cap 5 calculo de cargas de enfriamiento

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UNIDAD V

Cálculo de CargasTérmicas paraEnfriamiento

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1. METODO ABREVIADO ~ 1

1.1. Método 1: Para climas templados : 11.2 Método 2: Para climas tropicales 2

2. MÉTODO TABULAR, 2

2.1. Carga térmica debido al calor que ingresa por las paredes expuestas alaire exterior · ············· 3

2.2. Carga térmica debido al calor que ingresa por el techo expuesto 32.3. Carga térmica debido al calor que ingresa por las ventanas .42.4. Carga térmica debido al calor que ingresa a través de las paredes compartidas 42.5. Carga térmica debido al calor que ingresa por techos y pisos 52.6. Carga térmica debido al calor que ingresa con el aire infiltrado 52.7. Carga térmica debido al calor que generan las fuentes internas de calor 6

3. TABULACIÓN y SELECCIÓN DE LA UNIDAD ACONDICIONADORA 64. RESUMEN 11

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lndice

~- ----- - ------,Indice

Unidad V: "Cálculo de Cargas Térmicas para Enfriamiento"

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Sistemas de Aire Acondicionado

UNIDAD V

' ~~~A~CUlOº~ C~J3.S;ASTÉRMICAS PARA ENFRIAMIENTO:'

INTRODUCCIÓN

La importancia de la estimación de la carga térmica de un ambiente radica en la mejorselección de la unidad acondicionadora a instalar. Una mala estimación de la carga térmicapuede ocaconar lo siguiente:

a) Subdímensionado del equipo acondicionador (carga térmica real mayor a la capacidad delequipo).- El equipo trabaja más horas diarias de lo normal, lo cual conlleva a la disminuciónde su vida útil. Puede ocurrir también que nunca se logre en el ambiente la temperaturarequerida.

b) Sobredimensionado del equipo acondicionador (carga térmica real menor a la capacidad de!equipo).- Si bien es cierto que un equipo sobredimensionado "trabaja" menos. El problema

radica en que podría ocupar más espacio, pero sobre todo, el costo inicial es alto.

','Vamos a desarrollar dos métodos el abreviado y el tabular siendo 'el abreviado un métodosujeto a recalculo de acuerdo a las posteriores ajustes de las condiciones del ambiente peromuy práctico para una primera decisión. El método tabular en cambio permite una mejorevaluación del ambiente sin dejar de hacer el ajuste a las condiciones exteriores reales delambiente.

1. MÉTODO ABREVIADO

1.1. MÉTODO 1: PARA CLIMAS TEMPLADOS

Una de las condiciones fundamentales para instalar aire acondicionado en unambiente, es seleccionar el equipo adecuado.Eso se logra mediante los cálculos que se hacen de los siguientes factores:1. La transmisión de calor a través de las paredes, techos, etc.2. El calor cedido por las personas que ocupan la nabítácion.3. El calor producido por la iluminación artificial.4 .. El calor generado por motores, por resistencias, por fricción, por llamas de

combustión, etc. (máquinas eléctricas de copiar, escribir, calcular, refrigeradoresy artefactos en general),

5, La radiación solar a través de las ventanas.

Normas para el calculo de Btu necesarias en las instalaciones

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" II

-~ Unidad V

1.2.3.4,

5.6.7.8.9.

Aparatos eléctricos en funciónPersonas presentesVentanas (con mala orientación)Ventanas (con buena orientación)Paredes exteriores (hacia el sol)Paredes exteriores (a la sombra)Paredes interioresTechos al aire libre

Techos (con otro piso arriba oaislamiento)

Vatios x 3.4 = BTUjhrN° x 500 = BTUjhr.m2 x 500 = BTUjhr.m2 x 200 = BTUjhr.m2 x 300 = BTUjhr.m2 x 150 = BTUjhr.m2 x 100 = BTUjhr.m2 x 200 = BTUjhr.

m2 x 60 = BTUjhr.

D~ ..., 1

2. MÉTODO TABULAR

Q, = ÁREA (A) x COEFICIENTE (B) x COEFICIENTE (f)

NOT A: Una capacidad de enfriamiento de 12,000 Btu/h es equivalente a una tonelada de capacidad deenfriamienl'o.

Este método nos permite en una forma muy rápida pero efectiva determinar la cargatérmica de cualquier ambiente a acondicionar. Cada tipo de carga térmica ( a través de lasparedes, techo, ventanas u otros) se puede determinar por la siguiente relación:

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Unidad V

1 HP x 2,545 BTU/hr.

IArea de enfriamiento (m") Capacidad nominal aprox de

Larqo x Anchoenfriamiento (Btu/hr)

10-128000

12-149000

14-1610000

16 - 20-12000

20 - 2414000

26 - 3018000

30 - 3521000

45 - 5030000

. 10 .. En caso de existir motores enla sara acondicíonarse:

El caballaje del mismo tendrá elsiguiente equivalente.


1.2. METODO 2: PARA CLIMAS TROPICALESIMPORTANTE: Antes de comenzar:

Use la siguiente Guía para asegurarse de que usted haya seleccionado la unidad deaire acondicionado que enfriará en forma adecuada el área que usted desea. Estaguía se ha desarrollado para habitaciones donde el aislamiento, el número deventanas y la exposición al sol son normales, y para acomodar la presencia de dospersonas en el área de enfriamiento.Ajuste la capacidad de la unidad de aire acondicionado indicada en la tabla adjuntasegún las siguientes condiciones:

1. Reduzca la capacidad en un 10% para áreas con mucha sombra .2. Aumente la capacidad enun 10% para áreas muy soleadas.3. Añada 600 Btuh por cada persona adicional (cuando hay más de dos personas)4. Añada 4000 Btu/h si el área de enfriamiento es una cocina.

Pago 2

';' la suma de éstas cargas representa la carga térmica totai del amb¡ei,te 3 acondicionarLos tipos de cargas térmicas a determinar son:a) Carga térmica debido al calor que ingresa por las paredes expuestas al aire exterior.b) Carga térmica debido al calor que ingresa por el techo expuesto ..c) Carga térmica debido al calor que ingresa por las ventanas .

... d},CaC99 térmica deJ?.Lcjoal calor que ingresa a través de las paredes c~~parti~as... ------er -targa térmica debido al cal6fque ingresa por techos y pisos. d~- --

f) Carga térmica debido al calor que ingresa con el aire infiltrado.

g) Carga térmica debido al calor que generan las fuentes internas de calor.

TIPO DE PARED

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íltiTITII ISin cielo raso

Cielo rasoSin cielo rasoCielo raso

2.2. CAR~A TÉRMICA DEBIDO AL CALOR QUE INGRESA POR EL TECHqEXPUESTO

Selecéionar el coeficiente B de la tabla 2 y multiplicarlo por el área del techo encuestión


, ,. 2.1. CARGA TERMICA DEBIDO AL CALOR QUE-INGRESA POR LAS PAREDES

EXPUESTAS AL AIRE EXTERIOR

.,SeleccLQnaLeJ cQeJlcien.t~_B de ~a tabla.JN,mu!tiR.licarlopoc:~l-,-áreªd,EUa pared encuestión (excluir el área de las ventanas) ,

Nota: La orientación entre paréntesis implica coeficientes B para ambientes localizados en elhemisferio Norte.

TABLA 1

I J n irl;:lr1 \/

TIPO DE TECHOI~UC:IILIC:IILC: D \ 1'\1..01/111 11}LIGERA

Sin cielo rasoI165

Con cielo rasoI60

MEDIA

1

Sin cielo rasoI92Con cielo raso

I38

I PESADA

Sin cielo rasoI43I

Con cielo rasoI23I.- -, -

.... -, 'TABLA 2

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Nota: La orientación entre paréntesis implica coeficientes B para ambientes localizados en eihemisferio Norte.

2.3. CARGA TÉRMICA DEBIDOALCALOR QUE INGRESA POR LAS VENTANAS.En caso que el ambiente a acondicionar cuente con ventanas en 2 o más direcciones(paredes) la ventana que tenga el mayor valor del resultado de área x coef B(obtenida de la. tabla 3) se tomará en cuenta como la única expuesta al sol y lasdemás ventanas tendrán el coeficiente correspondiente a ventanas bajo sombra. De ,la tabla 4, además, se escogerá el coeficiente f que corregirá el cálculo para aquellasventanas cubiertas por cortinas o persianas.

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Coef f 1

0,7 I

0,8 - 0,9 I

Ventanabreac60

I I , .. I I I , I

I I I ,

55 140 l· 540 I 290 1650 I 400 i 390 I 480 I 490I I I ,

35 I 90 1370 220 1440 t 270 1270 I 340 I 340 I

30 l· 70 1290 '170 340 I 215 1210 l· 2~;-·r;~~··'

25 I 40 i 330 1130 I 360 I 200 1190! 230 ! 240

TIPO DE CUBIERTAPersinas colocadas en el lado interiorCortinas

TABLA 4

TABLA 3

TIPO DE VENTANA

I Vidrio ordinarioI! (3mm)Vidrio ordinario

(6mm -- -- .--

I Vidrio. tipo absorbente deI calor (3 mm) ....Tipo Duplex:Ext: absorbente de calor

I Int: vidrio de 6 mm, Adobe de vidrio


2.4. CARGA TÉRMICA DEBIDO AL CALOR QUE INGRESA A TRAVÉS DE LASPAREDES COMPARTIDAS

Seleccionar el coeficiente B de la tabla 5 y multiplicarlo por el área de la paredcorrespondiente. Cuando el ambiente adyacente está acondicionado, ya no esnecesario cálculo de la carga térmica.

TIPO DE PARED

I

COEFICIENTECOMPARTIDA Pantallas o vidrio

I13i Otros

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2.5. CARGA TÉRMICA DEBIDO AL CALOR QUE INGRESA POR TECHOS Y PISOSSeleccionar el coeficiente B de la tabla 6 y multiplicarlo por el área del techo o piso

.correspondiente, Cuando los aDJ-ºli:nte~ufJ~rJg~jjo in~~rJºc.€:_s~~n,acondicio_nél®_~_DO, existe calor que pueda trasladarse desde o hacia el ambiente a acondicionar ,-por lo

tanto, el cálculo de la carga térmica es innecesario.

TABLA 6TIPO DE TECHO O PISO I Coeficiente B (Kcal/m2h)

ConCreto

I10.¡\::

Recubierto con alfombra o linoleum I

7Piso en contacto con el terreno

IO

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ICoef B (Kcal/m3h)

Standard

I8I

Pasadizos de mucha frecuencia de gente, I

12 - 16muchas ventanas expuestas al aire exterior.

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400

208

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TABLA 7

Cuando no se conoce el número de ocupantes, se puede estimar así:HOteles, salas de espera, ambientes privados en hospitales 1 ocupante / m2

Oficinas, salones de belleza, barberías, fotoestudios 2 ocupante / m2

Tiendas, residencias, apartamentos 3 ocupante / m2

Salas de conferencias, restaurantes, bares 6 ocupante / m2

2.6. CARGA TÉRMICA DEBIDO AL CALOR QUE INGRESA CON El AIREINFILTRADO

Seleccionar el coeficiente B de la tabla 7 y multiplicarlo por el número de ocupantes oel volumen del ambiente, tomando como carga térmica cualquiera que represente elmayor valor .

Bancos, tiendas de departamentos, teatros,área de no fumadores.

Oficinas, salas de conferencia, hoteles,restaurantes, hospitales, apartamentos.Salas privadas, área de fumadores.

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2.7. CARGA TÉRMICA DEBIDO AL CALOR QUE GENERAN LAS FUENTESINTERNAS DE CALOR ..Las personas' deben considerarse como la principal fuente de calor interna delambiente. Multiplicar el coeficiente B de la tabla 9 por el número de ocupantes .

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Para el cálculo de cargas térmicas de otras fuentes internas de calor tales comosistemas de alumbrado¡ artefactos eléctricos y aparatos a gas se deben considerarsus máximas capacidades (o potencias) multiplicados por un factor de simultaneidadentre 0¡5 y 0¡8 según la cantidad de aparqtos y la frecuencia de uso de cada uno.(acriterio del calculista).Una vez obtenida la carga térmica total (sumatoria de todas las cargas previamentecalculadas), se debe' seleccionar' una unidad acondicionadora que tenga unacapacidad frigorífica ligeramente mayor a la calculada.Se debe tener en cuenta que la tabulación del ..r:nétQ90 está hecha para unadiferencia entre el confort y el exterior de 10°C, debiéndose ajustar el cálculo enforma proporcional a la diferencia real de las condiciones trabajadas.

I Condición del ocupante l' Tipo de ambientesSentado i Teatros, salas de té

Haciendo trabajo de 11 Oficinas. hoteles, restaurantes, Ii em leado tiendas, etcHaciendo trabaio físico Fábricas, qimnasios, etc, I

Coef B (Kcal!h-ocupantes)100120

200

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3. TABULACIÓN y SELECCIÓN DE LA UNIDAD ACONDICIONADORA

Determinemos la capacidad térmica del equipo acondicionador para el ambiente con lassiguientes condiciones:Según el plano:El ambiente es el ler piso de una residencia de 2 pisos alfombrado.Número de ocupantes: 3Fuente de iluminación: 1fluorescente de 40 W

Ventanas de vidrio de 3 mm de espesor del tipo ordinario y ubicadas según el plano.

TEXT= 300(T1NT= 24°(

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ExteriOr¡ expuestaal sol

Pared

compartida

3.6

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ParedExterior

expuesta alsol

TASULACION DE LAS CARGAS DE ENFRIAMIENTO

El coeficente f debe ser 1 excepto en el caso de ventanas o fuentes internas de calor


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2484 kcal/h

¡ Cualquiera

1Isea el mayor403

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56

60

710

136

100

860

860

1000

Fecha:

Persona encargada del cálculo:Area: 2,7 m (A) x 3.6 m (L) = 9,72 rr,2

Volumen: 9,72 (área) x 2,5 m (H) = 24.3 m3

I Coeficiente f ¡carga Q=f x CA

Atea

m~

2.7 x 3.0

Primer caso

S. 1.5 x 1.2

W. 1.5 x 1.2

:Piso

¡Coeficiente si e = A x 8I I

¡ 4.95 I

! 7.2 I

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1.8 ¡i1.8 J

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I 9722 ¡I

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Segundo caso I VoL 24.3 m2 I

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I Lampara f1uoresc. I 0.04 kW I

I . I j; Lampara Incandes ..

1 Artefactos eléctric.1 ,1, I

I Gas ciudad I I

! Propano , I

1Carga de enfriamiento total

Techo

Aireexterior

Fuentesinternasde calor

Ventanas 1

I

Nombre del ambiente

Ubicación

Ambiente: Sala principalPiso: 1ro

Item

Paredes I S. 2.7 x 2.5 - 1.8expuestas.

al exterior I w. 3.5 x 2.5 - 1.8I

.....---1 E. 3.6 x 2,5Paredes .. ~ _

comparti-I N. 2.7 x 2.5das, cielo iraso y pi- ITecho 2.7 x 3.6so

El valor de carga térmica calculada de 2484 kcaljh está referida para una diferencia de 10°Centre la temperaturJ !r.téi ¡or y exterior. Puesto que en nuestro ejemplo tenemos unadiferencia de 6°C (30 - 24). Entonces la carga térmica se verá corregida de la siguientemanera:

Carga térmica = 2484 x 6 j 10 = 1490 Kcaljhr Ó 5960 Btujhr.

La, selecció~ .de la unidad acondicionadora se estimará con el valor de carga térmicacalcÚlado, y la.temperatura exterio'r prorñ-edio dé la localidad donde se ubica-el-ambiente enlos catálogos que proporcionan los fabricantes .

Unidad V---------------------- __ , h ._. • • _

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~ Sistemas de Aire AcondiCionado~l -

~l. !~¡ CASO 5

(i,¡ Encontrar la carga térmica de una oficina basada en las siguientes condiciones:-1

~.~ __t;;;pe_~ifj~ª~Ione~dp. construcciÓn:.)¡

Ambiente

COi1t1guo

II

~·;:;:;2«;';"

Pasadizo

]8.0 m

Ventanas con persianas].6 m x 2.5 m

Altura de] ambiente: 3.0 m

[ 2do piso

: Construcción de 5 pisos': Construcción media (Concreto de 150 mm): Normal (6 mm) con persianas: Concreto con linoleum: Solo concreto ~.,

: 20 Fluorescentes de 40 W c/u: 15 trabajando: Hemisferio Sur

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l:.~:'q?-

7,5 m

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Edificio

Paredes expuestasVidrio de ventanasPisoTechoLucesPersonasArea

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Item IA¡coeficiente Bi e; A x 8 I Coeficiente f ¡carga Q=f x C

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Unidad V

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Persona encargada del cálculo:

Area: 2,7 m (Al x 3,6 m (L) = 9,72 n? _Volumen": 9;72' (area) x 2,5 rii '(H) =24,3 m'

'TABULAC'ION DE LAS CARGAS DE'ENFRIAMIENTO

El coeficente f debe ser 1 excepto en el caso de ventanas o fuentes internas de calor

Nombre del ambienteUbicación

Ambiente: Sala principal,Piso: 1ro


01 = ÁREA (A) x COEFICIENTE (B) x COEFICIENTE (f)

Método tabularEste método nos permite en una :Orina muy r¿pida, pero efectiva, determinar la carga térmicade cualquier ambiente a acondicionar. Cada tipo de carga térmica (a través de las paredes,techo, ventanas u otros) se puede determinar por la siguiente relación:

Los tipos de cargas térmicas a determinar son:a) Carga térmica debido al calor que ingresa por las paredes expuestas al aire exterior.b) Carga térmica debido al calor que ingresa por el techo expuesto.c) Carga térmica debido al calor que ingresa por las ventanas.d) Carga térmicadebido al calor que ingresa a través de las paredes compartidas.e) Carga térmica debido al calor que ingresa por techos y pisos.f) Carga térmica debido al calor que ingresa con el aire infiltrado.g) Carga térmica debido al calor que generan las fuentes internas de calor.

Sistemas de Aire AcondicionadoTecsup Virtu@/

Método abreviadoMétodo 1 Para climas templadosMétodo 2: Para climas tropicales

-4. RESUMEN

. CÁLCULO DE CARGAS TÉRMICAS PARA ENFRIAMIENTO

cap 5 calculo de cargas de enfriamiento

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