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Clculo de Cargas TrmicasEnviado por tudaregj
Fsica
En este trabajose trata en forma resumida algunas condiciones a evaluar y las consideraciones atomar en cuenta para disear proyectosde sistemasdeAireAcondicionado en locales comerciales.Se nombran adems los diferentes mtodosde clculopublicados para este fin a nivel internacional incluyendo informacinsobre el mtodopropuepor la ASHRAE para utilizarse a partir del ao 2001 finalmente sedescriben los pasos indicados en manual& N 8 publicado por la ACCA para el clc
de cargas trmicas.
INDICE
GLOSARIO
1. DEFINICIN DE CARGA TRMICA
2. INTRODUCCIN, INFORMACION GENERAL
3. CONSIDERACIONES
4. TASA DE FLUJO DE CALOR
5. CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEO
6. MTODOS DE CALCULO
7. MTODO SELECCIONADO
8. DESARROLLODEL MTODO
CONDICIONES DE EVALUACINCONDICIONES EXTERIORES DE DISEO
MOMENTO DEL DA CON CARGA PICO DE ENFRIAMIENTO
GANANCIA DE CALOR POR RADIACINSOLAR A TRAVS DE VIDRIOS
GANANCIA DE CALOR A TRAVS DE COMPONENTES ESTRUCTURALES
CONCENTRACIN DE PERSONAS COMO BASE DE DISEO
GANANCIAS DE CALOR ORIGINADAS POR EQUIPOS
GANANCIA DE CALOR POR INFILTRACIN Y VENTILACIN
TIPOS DE INTERCAMBIO DE AIRE
VENTILACIN Y CARGAS TRMICAS
VENTILACIN Y CALIDADDE AIRE
GLOSARIO
ASHRAE
Sociedad Americana de Ingenierapara Aire Acondicionamiento, Calefaccin y Refrigeracin, ASHRAE, es una organizacininternacional con ms d50,000 personas en captulos por todas partes del mundo. Se organiza la Sociedadcon el propsito de buscar avances en las cienciasy artes de lacalefaccin, ventilacin, aire acondicionado y ref rigeracin, para el beneficio del pblico a travs de la investigacin, escriturade las normas, educaccontinua y publicaciones.
ACCA
La ACCA representa a contratistas para aire acondicionado en NorteAmrica, una asociacin del comerciode los EE.UU. que interviene en el rea dcalefaccin, ventilacin, aire acondicionadoy refrigeracin.
Estos Contratistas son compaas que disean, instalan, realizan mantenimientoy servicioa lo s sistemas HVACR. Los miembros de la ACCA realizantrabajos para sistemas del generoresidencial, comercial, industrial, institucional y gubernamental.
Su misines asistir y ayudar a sus miembros a satisfacer sus clientes, a travs del manejo de informacin tcnica y educacin actuando recprocamecon fabricantes, comerciantes y otros sectores de la industriade HVACR. Como organizacin se forma en 1914. La ACCA tiene mas de 4.000 miembr64 organizacionesformadas en captulo locales.
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CALOR SENSIBLE Y LATENTE
Cuando aplicamos calor a una substancia y esta respo nde aumentando la temperaturaestamos aplicando calor sensible.
Cuando aplicamos calor a una substancia y esta no aumenta la temperatura pero si cambia de estadoestamos aplicando calor latente.
Pero para cambiar de estado un fluido evaporndolo se necesita muchisimo calor, Este calor se llama calor latente de evaporacin.
ENTALPIA
En un cambiode estado se intercambian una cantidad de calor, que para calcularse muchas veces se recurre a la entalpia, digamos que entalpia es cocalor total...
Clculo de cargas trmicas
DEFINICIN D E CARGA TRMICA:
Tambin nombrada como carga de enfriamiento, es la cantidad de energa que se requiere vencer en un rea para mantener determinadas condiciontemperatura y humedad para una aplicacin especifica (ej. Confort humano). Es la cantidad de calor que se retira de un espacio definido, se expresa BTU, la unidad utilizada comercialmente relaciona unidad de tiempo,Btu/hr.
INTRODUCCIN, INFORMACION GENERAL:
A travs de aos de trabajo, diversas compaas y organizaciones han evaluado mltiples factores requeridos para determinar la cargas de enfriamieen diversas aplicaciones. Cuando se utilizan estos factores para el calculo de cargas en espacios y edificios, lo importante es aplicar un buen criterio pdesarrollar algn procedimientodefinido.
Para realizar e l estimado de la carga de enfr iamiento requerida con la mayor exactitud posible en espacios y edificios, las siguientes condiciones sonlas ms importantes para evaluar:
Datos atmosfricos del sitio.La caracterstica de la edificacin, dimensiones fsicas.La orientacin del edificio, la direccinde las paredes del espacio a acondicionar.El momento del da en que la carga llega a su pico.Espesor y caractersticas de lo s aislamientos.La cantidad de sombra en lo s vidrios.
Concentracin de personar en el local.Las fuentesde calor internas.La cantidad de ventilacin requerida.
Existen diferentes mtodos para calcular la carga de enfriamiento en un rea determinada, en cualquier caso es necesario evaluar diversas caracterscomo las condiciones del lugar (condiciones atmosfricas), tipo de construcciny aplicacin del espacio a acondicionar.
CONSIDERACIONES
Lasvariablesque afectan el clculo de cargas trmicas son numerosas, frecuentemente difciles para definir en forma precisa, y no siempre estn en momento mutuamente relacionadas.
Muchas variables de cargas de enfriamiento cambian extensamente en magnitud durante un perodo de 24 horas. Los cambios de estas variables pueproducirse en momentos diferentes unos de otros, por ello deben analizarse detalladamente para establecer la carga de enfriamiento necesaria paraestablecimiento o dividirse este en zonas.
La necesidad de dividir un sistemaen zonas, origina mayor capacidad de carga de enfriamiento que un sistema total pero permite manejar la carga pcada zona en su hora pico.
En el clculo de carga de enfriamiento, es determinante el uso devaloresadecuados para aplicarlos en un procedimiento determinado. La variacin
los coeficientes de transmisin de calor de lo s materialesy montajes compuestos en edificio tpicos, la f orma de construccin, orientacin del edificimanera en cual el edificio opera son algunas de las variables que imposibilitan un clculo numricamente preciso.
Mientras que los procedimientossean usados en forma razonable por el diseador para incluir estos factores, l clculo es aceptado como correcto, todava es solamente una estimacin buena de la real carga de enfriamiento.
TASA DE FLUJO DE CALOR:
En diseo de aire acondicionado existen cuatro (4) tasas relativas de flujo de calor, cada una de las cuales vara en el tiempo y debe ser diferenciada:
1. Aumento de calor del espacio2. Carga de enfr iamiento del espacio3. Tasa de extraccin de calor del espacio4. Carga del serpentin.
La ganancia de Calor Espacial (tasa instantnea de aumento de calor) es la t asa a la cual el calor entra y/o es generado internamente en un espacio enmomento determinado. La ganancia de calor es clasificada por (1) El modo en el cual entra en el espacio y (2) Si es una ganancia sensible o latente.
Los modos de ganancia de calor pueden ser como (1) radiacin solar a travs de fuentes transparentes, (2) conduccin de calor a travs de paredesexteriores y techos, (3) conduccin de calor a travs de divisiones internas, techos y pisos, (4) calor generado en el espacio por lo s ocupantes, luces yaplicaciones, (5) energa transferida como resultado de ventilacin e infiltracin de aire del exterior o (6) aumentos de calor miscelneos. La ganancicalor es directamente agregada a espacios acondicionados por conduccin, convencin, radiacin eventualmente el factor acumulacin.
CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEO
Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio, se r equiere infor macin de diseo detallada de la edificacin e informacin climtica a lascondiciones de diseo seleccionados. Generalmente, los siguientes pasos deben ser seguidos:
Caractersticas de la Edificacin.
Obtenga las caractersticas de la Edificacin.
Materiales de construccin, tamao de los componentes, coloresexternos de fuentes y formas son normalmente determinados a partir de los planosla edificacin y especificaciones.
Configuracin:
Determine la ubicacin, orientacin y sombra externa de la edificacin a partir de los planos y especificaciones. La sombra de edif icaciones adyacentpueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio propuesto. Su permanencia probable debe ser cuidadosamente evaluada de serincluida en los clculos.
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Condiciones Exteriores de Diseo:
Obtenga informacin climtica apropiada y seleccione las condiciones de diseo exterio r. La condicin climtica puede ser obtenida de la estacinmetereolgica local o del centro climtico nacional.
Condiciones de Diseo Interior:
Seleccione las condiciones de diseo interior tales como temperatura de bulbo seco interior, temperatura interior de bulbo hmedo y tasa de ventilaIncluya variaciones permisibles y lmitesde control.
Rutina de Operacin:
Obtenga una rutina de iluminacin, ocupantes, equipo interno, aplicaciones y procesosque contribuyan a incrementar la carga trmica interna.Determine la probabilidadde que el equipo de refrigeracin sea operado continuamente o apagado durante perodos de no ocupacin (ej. Noches y/fines de semana).
Fecha y Tiempo:Seleccione el tiempo del da y e l mes para realizar los clculos de la carga de enfriamiento. Frecuentemente varias horas del da y varios meses sonrequeridos.
Consideraciones Adicionales:
El diseo apropiado y el tamao de los sistemas de aire acondicionado central requieren ms que el clculo de la carga de enfriamiento en el espaciocondicionado.
El tipo de sistema de acondicionamiento de aire, energa de ventilacin, ubicacin del ventilador, prdida de calor de los ductos y ganancia, filtracinlos ductos, sistemas de iluminacin por extr accin de calor y tipo de sistema de retorno de aire, todo s afectan la carga del sistema y el tamao de loscomponentes.
MTODOS DE CALCULO:
La ashrae reconoce la vigencia de cuatro mtodos de clculo de cargas trmicas para seleccionar la capacidad de los equipos de aire acondicionado. Lcuales se nombran a continuacin:
Uno de los procedimientos mayor utilizados es el mtodo de Funcin de Transferencia (tmf).Una versin simplificada de este mtodo conaplicaciones para diferentes tipos de construccin fue publicado en el manual de fundamentos ashrae de 1977.
Este mtodo tiene como fundamento el estimar las cargas de enfriamiento hora por hora, predecir las condiciones del espacio para varios sisteestablecer programasde control y programas de operacin.
El mtodo de funcinde transferencia (tfm) es aplicado para el clculo de flujo unidimensional de transferencia de calor en paredes y techossoleados. Los resultados debido a las variaciones de construccin se consideran insignificantes, se si toman en cuenta la carga de los componennormalmente dominantes. La ASHRAE (1988) gener factores de decremento efectivos de calor y perodos de retraso de tiempo para 41 diferetipos de pared y 42 tipos de techo, que son presentados para utilizarse como coeficientes de funcin de transferencia.
El mtodo de "Clculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de Enfriamiento" (cltd/clf). Es el mtodo que debaplicado al considerarse como la primera alternativa de procedimiento de clculo manual.
El mtodo de Temperatura Diferencial para Carga de Enfriamiento es simplificado, por utilizar un factor "U" para calcular la carga de enfriamipara techos y paredes, presentando resultados equivalentes. As, la ecuacin bsica para carga de enfriamiento en superf icies exteriores es: q =
A (cltd).
El mtodo de clculo de carga por temperatura diferencial se basa en la suposicin de que el flujo de calor a travs de un techo o pared puede sobtenido por multiplicar la temperatura diferencial (exterior - interior) por los valorestabulados "U" de techos y paredes, respectivamente.
Otro procedimiento usado para e l clculo de cargas trmicas es el de "Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo
Promedio" (tetd/ta).La primera presentacin de este mtodo se hizo en el manual de fundamentos ashrae de 1967, este procedimiento esrecomendado para usuarios experimentados.
Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio usando la convencin del tetd/ta, aplican los mismos procedimientos generales empleadospara el tfm.
El cuarto mtodo publicado es un capitulo especial de cltd/clf, utilizado para clculo de cargas en residencias.
El aplicar el procedimiento TETD/TA en fo rma manual, especialmente el clculo de promedio de tiempo, resulta tedioso en la prctica. Este hecho minterscreciente en el TFM condujo a la ASHRAE a desarrollar el proyectode investigacinRP-158, con el objetivooriginal de comparar las diferencsimilitudes entre estos mtodos (TEDT y TFM), para establecer un procedimiento comn para ambos. Se o btuvieron tcnicasautomatizadas, que alutilizar el TETD/TA provee resultados aproximados a la precisin del TFM con menor esfuerzo en cuanto a cmputos se refiere.
La tcnica del CLTD evoluciona como una operacin manual que involucra menos clculos matemticosy reemplaza el procedimiento de TETD/TA,clculos manuales pero requiere el uso de tablas de f actores precalculados. Proyectos de investigacin subsiguientes (ASHRAE 1984, 1988) aclaran alcance de aplicacin efectiva de los f actores utilizados para el mto do de CLTD.
Actualmente est en desarrollo la "Aprobacin experimental del Clculo de Cargas trmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)"
Motivo para el desarrollo de este trabajo experimentalMotivado a que el Manual actual de Normas de la ASHRAE, en el Captulo 28 incluye la discusin de cuatro metodologas de clculo de cargas trmic(Equilibriode Calor, TFM, CLTD/CLF y TETD/TA) est confundiendo a los usuarios del Manual, la ASHRAE ha sometido una Propuesta de laInvestigacin para desarro llar un mtodo alternativo de clculo de ganancias de calor bajo el Ttulo "Aprobacin experimental del Clculo deCargas trmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)".
El Equilibrio de Calor (HB) es el mtodo cientficamente ms riguroso. En la descripcinde este mto do en el Manual de Fundamentos ASHRAE del2.001 se extendern totalmente en el procedimiento. Un nuevo y nico mtodo simplificado, el RTS (Serie de Tiempo Radiante), derivado del mtodequilibrio de calor , tambin ser incluido en el Manual. Todo s los otro s mtodos simplificados (TFM, CLTD/CLF, y TETD/TA) quedarn anulados eeste manual.
El proyecto de investigacin ASHRAE 875 (RP-875) ha documentado el mtodo de HB y ha desarrollado el Mt odo de RTS. Los resultados han estadimpresos en una nueva publicacin de ASHRAE titulado, "PRINCIPIOSde CALCULO de CARGA." Se usarn datosde este proyecto para hacer revisposteriores al Manual de Fundamentos de ao 2.001.
Este cambio en metodologas ser la culminacin de 20 aos de investigacin y debatede la ASHRAE. Casi todos estas investigacionesson basadas esimulaciones de computadoras.
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El proyecto "Aprobacin experimental del Clculo de Cargas trmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)" proporcionar la aprobacin del mtodebido a que ninguna aprobacin experimental de gran potenciahasta ahora a tenido la completacin del mtodo.
Justificacin.
Aunque los principios de ganancias de calor incluyeron en el mtodo de equilibrio de calor bien conocido, ningn edificio se ha construido basado enclculos que usan ese mtodo. Para lograr aceptacin extendida del nuevo, las metodo logas entre practicar una serie de experimentosdebencompletarse medidas de carga trmicas. La aprobacin experimental requiere que proporcione evidencia de confianza en edificios, bien al diseadorusa este procedimiento del clculo de carga para la primera vez. Los anlisisde sensibilidad dirigieron como la parte de este proyecto ayudar a tododiseadores a entender el impacto de las decisiones hicieron rutinariamente como parte de la carga que estima un proceso.
Objetivo
El objetivo de este proyecto es proporcionar aprobacin experimental del equilibrio de calor y la serie de tiempo radiante a la metodologade clculcargas trmicas y para mantener la inclusin de dato s en el Manual de Fundamentos.
Cronograma
Este esfuerzo es crtico al proceso de la revisin para Captulo 28 del Manual de Fundamentos. La aprobacin debe estar completa a su debido tiemppara la inclusin de resultados preliminares y direccin en ese captulo. Basado en esta necesidad, el cronograma estimado po r la ASHRAE es elsiguiente:
Enero, 2000, Resultados del informede Literaturae Investigacin. Finalizacin de cualquier modificacin necesaria para aprobar el planconstruccidel modelo.
Mayo, 2000,
Completar la construccin del edificio de prueba e inicio de pruebas.
Junio, 2000,
Revisar progreso de las pruebas y anlisis de resultados en Reunin del contrat ista con representantes de la ASHRAE.
Septiembre, 2000,
Culminar las Prueba.
Octubre, 2000,Informe de resultados del proyecto y comparacin con clculos de "equilibrio de calor y RTS". De esto depende la entrada al Captulo 28 del proyect
Enero, 2001,
Presentacin y aprobacin del documento tcnico y metodol gico, y revisin con representantes de la ASHRAE.
Enero, 2001,
Revisiones finales al Manual captulo 28 aprobado. La aprobacin experimental y el anlisis de sensibilidad se estima pueda tomar aproximadamentpersona/mes de esfuerzo.
MTODO SELECCIONADO:
En este trabajo se desarrollara un pro cedimiento para el clculo de las ganancias de calor en locales comerciales que pueden utilizar equipos y sistemde aire acondicionados unitarios. El procedimiento no es utilizable para el caso de grandes edificios en los que se recomiendan sistemas centrales. Lainformacin se basa en el manual N publicado por la ACCA, que es un pro cedimiento reconocido como vlido por la ASHRAE, siendo equivalente almtodo de "Clculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de Enfriamiento" (cltd/clf).
El objetivo de este trabajo es establecer los siguientes puntos:
1. El significado de lo s trminos utilizados en e l clculo de cargas trmicas para Aire Acondicionado.
2. Las condiciones de diseo interiores y exteriores.
3. Los requisitos de una ventilacin adecuada.
4. Los procedimientos y factores a utilizar en el clculo de las cargas de enfriamiento.
El procedimiento debe ser interpretado como un conjunto de prcticas recomendadas.
DESARROLLO DEL MTODO:
Carga de diseo
Carga impuesta en el equipo mientras este mantiene las condiciones interiores de diseo y cuando las condiciones exteriores de temperatura y humeestn dentro de lo especificado.
Condiciones interiores de diseo
Son la temperatura interior de bulbo seco y la humedad relativa interior, especificadas para el clculo de una carga de diseo.
CONDICIONES DE EVALUACIN:
1)Condiciones exteriores de diseo
Son la temperatura exterior de bulbo seco y la humedad relativa exterior del ambientedonde se requiere calcular la carga de diseo.
Los sistemas de calefaccin, ventilacin y aire acondicionado (HVAC), deben contrarrestar las fuerzas del tiempo cuando la temperatura al aire libre(temperatura del ambiente exterior) o humedad se mueve en un rango aceptable en favor de la seguridady comodidad (confort). Por consiguiente, uentendimiento claro del comportamientodel tiempo es til para diseadores y operadores de esto s sistemas. Limitaciones en esa comprensin son amenudo la raz de problemas, que envuelve calidad del aire interior pobre y deterioro prematuro de la edificacin y del equipo.
Ingenieros, tcnicos de servicio y o peradores de la construccin constantemente analizan y localizan fallas en problemas normales de sistemas HVAC(siglas en ingles). A menudo, conocer las condiciones del tiempo presentes y recientes pueden ayudar a explicar la causa de un problema, y lleva a unrpida solucin. Recientemente, elWorld Wide Web(mundo virtual en internet) ha llegado a ser una fuente para observaciones actuales.
Uno de los desafo s ms grandes para un diseador consiste en la total comprensin del climaen una localidad desconocida, el conocimientoacerca comportamiento del clima local est menos disponible para el diseador en localidades remotas, a veces con consecuencias costosas. Un procedimiestandard para seleccionar equipo de ref rigeracin para un restaurante en Chicago no aplicara para el mismo restaurante establecido en Puerto Ricocarga latente diez veces ms grande.
Como informacin general, este dato puede tomarse de observatorios climatolgicos locales que contengan esta informacin comobase de datosa l
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largo de los aos, sin embargo, una de las publicaciones internacionales con mayor informacin al respecto es el manual de fundamentos de la ASHRque en la edicinde 1.997 en capitulo 26, incluye parte esencial de los resultados del proyecto de investigacin890-RP de la ASHRAE, que defininuevas condiciones pico de diseo para equipos viscoso. La revisin y extensin de la info rmacin representa un progreso significativo sobre lainformacin antigua contenida en el manual de 1.993, algunas de las cuales se obtuvo por medio de interpolacin de grficasde un lapso de tiempo tpequeo como cinco aos de datos.
El manual de 1.997 refleja la intencin de la sociedad de hacer una o rganizacin ms internacional. La cobertura fuera de los Estados Unidosy Canadhan extendido desde 243 localidades a 801, desdichadamente, algunas localidades previamente listadas quedaron fuera en el manual nuevo, motivadque datos recientes disponibles a la ASHRAE para esas localidades no coincidieron con las normas nuevas uniformes para integridad, a lo largo de superodos de registro.
En los datos contenidos en el manual 1993 y en ediciones ms antiguas se estim en momentos diferentes usando metodologa diferente. Po r ejemplbas la informacin en el extremo para la estacin del verano la cual consta de junio, julio y agosto. Para asegurar uniformidad para clculos mundiaen el de 1.997 los datos se basan en extremos anuales en lugar de estacional o picos de un solo mes.
Por ejemplo manuales anteriores mostraron que la temperatura de bulbo seco excede en 1% de las horas durante los perodos del verano. Ahora, las manual de 1.997, muestraque la temperatura se excede en 0.4% de las observaciones para el ao completo. Igualmente, el viejo 99% de bulbo seco destacin invernal para calentamiento se ha substituido por el nuevo 99.6%valordel anuario. Los porcentajes de 0.4, 1 y 2.5% para enfriamiento y 99
y 99% para calefaccin se eligieron porque producen valores que, para la mayora de las estaciones, correspondi estrechamente al extremo estacionms antiguo. As los valores del anuario nuevos son cercanos, pero raramente el mismo como el extremo estacional antiguo. El usuario puede esperaque resulten ms variaciones de los mtodo s de clculo diferentes en lugar de cualquier cambio del clima significativo.
Esta metodologa nueva es especialmente til a la luzde los compromisos de la ASHRAE para con sus miembros internacionales en climas tropicalesdensas poblaciones. Las estaciones verano e invierno cerca del ecuadorsuceden durante meses diferentes comparado a estaciones en localidadescontinentales como Canad y Argentina. Por eso, anuarios en lugar de clculos estacionales son ms adecuados por una uniforme metodolo ga mund
Datos del tiempo caracterstico de cada hora para localidades fuera de lo s Estados Unidos, Canad y Europano estn fcilmente disponibles al domipblico. Como un sustituto para datos caractersticos, las Observaciones Internacional Superficiales del Tiempo (INSWO) contiene registrosactualecada hora para 1,500 sitio s, que estn disponible a travs del Centro Nacional de Datos climticos de U.S. adems, algunos programas (software)comercialmente disponibles para el anlisis de la energa para construccin incluyen 8,760 horas de registros actuales para lo calidades Latinoameric
y asiticas incluidos en el programa, pero estos datos patentados no estn disponibles como archivosseparados. Una investigacin en desarrollo porASHRAE contendr registros tpicos de cada hora para 200 localidades no norteamericano y se publicarn dentro de dos aos.
Extremos de Humedad Correctos.Algo sorprendente (quiz a causa del nfasis en controlar temperatura en lugar de humedad), los manuales de la ASHRAE anteriores a 1.997 noincluyeron descripcinde datos extremos de humedad. El de 1.993 y los manuales anteriores mostraron slo el promedio de la humedad duranteperodos de temperatura extrema. Esos valores no representan la humedad extrema, que ocurre a temperaturas moderadas durante temporales odurante la maana cuando el ro co se evapora.
La mala impresin o informacin sobre la humedad produjo que en la temperatura superior a menudo era bastante significante el margen de error. puede ver un ejemplo en la inscripcin por Huntsville, Ala.. La temperatura pico de bulbo seco es 94F (34.4C) con un promedio de temperatura de
bulbo hmedo (MWB) de 75F (23.9C). Esos valores pico de bulbo seco producen la impresin que la relacin de la humedad extrema es 14.3 gr./Khecho, la humedad del pico real es muy superior a 19.3 g/ kg., por tener un 0.4% en las columnas del punto del roco. Estas columnas tambin muestque la humedad pico ocurre a un pro medio de temperatura de bulbo seco (MDB) de 83F (28.3C) en lugar de a 95F (35C). Esto representa unareduccin significante en la relacin del calor sensible para un espiral refrescante del aire externo, y probablemente sugiere una seleccindel equipodiferente para tales aplicaciones.
Contar con datos correctos de la humedad pico debe significar mejoras en los equipos y sistemas para la deshumidificacin.
2) MOMENTO DEL DA CON CARGA PICO DE ENFRIAMIENTO
Este momento no es detectable f cilmente, ya que los componentes principales de la carga de enfriamiento no se dan al mismo tiempo. La carga mxde temperatura exterior se toma como las 3:00 p.m., la mxima ganancia solar a travs de vidrio s llega a cualquier hora desde la 7:00 a.m. hasta las 5p.m., dependiendo de la or ientacin geogrfica. Las ganancias de calor internas pueden llagar a su pico en cualquier momento. Se hace necesarioentonces efectuar un clculo de las ganancias de calor en varios puntos a lo largo del da para poderdeterminar el pico mximo de la carga deenfriamiento.
Debido a la variedad de f actores que influyen en el clculo de la carga pico, es recomendable que en los casos en que haya alguna duda se calcule la cpara varias horas.
Un aspecto importante del clculo de cargas de enfriamiento a ho ras diferentes de las 3:00 p.m. y que algunas veces es obviado, es la correccin quehacerse a la temperatura exterior de diseo de bulbo seco para cada momento del da en particular. Obviamente si la mxima temperatura exterior d
bulbo seco se presenta todos los das a las 3:00 p.m., en cualquier otro momento debe ser menor. P or consiguiente, la temperatura interior y la extede bulbo seco a otras horas distintas de las 3:00 p.m. ser menor que en las condiciones de diseo que se presentan a las 3:00 p.m.
Las correcciones no solamente afectan la diferencia de temperatura de exterior a interior, sino tambin las diferencias totales equivalentes en lastemperaturas de paredes y techos.
3) GANANCIA DE CALOR POR RADIACIN SOLAR A TRAVS DE VIDRIOS
Fenestraje o ventanaje se refiere a cualquier abertura vidriada en la envoltura de la edif icacin. Los componentes del fenestraje incluyen: (1) Materia
vidriado ya seavidrioo plstico. (2) Marcos, divisiones, etc. (3) Dispositivos externos de sombreado. (4) Dispositivos internos de sombreado. (5)Sistemas integralesde sombreado (entrevidrios).
El diseador debe considerar los siguientes factores a la hora de seleccionar ventanas: (1) arquitectnicas: identificando las opciones de diseo y sucapacidad de lograr conservacin de energa, incluyendo el posible uso de iluminacin elctrica y luz del da con controles para reducir la luz elctricautomticamente cuando la luz del da est disponible (2) Trmico: Diseando para prdidas de calor y/ o ganancia para el confort de lo s ocupantes conservacin de la energa. (3) Econmico: evaluando los costosy los costos de ciclos de vida de los diseos de ventanas alternativas. (4) La necesidahumana determinando el deseo psicolgico o la necesidad fsicapara ventanas y los estndar de iluminacin apropiada para el pro yecto de uso delespacio, para el confort de los o cupantes y aceptacin.
Sombreado de ventanas con aleros
Cuando una ventana est sombreada con un alero, la porcin del vidrio que no recibe el solest sujeta a la mnima ganancia de calor solar que recibeventana segn la tabla de "Ganancias de calor por radiacin solar a travs de vidrios", del manual N publicado por la ACCA.
4) GANANCIA DE CALOR A TRAVS DE COMPONENTES ESTRUCTURALES
La conduccin es el modo de transferencia de calor por el cual se verifica un intercambio de energa desde una regin de alta temperatura hacia otra baja temperatura, debido al impacto cintico o directo de molculas.
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La ley de fourierde la conduccin de calorestablece que la rapidez de flujo po r conduccin en un sentido dado es proporcional al gradiente detemperatura en ese sentido y al rea normal a la direccin del flujo de calor.
Es decir, el flujo de calor en la direccin x, qx, est dado por la ecuacin:
qx= k.A ( T/ x)
Donde A es el rea normal al f lujo de calor, T/ x es el gradiente de temperatura y k es la conductividad trmica del material.
El calor fluye por conduccin trmica,y su valor es expresado por la ecuacin: Q = U * A * DT esta es la misma ecuacin definida en la leyde fourier conduccin de calor para calcular la rapidez de flujo por conduccin.
Donde:
Q=velocidada la que el calor pasa a travs de un componente en Btu/hr.
U= factor general de transmisin de calor para el componente estructural en Btu/hr por pie2 por grado F de diferencia de temperatura entre la
superficie exterior y la superficie interior del componente. (Btu/hr.pie2 .f).
A= rea del componente estructural que queda expuesto a la temperatura interior y la temperara exterior en pie2.
DT= diferencia de temperatura entre el interior y el exterior en grado Fahrenheit.
Para el clculo son utilizadas las tablas que contienen losFactores de transmisin de calor (valores U)para vidrios, paredes, techos y pisos comnmutilizados en construccin, del manual N publicado por la ACCA.
Diferencias equivalentes de temperaturas
Es muy importante tener en cuenta la diferencia de temperatura equivalentes, que se aplican a paredes y techos efectos de la radiacin solar, efectoretardo o efecto de almacenamiento y diferencias en la temperatura del aire.
Esta diferencia de temperatura se produce realmente por la accinsimultnea de la Conduccin, radiacin y conveccin, se muestran en las t ablas"Diferencias de temperaturas equivalentes para paredes sombreadas y soleadas" y "Diferencias de temperaturas equivalentes para ganancias decalor a travs de techos planos". Estos factor es dan las diferencias de temperaturas equivalentes para varios tipos de construcciones en distintosmomentos del da para techos y paredes respectivamente, estan incluidas en el del manual N publicado por la ACCA.
.
5) CONCENTRACIN DE PERSONAS COMO BASE DE DISEO
Las personas que ocupan el espacio que debe ser acondicionado contribuyen con cantidades importantes de calor sensible y calor latente, que aumencarga total de enfriamiento de dicho espacio.
El clculo debe basarse en el nmero promedio de personas dentro del espacio durante el periodo de la mxima carga de enfriamiento de diseo. Lacantidad de calor debida a las personas, que va a aumentar la carga total de enfriamiento, debe estar de acuerdo a la actividad desarrollada por estspersonas como indica la Tabla "Ganancias de calor por persona". La tabla publicada en el manual N de la ACCA titulada "Concentracin de personaestimados" muestra valores estimados en pies cuadrados por personas para ser usados cuando no se disponga de datos mas exactos.
6) GANANCIAS DE CALOR ORIGINADAS POR EQUIPOS INSTALADOS EN EL INTERIOR DE UN ESPACIO A ACONDICIONAR
Entre las fuentes de calor dentro del espacio que ser condicionado estn las luces, las maquinas de oficina, equipos de computacin, loselectrodomsticos y los motoreselctricos. La tablas anexas que muestran la ganancia de calor generada por algunos de estos aparatos son, "Ganancde calor por motores el ctricos" y "Ganancias de calor por ele ctrodomsticos" y "Ganancias de calor generado por equipos de oficinas", del manuapublicado por la ACCA.
Cuando los equipos que pro ducen calor estn cubiertos por una campana de extraccin, debe calcularse la carga adicional debida al aire fresco que sdebe introducir para compensar el aire extrado por la campana. Esto se calcula en la secuencia de Ganancias de calor por infiltracin y ventilacin.
Con respecto al alumbrado, e l mismo constituye una fuente de calor sensible. Este calor se emite por radiacin, conveccin y conduccin. Un porcendel calor emitido por radiacin es absorbido por los materiales que rodean el local, pudiendo tambin producirse estratificacin del calor emitido poconveccin. Las ganancias de calor reales se determinan aplicando los valores mostrados en la tabla "Ganancias debidas al alumbrado".
Las lamparas incandescentes transforman en luz un 10% de la energa absorbida, mientras el resto la transforman en calor que se disipa por radiaciconveccin y conduccin. Un 80% de la potencia absorbida se disipa por radiacin, y solo el 10% restante por conduccin y conduccin.
Los tubos fluorescentes transfo rman un 25% de la energa absorbida en luz, mientras que otro 25% se disipa por radiacin hacia las paredes que ro del local, y el resto por conduccin y conveccin. Debe tenerse en cuenta, adems, el calor emitido por la reactancia o resistencialimitadora, querepresenta un 25% de la energa absorbida po r la lampara.
Tabla Ganancias debidas al alumbrado
TIPO GANANCIA DE CALOR SENSIBLE ENBTU/HR
Fluorescente Potencia til en vatios x 4,1
Incandescente Potencia til en vatios x 3,4
Generalmente la placa de identificacin de los equipos darn la informacin necesaria para obtener el dato aproximado del calor generado por elaparato. En la placas que se especifique la potencia consumida, esta se puede t ratar del mismo modo que las luces incandescentes, multiplicando los
vatios por 3,4 para obtener Btu/hr. Si lo especificado es la potencia del motor, puede usarse la tabla "Ganancias de calor por motores elctricos" parobtener Btu/hr. Si solo se especifican el voltaje y los amperios consumidos a plena carga, se multiplica el voltaje por el amperaje por un factor deutilizacin razonable (se recomienda 0,6 para motores pequeos y 0,9 para motores grandes) y por 3,4 para obtener Btu/hr. En todos los casos, apliun factor de utilizacin.
7) GANANCIA DE CALOR POR INFILTRACIN Y VENTILACIN
El aire del exterior que fluye a travs de una edificacin, ya sea como aire de ventilacin, o no intencionalmente como infiltracin (y exfiltracin) esimportante por dos razones. El aire del exterior es utilizado muchas veces para diluir contaminantes en el aire del interior y la energa asociada concalentamiento o enfriamiento de este aire exter ior es una significativa carga de relacin espacio - acondicionamiento. La magnitud de estos valores dflujo de aire debe ser conocida a mxima carga para calcular adecuadamente el tamao de equipo y en condiciones promedio, estimar adecuadamentconsumode energa promedio y estacionario. Deben conocerse tambin los valores de intercambio de aire para asegurar un adecuado control de losniveles de contaminantes en el interio r. En grandes edificaciones deben ser determinados el efecto de infiltracin y ventilacin en distribucin, y los
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patrones de flujo de aire interzo nal, los cuales incluyen patrones de circulacin de humo en caso de incendio.
El intercambio de aire entre el interior y las afueras est dividido en: ventilacin (intencional e idealmente controlada) e infiltracin (no intencional descontrolada). La ventilacin puede ser natural y forzada.
La ventilacin natural: es un flujo de aire sin energa a travs de ventanas abiertas, puertas y ot ras aberturas intencionales de una edificacin.
La ventilacin forzada: es intencional, es un intercambio de aire propulsado por un ventilador y con ventanillas de toma y descarga o escapes que sonespecialmente designadas e instaladas para ventilacin.
La infiltracin, es flujo de aire no controlado a travs de grietas, intersticios y otras aberturas no intencionales. Infiltracin, exfiltracin y flujo deventilacin natural son causados por diferencias de presindebido al viento, diferencia de temperatura interior exterior y operacionesde aplicacio dispositivos.
Este trabajo, se enfoca en residencias y pequeas edificaciones comerciales en las cuales el intercambio de aire es debido primeramente a infiltracinLos principios fsicos tambin son discutidas en relacin a grandes edificaciones en las cuales el intercambio de aire depende ms de ventilacin mec
que en el rendimiento de la envoltura de la edificacin.
TIPOS DE INTERCAMBIO DE AIRE
Los edificios tienen tres diferentes modos de intercambio de aire: (1) ventilacin forzada (2) ventilacin natural (3) infiltracin. Estos modos difieresignificativamente en como ellos af ectan la energa, la calidad del aire y el confort trmico. Tambin ellos difieren en la habilidad de mantener una cude intercambio deseada. La cuota de intercambio de aire de una edificacin en un momento dado generalmente incluye los 3 modos y todo s ellos debser considerados aunque uno de ellos sea el predominante.
La cuota de intercambio de aire asociada con sistemas de ventilacin forzada depende en la taza de flujo de aire en los sistemas de ventilacin, de laresistencia al flujo de aire asociada con los sistemas de distribucin, de la resistencia del flujo de aire entre las zonas del edificio y el hermetismo de lenvoltura del edificio. Si alguno de estos factores no est a nivel de diseo o no esta propiamente calculado, la taza o cuota de intercambio de aire deedificio puede resultar diferente de sus valores de diseo.
La ventilacin forzada proporciona el mayor potencial para el control de la cuota de intercambio de aire y la distribucin de aire dentro de unaedificacin a travs de un diseo adecuado. Un sistema de ventilacin forzada ideal tiene una cuota suficiente de ventilacin para controlar lo s nivelecontaminante en el interio r y a la misma vez evita la sobr eventilacin, adicionalmente mantiene un buen confort trmico.
La ventilacin forzada es generalmente obligatoria en grandes edificaciones, donde una mnima cantidad de aire exterior es requerida para la saludy
confort de lo s ocupantes y donde los sistemas mecnicos de expulsin aconsejables son necesarios. La ventilacin forzada generalmente no es utilizaen residencias o en otro tipo de estructurascon envolturas. Sin embargo, edificaciones ms hermticas requieren mayores sistemas de ventilacin pasegurar una adecuada cantidad de aire exterior para mantener una aceptable calidad de aire interior.
La ventilacin natural a travs de aberturas intencionales es causada por presiones del viento y diferencias de temperaturas interior exterior.
Flujo de aire a travs de ventanas y puertas u ot ras aberturas de diseo pueden ser utilizadas para proveer una ventilacin adecuada para diluircontaminantes y controlar temperaturas. Aperturas no intencionales en la envoltura de la edificacin y la infiltracin asociada puede interferir con lopatrones de distribucin de aire de ventilacin natural deseada y cargas mayores que la tasa de diseo de flujo de aire. La ventilacin natural algunas
veces incluye infiltracin.
Infiltracin es flujo de aire descontrolado a travs de aberturas no intencionales producidas por vientos, diferencia de temperaturas y presionesinducidas de aplicacin. Infiltracin es menos confiable de proveer ventilacin adecuada y distribucin, ya que este depende de condiciones climticla distribucin de aberturas no intencionales.
Es la fuente principal de distribucin, en edificios de envolturas do minante y tambin es un factor importante en edificaciones ventiladasmecnicamente.
VENTILACIN Y CARGAS TRMICAS
El aire exterio r introducido en una edificacin forma parte de la carga de acondicionamiento del espacio, la cual es una razn para limitar la cuota deintercambio de aire en las edif icaciones a un mnimo requerido. El intercambio de aire tpicamente representa de un 20% a un 40% de la carga trmila edificacin.
El intercambio de aire incrementa la carga trmica de una edificacin de 3 maneras:
La primera, el aire entrante debe ser calentado o enfriado desde la temperatura del aire exterior a la temperatura del aire interior. La tasa de consumenerga esta dada por
q s = carga de calor sensible bth/hr, Donde
Q = tasa de flujo de aire, cfm.
e = densidadde aire, lbm/ft3 (aprox. 0.075)
c p = calor especfico del aire, Btu/lbf (aprox 0.24)
D t = diferencia de temperatura interior exterior, F.
Segundo, el intercambio de aire incrementa el contenido de humedad, particularmente en verano y en algunas reas cuando el aire hmedo del exterdebe ser deshumidificado. El consumo de energa asociada con estas cargas est dado por:
Donde:
q1 = carga de calor latente, Btu/h
H fg = calor latente de vapor a la temperatura del aire apropiado, Btu/lbm (aprox. 1.000)
D W = radiode humedad de aire interior menos el radio de humedad del aire exterior, lbm agua/ lbm aire seco.
Finalmente el intercambio de aire puede incrementar la carga en una edificacin, disminuyendo el rendimiento del sistema de envoltura o aislamienaire fluyendo alrededor y a travs del aislamiento puede incrementar la tasa de transferencia sobre las tasas de diseo. El efecto de dicho flujo de airel rendimiento del sistema de aislamiento es difcil de cuantificar, pero debe ser considerado. El flujo de aire en el sistema de aislamiento puededisminuir tambin el rendimiento del sistema debido a la humedad condensada dentro y sobre el aislamiento.
VENTILACIN Y CALIDAD DE AIRE
Los requerimientos del aire exterior han sido discutidos por ms de un siglo, y diferentes estudiosos han producido estndares de ventilacinradicalmente diferentes (Klauss et al 1970, Yaglou 1936, 1937). Las consideraciones han incluido la cantidad de aire requerida para remover aire
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exhalado y para controlar la humedad interior, dixido de carbono(CO2) y olor.
El mantenimiento de los niveles de dixido de carbono (CO2) es un criterio comn para determinar la cuota de ventilacin. Una concentracin tpicaexterior del CO2 es 0.03 %. El estndar 62 de la ASHRAE especifica la tasa de ventilacin requerida para mantener una aceptable calidad del aire intpara una variedad de usos de espacios. La forma contiene un requerimiento bsico de 15 cfm de aire exterior por persona basado en un lmite deconcentracin de CO2 de 0,1 %.
Mientras una persona de salud normal tolera 0.5 % de CO2 sin sntomas desagradables (Mc. Hattie 1.960) y los submarinos algunas veces operan code CO2 en la atmsfera a nivel de 0.1 % provee un factor de seguridad para actividad continua, carga de ocupacin inusual, ventilacin reducida y conde olores.
Alternativamente la norma 62 puede ser completada manteniendo la concentracin de ciertos contaminantes dentro de los lmites prescritos por lanorma, por medio de la combinacin de control de fuentes, tratamiento del aire y ventilacin.
En caso de fuentes contaminantes de alto nivel, impracticamente se requieren altos niveles de ventilacin para controlar los niveles de contaminaci
que otros mtodos de control son ms efectivos. Una efectiva forma de control es la remocin o reduccin de fuentes contaminantes, otra alternativespecificar materiales de construccin con bajas cuotas de emisin de contaminantes.
Selladores pueden ser utilizados en algunas situaciones para prevenir entrada de gases. Ventilacin del lugar como ventanillas del bao, rejillas paracontrolar una fuente determinada es tambin efectiva.
Las partculas pueden ser removidas por medio de f iltros de aire . Gases contaminantes con mayor peso molecular pueden ser controladas con carbactivo, con pelotillas de alminaimpregnadas con sustancias como permanganato de po tasio. El captulo 10 delvolumenHVAC de 1.988 tieneinformacin sobre la limpieza del aire. La norma 62 permite que el aire limpio sea sustituido por aire del exterior.
La cuota de circulacin debe incrementarse pero debe haber ahorrode energa al acondicionar aire del exterior. Cada contaminante y un mtodoapropiado de limpieza debe ser considerado.
La prctica de ventilacin industrial est bien desarro llada y es discutida en lo s captulos 41 y 43 del volumen HVAC de 1995 y el Manual de VentilaciIndustrial ACEIH de 1.986.
MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO
La ventilacin natural y la infiltracin son producidas por diferencias de presin causadas por viento, dif erencias de temperatura entre el aire del inty el aire del exterior (efecto de chimenea), y la operacin de equipos como dispositivas de combustiny sistemas de ventilacin mecnica.
Las diferencias de presin en una zona depresinde la magnitud de estos mecanismos de funcionamiento, as tambin como de las caractersticas deaberturas en el diseo de la edificacin, su ubicacin y la relacin entre las diferencias de presin y el flujo de aire para cada abertura.
Las diferencias de presin a lo largo de la estructurade la edificacin estn basadas en los requerimientos de que el flujo de la masa de aire que entrala edificacin son iguales a las masas que fluyen hacia fuera. En general la diferencia de densidad entre las interiores y las exteriores pueden serdescartadas, tal que la tasa de flujo de aire volumtrico que entra al edificio se iguala a la tasa de aire volumtrico que sale. Asumiendo que las diferede presin de la envoltura pueda ser determinada siempre, tal determinacin requiere una gran cantidad de informacin detallada que sencillamentimposible de obtener.
Cuando el viento choca contra una edificacin produce una distribucin de presiones estticas sobre la superf icie exterior de la edificacin, la cualdepende de la direccin del viento y de la ubicacin en el exterior de la edificacin.
Cuando existe una diferencia de temperatura interior exterior, se impone un gradiente en la diferencia de presin. Esta diferencia de presin D pi una funcin de la altura y la diferencia de temperatura.
Autor:
Gustavo Jos Tudare Prado
Edad: 34 aos
Ingeniero Mecnico.
Ocupacin: Coordinador de o bras de construccin para infraestructura de la industria Pet rolera
Venezolana (empresa Petrleo s de Venezuela S.A., PDVSA).
Profesor de las ctedras de Aire Acondicionado y Computacin en el programa de Ingeniera Mecnica
de la Universidad del Zulia.
e-mail:
Miercoles, 21 de Mayo de 2014 a las 10:29 | 0
Domingo, 15 de Septiembre de 2013 a las 09:49 | 0
Martes, 10 de Mayo de 2011 a las 22:32 | 0
Comentarios
Rusanna SanchezBuenis dias, queria saber que temperatura ponias cuando el programa te pide las temperaraturas de particion:
Ambiente maxima, amb iente minima, minima de e spacio no a condicion ado y maxima de es pacio no
acondicionado.
ARMANDO GARCIA
Buenos dias:
muy buen artculo,y en que lugar se pueden conocer las respuestas de las preguntas que hacen los lectores de
este articulo.
Gracias
robinson robinson
Robinson Arq.
buenas tardes
saludos desde colombia
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7/26/2019 Clculo de Cargas Trmicas - Monografias
9/9
13/4/2016 Clculo de Cargas Trmicas - Monografias.com
http://www monografias com/trabajos4/cargasterm/cargasterm shtml
Miercoles, 15 de Diciembre de 2010 a las 10:36 | 1
Miercoles, 30 de Septiembre de 2009 a las 14:28 | 1
Mostrando 1-5de un total de 6comentarios. Pginas: 1 2 Siguiente
En busca de poder realizar proyectos que en lo posible tengan l a mnima ganancia de temperatura, fui en
bsqueda de respuestas y encontr su publicacin q me aclaro muchos puntos,,
Para el que le interese tener ejemplos prcticos de ganancia de temperatura por radiacin aqu les comparto este
manual, q contiene hasta factibilidad econmica por consumo de equipos de refrigeracin,, chequenlo, y si
alguien puede compartir algn programa para realizar estos clculos,, se les agrdese
HeatTransPracApprCengel
Cap 21
Gracias
Alfonso Aguilar
Que tal buenos dias, soy de Mexico y tengo una duda, actualmente estoy trabajando en una empresa de aire
acondicionado pero tengo unas dudas:
Como seleciono el serpentin de una manejadora de aire?
Como se a que temperatura va a salir el aire, si por ejemplo tengo 32c en el exterior y el 100% es aire nuevo(sinretorno)?
Como lo calculo?
Excelente articulo.
Saludos
Rigo Romero
Muy buenos dias Prof. Gustavo Tudare, en primer lugar le doy mis felicitaciones por la Excelente publicacin!
En estos momentos me encuentro realizando un proyecto de Diseo, Fabricacion y Construccion de un sistema de
refrigeracion accionado por energia alterna y mi primer paso es saber la carga termica a retirar de la habitacion en
donde voy a aplicar dicho dispositivo y quisiera saber si usted tiene la normas y la disponibilidad para compartirla
para empezar con el estudio de mi proyecto de investigacion.Deseandole un buen dia y sastifactoria e inmedita respuesta me despido. ATTE. Rigo Romero
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