UNIVERSIDAD DE

AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIONACONDICIONAMIENTO DE UN LOCAL (GIMNASIO)

EQUIPO 5:

PATLAN GUTIERREZ MIGUEL ANGEL

SOTO PRIETO JOSE SALVADOR

HERNANDEZ ROBLEZ ANUAR

FECHA:

12/04/2011

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACIONACONDICIONAMIENTO DE UN LOCAL (GIMNASIO)

PATLAN GUTIERREZ MIGUEL ANGEL

SOTO PRIETO JOSE SALVADOR

HERNANDEZ ROBLEZ ANUAR

AIRE ACONDICIONADO Y REFRIGERACION

PLANOS DEL LOCAL:

Objetivo:

En dicho proyecto se tiene como objetivo principal el acondicionamiento de el sistema de

aire acondicionado de un gimnasio de dos plantas, cuya ubicacin se muestra en la figura1

donde las caractersticas principales de este son: una capacidad mxima de 30 clientes en las

horas de mayor afluencia con 3 empleados cuyo propsito es el de lograr la mxima

confortabilidad para los usuarios.

Las condiciones de ubicacin del local son las de Salamanca Gto. Con una altitud de 1720 m

sobre el nivel del mar y una presin baromtrica de 24.37 in*hg.

UBICACIN GEOGRFICA:

Figura1

BALANCE TERMICO:

El acondicionamiento de aire se refiere al control de la temperatura, circulacin, humedad y pureza

del aire que respiramos, por lo que los conceptos que se deben analizar en el balance trmico son los

siguientes:

1.- transmisin de calor a trabes de muros, puertas, ventanas, techos, etc.

2.- el calor desprendido por las personas que ocupan el local.

3.- el alumbrado y equipo mecnico.

4.- infiltracin del aire exterior hacia el interior por los orificios de las puertas o ventanas.

5.- efecto de los rayos solares sobre los techos y paredes.

Para comenzar el procedimiento se procede a calcular el coeficiente de conductancia de

paredes techo, muro exterior, muro interior, puertas ventanas y piso. Dando como

resultado los siguientes datos:

Al aplicar la siguiente ecuacin se obtienen los coeficientes de transferencia de calor

necesaria para determinar posteriormente las cargas trmicas.

Coeficiente de transferencia de calor para muros:

R1: Resistencia trmica del aire exterior.

R2: Enyesado exterior (cemento con arena 0.8in - aplanado).

R3: Tabique comn (4in x 2in x 8.26in).

R4: Enyesado interior (cemento con arena 0.8in - aplanado).

R5: Capa de aire quieto interior.

1 1 12 0.48.3254 0.1876 1 1 12 0.47.633 0.1978 2 0.8!0.20 " # 0.16 3 $%&% 40.80.5778 '(" ()* 0.7204 4 2 0.16 5 0.68 + ,,(- (- . ( /"( 0 --( . (,- 1 ", 2(, ,:

456,89:;

[ V49\M9:=: 1.044

16 lmparas pequeas de 20 W cada una ms 5 lmparas largas de 40W cada una

Para equipos que operan con resistencias elctricas como estufas, parrillas elctricas

computadoras, refrigeradores, televisores etc. Se tienen las presentes ecuaciones:

La ecuacin es utilizada cuando los aparatos estn dentro del local por acondicionar.

Q = (2547)Hp [Btu/h]

Si el motor esta dentro y la maquina afuera:

Q =((Hp/) (Hp)) ( 2547.6) [Btu/h]

Para maquinas que trabajan con motores elctricos debe tomarse en cuenta que la

maquina y el motor estn dentro:

Q= ((Hp/)(746) (3.415)) [Btu/h]

En el local por acondicionar se encontraron los presentes equipos con las potencias

determinadas especificadas por fabricantes:

2 Computadora (escritrio) 65 [W/h] = 0.0871 Hp/h

1 refrigerador de (12-14 ft3) 250 [W/h]= 0.335 Hp/h

1 sistema de sonido 120 [W/h]= 0.1609 Hp/h

Calculo de la cantidad de calor desprendido por infiltraciones:

Para el clculo de la cantidad de calor que gana o pierde el local por los orificios de puertas o

ventanas el calor es

Q = mCpT

Sin embargo es muy difcil determinar analticamente la cantidad de aire que entran por los

orificios de ah que sean obtenidos experimentalmente valores.

Aplicando la frmula para las infiltraciones:

Donde:

C: volumen del local = 58082.628 ft3

n : # de renovaciones por hora (de tablas para 2 muros Ext.)

n = 1

T : temperatura ambiental = 95F

En el balance trmico, al hacer el clculo de la transmisin de calor de los diferentes locales,

se deben tener en cuenta las siguientes recomendaciones.

1.- para muros que colindan con los locales no acondicionados, se considera que la

temperatura media de este local es la media aritmtica de la temperatura del local

acondicionado y el aire exterior.

2.- para pisos ubicados directamente sobre el terreno se sigue el mismo criterio solo para

invierno.

Condiciones para verano e invierno:

Figura 1.- Grafica de confort de la ASHVE para vel. del aire de 15 a 25 ft/min

Propiedad Magnitud

95F

80F

64F

72.5F

40%

% de comodidad 90%

VERANO

Propiedad Magnitud

44.6F

65F

*

60F

*

% de comodidad 70%

INVIERNO

*calefaccin sin humidificacin, tomar humedad relativa del 15%

_DCB/W9:;

Muros interiores:

g5@,89: 11283.44 '(" g5@,

BALANCE TERMICO INVIERNO

Rubro Sensible Latente

Q_transmision -52726.93 Btu/h /

Q_personas 15720 Btu/h 46530 Btu/h

Q_alumbrado y eq 3482.54 Btu/h /

Q_infiltraciones -16288.12 Btu/h /

Q_ef.solar n/a /

Q_total1 -49812.51 Btu/h 46530 Btu/h

Q_total2

Correcciones debidas a presiones baromtricas:

Para el clculo de las correcciones etas se determinan con las siguientes ecuaciones:

( )( )

( )

+

+=

+=

=

=

=

43601460745.0

43533.12800

|

92.29

w

PT

desviacinhHH

Pe

ePe

w

TTTPP

Pe

b

bs

Tbss

b

bh

bhbsTbhsbTbhs

Correcciones para verano:

Correcciones W (humedad especifica) , H(entalpa) , v(volumen especifico) , (humedad

relativa) con Tbs=80F y Tbh=63.5F, presin baromtrica de 24.37 in*hg a 1720m sobre el

nivel del mar (5643.04ft):

0.5903 j 24.37 j 0.590380 j 63.52800 j 1.363.5 0.4459 o 43530.445924.37 j 0.4459 pq. qr stuvwx yzux

Interpolando para una altura dada de 5643.04ft | j5.76

0.745 L80 46024.37 Q L1 81.134360 Q q}. pq ~ryzux 0.44591.032 i 100 r.

Correcciones para invierno:

Teniendo Tbs=65F , Tbh=45.5F y bajo las mismas condiciones de altura y presin

baromtrica especificadas anteriormente:

0.3060 j 24.37 j 0.306065 j 45.52800 j 1.345.5 0.1347 o 43530.134724.37 j 0.1347 . q stuvwx yzux 0.745 L65 46024.37 Q L1 24.194360 Q q}. qr ~ryzux 0.13470.6221 i 100 q. } 2.- Flujo de aire para suministrar o eliminar la cantidad de calor sensible:

En clase, se proporciona una tabla para calcular la diferencia de temperaturas entre la del

aire que se desea mantener en un local y la del aire al momento de entrar a dicho local

obteniendo para verano e invierno.

Para verano en Instalaciones comerciales: _U 20G Para invierno en Instalaciones de comerciales: _U 50G

Utilizando de carta psicometrica:

13.75 (% U; V 40%_U,

[BI j49812.510.0148 i 60 i 50 1121.90 (% 3.- Volumen de aire necesario para la respiracin:

En este punto ser necesario verificar que el volumen calculado anteriormente por carga trmica sea

suficiente para satisfacer las necesidades de respiracin de los ocupantes, si es menor se toma el

necesario para la ventilacin teniendo en cuenta las renovaciones por hora dadas en clase para

gimnasios como se muestra.

[X R12 S44073.76 (% 528885.12 (% 8814.75 (% 4.- Flujo msico de aire a suministrar:

Sera necesario calcular el volumen especfico del aire en funcin de las condiciones con las

correcciones debidas a la altura con respecto al nivel del mar como se calculo en los puntos

anteriores eligiendo a su vez el valor mayor entre los dos valores del flujo volumtrico

calculados anteriormente, como el mayor es el necesario para la respiracin los sustituimos

en la siguiente ecuacin:

16.81 (% U; [X 8814.7516.81 524.37 U; + 16.13 (% U; [X 8814.7516.13 546.48 U; +

5.- Calculo de la temperatura dentro del ducto o a la entrada del local:

Primero se calcula el diferencial del calor del local dividiendo el calor de las personas

dividido entre el flujo msico, luego se calcula el calor latente del lugar de la diferencia entre

el calor total menos el calor sensible. Luego se calcula el calor latente del ducto de la

diferencia del calor latente del local menos el diferencial del calor del local. Despus se

calcula el calor total del ducto sumando el calor total sensible del ducto ms el calor latente

del ducto. Finalmente se calcula la temperatura del ducto o de entrada al local dividiendo el

calor sensible del ducto entre 0.24BTU/lbF.

Se determina el calor sensible para verano e invierno utilizando la ecuacin mostrada:

; 79770.8531462.2 2.535 '("U; + 49812.5132788.8 1.519 '("U; +

Teniendo de la carta psicomtrica para las condiciones establecidas anteriormente de

temperatura de bulbo seco y humedad relativa: HD 28.8 '(" U; + HD 17.9 '(" U; + Teniendo que n nD j n es necesario calcular el calor sensible del lugar como: nD 0.24_n nD 0.24 '(" U;G 80G 19.2 '(" U; + nD 0.24 '(" U;G 65G 15.6 '(" U; + As despejando de la ecuacin presentada anteriormente se tiene que n nD j n donde: n 19.2 j 2.535 16.66 '(" U; + n 15.6 j 1.519 14.08 '(" U; + Finalmente se calcula la temperatura del ducto o de entrada del local con n 0.24_n teniendo:

_n n0.24 16.660.24 }. q} + tuvw _n n0.24 14.080.24 p. }} + vtvw 6.- Calculo del calor latente a suministrar o eliminar:

Utilizando la frmula establecida: D D ; D 46530 '(" 31 462.2 U, 1.478 '(" U; + D 46530 '(" 32788.8 U, 1.419 '(" U; + 7.- calor latente de aire a la entrada del local:

As como en el caso anterior para el calor sensible, ahora se determina el calor latente del aire a la

entrada del local utilizando HD nD D,D y teniendo en cuenta que D D,D j D< . D,D HD j nD 28.8 j 19.2 9.6 '(" U; + D,D HD j nD 17.9 j 15.6 3.82 '(" U; + D< D,D j D 9.6 j 1.478 8.122 '(" U; +

Finalmente:

8.- As con el valor anterior y la temperatura de bulbo seco queda definido el estado del aire que se

debe inyectar al local.

De acuerdo con los resultados arrojados en los pasos anteriores situando el aire de entrada al local

en la carta psicomtrica se puede observar que este se encuentra por debajo de la lnea de

saturacin obteniendo as las propiedades cor

PROPIEDAD

Calculo del calor de recirculacin:

Debido a que el volumen requerido para remover el calor sensible del local es menor que el

necesario para la respiracin no debemos recircular para est

constante del aire necesario para la respiracin.

Equipos para el acondicionamie

Seleccin de enfriador de aire:

En este punto, es necesario elegir el enfr

deseadas dentro del local; teniendo en cuenta las propiedades determinadas anteriormente

como son:

Para instalacin comercial:

con el valor anterior y la temperatura de bulbo seco queda definido el estado del aire que se

De acuerdo con los resultados arrojados en los pasos anteriores situando el aire de entrada al local

en la carta psicomtrica se puede observar que este se encuentra por debajo de la lnea de

las propiedades correspondientes del mismo:

PROPIEDAD VERANO INVIERNO

69.416 F 58.66 F

24.78 Btu/lbas 16.202 Btu/lbas

13.42 13.2

56% 20%

0.0072 lba/lbas 0.0022lba/lbas

Calculo del calor de recirculacin:

que el volumen requerido para remover el calor sensible del local es menor que el

necesario para la respiracin no debemos recircular para este local, debido a la renovacin

l aire necesario para la respiracin.

Equipos para el acondicionamiento del aire

elegir el enfriador adecuado que proporcione las condiciones

; teniendo en cuenta las propiedades determinadas anteriormente

Para instalacin comercial: v=500ft/min

con el valor anterior y la temperatura de bulbo seco queda definido el estado del aire que se

De acuerdo con los resultados arrojados en los pasos anteriores situando el aire de entrada al local

en la carta psicomtrica se puede observar que este se encuentra por debajo de la lnea de

que el volumen requerido para remover el calor sensible del local es menor que el

e local, debido a la renovacin

proporcione las condiciones

; teniendo en cuenta las propiedades determinadas anteriormente

Debido a que no hay un enfriador con las caractersticas anteriores en la tablas

proporcionadas en clase, el ms cercano a estas condiciones se encuentra en la columna 4

(ROM4), septima fila donde se tiene: _9

En la figura anterior se muestra distribucin de ductos que se va a utilizar en la instalacin.

Se propone utilizar conductos redondos pues estos se emplean para naves pequeas; y en

las naves industriales que son muy grandes es ms comn emplear conductos cuadrados.

Para el clculo del dimetro equivalente del ducto principal utilizamos la formula siguiente:

i )4 ; [ "T "(--.. .

0 4 [ 4R8814.75 1000 S 3.35( Para ductos rectangulares se tendra:

U 1.2 2.791(, 1.5 i U 4.186(

Teniendo una velocidad del aire por los ductos la cual la consideramos de 1000ft/min

para instalaciones comerciales.

Para el clculo de las perdidas por rozamiento con L=54.45m= 178.641ft, y c=50 para ductos

con uniones engargoladas se tiene:

$- R 4005S) 178.64150 i 3.35 L10004005Q) 0.0664

Distribucin de la red de ductos propuesta:

Seleccin de ventilador:

Una vez calculada la longitud total de los ductos as como las prdidas de presin se procede

a seleccionar el ventilador con el propsito de de vencer las resistencias y rozamientos.

En nuestro caso se selecciono el ventilador mostrado a continuacin con sus respectivas

caractersticas:

EXTRACTOR CENTRFUGO DE LABES CURVOS ADELANTADOS

MODELO A B C D E F G h I J K

CEB-

4000 454 574 515 348 383 132 239 11.1 258 173 273

Caractersticas Principales: Carcasa en acero electrosoldado, acabado en pintura en polvo polister horneada de gran

resistencia a la corrosin, boca de descarga en cuatro posiciones con brida opcional.

Aplicaciones: Instalaciones en sistemas de ventilacin, extraccin, calefaccin y acondicionamiento de

aire.

Impulsin de aire dentro de conductos, refrigeracin de mquinas industriales, etc.

Caractersticas tcnicas:

w=1760rpm, Pot=1.5HP, caudal a descarga libre: 3950m3/h = 2324.87ft

3/min

Tension= 210V , Area= 17.45ft2, Tbsi=69.41F, Pf=29.99inHg, V=1000 ft/min

Bajo unas condiciones de operacin de 1720m sobre el nivel del mar, con una presin

atmosfrica de 24.37inHg:

) RWWS 17601 Rcce.?)%)e.cS 66751 |) | RWWS 1.5 Rcce.?)%)e.cS 5.68| Equipo auxiliar (invierno):

Seleccin de intercambiador de calor

La velocidad de paso del aire por el equipo se considera para instalaciones comerciales y es igual a

min/800 ftvel scomercialeins =

Para poder suministrar el aire del exterior a las condiciones necesarias de entrada se necesita agregar

calor para esto se implementa un calentador cuya seleccin se da de las tablas proporcionadas en

clase, teniendo:

La temperatura de entrada del aire es _9 44.6G y en la tabla la temperatura ms cercana es de _9 40G de lo cual se tendra una temperatura de bulbo seco a la entrada del local de 70F siendo que la necesaria establecida a la entrada es de 58.66F mientras se quiere llegar a una

temperatura de local de 65F.

As se podra implementar un bay-pass para reducir la temperatura que sale del calentador a la

temperatura deseada teniendo as de los balances de masa y energa:

9 546.48 U; 9_ _ _ 1366230 455.4 U; 91.08 U; 0 , [ 9 455.4 i 12.55 5715.27 (% 5715.27800 7.144() + . (-U.

Condiciones del calentador:

66 aletas/in

1 hilera

BIBLIOGRAFIA:

Apuntes de la materia Are Acondicionado y Refrigeracin

Principios y sistemas de refrigeracin. PITA, editorial Limusa

B. H. Jennings, J. R. Lewis, aire acondicionado y refrigeracin, edit. cecsa

Handbook of air conditioning and refrigeration, Shank K. Wanng

Catlogo S&P 2011/ pag 76,77

http://fundacionguanajuato.com/CGI-BIN/Clima/historicosvc.php