auditoria de sistema de aire acondicionado para salas de …
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AUDITORIA DE SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO PARA SALAS DE
COMPUTADORES.
EDGAR ANDRES RAMOS SALCEDO.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.
FACULTAD DE INGENIERÍA.
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA.
BOGOTA D.C.
ENERO DE 2008.
AUDITORIA DE SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO PARA SALAS DE
COMPUTADORES.
Edgar Andrés Ramos Salcedo.
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Mecánico.
Asesor:
Dr . Gregorio Orlando Porras Rey.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES.
FACULTAD DE INGENIERÍA.
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA.
BOGOTA D.C.
ENERO DE 2008.
“A mis padres Edgar Ramos Calderón y Li sle Salcedo de Ramos, por
darme apoyo, la formación moral y espiritual, y las herramientas
necesarias para desarrollarme como persona de bien a lo largo camino de
la vida, y a Natalia Cardona Álvarez, por darme su amor, comprensión y
acompañarme en el cumplimiento de mi s sueños.”
AGRADECIMIENTOS.
Gregorio Orlando Porras Rey, asesor del proyecto. Universidad de los
Andes, por su apoyo teórico y confianza brindada al hacerme participe de
este proyecto.
Leonardo Linares. Profesor de Planta. Universidad Católica de Colombia,
por abrirme las puertas de la Universidad Católica de Colombia y
brindarme todas las facilidades que estuvieren a su disposición para el
desarrollo de este proyecto.
Rafael Beltr án. Universidad de los Andes, por sus aportes,
recomendaciones y sugerencias durante el tr anscurso de este proyecto.
Natalia Cardona Álvarez, Universidad de Los Andes, por sus valiosos
aportes, sugerencias y datos teóricos de su formación como ingeniera
quím ica.
Johana Ramos Salcedo, Universidad Javeriana, por su colaboración
como arquitecta en la lectura de planos de las salas de computadores de
la Universidad Católica de Colombia.
A mis familiares, amigos y compañeros.
CONTENIDO
Pág. LISTA DE TABLAS. ------------------------------------------------------------------------ I LISTA DE FIGURAS.------------------------------------------------------------------------ III LISTA DE ANEXOS.------------------------------------------------------------------------- V RESUMEN.------------------------------------------------------------------------------------- VI
1. Introducc ión.---------------------------------------------------------------------------------- 1 2. Objetivos.-------------------------------------------------------------------------------------- 4 3. Planteamiento teórico.--------------------------------------------------------------------- 5
3.1. Condic iones de confort.-------------------------------------------------------------- 5 3.2. Gananc ia de calor del recinto.------------------------------------------------------ 9 3.3. Método empleado para determinar las cargas de enfriamiento.----------- 9
4. Datos geográficos y Condiciones climáticas para la ciudad de Bogotá. --- 10 4.1. Localización, ubicac ión y orientación geográfica de la Universidad--------
Católica de Colombia-------------------------------------------------------------- 12 4.2. Vista panorámica de la Univers idad Católica de Colombia.---------------12 4.3. Vista exterior del edificio de la Univers idad Católica de Colombia.------13 4.4. Planos constructivos de los pisos acondic ionados térmicamente.-------13
4.4.1. Pr imer piso.-------------------------------------------------------------------- 13 4.4.1.1. Plano isométrico.---------------------------------------------------- 13 4.4.1.2. Plano Arquitectónico.----------------------------------------------- 14
4.4.2. Tercer piso.-------------------------------------------------------------------- 14 4.4.2.1. Plano isométrico.---------------------------------------------------- 14 4.4.2.2. Plano Arquitectónico.----------------------------------------------- 15
5. Cálculo de cargas de enfriamiento.--------------------------------------------------- 15 5.1. Cálculo de Cargas de enfriamiento externas.-------------------------------- 15
5.1.1. Carga de enfriamiento por conducción y convecc ión a través de las paredes.---------------------------------------------------------------- 17
5.1.1.1. Carga de enfriamiento a través de las paredes a las 10:00 a.m.------------------------------------------------------------------- 21
5.1.1.2. Carga de enfriamiento a través de las paredes a las 8 p.m.---------------------------------------------------------------------------- 22
5.1.2. Carga de enfriamiento a través de ventanas.------------------------- 23 5.1.2.1. Carga de enfriamiento por efecto de radiac ión solar .------ 23
5.1.2.1.1. Carga de enfriamiento a las 10 a.m.------------------- 24 5.1.2.1.2. Carga de enfriamiento a las 8 p.m.-------------------- 25
5.1.2.2. Carga de enfriamientos por conducc ión.---------------------- 25 5.2. Cálculo de cargas de enfriamiento internas.---------------------------------- 26
5.2.1. Alumbrado--------------------------------------------------------------------- 27 5.2.1.1. Cargas de enfriamiento a las 10 a.m. ------------------------- 28 5.2.1.2. Cargas de enfriamiento a las 8 p.m.---------------------------- 28
5.2.2. Ocupantes.--------------------------------------------------------------------- 29
5.2.3. Computadores.----------------------------------------------------------------31 5.3. Cargas totales de enfriamiento.-------------------------------------------------- 32
5.3.1. Cargas totales de enfriamiento a las 10 a.m.------------------------- 32 5.3.2. Cargas totales de enfriamiento a las 8 p.m.--------------------------- 32
6. Descr ipción del sistema.----------------------------------------------------------------- 33 6.1. Sistema de ventilación.------------------------------------------------------------- 36
6.1.1. Proceso de enfriamiento del aire húmedo----------------------------- 36 6.1.2. Análisis Psicrométr ico del acondicionamiento de aire.------------- 37 6.1.3. Ciclo de evoluc ión de aire.------------------------------------------------- 38 6.1.4. Diseño del s istema de ventilación.-------------------------------------- 40 6.1.5. Reporte de diseño por contratista Mekatron EU.-------------------- 42
6.2. Sistema Hidrónico.------------------------------------------------------------------ 45 6.2.1. Sistema de distr ibuc ión de agua a través de las unidades de fan-
coil.-----------------------------------------------------------------------------48 6.2.2. Caudal de agua a través de los serpentines de enfriamiento.-- 49
6.2.2.1. Determinac ión del flujo de agua a través de los serpentines. ------------------------------------------------------------ 50
6.2.2.2. Bombas de dis tribución.------------------------------------------- 53 6.2.2.3. Bombas del evaporador.------------------------------------------ 55 6.2.2.4. Bombas del condensador.---------------------------------------- 56
6.3. Unidad de refrigeración.----------------------------------------------------------- 57 6.3.1. Caracter ísticas técnicas.--------------------------------------------------- 58
7. Balance del sistema.---------------------------------------------------------------------- 61 7.1. Reporte informac ión general Auditoria sistema de Aire Acondicionado---
-- Univers idad Católica de Colombia, 2007.----------------------------- 62 7.2. Reporte general de ventilación Universidad Católica de Colombia.---- 63 7.3. Medición suministro de aire 1er piso.------------------------------------------- 64 7.4. Medición suministro de aire 3er piso.------------------------------------------- 65
8. Análisis de resultados ------------------------------------------------------------------- 66 8.1. Pr imer piso.--------------------------------------------------------------------------- 66 8.2. Tercer piso.---------------------------------------------------------------------------- 67
9. Propuesta para mejorar el rendimiento del sistema.----------------------------- 69
Glosario Anexos
LISTA DE TABLAS
Tabla Página
Tabla 1. Condic iones de diseño para el confort térmico ASHRAE Standard 55-1992. ---------------------------------------------------- 8 Tabla 2. Comparac ión de la compatibilidad del recinto en es tudio con el método . CLTD/CLF----------------------------------------------------------------------------10 Tabla 3. Datos geográficos y condic iones c limáticas para la ciudad de Bogotá.-- . -------------------------------------------------------------------------------------------11 Tabla 4. Horas cr íticas para cálculo de cargas de enfriamiento.-------------------16 Tabla 5. Parámetros para el cálculo de carga de enfriamiento de la pared ASHRAE GRP158, (1979). -----------------------------------------------------20 Tabla 6. Area de las paredes de salas con vista al Este del primer y tercer . . piso.-------------------------------------------------------------------------------------20 Tabla 7. Area de las paredes de salas con vista al Oeste del primer y tercer . . . . piso.------------------------------------------------------------------------------------ 20 Tabla 8. Carga de enfriamiento a través de las paredes del pr imer y tercer piso . con respecto a la or ientación geográfica (10 a.m.)------------------------ 22 Tabla 9. Carga de enfriamiento a través de las paredes del pr imer y tercer piso . con respecto a la or ientación geográfica (8 p.m.)-------------------------- 23 Tabla 10. Parámetros para el cálculo de carga de enfriamiento de radiac ión a través de ventanas, ASHRAE GRP158, 1979------------------------------------------ 24 Tabla 11. Carga de enfriamiento por radiac ión a través de las ventanas . (10 a.m.)---------------------------------------------------------------------------- 25 Tabla 12. Parámetros para el cálculo de carga de enfriamiento de ventanas por . . . . conducc ión, ASHRAE Fundamentals 1985.------------------------------- 25 Tabla 13. Carga de enfriamiento a través de las ventanas del primer y tercer . piso.--------------------------------------------------------------------------------- 26 Tabla 14. Carga de enfriamiento por alumbrado del primer y tercer piso.------ 28 Tabla 15. Ganancia de calor de las salas de computadores por ocupantes, . . . . Beltrán R. (1993).---------------------------------------------------------------- 30 Tabla 16. Carga de enfriamiento por ocupación del primer y tercer piso -------30 Tabla 17. Carga de enfriamiento por computadores del primer y tercer piso - 31 Tabla 18. Cargas Totales de enfriamiento (Watt). a las 10 a.m.------------------ 32 Tabla 19. Cargas Totales de enfriamiento (Watt). a las 8 p.m.---------------------32 Tabla 20. Parámetros de diseño de aire acondicionado para Bogotá.---------- 40 Tabla 21. Diseño de aire acondicionado para salas de computadores, . . . . . . . . . Universidad Católica de Colombia, 1er piso.-------------------------------40 Tabla 22. Diseño de aire acondic ionado para salas de computadores, . . . . . . . . . Universidad Católica de Colombia, 1er piso. (Continuac ión)---------- 41 Tabla 23. Diseño de aire acondic ionado para salas de computadores, . . . . . . . . . Universidad Católica de Colombia, 3er piso.------------------------------ 41 Tabla 24. Diseño de aire acondic ionado para salas de computadores, . . . . . . . . . Universidad Católica de Colombia, 3er piso. (Continuac ión)---------- 42
Tabla Página Tabla 25. Repor te de Balance de agua, 1er piso------------------------------------- 51 Tabla 26. Repor te de Balance de agua, 3er piso------------------------------------- 52 Tabla 27. Bombas de suminis tro de agua para las unidades de Fan-coil.------ 53 Tabla 28. Cabeza real de las bombas 1 y 2 de suministro.------------------------ 54 Tabla 29. Caudal teór ico de las bombas del evaporador de agua para las . . . . . . unidades de Fan-coil.----------------------------------------------------------- 55 Tabla 30. Bombas de retorno de agua para las unidades de Fan-coil---------- 56 Tabla 31. Cabeza real de las bombas 1 y 2 de retorno.--------------------------- 56 Tabla 32. Caudal teórico de las bombas del condensador del la unidad de . . . . . refrigerac ión.----------------------------------------------------------------------- 57 Tabla 33. Espec ificaciones técnicas del evaporador del sis tema de . . . . . . . . . . . refrigerac ión.----------------------------------------------------------------------- 59 Tabla 34. Especificac iones técnicas del compresor del sistema de . . . . . . . . . . . . refrigerac ión.----------------------------------------------------------------------- 60 Tabla 35. Especificac iones técnicas del condensador del sis tema de . . . . . . . . . . refrigerac ión.----------------------------------------------------------------------- 60 Tabla 36. Especificac iones técnicas del condensador del sis tema de . . . . . . . . . . refrigerac ión. (Continuación)-------------------------------------------------- 61 Tabla 36. Instrumentación.------------------------------------------------------------------ 62 Tabla 37. Check lis t--------------------------------------------------------------------------- 62 Tabla 38. Reporte general de ventilación ---------------------------------------------- 63 Tabla 39. Medición suministro de aire 1er piso---------------------------------------- 64 Tabla 40. Medición suministro de aire 3er piso---------------------------------------- 65
LISTA DE FIGURAS.
Figura. Página.
Fig. 1. Rangos de temperatura operativa y humedad para la zona de confort térmico ------------------------------------------------------------------------- 8 Fig. 2. Temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo para un día típico en la ciudad de Bogotá-Colombia. ------------------------------------- 11 Fig. 3. V ista panorámica de la Univers idad Católica de Colombia--------------- 12 Fig. 4. Fotograf ías tomadas el 25 de Agosto de 2007 en el inter ior de la Universidad Católica de Colombia.------------------------------13 Fig. 5. Plano isométrico del pr imer piso Universidad Católica de Colombia.--- 13 Fig. 6. Plano arquitectónico del primer piso Universidad Católica de Colombia.--------------------------------------------------------------------------- 14 Fig. 7. Plano isométrico del tercer piso Univers idad Católica de Colombia-----14 Fig. 8. Plano arquitectónico del tercer piso Universidad Católica de Colombia.------------------------------------------------------------------------------- 15 Fig. 9. Conducc ión de calor en estado estable a través de una pared compuesta.--------------------------------------------------------------- 17 Fig. 10. Diferencial de temperatura de las paredes, corregido para la c iudad de Bogotá según las condiciones de diseño para la direcc ión Este.-- 18 Fig. 11. Diferencial de temperatura de las paredes, corregido para la c iudad de Bogotá según las condiciones de diseño para la direcc ión Oeste.-19 Fig. 12. Carga Térmica para salas 1er . Piso, v ista al Este 10 a.m.-------------- 21 Fig. 13. Carga Térmica para salas 3er . Piso, v ista al Este 10 a.m.-------------- 21 Fig. 14. Carga Térmica para salas 1er . Piso, v ista al Oeste 10 a.m.------------- 21 Fig. 15. Carga Térmica para salas 3er. Piso, v ista al Oeste 10 a.m.------------ 21 Fig. 16. Carga Térmica para salas 1er . Piso, v ista al Este, 8 p.m.--------------- 22 Fig. 17. Carga Térmica para salas 3er . Piso, v ista al Este, 8 p.m.--------------- 22 Fig. 18. Carga Térmica para salas 1er . Piso, v ista al Oeste, 8 p.m.------------- 22 Fig. 19. Carga Térmica para salas 3er . Piso, v ista al Oeste, 8 p.m.------------- 22 Fig. 20. Carga de radiac ión a ventanas 1er. Piso, vis ta al Este, 10 a.m.------- 24 Fig. 21. Carga radiac ión a ventanas 3er. Piso, vis ta al Es te, 10 a.m.------------ 24 Fig. 22. Carga de radiac ión a ventanas 1er. Piso, vista al Oeste, 10 a.m.----- 24 Fig. 23. Carga radiac ión a ventanas 3er. Piso, vis ta al Oes te, 10 a.m.--------- 24 Fig. 24. Carga térmica por conducción en ventanas Piso 1. --------------------- 26 Fig. 25. Carga térmica por conducción en ventanas Piso 3. ---------------------- 26 Fig.26. Carga térmica para luces 1er Piso, 10 a.m.--------------------------------- 28 Fig.27. Carga térmica para luces 3er Piso, 10 a.m.--------------------------------- 28 Fig.28. Carga térmica para luces 1er Piso, 8 p.m.----------------------------------- 28 Fig.29. Carga térmica para luces 3er Piso, 8 p.m.---------------------------------- 28 Fig. 30. Carga térmica por ocupación de 1er Piso.---------------------------------- 30 Fig. 31. Carga térmica por ocupación del 3er Piso.------------------------------- 30 Fig. 32. Cargas térmicas por computadores 1er piso.------------------------------ 31 Fig. 33. Carga térmica por computadores 3er piso.--------------------------------- 31
Figura. Página.
Fig. 34. Diagrama esquemático del sis tema fan-coil para acondicionamiento de aire. ------------------------------------------------------------------------------- 34 Fig. 35. Sub.-s istemas del Sistema hidrónico central.------------------------------ 35 Fig. 36. Esquema del proceso de enfriamiento de aire por medio de un serpentín.------------------------------------------------------------------------------ 37 Fig. 37. Carta Psicrometr ica para Bogotá con el proceso de enfriamiento de aire por medio de un serpentín.-------------------------------------------- 38 Fig. 38. Esquema de s istema de enfriamiento todo agua ins talado en la Univers idad Católica de Colombia.--------------------------------------45 Fig.39. Sistema de suministro y retorno de agua para cada piso y alimentación del condensador de la unidad de refrigerac ión.------------ 47 Fig. 40. Sistema tuber ía de agua con retorno directo.----------------------------- 48 Fig. 41. Disposición de la tuber ía con accesorios para ajustar el caudal de los serpentines de las unidades de fan-coil.--------------------------- 49 Fig. 42. Fotografía de bombas para sis tema de aire acondicionado.------------ 53 Fig. 43. Curva de rendimiento de bombas de suministro para unidades de fan-coil.---------------------------------------------------------------------------- 54 Fig. 44. Curva de rendimiento de bombas de retorno para el evaporador .---- 56 Fig. 45. Cic lo de refrigeración por compres ión.--------------------------------------- 57 Fig. 46. Diagrama de pres ión-entalpía.------------------------------------------------- 57 Fig. 47. Foto de evaporador de la unidad de refrigeración, Univers idad Católica de Colombia.------------------------------------------------------------- 59 Fig. 48. Foto de compresor Scroll de la unidad de refrigerac ión, Univers idad Católica de Colombia.--------------------------------------------- 60 Fig. 49. Foto de evaporador de la unidad de refrigeración, Univers idad Católica de Colombia.-------------------------------------------------------------- 61 Fig. 50. Comparac ión de flujo de aire real con respecto al de diseño, 1er piso. ------------------------------------------------------------------------------- 67 Fig. 51. Comparac ión de temperatura de suminis tro real de aire con respecto al diseño.----------------------------------------------------------------------------- 67 Fig. 52. Comparac ión de la remoción de calor real con respec to a la de diseño, 1er piso. ------------------------------------------------------------------------------- 67 Fig. 53. Comparac ión de flujo de aire real con respecto al de diseño, 1er piso. ------------------------------------------------------------------------------- 68 Fig. 54. Comparac ión de temperatura de suminis tro real de aire con respecto al diseño. ----------------------------------------------------------------------------- 68 Fig. 55. Comparac ión de la remoción de calor real con respec to al de diseño, 3er piso. ------------------------------------------------------------------------------- 68
LISTA DE ANEXOS.
Anexo A. Datos estadísticos de temperatura y humedad relativa de Bogotá. Anexo B. Intervalo de temperatura hora a hora, ASHRAE 55, 1992. Anexo C. Planos originales del 1er y 3er piso del edificio de la Universidad Católica de Colombia. Anexo D. CLTD Corregida para Bogotá, para cargas de enfriamiento por paredes. Anexo E. Tablas de cálculo de cargas de enfriamiento por paredes. Anexo F. Tablas de cálculo de cargas de enfriamiento por radiación y conducción a través de las ventanas. Anexo G. Factor de ganancia solar por ventanas. Anexo H. Tabla del cálculo de cargas de enfriamiento por luces. Anexo I. Tabla del cálculo de cargas de enfriamiento por ocupantes. Anexo J. Tabla del cálculo de cargas de enfriamiento por los computadores . Anexo K. Carta Ps icrométrica para Bogotá, Beltrán R, (1992) . ANEXO L. Fotografías de cuar to de maquinas del s istema de Aire . . . . . . . . . . . Acondicionado, Univers idad Católica de Colombia ANEXO M. Fotos de salas del pr imer piso. ANEXO N. Láminas para ventana. ANEXO O. Ventilador y serpentín de enfriamiento. ANEXO P. Filtro de aire
RESUMEN
En el año 2004, La Univers idad Católica de Colombia adquiere un s istema de
aire acondic ionado por un costo total de $213̀ 836,872 pesos . Con el objetivo
de mantener en condic iones de confor t las salas de computadores, ubicadas en
el primer y tercer piso del edificio de c laustro, y cumplir con los requis itos de
calidad que ex ige la educación superior.
El sistema instalado es un s istema todo agua de 100% de renovación (no hay
recirculac ión de aire), integrado por dos unidades de chiller de 20 Toneladas de
refrigeración cada uno, para un total de 40 Toneladas de refrigerac ión, un
sistema hidrónico y 14 unidades manejadoras, constituidas por un ventilador y
un serpentín de enfriamiento.
El chiller enfría un volumen de agua a una temperatura de 7 Co , la cual es
transportada por una tubería en un circuito cerrado hasta los serpentines de las
unidades manejadoras , (Fan-coil), las cuales obligan a pasar el aire exterior a
través de es tos para enfriarlo y conducir lo hac ia el inter ior de las salas .
El sistema, actualmente no remueve las cargas de enfriamiento. Afirmación que
ha s ido comprobada de dos maneras: La primera, por medio de encuestas
realizadas a los usuar ios y personal administrativo que trabaja en las
ins talaciones , y la segunda, por medio de mediciones realizadas con
ins trumentos como Hobos, termómetros y anemómetros, los cuales dieron
como resultado que la condición actual de las salas está por encima de 25 Co ,
siendo ésta superior a los rangos de temperatura operativa de confort
propuesto por la Soc iedad Americana de Refrigeración y Aire Acondic ionado
ASHRAE.
Para el proceso de auditoría, fue necesario hacer un cálculo exhaustivo de las
cargas de enfriamiento de todas y cada una de las salas, que en conjunto dan
como resultado un total de 39,3 y 31,7 TON. de refrigeración para las 10 a.m. y
las 8 p.m. respectivamente, mostrando evidencias sufic ientes para decir que la
unidad de refrigeración instalada en la Universidad Católica de Colombia de 40
TON. de refrigeración, será capaz de mantener todas las salas de
computadores confortables térmicamente, para la mayor ía de los ocupantes.
Esto solo puede ser posible, si y solo si, el s istema de ventilador-serpentín de
enfriamiento y sistema hidrónico sean los apropiados para esta función.
En el plan de trabajo se plantea el desarrollo del diseño del s istema de
remoc ión de cargas de enfriamiento, con el fin de ver ificar s i el suministro de
aire y la temperatura ac tual de entrada de éste a las salas de computadores
son las apropiadas. Una vez se realizan las mediciones pertinentes, se
establece que ex iste un déficit en las unidades manejadoras las cuales
requieren una tasa de suministro de aire mayor a la actual y que la temperatura
del aire a la salida de algunas unidades no es suficiente.
En el anális is del sistema hidrónico, se encuentran deficienc ias en tramos de
tuber ía de enfriamiento que pueden estar ganando calor por ausencia de
ais lantes térmicos; y se crea una hipótesis de defic iencia en el transporte de
agua para las salas del tercer piso a partir de entrevistas realizadas a los
técnicos operar ios del sistema y de los datos obtenidos en las mediciones.
Por lo cual, se plantea una propuesta para mejorar el rendimiento as í:
• Durante el proceso de medic ión de temperatura en las unidades de fan-
coil, fue notorio una gananc ia de calor del agua, al ser transportada
desde la succión de la bomba de suministro a la pr imera unidad, entre
(0,6-0,7) Co . Este aumento de temperatura puede ser causada por la
falta de aislamiento térmico en algunos tramos de la tubería,
ocas ionando un bajo rendimiento en el proceso de enfriamiento del aire
de renovac ión.
• Las condiciones c limáticas de la ciudad de Bogotá favorecen un s istema
de renovac ión de aire de 100%, dado que la temperatura de aire
exterior permanecerá por debajo de la temperatura de diseño, en la
mayor ía del tiempo, y no es necesar ia la recirculación de aire
acondic ionado a las unidades de fan-coil.
Es muy impor tante que el aire acondic ionado que entra a la sala,
desplace libremente el aire inter ior , caso que dif ícilmente sucede en las
salas del primer piso, pues no tiene un s istema instalado de retorno o
extracción de aire, lo cual favorecer ía las condic iones de ventilac ión de
dicho piso.
• Uno de los objetivos del cálculo de cargas de enfriamiento es el de
proveer información para evaluar las pos ibilidades óptimas para reducir
las cargas y con esto, el gasto de energía de la unidad de aire
acondic ionado.
Por lo cual se propone utilizar películas para ventanas, que reduzcan la
carga de enfriamiento por radiación solar y el brillo ocas ionado por el
reflejo, mejorando las condic iones de confort de los usuarios de las salas
de computadores.
• Para garantizar el confort dentro de las salas de computadores , se
requiere que todas las unidades de fan-coil operen perfectamente y se
lleve a cabo las labores de verificación y mantenimiento propuesto por el
fabricante. Puesto que algunas unidades se encuentran fuera de
servic io.
Según los resultados obtenidos hay una ev idencia clara que las
unidades de fan-coil ins taladas no cumplen con las especificaciones de
diseño, por lo cual se recomienda cons iderar la propuesta de adquirir
unidades garantizadas de fábrica que cumplan con es tos
requerimientos .
• La calidad del aire dentro del recinto en tan importante como su
temperatura y velocidad, por lo cual no es recomendable sacr ificar ésta
para aumentar el flujo de aire que entra. Lo ideal es utilizar el medio
filtrante siguiendo las recomendaciones de v ida útil del fabr icante,
verificando el aumento de caída de presión cuyo orden más usual es de
¼ a ½ pulgadas de agua.
- 1 -
1. INTRODUCCION
La búsqueda del confort y la comodidad en los recintos es un requisito
impresc indible para los diseñadores y un fac tor fundamental para el personal
que habita o trabaja en ellos. La Sociedad Americana de Calefacc ión,
Refrigeración y Aire Acondic ionado (ASHRAE) descr ibe las var iables que están
involucradas en las condiciones de confort, que no son más que una adecuada
relac ión entre factores sicológicos , fisiológicos y f ísicos independientes para
cada individuo.
Wang S. (1994), dice que el cuerpo humano solamente alcanza el confort
térmico cuando hay un equilibr io en es tado es table entre la persona y el medio
que la rodea, haciendo que la transpiración se mantenga en un nivel muy bajo
y el calor almacenado dentro del cuerpo y en la superficie de la piel sea nulo.
En la actualidad, estas condiciones de confort no se presentan en las salas de
computadores de la Universidad Católica de Colombia, a pesar que hay
ins talado un sis tema de aire acondicionado. Por tal motivo, se requiere hacer
una valorac ión de ingenier ía para diagnosticar las posibles fallas en su diseño e
ins talación y especificar alternativas de soluc ión que mejoren el rendimiento del
sistema cuya finalidad es la de proporcionar un ambiente propicio de confort
dentro del recinto.
Para la realización sis temática de la presente auditor ía se ha realizado un plan
de trabajo en base al procedimiento propuesto por Monger S. (1995),
- 2 -
modificado según el ejercicio práctico y de disponibilidad de equipos e
ins talación así:
1. Trabajo de ofic ina:
o Adquisic ión de información de la instalación del sistema.
o Planos y ubicac ión de la edificac ión.
o Inspecc ión de las instalac iones acondicionadas térmicamente de
la Universidad Católica de Colombia.
Una vez familiar izado con el sistema, se determina una metodología de análisis
que procura establecer o darle un curso a la auditor ía, determinando cuales
son las mediciones que se deben realizar, en que lugares y que instrumentos
se neces itan. Es impor tante diseñar un formato de reporte para cada uno de las
medic iones requer idas, que contenga un diagrama detallado e informac ión
como: caracter ísticas técnicas del equipo, pres ión, temperatura, caudal, entre
otros.
2. Inspecc ión física preliminar.
o Inspecc ión del s istema de distribuc ión de agua y aire.
o Inspecc ión de la unidad de refrigeración.
Al tener un pr imer contacto con el recinto acondic ionado (salas de
computadores y oficinas), se hace una inspecc ión preliminar de las paredes,
ventanas, puer tas y techos de las salas, para establecer las condic iones del
espac io y determinar factores que puedan afectar el balance del s istema.
- 3 -
Luego, se ver ifica el sistema de ductos de ventilación y el equipo de
refrigeración para asegurarse que sus componentes es tén trabajando bajo
niveles de operación normal.
3. Cálculos teóricos.
o Cálculos de cargas de enfriamiento.
o Diseño de sistema de aire acondic ionado para las salas de
computadores.
En la inspecc ión de las salas de computadores se determina la capacidad
máxima de ocupantes , tipo y número de computadores por sala, clas ificación y
dis tribución de luz artif icial y otros equipos que generen calor en el inter ior.
Es importante determinar teóricamente que es lo que se espera en las
medic iones para elaborar un diagrama mental del funcionamiento óptimo del
sistema.
4. Sección exper imental.
o Medic ión de variables f ís icas involucradas en el sistema.
o Reporte de mediciones , siguiendo el formato de Wendes H.
(1996).
Utilizando dispositivos de medición de propiedad de la Univers idad de Los
Andes, se hace una caracterizac ión del funcionamiento real del sistema.
5. Análisis de comportamiento real del sistema y comparac ión teórica.
6. Propuesta de solución.
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2. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
� Analizar y evaluar el diseño del sistema de aire acondic ionado instalado
en la Universidad Católica de Colombia y formular una propuesta para
mejorar el rendimiento de este, y as í optimizar las condiciones de confor t
en las salas de computadores de dicha Universidad.
OBJETIVO GENERAL
� Analizar y evaluar el diseño del sistema de aire acondic ionado instalado
en la Universidad Católica de Colombia y formular una propuesta para
mejorar el rendimiento de este, y as í optimizar las condiciones de confor t
en las salas de computadores de dicha Universidad.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
� Verificar si la capacidad del equipo del s istema de aire acondic ionado
ins talado en la Univers idad Católica de Colombia cumple con la
demanda de cargas de enfriamiento, comparando los datos entregados
por el proveedor (Mekatron EU) con un análisis teórico de s istemas de
refrigeración y aire acondicionado.
� Hacer un trabajo de ingeniería en forma detallada y coherente
- 5 -
estableciendo los criterios básicos que se deben tener en cuenta en el
diseño de un s istema de refrigeración y aire acondic ionado.
� Comprobar el buen uso de los princ ipios de refrigeración y aire
acondic ionado en la instalación y montaje del sistema de
acondic ionamiento de aire.
3. PLANTEAMIENTO TEÓRICO
Carr ier Air Conditioning Company (1970), propone que para tener éxito en el
acondic ionamiento de aire en un rec into, lo primero que se debe tener en
cuenta es una definic ión correc ta del problema y predecir el comportamiento
del s istema de acondic ionamiento de aire.
El sistema debe satisfacer a la carga instantánea máx ima y poder trabajar en
condiciones de carga parc ial. Para lo cual se debe cons iderar:
o Concepto de confort térmico.
o Espac io de edificio (Objeto, s ituación, orientac ión y forma).
o Concurrenc ia de las condic iones externas de (temperatura, humedad,
viento, exposic ión al sol y otras fuentes de calor, sombras) .
o Diversidad de la carga interna (ocupantes , iluminac ión, otras fuentes de
calor).
o Capacidad para el almacenamiento de cargas térmicas .
o Aspectos fís icos del edific io para la ins talación del equipo y sistema.
- 6 -
3.1 CONDICIONES DE CONFORT
El objetivo principal en la ins talación de un s istema de acondic ionamiento de
aire es la de mantener el rec into con una atmósfera agradable, y que satisfaga
a la mayor ía del personal que se encuentra dentro de és te. Hacer lo, implica
controlar sus condic iones internas de temperatura, humedad relativa,
veloc idad, movimiento y pureza del aire, entre las más fundamentales,
cons ideradas como factores de control; hay otros factores que son los factores
de ruido que son muy caros o no se pueden controlar , y afectan directamente el
buen funcionamiento del s istema en un instante de tiempo, como por ejemplo la
actividad previa de la persona que entra a las salas de computadores con una
tasa metabólica super ior a la normal aportando más calor del estimado.
Se debe tener en cuenta que “el proceso termodinámico fundamental en el
intercambio de calor entre el cuerpo y el medio se describe con la ecuac ión de
balance general de calor” (ASHRAE Handbook, Fundamentals, 1981, p.8.1):
)( CREWMS ++−−=∆
Siendo
:S∆ Tasa de almacenamiento de calor.
M: Tasa metabólica del cuerpo.
W : Trabajo mecánico realizado.
E: Tasa de perdida de calor causada por la evaporac ión de fluidos
corporales como sudor.
- 7 -
R: Perdida de calor por intercambio del calor radiante entre la piel del
individuo y el entorno.
C: Convecc ión térmica del aire que c ircula en el recinto.
De la expres ión de Fanger llamada Predic ted Mean Vote (PMV) adoptada por
ASHRAE, (1992) , se predicen las condiciones necesarias para que los
ocupantes de un rec into permanezcan en es tado de confort, teniendo en
cuenta factores f ís icos de las personas y las condic iones del entorno. Un
anális is estadís tico de la respuesta fisiológica de personas a diferentes factores
ambientales, se obtiene que los ocupantes de oficinas y salas de estudio
presenten las s iguientes caracter ís ticas:
a. Tasa metabólica por una persona en la oficina es de: (1.1 - 2.0) met. =
(130 - 190) Watt.
b. Sensación térmica o índice de valorac ión media ( IVM): el confort térmico
es un es tado mental en el cual la persona perc ibe satisfacc ión con el
entorno. La sensac ión térmica no será muy caliente ni muy fría. De la
escala de sensac ión térmica de ASHRAE, (1985), los habitantes de
ciudades con las condiciones climáticas de Bogotá se encuentran dentro
una sensac ión térmica tibia, definida como +1.
c. La ropa que se utiliza en el rec into, es impor tante por ser un medio de
ais lamiento térmico. la unidad de medida es el clo.
En Bogotá el aislamiento térmico del vestido es: 0.8 clo = WCmo2
124,0 ,
generalizando a que la gente en la ciudad de Bogotá utilice ropa de
- 8 -
trabajo (pantalón, camisa y suéter), Beltrán R (1992) .
De conformidad con el Standard ANSI/ASHRAE 55-1992 y el Standard
ASHRAE/IES 90.1-1989; las condic iones de temperatura interna de diseño y la
veloc idad del aire para espac ios de oficina, con una humedad relativa de aprox.
50% y temperatura media radiante igual a la temperatura del aire son:
Tabla 1. Condiciones de diseño para el confort térmico ASHRAE Standard 55-1992
Temperatura de diseño,
°C
Rango operativo de temperatura,°C
Tasa metabólica,
W
Aislamiento térmico del vestido, clo
Tasa de ventilación por
persona, min3m
22 20 - 23 185 0,8 0,707
En la figura No1. se espec ifican las zonas de confort de acuerdo a es tudios
realizados en la Universidad de Kansas y establecidos en el es tándar
ANSI/ASHRAE 55-1992; con el fin de tener parámetros de selecc ión para el
confor t térmico del recinto a acondic ionar. Está basada para un aislamiento
térmico de 0,9 clo. y velocidad del aire menores a 15,24 cm/seg.
- 9 -
Fig. 1. Rangos de temperatura operativa y humedad para la zona de conf ort térmico. 3.2 GANANCIA DE CALOR DEL RECINTO
La tasa de calor que entra o es generado dentro del recinto se clas ifica
dependiendo del modo en que agentes ex ternos o internos a éste lo hace, en
un instante de tiempo, y si es calor latente o sensible; ASHRAE-26, (1985).
La ganancia de calor ocurre por :
o Radiación solar a través de vidr ios, paredes y techos.
o Conducc ión de calor a través de las paredes exter iores , techos y v idrios.
o Calor generado por los ocupantes del recinto, luces y equipos.
- 10 -
o Energía transfer ida por infiltración del aire externo.
3.3 MÉTODO EMPLEADO PARA DETERMINAR LAS CARGAS DE
ENFRIAMIENTO
ASHRAE Fundamentals Handbook, (1981, p. 26.1), recomienda el método
CLTD/CLF “Temperatura Diferenc ial de cargas de enfriamiento y factores de
carga de enfriamiento”, la cual es una metodología que calcula directamente
las cargas de enfriamiento a través del calor ganado por conducc ión de las
paredes, techos, ventanas y cargas internas, al multiplicar un factor con las
ganancias calculadas para las condic iones de diseño teniendo en cuenta los
factores de correcc ión para latitudes diferentes a las indicadas en este manual.
Tabla 2. Comparación de la compatibilidad del recinto en estudio con el método CLTD/CLF
Parámetro típico del recinto
Valor de ASHRAE
Valor del Estudio
Compatibilidad (Si / No)
Suelo Sin alfombra Sin Alfombra Si
% de ventanas en la pared al exterior 30% 40% Si
Altura al techo 3,048 m 2,74 m Si Techo falso entre el piso s iguiente y el
recinto Si Si (dry wall) Si
El método CLTD/CLF ha sido diseñado para rec intos con factores típicos. En la
tabla No.2 se compara la compatibilidad del recinto en estudio (Universidad
Católica de Colombia) con las caracter ísticas típicas cons ideradas por el
- 11 -
método. Dada la compatibilidad de los parámetros típicos de rec into para
ASHRAE y los del estudio, puedo confiar que los cálculos obtenidos por medio
de es te método serán una aproximación validada de la realidad.
4 DATOS GEOGRÁFICOS Y CONDICIONES CLIMÁTICAS PARA LA CIUDAD DE BOGOTÁ
Es conveniente tener en cuenta que los parámetros para seleccionar la
temperatura externa de diseño son determinados estadísticamente en un
periodo de tiempo confiable, tal que se pueda asegurar la repetitividad en el
futuro. Es recomendable un periodo de tiempo mínimo de 15 años para la
recolección de estos datos; es necesario contar con fuentes confiables para la
consecución de es tos datos. En la tabla 3 se listan los datos de la ubicac ión
geográfica de Bogotá publicados en ASHRAE Handbook Fundamentals-1985,
(Anexo A), y las condiciones climáticas para la c iudad de Bogotá obtenidos del
libro de Beltrán R. Aire Acondicionado.
Tabla 3. Datos geográficos y condiciones climáticas para la ciudad de Bogotá
Posición geográfica Condiciones exteriores de diseño
Latitud Longitud Elevación,
m
Presión barométri ca,
KPa.
Temperatura Bulbo seco,
Co
Temperatura Bulbo húmedo,
Co
Rango diario de
temperatura,
Co
4 36 N 74 05 W 2,565 75 20.5 14.4 10.5
Dado que Bogotá tiene un clima cuya humedad relativa osc ila entre 50 y 60 %;
el mejor índice para medir las condiciones del ambiente es con la temperatura
- 12 -
de bulbo seco, pues to que a mayores temperaturas de bulbo seco este índice
esta menos relacionado con el confort.
ASHRAE Handbook fundamental, 1985, presenta una metodología para
calcular la temperatura hora a hora en ciudades como Bogotá. La figura No.2
muestra la temperatura en un día típico, cuya hoja de cálculo se encuentra en
el Anexo B.
Temperaturas de bulbo seco y bulbo humedo para diferentes horas del día en Bogotá
0
5
10
15
20
25
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hora
Temperatura, Celcius
Temperatura hora bulbo seco Temperatura hora de bulbo humedo
Fig. 2. Temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo para un día típico en la ciudad de Bogotá-Colombia.
4.1 LOCALIZACIÓN, UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN GEOGRÁFICA DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
Antes de realizar los cálculos de cargas , se debe examinar la planta f ís ica
donde esta ins talado el s istema de acondicionamiento de aire; para determinar
el comportamiento de las cargas que afectan al sistema (variación, picos y
magnitud de carga), la ubicación de los pisos y la cons trucción en general. En
la figura No.3 se puede observar una vista panorámica de la Universidad
Católica de Colombia, su dirección permanente y ubicac ión geográfica.
- 13 -
4.2 VISTA PANORÁMICA DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA.
Fig. 3. Vista panorámica de la Universidad Católica de Colombia1
4.3 VISTA EXTERIOR DEL EDIFICIO DE LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
Fig 4. Fotograf ías tomadas el 25 de Agosto de 2007 en el interior de la Universidad Cat ólica de Colombia.
1 Tomado d e: So ftware Google Earth , recuperado el 14 d e Septiembre de 2007 .
- 14 -
4.4 PLANOS CONSTRUCTIVOS DE LOS PISOS ACONDICIONADOS TÉRMICAM ENTE
4.4.1 Primer piso
4.4.1.1 Plano isométrico
Fig. 5. Plano isométrico del primer piso Universidad Católica de Colombia.
4.4.1.2 Plano Arquitectónico
- 15 -
Fig. 6. Plano arquit ectónico del primer piso Univers idad Catól ica de Colombia2
4.4.2 Tercer piso
4.4.2.1 Plano isométrico
Fig. 7. Plano isométrico del tercer piso Universidad Cat ólica de Colombia
4.4.2.2 Plano Arquitectónico.
2 Planos realizados con el so ft ware Solid Edge, planos originales en el an exo C
- 16 -
Fig. 8. Plano arquitectónico del t ercer piso Universidad Católica de Colombia3
5 CÁLCULO DE CARGAS DE ENFRIAMIENTO
Las cargas de enfriamiento s irven para determinar la cantidad de energía que
hay que remover para mantener las condiciones de confort dentro del rec into
proveyendo de información para la selección de equipo y evaluar las
posibilidades óptimas para reduc ir las cargas.
La transferencia de calor sensible y latente entre el aire del espacio y los
alrededores se pueden c lasificar de la s iguiente manera, Wang. S. (1994):
3 Planos realizados con el so ft ware Solid Edge, planos originales en el Anexo C.
- 17 -
o Gananc ia de calor : Representa la tasa a la cual el calor entra al rec into
acondic ionado desde un lugar ex terno, o es suministrado desde el
inter ior del recinto durante un intervalo de tiempo.
o Carga de enfriamiento: Es la tasa a la cual el calor debe ser remov ido
desde el rec into acondicionado.
o Carga del serpentín: es la tasa a la cual el calor es removido por el agua
del Chiller que pasa a través del serpentín de enfriamiento.
5.1 CÁLCULO DE CARGAS DE ENFRIAMIENTO EXTERNAS
Se hizo una selección de la hora del día para la cual se realizarán los cálculos
de cargas térmicas debido al desplazamiento de la hora pico de gananc ias de
calor. Dado que la Univers idad Católica de Colombia es un Instituto de
educación superior con horario para estudiantes diurno y nocturno, el cálculo
deberá realizarse para dos horas cr íticas del día.
Tabla 4. Horas críticas para cálculo de cargas de enfriamiento
Hora critica, mañana Hora critica, noche
10 a.m. 8 p.m.
El cr iter io para la selección de esta hora cr ítica ha sido basada de acuerdo con
el flujo de personas en un día académico normal, temperatura de pico superior
en el interior de las instalaciones y recomendaciones de los usuar ios.
- 18 -
5.1.1 Carga de enfriamiento por conducción y convección a través de las paredes
El flujo de calor de un lugar a ex iste otro s i y solo si hay un diferencial de
temperatura entre el reciento y el ambiente, s iempre dir igiéndose hac ia el lugar
de menor temperatura, bien sea de afuera hac ia adentro o de adentro hacia
fuera, según sea el caso Wang S., (1994). En la figura 9 se representa un
material sólido, como la pared del recinto, en contac to con la atmósfera a
temperatura T0 y el recinto a temperatura Ti.
Fig. 9. Conducción de calor en estado estable a través de una pared compuesta.
Donde kq es la conducc ión de calor en estado es table para una dimens ión;
entonces tenemos que R
Tq
k
∆= , siendo R la res istencia térmica del material.
La carga de enfriamiento a través de las paredes (qp) se puede calcular por
medio de la siguiente relación:
corrp CLDTAUq **=
Siendo:
o U: Coefic iente de transferenc ia de calor o conductanc ia térmica,Km
W2 .
o A: Area superfic ial, 2m . o CLDTcorr: Factor corregido del diferencial de temperatura, .Co
El factor diferenc ial de temperatura CLDT de ASHRAE, (1985), debe ser
- 19 -
ajustado a las condiciones del diseño específico, dependiendo del lugar
geográfico en donde se encuentra el recinto, el tipo de material de cons trucc ión
y el color de la pared; utilizando la siguiente relac ión:
)4,29()5,25(*)( 0 −+−++= TTKLMCLTDCLTD Rcorr
Siendo:
o LM: Correcc ión de Latitud-Mes. o K: Factor de color o (25,5 – TR): Corrección de temperatura interna. o (To – 29,4): Corrección de temperatura exter ior , siendo To La
temperatura promedio del día. o TR: Temperatura de diseño o To: Temperatura del ambiente.
Como se ve en las figuras No.10 y No.11, el flujo de calor a través de las
paredes del edific io es inestable y depende de la hora del día y del mes al cual
se requiere calcular la carga térmica.
Corrección de diferencial de temperatura (CLTDcorr)para Bogotá en la dirección Este
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Hora
Temperatura, C
CLTD Standard CLTD corregido para Bogota
Fig. 10. Diferenc ial de temperatura de las paredes, corregido para la ciudad de Bogot a según las condic iones de diseño para la direcc ión Este.
- 20 -
Corrección del diferencial de temperatura (CLTDcorr) para Bogotá en la dirección Oeste
-5
0
5
10
15
20
25
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Hora del dia
Temperatura, Celcius
CLTD Standard CLTD corregida para Bogota
Fig. 11. Diferenc ial de temperatura de las paredes, corregido para la ciudad de Bogota según las condiciones de diseño para la direcc ión Oeste
Dado que Bogotá se encuentra localizada geográficamente en la zona tropical,
el cálculo de las carga se térmicas realizará promediando la correcc ión del
diferencial de temperaturas a lo largo del año académico, los cuales se
encuentran tabulados en el Anexo D.
La temperatura ambiente de la ciudad se encuentra por debajo de la
temperatura de diseño, por lo cual se espera que el calor salga a través de las
paredes del recinto hacia el exterior.
Para calcular las pérdidas de calor del edificio, se clas ifica el material de
cons trucc ión como de ladrillo común, según los estándares de ASHRAE de la
Tabla No. 5, donde se tabulan: el coeficiente de transferencia de calor del
ladrillo, grupo y código de c lasificación y corrección del diferencial de
temperatura para las horas a analizar.
- 21 -
Tabla 5. Parámetros para el cálculo de carga de enfriamiento de la pared ASHRAE GRP158, (1979) .
Hora Orientación del Sol
U, ( )Km
W2 Grupo Código
CLTD,
.Co corregidoCLTD
10 a.m.
Este 0,727 D A2 10 2,36
10 a.m. Oeste 0,727 D A2 5 -1,79
8 p.m. Este 0,727 D A2 17 8,17 8 p.m. Oeste 0,727 D A2 20 10,66
El cálculo las cargas de enfriamiento para cada una de las salas de
computadores de los pisos 1 y 3 del edificio se encuentran tabuladas en el
Anexo E. De la figura 12 a la 19 se representan las perdidas o gananc ias de
calor a través de las paredes a las 10:00 y 8 p.m. según la ubicac ión de la cara
de la pared (Es te/Oeste). Los s ignos negativos de las cargas significan que el
recinto pierde calor y los positivos que hay ganancia de calor.
Tabla 6. Area de las paredes de salas con vista al Este del primer y tercer piso.
Piso Sal a 1 Sal a 2 Sal a 3 Sal a 4 Sal a 5 Sal a 6 Sal a 7 Administración
1 No hay No hay No hay 9,32 ( )2m 9,84 ( )2m 12,08 ( )2m 12,37 ( )2m No hay
3 6,57 ( )2m 6,45 ( )2m 6,5 ( )2m 6,45 ( )2m 7,56 ( )2m No hay 9,61 ( )2m 10,85 ( )2m
Tabla 7. Area de las paredes de salas con vista al Oeste del primer y tercer piso.
Salas piso 1 Area, 2m Salas piso 3 Area, 2m
1 7,30 3 6,50
- 22 -
2 7,37 Seminario 12,03
3 7,80 Audio-v isuales 11,28
5.1.1.1 Carga de enfriamiento a través de las paredes a las 10 a.m.
a. Paredes de salas con vista al Este
-50,00
-40,00
-30,00
-20,00
-10,00
0,00
Carga
Térmica
(W)
Carga térmica de enfriamiento para
salas 1er. Pis o, 10 a.m
Sala 4 Sala 5 Sala 6 Sala 7
-20,00
-16,00
-12,00
-8,00
-4,00
0,00
Carga
Térmica
(W)
Carga de térmica de enfriamiento para
salas 3er. piso, 10 a.m
Sala 1 Sala 2 Sala 4Sala 5 Sala 7 AdministracionSala 3
Fig. 12. Carga Térmica para salas 1er. Piso, E. Fig. 13. Carga Térmica para salas 3er. Piso, E.
b. Paredes de salas con vista al Oste
- 23 -
-20
-15
-10
-5
0
Carga
Térmica
(W)
Carga térmica de enfriamiento para
salas 1er. piso
Sala 1 Sala 2 Sala 3
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
Carga
Térmica
(W)
Carga térmica de enfriamiento para salas
3er. piso
Sala 6 Seminario Audio-visuales
Fig.14. Carga Térmica para salas 1er. Piso, W. Fig.15. Carga Térmica para salas 3er. Piso, W.
Tabla 8. Carga de enfriamiento a través de las paredes del primer y tercer piso con respecto a la orientación geográf ica (10 a.m.)
Piso Dirección geográf ica q (W ) 1 Este -151,88 3 Este -92,86 1 Oeste -44,90
3 Oeste -38,78
5.1.1.2 Carga de enfriamiento a través de las paredes a las 8 p.m.
a. Paredes de salas con vista al Este
-160,00
-140,00
-120,00
-100,00
-80,00
-60,00
-40,00
-20,00
0,00
Carga
térmica
(W)
Carga térmica de enfriamiento para
salas 1er.piso, 8 p.m
Sala 4 Sala 5 Sala 6 Sala 7
-80,00
-60,00
-40,00
-20,00
0,00
Carga
térmica
(W)
1
Carga termica de enfriamiento para
salas 3er. piso. 8 p.m
Sala 1 Sala 2 Sala 3
Sala 4 Sala 5 Sala 7
A dmin istrac ion
- 24 -
Fig. 16. Carga Térmica para salas 1er. Piso. E. Fig. 17. Carga Térmica para salas 3er. Piso. E.
b. Paredes de salas con vista al Oste
-100
-80
-60
-40
-20
0
Carga térmica (W)
Cargas de enfriamiento para salas de 1er. piso 8 p.m
Sala 1 Sala 2 Sala 3
-100
-80
-60
-40
-20
0
Carga térmica (W)
Cargas de enfriamiento pa ra sa las 3e r. piso 8 p.m
Sala 6 Seminario" Audio-visuales
Fig. 18. Carga Térm ica para salas 1er. Piso, W . Fig. 19. Carga Térmica para salas 3er. Piso, W.
Tabla 9. Carga de enfriamiento a través de las paredes del primer y tercer piso con respecto a la orientación geográf ica (8 p.m .)
Piso Dirección geográf ica q (W)
1 Este -525,70
3 Este -321,43 1 Oeste -267,49 3 Oeste -231,03
5.1.2 Carga de enfriamiento a través de ventanas
La tasa instantánea de gananc ia de calor a través de las ventanas se puede
obtener por medio de un balance de energía entre el recinto y el medio en que
se encuentra.
La cantidad de calor trasmitido a través de las ventanas debe ser igual a la
ganancia de calor por conducc ión más la ganancia de calor por convecc ión,
ASHRAE (1985) . En el anexo F se encuentra tabulado este cálculo.
- 25 -
condradv qqq +=
5.1.2.1 Carga de enfriamiento por efecto de radiación solar
La carga de enfriamiento por efecto de radiac ión solar )( radq que pasa por las
ventanas se calcula de acuerdo a la siguiente relación:
FCEFGCSACSqrad ***=
Siendo:
A: Area neta de la ventana. CS: Coeficiente de sombra de la ventana. FGCS: Factor de gananc ia de calor solar (anexo G). FCE: Factor de carga de enfriamiento. Tabla 10. Parámetros para el cálculo de carga de enfriam iento de
radiación a través de ventanas, ASHRAE GRP158, 1979
Tipo de vidrio Espesor nominal, mm
Coeficiente de sombra
Factor de ganancia de calor sol ar,
( )Km
W2
Factor de carga de enfri amiento
Plano –claro 6,35 0,65 728 0,62
5.1.2.1.1. Carga de enfriamiento a las 10 a.m.
a. Costado Este
- 26 -
0,00
10,00
20,00
Carga term ica (W)
Cargas de radiación a través de ventanas con vista al Este, 1er piso,
10 a.m
Sala 4 Sala 5 Sala 6 Sala 7
0,00
1000,00
2000,00
3000,00Carga termica (W)
Cargas de radiación a tr avés de ventanas con vista al Este, 3er piso,
10 a.m
Sala 1 Sala 2 Sala 3
Sala 4 Sala 5 Sala 7
Administrac ion
Fig. 20. Carga de radiac ión a ventanas 1er. Piso, E. Fig. 21. Carga radiac ión a v entanas 3er. Piso, E.
b. Costado Oeste
0,00
200,00
400,00
600,00
800,00
Carga termica (W)
Cargas de radiación a través de ventanas con vista al Oeste, 1er
piso, 10 a.m
Sala 1 Sala 2 Sala 3
0,00
300,00
600,00
900,00
Carga term ica (W)
Cargas de radiación a través de ventanas con vista al Oeste, 3er piso,
10 a.m.
Sala 6 Audio-visuales Seminario
Fig. 22. Carga de radiación a ventanas 1er. Piso, W. Fig. 23. Carga radiación a ventanas 3er. Piso, W.
Tabla 11. Carga de enfriamiento por r adiación a través de las ventanas (10 a.m .)
Piso Dirección geográfica qr (W)
1 Este 0 3 Este 16318,36 1 Oeste 1956,95
3 Oeste 4949,95
5.1.2.1.2. Carga de enfriamiento por efecto de radiación solar a las 8 p.m.
- 27 -
Nula.
5.1.2.2. Carga de enfriamientos por conducción. )( condq
La carga de enfriamiento a través de las ventanas por conducc ión )( condq se
determina por la s iguiente expres ión: CLTDAUqcond **=
Siendo:
o U: Coefic iente de transferenc ia de calor o conductanc ia térmica,Km
W2 .
o A: Área superfic ial, 2m . o CLDT: Factor del diferenc ial de temperatura, .Co
Tabla 12. Parámetros para el cálculo de carga de enfriam iento de
ventanas por conducción, ASHRAE Fundamentals 1985.
Hora CLTD, .Co Corrección CLTDcorr U, ( )
KmW
2
10:00 a.m. 2 -3,40 3,2 8 p.m. 4 -1,40 3,2
- 300
-250
-200
-150
-100
-50
0
Carg a termica (W)
Carg a térm ica por conducción en ventanas, 1er piso, 10 a.m
Sala 1 Sala 2 Sala 3 Sala 4
Sala 5 Sala 6 Sala 7
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
Carga te rmica
(W)
Carga té rmica por conducción en
ventanas , 3er piso 10 a.m
Sala 1 Sala 2 Sa la 3 Sala 4
Sala 5 Sala 6 Sa la 7 A udio -vi suales
Seminario Adminis tracion
Fig. 24. Carga térmica por conducción en ventanas Fig. 25. Carga térmica por conducción en v entanas Piso 1 Piso 3
Tabla 13. Carga de enfriamiento a través de las ventanas del primer y tercer piso
- 28 -
Hora Piso Carga por radicación qr (W)
Carga por conducción
qc (W)
Carga total, qv(W)
10:00 a.m.
1 1956,95 -352,22 1604,73
10:00 a.m. 3 21268,30 -1160,19 20108,12
08:00 p.m.
1 0,00 -145,03 -145,03
08:00 p.m. 3 0,00 -477,72 -477,72
5.2. CÁLCULO DE CARGAS DE ENFRIAMIENTO INTERNAS
Dentro del recinto existen ac tores que intervienen en la gananc ia de calor como
son: Luces, personas, dispositivos elec trónicos, entre otros. A continuac ión se
analizan los factores que inc iden directamente en los salones de computadores
de la Universidad Católica de Colombia
5.2.1. Alumbrado
Los bombillos convierten una fracc ión de energía eléc trica en luz v isible y el
resto sale direc tamente como radiac ión infrarroja en forma de calor.
Caracter ísticas técnicas del alumbrado de las salas de computadores de la
Universidad Católica son:
o Tipo: fluorescente T8 -Start-Coat o Fabricante: General Electr ic 32T8/SP41 o Tiempo de encendido: 14 horas (de 6 a.m. a 10 p.m.) o Potencia nominal: 34 Wattios por bombillo. Dos bombillos por Balasto. o Clas ificac ión ASHRAE para balastos: Factor “a” para lámparas
incrustadas y ventilación media de 0,55
- 29 -
o Clas ificac ión ASHRAE para luces: Fac tor “b” para c irculac ión de aire en el rec into y tipo de suministro y retorno: C (Tasa media de ventilac ión, suministro a través del techo, cielo raso no ventilado).
Cálculo de la carga de enfriam iento para el alumbrado )(Wqa
El cálculo de la carga de enfriamiento para el alumbrado )(Wqa , se encuentra
tabulado en el anexo H. Se obtiene por medio de la s iguiente expresión:
CLFFFqq suia ***=
Siendo:
o qi: Carga total del alumbrado. o Fu: Fracc ión de qi en uso. o Fs: Factor de Balasto para luces fluorescentes . o CLF: Factor de carga de enfriamiento.
5.2.1.1. Cargas de enfriam iento a las 10 a.m.
0
50
100
150
200
250
300
Carga térm ica (W)
Carga térm ica de enfriamiento de luces , 1er piso 10 a.m.
Sala 1 Sala 2 Sala 3 Sala 4
Sala 5 Sala 6 Sala 7
0
100
200
300
400
500
Carga té rmica (W)
Carga témica de enfr iam iento de luces,
3er piso, 10 a.m
Sa la 1 Sa la 2 Sa la 3Sa la 4 s ala 5 Sa la 6
Sa la 7 A udio -visuales SeminarioAdm inis tracion
- 30 -
Fig. 26. Carga térmica para luces 1er Piso, 10 a.m. Fig. 27. Carga térmica para luces 3er Piso, 10 a.m.
5.2.1.2. Cargas de enfriam iento a las 8 p.m.
0
30
60
90
Carga térm ica
(W)
Carga térmica de enfriam iento de
luces, 1er piso, 8. pm
Sala 1 Sala 2 Sala 3 Sala 4
Sala 5 Sala 6 Sala 7
-20
20
60
100
140
180Carga
térm ica
(W)
Carga térm ica de e nfriamie nto de luce s,
3er piso , 8 p.m .
Sala 1 Sala 2 Sala 3
Sala 4 Sala 5 Sala 6
Sala 7 Audio -visuales Seminario
A dministracio n
Fig. 28. Carga térmica para luces 1er Piso, 8 p.m. Fig. 29. Carga térmica para luces 3er Piso, 8 p.m.
Tabla 14. Carga de enfriamiento por alumbrado del primer y tercer piso
Piso 10:00 a.m. 8:00 p.m. 1 piso 1651,97 W 504,77 W 3 piso 3055,1 W 933,51 W
5.2.2. Ocupantes
Las personas que permanecen en un rec into, dis ipan calor por medio de
intercambio radiante y convectivo al entorno y por evaporac ión de la
transpiración natural de cuerpo. Beltrán R. (1992), lista una ser ie de valores
que cuantifica la gananc ia de calor en un recinto, teniendo en cuenta la
actividad fís ica que se esté desarrollando. En la tabla 14 presentan los valores
de calor sensible y latente para la actividad que se desarrolla en las aulas de
computadores (actividad de ofic ina) .
- 31 -
Cálculo de la carga de enfriam iento por el personal )(Wq p
El cálculo de la carga de enfriamiento por el personal que se encuentra dentro
del recinto )(Wq p , se obtiene por medio de la siguiente expres ión, ASHRAE
(1985):
personasNopersona
CLFpersonasNopersona
qqq
lat
lat
sens
sens
latsensp
.*
*.*
=
=
+=
Siendo:
:pq Carga de enfriamiento por los ocupantes que usan las salas.
:sq Carga de calor sensible.
:latq Carga de calor latente.
:CLF Factor de enfriamiento para los ocupantes.
Tabla 15. Ganancia de calor de las salas de computadores por ocupante, Beltrán R. (1993)
Calor Sensible
(W) Calor Latente
(W) Calor Total (W)
75 75 150
Los estudiantes duran en promedio de dos horas en las salas de
computadores, pero los pues tos es tán constantemente ocupados; pero
entre la 1 p.m. y la 4 p.m. el flujo de ocupación se reduce por lo cual se
puede afirmar que el factor de carga de enfriamiento (CLF) es de 0,75.
- 32 -
ASHRAE Fundamentals, (1985).
0
2000
4000
6000
8000
10000
Carga
térmica (W)
Carga de enfriamiento por personal
en el 1er piso
Sala 1 Sala 2 Sala 3 Sala 4 Sala 5
Sala 6 Sala 7
0
2000
4000
6000
Carga térmica (W)
Carga de en fr iamiento por personal en el 3er piso
Sala 1 Sala 2 Sala 3
Sala 4 Sala 5 Sala 6
Sala 7 Seminario Audio-v isuales
Adminis tracion
Fig. 30. Carga térmica por ocupación de 1er Piso. Fig. 31. Carga térmica por ocupación del 3er Piso.
Luego la carga térmica de enfriamiento debido a los ocupantes, tabulado en el
anexo I es:
Tabla 16. Carga de enfriamiento por ocupación del primer y tercer piso
Piso )(, Wq p
1 45281,25
3 39900
5.2.3. Computadores
Caracter ísticas técnicas:
• Fabricante: Dell Optiplex
• Fuente de alimentación 280W 4
4 Tomado d e: http://www1.euro.d ell.com/content/products/productdetails.aspx/optix_745?c=es&l=es&s=pub, recuperado el 3 d e Agosto d e 2007 .
- 33 -
El cálculo de la carga de enfriamiento para los equipos de computadores
)(Wqc se ve representado en la figura 32 y 33 para los pisos 1 y 3
respectivamente. Los datos se encuentran tabulados en el Anexo J.
0
400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3200
Carga term ica
(W)
Carga de enfriamiento de computadores, 1er piso
Sala 1 Sala 2 Sala 3Sala 4 Sala 5 Sala 6Sala 7
0
400
800
1200
1600
Carga
term ica(W)
Carga de enfriamiento por los computadores del 3er piso
Sala 1 Sala 2 Sala 3Sala 4 Sala 5 Sala 6
Sala 7 Audio-v isuales Seminario
Administracion
Fig. 32. Cargas térmicas por computadores 1er piso Fig. 33. Carga térmica por computadores 3er piso.
Tabla 17. Carga de enfriamiento por computadores del primer y tercer piso
Piso )(, Wqc 1 15232 3 11379
5.3. CARGAS TOTALES DE ENFRIAMIENTO
La carga de enfriamiento es la cantidad de calor que debe extraer el equipo
desde el recinto o zona acondic ionada con el fin de mantener las condiciones
inter iores constantes. Beltrán R.(1993) .
El total de las cargas térmicas de refrigerac ión se calcula sumando
- 34 -
algebraicamente cada una de las cargas que afectan al recinto (piso 1 y piso
3), para las 10:00 a.m. y para las 8:00 p.m. s iendo exactamente iguales a las
ganancias instantáneas de calor5.
5.3.1. Cargas totales de enfriamiento a las 10 a.m .
Tabla 18. Cargas Totales de enfriam iento a las 10 a.m.
Hora Piso Carga de
enfriamiento Total por Piso, W
Carga de enfriamiento Total , W
10:00 a.m. 1 63835,67 138146,44
10:00 a.m. 3 74310,78
5.3.2. Cargas totales de enfriamiento a las 8 p.m.
Tabla 19. Cargas Totales de enfriam iento a las 8 p.m.
Hora Piso Carga de
enfriamiento Total por Piso, W
Carga de enfriamiento Total , W
8:00 p.m. 1 60319,36 111494,51
8:00 p.m. 3 51175,15 Para comprobar si el equipo instalado de 40 Toneladas de Refrigerac ión es
capaz de remover la cantidad de energía que hay dentro de las salas y
mantener las condic iones de confor t, en su punto de carga máxima, se
analizan las cargas de enfriamiento de las tablas 16 y 17, las cuales tienen los
valores que proveen informac ión para seleccionar el equipo.
5 La suma de l as ganancias instantán eas d e calo r del recinto no neces ariament e son iguales a l a carga de en friamiento . Esto depende del tipo de construcción de la edi ficación (si es liviana o pesada), puesto que las paredes abso rben el calor, retardando el efecto que este hace en el recinto. No siendo el caso para la edi ficación de la Universidad Católica de Colombia (Rafael Beltrán)
- 35 -
Sabiendo que 1 Tonelada de refrigeración son 3516 Watt. La energía necesaria
para remover las cargas máx imas a las 10:00 a.m. es de 39,3 TON de
Refrigeración y a las 8:00 p.m. 31,7 TON de Refrigerac ión, luego tengo
evidenc ias suficientes para dec ir que la unidad de refrigeración instalada en la
Universidad Católica de Colombia será capaz de remover las cargas de
enfriamiento en el momento de máx ima carga y de mantener todas las salas de
computadores confortables térmicamente, para la mayor ía de los ocupantes.
6. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
El sistema instalado para las salas de computadores de la Universidad Católica
de Colombia, se clas ifica en la categor ía de sistema todo agua, Wang S.
(1994), el cual está integrado por un sistema de aire, un sis tema de agua o
hidrónico y una unidad de refrigerac ión.
El sis tema de aire llamado Unidad de Fan coil, son s istemas s imples de
serpentín, en los que cada unidad recibe una entrada de agua fría o de chiller y
termina en un retorno al s istema de agua. Un ventilador de aspa horizontal
toma el aire del medio ambiente ex ter ior, lo pasa por un filtro y un serpentín,
que le remueve el calor y lo reduce a la temperatura de diseño para finalmente
descargarlo en la sala.
El sistema de distr ibución de aire debe mantener la temperatura de la sala
dentro de los límites aceptables, la var iac ión de temperatura máx ima
aprox imada es de Co1 entre distintos puntos, las cuales dependen
- 36 -
normalmente del sistema de control. Carr ier, (1970).
La entrada del aire acondicionado al recinto puede ser directamente o través de
tramos de ductos. Su objetivo final es el de remover las cargas térmicas y
renovar 100% el aire continuamente. La figura 34 representa
esquemáticamente el proceso.
Fig. 34. Diagrama esquemátic o del proc eso de 100% de renovación de aire.
El sistema de acondicionamiento de aire tiene como funciones pr incipales:
o Acondicionar el aire de suminis tro enfriándolo, purificándolo y atenuando
cualquier tipo de ruido causado por los ventiladores.
o Distribuir el aire acondic ionado al rec into o sala y extraer el aire para
recirculac ión o evacuación de aire no deseado.
- 37 -
o Controla las condiciones predeterminadas de confort con un consumo
óptimo de energía y mínimo costo.
El rendimiento del sis tema depende de la forma como se integra la unidad de
refrigeración con el sis tema de ventilac ión y con el sis tema hidrónico (tubería,
bombas, tanques, etc .). Cada uno de los tres hace parte fundamental para la
evacuación ex itosa de calor dentro de las salas. Por lo cual se analizarán los
tres sub-sis temas por separado, con el objetivo de tener cr iterios sufic ientes
para proyec tar una propuesta fundamentada para la solución del problema.
Fig. 35. Sub.-sist emas del Sist ema hidrónico central.
6.1. SISTEMA DE VENTILACIÓN
La cantidad de aire suministrada por ocupante es una var iable muy importante
a tener en cuenta, porque la tasa de renovación depende princ ipalmente del
número de ocupantes por área de serv icio y de la aplicación del recinto, Carrier
- 38 -
(1970). El es tándar ASHRAE 62-1981 define una ser ie de requerimientos
de suministro de aire por ocupante y recomienda en general diseñar para 25
cfm ( )hm 3
47,42 por ocupante.
Para calcular la tasa de ventilac ión óptima ⋅
V , para las salas de computadores
se usa la relac ión: *
=
⋅⋅
personaVV numero de ocupantes .
6.1.1. Proceso de enfriamiento del aire húmedo
En el proceso de enfriamiento del aire húmedo por debajo del punto de rocío,
parte del vapor de agua se condensa, como se ilustra en la figura 31. Beltrán R.
(1993) idealiza este proceso asumiendo que:
a. Todo el aire húmedo se enfría hasta la misma temperatura antes de salir del
serpentín de enfriamiento.
b. Todo el condensado líquido se enfría hasta misma temperatura antes de salir
del s istema.
Luego, el aire húmedo sale en es tado de saturac ión y la entalpía del
condensado es la del líquido a la temperatura T2.
Fig. 36. Esquema del proc eso de enfriamiento de ai re por medio de un s erpentín.
- 39 -
Para es te proceso se tiene:
( )
( ) ( )[ ]f
a
af
ffaa
hWWhhmq
WWmm
hmqhmhm
212121
21
2121
−−−=
−=
++=
⋅
⋅⋅
⋅⋅⋅
6.1.2. Análisis Psicrométrico del acondicionamiento de aire.
Para verificar el rendimiento del s istema, primero se debe hacer un análisis
Ps icrométr ico del c ic lo de acondic ionamiento de aire, Wang S. (1994) . En la
carta de Mollier o Psicrométr ica modificada para Bogotá como se representa en
la figura 37. y anexo K, el aire exterior pasa por el serpentín de enfriamiento
que le remueve el calor y lo lleva hasta la temperatura deseada T2. La entalpía
en este punto es menor que la del punto anterior , pues a esta condic ión se ha
extraído la condensación del aire. “Este proceso es altamente idealizado: por un
lado una vez que el aire húmedo pasa por el serpentín, el vapor de agua comienza
a condensarse pasando por una serie de temperaturas antes de llegar hasta el
estado final o sea que la condensación no es en realidad a temperatura constante.
Por otra parte no todo el aire húmedo se puede poner en contacto con el serpentín
de enfriamiento quedando una parte del aire en una condición diferente de la
saturación” Beltrán R. (1992).
- 40 -
Fig. 37. Carta Psicrométrica para Bogotá con el proceso de enfriamiento de aire por medio de un serpentín.
6.1.3. Ciclo de evolución de aire
Para lograr que el sistema de renovac ión de 100% de aire, representado en la
figura 37., lleve a cabo su función, toca tener en cuenta los factores que
afectan el adecuado transpor te de aire a su destino final y compense
simultáneamente las propiedades térmicas del aire clasificadas como
ganancias sens ibles y latentes.
El factor de calor sens ible FCS (segmento de rec ta aire de suminis tro-condic ión
de diseño), representa la evolución del aire en el interior de la sala,
relac ionando las cargas de calores sensibles y latentes.
latentesensible
sensible
qFCS
+=
- 41 -
“Si el caudal de aire impulsado es suficiente para compensar estas cargas, se
mantendrán las condic iones de humedad relativa y temperatura fijadas.” Carrier
(1970).
Las cargas sensibles por el aire de la ventilación dependen de la diferencia de
temperaturas entre el exterior y el inter ior del recinto, Beltrán R. (1993), y se
calculan as i:
)(*23.1 int eriorexterior
sensible
tt
qV
−=
⋅
Donde:
⋅
V = Caudal de aire de ventilación ( )s
m3
kWCalorqsensiblesensible
,=
=−eriorexterior
tt int Diferenc ia de temperatura entre la entrada y salida de la
unidad, .Co
Las cargas latentes por el aire de la ventilac ión se deben a las diferenc ias de
humedad entre el aire exterior y el aire del recinto y calculan as í:
)(*3057salidaentrada
latente
WW
qV
−=
⋅
Donde:
⋅
V = Caudal de aire de ventilación ( )s
m3.
kWCalorqlatentelatente
,= .
=−eriorexterior
WW int Diferenc ia de humedades espec ificas, (kg/kg).
6.1.4. Diseño del sistema de ventilación
- 42 -
Con lo anter ior se diseña un s istema óptimo de ventilación y aire
acondic ionado, que remueva las cargas térmicas de cada sala y tenga 100%
aire de renovación.
Tabla 20. Parámetros de diseño de aire acondicionado para Bogotá.
Tabla 21. Diseño de aire acondicionado para salas de computadores, Universidad Católica de Colombia, 1er piso.
Piso 1 Sala 1 Sala 2 Sala 3 Sala 4
Calor sens ible, W 5252,86 5298,08 5169,43 5057,11 Calor latente, W 3375,00 3375,00 3375,00 3375,00
Carga de enfriamiento, W 8627,86 8673,08 8544,43 8432,11
Suministro de aire a la sala,
hm 3
1911,15 1911,15 1911,15 1911,15
Suministro de aire a la sala,
sm 3
0,53 0,53 0,53 0,53
Entrada de temperatura a la
Sala, Co 12,46 12,39 12,58 12,76
Carga sensible del serpentín, W
5252,86 5298,08 5169,43 5057,11
Humedad especifica, kg/kg. 0,0078135 0,0078213 0,0078106 0,0074796 Carga latente del serpentín,
W 3854,42 3841,76 3859,12 4396,30
Carga del serpentín, W 9107,28 9139,84 9028,55 9453,41 Carga del serpentín,
TON/REF 2,59 2,60 2,57 2,69
Tabla 22. Diseño de aire acondicionado para salas de computadores, Universidad Católica de Colombia, 1er piso. (Continuación)
Parámetros de diseño
Temperatura externa de Bulbo seco,
Co .
Temperatura externa de
Bulbo húmedo,
Co .
Humedad Relativ a externa,
%
Humedad especif ica, kg/kg.
Temperatura de la Sala,
Co
Humedad Relativ a de la
Sala, %
Humedad especif ica, kg/kg
Temperatura de Due Point.
Co
20,5 14,4 50 0,010189 22 60 0,013463 13,85
- 43 -
Piso 1 Sala 5 Sala 6 Sala 7 Calor sensible, W 4905,28 4897,47 7380,44 Calor latente, W 3525,00 3525,00 5325,00
Carga de enfriamiento de la sala, W 8430,28 8422,47 12705,44
Suministro de aire a la sala, h
m3 1911,15 1911,15 3015,37
Suministro de aire a la sala, s
m3 0,53 0,53 0,84
Entrada de temperatura a la Sala,
Co 12,99 13,00 13,34
Carga sensible del serpentín, W 4905,28 4897,47 7380,44 Humedad espec ifica del cuarto,
kg/kg. 0,007593 0,0075974 0,0077693 Carga latente del serpentín, W 4212,26 4205,12 6194,59
Carga del serpentín, W 9117,54 9102,60 13575,03 Carga del serpentín, TON/REF 2,59 2,59 3,86
Tabla 23. Diseño de aire acondicionado para salas de computadores, Universidad Católica de Colombia, 3er piso.
Piso 3 Sala 1 Sala 2 Sala 3 Sala 4 Sala 5
Calor sensible, W 6096, 15 6051, 45 6243, 08 5964, 97 4702, 02
Calor lat ente, W 2625, 00 2625, 00 2700, 00 2175, 00 2175, 00
Carga de enf riamiento de la sala, W 8721, 15 8676, 45 8943, 08 8139, 97 6877, 02
Suministro de aire a la
sala, h
m3
1635, 10 1635, 10 1681, 81 1354, 79 1354, 79
Suministro de aire a la
sala, sm3
0,45 0,45 0,47 0,38 0,38
Entrada de temperat ura a
la Sala, Co 11,59 11,67 11,64 10,11 12,34
Carga sensible del serpentín, W 4978, 83 4934, 13 5093, 84 4807, 75 3776, 24
Humedad especif ica del cuart o, kg/kg. 0,0075462 0,0075551 0,0075069 0,0072111 0,0071048
Carga latente del serpentín, W 3668, 81 3656, 45 3829, 76 3425, 38 3547, 67
Carga del serpentín, W 8647, 64 8590, 58 8923, 60 8233, 13 7323, 92 Carga del s erpentín,
TON/REF 2,46 2,44 2,54 2,34 2,08
Tabla 24. Diseño de aire acondicionado para salas de computadores,
Universidad Católica de Colombia, 3er piso. (Continuación)
- 44 -
Piso 3 Sala 6 Sala 7 Administración Seminario Audio- visuales
Calor sensible 4402,02 6286,51 5394,90 2717,70 2909,07 Calor latente 2475,00 2475,00 1050,00 2250,00 2250,00 Carga de
enfriam iento de la sala, W
6877,02 8761,51 6444,90 4967,70 5159,07
Suministro de ai re a
la sala , h
m3
1401,51 1401,51 1124,10 974,10 654,04
Suministro de ai re a
la sala, s
m3
0,39 0,39 0,31 0,27 0,18
Entrada de temperatura a la
Sala, Co 12,41 11,27 11,45 12,33 11,48
Carga sensible del serpentín, W
3875,28 4419,00 3474,56 2717,70 2015,21
Humedad especifica del cuarto 0,007541 0,0071012 0,0075544 0,0085818 0,006678
Carga latente del serpentín, W
3150,88 3674,29 2514,41 1329,05 1949,71
Carga del serpentín, W 7026,16 8093,29 5988,98 4046,76 3964,92
Carga del serpentín, TON/REF
2,00 2,30 1,70 1,15 1,13
6.1.5. Reporte de diseño por contrat ista Mekatron EU.
Para el proceso de Auditor ia es importante adjuntar a es tos datos de diseño,
los cálculos otorgados por el contratista (Mekatron E.U) en el proceso de
lic itac ión.
Quien afirma:
- 45 -
“La carga térmica total para los 16 laboratori os y las dos oficinas es de 533 470
Btu/hr = 44,45 TON/REF6. Se han considerado como fuentes de calor latente y
sensible 25 computadores y 40 estudiantes por sala”7.
6 Es i mpo rtante notar que la empresa Mekat ron EU esti ma 44.45 TON. De Refrig eración de cargas térmi cas gen eradas en las salas d e computado res de la Universidad Católica d e Colombia y sin embargo instala un equipo 40 TON. De Refrigeración, que para sus propios cál culos no removería esta carg a. 7 La Univ ersidad Católica de Colombia ha facilitado acceso a la documentación entregada por el contratista Mekatron EU. En estos documentos se encuentran: Datos de cargas térmicas , tipo de sistema, equipos, costos, pro ceso de licitación, instalación, entre otros .
- 46 -
- 47 -
6.2. SISTEMA HIDRÓNICO
El agua del s istema de enfriamiento de los serpentines se denomina s istema de
agua de chiller, Wang S. (1994), y se representa en la figura 38.
Fig. 38. Esquema de sistema de enf riam iento todo agua instalado en la Univ ersidad Catól ica
Bba. Distribucion No.2
Bba. Distribucion No.1
Bba. Evaporador No. 2
Bba. Evaporador No.1
P-1
Tk. Agua de Chiller No.2
Tk. Agua de Chiller No. 1
Suministro1er. Piso
Bba. Condensador No.1
Bba. Condensador No. 2Sistema de Refrigeración
P-76
Tk. Expansión
Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil
Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil Fan-coil
Retorno
Suministro 3er. Piso
V-41
Retorno
P-146
- 48 -
de Colombia.
El sistema hidrónico de la figura 38, el cual por medio de una bomba roto-
dinámica (Bomba de dis tribución 1 y 2) suminis tra agua fr ía a los serpentines
de todas las unidades de fan-coil a través de un conjunto de tuberías. Otra
bomba (Bomba de evaporador 1 y 2) recoge el agua de retorno y la transporta
al evaporador de la unidad de refrigeración o chiller para removerle el calor, y
luego ser depositada dentro de dos tanques de 500 cc. cada uno a una
temperatura de 7 Co , donde comienza nuevamente el c iclo.
En el techo del edific io de la Universidad, se encuentra ins talado un tanque de
almacenamiento de agua abier to a la intemperie, el cual ha sido diseñado con
dos propós itos, MEKATRON EU:
i. Sirve como fuente para remover el calor del gas refrigerante de la
unidad de refrigeración. Una bomba (Bomba de condensador 1 y 2)
succiona agua de la parte de abajo del tanque de expansión, la pasa por
el condensador de la unidad de refrigeración y la vuel ve a depositar en el
mismo tanque a 20 cm . por encima del nivel de agua.
ii. Esta agua de retorno se utiliza para el sistema sanitario, con el fin de
suministrar agua a los lavamanos a una temperatura agradable para los
usuarios .
El paso del agua a través de la tubería se efectúa bajo flujo estac ionario o flujo
permanente, es decir que en un punto dado dentro del campo de flujo, la
veloc idad y otras propiedades son las mismas para todo el instante del tiempo,
- 49 -
sin embargo las propiedades del flujo tales como la veloc idad, pres ión,
temperatura y densidad, var íen de un punto a otro, Fox R. (2004) . La figura 39
representa el s istema de suministro y retorno de agua para las unidades de
fan-coil de los pisos 1 y 3, y además se ilustra la alimentac ión del condensador
de la unidad de refrigerac ión.
El material de la red de tuber ías de agua de enfriamiento es PVC aislado
térmicamente en la mayoría de su longitud, posee dos válvulas de bola para
cada fan-coil dando flex ibilidad de aislamiento a las unidades según sea
requerido.
Fig. 39. Sistema de suministro y retorno de agua para c ada piso y alimentac ión del
Bba. Distribucion No.2
Bba. Distribucion No.1
Bba. Evaporador No. 2
Bba. Evaporador No.1
P
PP
P
P-1
Tk. Agua de Chi ller No.2
Tk. Agua de Chiller No. 1
Suministro3er. Piso
Suministro1er. Piso
Retorno agua3er. Piso
Retorno agua 1er. Piso
Bba. Condensador No.1
Bba. Condensador No. 2
P
P
Tk. Expansión
Tk. Expansión
Sistema de Refrigeración
Tk. Expansión
Tk. Expansión
- 50 -
condensador de la unidad de ref rigeración.
6.2.1. Sistema de distribución de agua a través de las unidades de fan-coil.
El sistema de distr ibuc ión de agua a través de las unidades de fan-coil, es un
sistema abierto puesto que el caudal de agua c ircula por el interior de un
tanque expuesto a la atmósfera, Carrier (1970) cuyo sistema de agua de
retorno es direc to, como se ilustra en la figura 40.
Fig. 40. Sistema tubería de agua con retorno directo
El sistema de retorno de tuberías directo es el más económico de los sis temas,
porque la longitud en el circuito de agua en las tuber ías de suministro y de
retorno es la misma para todas las unidades de fan-coil, s in embargo no todas
tendrán el mismo flujo de agua, la diferenc ia de caudal depende de la caída de
pres ión de las tuber ías de suministro y retorno, de la perdida a través de la
misma unidad, de las válvulas y acoplamientos que estas tengan. Por lo cual se
debe calibrar, ex igiendo la necesidad de válvulas auxiliares u orific ios
calibrados y elementos para medir caídas de pres ión, Carr ier (1970).
Como no todas las salas de computadores tienen las mismas cargas térmicas,
es necesario que el caudal de agua en las unidades de fan-coil sean
- 51 -
controladas automáticamente para compensar es ta var iación.
Un método manual para calibrar el caudal de agua que pase a través del
serpentín, es ajus tando la caída de presión al conectar en la tuber ía de entrada
una válvula de compuerta y manómetros en ambas direcciones del flujo en la
unidad. En la figura 41 se hace un bosquejo de lo que existe actualmente en
dos de las 14 unidades exis tentes y la recomendación de instalación de los
elementos descritos arriba para controlar el caudal. Carr ier (1970)
Fig. 41. Dispos ición de la tubería con accesorios para ajustar el caudal de los serpentines de las unidades de f an-coil
6.2.2. Caudal de agua a través de los serpentines de enfriamiento
Saldarriaga (2000) , dice que cuando se desea analizar el caudal de un diseño
de tuber ía que ex iste, implica que se conocen su longitud, su diámetro y su
rugos idad absoluta, porque conoce el mater ial, al igual que todos los
- 52 -
accesor ios y sus coefic ientes de perdidas menores, además se conoce la
energía impulsora (bomba roto-dinámica), y las propiedades del fluido
(dens idad y viscosidad dinámica).
El uso direc to de un medidor de flujo o caudalímetro se cons idera como el
método más confiable para determinar el flujo de agua que pasa por una
tuber ía, Endress & Hauser (2005), pero como no ex iste es te dispos itivo
ins talado, se usa la relación de conversión de energía para calcular cuanta
agua se necesita por unidad de tiempo para remover la carga sensible de cada
sala así:
TCmq ps ∆=⋅
**
Donde:
=sq Calor sens ible, W
=⋅
m Tasa de flujo más ico de agua, skg
=pC Calor espec ifico, KkgkJ
o
=∆T Cambio de temperatura, Co
Para el agua, el calor específico es 4.1868 Kkg
kJo , entonces el caudal será:
( ) CTCkg
kJs
kJqm
s
o
o ∆=
⋅
*1868.4
,
Siendo Caudal ρ
⋅
= mQ , donde =ρ Dens idad, 3m
kg
6.2.2.1. Determinación del flujo de agua a través de los serpentines
- 53 -
a. Medic ión de temperatura de entrada y salida de agua.
A continuación se relacionan los reportes de balance de agua para los pisos 1 y
3 del sistema.
- 54 -
- 55 -
- 56 -
- 57 -
6.2.2.2. Bombas de distribución
Tabla 27. Bombas de sum inistro de agua para las unidades de Fan-coil
Especificaciones de la bomba Motor Fabricante BARNES Fabricante SIEMENS
Modelo EC 220 Modelo 1RF3 097-2Yb99 NEMA
56J
Tipo Centr ifuga Factor de servic io
1,2
Tamaño de
impeller 5.150" Potencia 2.0 H.P.
Frecuenc ia 60 Hz. Caudal, l.p.m 260 Voltaje (115 - 230) V
Cabeza, m 24 Corriente (22.0 - 11.0) A
r.p.m. 3450 r.p.m. 3450
Fig. 42. Fotograf ía de bombas para sistema de aire acondicionado.
- 58 -
Tabla 28. Cabeza real de las bombas 1 y 2 de sum inistro.
Presión de la bomba de suministro para piso 1
Presión de la bomba de sum inistro para piso 3
Succión, (PSI) -3 Succión, (PSI) -2 Descarga, (PSI) 36 Descarga, (PSI) 34 Cabeza (m) 23,19 Cabeza (m) 22,48
Las bombas del s istema hidrónico han sido fabr icadas por Barnes de Colombia
S.A, el cual ha proporc ionado las curvas de rendimiento de las Bombas EC 220
y EC 220S las cuales son:
- 59 -
Fig. 43. Curva de rendimient o de bombas de suministro para unidades de f an-c oil.
6.2.2.3. Bombas del evaporador
Cada uno de los dos c ircuitos tiene una capac idad de 20 TON/REF. con lo cual
se calcula el flujo de agua que debe ser bombeado a través de las placas del
evaporador. La diferenc ia de temperatura será la temperatura del agua de
retorno de las unidades de fan-coil y la temperatura del tanque de agua de
CHILLER en es tado estable.
Tabla 29. Caudal teórico de las bombas del evaporador de agua para las unidades de Fan-coil
Piso
Capacidad de transferencia de calor del
evaporador, W
Temperatura de entrada,
Temperatura de salida,
Caudal teórico,
skg
1 70,000 12 7 3.34 3 70,000 12 7 3.34
Tabla 30. Bombas de retorno de agua para las unidades de Fan-coil
Especificaciones de la bomba Motor Fabricante BARNES Fabricante SIEMENS
Modelo EC 207 Modelo 1RF3 094-2YB99 NEMA
56J
Tipo Centr ifuga Factor de servicio
1,5
Tamaño de
impeller 4,560" Potencia 0,75 H.P.
Diseño Frecuenc ia 60 Hz.
- 60 -
Caudal, l.p.m
150 Voltaje (115 - 230) V
Cabeza, m 24 Corr iente (10 - 5) A
r.p.m. 3450 r.p.m. 3450
Fig. 44. Curva de rendimiento de bombas de retorno para el ev aporador.
Tabla 31. Cabeza real de las bombas 1 y 2 de retorno.
Presión de la bomba de retorno para piso 1
Presión de la bomba de retorno para piso 3
Succión, (PSI) -7 Succión, (PSI) -6 Descarga, (PSI) 22 Descarga, (PSI) 23
Cabeza, m 10,5 Cabeza, m 11,9
6.2.2.4. Bombas del condensador
- 61 -
La cantidad de agua por unidad de tiempo que debe ser bombeada al
condensador para remover el calor de la unidad de refrigeración debe ser de:
Tabla 32. Caudal teórico de las bombas del condensador del la unidad de refrigeración.
Piso
Capacidad de transferencia de calor del condensador,
W
Temperatura de entrada,
Temperatura de salida,
Caudal teórico,
skg
1 97,000 24 7 1.36 3 97,000 24 7 1.36
6.3. UNIDAD DE REFRIGERACIÓN
La unidad de refrigeración tiene una capacidad de 40 TON. de Refrigerac ión,
dis tribuida en dos unidades independientes de 20 TON/REF. cada una,
trabajando en paralelo y alimentadas por las bombas del primero y tercer piso
respectivamente.
El cic lo bás ico de compresión de vapor se representa en la figura 45. Pita E.
(2000), y con el diagrama P-H de la figura 46. se descr ibe el proceso de
refrigeración con sus cuatro etapas .
- 62 -
Fig. 45. Ciclo de refrigerac ión por compresión Fig. 46. Diagrama de pres ión-ent alpía.
� Proceso 3-4. En el punto 3, el refrigerante (Freón R22), en es te caso en
particular , se encuentra en estado líquido a alta presión y temperatura.
Pasa a 4 a través de una válvula de expansión hac iendo que el
refrigerante pierda presión y pase al es tado gaseoso; la parte que no se
evaporó cede el calor para evaporarse logrando que la mezcla se enfríe.
� Proceso 4-1. Por el intercambiador de calor o evaporador, el
refrigerante retira el calor del agua, que para el otro circuito será
utilizada en el sis tema de enfriamiento de aire; permitiendo que el
refrigerante hierva y salga vapor izado en el punto 1.
� Proceso 1-2. El compresor rec ibe un gas refrigerante a baja presión y
temperatura, las cuales son elevadas es este proceso, con el fin de
volver a usar el refrigerante y obtener el efecto de evaporación.
� Proceso 2-3. El refrigerante pasa al condensador, que es un
intercambiador de calor, en el cual un fluido (agua) le remueve el calor
- 63 -
hasta condensarlo, para que as í empiece nuevamente el ciclo de
refrigeración.
6.3.1. Características técnicas
Las dos unidades de refrigeración de 20 TON/REF. del Chiller tienen una
capac idad de transferencia de calor de 140 kW. A continuación se presentan
las especificac iones técnicas de sus princ ipales componentes.
o Evaporador
Tabla 33. Especificaciones técnicas del evaporador del sistema de refrigeración.
Equipo / Fabricante Referencia.
Capacidad de Transf. de Calor, kW .
Patr ón de placa
Número de
placas
Área de transfer enci a
de calor, 2m
Volumen, l
Ai slante térmico
Evaporador, GEA
Ecobraze
AB, Modelo M55-50-L2G2X
70 Medio 50 7.2 13.7 30 mm. De espuma de pol iuretano
Lado Temperatura Min. (TS), C
Temper atur a Máx. (TS), C
Presi ón Máx. (TS), bar.
Flujo másico, kg./s
Temper atur a entrada, C
Temper atur a salida, C
Primar io (H2O) -160 204 40 3.34 12 7
Secundario (R22) -160 204 40 0.41 ---- --- ---- ---
- 64 -
Fig. 47. Foto de evaporador8 de la unidad de ref rigeración, Universidad Católica de Colombia.
o Compresor
Tabla 34. Especificaciones técnicas del compresor del sistema de refrigeración
Equipo / Fabricante Referencia.
Poten-cia
nominal, W
Presi ón entrada, bar.
Presi ón salida, bar.
Temper a-tura de entrada,
Temper a-tura de salida,
Flujo de masa, Kg/seg
Compresor, Danfoss Scroll
Compresor, Tipo
SM250-3 21,983 4.62 12 7.22 54.44 0.461
8 Tomado d e: http:// www.gea -ecobraze.se/index_d.htm, recuperado el 13 de noviembre de 2007
- 65 -
Fig. 48. Foto de compresor Scroll de la unidad de refrigeración, Universidad Cat ólic a de
Colombia.
o Condensador
Tabla 35. Especificaciones técnicas del condensador del sistema de refrigeración.
Equipo / Fabricante Referencia
Capacidad de Transf. de Calor, kW .
Patr ón de placa
Número de
placas
Ar ea de transferenci a
de calor, 2m
Volumen, l
Condensado, GEA Ecobraze
AB, Modelo M55-50-L2G2
97 Medio 50 7.2 13.7
Tabla 36. Especificaciones técnicas del condensador del sistema de refrigeración (Continuacíon) .
Lado Temper atur a Min. (TS), C
Temper atur a Max. (TS), C
Presi ón Max. (TS), bar
Flujo masico, kg/s
Temper atur a entrada, C
Temper atur a salida, C
Primario (H2O) -160 204 40 0.45 90 35
Secundario (R22) -160 204 40 3.87 30 36
- 66 -
Fig. 49. Foto de evaporador9 de la unidad de ref rigeración, Universidad Católica de Colombia.
7. BALANCE DEL SISTEM A
Trabajo. Universidad Católica de Colombia. Fecha. Agosto-Dic iembre, 2007 Dirección. Caracas, Calle 46, Kra. 13, Bogotá, Colombia Tipo de sistema. Sistema hidrónico central, con agua de Chiller. Fan-coil o A ir Handling Units (AHU). Unidades ins taladas en la pared de la fachada interna del edificio. Sistema de renovación de aire (100%), no hay recirculac ión.
9 Tomado d e: http:// www.gea -ecobraze.se/index_d.htm, recuperado el 13 de noviembre de 2007
- 67 -
Instrumentos Usados.
Tabla 36. Instrumentación Instrumento Marca Rango Resolución Precisión
Anemómetro EXTECH instrumens.
(0.5 - 28) m/s
0.1 m/s ± (rdg.+0.2)
Termómetro OMEGA 871A
Digital Thermometer.
(-30 a
70) Co 0.1 Co 0.25%
Humedad Relativa EXTECH Instrumens.
(0.5 - 28) m/s
0.1 m/s ± (rdg.+0.2)
Sensor con memoria de temperatura y %H.R en el
tiempo
HOBO (H08-007-02)
(-20 a 70)
Co , (0 a 95)% RH
----------- ± 1 min. Por
semana
Check li st del edificio y sistema
Tabla 37. Check list Estructural Paredes Techo Suelo Ventanas Puertas
� � � � �
Hidráulico Tubería Válvulas Bombas Serpentines Aislant e
� � � � �
Eléctrico Start er ov erload Cables Transf ormador
� ---- -- � ----- -
Controladores Conexión Cables Instalac ión
� � -----
Accesorios Rejil las Filtros Drenaje
� � �
Sistema Todo Aire
Sistema Aire-agua
Sistema todo Agua
Extractor de aire
Unidad compacta
Baja Presión
Media pres ión
Alta Presión
Volumen Constante
� �
- 68 -
Rendimiento del Ventilador
1er . Piso / Sala
Estado del
serpentín
Condic ión del filtro
Caudal de aire a la
succión (sin filtro),
sm3
Caudal de aire a la
succión (con filtro),
sm3
Diferencia porcentual debida al filtro, %
Caudal de
suministro de aire,
sm3
Diferencia porcentual
con respecto al diseño,
%
1 Bueno Limpio 0,47 0,4 85,11 0,396 53,99 3 Bueno Limpio 0,52 0,38 73,08 0,372 50,73 4
(ruido) Bueno Limpio 0,76 0,73 96,58 0,732 99,83
7 Bueno Sucio 0,46 0,21 45,24 0,205 17,68 7 Bueno Limpio 0,46 0,30 65,22 0,297 25,62
Problemas
Mucho A ire Poco Aire Ruido Control � � Sala 4, 1er piso Desactivado
Aire Caliente Aire muy frío Condensación Presión alta
Datos del Ventilador
Fabricante El ventilador no tiene placa Modelo. El ventilador no tiene placa
Tipo de Centrifugo Axial Aspa Horizontal
En línea
ventilador �
Datos del motor
Fabricante El motor no tiene
placa
Modelo. El motor no tiene placa
Potenc ia El motor no tiene
placa
r.p.m. El motor no tiene
placa
- 69 -
- 70 -
- 71 -
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
Una vez se han realizado las mediciones pertinentes de temperatura, flujo de
aire y hecho los cálculos de cuanto calor esta siendo remov ido por cada unidad
de fan-coil; se hace una comparación uno a uno para determinar las posibles
fallas en el sistema y as í proponer correctivos que mejoren el rendimiento del
sistema de aire acondic ionado, el cual esta asoc iado con el confort térmico
dentro de las salas de computadores.
8.1. PRIM ER PISO
Como se representa en las figuras 50 y 51, el conjunto ventilador-serpentín
no es sufic iente para remover las cargas de enfriamiento de las salas. El
suministro de aire no es el apropiado, dado que para las salas 1,2 y 3
requiere que el caudal de aire se incremente en un 35%, la sala 5 en 130%,
la sala 6 en 90% y la 7 en 182%. Pero también evidenc ia un défic it en el
área de transferencia de calor del serpentín de enfriamiento, porque las
temperaturas de salida del aire en la mayoría de las salas, es super ior a las
del diseño, y v iendo que se necesita una tasa de suministro de aire de 30%
más a la del diseño (Sala 4) para poder remover las cargas como se
visualiza en la figura 52.
- 72 -
Comparación de f lujo de aire real con
respecto al de diseño, 1er piso
0
400
800
1200
1600
1 2 3 4 5 6 7Sala
Caudal de aire, cfm
Real Diseno
Comparación de temperatura de
suministro real con respecto a la de diseño, 1er piso
0
4
8
12
16
1 2 3 4 5 6 7Sala
Temperatura, C
Real Diseno
Fig. 50. Comparac ión de f lujo de aire real con Fig. 51. Comparación de temperatura de respect o al de diseño, 1er pis o. suministro real de aire con respecto al dis eño.
Comparación de la remoción de calor real con respecto a la de diseño, 1er piso
0
4000
8000
12000
1 2 3 4 5 6 7Sala
Calor, W
Real Diseno
Fig. 52. Comparac ión de la remoción de calor real con respecto al de diseño, 1er piso
8.2. TERCER PISO
El conjunto ventilador-serpentín tiene fallas evidentes para remover las cargas
de enfriamiento de las salas del tercer piso, como se v isualizan en la figura 55.
A pesar que el caudal de aire real es superior a los requer imientos propuestos
por la Sociedad Amer icana de Refrigerac ión y Aire Acondic ionado ASHRAE,
- 73 -
(1981). Como se representa en la figura 53.
Las condic iones de confort dentro de las salas no son las esperadas y las
temperaturas de salida de aire en las salas están en el orden de 2 a 3 Co por
encima de la de diseño, figura 54.
Las unidades de las salas 2,3 y 10 (seminario) no están en funcionamiento,
pero el comportamiento de estas debe ser similar a sus semejantes.
Comparación de f lujo de aire real con
respecto al de diseño, 3er piso
0
300
600
900
1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Sala
Caudal de aire, cfm
Real Diseno
Comparación de temperatura de
suministro real con respecto a la de diseño, 3er piso
0
4
8
12
16
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Sala
Temperatura, C
Real Diseno
Fig. 53. Comparac ión de f lujo de aire real con Fig. 54. Comparación de t emperatura de respect o al de diseño, 1er pis o. suministro real de aire con respecto al dis eño.
Comparación de la remoción de calor real con
respecto a la de diseño, 1er piso
0
2000
4000
6000
8000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Sala
Calor, W
Real Diseno
Fig. 55. Comparac ión de la remoción de calor real con respecto al de diseño, 3er piso
- 74 -
9. PROPUESTA PARA MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL SISTEMA
• UNIDAD DE REFRIGERACIÓN
La unidad de refrigerac ión cumple con los requisitos de diseño para
evacuar satisfactoriamente las cargas de enfriamiento de las salas de
computadores de la Universidad Católica de Colombia en la condic ión de
carga máxima.
Es importante mantener la sala de máquinas en perfec to estado de
limpieza y verificar el correcto funcionamiento de la ins trumentación
(termómetros y manómetros) los cuales sirven como medio de control en
las inspecciones diarias de la unidad.
• SISTEMA HIDRÓNICO
1. Durante el proceso de medic ión de temperatura en las unidades de
fan-coil, fue notorio una ganancia de calor del agua, al ser transpor tada
desde la succión de la bomba de suministro a la primera unidad, entre
(0,6-0,7) Co . Ver fotos en anexo L.
Este aumento de temperatura puede ser causada por la falta de
ais lamiento térmico en algunos tramos de la tuber ía, ocasionando un
bajo rendimiento en el proceso de enfriamiento del aire de renovación.
- 75 -
2. Es recomendable diligenc iar el reporte de la tabla 26 de la presente
auditoria (página 52), con el fin de caracter izar los flujos de agua que
pasan a través de las unidades de fan-coil del tercer piso y poder afirmar
la ex istencia de fallas en el transporte de agua.
• INSTALACIÓN DE SISTEMA DE RETORNO O EXTRACCIÓN DE
AIRE VICIADO.
Las condiciones c limáticas de la ciudad de Bogotá favorecen un sistema
de renovac ión de aire de 100%, dado que la temperatura de aire
exterior permanecerá por debajo de la temperatura de diseño, en la
mayor ía del tiempo, y no es necesaria la rec irculac ión de aire
acondicionado a las unidades de fan-coil.
Es muy impor tante que el aire acondic ionado que entra a la sala,
desplace libremente el aire inter ior , caso que dif ícilmente sucede en las
salas del primer piso (Anexo M), pues no tiene un s istema ins talado de
retorno o extracc ión de aire, lo cual favorecer ía las condiciones de
ventilación de dicho piso.
• CARGAS DE ENFRIAMIENTO
Uno de los objetivos del cálculo de cargas de enfriamiento es el de
proveer información para evaluar las pos ibilidades óptimas para reducir
las cargas y con esto, el gasto de energía de la unidad de aire
- 76 -
acondicionado.
Por lo cual se propone utilizar películas para ventanas, que reduzcan la
carga de enfriamiento por radiación solar y el brillo ocas ionado por el
reflejo, mejorando las condic iones de confort de los usuarios de las salas
de computadores, (ver anexo N).
• SISTEMA DE VENTILACIÓN-SERPENTÍN
Para garantizar el confort dentro de las salas de computadores, se
requiere que todas las unidades de fan-coil operen perfec tamente y se
lleve a cabo las labores de ver ificación y mantenimiento propuesto por
el fabricante. Puesto que algunas unidades se encuentran fuera de
servicio.
Según los resultados obtenidos hay una ev idencia clara que las
unidades de fan-coil ins taladas no cumplen con las especificaciones de
diseño, por lo cual se recomienda cons iderar la propuesta de adquirir
unidades garantizadas de fábrica que cumplan con estos requis itos. En
el Anexo O se lista una tabla propuesta por el ins tituto Americano de
Arquitectos (A IA), que compara las categor ías de fan-coil del mercado
con sus caracter ís ticas, y las compañías recomendadas que fabrican y
distribuyen equipos de A ire Acondicionado.
- 77 -
• FILTROS DE AIRE
La calidad del aire dentro del recinto en tan importante como su
temperatura y velocidad, por lo cual no es recomendable sacr ificar ésta
para aumentar el flujo de aire que entra. Lo ideal es utilizar el medio
filtrante siguiendo las recomendaciones de vida útil del fabr icante,
verificando el aumento de caída de presión cuyo orden más usual es de
¼ a ½ pulgadas de agua. En el anexo P se ilustra el mantenimiento que
se debe seguir, según recomendac iones de Carrier Heating and Cooling.
i
GLOSARIO
• AIRE SECO: La atmósfera de la tierra es ta compuesta por aire seco y
vapor de agua, la compos ic ión de aire seco cambia muy poco a lo largo y ancho de tierra, s iendo de 79.08% Nitrógeno, 20.95% Oxigeno, 0.93% Argon, 0.03% Dióx ido de carbono, 0.01% otros gases.
• AIRE HÚMEDO: Combinac ión de vapor de agua en una mezcla de binaria con aire seco.
• CALOR LATENTE: Calor debido a la evaporac ión o condensación de humedad.
• CARGA DE ENFRIAMIENTO: Es la cantidad de calor que debe extraer el equipo del recinto a acondicionar para mantener las condiciones de confor t.
• CARGA DEL SERPENTÍN: Es la tasa a la cual el calor es remov ido por el agua del Chiller que pasa a través del serpentín de enfriamiento.
• CARTA PSICROM ÉTRICA: Representa gráficamente las propiedades
del aire húmedo a una determinada pres ión atmosférica. La carta psicrométrica cons iste de un diagrama de la entalpía específica, h, como absc isa, y de la humedad específica W, como ordenada.
• COEFICIENTE DE SOMBRA (SC): Es la razón de la gananc ia de calor solar a través del v idrio bajo un conjunto de condiciones específicas, con respecto a la gananc ia de calor solar de un rayo de luz en el vidrio con las mismas condic iones.
• CLO: medida de resistenc ia térmica o efec to aislante del vestido. • CONFORT TÉRMICO: Es el estado de la mente en el cual una persona
siente en es tado de satisfacc ión térmica con respec to al ambiente en el que es encuentra.
• ENFRIAMIENTO: Es la ex tracción de energía térmica del aire del
espac io y a la vez ocurre una disminuc ión de la concentración del agua en el aire.
ii
• GANANCIA DE CALOR: Representa la tasa a la cual el calor entra al recinto acondicionado desde un lugar externo o es suministrado desde el inter ior del recinto durante un intervalo de tiempo.
• HUMEDAD ESPECÍFICA (W): Es la razón de masa de vapor de agua
con relación a la masa de aire seco. PwP
PwW
−= *62198,0
Siendo: :Pw Presión de vapor de agua. P: Presión total.
• HUMEDAD RELATIVA (Ø): Es la relación de la pres ión parcial del vapor actual con la pres ión del vapor saturado a la misma temperatura y pres ión parc ial.
Pws
Pw=φ
• HUMIDIFICACIÓN: Es la función de transferir agua o vapor de agua al aire. Proceso de transferenc ia de masa que es tá asoc iado con uno de transmis ión de calor, en el cual se manifiesta un incremento en la concentración del vapor de agua en el aire.
• ÍNDICE DE CHOQUE TÉRMICO: Es la razón de la transmisión de calor o pérdida evaporativa para equilibrio térmico del cuerpo a la pérdida evaporativa máxima al ambiente.
• FACTOR DE CALOR SENSIBLE (FCS) : Es un factor que afecta el estado del aire definido por su temperatura y se utiliza para seleccionar el mejor aparato o equipo para transportar el aire a las condiciones deseadas. FCS es la razón ar itmética del calor total sensible al calor total del rec into.
• MET : Unidad de medida que representa el calor promedio produc ido por
una persona sedentaria y corresponde aprox imadamente a 90 kcal/h o 100 Watt.; 1 met= 58.2 W/m2.
• PSICROMETRÍA: Es la ciencia que estudia las propiedades
termodinámicas del aire.
• TASA DE EXTRACCIÓN DE CALOR: Es la cantidad de energía que se debe extraer de un recinto en respuesta a las var iaciones de inter iores de temperatura.
iii
• TASA METABÓLICA: determina la cantidad de calor que el cuerpo humano debe liberar para mantener su es tabilidad térmica, tiene un amplio rango de var iación, dependiendo de la actividad, el indiv iduo y bajo qué condic iones se esté realizando dicha actividad.
• TEMPERATURA DE BULBO HÚM EDO: temperatura en estado
estacionario alcanzada por una pequeña cantidad de liquido que se evapora en una gran cantidad de mezc la vapor-gas no saturada.
• TEMPERATURA DE BULBO SECO: es la temperatura del ambiente sin
tener en cuenta la humedad relativa del entorno.
• TEMPERATURA EFECTIVA: Índice derivado a partir de las condiciones
fisiológicas el cual trata de reunir los efectos de temperatura de bulbo húmedo, de bulbo seco y velocidad del aire, en condiciones sedentarias.
• TEMPERATURA INTERNA DEL AIRE: temperatura del aire que afecta tanto intercambio de calor sensible y perdidas evaporativas o calor latente.
• TEMPERATURA MEDIA RADIANTE: se define como “La temperatura
del entorno deseado es igual a la temperatura imaginar ia y uniforme de un globo negro en donde los ocupantes intercambiaran la misma cantidad de calor por radiac ión y convecc ión”. Se expresa por medio de la siguiente ecuac ión:
)(**10*103,0 94agngnmr TTTT −+= ν
Siendo: Tmr: Temperatura media radiante. Tgn: Temperatura de globo negro.
:ν : Velocidad del aire Ta: Temperatura del aire del ambiente.
• TEMPERATURA OPERATIVA: es la temperatura ideal en un rec into el cual la persona intercambia calor conectivo y radiante en igual cantidad con el recinto. Siendo la temperatura operativa el promedio entre la
temperatura del aire (ta) y la temperatura ( )
)( rc
rrac
ohh
ththt
+
+=
• TEMPERATURA OPERATIVA HÚMEDA: Es la temperatura uniforme
de un ambiente cuya humedad relativa es de 100 por c iento con el cual una persona intercambia calor por radiación, por convección, conducc ión
iv
a través del vestido y evaporac ión de la piel en igual cantidad que en el ambiente es tudiado.
• TEMPERATURA SOL-AIRE: Es la temperatura externa del aire que en
ausencia de radiación, es igual a la tasa de calor que entra a la superfic ie como podr ía ex istir con la combinación de la radiac ión solar, intercambio de energía radiante y convectivo con el entorno.
• TEMPERATURA DE PUNTO DE ROCÍO: Es la temperatura para la cual
el agua se condensa cuando se enfría a presión constante en una mezcla de vapor agua y aire; ocurre saturación.
• TERMÓMETRO DE BULBO SECO: Mide la temperatura del aire.
• TERMÓMETRO DE BULBO HÚMEDO: Mide la temperatura termodinámica de saturac ión adiabática. Requiere que el aire tenga una veloc idad aprox. de 3 m/s.
• TONELADA DE REFRIGERACIÓN: Se define como la absorción de calor con una rapidez de 12 000 Btu/hr o 3,515 kW. Lo cual corresponde aprox imadamente a la rapidez de calor que se requiere para congelar 1
tonelada de agua, inic ialmente a 1 Co , por día.
• PRESIÓN ESTÁTICA: Es la presión manométrica que hay en el s istema del ducto de aire; sus unidades se expresan en el sistema internacional como Pascal, o en el sistema ingles como la altura de la columna de agua en pulgadas WG.
2192,5..1
6,248..1
ftlbf
WGin
PaWGin
=
=
• PUNTO DE ROCÍO: Es la temperatura para la cual el agua de una
mezcla de aire y vapor de agua, se condensa cuando esta se enfr ía a pres ión constante.
• VAPOR DE AGUA: La atmósfera de la tierra esta compuesta por aire
seco y vapor de agua, el contenido de vapor de agua en la atmósfera en un rango de temperatura entre (0 - 100) Co cambia entre 0.05 - 3% por masa.
v
BIBLIO GRAFIA
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• TRATADO DE CALEFACCION Y VENTILACION DE EDIFICIOS, 2da
edicion, Kaemper H. Gustavo Hili Barcelona, 1945.
A
ANEXOS
B
ANEXO A Para el diseño de aire acondicionado se utilizan las condiciones ambientales, que son los valores de temperatura y humedad relativa utilizadas para evaluar las cargas de enfriamiento. Los datos deben ser el resultado de observaciones confiables de estaciones meteorológicas situadas en las ciudades y en sus aeropuertos.
Temperatura de bulbo seco, Co para Bogota10.
Temperatura de bulbo seco ( Co )
Hora Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 0:01- 1:00 9,5 9,9 10,7 10,6 10,5 10,6 10 9,9 9,6 9,6 10,7 8,1
1:01- 2:00 9 9,6 10,3 10,2 10,3 10,3 9,8 9,6 9 9 10,3 8 2:01- 3:00 8,5 9,3 10,1 9,8 9,8 10,1 9,4 9,2 8,9 8,6 9,9 7,8 3:01- 4:00 8,3 8,9 9,7 9,5 9,7 9,4 9,3 9 8,7 8,6 9,6 7,5 4:01- 5:00 8 8,8 9,4 9,4 9,7 9,1 9 8,6 8 8,3 9,3 7,3
5:01- 6:00 8,1 9,1 9,3 9,8 10 8,9 8,8 8,7 8,4 8,5 9,2 7,6 6:01- 7:00 8,6 10,2 9,8 10,6 11,6 10,3 10,2 9,8 10,2 10,1 10,2 8,9 7:01- 8:00 11,1 12,9 12 13,1 14,1 13 12,4 12,4 13,1 12,9 12,6 12,1 8:01- 9:00 13,7 15,6 14,3 15,4 16,4 14,9 13,9 14,4 15,4 14,8 14,7 15,1
9:01-10:00 16 17,2 16 16,8 17,3 16,1 15,2 15,6 17 16,3 16,2 17,6 10:01-11:00 17,4 18,2 17,3 17,9 18,2 16,8 16 16,4 18 17 17,4 18,5 11:01-12:00 18,5 18,8 17,8 18,4 18,3 17,4 16,5 16,9 18,6 18,2 17,7 18,6 12:01-13:00 18,6 19,4 18 18,5 18,8 17,8 16,9 17,1 18,6 17,9 17,7 18,5
13:01-14:00 18,3 19 17,7 18 18,5 17,6 16,9 17,2 18,5 17,7 17,5 18,3 14:01-15:00 18 18,8 17,8 17,2 17,9 17,2 16,8 17,3 18,1 17,6 17 17,7 15:01-16:00 17,5 18 17 16,9 17,4 16,8 16,3 16,8 17,4 17,1 16,4 16,5 16:01-17:00 16,9 16,6 16 16,3 16,2 16,1 15,5 16 16,1 16,1 15,4 15,5
17:01-18:00 15,2 14,8 15,1 15,2 14,8 14,8 14,4 14,9 14,4 14,8 13,8 13,8 18:01-19:00 13,6 13,4 14 14 13,6 13,5 13 13,7 13 13,6 13,1 12,1 19:01-20:00 12,7 12,5 13,3 13,1 13 12,7 12,3 12,3 12,5 12,4 12,4 11,2 20:01-21:00 11,7 11,8 12,6 12,5 12,3 12,3 11,5 11,5 11,5 11,9 12,1 10,8
21:01-22:00 11,1 11,4 12,2 11,7 12,1 11,7 11,1 10,8 11 11,1 11,7 10,2 22:01-23:00 10,4 10,9 11,6 11,4 11,2 11,2 10,8 10,6 10,5 10,6 11,2 9,2
10 Tomado de Observatorio de clima del aeropuerto de Bogotá
C
23:01-24:00 10 10,3 11,1 10,9 11 11 10,5 10,2 10 10,2 10,8 9
max temp 18,6 19,4 18 18,5 18,8 17,8 16,9 17,3 18,6 18,2 17,7 18,6 min temp 8 8,8 9,3 9,4 9,7 8,9 8,8 8,6 8 8,3 9,2 7,3
Max Hour 13 13 13 13 13 13 13 15 12 12 12 12
Min Hour 5 5 6 5 4 6 6 5 5 5 6 5
Humedad Relativa para Bogota
Humedad Relativa (%)
hora Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 0:01- 1:00 92 93 93 93 93 92 90 90 92 91 95 94
1:01- 2:00 93 94 95 94 93 92 90 90 93 92 96 95 2:01- 3:00 93 95 95 95 94 93 93 91 93 93 96 96 3:01- 4:00 93 96 94 94 93 94 93 93 94 92 96 96 4:01- 5:00 93 95 96 93 94 93 92 93 94 91 96 96
5:01- 6:00 93 94 94 94 94 94 94 91 93 90 97 96 6:01- 7:00 92 92 94 90 92 91 89 89 91 87 95 95 7:01- 8:00 85 85 89 82 85 81 81 80 80 77 88 88 8:01- 9:00 76 73 80 74 74 72 74 71 69 69 79 77
9:01-10:00 65 65 70 67 70 67 69 65 61 63 73 63 10:01-11:00 60 61 65 62 65 64 65 60 57 61 68 59 11:01-12:00 57 57 65 60 63 61 63 59 54 57 68 58 12:01-13:00 57 57 65 61 63 60 63 57 55 58 71 60
13:01-14:00 60 59 68 64 65 64 63 56 57 60 72 62 14:01-15:00 62 60 70 70 68 66 63 57 59 61 75 63 15:01-16:00 64 63 72 71 69 68 67 60 63 63 78 69 16:01-17:00 68 69 76 73 73 69 69 63 67 66 83 72
17:01-18:00 74 76 82 78 79 76 73 67 75 72 90 81 18:01-19:00 81 82 85 81 84 79 78 73 83 79 90 86 19:01-20:00 85 86 89 87 89 83 82 80 84 83 92 90 20:01-21:00 87 90 91 89 91 85 85 84 87 85 93 90
21:01-22:00 88 90 91 91 90 87 86 86 88 88 93 92 22:01-23:00 90 92 93 92 92 90 87 87 90 88 94 93
23:01-24:00 92 92 93 92 93 91 90 89 91 91 95 94
HR max 93 96 96 95 94 94 94 93 94 93 97 96
HR min 57 57 65 60 63 60 63 56 54 57 68 58 Max Hour 2 4 5 3 5 6 6 4 5 3 6 6
Min Hour 12 13 11 12 13 13 13 14 12 12 11 12
D
ANEXO B ASHRAE Handbook presenta una metodología para calcular las temperaturas de bulbo seco para diferentes horas del día, a partir de la temperatura de diseño exterior y del intervalo diario de temperaturas. Dado que en las partes del mundo donde la base de datos no es muy completa ni confiada. Intervalo de temperatura hora a hora, ASHRAE 55, 1992.
Intervalo diario
de temperatura,
Co 10,5
hora % intervalo diario Temperatura hora
bulbo seco, Co
Temperatura hora
bulbo húmedo, Co
1 87 11,415 5,305 2 92 10,89 4,78 3 96 10,47 4,36 4 99 10,155 4,045 5 100 10,05 3,94 6 98 10,26 4,15 7 93 10,785 4,675 8 84 11,73 5,62 9 71 13,095 6,985 10 56 14,67 8,56 11 39 16,455 10,345 12 23 18,135 12,025 13 11 19,395 13,285 14 3 20,235 14,125
E
15 0 20,55 14,44
16 3 20,235 14,125
17 10 19,5 13,39
18 21 18,345 12,235
19 34 16,98 10,87
20 47 15,615 9,505
21 58 14,46 8,35 22 68 13,41 7,3 23 76 12,57 6,46 24 82 11,94 5,83
ANEXO C
Planos originales del 1er y 3er piso del edificio de la Universidad Católica de
Colombia.
PLANO S O RIGINALES PRIMER PISO
F
PLANO S O RIGINALES DEL TERC ER PISO
G
H
ANEXO D
Tabla de corrección de diferencial de temperatura (CLTD) para las 24 horas del día. CLDT y Corrección por Latitud y Mes, tablas 7 y 9 respectivamente. ASHRAE fundamentas 1981, p 26.14
Corrección 1 2 3 4 5 6 7
Mes Diciembre Enero /
Noviembre Febrero / Octubre
Marzo / Septiembre
Abril / Agosto
Mayo / Julio Junio
E / W -1,1 -0,5 -0,5 -0,5 -1,1 -1,6 -1,6
Temperatura del diseño de
recinto Temperatura de diseño
externa, Tbs. Factor K de color
22 Co 20,5 Co 0,83
Tabla 1. Corrección de CLTD para cargas de enfr iamiento de las paredes con vista al Este.
Hora CLTD corrección (1)
corrección (2)
corrección (3)
corrección (4)
corrección (5)
corrección (6)
corrección (7)
Promedio anual de CLTDcorr
1,00 11,00 2,82 3,32 3,32 3,32 2,82 2,40 2,40 3,19 2,00 10,00 1,99 2,49 2,49 2,49 1,99 1,57 1,57 2,36
3,00 8,00 0,33 0,83 0,83 0,83 0,33 -0,09 -0,09 0,70 4,00 7,00 -0,50 0,00 0,00 0,00 -0,50 -0,92 -0,92 -0,13 5,00 6,00 -1,33 -0,83 -0,83 -0,83 -1,33 -1,75 -1,75 -0,96 6,00 5,00 -2,16 -1,67 -1,67 -1,67 -2,16 -2,58 -2,58 -1,79
7,00 5,00 -2,16 -1,67 -1,67 -1,67 -2,16 -2,58 -2,58 -1,79 8,00 5,00 -2,16 -1,67 -1,67 -1,67 -2,16 -2,58 -2,58 -1,79 9,00 7,00 -0,50 0,00 0,00 0,00 -0,50 -0,92 -0,92 -0,13 10,00 10,00 1,99 2,49 2,49 2,49 1,99 1,57 1,57 2,36
11,00 13,00 4,48 4,98 4,98 4,98 4,48 4,06 4,06 4,85 12,00 15,00 6,14 6,64 6,64 6,64 6,14 5,72 5,72 6,51 13,00 17,00 7,80 8,30 8,30 8,30 7,80 7,38 7,38 8,17 14,00 18,00 8,63 9,13 9,13 9,13 8,63 8,21 8,21 9,00
15,00 18,00 8,63 9,13 9,13 9,13 8,63 8,21 8,21 9,00 16,00 18,00 8,63 9,13 9,13 9,13 8,63 8,21 8,21 9,00 17,00 18,00 8,63 9,13 9,13 9,13 8,63 8,21 8,21 9,00 18,00 18,00 8,63 9,13 9,13 9,13 8,63 8,21 8,21 9,00
19,00 17,00 7,80 8,30 8,30 8,30 7,80 7,38 7,38 8,17 20,00 17,00 7,80 8,30 8,30 8,30 7,80 7,38 7,38 8,17 21,00 16,00 6,97 7,47 7,47 7,47 6,97 6,55 6,55 7,34 22,00 15,00 6,14 6,64 6,64 6,64 6,14 5,72 5,72 6,51
23,00 13,00 4,48 4,98 4,98 4,98 4,48 4,06 4,06 4,85 24,00 12,00 3,65 4,15 4,15 4,15 3,65 3,23 3,23 4,02
I
Tabla 2. Corrección de CLTD para cargas de enfriamiento de las paredes con vista al Oeste.
Hora CLTD corrección
(1) corrección
(2) corrección
(3) corrección
(4) corrección
(5) corrección
(6) corrección
(7)
Promedio anual de CLTDcorr
1,00 17,00 7,80 8,30 8,30 8,30 7,80 7,38 7,38 8,17 2,00 15,00 6,14 6,64 6,64 6,64 6,14 5,72 5,72 6,51 3,00 13,00 4,48 4,98 4,98 4,98 4,48 4,06 4,06 4,85
4,00 12,00 3,65 4,15 4,15 4,15 3,65 3,23 3,23 4,02 5,00 10,00 1,99 2,49 2,49 2,49 1,99 1,57 1,57 2,36 6,00 9,00 1,16 1,66 1,66 1,66 1,16 0,74 0,74 1,53 7,00 8,00 0,33 0,83 0,83 0,83 0,33 -0,09 -0,09 0,70
8,00 6,00 -1,33 -0,83 -0,83 -0,83 -1,33 -1,75 -1,75 -0,96 9,00 5,00 -2,16 -1,67 -1,67 -1,67 -2,16 -2,58 -2,58 -1,79 10,00 5,00 -2,16 -1,67 -1,67 -1,67 -2,16 -2,58 -2,58 -1,79 11,00 4,00 -2,99 -2,50 -2,50 -2,50 -2,99 -3,41 -3,41 -2,62
12,00 4,00 -2,99 -2,50 -2,50 -2,50 -2,99 -3,41 -3,41 -2,62 13,00 5,00 -2,16 -1,67 -1,67 -1,67 -2,16 -2,58 -2,58 -1,79 14,00 5,00 -2,16 -1,67 -1,67 -1,67 -2,16 -2,58 -2,58 -1,79 15,00 7,00 -0,50 0,00 0,00 0,00 -0,50 -0,92 -0,92 -0,13
16,00 9,00 1,16 1,66 1,66 1,66 1,16 0,74 0,74 1,53 17,00 12,00 3,65 4,15 4,15 4,15 3,65 3,23 3,23 4,02 18,00 15,00 6,14 6,64 6,64 6,64 6,14 5,72 5,72 6,51 19,00 18,00 8,63 9,13 9,13 9,13 8,63 8,21 8,21 9,00
20,00 20,00 10,29 10,79 10,79 10,79 10,29 9,87 9,87 10,66 21,00 21,00 11,12 11,62 11,62 11,62 11,12 10,70 10,70 11,49 22,00 21,00 11,12 11,62 11,62 11,62 11,12 10,70 10,70 11,49 23,00 20,00 10,29 10,79 10,79 10,79 10,29 9,87 9,87 10,66
24,00 19,00 9,46 9,96 9,96 9,96 9,46 9,04 9,04 9,83
J
K
L
M
ANEXO G
Factores de ganancia solar por ventanas11
Beltrán R. dice que “Las cargas por transmisión de calor a través de ventanas se deben en parte al ingreso de energía solar a través del vidrio y otras superficies translúcidas, así como por conducción y convección a través del vidrio y el marco de la ventana. Las cargas radiantes dependen del tipo de vidrio utilizado, de los aleros y voladizos de la ventana y del tipo de dispositivos internos o externos utilizados para generar sombras, como por ejemplo persianas, cortinas, vidrios polarizados, o superficies de recubrimiento para dar tintes y sombra. Las cargas por conducción y convección dependen de las propiedades del vidrio y otros materiales usados así como de la tasa de circulación de aire tanto en el exterior como en el interior”.
11 Aire Acondicionado, Rafael Beltrán, Universidad de los Andes, 1993.
N
ANEXO H
Carga de enfriamiento por luces
Tabla 4.4 B Cooling load factors when lights are on for 14 hour Cooling load calculation manual Ashrae grp 158 pp 4.3 Clasif icación de la luz: tipo "a"= 0,55 peso del piso (piso de 6 in), tipo C
Piso Sala No. De Luces
Potencia, W.
Fracción de
Balasto (Fs)
CLF 10:00 a.m.
CLF 8:00 p.m.
q 10:00 a.m.
q 8:00 p.m.
1 1 6 42 1,2 0,72 0,22 217,728 66,528
1 2 6 42 1,2 0,72 0,22 217,728 66,528
1 3 6 42 1,2 0,72 0,22 217,728 66,528
1 4 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
1 5 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
1 6 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
1 7 10 34 1,2 0,72 0,22 293,76 89,76
3 1 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
3 2 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
3 3 12 34 1,2 0,72 0,22 352,512 107,712
O
3 4 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
3 5 12 34 1,2 0,72 0,22 352,512 107,712
3 6 16 34 1,2 0,72 0,22 470,016 143,616
3 7 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
3 Audio-visuales
16 34 1,2 0,72 0,22 470,016 143,616
3 Seminario 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
3 Admin. 8 34 1,2 0,72 0,22 235,008 71,808
P
Q
ANEXO J
Carga de enfriamiento por los computadores
Piso Sala No. De
Computadores Tipo de
computador Potencia,W qt (W)
1 1 22 Dell Optiplex 745 6160 1971,2
1 2 22 Dell Optiplex 745 6160 1971,2
1 3 22 Dell Optiplex 745 6160 1971,2
1 4 23 Dell Optiplex 745 6440 2060,8
1 5 23 Dell Optiplex 745 6440 2060,8
1 6 23 Dell Optiplex 745 6440 2060,8
1 7 35 Dell Optiplex 745 9800 3136
3 1 17 Dell Optiplex 746 4760 1523,2
3 2 17 Dell Optiplex 747 4760 1523,2
3 3 17 Dell Optiplex 748 4760 1523,2
3 4 14 Dell Optiplex 749 3920 1254,4
3 5 14 Dell Optiplex 260 3920 1254,4
3 6 16 Dell Optiplex 749 4480 1433,6
3 7 16 Dell Optiplex 260 4480 1433,6
3 Audio-visuales
1 Dell Optiplex
GX520 280 89,6
3 Seminario 1 Dell Optiplex
GX520 280 89,6
3 Admin. 14 Dell Optiplex 260 3920 1254,4
“La iluminación es uno de los factores más importantes que contribuyen a las cargas de
enfriamiento de un edificio. Las lámparas convierten una fracción de la energía eléctrica en luz
visible y el resto se disipa como radiación infrarroja en forma de calor. Toda la energía que
consume la lámpara se transforma en calor y debe ser eliminada por el equipo de aire
acondicionado. Las características de iluminación de las lámparas son muy diversas y sus
R
eficiencias luminosas, medidas como la razón del número de Lúmenes por watt instalado es
igualmente variado” Beltrán R, (1993).
ANEXO K
Carta Psicrométrica para Bogotá, Beltrán R, (1993)
S
ANEXO L
T
Fotograf ías de cuarto de máquinas del sistema de Aire Acondicionado, Universidad Católica de Colombia
U
ANEXO M
Fotos de salas del primer piso
Foto sala 1, primer piso.
V
Foto sala 2, primer piso.
ANEXO N
Lamina para ventana
LAMINAS DE CONTROL SOLAR - FILTROS SOLARES PARA VENTANAS.
AHORRO ENERGÉTICO EDIFICIOS SOLUCIONES 3M12
“Los rayos ultravioleta pueden dañar edificios, muebles y productos de papel. Pero el sol también constituye una forma segura y barata de iluminación de interiores. Tanto si desea Vd. aprovechar las ventajas de la iluminación solar como si quiere impedir su entrada, 3M le ofrece películas, productos retro-reflectantes, micro-replicación y otras tecnologías que harán ese trabajo.
12 Tomado de: http://www.pavimentosonline.com/acres/scotchtint/index.htm, recuperado el 22 de Diciembre de 2007.
W
Las Láminas de Ventana 3M transforman la luz solar en un agradable componente de su entorno. Nuestras láminas eliminan hasta el 99% de los nocivos rayos ultravioletas causantes de la foto degradación y las lesiones de la piel. Entre las ventajas de nuestras láminas cabe destacar, además, su elegante aspecto y su capacidad para eliminar el deslumbramiento y mejorar el confort, dado que reflejan hasta el 79% del calor solar que, de otra forma penetraría a través de las ventanas. Reduciendo el calor, también reduce usted su gasto energético.
Ficha técnica
• La lámina de control solar Scotchtint filtra la mayoría de los rayos ultravioleta e infrarrojos. • Su combinación de metal y poliéster es capaz de detener hasta el 78% del calor del sol en la ventana. • Al evitar un efecto invernadero no deseado, también corrige las diferencias de temperatura entre zonas soleadas y de sombra del edificio, mejorando el confort. • Al reducir la entrada de calor, la lámina de control solar Scotchtint disminuye el uso de aire acondicionado y reduce el consumo de energía, actuando como una segunda protección contra los efectos nocivos del sol.
Evita deslumbramientos.
• Trabajar cerca de una ventana puede ser un problema si Vd. sufre de deslumbramiento del sol • La lámina de control solar Scotchtint reduce las molestias causadas por el deslumbramiento, especialmente personas que trabajan con un ordenador, proporcionándoles una mayor visión y menor fatiga. • Los rayos ultravioletas procedentes del sol pueden ser la mayor causa del deterioro de su mobiliario. La lámina de control solar Scotchtint al eliminar hasta un 99% de estos rayos, reduce este efecto no deseado considerablemente. Por tanto, una doble protección para sus empleados y su mobiliario.
Mantiene todo claro.
• La lámina de control solar Scotchtint no solo soluciona el problema de control de temperatura, sino que le asegura una alta transmisión de luz sin impedirle la visión. • Una vez instalado lo único que notarán las personas es un mayor confort.
X
CONTROL SOLAR
Scotchtint LÁMINAS DE CONTROL SOLAR PARA VENTANAS. 3M SCOTCHTINT La ganancia de calor solar a través de las ventanas puede conllevar a que los ocupantes del edificio se sientan incomodados durante la estación del verano. Las láminas para ventanas "Scotchtint" incorporan un revestimiento especial que mejora la atenuación del calor solar (reflejando la radiación solar fuera del cristal), reduciendo así la ganancia de calor solar indeseada. Las láminas de alto rendimiento rechazan el 75% del calor que de otra manera atravesaría al cristal optimizando así el nivel de comodidad y reduciendo las cargas de acondicionamiento de aire.”
Fabricantes de láminas para ventanas:
3M, Sunw olf, bsi, Jonson Window Films, Solar films, entre otros.
ANEXO O
Ventilador y serpentín de enfriamiento.
El instituto Americano de Arquitectos (AIA) compara las categorías de fan-coil con sus características así:13
COMPARISON OF TWO CATEGORIES OF FAN-COIL UNITS
FEATURES FAN-CO IL UNITS DUC TED FAN-CO IL
UNITS
Airflow Range and
Incremental Unit Sizes
200 to 1200 cfm (94 to 566 L/s)
in 200-cfm (94-L/s)
800 to 4000 cfm (377 to 1890 L/s) in 400-cfm (188-L/s)
increments
13 Tomado de: http://www.arcomnet.com/masterspec/supdoc/html/15763ev_.htm, recuperado el 03 de Enero de 2008.
Y
increments
Unit Configuration Blow or draw through Draw through
Cabinet Exposed or concealed Concealed
Cabinet Orientation
and Mounting
Horizontal or vertical; floor, wall, ceiling, or suspended;
surface, semirecessed, recessed, or concealed; vertical stack concealed
Horizontal or vertical;floor mounted or suspended
Console Cabinet Standard or low height N/A
Fan Drive and
Motor Configuration
Direct-drive, multispeed motor and fans mounted on
removable fan board
Direct-drive, multispeed motor mounts in fan
inlet;belt-drive, single-speed motor with adjustable sheave
Maximum External Fan
Pressure Capability 0.4-inch wg (99 Pa) 2.0-inch wg (498 Pa)
Heating Coils
Hydronic, steam, or electric; combined hydronic co il with
individual heating and cooling circuits.
Indiv idual coils;hydronic, steam, or electric
Cooling Coils Hydronic Hydronic or DX
Maximum Filter Depth 1 inch (25.4 mm) 2 inches (50.8 mm)
Outdoor-Air Intake Outdoor-air damper for
maximum 25%, or 100%
Outdoor- and return-air mixing boxwith V-bank f ilter rack for up to100% outdoor-
air intake
Las compañias recomendadas que distribuyen y fabrican productos de aire acondicionado son:
Lista de Fabricantes
Fabricante Direccion / telèfono Correo Electronico
Airtherm St. Louis , MO www.airthermhvac.com A Mestek Company (314) 835-9911
Carrier Corporation Syracuse, NY www.carrier.com
Z
(800) 227-7437; (315) 432-6000
Engineered Air Ltd. Desoto, KS www.engineeredair.com
(913) 585-1071
Environmental Largo, FL www.enviro-tec.com
Technologies, Inc. (727) 541-3531
Firs t Co. Dallas , TX www.f irstco.com (214) 388-5751
International Oklahoma City, OK www. iec-okc.com
Environmental Corporation (405) 605-5000
Marlo Coil High Ridge, MO
www.marlocoil.com Subs idiary of Engineered (636) 667-6600
Support Systems, Inc. Marshall Engineered Harrisonburg, VA
www.dunham-bush.com Products Co., LLC
(MEPCO) (800) 628-0192; (540) 434-0711
Dunham-Bush, Inc .
McQuay International Plymouth, MN
www.mcquay.com (800) 377-1287; (612) 553-5330
Rosemex Saint Bruno, QC, Canada www.rosemex.com
(450) 653-1002
Trane LaC rosse, WI
www.t rane.com (608) 787-2000
USA Coil & Air Malvern, PA
www.usacoil.com (800) USA-COIL; (610) 296-
9668
YORK International York, PA www.york.com
Corporation (717) 771-7890
AA
14
ANEXO P
14 Tomado de: http://unitary-europe.york.com/ingles/leaflets-2007-eng/Leaflet%20Hydronic%20ENG.pdf, recuperado el 02 de Enero de 2008
BB
Filtro de Aire
15
“Un filtro de aire sucio podría hacer que los componentes se sobrecalienten y se
apaguen automáticamente. En el peor de los casos, los componentes fallarán y
deberán ser reemplazados. Para evitar que el funcionamiento de su unidad sea
ineficiente o que ésta falle, REVISE LOS FILTROS CADA 3 A 4 SEMANAS.
Reemplace los filtros cuando sea necesario o limpie los filtros si tiene filtros
reutilizables.
Los filtros desechables deben reemplazarse con filtros similares y nuevos que
tengan las mismas dimensiones.
Los filtros reutilizables y permanentes deben lavarse en una solución de agua fría
y detergente suave, y luego deben enjuagarse y secarse bien. EL FILTRO DEBE
ESTAR COMPLETAMENTE SECO PARA VOLVER A INSTALARSE.
Para evitar que su unidad permanezca apagada durante un período prolongado
mientras se seca uno de los filtros, debe tener un filtro extra a la mano. Esto le
permite alternarlos con un tiempo mínimo de inactividad para su sistema de
climatización. Es posible comprar filtros extra de su distribuidor.”
15 Tomado de: http://www.xpedio.carri er.com/idc/groups/public/documents/techlit/om38-45sp.pdf, recuperado el 20 de Diciembre de 2007.