sistemas de aire acondionado y climatizacion - monografia
Post on 30-Jan-2016
283 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Monografía
AÑO DE LA DIVERSIFICACION PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA
EDUCACION
TITULO: SISTEMAS DE ACONDICIONAMIETO DE AIRE Y CLIMATIZACION
INTEGRANTES: VILLANUEVA LAGUNA MISSAEL ISAAC
FERNANDEZ NEYRA ROY ELVIS
CAPRISTANO MORENO RONALD PABLO
FACULTAD: INGENIERIA
ESCUELA: MECANICA ELECTRICA
AÑO: 2015
DEDICATORIA
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 1
Monografía
A todos aquellos jóvenes y personas en general que están dispuestos a agrandar
sus ideas, con una finalidad de tener un rango más amplio en este tema acerca
del Aire acondicionado y Climatización, y poder así facilitar o ayudarles mediante
este trabajo a aclarar cualquier duda en especial acerca del tema, y más aún una
finalidad muy grande la cual es sembrar el conocimiento en ellos para así tener
una juventud dispuesta a superarse gracias a estos contenidos y cada día sean
más las personas y tener así una gran generación de bien.
AGRADECIMIENTO
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 2
Monografía
En primer lugar agradecer a Dios que nos concede el día a día y elaborar nuestra
investigación la cual lo estamos dejando este trabajo en manos de los jóvenes y
personas en general, segundo agradecer a nuestro profesor por dejar en nosotros
esta investigación con el fin de explorar más aun nuestros temas dentro de
nuestra carrera y por ultimo agradecer a nuestros padres que nos ceden el
permiso para la reunión con nuestros compañeros y el apoyo que nos brindan al
motivarnos a seguir con nuestra carrera y también en lo económico para finalizar
con nuestros trabajos; en conclusión nuestro agradecimiento va dirigido a todas
aquellas personas que nos brindaron sus conocimiento y apoyo para la
elaboración de nuestro trabajo.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 3
Monografía
INDICE
DEDICATORIA……………………………………………………………………… 2
AGRADECIMIENTO…………………………………………………………………3
INTRODUCCION…………………………………………………………………….6
I. GENERALIDADES DEL AIRE ACONDICIONADO Y CLIMATIZACION.…...7
I.1 HISTORIA DEL AIRE ACONDICIONADO…………………………………...7
I.2 DEFINICION……………………………………………………………………..7
I.3 TIPOS DE EQUIPOS…………………………………………………………...8
I.3.1 COMPONENTES DEL EQUIPO DE ACONDICIONAMIENTO……...11
I.4 ACONDICIONAMIENTOS DE ESTACIONES……………………………….14
I.5 VARIABLES QUE CONTROLA……………………………………………….15
I.6 INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO……………………………16
I.6.1 TIPOS DE INSTALACIONES: TODO AIRE…………………………….16
I.6.2 TIPOS DE INSTALACIONES: AIRE-AGUA…………………………….20
I.6.3 TIPOS DE INSTALACIONES: FLUIDO REFRIGERANTE……………21
I.6.4 TIPOS DE INSTALACIONES: EQUIPOS COMPACTOS……………..22
I.7 CRITERIOS PARA DISEÑAR SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO...24
I.7.1 CONSIDERACIONES Y METODOS DE LA PLANEACION…………..24
I.7.2 ASPECTOS A TOMAR EN CUENTA…………………………………….24
I.7.3 CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO…………………………25
I.7.4 METODOS DE CALCULOS…………………………………………….....26
I.7.5 APLICACIÓN DEL LOCAL…………………………………………………27
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 4
Monografía
I.7.6 CALIDAD DEL AIRE INTERIOR…………………………………………...27
I.7.7 CONFORT TERMICO……………………………………………………….27
II. TEMAS Y OBJECIONES GENERALES A TOMAR EN CUENTA……………..28
II.1 EFICIENCIA ENERGETICA Y CLIMATIZACION……………………………28
II.2 EVALUACION ENERGETICA……………………………………………...….29
II.3 SELECCCION DE SISTEMA DE CLIMATIZACION…………………………30
II.4 REQUERIMIENTOS MINIMOS………………………………………………..31
II.5 SEGURIDAD Y ADVERTENCIAS GENERALES……………………………33
III. EJERCICIOS APLICATIVOS RESPECTO DEL TEMA………………………..38
CONCLUSIONES…………………………………………………………………...….53
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………………..54
ANEXOS…………………………………………………………………………………55
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 5
Monografía
INTRODUCCION
Como sabemos hoy en día gracias a la ciencia podemos tener muchas
comodidades de las cuales el tema a tratar es sobre el Aire Acondicionado y
Climatización. Sabemos que el clima en cualquier parte del mundo es diferente y
tiene cambios drásticos, existen sitios secos y húmedos, sitios fríos y calientes y
una gran combinación de estos estados; y más aún se suma la variación según las
épocas del año: Primavera, verano, otoño e invierno; y según algunos fenómenos
(caso Corriente del Niño) debido a la rotación de la Tierra y su translación
alrededor del Sol. Estos cambios del clima conforme el tiempo hacen que también
varíen los estados de las personas, pero gracias a los avances tecnológicos ya no
es tanto un problema, porque contamos con máquinas térmicas y máquinas de
aire acondicionado, siendo el ser humano el único de los seres vivientes que pudo
cambiar el clima diseñando y construyendo máquinas que “acondicionan el aire”.
Han llegado a ser una necesidad para la vida moderna, como es el caso de
viviendas, oficinas, establecimientos comerciales o industriales, laboratorios,
hospitales, restaurantes, etc. La misión del aire acondicionado es la realización de
determinadas funciones destinadas a proporcionar durante todo el año, el confort
térmico y la calidad de aire interior para la vida de las personas o el
mejoramiento de los diferentes procesos industriales. Aprenderemos a
seleccionar máquinas que puedan calentar y enfriar, secar y humedecer cualquier
ambiente según lo creamos conveniente; es decir podemos cambiar cualquier
lugar del mundo hacia unos estados (que lo llamamos Confort) donde vivamos
tranquilos en un ambiente sano y cómodo. Con este proyecto se pretende dar a
conocer los sistemas que componen estas instalaciones, con el fin de que
constituya un curso de consulta por parte de profesionales, técnicos o estudiantes
de esta especialidad.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 6
Monografía
I. GENERALIDADES DEL AIRE ACONDICIONADO Y CLIMATIZACION
I.1. HISTORIA DEL AIRE ACONDICIONADO
Uno de los grandes sistemas para suprimir el calor fue el de los egipcios, donde
utilizaban principalmente en el palacio del faraón, cuyas paredes estaban
formadas por enormes bloques de piedra con un peso superior a mil toneladas. Se
supone que el faraón disfrutaba de temperaturas alrededor de 26° Celsius.
En 1842, Lord Kelvin invento el principio del aire acondicionado, creo un circuito
frigorífico hermético basado en la absorción del calor a través de un gas
refrigerante.
En 1902, Willis Haviland desarrollo el concepto de climatización de verano,
diseñando una máquina que controlaba la temperatura y la humedad por medio de
tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de aire acondicionado de la
historia. En 1921 el mismo patento la máquina de refrigeración centrifuga, para
acondicionar el aire en grandes espacios. En 1928 desarrollo el primer equipo que
enfriaba, calentaba, limpiaba y hacia circular el aire para casas y departamentos.
En 1958 se constituye la ASHRAE, en 1982 el senado de E.U. aprueba el
protocolo de Montreal de las naciones unidas para las sustancias que generan
daño a la capa de ozono. En 2004 se tiene el 1er. prototipo de A/A residencial
operado por celdas hibridas.
I. 2. DEFINICION
AIRE ACONDICIONADO: es el proceso más completo de tratamiento del aire
ambiente de los locales habitados, consiste en regular las condiciones en cuanto a
la temperatura (calefacción o refrigeración), humedad, limpieza (renovación,
filtrado) y el movimiento del aire dentro de los locales. Entre los sistemas de
acondicionamiento se cuentan los autónomos y los centralizados. Los primeros
producen el calor o el frío y tratan el aire (aunque a menudo no del todo). Los
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 7
Monografía
segundos tienen unos acondicionadores que solamente tratan el aire y obtienen la
energía térmica (calor o frío) de un sistema centralizado.
CLIMATIZACION: consiste en crear unas condiciones de temperatura, humedad y
limpieza del aire adecuadas para la comodidad dentro de los espacios habitados.
La normativa española define climatización como: dar a un espacio cerrado las
condiciones de temperatura, humedad relativa, calidad del aire y, a veces, también
de presión, necesarias para el bienestar de las personas y la conservación de las
cosas, Así pues, la climatización comprende tres cuestiones fundamentales: la
ventilación, la calefacción, o climatización de invierno, y la refrigeración o
climatización de verano.
I. 3. TIPOS DE EQUIPOS
Existen equipos acondicionadores condensados por aire y condensados por agua.
En esta descripción se incluyen únicamente los condensados por aire, dada su
fácil aplicación al caso de viviendas y pequeños locales. Asimismo, los equipos
pueden ser compactos y partidos. Los primeros constan de una sola unidad,
mientras que los partidos están formados por dos o más unidades. En cuanto al
servicio que prestan, los equipos se denominan unitarios, si se trata de equipos
independientes en cada habitación, o individuales, cuando un solo equipo atiende
al conjunto de la vivienda o local.
Tipo Consola o de Pared
Es un equipo unitario, compacto y de descarga directa. Normalmente se coloca
uno por habitación o, si el local es de gran superficie, se colocan varios según las
necesidades.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 8
Monografía
Acondicionador Portátil
Es un equipo unitario, compacto o partido, de descarga directa y transportable de
una habitación a otra. Resuelve de forma adecuada las necesidades mínimas de
acondicionamiento en habitaciones de viviendas y en pequeños locales.
Equipos Partidos (split o multi-split)
Son equipos unitarios de descarga directa. Se diferencian de los compactos en
que la unidad formada por el compresor y el condensador va al exterior, mientras
que la unidad evaporadora se instala en el interior. Ambas unidades se conectan
mediante las líneas de refrigerante.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 9
Monografía
Equipo partido con unidades múltiples de tipo mural
Equipo Compacto Individual
Es un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisión de aire
a través de rejillas en pared o difusores en techo. El equipo necesita una toma de
aire exterior. Se puede colocar en un falso techo o en un armario, existiendo
modelos horizontales y verticales.
Equipo Partido Individual
Es también un equipo de descarga indirecta, mediante red de conductos y emisión
de aire a través de rejillas en pared o difusores en techo. Para asegurar una
correcta ventilación de las dependencias acondicionadas, la unidad interior precisa
una toma de aire exterior.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 10
Monografía
I. 3. 1. COMPONENTES DEL EQUIPO DE ACONDICIONAMIENTO
Generalmente, los acondicionadores de aire funcionan según un ciclo frigorífico
similar al de los frigoríficos y congeladores domésticos. Al igual que estos
electrodomésticos, los equipos de acondicionamiento poseen cuatro componentes
principales:
Evaporador
Compresor
Condensador
Válvula de expansión
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 11
Monografía
Evaporador: es cualquier superficie de transferencia de calor en el cual se
vaporiza un líquido volátil para eliminar calor de un espacio o producto refrigerado,
se construyen por lo general de tubo de acero o de cobre.
Condensador: es una superficie de transferencia de calor, el calor del vapor
refrigerante pasa a través de las paredes del condensador para condensación.
Son de 3 tipos generalmente: enfriados con aire, enfriados con agua y
evaporadores que emplean tanto como aire y agua.
Compresor: pueden ser recíprocos, rotatorios y centrífugos. La función del
compresor es comprimir el refrigerante elevando su presión, temperatura y
entalpia, además crea y mantiene la alta presión en el condensador que permite la
nueva utilización del refrigerante en estado líquido.
Dispositivo de expansión: se encarga de pulverizar o expandir el refrigerante,
regula la cantidad de líquido que entra en el evaporador para que según la
cantidad de vapores aspirados por el compresor pueda mantenerse constante la
presión del evaporador.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 12
Monografía
A continuación se presenta un equipo acondicionador con los componentes
básicos integrados.
Equipo acondicionador
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 13
Monografía
I. 4. ACONDICIONAMIENTOS DE ESTACIONES
Acondicionamiento de Aire en Verano
En la figura se muestra un acondicionador de ventana tradicional, funcionando en
condiciones típicas de verano. En otras palabras, el enfriamiento del aire del local
se hace a costa del calentamiento del aire exterior. Dicho de otro modo, el calor
que se extrae del local, que equivale al frío producido, se transfiere al ambiente
exterior.
Acondicionamiento de Aire en Invierno
Los acondicionadores de aire pueden impulsar aire caliente y trasladarlo al local,
produciendo el calor mediante baterías de resistencias eléctricas o bien mediante
el propio ciclo frigorífico. Este último método es el más aconsejable por su alto
rendimiento y es el que se utiliza en los equipos que se denominan bomba de
calor.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 14
Monografía
I. 5. VARIABLES QUE CONTROLA
TEMPERATURA
Refrigeración: Proceso de tratamiento de aire que controla la temperatura
máxima de un local y eventualmente el contenido máximo de vapor de agua del
aire.
Calefacción: Proceso de tratamiento de aire que controla la temperatura mínima
de un local y eventualmente el contenido de vapor de agua del aire.
HUMEDAD
El control de la humedad absoluta (HA) implica el tratamiento de humectación o
deshumectación del aire antes de ser impulsado al interior, este proceso
controlado se realiza solo si el programa lo requiere como condición ineludible.
Generalmente se produce una disminución de la Humedad Relativa (HR) del aire
del ambiente a acondicionar a través de la condensación que ocurre en la
superficie de los intercambiadores.
MOVIMIENTO DEL AIRE
El control sobre los aspectos del movimiento del aire depende básicamente del
diseño y correcto de la inyección y el retorno del aire. Los elementos terminales
compuestos por difusores, rejas de inyección de aire y rejas de retorno deben ser
cuidadosamente seleccionados, dimensionados y distribuidos en el espacio a
acondicionar considerando los siguientes aspectos: caudal de aire, velocidades de
salida o entrada, dirección, alcances, temperaturas de inyección, etc.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 15
Monografía
CALIDAD DEL AIRE
Pureza del aire mediante filtrado y desbacterizado (si el caso lo requiere)
Oxigenación del aire mediante la renovación.
TEMPERATURAS SUPERFICIALES
El Aire Acondicionado controla las condiciones del aire pero no influye
DIRECTAMENTE en las temperaturas superficiales de los cerramientos, por lo
que no controla las asimetrías térmicas por ser el aire diatérmano (transparente a
las radiaciones de onda corta y larga) y de baja capacidad térmica.
I. 6 INSTALACIONES DE AIRE ACONDICIONADO
Existen multitud de tipos de instalaciones, cada una de ellas tiene unas
características propias; el control sobre los parámetros (T, HR, pureza del aire,…)
no todas lo efectúan. Se clasifican en cuatro grandes grupos por los fluidos que
transportan la energía (calor y/o frío) a los locales
– Instalaciones todo aire
– Instalaciones agua-aire
– Instalaciones todo agua
– Instalaciones con fluido refrigerante
Es posible que coexistan varios sistemas, por ejemplo una eliminando la carga
térmica perimetral, y otra la del “interior” del local
I.6.1 Tipos de Instalaciones: Todo Aire I
Ventajas
Servicios están fuera de zonas ocupadas
Facilita IAQ, zonificación, recuperación de energía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 16
Monografía
Inconvenientes
Necesita falsos techos amplios
Requiere coordinar Ingenieros y Arquitectos
Existen varios subtipos:
• Con recalentamiento
• Doble conducto
• Caudal variable
• Una Zona
• Múltiples Zonas
• Doble conducto
• Conducto Dual
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 17
Monografía
Todo Aire (II)
Una Zona; control de Tª de impulsión con termostato actuando sobre: La
enfriadora y/o la caldera, parando y deteniendo el fluido. Sobre la batería de
postcalentamiento; control independiente T y humedad pero costes de instalación
y operación elevados.
Todo Aire (III)
Con caudal constante y temperatura variable. El aire es tratado centralmente en
función del local con mayor demanda térmica, y posteriormente es terminado de
acondicionar en una batería instalada en cada zona; tiene altos costes de
instalación y de operación.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 18
Monografía
Todo Aire (IV)
Con caudal constante y temperatura variable; si el control de la Tª del aire de
impulsión se hace en función del local con menor carga térmica se mejora
energéticamente.
Todo Aire (V)
Con temperatura constante y caudal variable. El aire es tratado centralmente, y en
cada zona se regula el caudal introducido en función de las necesidades;
problema la interacción de caudales.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 19
Monografía
Todo aire VI
Zonas Multizona y Doble Conducto, Conductos de frío y calor; muy caro en
instalación y funcionamiento.
I.6.2 Tipos de Instalaciones: Aire-Agua (I)
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 20
Monografía
Una instalación central de aire controla la calidad del aire. Una enfriadora elimina
la carga térmica del local (conductos de aire son menores) (no siempre tienen aire
de retorno). A) Instalaciones de inducción: El aire tratado centralmente (primario)
induce a que parte del aire del local (secundario) pase por una batería alimentada
con agua caliente o fría.
Aire-Agua (II)
b) Fancoils con aire primario: Una o dos baterías con un ventilador y con apertura
en la pared para toma de aire exterior; le pueden llegar 2, 3 o 4 tubos (requieren
válvulas muy estancas para evitar mezcla del agua)
c) Instalaciones de paneles radiantes y aire primario Son instalaciones: con aire
primario de renovación y paneles radiantes alimentados con agua para la carga
térmica. Con sonda de Tª anti rocío
I.6.3 Tipos de Instalaciones: con Fluido Refrigerante
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 21
Monografía
Condicionamiento individualizado en cada local; bajo coste inicial, y fácil
instalación, sobre todo cuando el edificio está ya construido; pero su coste de
operación y su mantenimiento son costosos. No aportan aire de renovación, y gran
impacto estético exterior
a) Acondicionadores de ventana: Condensador en el exterior y evaporador en el
interior
b) Split o partidos
– Unidad interior o evaporadora (v. expansión o capilar, bandeja de
condensados). Adicionalmente una resistencia eléctrica y “filtros”
– Unidad exterior o condensadora, (compresor); si el equipo es bomba de calor
incluye la válvula de 4 vías y la botella antigolpe de líquido
c) Portátiles: Conexiones flexibles o toma de aire exterior
d) Máquinas de hielos: Depósito para cubitos y un ventilador
e) Equipos deshumidificadores: Un ventilador forzando el paso de aire por un
evaporador y un condensador en serie
I.6.4 Tipos de Instalaciones: Equipos Compactos
En una unidad incluyen todo el equipo frigorífico. Internamente están divididos en
dos partes independientes y aisladas térmicamente. Pueden estar diseñados para
instalarse directamente en el local o para conectarse a conductos. Se pueden
destacar dos tipos:
– Que el condensador esté refrigerado por agua; suele llevar incorporada una
válvula presostática de agua.
– Que el condensador esté refrigerado por aire, necesita de una conducción del
aire para el condensador desde y hacia el exterior.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 22
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 23
Monografía
I.7 CRITERIOS PARA DISEÑAR SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO
I.7.1 Consideraciones y Métodos de la Planeación
Actualmente en la planificación y diseño de una instalación de acondicionamiento
de aire, los desarrolladores, ingenieros y técnicos se preocupan por la comodidad
de los habitantes de un edificio, pero como puntos de igual importancia, también
se enfocan en la calidad del aire que es suministrado al interior, a los fines de
velar por la salud de los ocupantes.
I.7.2 Aspectos a tomar en cuenta
La técnica del aire acondicionado es considerada como una ciencia y un arte, ya
que en la misma se ponen en juego elementos de un nivel técnico avanzado que
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 24
Monografía
se combina con la capacidad y el ingenio del técnico o ingeniero que diseñará el
sistema.
1. Replanteo general de los locales a acondicionar, confeccionar un plano de
arquitectura en el caso de que no exista, donde se pueda interpretar todas las
superficies expuestas con el exterior y/o ambiente no acondicionado.
2. Computar las superficies expuestas al exterior y/o ambiente no
acondicionado.
3. Realizar un balance térmico general de todas las áreas (local por local) y
otro con la sumatoria del edificio a acondicionar; teniendo en cuenta los horarios
de ocupación de los locales.
4. Analizar las cargas y las zonas de cargas parciales similares que
evolucionen en idéntica manera durante el día.
5. Establecer el tipo de sistema a utilizar dependiendo del que brinde mejor
versatilidad, inversión, mantenimiento, consumo de energía, etc.
6. Seleccionar el equipamiento a utilizar (a- unidades individuales splits o de
ventana; b- Unidades centrales de zona o generales por conductos o descarga a
boca libre y tipo de condensación; c- sistema por agua tratada, donde se
seleccionan unidades fan y coil de zonas y terminales, máquina enfriadora de
líquidos y caldera).
7. En el caso de utilizar unidades fan y coil, establecer el punto de ADP de
cada unidad en el diagrama psicrométrico para calcular número de hileras, caudal
de aire y caudal de agua.
8. Instalar los equipos seleccionados en los lugares más apropiados.
9. Diseñar y proyectar los sistemas complementarios (redes de conductos, de
distribución de agua, de energía eléctrica, etc.).
10. Instalar el sistema completo.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 25
Monografía
11. La puesta en marcha del equipo.
12. Revisar y certificar todo lo que se ha hecho.
I.7.3 Consideraciones iniciales de diseño
Generalmente, los siguientes pasos deben ser seguidos:
Características de la Edificación: El Ingeniero o técnico debe obtener las
particularidades y todos los rasgos del edificio como: materiales de construcción,
tamaño de los componentes, colores externos de fuentes y formas, que son
normalmente determinados a partir de los planos de la edificación y
especificaciones.
Configuración: Se debe determinar la ubicación, orientación y sombra externa de
la edificación a partir de los planos y especificaciones. La sombra de edificaciones
adyacentes pueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio
propuesto
Condiciones Exteriores de Diseño: Hay que precisar la información climática
apropiada y seleccionar el contexto de diseño exterior. La condición climática
puede ser obtenida de estudios o estadísticas de alguna estación meteorológica.
Condiciones de Diseño Interior: Se deben determinar los parámetros de diseño
interior tales como temperatura de bulbo seco interior, temperatura interior de
bulbo húmedo y tasa de ventilación; incluyendo variaciones permisibles y límites
de control.
Rutina de Operación: El diseñador también se basará en la rutina de iluminación,
ocupantes, equipo interno, aplicaciones y procesos que contribuyan a incrementar
la carga térmica interna. Determinando la probabilidad de que el equipo de
refrigeración sea operado continuamente o apagado durante períodos de no
ocupación.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 26
Monografía
Fecha y Tiempo: Se selecciona el tiempo del día y el mes para realizar los
cálculos de la carga de enfriamiento. Frecuentemente varias horas del día y varios
meses son requeridos.
Consideraciones Adicionales: El diseño y el tamaño de los sistemas de aire
acondicionado central requieren más que el cálculo de la carga de enfriamiento en
el espacio a ser acondicionado. El tipo de sistema de acondicionamiento de aire,
energía de ventilación, ubicación del ventilador, pérdida de calor de los ductos y
ganancia, filtración de los ductos, etc.
I.7.4 Métodos de cálculos
Función de Transferencia (TFM): Este método se fundamenta en la estimación
de las cargas de enfriamiento hora por hora, prediciendo las condiciones del
espacio para varios sistemas y estableciendo programas de control y programas
de operación.
Cálculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de
Enfriamiento (CLTD/CLF)
Debe ser aplicado al considerarse como la primera alternativa de procedimiento de
cálculo manual. El mismo es simplificado, ya que usa un factor “U” para calcular la
carga de enfriamiento para techos y paredes, presentando resultados
equivalentes.
Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo Promedio
(TETD/TA): Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio usando la
convención de Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo
Promedio, aplican los mismos procedimientos generales empleados para la
Función de Transferencia.
I.7.5 Aplicación del local
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 27
Monografía
El óptimo diseño de un sistema de aire acondicionado para una edificación,
también toma en cuenta las actividades que ejercerán los ocupantes dentro de un
local determinado, así como el ambiente exterior, ya que el desarrollador tendrá
que poner atención a estos aspectos, para que su instalación sea la más
apropiada. Es muy clara la diferencia entre un edificio, una oficina y un almacén de
una fábrica, por lo que atendiendo a las acciones ejecutadas en un área
específica, se determinarán aspectos del aire acondicionado como tamaño del
compresor, ductería, filtros, sistemas de control, entre otros.
I.7.6 Calidad del aire interior
La Indoor Air Quality (IAQ) o Calidad del Aire Interior es una función que depende
de muchos parámetros incluyendo la calidad del aire exterior, el diseño de los
espacios interiores, el diseño de los sistemas de ventilación, la manera en la que
maneja el sistema, cómo se mantiene, etc. Con el objetivo de generar mayores
niveles de confort que en tiempos pasados, en las nuevas construcciones se usan
materiales como alfombras, pegamentos, asbestos, pinturas, etc.
I.7.7 Confort térmico
En las últimas investigaciones se ha definido la unidad de medida del calor
metabólico disipado que el MET (metabolic energy termal) que equivale a 50
kcal/hm2 siendo variable para cada grado de actividad.
II. TEMAS Y OBJECIONES GENERALES A TOMAR EN CUENTA
II.1 EFICIENCIA ENERGETICA Y CLIMATIZACION
Se debe combinar climatización y confort con eficiencia energética. Todo sistema
de climatización consume energía, ya sea ésta del tipo no renovable (la mayoría
de los casos) o renovable. Cuanta más energía necesitemos para alcanzar y
mantener las condiciones de confort en un edificio, menos eficiente será su
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 28
Monografía
sistema de climatización en términos energéticos y mayor será su impacto
ambiental.
Para lograr la máxima eficiencia energética se debe tener en cuenta una serie de
condiciones indispensables para conseguir en cuenta una serie de condiciones
indispensables para conseguir el menor impacto ambiental de la instalación, tales
como:
•Diseño del edificio considerado en su orientación, materiales empleados en su
construcción
• Aislamiento e inercia térmica del edificio
• Infiltraciones y ventilación
• Usos y costumbres de los usuarios
•Disponibilidad de sistemas de regulación y control
• Disponibilidad de sistemas de regulación y control
Los inmuebles se construyen como barreras a la lluvia, al viento y a veces filtros
sutiles a luz y el calor Muchos de ellos se proyectan veces filtros sutiles a luz y el
calor. Muchos de ellos se proyectan ignorando las condiciones del clima y luego
su climatización se resuelve con consumo energético.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 29
Monografía
II.2 EVALUACION ENERGETICA
Hoy podemos predecir la demanda y el consumo energético de la climatización
(también de la iluminación, los materiales, etc.) mediante un modelo generado por
software específicos, como elg p p, Mc4; Calener; Energy Plus, etc). Una vez
generado un edificio virtual mediante estos programas ( y en forma paralela al
proceso del proyecto) sabemos cuanta energía necesitará para funcionar.
Integrando al modelo los datos de la orientación, parámetros de confort, tipo de
envolvente, el destino, sistema de climatización, etc. podemos optimizarlo tantas
veces sea necesario, hasta encontrar las alternativas energéticamente más
eficientes que encontrar las alternativas energéticamente más eficientes, que
aportarán ahorros económicos muy significativos, así como medioambientales.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 30
Monografía
La elección de un sistema de climatización de eficiencia energética deberá
cumplir con:
• Baja consumo de energía
• Bajo impacto ambiental
• Bajo costo de inversión
II.3 SELECCCION DE SISTEMA DE CLIMATIZACION
Una vez determinadas las potencias para el sistema, en base al modelo térmico o
estudios de cargas térmicas, elegiremos en segundo término, el equipamiento
requerido:
1) Espacios disponibles.
*Para unidades exteriores
*Para unidades interiores
2) Uso del mueble.
3) Uso horario del inmueble.
4) Ubicación geográfica.
5) Acceso para izamiento o desplazamiento de las unidades.
6) Factibilidad estructural para el emplazamiento de las unidades.
Una vez determinados los requerimientos de climatización para el inmueble,
seleccionaremos la unidad de ahorro energético a utilizar. Tal como indicamos
anteriormente existen varios sistemas (AIRE‐AIRE; AIRE‐AGUA; AGUA‐AIRE;
AGUA‐AGUA). En sistemas Aire‐Agua y Agua‐Agua), tenemos unidades Chiller,
con recuperación de calor parcial y total. Este segmento se cuenta con p y
unidades polivalentes de energía. Esto quiere decir que una unidad es capaz de
entregar frío y calor simultaneo al inmueble. Este sistema es muy eficiente para
edificios que tienen exposiciones solares durante todo el día y requieren de
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 31
Monografía
temperaturas distintas, es decir cuando el oriente y q p, requiere frío una mañana
de primavera el poniente pida calor. Lo importante de esta operación es que el
calor producido es GRATIS, por ocupa el rechazo de calor del lado frío.
Para que un sistema de climatización sea eficiente energéticamente se requerirá
que el edificio cumpla con algunos:
II.4 REQUERIMIENTOS MINIMOS
Orientación del edificio
El rechazo o la captación de energía por parte de las diferentes fachadas del
edificio lo largo de las estaciones del año junto con la resolución constructiva del
mismo (muros, cristales, aislamiento e inercia térmica, etc.)
Consideraciones sobre la envolvente
La piel del edificio es una interfaz energética. Puede captar o rechazar la energía
solar, conservar o disipar la energía del sistema de climatización artificial, ayudar o
perjudicar a una correcta ventilación natural, factores todos que repercutirán
sensiblemente en las necesidades energéticas de climatización y por tanto, en la
eficiencia energética del edificio.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 32
Monografía
Aislamiento térmico
Un buen aislamiento es el primer mecanismo térmico que preserva condiciones de
confort regulando el intercambio energético entre el ambiente interior y el exterior,
disminuyendo las transferencias térmicas por transmisión de la envolvente (muros
y cubiertas) y la eliminación de puentes térmicos combinada con el doble
acristalamiento con cámara de aire (considerando un (25% de la superficie de
fachadas) se puede ahorrar hasta un 27% en consumo de calefacción (11% por
aumento del aislamiento y 16% por doble acristalamiento).
Inercia térmica
Segundo mecanismo térmico que se encuentra presente en los sistemas
constructivos habituales, la inercia térmica que suele ser ignorada por completo.
La inercia térmica es la capacidad que tienen las grandes masas de materiales de
alta densidad (estructura de hormigón, muros de ladrillos, etc.) para conservar le
energía térmica que les llega y liberarla en tiempo diferido, colaborando a
disminuir las demandas de tiempo diferido, colaborando a disminuir las demandas
de calefacción y de refrigeración.
Control solar
La búsqueda en la arquitectura de la transparencia y la ligereza a menudo olvida
que lo primero que hay que hacer con la radiación solar excesiva, en vez de
contrarrestarla con refrigeración, es evitarla. Nuestra radiación solar es elevada,
en gran parte del año y en varios puntos del país, por lo que la sombra es
imprescindible. A veces lo olvidamos y no tenemos en cuenta el ejemplo de la
arquitectura tradicional tenemos en cuenta el ejemplo de la arquitectura tradicional
que contaba con gran cantidad de filtros que permitían reducir o tamizar gran parte
de la radiación.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 33
Monografía
Ventilación
Se puede ayudar a eliminar el calor. Tradicionalmente hemos utilizado la
ventilación para aumentar la velocidad del movimiento del aire y la disipación del
calor del cuerpo, pero actualmente contamos con nuevas aplicaciones que
permiten bajar sustancialmente la temperatura interior de verano a través de:
Inyección natural o forzada de aire de la fachada fría (ventilación Inyección natural
o forzada de aire de la fachada fría (ventilación cruzada direccional) o enfriado
naturalmente (por evaporación de agua, túnel bajo tierra (pozo canadiense), etc.
II.5 SEGURIDAD Y ADVERTENCIAS GENERALES
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 34
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 35
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 36
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 37
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 38
Monografía
III. EJERCICIOS APLICATIVOS RESPECTO DEL TEMA
Problema 1
El sistema de aire acondicionado de un carro usa R-134a como refrigerante, y la
potencia del compresor es de 1,5 KW para llevar el R134a de 200KPa a 1200
KPa. El evaporador del ciclo de refrigeración, enfría aire del exterior del carro a 30
C, hasta 10 C. Asuma que el ciclo de refrigeración funciona como un ciclo de
refrigeración ideal por compresión de vapor. ¿Cuál es el flujo másico de R-134ª
que circula por el ciclo de refrigeración, y cuál es la temperatura TL de operación
del evaporador? ¿Cuál es el flujo másico de aire a 10oC?
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 39
Monografía
Solución:
La figura siguiente muestra cómo funciona in ciclo ideal de refrigeración por
compresión de vapor. Nótese que debe tener en cuenta que la numeración de
corrientes es distinta. En el ciclo ideal de refrigeración, vapor saturado entra al
compresor para ser sometido a una compresión adiabática y reversible, es decir
isoentrópica. En nuestro caso la presión de entrada al compresor es 200 KPa.
Busquemos estos datos en la tabla de R134a saturado
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 40
Monografía
Como el funcionamiento es ideal, la entropía S4=S3 a la presión de 1200 KPa.
Acudimos a las tablas de vapor saturado y notamos que a 1200 KPa,
Svs=0.91303 KJ/Kg/K, por lo que el punto 4 debe estar constituido por un vapor
sobrecalentado. Vamos a las tablas:
Como notamos en la figura 11.33 la presión del evaporador debe ser 200 KPa, y la
temperatura de operación debería ser la de -10.09 C. Para hallar el flujo másico
de aire circulando por el evaporador, hacemos un balance de masa considerando
que no hay pérdidas de calor, todo el calor que pierde el aire, lo gana el R134a
para evaporarse.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 41
Monografía
Como notamos nos hace falta conocer la entalpía del punto 2 por lo que debemos
hacer balance en la válvula y en el condensador. Como trabajamos con un ciclo
ideal de refrigeración por compresión de vapor, del condensador debe salir líquido
saturado a la presión de 1200KPa. Buscamos estos datos en la tabla de vapor
saturado:
La entalpía de la corriente 1 debe ser igual a la de la corriente 2 debido a que la
válvula de expansión es isoentálpica. De tal forma que:
Se enfrían 0.573 Kg/s de aire.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 42
Monografía
Problema 2
a) (2,5 puntos) Para aproximar el funcionamiento de un motor de ignición por
chispa, considere un ciclo Otto estándar de aire al que se añaden 1800 KJ/Kg de
aire, con una razón de compresión volumétrica de 7. La presión y temperatura al
inicio del ciclo de compresión es de 90 KPa y 10 C. Determine la presión máxima y
la temperatura del ciclo, la eficiencia térmica del ciclo y la presión media efectiva
(Aire: Cp=1,005 KJ/Kg/K; Cv=0,718 KJ/Kg/K y Cp/Cv=1,4)
b) (2,5 puntos) Repita el problema anterior pero considerando que se usa metanol
como combustible. Ahora el calor que se añade es de 1700 KJ/Kg, y la razón de
compresión volumétrica es de 10. (Aire: Cp=1,005 KJ/Kg/K; Cv=0,718 KJ/Kg/K y
Cp/Cv=1,4)
c) (2 puntos) Compare los resultados para las partes a y b, y discuta sobre la
mejor opción para la producción de potencia.
Solución:
Recordemos cómo funciona el ciclo estándar de aire propuesto por Otto
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 43
Monografía
a) Razón de compresión 7, QH=1800 KJ/Kg, P1=90 KPa, T1=10oC=283.15K
Usamos la presión de inicio y la razón de compresión para hallar la presión del
punto 2 P2=90KPa*7=630 KPa; la temperatura del punto 2 la hallamos de acuerdo
a la relación T*V^(gamma-1)=ctte válida para compresión isoentrópica
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 44
Monografía
Recordemos que todas las variables durante la compresión isoentrópica deben
cumplir con las relaciones PV^gamma=ctte o T*V^(gamma-1)=ctte o T*P^((1-
gamma)/gamma). En la etapa de 2-3 tenemos la adición de calor a volumen
constante (No hay trabajo si V=ctte), por lo que el balance de energía nos dice:
La temperatura y la presión máxima se alcanzan luego de la adición de calor a
V=ctte. La temperatura máxima es de 3123.6 K, mientras que la presión máxima
es de 6950 KPa. Ahora calculemos la eficiencia térmica del ciclo usando la
expresión de la eficiencia para el ciclo Otto. Luego usamos la eficiencia para hallar
el trabajo de expansión y de compresión.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 45
Monografía
La presión media efectiva es de 1259.23 KPa. Repetimos todo ahora para el
metanol, es decir para un QH=1700 KJ/Kg y una razón de compresión volumétrica
de 10
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 46
Monografía
Recordemos que todas las variables durante la compresión isentrópica deben
cumplir con las relaciones PV^gamma=ctte o T*V^(gamma-1)=ctte o T*P^((1-
gamma)/gamma). En la etapa de 2-3 tenemos la adición de calor a volumen
constante (No hay trabajo si V=ctte) , por lo que el balance de energía nos dice:
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 47
Monografía
La temperatura y la presión máxima se alcanzan luego de la adición de calor a
V=ctte. La temperatura máxima es de 3123.6 K, mientras que la presión máxima
es de 6950 KPa. Ahora calculemos la eficiencia térmica del ciclo usando la
expresión de la eficiencia para el ciclo Otto. Luego usamos la eficiencia para hallar
el trabajo de expansión y de compresión.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 48
Monografía
Evidentemente es mejor el ciclo de aire donde se usa metanol como combustible
debido a que la eficiencia es superior, la temperatura máxima menor y el metanol
es un combustible con menor impacto ambiental para sus gases de combustión.
Problema 3
La figura muestra un ciclo de turbina de gas usado en un motor de carro. En la
primera turbina el gas se expande hasta la presión P5, justo lo suficiente para
generar un 150% del trabajo de mover el compresor. Luego el gas se expande a
través de la segunda turbina conectada a los ejes de las ruedas. Asuma que el
compresor tiene una eficiencia de 80%, ambas turbinas una eficiencia de 80%, y
que el regenerador tiene una eficiencia del 70%. Asuma para el aire que (Aire:
Cp=1,005 KJ/Kg/K; Cv=0,718 KJ/Kg/K y Cp/Cv=1,4) Determine:
a) la presión intermedia P5
b) el trabajo neto específico producido
c) el flujo másico de gas a través del motor.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 49
Monografía
Solución:
Tenemos las condiciones de entrada y la razón de compresión, por lo que
podemos hallar la temperatura de salida para la eficiencia del compresor que es
del 80 %
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 50
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 51
Monografía
La presión intermedia es de 290.37 KPa. Ahora para hallar el trabajo neto
específico debemos hacer un balance de energía en la segunda turbina
considerando que su eficiencia es del 80%
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 52
Monografía
El flujo másico de gas circulando por el ciclo es de 0.39Kg/s
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 53
Monografía
CONCLUSIONES
Como sabemos generalmente el acondicionamiento de aire y climatización
comprende todo lo que abarca con respecto a la temperatura, humedad,
movimiento, distribución, pureza y ruido, las cuales de alguna y otra forma afectan
las condiciones físicas y químicas de la atmosfera, dentro de cualquier lugar o
local destinado a ocuparse por personas para confort y fines industriales.
El objeto de la presente monografía fue concretar el procedimiento adecuado para
el cálculo, selección, instalación y mantenimiento de los sistemas de aire
acondicionado y climatización aplicados específicamente en los lugares donde
más se suele usar.
Esta monografía es esencialmente una guía para el desarrollo de un proyecto
sobre este tema, aunque sabemos que los conceptos varían dependiendo de las
necesidades que tengan, el procedimiento es básicamente el mismo, por ello
podemos considerar esta monografía de gran utilidad tanto en el aspecto teorico-
academico como en el de aplicación.
Esta elección de equipos y sistemas nos va a beneficiar, ya que satisfacera
cualquier condición de un local y algo referido a ello, para su óptimo
funcionamiento, además también reducirá costos de operaciones, instalaciones,
mantenimiento y más aún lo importante que es el ahorro de la energía eléctrica.
Concluyendo, podríamos decir que el tema tratado en esta monografía es un tema
muy amplio que abarca muchos temas a tratar y que está en constante desarrollo,
porque sabemos que cada año salen nuevos equipos, productos, etc; siendo de
vital importancia que el Ingeniero Mecánico Eléctrico se actualicé continuamente
para seguir siendo competitivo dentro del tema tratado.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 54
Monografía
REFERENCIAS BIBLIGRAFICAS
Asociación mexicana de empresas del ramo de instalaciones para la construcción
A.C. (AMERIC)
Air Conditioning Manual TRANE
THE TRANE COMPANY
1965
Manual Carrier “Aire Acondicionado”
Capítulo 1 – análisis del local y estimación de la carga
Capítulo 2 – condiciones del proyecto-condición interior del proyecto
Ed. Marcombo 1999
J.P. Holman
Botero G. Camilo
Refrigeracion y aire acondicionado
Prentice Hall International, 1981
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 55
Monografía
ANEXOS
Los acondicionadores de aire utilizan el ciclo de compresión del vapor, un proceso
de 4 pasos (véase el cuadro 7-8).
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 56
Monografía
El método más simple es proporcionar ventilación local en los baños y en las
cocinas para controlar la humedad (véase el cuadro 7-10).
Los fabricantes también ofrecen ventiladores en línea para ventilar baños o
cocinas individuales, o cuartos múltiples. Al distanciar el ventilador en línea,
cuadro 7-11, del área habitable disminuye los problemas de ruido.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 57
Monografía
Los hogares en Kentucky son a menudo más húmedos que lo deseado. Un
sistema combinado de deshumedificación-ventilación puede traer aire fresco
adentro (pero aire exterior húmedo), remover la humedad, y suministrarlo al hogar
(véase el cuadro 7-12).
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 58
Monografía
Este sistema de ventilación relativamente simple y barato del hogar total, cuadro
7-13, integra la ventilación local usando los extractores del cuarto de baño y de la
cocina con un extractor de escape aumentado (generalmente 100 a 150 cfm) en
un cuarto de baño situado centralmente.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 59
Monografía
Un regulador separado de flujo de aire conectado al sistema de aire de vuelta
suministra aire exterior. Cuando el extractor funciona, cuadro 7-14, el regulador de
aire exterior se abre y permite que el aire entre al interior de la casa a través de
conductos de aire forzado.
Un ventilador recuperación de enthalpy atrae el aire exterior fresco a través de un
conducto adentro del equipo de intercambio de calor y recobra la energía de
calefacción o de enfriamiento del aire viciado de los cuartos mientras está siendo
eliminado (véase el cuadro 7-15).
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 60
Monografía
El cuadro 7-16 muestra los fundamentos de la construcción resistente al radón
para los espacios de arrastre y las losas/los tipos de los cimientos del sótano.
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 61
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 62
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 63
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 64
Monografía
Sistemas de Acondicionamiento de Aire y Climatización 65
top related