UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

Módulo: Climatización.

Integrantes:

Lalaleo Fernando

Chávez Carlos

Guananga Mauricio

Pilatagsi Jaime

Nivel:

Noveno ‘’A’’

Docente:

Ing. Gustavo Patín

Fecha de Entrega:

5/02/2015

1. Cálculo de la carga térmica.

“Para determinar la carga térmica que se debe extraer de la cámara para mantenerla a una

temperatura constante y, simultáneamente, realizar un control de suficiencia del aislamiento

elegido, se hacen las siguientes consideraciones”:(G. Pita, 2004)

El calor disipado a través de las paredes (infiltraciones) se calcula mediante la expresión:

( )

En la que

S es la superficie exterior en m

T2-T1 es la variación de la temperatura en C

t es el tiempo en horas.

U es el coeficiente global de transmisión de calor: en la que hay que

considerar todos los materiales que componen la pared de la cámara.

Figura 1 Carga térmica (Fuente(G. Pita, 2004))

Procedimientos para el diseño de Acondicionamiento de Aire.

1. Calcular las cargaras de calefacción y enfriamiento.

2. Seleccionar los tipos y ubicación de las unidades térmicas

3. Elegir el tipo de disposición de tuberías del sistema. Planificar la distribución a las

unidades térmicas.

4. Determinar los flujos y temperaturas del agua a través del sistema.

5. Seleccionar los tamaños de las unidades terminales

6. Determinar los tamaños de los tubos

7. Planear los trayectos de la tubería en la construcción y ubicar las válvulas.

8. Seleccionar la bomba

9. Seleccionar la caldera y/o enfriador

10. Seleccionar el tanque de compresión

11. Proporcionar y ubicar los accesorios necesarios para la correcta operación y

mantenimiento: ventilas de aire, desagües, uniones, dispositivos de expansión,

anclaje, soportes y aislamientos.

12. Seleccionar el sistema de control.

13. Preparar los planos y especificaciones definitivas.

Cargas térmicas de acondicionamiento

¨Las cargas térmicas se refieren a la cantidad de energía térmica por unidad de tiempo que

un lugar cerrado intercambia con el exterior debido a las diferencias de temperatura de los

mismos, considerando las condiciones exteriores como las más desfavorables. El cálculo

de estas cargas permite que los sistemas de acondicionamiento compensen estas

diferencias¨.(Fernandez, 2011)

Las cargas térmicas se deben a dos necesidades:

- Cargas de calefacción: se producen en condiciones de invierno, el calor producido

por los sistemas se pierde hacia el exterior

- Cargas de refrigeración: carga necesaria en estaciones cálidas (calor ganado por los

locales en unidad de tiempo)

1. Cálculo de cargas térmicas de calefacción (invierno)

Para estimar las necesidades de calefacción se toma en cuenta la existencia de dos

cargas térmicas:

- Carga térmica por transmisión de calor a través de los cerramientos hacia los locales

no climatizados, y,

- La carga térmica por enfriamiento de los locales por la ventilación e infiltración de

aire exterior en los mismos.

1.1 Carga térmica por transmisión

Se calcula de la siguiente manera:

( )

=carga térmica por transmisión [kcal/h]

=coeficiente de orientación de la pared

= coeficiente de intermitencia de la instalación

=coeficiente global de transmisión de calor del muro

=superficie de la pared expuesta a la diferencia de temperatura en

= Temperatura necesaria para el local acondicionado

= Temperatura en el exterior del local

=coeficiente de orientación de la pared

El factor Se utiliza para tener en cuenta la ausencia de radiación solar y la

presencia de vientos dominantes sobre los muros, en función de orientación, y

tienen los siguientes valores

- Norte: 1,15

- Sur: 1,00

- Este: 1,1

- Oeste: 1,05

= coeficiente de intermitencia de la instalación

Este es un coeficiente de seguridad, habitualmente se emplea el valor de 1.1

1.2 Carga térmica por ventilación o infiltración de aire exterior

La fórmula empleada para calcular este valor es:

( )

Dónde:

= Volumen del local

= Número de renovaciones horarias

= calor específico del aire en la base al volumen [

= Temperatura necesaria para el local acondicionado

= Temperatura en el exterior del local

El número de renovaciones horarias dependerá de la ventilación con la que se dote

el local, se recomienda como mínimo emplear una renovación por hora, los valores

habitualmente usados son:

-Cocinas y baños: 1,50

- Locales con puertas al exterior: 1,20

- Resto de los locales: 1,10(Fernandez, 2011)

2. Cálculo de cargas térmicas de refrigeración (verano)

Las cargas térmicas en esta época son sensibles y latentes, latentes ya que existe

mucha demanda de frio, esta se da debido a las diferencias de temperaturas y a la

radiación térmica y a las cargas latentes se producen por la aportación de humedad en

el aire.

2.1 Cargas sensibles

Estas cargas se pueden trasmitir a través de cerramientos opacos, ceramientos

traslucidos, radiación solar, por ventilación o infiltración de aire exterior, sensibles

por ocupación del local, generadas por iluminación del local, generadas por las

maquinas presentes en el local.

2.1.1 Cargas por trasmisión a través de cerramientos opacos

La carga sensible se calcula mediante la siguiente ecuación

Donde:

Q = Carga térmica por trasmisión en ( ⁄ )

K= coeficiente global de trasmisión de calor del muro en ( ⁄ )

S= superficie del muro expuesta a la diferencia de temperatura en ( )

DTE= diferencia de temperaturas

2.1.2 Cargas por trasmisión a través de cerramientos translucidos

¨En este tipo de lugar la radiación se cuantifica como una carga y este se obtiene

mediante la siguiente ecuación¨ (G. Pita, 2004)

Donde:

Q = Carga térmica por trasmisión en ( ⁄ )

K= coeficiente global de trasmisión de calor del muro en ( ⁄ )

S= superficie del muro expuesta a la diferencia de temperatura en ( )

= diferencia de temperaturas entre las caras exterior e interior

2.1.3 Cargas térmicas por radiación solar

¨La radiación solar es capaz de trasvasar las superficies ya sean transparentes o

translucidas, por lo que interviene en el interior de los locales produciendo un

calentamiento en los mismos incrementando de esta manera la temperatura en su

interior, su ecuación es¨: (Fernandez, 2011)

Donde:

Q = Carga térmica por radiación en ( ⁄ )

S= Superficie expuesta a radiación ( )

= Factor de corrección de radiación en función del tipo de vidrio, sombras,

entre otras.

2.1.4 Carga sensible por ventilación o infiltración de aire exterior

De obtiene mediante la siguiente ecuación

Donde:

Q = Carga térmica sensible por ventilación en ( ⁄ )

V= Caudal de aire de ventilación ( ⁄ )

0,29 es el calor específico del aire ( ⁄ )

= diferencia de temperaturas entre las caras exterior e interior

2.1.5 Carga sensible por ocupación del local

¨Esta carga se obtiene al multiplicar el valor de la carga sensible emitido por el

personal por el número de ocupantes del local¨ (Fernandez, 2011)

2.2 Cargas latentes

Este tipo de cargas se pueden trasmitir por ventilación o infiltración de aire exterior

y por ocupación del local.

2.2.1 Carga latente por ventilación o infiltración de aire exterior

Esta carga se determina mediante la siguiente fórmula:

Donde:

Q = Carga térmica latente por ventilación en ( ⁄ )

V= Caudal de aire de ventilación ( ⁄ )

0,72 es el resultado entre la densidad del aire y el calor latente

= diferencia de humedad absoluta entre al ambiente exterior e interior

(°C)

ELECCIÓN Y DIMENSIONADO DE TUBERÍAS EN UN EQUIPO DE

REFRIGERACIÓN

CÁLCULO Y DISEÑO DE LÍNEAS DE REFRIGERANTE

Al realizar el dimensionamiento de las líneas de refrigerante de equipos remotos, hay que

conocer entre los equipos de “sólo frío” y los equipos de “bomba de calor”, debido a las

especiales características de funcionamiento reversible para estos últimos.

Pero, en primer lugar, hay que tener en cuenta las características que deben cumplir las

líneas de gas (aspiración o descarga) y las líneas de líquido.(Fernandez, 2011)

LINEA DE ASPIRACION

Para el diseño de la línea de aspiración se debe tomar en cuenta la pérdida de presión del

gas refrigerante y el retorno del aceite al compresor.

- Pérdida de presión

Se produce como consecuencia del rozamiento del gas con las paredes del tubo y

provoca una disminución de la densidad del refrigerante y, por tanto, una reducción

de la capacidad del sistema. Para tener un rendimiento aceptable se debe seleccionar

una tubería que, para la longitud deseada, origina una caída de presión inferior a 3

psi ó 20 KPa.(Termoven, 2008)

- Retorno del aceite al compresor

El refrigerante siempre contiene alguna cantidad de aceite (entre el 1% y el 4% en

peso) circulando por el sistema, debido a su afinidad; pero en determinadas

condiciones de presión y temperatura, como pueden ser las que se encuentran en el

evaporador y la línea de aspiración, pueden dejar de ser miscibles. (Termoven,

2008)

Si el aceite no retornara al compresor, éste se iría quedando poco a poco sin

lubricación. Por eso es importante asegurar que sea arrastrado por el refrigerante,

para lo cual se necesitará una velocidad mínima de 6 m/s en los tramos ascendentes.

En los tramos descendentes u horizontales con pequeña inclinación no es tan

importante la velocidad, ya que la gravedad mantiene la circulación del aceite. Si las

líneas horizontales no tienen pendiente, deberán obtenerse velocidades de al menos

3 m/s.(Termoven, 2008)

LÍNEA DE DESCARGA

El tratamiento de la línea de descarga es similar al de la línea de aspiración, ya que por

ambas circula gas refrigerante. Para ello hay que considerar, igualmente, la pérdida de

presión del gas refrigerante y el retorno del aceite al compresor. (Termoven, 2008)

- Pérdida de presión

En las líneas de descarga no es tan crítica la caída de presión como en las de

aspiración, por lo que podrían aceptarse hasta 6 psi ó 40 kPa.

Sin embargo, desde el punto de vista del rendimiento frigorífico de la instalación, es

deseable la mínima pérdida posible, por lo que se limita, también en éste caso, a 3

psi.

- Retorno del aceite al compresor

La velocidad de circulación mínima para que el aceite retorne al compresor es la

misma que en la línea de aspiración: 6 m/s en tramos ascendentes y 3 m/s en tramos

horizontales y descendentes.(Termoven, 2008)

LINEA DE LÍQUIDO

La Línea de líquido presenta menos problemas en funcionamiento que las de aspiración o

descarga, ya que el aceite siempre circula por ella mezclado con el refrigerante,

independientemente de la velocidad.

En esta línea no es importante la velocidad, pero hay que tener en cuenta otros factores: el

subenfriamiento del líquido y el peso de la comuna de refrigerante.(Termoven, 2008)

- Subenfriamiento

Para el correcto funcionamiento de la válvula de expansión o tubo capilar, el líquido

refrigerante que llega a ellos no debe contener burbujas de gas. Para ello el

refrigerante debe tener al menos 1ºC de subenfriamiento a la entrada de la válvula o

tubo capilar. (G. Pita, 2004)

Debido a la caída de presión que se produce en la línea de líquido, éste llega al

sistema de expansión con una presión inferior a la de salida del condensador, lo que

puede llevar consigo la formación de gas. Para evitarlo, el líquido debe subenfriarse

unos 5 0C o más.

La pérdida de presión tiene lugar por el rozamiento por circulación en la línea, pero

también se produce, y en mayor proporción, debido a la diferencia de nivel entre los

extremos de la línea cuando ésta es ascendente.

Para una T de condensación de 50ºC, por ejemplo, hay una pérdida de

subenfriamiento de 1 0C cada 4,2m de subida aproximadamente. Por ello, cuando la

altura es superior a 15 m hay que subenfriar 10 por cada 3,5 m de exceso.

Este subenfriamiento puede conseguirse en los equipos de “sólo frío” embridando

las líneas de líquido y aspiración. La máxima longitud embridad se limita a 15 m,

por el sobrecalentamiento de la línea de aspiración.

En los equipos de “bomba de calor” no es factible dicha solución, debiéndose

recurrir a otros métodos, como pueden ser: introducir más carga de refrigerante en

la unidad o enfriar la línea de líquido.(Termoven, 2008)

- Peso de la columna de líquido

Cuando la línea de líquido es descendente el subenfriamiento está asegurado, ya que

en este caso, en vez de pérdida de presión, el peso de la comuna de refrigerante hace

que ésta sea mayor que la salida del condensador.

Aquí el problema que se presenta es evitar una excesiva sobrepresión en la entrada

del sistema de expansión. Para ello, si la altura de la línea de líquido es superior a

10, hay que colocar en la parte inferior un ecualizador de presión, que contrarreste

el peso de la comuna.(Termoven, 2008)

CONFIGURACIÓN POSIBLES

Dependiendo del tipo de equipo “sólo frío” o “bomba de calor” y de la disposición relativa

de las unidades interior y exterior, existen distintas configuraciones posibles, que

presentarán características particulares. (Ingemecánica, 2010)

Equipos “sólo frío”

En estos equipos la unidad interior funciona siempre como evaporadora y la unidad exterior

como condensadora.

De los tres casos posibles, la situación más desfavorable es la representada en la figura A,

donde la línea de aspiración es ascendente y por tanto la velocidad del gas debe ser mayor

de 6 m/s, necesitando además los correspondientes sifones. En la línea de líquido deberán

adoptarse las medidas oportunas para compensar el peso de la comuna, si es necesario.

En el caso de la figura B, la aspiración no presenta problemas pro ser descendente, y en la

línea de líquido habrá que vigilar el subenfriamiento.

La situación de la figura C no tiene ninguno de los problemas mencionados, pro ser ambas

líneas horizontales.

En determinadas circunstancias, el compresor no está en la unidad condensadora, sino en la

unidad evaporadora (motoevaporadora), y esto implica que la línea de gas es de descarga,

ya que la línea de aspiración está en el interior de dicha unidad.(Termoven, 2008)

Equipos “bomba de calor”

En estos equipos, tanto la unidad interior como la unidad exterior funcionan unas veces

como evaporadora y otras como condensadora, dependiendo del ciclo de funcionamiento

(frío o calor).

Debido a esta circunstancia, la línea de gas es, al mismo tiempo, de aspiración en un ciclo

de funcionamiento y de descarga en el otro ciclo. De la misma forma, la línea de líquido es

ascendente en un ciclo y descendente en el otro. (Fernandez, 2011)

Existen, igualmente, tres configuraciones posibles, representadas en las figuras D, E y F.

En la figura D en que la unidad exterior está por encima de la interior, la línea de aspiración

es ascendente y la línea de descarga es descendente.

Por el contrario, en el caso de que la unidad exterior esté por debajo de la interior (figura

E), es la líneas de descarga la ascendente y será esta la que hay que dimensionar

consiguiendo una velocidad mayor de 6 m/s y con los correspondientes sifones. La línea de

aspiración no tendrá problemas al ser descendente.

En la figura F, con las unidades al mismo nivel, no es necesario considerarlo, ya que no

aparece ninguno de los problemas descritos. Las líneas se dimensionan sólo teniendo en

cuenta la pérdida de presión.(Termoven, 2008)

Bibliografía

Termoven. (2008). Recuperado el 25 de 01 de 2015, de Termoven:

http://s344941351.mialojamiento.es/Catalogos/Sp/CalculoDisenoLineas.pdf

Ingemecánica. (2010). Recuperado el 25 de 01 de 2015, de Guía para el cálculo de cargas

térmicas: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn255.html

Fernandez, D. (2011). Ingenieros industriales.com. Recuperado el 25 de 01 de 2015, de

Cálculo de cargas térmicas:

file:///C:/Users/BIBLIO~1/AppData/Local/Temp/calculo_carga_termica.pdf

G. Pita, E. (2004). Acondicionamiento de Aire: Principios y sistemas. México: CECSA.