calculo de carga termica españa

CLCULO DE CARGAS TRMICAS

POTENCIA FRIGORFICA

DEL EQUIPO A INSTALAR.

Mario Ramos Cano Curso de Experto Universitario en Mantenimiento de Medios e Instalaciones Industriales.

Escuela Politcnica de la Universidad de Sevilla. (Diciembre/2006 Junio/2007)

Coordinacin: Sr. D. Antonio Ordez

- 2 - CLCULO DE CARGAS TRMICAS. POTENCIA FRIGORFICA DEL EQUIPO A INSTALAR

NDICE

1.- INSOLACIN O RADIACIN DIRECTA SOBRE VENTANAS.

2.- TRANSMISIN SOBRE EL RESTO DE LAS VENTANAS.

3.- TRANSMISIN SOBRE PAREDES

4.- TRANSMISIN SOBRE TECHOS

5.- TRANSMISIN SOBRE SUELO

6.- MEDIDA DE LA APORTACIN DE CALOR SENSIBLE

7.- OCUPACIN O NMERO DE PERSONAS

8.- CUBICACIN

9.- HOJA DE CLCULO

10.- CONCLUSIN


INTRODUCCIN Es cierto que a menudo nos encontramos con profesionales que ante los clientes adivinan

rpidamente el equipo que necesita simplemente preguntndole los metros cuadrados de la

habitacin o estancia a refrigerar. La experiencia ha llevado a muchos vendedores a seguir este

mtodo, pero evidentemente no es igual refrigerar 20 m2 con un piso edificado encima que con

una azotea. Todos y todas podemos comprender esto.

Entiendo que el mercado est encaminado a vender el aparato sea como sea en la mayora de

los casos, pero un buen profesional, debe asesorar a la persona de la forma ms eficiente. Es

conveniente hacer un clculo lo ms aproximado posible de la cantidad de calor que hay en esa

habitacin que probablemente, sea casi la nica en muchos kilmetros a la redonda con esas

caractersticas. Y, como sabemos, en funcin de las kilocaloras resultantes sabremos las

frigoras necesarias (1 Kcal. = 1 Frig.).

Como profesionales, en el clculo mencionado nos jugamos mucho. El consumo de los

aparatos de aire acondicionado ha disminuido mucho en los ltimos aos debido, sobre todo, al

perfeccionamiento de los compresores, pero a pesar de ello, debemos regirnos por las directrices

marcadas por un consumo eficiente, es decir, ni ms ni menos del que necesitamos y con una

catalogacin de eficiencia energtica lo ms cercana a la A. Por otra parte, si el equipo es

pequeo para la habitacin el termostato nunca detectar la temperatura programada, con lo cual,

no enviar al compresor la orden de paro o disminucin de sus revoluciones si es inverter. Por

consiguiente, el consumo elctrico se elevar ms de lo necesario. Adems, como el compresor

no desconectar nunca, su vida til se reducir notablemente con lo cual el equipo tendr que ser

sustituido en un breve perodo de tiempo. Nada que ver con el previsto por el fabricante. Ante

este problema, adems de provocar un consumo innecesario, estaremos perdiendo credibilidad y

prestigio profesional ante la persona que confi en nosotros/as. Por otro lado, si el equipo est

muy sobredimensionado estaremos incentivando a una adquisicin ms costosa de la necesaria.

Como es sabido, todo cuerpo, incluido el aire, tiende al equilibrio trmico, es decir, un cuerpo con ms calor tiende a ceder este calor a otro cuerpo con menos calor. La cesin de calor provoca la bajada de temperatura y por tanto, en ello nos basaremos. Puesto que no podemos medir el fro, mediremos la ausencia de calor.

El objeto de este trabajo es conseguir un acercamiento a la realidad en el clculo de cargas trmicas antes de instalar o adquirir un aparato de aire acondicionado.


1.- INSOLACIN O RADIACIN DIRECTA SOBRE VENTANAS.

Por supuesto, para hacer un balance trmico fiable, es recomendable visitar el sitio, es

decir, realizarlo in situ. Tomar los datos necesarios del recinto que vamos a acondicionar y en

funcin de ello, recomendaremos el equipo necesario de uno o varios fabricantes con uno o

varios presupuestos.

Podramos comenzar por analizar las ventanas o ventanales de vidrio sobre los que incide

el Sol en algn momento del da. Anotaremos la orientacin de stas, el tipo de proteccin de

que dispone (toldo exterior, persiana exterior, cortina interior,) e incluso si dispone de doble

acristalamiento en cuyo caso se clasificar como proteccin exterior. Para ello, podemos

valernos de la siguiente tabla:

En el coeficiente anotaremos los metros cuadrados de vidrio en la lnea de la orientacin

correspondiente. El factor multiplicador resulta de diversos estudios y comprobaciones

realizadas siendo tiles en prcticamente toda Espaa. Se trata de medir la cantidad de calor que

atraviesa en una hora, un metro cuadrado de cristal en funcin de la orientacin que se le d y de

cmo incidan los rayos del Sol. El resultado de multiplicar los metros cuadrados por el factor

correspondiente, nos dar la cantidad de calor que penetra a travs de cada ventana. Es posible

que el cambio climtico est aumentando los valores de los distintos factores pero an no se est

teniendo en cuenta y esperemos que no haya que modificar mucho esta tabla.


2.- TRANSMISIN SOBRE EL RESTO DE LAS VENTANAS.

Puede ocurrir que en todas las ventanas no haya una radiacin solar directa. En este caso

tendramos que recurrir a la toma de datos en otro apartado. A pesar de que el Sol no incida

directamente sobre el cristal, la radiacin difusa y la reflejada nos provocarn un aumento de la

temperatura exterior del cristal y por consiguiente, una posterior transmisin hacia el aire

interior.

Como podemos observar, el factor multiplicador es bastante ms pequeo que en los casos

anteriores. No obstante, aunque la incidencia directa de los rayos solares sobre un cristal

incrementa sensiblemente la temperatura de una habitacin, no debemos dejar de tener en cuenta

la aportacin a travs de las ventanas que dan al exterior aunque no reciban dicha radiacin

directa.

Como hemos visto en la introduccin, seguiremos buscando cosas, materiales, en cualquiera

de sus estados que nos puedan aportar calor al ambiente que queremos acondicionar. Mirando a

nuestro alrededor observaremos cun importante es el ambiente, la decoracin, los materiales de

construccin, la iluminacin, etc. Prcticamente todo es portador de calor y si todo tiende al

equilibrio, el calor exterior influir de manera determinante sobre nuestra vivienda o la

habitacin protagonista de nuestro clculo.


Segn el Reglamento de Instalaciones Trmicas en Edificios vigente, el bienestar trmico se

da en las siguientes condiciones climticas:

En funcin de esta tabla, aconsejaremos a la hora de elegir un equipo de aire acondicionado. Adems, en instalaciones ms complicadas como pueda ser el acondicionamiento de locales de pblica concurrencia, habra que tener en cuenta la calidad del aire en cuanto a su limpieza, la ventilacin, en cuanto a la cantidad de aire aportado desde el exterior, e incluso el ruido generado en la instalacin.

Las personas que deciden instalar un aparato de aire acondicionado, no tienen que saber todo

esto necesariamente, por tanto, deberemos basar nuestra informacin en el citado reglamento y

en determinadas instalaciones, tambin en el Reglamento de Seguridad para Plantas e

Instalaciones Frigorficas. Por supuesto, a la hora de instalar podremos encontrar la informacin

necesaria en cuanto a lneas de alimentacin y condicionantes en el Reglamento Electrotcnico

para Baja Tensin y sus instrucciones tcnicas complementarias.

Estacin Temperatura

operativa C

Velocidad media

del aire m/s

Humedad

relativa %

Verano 23 a 25 0,18 a 0,24 40 a 60

Invierno 20 a 23 0,15 a 0,20 40 a 60


3.- TRANSMISIN SOBRE PAREDES

Continuando con nuestro clculo, otro coeficiente a tener en cuenta puesto que almacena calor

podra ser, las paredes. Sabemos que constituyen la mayor parte de superficie en contacto con el

exterior. En los meses de verano, la superficie terrestre no es capaz de ceder durante la noche

todo el calor que ha acumulado durante el da. A los edificios les ocurre igual. A medida que nos

vamos adentrando en el verano, el calor se acumula en los edificios a pesar de los nuevos

mtodos de construccin. No hace mucho tiempo, las construcciones en zonas calurosas se

llevaban a cabo mediante muros, incluso interiores de 40 a 60 centmetros de espesor, incluso

ms. Posteriormente, se disminuy este grosor aadiendo un tabique con un hueco relleno de

material aislante entre ambos. Recientemente se ha aprobado un nuevo reglamento de edificacin

en el que las condiciones para la construccin son bastante ms severas, no slo encaminadas a

la proteccin trmica, sino tambin fijando como objetivo el aislamiento acstico. Bsicamente,

encontraremos dos tipos de paredes, los muros y los tabiques interiores. En ellos centraremos

nuestro balance trmico de la habitacin operando de la misma forma antes descrita.


4.- TRANSMISIN SOBRE TECHOS

No es de extraar que en la visita necesaria para el actual balance trmico, ante tantas medidas,

el cliente o el interesado se quede perplejo. Ya hemos comentado que lo habitual es vender el

equipo en el mismo establecimiento y teniendo en cuenta el precio ms que su potencia

frigorfica. Lo cierto es que esto es lo que hay que hacer y si lo explicamos convenientemente,

estaremos poniendo de manifiesto nuestra profesionalidad.

Bsicamente nos encontraremos con tres tipos de techos, los exteriores, los interiores y los que

tienen una cmara de aire. Los exteriores sern aquellos techos que sobre ellos tienen una azotea.

Los de cmara de aire sern los que disponen de un tejado con inclinacin puesto que esta

inclinacin la da una cmara de aire. Tambin podemos encontrar techos con cmara de aire

interior, es decir, un falso techo de escayola constituye un aislante trmico. Quedar pues a

nuestra interpretacin en el conjunto de la habitacin, contemplar ste de una u otra forma

teniendo en cuenta su factor multiplicador. Por ltimo, podemos encontrarnos con techos

interiores. stos sern los ms habituales en edificios de pisos. Tendrn esta clasificacin

siempre y cuando en su parte superior tengan construida otra vivienda o planta cerrada en obra.

Observemos los factores multiplicadores. Como la lgica nos dir, una azotea recibe toda la

radiacin solar directa durante todo el da, por lo tanto, es el tipo de techo que ms influir en la

temperatura interior de nuestra habitacin.

Si comparamos con la tabla de factores de la radiacin sobre ventanas veremos que la

radiacin sobre los materiales de construccin en obra, a pesar de estar ms horas expuestos,

transmiten menos calor que los cristales.


5.- TRANSMISIN SOBRE SUELO El clculo sobre este apartado lo tendremos muy fcil una vez se haya medido la superficie del

techo puesto que tendremos el mismo valor. Entenderemos como suelo o como techo aquellos incluidos dentro de la habitacin, es decir, las superficies de ambos que estn cerradas al exterior por cualquier medio realizado en obra. A veces nos encontraremos con algn caso excepcional. Se dan casos en los que la superficie del balcn ha sido incluida dentro de la habitacin cerrando con ventanales de aluminio, pvc, ladrillos, etc. en estos casos deberemos operar teniendo en cuenta que volumen aadido influir en la temperatura, por tanto, tomaremos esta construccin como parte de la habitacin y tratndola como al resto de los clculos.

No debemos menospreciar este apartado, sobre todo en grandes estancias, a pesar de su baja influencia en el resultado final. Ya hemos visto que la temperatura, de manera natural, no se pierde con la facilidad que se gana. Las muchas horas de Sol en verano y la perpendicularidad de los rayos facilitan el calentamiento. En una habitacin de 12 m2 necesitaramos 72 frigoras/hora de nuestro equipo slo para extraer el calor que desprendera este suelo.


6.- MEDIDA DE LA APORTACIN DE CALOR SENSIBLE

Como sabemos, el calor sensible es aquel que provoca un aumento de la temperatura. En nuestra vida cotidiana estamos rodeados de intercambios de calor con aumento o disminucin de temperatura. El simple hecho de que dos personas se den la mano al saludarse produce, durante el tiempo de contacto un intercambio de calor. Como ya hemos dicho, el cuerpo de mayor temperatura cede calor al cuerpo de menor temperatura por aquello del equilibrio. Todos/as vemos a diario instrumentos o aparatos que ceder calor al ambiente, que calientan el aire que nos envuelve. En una habitacin siempre tenemos iluminacin. El mtodo de iluminacin ms tradicional es el de incandescencia. Dado que hasta ahora no hemos conseguido luz sin calor, cada vez que encendemos una lmpara estamos desperdiciando cierta parte de la energa elctrica consumida en producir calor.

Sabemos que en un conductor por el que circula corriente elctrica, parte de la energa cintica o de movimiento de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las molculas del conductor por el que circulan (efecto Joule), elevando la temperatura del conductor que a la vez, eleva la temperatura del aire que le rodea.

Estamos viendo que si analizamos minuciosamente los fenmenos que se producen a diario en nuestro hbitat, podremos encontrar produccin de calor en muchos hechos cotidianos de nuestra vida. Por tanto, eliminar esa calor no debe ser tomado a la ligera.

Tomaremos aqu anotaciones de los watios de potencia de cada uno de los aparatos elctricos que se encuentren en el interior de la habitacin as como de los distintos tipos de iluminacin.


7.- OCUPACIN O NMERO DE PERSONAS

Sabemos que nuestra temperatura corporal est en torno a los 36 C. Esto no es ms que la medida de nuestro calor interno, el calor que llevamos con nosotros all donde vamos.

Esto no lleva al razonamiento de que si entramos en una habitacin, llevaremos con nosotros nuestra calor e inmediatamente comenzaremos a influir en la temperatura del ambiente interior.

Pero, qu ocurre si venimos corriendo o si venimos con una considerable carga de estrs? Pues que nuestra temperatura no ser la misma, ser mayor. Es por esto por lo que distinguiremos el tipo de habitacin o estancia donde entramos y tambin el tipo de actividad que se realizar en dicho lugar. Observemos que en funcin de la actividad a realizar desprenderemos ms o menos calor. Cederemos ms o menos calor al ambiente que comparten otras personas que pueden o no estar en las mismas circunstancias que nosotros/as.

De aqu la diferenciacin que se hace a la hora de calcular el calor desprendido en funcin de la actividad a realizar. Por tanto, distinguiremos entre locales con poca actividad (vivienda), mediana actividad (bares, oficinas, restaurantes) y alta actividad como es el caso de la discoteca donde vamos a movernos con la realizacin de esfuerzos fsicos.


8.- CUBICACIN Cuando hemos venido hablando de ambiente, estamos dando por hecho que formando parte

de ese ambiente se encuentra el aire que nos rodea. Cuando entramos en un lugar cerrado rpidamente percibimos si est a mayor o menor temperatura que el lugar de donde venimos. Es algo as como si cambiramos de medio sumergindonos de pronto en una piscina. Percibimos la temperatura del agua que entra en contacto con nuestro cuerpo inmediatamente, mejor dicho, percibimos la diferencia de temperatura existente entre los dos medios.

Por todo ello debemos ser conscientes de que el aire a nuestro alrededor nos influye de manera determinante y que este aire, a su vez, es influido de manera recproca por todo lo que est en contacto con l. Esto nos lleva a que existe un continuo intercambio de calor con sus consiguientes cambios de temperatura. Habitualmente este intercambio de calor se produce mediante conduccin.

Para instalaciones como la que no ocupa, la ms simple y menos complicada, nos ceiremos a la primera lnea que slo se ocupa de la infiltracin en viviendas o lugares que no requieran una ventilacin forzada.

En este apartado obtendremos la cantidad de calor que vendr con el aire proveniente de las infiltraciones que se produzcan por huecos de puertas, ventanas, etc para lo cual slo tendremos que cubicar la habitacin a acondicionar. En este clculo se da por supuesto que las ventanas y puertas estn cerradas o con una pequea abertura. Con puertas o ventanas abiertas, no tiene sentido realizar muchos clculos puesto que el equipo no va a parar nunca.

Tambin podremos utilizar este formato para el clculo de instalaciones centralizadas que conllevan muchas ms especificaciones aparte de las cargas trmicas.


9.- HOJA DE CLCULO


10.- CONCLUSIN

A menudo solemos encontrar informacin de los requisitos necesarios a la hora de elegir

un aparato de aire acondicionado, pero no es habitual que nos faciliten informacin de cmo

calcular la capacidad del mismo con objeto de aproximarnos lo ms posible a las condiciones

reales de trabajo.

De hecho, en varios cursos sobre climatizacin y fro industrial que he realizado, nunca se

ha expuesto un mtodo para calcular. Ante la pregunta de cmo hacerlo, siempre quedaba para

otro curso o la respuesta era que haba que tener en cuenta muchos factores. Slo en un curso

muy bsico para instaladores electricistas autorizados nos explicaron la importancia de estos

clculos y cmo hacerlos.

Se pretende concienciar a los alumnos que se van iniciando en el tema de la climatizacin

de la importancia que tiene saber cunto calor existe en un lugar, antes de elegir una mquina

para combatirlo de tal forma que la o las personas que se encuentren en el interior de dicho lugar

se encuentren en un ambiente cercano al confort.

Sabemos que el mundo del fro, en el que se incluye el aire acondicionado o la

climatizacin, es un mundo muy complejo en el que se dan la mayor parte de los fenmenos

fsicos los cuales deben ser estudiados para saber en qu momento del proceso nos encontramos

en cada momento.

Por propia experiencia puedo decir desde mi modesto punto de vista, que a pesar de ser

un tema muy complejo, es, a la vez, atractivo en su estudio ya que a diario iremos observando y

comprobando lo que se va aprendiendo.

Hoy en da, el control de una cmara frigorfica es tarea de un autmata programable.

Pero ese autmata tiene que ser programado por una persona y esta persona debe saber de varias

materias para regular el ciclo de una cmara frigorfica.

El mundo del fro requiere una actualizacin casi constante, tanto en conocimientos como

en reglamentacin. Obliga a estar al da en innovaciones tecnolgicas, en muchos casos y cada

vez ms, encaminadas a la eficiencia energtica.

Por otra parte, faltan profesionales. Sobre todo, profesionales concienciados y

respetuosos con el Medio Ambiente. Desde estas letras me gustara animar a todos aquellos que

sienten curiosidad y buscan un futuro profesional seguro, a entrar en el MUNDO DEL FRO.

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