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Captulo II

Fundamentos tericos

2.1 Antecedentes

Edwin Lpez (2007), realiz un trabajo de investigacin DISEO E

INSTALACIN DEL SISTEMA DE DUCTERA PARA LA DISTRIBUCIN DE

AIRE ACONDICIONADO DADO POR CUATRO MANEJADORAS EN

ALMACENES CARRIN, el cual tuvo como objetivo general desarrollar e instalar

un sistema de ductera para cuatro manejadoras en Almacenes Carrin. Dicho local

tiene un sistema incompleto de acondicionamiento de aire que incluye un Chiller,

cuatro manejadoras de aire y un sistema de tubera de agua helada conectado a las

unidades, siendo necesario completar el sistema agregando un sistema de ductera. El

diseo de un sistema de acondicionamiento de aire representa una serie de pasos, los

cuales son: la evaluacin fsica, clculo de carga trmica, seleccin del equipo, diseo

de sistema de ductera, construccin, instalacin, arranque y prueba. La conclusin de

este trabajo es que el estudio fsico del local y el clculo de carga trmica son los

principales pasos en el diseo de aire acondicionado para poder seleccionar el equipo

adecuado a utilizar; la construccin e instalacin de los sistemas de ductera fueron

etapas que se trabajaron paralelamente debido a cambios que surgieron durante el

proceso de la instalacin; de esta forma se pudo evitar la elevacin del costo del

proyecto.

Antonio Bula (2003), en su trabajo didctico DISEO DE DUCTOS PARA

UN CENTRO COMERCIAL, para la asignatura de Refrigeracin y AireAcondicionado, de la Universidad del Norte de Barranquilla, se plante como

objetivo explicar de forma prctica los clculos de las geometras y cadas de presin

para el diseo de ductos. La condicin ms favorable es que las prdidas sean lo

menor posible y esto se logra mediante el uso de pocos accesorios, haciendo tramos

cortos, entre otros. La metodologa de los clculos dispone un arreglo de ducto de

forma tal que el sistema quede balanceado. Esto se hace poniendo puntos extremos


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equidistantes de el ventilador, aumentando las prdidas en los trayectos donde hay

menos cadas de presin, ya sea poniendo una te sin curvas, difusores de menordimetro, disminuyendo el dimetro de los ducto y en ltima instancia, si es mucha la

diferencia, se coloca un damper que obstruya el flujo. La conclusin de este trabajo es

que todo diseo de ductos debe ser ptimo, logrndose a travs del clculo de las

prdidas debido a accesorios, tramos rectos y transiciones o reducciones de rea.

Karen Escalona (2011), en su trabajo de grado para obtener el ttulo de Ingeniera

Mecnica que tiene por nombre, EVALUACION DE ALTERNATIVAS PARA LA

SUSTITUCION DEL SISTEMA DE AGUA HELADA DE LAS HABITACIONES

DEL EDIFICIO 1 Y 2 DE LA POLICLINICA TACHIRA, abord seleccionar la

alternativa ms adecuada para la optimizacin del sistema de aire acondicionado. Para

lograr esto fue necesario el levantamiento de la situacin actual del sistema de agua

helada del edificio 1 y 2 de la Policlnica Tchira, para determinar los costos referentes al

equipo de sistema actual de agua helada (costos de operacin, mantenimiento y

reparacin) en los ltimos tres aos; finalmente presenta alternativas de sistemas de

acondicionamiento de aire para la posible sustitucin del equipo actual (CHILLER), la

conclusin de este trabajo es que la estimacin de la carga trmica se logra determinar la

capacidad necesaria para poder acondicionar las habitaciones del edificio 1 y 2 de la

policlnica Tchira.

Los antecedentes mencionados, aportaron a este informe orientacin y estructura

as como referencia para realizar clculos de cargas trmicas y diseo de ductos.


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2.2 Acondicionamiento de aire

Pita (1992), Pg. 17 define acondicionamiento de aire como, es el proceso detratamiento del mismo en un ambiente interior con el fin de establecer y mantener los

estndares requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento, este

proceso puede ser:

-Humidificacin

-Deshumidificacin

-Enfriamiento

-Calefaccin

-Filtrado

2.3 Sistemas de aire acondicionado

Cohen (2007) menciona que el elemento que se encarga de mantener la

temperatura necesaria en el interior del ambiente a climatizar es el evaporador. Pero

ello no implica que tengan que estar instalados dentro del local, sino que pueden

tambin estar afuera. Los sistemas de aire acondicionado pueden clasificarse como de

expansin directa e indirecta.

2.3.1 Expansin directa

La caracterstica principal de este sistema consiste en que el serpentn de los

equipos expande el refrigerante, enfriando el aire que circula en contacto directo con

l. Son utilizados para distancias cortas entre la condensadora y el evaporador.

Los equipos de expansin directa son: compactos o auto-contenidos,que sonaquellos que renen en una sola carcasa, todas las funciones requeridas para el

funcionamiento del aire acondicionado; en este tipo de equipo se incluye el de

ventana. En caso de mayores capacidades se utilizan los equipos llamados Split, que

estn divididos en dos muebles, uno en el exterior llamado condensador y otro

interior llamado evaporador, con la idea de separar el circuito de refrigeracin; ambas

unidades van unidas por medio de tuberas de cobre para la conduccin del gas


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refrigerante. Otro sistema es el multi split, que consisten en una unidad condensadora

exterior, que se puede vincular con dos o ms unidades interiores.

Todas estas unidades son enfriadas por aire mediante un condensador y aire

exterior, que se hace circular por medio de un ventilador. Tambin existen sistemas

enfriados por agua,que se diferencian de los anteriores, en que la condensacin del

refrigerante es producida por medio de agua circulada mediante tuberas y bomba,

empleando una torre de enfriamiento.

2.3.2 Expansin indirecta

Se caracterizan porque dentro del serpentn de los equipos, se expande agua,

enfriando el aire que circula en contacto directo con l. Son utilizados para distancias

largas entre la condensadora y el evaporador.


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2.4 Funcionamiento del sistema de refrigeracin

Figura 3. Esquema de funcionamiento de sistema de refrigeracin por compresin mecnica.Fuente: Autor

2.5 Sistema de agua helada o fra

De acuerdo a Cohen (2007), los sistemas de agua helada consisten en un

equipo central denominado enfriador de lquidos (chiller o mini-chiller), el cuales un

aparato industrial que produce agua fra para el enfriamiento para el enfriamiento de

procesos industriales, la idea consiste en extraer el calor generado en un proceso por

contacto con agua a una temperatura menor a la que el proceso finalmente debe

quedar. As, el proceso cede calor bajando su temperatura y el agua, durante el paso

Refrigeracin porCompresin mecnica

Elementos

Consiste en forzar mecnicamente lacirculacin de un fluido en un circuitocerrado creando zonas de alta y baja presincon el propsito de que el fluido absorbacalor en un lugar y lo disipe en el otro.

Un compresor accionado por un motor aumenta la presin del fluido desde la presin debaja hasta la presin de alta, generando as dos niveles de presin en la mquinafrigorfica. El compresor, adems de comprimir el gas refrigerante (aumentando supresin y temperatura), tambin tiene como misin aspirar el gas refrigerante queproviene del evaporador, hacindolo fluir por toda la maquina frigorfica

Un compresor

Condensador

La compresin es seguida de una condensacin donde el refrigerante pasa desdela fase gaseosa a la fase liquida a alta presin. En la condensacin se disipacalor a un fluido secundario que generalmente fluye en contracorriente con elgas refrigerante que viene del compresor. Este fluido secundario que puede seraire o agua es el foco de alta temperatura de una mquina frigorfica

Vlvula de

expansin

El fluido una vez condensado se expansiona isoentlpicamente, disminuyendosu presin y temperatura, con lo que se vaporiza parcialmente, llegando enestas condiciones al evaporador.

Evaporador

Se absorber calor, evaporndose el refrigerante totalmente. Esto se lograabsorbiendo energa trmica del medio en contacto con el evaporador, que vienea ser el ambiente a climatizar. El gas refrigerante que sale del evaporador esaspirado por el compresor, inicindose de nuevo el ciclo de refrigeracin porcompresin.


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durante el proceso, la eleva. El agua ahora caliente retoma al chiller a donde

nuevamente se reduce su temperatura para ser enviada nuevamente al proceso(UMA). Un chiller es un sistema completo de refrigeracin que incluye un

compresor, un condensador, evaporador, vlvula de expansin (evaporacin),

refrigerante y tuberas, a dems de bomba de impulsin de agua a/desde el proceso,

sistema electrnico de control del sistema, depsito de agua, gabinete, etc. Distintos

procesos requieren alimentarse con distintos caudales, presiones y temperaturas de

agua. El agua se puede enfriar a temperaturas finales que alcanzan los 20 C o

inclusive temperaturas negativas con la adicin de anticongelantes, como por ejemplo

-20C(20 C bajo cero). El sistema tiene la opcin de tener las evaporadoras

aparentes u ocultas, dependiendo de cmo se desea.

2.5.1 Componentes bsicos del chiller

Compresor: el compresor es el corazn del sistema, ya que es el encargado de

hacer circular el refrigerante a travs de los diferentes componentes del sistema de

refrigeracin del chiller. Succiona el gas refrigerante sobrecalentado a baja presin

y temperatura, lo comprime aumentando la presin y la temperatura a un punto tal

que se puede condensar por medios condensantes normales (sire o agua). A travs de

las lneas de descarga de gas caliente, fluye el gas refrigerante a alta presin y

temperatura hacia la entrada del condensador.

Evaporador: es el intercambiador de calor que genera la transferencia de

energa trmica contenida en el medio ambiente hacia un gas refrigerante a baja

temperatura y en proceso de evaporacin. Este medio puede ser aire o agua. Estosintercambiadores de calor se encuentran al interior de neveras, refrigeradores

domsticos, cmaras de refrigeracin industrial, vitrinas comerciales para alimentos y

un sinfn de aplicaciones en procesos para la industria de alimentos, as como en

procesos qumicos. De igual manera, tambin se encuentran al interior una diversa

gama de equipos de aire acondicionado. Es debido a esto que el evaporador tiene un

diseo, tamao y capacidad particular conforme la aplicacin y carga trmica.


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Evaporar un lquido (pasar del estado lquido al gaseoso) hace falta suministrarle una

cantidad de calor. Desde el puchero de la cocina hasta las calderas industriales, senecesita una fuente de calor que nos permita efectuar esta transformacin. El

evaporador es uno de los componentes principales de toda instalacin frigorfica,

porque en l es donde verdaderamente producimos el fro, absorbiendo calor del

ambiente que lo rodea, para evaporarse el lquido refrigerante que circula por su

interior. Consisten en unos recipientes cerrados de paredes metlicas formados

generalmente por tubos agrupados en uno o ms serpentines.

Condensador: es el componente del sistema que extrae el calor del

refrigerante y lo transfiere al aire o al agua. Esta prdida de calor provoca que el

refrigerante se condense. Su funcin es proporcionar una superficie de transferencia

de calor, a travs de la cual pasa el calor del gas refrigerante caliente al medio

condensante. Mediante la lnea de lquido fluye el refrigerante en estado lquido a alta

presin a la vlvula termosttica de expansin.

Vlvula termostticas: la vlvula termosttica de expansin tiene como

finalidad controlar el suministro apropiado del lquido refrigerante al evaporador, as

como reducir la presin del refrigerante de manera que vaporice en el evaporador a la

temperatura deseada.

Dispositivos y controles: para que un enfriador de lquido trabaje en forma

automtica, es necesario instalarle ciertos dispositivos elctricos, como son los

controles de ciclo. Los controles que se usan en un enfriador son de accin portemperatura, llamados termostatos, de accin por presin, llamados presostatos, y de

proteccin de falla elctrica, llamados relevadores.


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2.5.1.1 Principales dispositivos y controles del un chiller

Termostatos: son dispositivos que actan para conectar o interrumpir uncircuito en respuesta a un cambio de temperatura. Instalados en esta unidad, cierran

un circuito (conectan) con un aumento de temperatura y lo interrumpen (desconectan)

con un descenso de temperatura. Un segundo tipo de control que se instala en la

unidad son los presostatos (baja presin, cuando se requiera y alta presin).

Presostato de baja presin: se conecta en la succin del compresor y opera

(abre el circuito) cuando existe una baja presin en el sistema, ya sea por una baja de

temperatura en el fluido (acta como control de seguridad), por falta de refrigerante o

por alguna obstruccin en la lnea de lquido o de succin. El presostato de alta

presin acta (abre el circuito) como un dispositivo de seguridad, al incrementar la

presin a un nivel arriba de lo normal; este dispositivo es de restablecimiento manual.

El disparo de alta presin puede ocasionarse por obstruccin en el condensador, altas

temperaturas en el rea de enfriamiento, mal funcionamiento de los abanicos,

desajuste en la vlvula de expansin, obstruccin en la lnea de lquido, etc.

Calefactor de crter: tiene por objeto calentar el aceite del compresor para

que al iniciar la operacin tenga las condiciones correctas de viscosidad. Al parar el

compresor el calefactor se energiza, evaporando cualquier vestigio de refrigerante

lquido en el crter.

Filtro deshidratador de succin: se encuentra instalado en la lnea de succin

y tiene por objeto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, as comodetener cualquier partcula extraa que viaje al compresor.

Filtro deshidratador de lquido:se encuentra instalado en la lnea de lquido y

tiene por objeto absorber cualquier humedad que contenga el refrigerante, as como

detener cualquier partcula extraa que viaje al compresor.


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Indicador de

permite verificar visas como verificar qu

Refrigerante:

2.5.2 Principio de o

El objetivo e

medio refrigerante.

Figura 4. Principio de op

Fuente: www.transferma

El agua que s

tipo casco y tubo (pri

al flujo del refrigeran

refrigerante al recibi

presin de evaporaci

enva comprimido h

calienta por el efec

sistemas con compr

entra al condensador

bien puede ser agu

refrigerante se conde

quido o cristal mirilla:instalada tambin e

almente que el sistema tenga su carga compe el refrigerante se mantenga seco.

extrae el calor del medio a enfriar.

eracin

extraer el calor sensible del agua o salm

e una manera sencilla el principio es el sigui

eracin de un chiller

er.com

quiere enfriar se hace circular a travs de u

ncipalmente por el casco). Este flujo de agua

te, ya que estos se encuentran separados por

r el calor se evapora debido a sus caracte

n. El gas refrigerante es extrado por el c

acia el condensador. Durante este proces

o de la compresin y del calor del moto

sor hermtico y semihermtico. El gas cali

en donde su calor es transmitido a un me

a o aire, principalmente. El calor extra

nse a alta presin. El refrigerante en estado l

la lnea de lquido,

leta de refrigerante,

era, empleando un

nte:

intercambiador del

transmitir su calor

la pared del tubo. El

rsticas y a la baja

mpresor, el cual lo

el refrigerante se

del compresor en

ente del compresor

io refrigerante, que

o provoca que el

quido a alta presin


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puede ser almacenado o enviado directamente a la vlvula de expansin para su

inyeccin en el evaporador y as reiniciar el ciclo (ver Figura 4).

2.6 Psicrometra

Pita (1992), dice que es la ciencia que involucra las propiedades

termodinmicas del aire hmedo, y el efecto de la humedad atmosfrica sobre los

materiales y el confort humano. Ampliando an ms, se puede controlar las

propiedades trmicas del aire hmedo a travs del uso de tablas psicomtricas o de la

carta psicomtrica.

2.6.1 Tablas psicromtricas

Es un compendio de tablas en donde se encuentras las propiedades del aire,

tales como temperatura, humedad relativa, volumen, presin, etc. Se utilizan para

determinar cmo varan estas propiedades al cambiar la humedad en el aire.

Tabla 1.Tabla psicromtrica.

Fuente. Acondicionamiento de aire, Principios y Sistemas. Edward G. Pita.


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2.6.2 Carta psicrom

Pita (1992), ddel aire, tales como t

psicomtrica se utili

humedad en el aire.

Figura 5.Carta psicrom

Fuente: Carrier (1980), P

En una carta

cuales las de mayo

temperatura de bulb

humedad absoluta yConociendo d

determinarse a partir

trica

ice que la carta psicromtrica, es una grfic

emperatura, humedad relativa, volumen, pre

a para determinar cmo varan estas propie

rica.

g. 1-110.

sicomtrica se encuentran todas las propied

importancia son las siguientes: temperat

hmedo, temperatura de punto de roco,

olumen especfico.os de cualquiera de estas propiedades del ai

de la carta.

de las propiedadessin, otros. La carta

dades al cambiar la

ades del aire, de las

ura de bulbo seco,

humedad relativa,

re, las otras pueden


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2.6.3 Identificacin

Figura 6.Identificacin

Fuente: Carrier (1989), P

2.6.4 Definicin de t

En Carrier (1

en las dependientes

sensible significa la

del calor sensible y e

SHF=coeficie

SH= calor se

LH=calor late

TH=calor tota

e propiedades en la carta psicomtrica

e propiedades en la carta psicromtrica.

g. 1-109.

rminos, procesos y factores

980), Pg. 1-111 se clasifican las propiedad

el calor latente y del calor sensible. El tr

azn aritmtica del calor total, en que el ca

calor latente.

nte de calor sensible.

sible.

nte.

l.

es trmicas del aire

inofactor de calor

lor total es la suma

(1)


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2.6.4.1 Factor de calor sensible del ambiente (RSHF)

Es la razn del calor sensible del ambiente a la suma del calor sensible ylatente del ambiente. Esta relacin se expresa:

HF =

=

(2)

El estado del aire impulsado en el local debe ser tal que compense

simultneamente las ganancias sensibles y latentes del ambiente.

2.6.4.2 Factor de calor sensible total (GSHF)

Este coeficiente es la relacin entre el calor sensible total y el balance trmico

del ambiente, incluyendo todas las cargas de calor sensible y latente que proceden del

aire exterior. Est definido por la relacin:

GHF =

=

(3)

2.6.4.3 Factor calor sensible efectivo (ESHF)

La nocin de ESHF permite establecer una relacin entre el balance trmico,

el BF y el ADP, lo que simplifica la determinacin del caudal de aire y la eleccin del

equipo.

El SHF efectivo (ESHF) se define como la relacin entre las ganancias

sensibles efectivas del local y la suma de las ganancias sensibles y latentes efectivas

del mismo. Estas ganancias efectivas son iguales a la suma de las ganancias del local

propiamente dicho aumentadas en las cantidades de calor sensible y latente

correspondientes al caudal de aire que pasa por el serpentn sin que su estado se

modifique, y cuyo porcentaje viene dado por el factor bypass (BF).

EHF= EHEH+EH

= EHEH

(4)


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EH=H+A.E (5)

A.E= (C.)(1,08)(BF)( ) (6)ERSH: calor sensible efectivo del local

EH=H+A.E (7)

ERLH: calor latente efectivo del local

A.E= (C.)(4840)(BF)( ) (8)

Las cargas de calor debidas al aire de bypass que intervienen en el clculo del

ESHF, constituyen cargas suplementarias para el local, como ocurrira en el caso de

infiltraciones, con la diferencia de que stas son debidas a los intersticios de puertas y

ventanas, mientras que, en este caso, el aire no tratado se introduce en el local por

imperfeccin del equipo acondicionador.

2.6.4.4 Clculo del caudal de aire

Un mtodo simplificado para calcular los caudales de aire necesarios

consistir en aplicar las relaciones existentes entre el ESHF el ADP (temperatura de

punto de roco del serpentn) y el BF (factor bypass).

El factor bypass se obtiene de la Tabla A16 del anexo A y el ADP se obtiene

de la Tabla A17.

Caudal de aire tratado ()

C= EH

1,08AD(1BF) (9)

Caudal de aire de retorno ()

C= C C. (10)


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2.6.4.5 Carga que debe manejar el equipo a seleccionar

H=4,45(C)() (10)

HTT= Carga que debe tener el equipo de aire acondicionado.

=(.)()(.)()

() (11)

=+ BF( ) (12)

2.7 Confort trmico

Es la condicin de la mente que expresa satisfaccin con el

acondicionamiento trmico ambiental. Con base en la experiencia en el diseo de

sistemas de aire acondicionado, se ha determinado que la mayora de la gente se

siente confortable cuando la temperatura oscila entre 21 C y 26 C, y la humedad

relativa est entre 30% y 70%. Estos valores se aplican cuando las personas estn

vestidas con ropa ligera, a la sombra y relativamente inactivas.

El exceso de calor, sea proveniente del ambiente o generado por el propiometabolismo, debe ser eliminado para mantener una temperatura constante en el

cuerpo y asegurar el confort trmico.

Este intercambio de calor con el entorno se realiza a travs de los siguientes

mecanismos (ver Figura 7):

- Por enfriamiento convectivo, cuando el aire est ms fro que el cuerpo que rodea.

- Por enfriamiento radiante, cuando el calor es irradiado desde la piel hacia el

ambiente.

- Por evaporacin y perspiracin desde la piel y tambin por medio de la respiracin.

- Por conduccin por contacto directo con superficies a menor temperatura.

El confort trmico depende del calor producido por el cuerpo y de los

intercambios entre ste y el medio ambiente.


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Figura 7. Intercambios de calor del cuerpo humano con el ambiente.

Fuente: Manual de diseo para edificaciones energticamente eficientes, pg. 10.

2.7.1 Condiciones que afectan el confort humano

Araujo, Castejn y Royo (2007), en sus notas prcticas Confort Trmico

definen como condiciones que afectan el confort humano a:

2.7.1.1 Temperatura: La temperatura de bulbo seco del aire es la temperatura a la que

se encuentra el aire que rodea al individuo. La diferencia entre esta temperatura y la

de la piel de las personas determina el intercambio de calor entre el individuo y el

aire, a este intercambio se le denomina intercambio de calor por conveccin. Tambin

existe el intercambio de calor por radiacin entre unas y otras superficies del

ambiente (piel, mquinas, cristales, paredes, techos, etc.), que hace que, por ejemplo,

pueda ser agradable estar en una casa en la que la temperatura es de 15 C, pero sus

paredes estn a 22 C. Si la temperatura de la piel es mayor que la temperatura

radiante media, el cuerpo cede calor por radiacin al ambiente; si es al revs, el

organismo recibe calor del medio.

2.7.1.2 Humedad: La humedad es el contenido de vapor de agua que tiene el aire. El

mecanismo porel cual se elimina calor del organismo es a travs de la transpiracin.


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Cuanta mshumedad haya, menor ser la transpiracin; por esoes ms agradable un

ambiente seco que un ambiente hmedo. Un valor importante relacionado con lahumedades el de la humedad relativa, que es el porcentaje de humedad que tiene el

aire respecto al mximoque admitira.

2.7.1.3 Velocidad: La velocidad del aire interviene de forma directa en el balance

trmico y en la sensacin trmica, ya que,segn sea la velocidad, variar la capa de

aire queasla y aumentar la evaporacin del sudor.

2.7.1.4 Jornada laboral:Independientemente de las condiciones ambientales,realizar

una actividad intensa da una mayor sensacin de calor. El cuerpo transforma en

trabajo til menos del 10% de la energa consumida;el resto se transforma en calor,

que debe eliminarse para evitar que la temperatura del organismo se eleve hasta

niveles peligrosos.

2.7.1.5 Vestimenta: El tipo de vestido es una variable que influye de manera

importante en la sensacin de confort; cuanto mayor es la resistencia trmica de las

prendas de vestir, ms difcil es para el organismo desprenderse del calor generado y

cederlo al ambiente. El confort trmico se alcanza cuando se produce cierto equilibrio

entre el calor generado por el organismo, como consecuencia de la demanda

energtica, y el que es capaz de ceder o recibir del ambiente.

En el mejor de los casos, el 5% de los ocupantes de un local estn

disconformes con el ambiente trmico.

2.7. 2 Medidas preventivas

Araujo, Castejn y Royo (2007), en sus notas prcticas Confort Trmico

mencionan que, mediante un sistema adecuado de climatizacin del aire, se debe

crear un clima interior confortable para la mayora de los ocupantes de un espacio, de

manera que se pueda calentar el aire en la estacin fra y refrigerar durante la clida.


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Tambin es importante, formar al trabajador sobre el empleo adecuado de la ropa de

trabajo y concienciarles respecto a que trabajar exponindose a altas o bajastemperaturas, puede entraar riesgos. Igualmente, se debe formar a los trabajadores

sobre la deteccin de los sntomas y signos de la exposicin a temperaturas extremas

de determinados trabajos.

2.7.3 Humedad y la salud

En la lucha entre la nariz y el equipo acondicionador del aire, algunas veces

gana la calefaccin y otras la refrigeracin, pero rara vez la nariz. La mucosa nasal

contiene como 96% de agua. Para empezar, es ms viscosa que cualquier otra

mucosidad en el cuerpo, y aun la ms ligera resequedad, aumenta la viscosidad lo

suficiente para interferir con la funcin de los cilios. Las demandas de las glndulas

nasales son grandes an bajo condiciones ordinarias, y no pueden competir con una

sequedad externa en el interior de una casa en invierno. La experiencia ha

demostrado, que cuando se aproxima el invierno, aparece la primera ola de pacientes

con nariz reseca, cuando la humedad relativa interior baja a 25%. Parece por lo tanto

que, 35% sera considerada aceptable, pero 40% sera un mejor objetivo.

2.7.4 Relacin entre la gripe y la humedad absoluta

Los investigadores han sospechado desde mucho tiempo atrs de la existencia

de un vnculo entre la humedad y la transmisin de la gripe. Sin embargo, los

estudios orientados a investigar esa posibilidad se han venido centrando en la

humedad relativa. La humedad absoluta cuantifica la cantidad total de vapor de agua

que hay en el aire, independientemente de la temperatura. Por su parte, la humedadrelativa expresa la proporcin que hay entre esta cantidad de vapor de agua y el valor

mximo que puede almacenar el aire a una temperatura dada (nivel de saturacin).

En el nuevo estudio cuyo autor principal es Jeffrey Shaman, un cientfico atmosfrico

de la Universidad Estatal de Oregn especializado en los vnculos entre el clima y la

transmisin de enfermedades, se reanalizaron los datos aportados por una

investigacin efectuada en el 2007, que haba encontrado una dbil relacin entre la


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transmisin de la gripe y la humedad relativa. Shaman tom los datos recopilados en

dicha investigacin y utiliz la humedad absoluta en lugar de la relativa, analizandosus correlaciones potenciales con la transmisin de la gripe. Este cambio de estrategia

llev a profundizar de manera crtica en la relacin entre la humedad absoluta y la

"supervivencia" de la gripe, definida como el intervalo de tiempo que el virus

permanece viable una vez que est en el aire. Las correlaciones resultaron

sorprendentemente significativas. Cuando la humedad absoluta es baja, la

supervivencia del virus de la gripe se prolonga y la tasa de transmisin sube.

A lo largo de muchas dcadas, los cientficos han estado buscando las

respuestas a cuestiones esenciales sobre la gripe como por ejemplo, por qu hay una

estacionalidad tan pronunciada de la incidencia de la enfermedad, que alcanza su

mxima incidencia durante el invierno en las regiones templadas. Las explicaciones

potenciales son que las personas pasan ms tiempo dentro de viviendas u otras

edificaciones que en verano, y as el virus se transmite ms fcilmente. Menos luz

solar puede tener un efecto qumico en el virus y/o en la respuesta inmunitaria de las

personas o podra haber un factor ambiental desconocido de control. Las conclusiones

de Shaman y Melvin Kohn (epidemilogo del Departamento de Servicios Sanitarios

de Oregn) indican que esa humedad absoluta es el factor que ejerce el control.

Aunque a mucha gente puede resultarle un tanto extrao, la humedad absoluta es

mucho ms alta en verano. En un tpico da de verano en Oregn hay dos veces ms

vapor de agua en el aire que en invierno. En algunas reas, un da tpico de verano

puede tener hasta cuatro veces la cantidad de vapor de agua de un da invernal

normal, una diferencia que existe tanto en interiores como a la intemperie. Porconsiguiente, los brotes de gripe aparecen por regla general en invierno cuando las

condiciones de baja humedad absoluta favorecen mucho a la supervivencia de los

virus de la gripe y a su transmisin.


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2.7.5 Calidad del aire

De acuerdo con el boletn nmero 24 de la se la OMS (2008), lacontaminacin en espacios interiores como al aire libre, constituye un grave

problema de salud medioambiental que afecta a los pases desarrollados y en

desarrollo por igual. Las Directrices sobre Calidad del Aire elaboradas por la OMS en

2005 estn concebidas para ofrecer una orientacin mundial a la hora de reducir las

repercusiones sanitarias de la contaminacin del aire (ver Tabla 2). La calidad del aire

es una forma de medir las condiciones del aire en espacios interiores, el dixido de

carbono por su parte es una magnitud objetiva para determinar la calidad del aire. Al

tomar en cuenta lo anteriormente expuesto es importante sealar, que el ser humano

respira este gas incoloro e inodoro que se muestra ms activo en proporcin directa

con la edad y la corpulencia. La concentracin de dixido de carbono al aire libre

oscila entre 360 ppm (partes por milln) en reas de aire limpio y 700 ppm en las

ciudades. El valor mximo recomendado para los interiores es de 1.000 ppm y el

valor lmite para oficinas es de 1.500 ppm.

Tabla 2. Causas de insatisfaccin por la calidad del aire.

Fuente: Manual prctico Soler&Paul.


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2.7.6 Importancia de la calidad del aire

La calidad del aire repercute en el bienestar de los trabajadores de una oficina.El dixido de carbono slo es perjudicial a partir de una concentracin de un 5 % del

volumen (que son 50.000 ppm), no obstante a partir de concentraciones mucho

menores (a partir de valores entre 800 y 2.000 ppm) se pueden producir molestias

diversas, como dolor de cabeza, cansancio, prdidas de concentracin y bajo

rendimiento. El trabajador se siente sobrecargado no slo por el trabajo, sino tambin

por una mala calidad del aire de la oficina.

2.7.7 Sndrome del edificio enfermo

Quadri(2010), fue reconocido como enfermedad por la Organizacin Mundial

de la Salud (OMS) en 1982, comprendiendo los edificios enlos que un porcentaje de

mas del 20% de personas experimentan efectos agudos sobre la salud y el bienestar.

Se ha demostrado mediante estudios realizados, que cuando las personas permanecen

gran cantidad de tiempo en el interior de los edificios y especialmente en oficinas o

lugares de trabajo, pueden ser afectadas en su salud debido a que los niveles de

polucin pueden llegar a ser elevados. El malestar fsico, la irritacin o la sequedad

de los ojos, la nariz y la garganta, tos, nauseas y problemas respiratorios, as como

fatiga mental, alteraciones de memoria, somnolencia, apata, mareos o el estrs, son

algunos de los problemas de salud en las personas afectadas por el Sndrome del

Edificio Enfermo tipificado por los estudios realizados por la Organizacin Mundial

de la Salud.

Se ha demostrado fehacientemente que los sntomas desaparecen odisminuyen de forma significativa cuando las personas salen del espacio afectado.

Una caracterstica de estas molestias es que se acentan durante los das hbiles y que

mejoran ostensiblemente durante el descanso del fin de semana. El uso en los

edificios de nuevos materiales en lugar de los empleados tradicionalmente en

estructuras, revestimientos, aislaciones, muebles, instalaciones elctricas,

iluminacin, otros; sin tener en cuenta las emanaciones producidas, unido a otros


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factores, contribuyen a enrarecer el ambiente interior. Se considera que este

fenmeno tuvo su origen en los esfuerzos por ahorrar la energa, derivados de latecnologa usada a partir de la dcada del 70, que tiende a la reduccin del consumo

energtico recurriendo al empleo de nuevos aislantes trmicos y efectuado el

cerramiento hermtico de ventanas y puertas para disminuir la infiltracin natural del

aire exterior, sin contemplar una adecuada ventilacin de los locales.

2.8 Cargas trmicas

Cohen (2007),menciona que los sistemas de aire acondicionado, deben ser

capaces de extraer de los locales todo el calor que se introduce en los mismos. Las

aportaciones de calor son de dos tipos: sensibles y latentes, influyendo ambas en la

carga trmica total.

2.8.1 Clasificacin de cargas trmicas

2.8.1.1 Cargas externas

Las cargas externas estn conformadas por la radiacin solar que entra

directamente a travs de las ventanas, as como el calor que es conducido por paredes

y techos desde el exterior, el cual puede ser de origen convectivo o radiante. Este tipo

de carga trmica provoca cambio de temperatura en el ambiente interior, es decir,

representa un calor sensible.

2.8.1.2 Cargas internas

Las cargas internas son los equipos electrnicos, luminarias, personas,

ventilacin e infiltracin, que se encuentren o produzcan en el ambiente o ambientesa acondicionar. En las cargas internas se presenta calor sensible y latente (ver Tabla

3).


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Tabla 3. Clasificacin de las cargas trmicas.CARGAS SENSIBLE LATENTE

Externas

Internas: Equipos electrnicos

Personas

Ventilacin

Infiltracin

Fuente: Autor

2.8.2 Zonificacin

La zonificacin consiste en unir ambientes en zonas para realizar el clculo

con mayor orden, con condiciones iguales de temperatura y humedad relativa tanto

exteriores e interiores.

2.8.3 Consideraciones inciales de diseo

De acuerdo a Cohen (2007), las consideraciones son:

-Caractersticas de la Edificacin: identificar los materiales de construccin,

dimensiones (normalmente determinados a partir de los planos de la edificacin) y

especificaciones.

-Configuracin: determinar la ubicacin, orientacin y sombra externa de la

edificacin a partir de los planos y especificaciones. La sombra de edificacionesadyacentes pueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio

propuesto.

-Condiciones Exteriores de Diseo: obtener informacin climtica apropiada de

temperatura y humedad relativa de acuerdo a la zona geogrfica donde se encuentre el

ambiente a acondicionar; adems, seleccionar las condiciones de diseo exterior. La


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condicin climtica puede ser obtenida de la estacin meteorolgica local o del centro

climtico nacional.

-Condiciones de Diseo Interior: seleccionar las condiciones de diseo interior, tales

como temperatura de bulbo seco, humedad relativa y tasa de ventilacin (aire fresco).

-Perfil de Operacin: obtener una rutina de iluminacin, nmero de ocupantes,

equipo interno, aplicaciones y procesos que contribuyan a incrementar la carga

trmica interna.

-Fecha y Tiempo:seleccionar el da y el mes para realizar los clculos de la carga de

enfriamiento

Las condiciones internas de diseo se escogen de acuerdo al uso que tendr el

ambiente, mediante uso y criterio de las normas COVENIN, recomendaciones

CARRIER (ver Anexo A, Tabla A20) o recomendaciones internas de la empresa

CANTV, especficamente en la NORMATIVA PARA LA DISTRIBUCIN DE LOS

SERVICIOS DE ENERGA (ver Anexo A, Tabla A1). Para las condiciones

exteriores de diseo se acostumbra tomar la temperatura promedio mxima y la

humedad del lugar (esto se logra mediante la consulta de informacin de data de

centros meteorolgicos de la zona; en este trabajo la temperatura exterior fue

determinada mediante la data suministrada por el INHAME).

2.8.4 Mtodo usado para hallar la carga trmica

ASHRAE (2001), reconoce la vigencia de dos mtodos de clculo de cargastrmicas para seleccionar la capacidad de los equipos de aire acondicionado, los

cuales son el mtodo de balance de energa y el mtodo de la serie del tiempo

radiante.


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2.8.4.1 Mtodo de la serie del tiempo radiante (RTS)

Este mtodo fue desarrollado por ASHRAE (2001), tras realizar varias

investigaciones con la meta de mejorar la exactitud de la estimacin de cargas

trmicas, manteniendo la capacidad del ingeniero de diseo de utilizar su experiencia

y criterio en el proceso. El procedimiento incorpora conceptos familiares de mtodos

anteriores para reducir el tiempo de clculo. Para la estimacin de cargas de

enfriamiento, es necesario tomar en cuenta que en cualquier momento, la energa

puede incorporarse al espacio por la conduccin, la conveccin y la radiacin a travs

de las paredes, azoteas, pisos y ventanas.

La transferencia de energa de cada una de las fuentes vara con el tiempo y

las fuentes internas dependen del horario de la ocupacin y uso. La energa solar a

travs de las ventanas depende de la orientacin, posicin solar basada en la hora, da

del ao y del efecto de dispositivos que den sombras internas y externas. El

intercambio trmico de la pared vara de acuerdo a los cambios en la temperatura del

aire exterior e intensidad solar en la superficie exterior; a su vez el espesor de los

materiales de construccin de los edificios, absorbe y almacena energa irradiada.

El mtodo de RTS incluye:

-Conceptos de mtodos anteriores, como el de balance de energa.

- Mtodo comprensible y adaptable al ambientes o ambientes de estudio.

-Proporciona para cada fuente de calor en la estimacin de la carga de enfriamiento

total.- Permite dirigir el clculo basado en la experiencia.

Un concepto bsico detrs de todos los clculos de la carga de enfriamiento es

que el aumento del calor en un ambiente, consiste en la transferencia de calor por

conveccin y traspaso trmico radiante de las fuentes a las superficies del cuarto. La

porcin convectiva se convierte inmediatamente en carga de enfriamiento; la energa


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radiante transferida es absorbida por la masa de las superficies del ambiente y en un

cierto plazo, es liberada de esas superficies al aire del ambiente, as que se convierteen carga de enfriamiento cuando esa conveccin ocurre.

2.9 Sistema de distribucin de aire acondicionado

Cohen (2007), menciona que la misin de un sistema de ductos es transportar

el aire desde la unidad de tratamiento o manejadora de aire de aire (UTA o UMA),

hasta el recinto a climatizar y suele comprender los ductos de impulsin y retorno.

2.9.1 Clasificacin de los sistemas de distribucin de aire acondicionado

2.9.1.1 Clasificacin de acuerdo a la velocidad

- Baja velocidad (entre 6 y 12 m/s)

- Alta velocidad (ms de 12 m/s)

2.9.1.2 Clasificacin de acuerdo a la presin

En funcin de la presin del aire en el conducto, se clasifican en baja, media y

alta presin. Esta clasificacin corresponde a la misma que utilizan los ventiladores:

- Baja presin (clase I): Hasta 90 mm.c.a (milmetro de columna de agua).

- Media presin (clase II): Entre 90 y 180 mm.c.a.

- Alta presin (clase III): Entre 180 y 300 mm.c.a.

2.9.2Factores econmicos en su diseo

El mejor sistema de distribucin de aire para cualquier aplicacin deber

determinarse tomando en cuanto los costos de instalacin, operacin y costosdisponibles para los ductos. Estos costos son afectados por la relacin de aspectos,

ganancia de calor en el conducto y prdidas de friccin en el ducto y accesorios.


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2.9.3Influencia en los costos de la relacin de aspectos, ganancia de calor en el

conducto y prdidas de friccin en el ducto y accesorios

Al aumentar la relacin de aspectos, la rigidez de la seccin del conducto

disminuye, requirindose mayores refuerzos y un mayor espesor de material del

conducto, aumentando los costos iniciales y la cantidad de aislante trmico. En

cuanto a la ganancia de calor en el ducto, influye en los costos, al aumentar la

relacin de aspectos del ducto para transportar la misma cantidad de aire que se

lograra distribuir con una relacin menor. Las prdidas de friccin en el ducto y

accesorios afecta los costos de operacin de un sistema de distribucin de aire, ya que

esta prdida es determinante en el requerimiento de potencia del ventilador

correspondiente.

2.9.4 Prdidas de presin en ductos

Un sistema de ductos impone una resistencia al flujo de aire, la cual debe ser

vencida mediante energa mecnica (ver Figura 8). Esta energa es suministrada por

un ventilador. Si se considera un ducto de aire, en cualquier seccin transversal la

presin total H es la suma de la presin esttica P y la presin de velocidad Hv, o sea:

H=+H (13)

H= (/4005)2 (14)

Siendo:

=C/A (15)

H:presin de velocidad en pulg. De H2O

:velocidad, pie/minC: caudal de aire, pie3/min

A: rea de la seccin transversal del ducto, pie2


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Figura 8. Cambios de presin en un sistema de ductos

Fuente: Cohen (2007), Pg. 84.

Las secciones de la figura 8 corresponden a:

Seccin A-B:la presin total y esttica disminuye uniformemente debido a la

friccin de las molculas de aire con las paredes del ducto. Las prdidas de presin en

ductos rectos se conocen como prdidas de friccin y dependen del nmero de

Reynolds.

Seccin B-C: el rea del ducto se reduce produciendo un aumento de la

velocidad. La prdida de presin total es pequea, mientras que la presin esttica

disminuye por su conversin en velocidad.

Seccin C-D: ocurren prdidas por friccin.


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Seccin D-E: el aumento del rea del ducto produce una disminucin de la

velocidad.Las prdidas de presin en la seccin B-C se conocen como prdidas

dinmicas y se caracterizan por ser independientes del nmero de Reynolds.

Seccin E-F: la presin de velocidad es constante y las presiones estticas y

totales disminuyen uniformemente debido a la friccin. La presin en F es cero,

referida a la presin atmosfrica.

Es importante distinguir entre la presin esttica y total, siendo est ultima la

que determina la energa mecnica que deber ser suplida al sistema. La presin total

siempre disminuye en direccin del flujo.

2.9.5 Mtodos de diseo

De acuerdo Cohen (2007), existen varios mtodos que permiten disear las

redes de conductos de aire. Entre ellos, se encuentran:

- Mtodo de asignacin de velocidades

- Mtodo de igual friccin

- Mtodo de recuperacin esttica

- Ductulador.

Los ms empleados suelen ser el mtodo de prdida de igual friccin (para

conductos de impulsin de velocidad baja, retorno y ventilacin) y el mtodo de

recuperacin esttica (principalmente en conductos de impulsin de baja y altavelocidad) y el ductulador. El mtodo de asignacin de velocidades no se suele

utilizar porque para resolver el problema con una precisin razonable, se necesita

mucha experiencia y conocer perfectamente el clculo de conductos.


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2.9.5.1 Mtodo de igual friccin

Este mtodo se utiliza en conductos de impulsin, retorno y extraccin de aire.Consiste en calcular los conductos de forma que tengan la misma prdida de carga

por unidad de longitud a lo largo de todo el sistema

Tabla 4.Velocidades aconsejables en conductos de aire por nivel de ruido.

El procedimiento ms usual consiste en elegir una velocidad inicial, en

funcin de la restriccin por nivel de ruido (ver Tabla 4), en el conducto principal que

sigue a la impulsin desde la UMA. Una vez elegida esta velocidad y partiendo del

caudal de aire total a suministrar, se determina la prdida de carga unitaria que debe

mantenerse constante en todos los conductos. Para dimensionar los conductos del

tramo principal, se determina la prdida de presin en las distintas singularidades y

las recuperaciones estticas en las derivaciones.

Una vez dimensionados los tramos principales, se determinarn los conductos

secundarios, los que conducen el aire hasta las bocas de impulsin. Estos tramos se

pueden calcular igual que los principales o bien imponer que el aire tenga presin

relativa nula despus de traspasar el elemento terminal (difusor). En el primer caso, se

actuara como se ha explicado para los tramos principales. En el segundo caso se debe


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seguir un esquema iterativo de clculo hasta conseguir la imposicin de presin

relativa nula a la salida.

2.9.5.2 Ductulador

Con esta herramienta (ver Figura 9) se puede disear con el mtodo de igual

friccin o asignacin de velocidades; para el primer mtodo se debe seleccionar el

factor de friccin (ver Figura 9, franja de color azul, parte inferior), luego desplazar

el valor seleccionado y hacerlo coincidir con el volumen de aire que circular por el

ducto (franja de color azul claro, parte superior). Luego en la franja roja verificar con

el volumen de aire que circular (franja de color rojo, parte superior) con la velocidad

que tendra el ducto (franja de color rojo, parte inferior) y comparar si no pasa los

valores permitidos en la Tabla 4. Para el diseo con el segundo mtodo se selecciona

la velocidad partiendo de la Tabla 4, fijando la velocidad seleccionndola en la franja

de color rojo inferior y hacindola coincidir con el volumen de aire que circular por

el ducto (franja de color rojo, parte superior). Por ltimo, se obtiene la dimensin del

ducto mediante la franja verde, observando que las lneas superior e inferior

coincidan, preferiblemente se escogen las dimensiones que generen una relacin de

aspectos lo ms prxima a uno.


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Figura 9.Ductulador.Fuente: TRANE

2.9.6 Condiciones ne

De acuerdo

distribucin de aire

temperatura, velocid

aparecen velocidade

recomendada y la rea

zona.

cesarias para una buena distribucin de aire

Carrier (1980), Para lograr condicione

acondicionado dentro del ambiente se n

d y direccin del aire a la salida del difu

s recomendadas dentro de la zona ocu

ccin que generara sobre los individuos que

para una buena

cesita controlar la

sor. En la Tabla 5,

ada, la aplicacin

se encuentran en la


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Tabla 5. Velocidad del aire en la zona ocupada.

Fuente: Carrier (1980), Pg. 2-71.

2.9.7 Principios de distribucin de aire acondicionado

De acuerdo Carrier (1980), Pg. 2-71 y 2-72 :

Alcance o tiro:distancia horizontal que recorre una corriente desde su boca de salida.

Cada:distancia vertical que recorre una corriente desde su boca de salida, hasta el

final de su distancia de propulsin.

Induccin: es el arrastre de aire procedente del espacio a acondicionar por el aireimpulsado por la boca de salida y depende de la velocidad del aire de impulsin.

Deflectores:ubicado es los difusores, diseccionan el aire en diferentes ngulos.


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Figura 10.Direccin conveniente del aire.

Fuente: Carrier.

De acuerdo a la Figura 10, se aprecia la direccin de aire aceptable odeficiente dentro de la zona ocupada, la cual es manejada por el tipo y ubicacin del

difusor dentro del ambiente.

2.9.8 Importancia de una correcta distancia de propulsin o tiro

Carrier (1980), normalmente no es necesario que el alcance o distancia de

propulsin cubra la longitud o la anchura totales de la habitacin. Una buena regla

prctica es que el alcance sea del orden de de la distancia hasta la pared opuesta y

que la ubicacin del difusor genere una direccin conveniente del aire (ver Figura

16), para no generar inconfort en el trabajador.


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2.9.9 Tipos de bocas de impulsin

2.9.9.1 Rejillas de retorno

Utilizadas para el retorno de aire de los espacios acondicionados; lo ms

recomendable es ubicarlas en la parte superior del ambiente, debido a que el aire

caliente es ms ligero que el frio; el aire viciado asciende, pasando por las rejillas del

ambiente.

Figura 11.Tipo de rejillas

2.9.9.2 Difusores

Utilizados para la difusin del aire dentro del ambiente a acondicionar; existen

varios tipos tales como: de cuatro y tres vas, termotanques, difusores lineales y

circulares. Lo recomendable es ubicarlos lo ms cntricos posibles y, de sernecesario, deben ser ubicados de forma simtrica y alineados dentro del ambiente,

respetando el tiro mnimo que indica el fabricante para evitar choque de aire en zonas

ocupadas.


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Figura 12.Tipo de difusores.

2.9.10 Seleccin de la rejilla o difusor

Para la seleccin de la boca de impulsin, se necesita:-Conocer la cantidad de PCM que tendr que manejar la boca de impulsin.

-Aplicacin.

-Catlogo del proveedor.

Nota: los difusores de techo dan lugar, normalmente, a menos quejas por corrientes

de aire que las que emplean bocas de salida en paredes laterales.

2.10 Seleccin del ventilador

Para que el aire pueda circular por el interior de un conducto es preciso que en

la instalacin haya un ventilador instalado. ste debe ser capaz de proporcionar el

caudal necesario y vencer las prdidas de presin asociadas. Para la determinacin de

los requerimientos del ventilador es necesario conocer con exactitud los caudales y

las prdidas de carga en la instalacin. As, se toma la mayor prdida de carga desde

la salida de la UMA hasta el punto de impulsin crtico, siendo este valor el


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incremento de presin que debe proporcionar el ventilador. Adems, deber ser capaz

de trasegar el caudal total de diseo.

2.10.1 Tipos de ventilador

Los ventiladores empleados en el campo del aire acondicionado son: radiales

(o centrfugos) y axiales.

Figura 13.Tipo de ventiladores.

2.11Filtro

Tiene como funcin tratar el aire mediante filtros adecuados a fin de quitarle

polvo, impurezas y partculas en suspensin. El grado de filtrado necesario depender

del tipo de instalacin de acondicionamientos a efectuar. Para la limpieza del aire se

emplea filtros que normalmente son del tipo mecnico, compuestos por substancias

porosas que obligan al aire al pasar por ellas, a dejar las partculas de polvo que lleva

en suspensin. En las instalaciones comunes de confort se usan filtros

de poliuretano, lana de vidrio, micro fibras sinttica o de metlicos de alambre con

tejido de distinta malla de acero o de aluminio rociados de aceite. En las instalaciones

industriales o en casos particulares se suelen emplear filtros especiales que son

muchos ms eficientes. El filtro es el primer elemento a instalar en la circulacin del

aire porque no solo protege a los locales acondicionados sino tambin al mismo

equipo de acondicionamiento.

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