIONES


ISOMETRICO DE SALA DE MAQUINAS

SISTEMA SECUNDARIO02 BOMBAS

624 GPM - 20HP c/u.

SISTEMA PRIMARIO02 BOMBAS

624 GPM - 10HP c/u.

CHILLER #2136.5 TONS.

CHILLER #1136.5 TONS.

CON VARIADOR DE FRECUENCIA

HACIA DRENAJE

6"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø

5"Ø

5"Ø

5"Ø

5"Ø

5"Ø

5"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø

5"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø6"Ø

6"Ø

TANQUE SEPARADOR DE AIRE

5"Ø

1.6 m. (mínimo)

1.6 m. (mínimo)

8"Ø

8"Ø

8"Ø

8"Ø

1.0 m. (mínimo)

2.0 m.(mínimo)

4"Ø

4"Ø

4"Ø

4"Ø

5"Ø

5"Ø

5"Ø

5"Ø

5"Ø

SENSOR DIFERENCIALDE PRESION

5"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø

6"Ø6"Ø

HACIA SISTEMA

6"Ø

6"Ø

6"Ø

TANQUE DE EXPANSIONCERRADO

TABLERO ELECTRICO


MATERIALIZACION DE LA SALA DE MAQUINAS


ESQUEMA DE SISTEMA DE BOMBEO


PARA DECIR CON ORGULLO QUE UNO ES UN ESTUDIANTE O

PROFESIONAL UNI.

NO ES SUFICIENTE ESTAR ESTUDIANDO O HABER ESTUDIADO

EN LA UNI.

SI NO MERECERLO

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