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CAPITULO 3
MEMORIA DE CALCULOS
3.1 DETERMINACIÓN DE LOS VOLÚMENES DE AIRE EN CADA UNA DE
LAS ÁREAS DE LA BIBLIOTECA.
Para el cálculo de los volúmenes se ha dividido en secciones según los cielos rasos,
para el primer caso la sala de lectura que tiene un cielo raso de 3.50m queda
determinada como muestra la figura.
5.380.152
85.1524.18.LECTURASVol
3
. 6.942 mVol LECTURAS
hmQ
mrenNVQ
/4715
5*943º*
3
1
3
Convierto unidades:
cfmQ
cfmm
fth
h
m
2775
27753048.0
1
min60
14715
1
3
33
15.85
18.24
15.8
0
3.2) ESCOGER EL NÚMERO DE RENOVACIONES HORA.
renNº = 4-5 Renovaciones hora para bibliotecas (Tabla especificada en anexo
Refrigeration and Air)
Para el siguiente caso dividimos el área total en 5 áreas conocidas y multiplicamos
por el cielo raso que mide 2.30, en este espacio funcionan la sala de recepción y los
ficheros virtuales.
VOLUMEN TOTAL SECCION 2
AREAS LARGO ANCHO ALTURA VOLUMEN
m m m m3
1 5,61 1,85 2,3 24
2 4,4 2,8 2,3 28
3 8,36 0,6 2,3 12
4 11,06 3 2,3 76
5 10,31 7,63 2,3 181
VOLUMEN TOTAL 321
3
2 321mVolsala
3.3) CALCULO DEL AIRE NECESARIO PARA VENTILAR EN CFM (CUBIC
FEET PER MINUTE)
3.3.1) MÉTODO DE VOLÚMENES
hmQ
mrenNVQ
/1605
5*321º*
3
2
3
Convierto unidades:
cfmQ
cfmm
fth
h
m
945
9453048.0
1
min60
11605
2
3
33
cfmQtotal
Qtotal
QQQtotal
3720
9452775
21
1Q = Caudal necesario para ventilar la sala de lectura con cielo raso 3.50m ( hm /3
o cfm)
2Q = Caudal necesario para ventilar la sala de lectura con cielo raso 2.30m ( hm /3
o
cfm)
Qtotal = Caudal necesario para ventilar toda la sala de lectura ( hm /3
o cfm)
3.3.2) METODO DEL NUMERO DE PERSONAS
Se multiplica el número de personas por una constante de ventilación de aire
requerida por humano ocupante.
Número de personas=120
3
3
3240
1
3600
1000
1900
/5.7120
º
h
mQT
h
seg
lt
m
seg
ltQT
segltQT
NQT
personas
QT = Caudal total necesario para ventilar según el método de número de ocupantes
= Required air Ventilation per human occupant = 7.5 litros/s ( Manual de
ventilación Salvador Escoda S.A.
Nº= Máximo número de personas permitidas en el recinto.
Convierto unidades.
cfmQT
cfmm
fth
h
m
1906
19063048.0
1
min60
13240
3
33
Para la ventilación escojo el caudal mayor que en este caso esta dado por el
método de volúmenes.
Q total = 3720cfm para primera planta
Para el cálculo de caudales en el segundo piso se tiene la figura donde se puede
observar como esta distribuida el área de depósito bibliográfico.
3
2 353mVolsala
NUMERO DE RENOVACIONES = 4-5 Renovaciones/hora para bibliotecas
hmQ
mrenNVQ
/1412
4*353º*
3
3
3
cfmQT
cfmm
fth
h
m
831
8313048.0
1
min60
11412
3
33
Q total = 831cfm para segunda planta
3.4) CALULOS DE CAIDA DE PRESION DEBIDO ACCERSORIOS Y
FRICCION
La Ecuación de Bernoulli pude estar desarrollada una ecuación de fuerzas
kgNmteconsg
gdP
g
v
c
z
c
/,tan2
2
, donde:
v= velocidad local m/s
c= constante dimensional 1kg m / (N m /s²)
P= presión absoluta Pa / (N / m²)
VOLUMENES DEPOSITO BIBLIOGRAFIA
AREAS LARGO ANCHO ALTURA VOLUMEN
m m m m3
LIBROS
a 3,16 2,65 2,5 21
b 4,96 1,6 2,5 20
c 10,81 4,41 2,5 119
g 4,91 3,8 2,5 47
Vol. Libros 207
TESIS 4,6 3,8 2,5 44
REVISTAS 6,8 2,82 2,5 48
OFICINA 4,4 3,8 2,5 42
BAÑO 2,65 1,8 2,5 12
VOLUMEN TOTAL 353
= densidad Kg / m³
g= gravedad m/s²
z= elevación m
Sumando la constante de densidad de fluido dentro del sistema tenemos:
kgNmteconsg
gP
g
v
c
z
c
/,tan2
2
pzPg
VzP
g
V
cc
22
2
2211
2
11
22
Donde:
V = Velocidad media del conducto, (m/s).
Δp= Pérdida de presión por fricción y pérdida dinámica entre 1 y 2 (Pa).
= cgg / peso específico, (N/m³)
pzPg
VzP
g
V
cc
22
2
2211
2
11
22
pzPPPg
VzPPP
g
Vzz
c
zz
c
2222
2
221111
2
11 )(2
)(2
11 )/( zggPP acaz
22 )/( zggPP acaz
En la ecuación se remplaza la velocidad media V por la velocidad en un punto
local v
))((
22
1221
2
22,
2
11,21
zzg
gPP
g
VP
g
VPP
a
c
c
s
c
s
Donde:
2,1sP Presión Estática. Pa
2,1V Velocidad promedio del ducto. m/s
a Densidad del aire. Kg/m³
Densidad del fluido (aire=1.2) Kg/m³
21P Cambio de presión entre los puntos 1,2. Pa
P Cambio de presión por la fricción y accesorios. Pa
Presión manométrica = Presión absoluta- presión atmosférica.
2/)/1000( 2VDLfPf h
Pf = Caída de presión debido a fricción Pa
f= factor de fricción adimensional
L= Longitud del ducto m
V= velocidad m/s
Para el cálculo del diámetro hidráulico se realizará el supuesto de un diámetro
equivalente en el ducto debido a que este tiene sección rectangular y el diseño será
condicionado por la siguiente igualdad b=5a, donde (a=altura; b=base).
Entonces:
25.0
625.0
)(
)(3.1
ba
baDD eh
5.05.0 Re
51.2
7.3log2
1
fDf h
VDv
VDh
h 4.661000
Re
= Factor de rugosidad del material 0.09mm para tool galvanizado
Re= Número de Reynolds para aire en condiciones Standard.
V= Velocidad del fluido m/s
v= velocidad cinética del aire m/s
hD = Diámetro Hidráulico mm
0028.085.0018.0
018.0
Re
6811.0
25.0
fffSi
fffSi
Df
h
Para planta baja donde se encuentran las salas de lectura y zonas de recepción y
devolución de libros, se diseño un sistema de extracción de aire donde los ductos están
distribuidos de la siguiente manera, además los caudales de están divididos para
ventilar volúmenes determinados.
Para el cálculo de perdida de presión debido a fricción en el sistema de la planta
baja dividimos en tramos conocidos como indica la figura y calculamos la pérdida de
presión en mmH2O con las ecuación de Bernoulli indicada anteriormente.
a2
a1
a b
c1
c
c2de
e2
f1
a
f3 f2
f
e1
f3g
f3
La siguiente tabla nos muestra el resultado de pérdida de presión en la parte
crítica del sistema.
CALCULO DE PERDIDA DE PRESION DEBIDO A FRICCION EN LOS DUCTOS PLANTA BAJA
rugosidad del ducto
(e) 0,09
Tramo Q Area b (base) a
(alto)
L De A V Dh
(De)
Re f ' f Dp Dp
Total
Dp Total Dp Total
[L/s] [cm] [cm] [m] [cm] [cm2] [m/s] [cm] [n/a] [n/a] [n/a] [Pa/m] [Pa] [mmH2O] [pulgH2O]
a2 5338 10650 150 71 3,1 110,9 9660 5 110,9 368194 0,0140 0,0147 0,20 0,62 0,0630 0,002479
a1 5339 10650 150 71 3,7 110,9 9660 5 110,9 368194 0,0140 0,0147 0,20 0,74 0,0752 0,002959
a 5338 10650 150 71 2,30 110,9 9660 5 110,9 368194 0,0140 0,0147 0,20 0,46 0,0467 0,001839
b 4031 8100 150 54 5,60 95,4 7141 5 95,4 316575 0,0146 0,0152 0,24 1,34 0,1364 0,005371
c1 2724 5440 80 68 1,70 80,6 5097 5 80,6 267464 0,0152 0,0157 0,29 0,50 0,0507 0,001998
c 2724 5440 80 68 8,00 80,6 5097 5 80,6 267464 0,0152 0,0157 0,29 2,34 0,2388 0,009401
c2 2725 5440 80 68 2,00 80,6 5097 5 80,6 267464 0,0152 0,0157 0,29 0,59 0,0597 0,002350
d 1417 2800 80 35 5,50 56,7 2521 5 56,7 188097 0,0166 0,0169 0,45 2,46 0,2511 0,009885
e 110 455 35 13 4,40 22,6 403 2 22,6 30067 0,0250 0,0250 0,26 1,17 0,1187 0,004674
e1 111 455 35 13 1,50 22,6 403 2 22,6 30067 0,0250 0,0250 0,26 0,40 0,0405 0,001593
e2 112 455 35 13 1,80 22,6 403 2 22,6 30067 0,0250 0,0250 0,26 0,48 0,0486 0,001912
TOTAL 11,08 1,13 0,04
MEDIDAS DE DUCTOS PLANTA BAJA
MEDIDAS MEDIDAS
DUCTO
ancho
cm
alto
cm
largo
(m) DUCTO
ancho
cm
alto
cm
largo
(m)
a2 150 71 3,1 e1 35 13 1,5
a1 150 71 3,7 e2 35 13 1,8
a 150 71 2,3 f 40 33 2,3
b 150 54 5,6 f1 40 33 0,9
c1 80 68 1,7 f2 40 33 2,8
c 80 68 8 f3 40 33 1,9
c2 80 68 2 g 35 25 3,9
d 80 35 5,5 h 35 13 6,4
e 35 13 4,4
3.4.1) CALCULO DE PERDIDA DE PRESIÓN DEBIDA A
ACCESRORIOS EN EL SISTEMA (CODOS Y TRANSICIONES).
Para el cálculo de pérdida de presión debida a accesorios se ha elegido la
siguiente nomenclatura:
D1-D8 = Descargas o rejillas
C1-C10 = codos
t1-t4 = transiciones o cambios de sección.
c1
c2
c3
c4
c5 c6
c7c8
c9
c10
D2
D1
D3
D4
D5
D2D2
D2
t1
t2
t3
t4
3.4.2) PERDIDA DE PRESION EN CODOS.
Se tiene la relación de R/D y W/D con esos valores se extra el valor de Co de la tabla y
se multiplica por el cabezal dinámico.
Para el C1 (codo1) se tiene:
R = 150 radio medio (cm)
D = 71 ancho (cm)
W = 150 altura (cm)
R/D = 2.1
W/D = 2.1
Co = 0.1 coeficiente de pérdida de presión adimensional obtenido en
pruebas.
Para el cálculo de la perdida de presión en los codos utilizamos la siguiente
fórmula que utiliza el cabezal dinámico y la constante que relaciona las áreas.
Pv
Pj
v
PjCo
2/2
ΔPj = Caída de presión en el codo (Pa).
v = Velcidad del fluido dentro del ducto (m/s)
δ = Densidad del aire (1.2Kg/m3)
Pv = Cabezal dinámico de presión.
3.4.3) PERDIDA DE PRESION EN TRANSICIONES.
Se obtiene la relación de áreas A0/A1 que viene dado por (a0×b1) / (a1×b1) y con el
ángulo formado por la variación de secciones, con estos valores extraemos el Co de la
tabla y multiplicamos por el cabezal dinámico.
Para la t1 (transición 1) se tiene:
a0= 54 altura del ducto mayor (cm)
b1= 150 base del ducto mayor (cm)
a1= 68 altura del ducto mayor (cm)
b1= 80 base del ducto mayor (cm)
A0/A1= 1.5 relación de áreas
θ = 30 ángulo formado en transición.
Co= 0.96 coeficiente de pérdida de presión adimensional obtenido en pruebas.
Finalmente multiplicamos la constante adimensional por el cabezal dinámico de
presión.
SR4-1 Transition, Rectangular, Two Sides Parailel, Symmetrical, Supply Air Systems (Idelchik et al. 1986, Diagram 5-5) C, Valúes
θ
Ao/A1, 10 15 20 30 45 60 90 120 150 180
0.10 0.05 0.05 0.05 0.05 0.07 0.08 0.19 0.29 0.37 0.43
0.17 0.05 0.04 0.04 0.04 0.05 0.07 0.18 0.28 0.36 0.42 0.25 0.05 0.04 0.04 0.04 0.06 0.07 0.17 0.27 0.35 0.41 0.50 0.06 0.05 0.05 0.05 0.06 0.07 0.14 0.20 0.26 0.27 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 2.00 0.56 0.52 0.60 0.96 1.40 1.48 1.52 1.48 1.44 1.40 4.00 2.72 3.04 3.52 6.72 9.60 10.88 11.20 11.04 10.72 10.56
10.00 24.00 26.00 36.00 53.00 69.00 82.00 93.00 93.00 92.00 91.00 16.00 66.56 69.12 102.40 143.36 181.76220.16256.00 253.44 250.88 250.88
Para planta alta donde se encuentran los estantes de almacenamiento de libros,
tesis y revistas, se diseño un sistema de inyección de aire donde los ductos están
distribuidos de la siguiente manera, además los caudales están divididos para
acondicionar los espacios con parámetros determinados anteriormente de aire y
humedad relativa, se cuenta con un sistema de extracción donde recircula el aire
atemperado.
ACCESORIOS PLANTA BAJA
DESCARGAS CODOS TRANSICIONES
REJILLA CAUDAL
(l/s)
R
cm
D
cm
W
cm
R/D W/D Co ΔP
(Pa)
a0 b0 a1 b1 A0/A1 angulo
θ
Co ΔP
(Pa)
D1 1307 c1 150 71 150 2,1 2,1 0,1 1,5 t1 54 150 68 80 1,5 30 0,96 14
D2 1307 c2 150 71 150 2,1 2,1 0,1 1,5 t2 68 80 35 80 1,9 30 0,96 14
D3 1307 c3 80 68 80 1,2 1,2 0,1 2,0 t3 35 80 16 31 5,6 45 9,6 144
D4 1307 c4 80 68 80 1,2 1,2 0,1 1,95 t4 33 40 25 35 1,5 15 0,96 14
D5 110 c5 35 13 35 2,7 2,7 0,1 1,5
D6 110 c6 35 13 35 2,7 2,7 0,1 1,5
D7 110 c7 35 13 35 2,7 2,7 0,1 1,5
D8 110 c8 40 33 40 1,2 1,2 0,1 1,5
c9 40 33 40 1,2 1,2 0,1 1,5
c10 35 25 35 1,4 1,4 0,1 1,5
Para el cálculo de perdida de presión debido a fricción en el sistema de la planta
alta dividimos en tramos conocidos como indica la figura y calculamos la pérdida de
presión en mmH2O con las ecuación de Bernoulli indicada anteriormente.
2.7
3.1
0.5
2.51.7
4.6
0.4
0.7
0.8
2.8
0.3
0.8
2.9
0.7
0.8
0.1
0.2
0.7
1.2
a
bcd
d1
e f
a1
g4
g5
g3
g1g
h1
a3
h
a2
g2
0.1
La siguiente tabla nos muestra el resultado de pérdida de presión en la parte
crítica del sistema.
CALCULO DE PERDIDA DE PRESION DEBIDO A FRICCION EN LOS DUCTOS PLANTA ALTA
rugosidad del ducto (e) 0,09
Tramo Q Area
b
(base)
a
(alto) L De A V
Dh
(De) Re f ' f Dp Dp Total Dp Total Dp Total
[L/s] [cm] [cm] [m] [cm] [cm2] [m/s] [cm] [n/a] [n/a] [n/a] [Pa/m] [Pa] [mmH2O] [pulgH2O]
a3 379 961 31 31 1,2 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 0,73 0,0743 0,002927
a2 379 961 31 31 0,1 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 0,06 0,0062 0,000244
a1 379 961 31 31 2,9 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 1,76 0,1797 0,007074
a 379 961 31 31 2,7 33,9 902,0 4 33,9 94455 0,0195 0,0195 0,61 1,64 0,1673 0,006586
b 204 496 31 16 3,1 24,0 453,2 5 24,0 71869 0,0210 0,0210 1,06 3,30 0,3359 0,013226
c 149 372 31 12 0,5 20,5 330,7 4 20,5 61267 0,0218 0,0218 1,29 0,65 0,0657 0,002588
d 95,4 250 25 10 0,1 16,9 223,0 4 16,9 47862 0,0231 0,0231 1,51 0,15 0,0154 0,000604
d1 95,4 250 25 10 4,6 16,9 223,0 4 16,9 47862 0,0231 0,0231 1,51 6,93 0,7063 0,027806
f 48,8 160 20 8 2,5 13,5 142,7 3 13,5 30603 0,0255 0,0255 1,33 3,32 0,3380 0,013306
TOTAL 18,54 1,8888 0,074361
3.4.4) CALCULO DE PERDIDA DE PRESIÓN DEBIDA A
ACCESRORIOS EN EL SISTEMA (CODOS Y TRANSICIONES).
MEDIDAS DE DUCTOS PLANTA ALTA
MEDIDAS MEDIDAS
DUCTO ancho alto largo DUCTO ancho alto largo
a3 31 31 1,2 e 20 8 1,7
a2 31 31 0,1 g 31 12 0,4
a1 31 31 2,9 g1 31 12 0,7
a 31 31 2,7 g2 31 12 0,3
b 31 16 3,1 g3 31 12 0,8
c 31 12 0,5 g4 31 12 2,8
d 25 10 0,1 g5 31 12 0,8
d1 25 10 4,6 h 31 31 0,7
f 20 8 2,5 h1 31 31 0,7
Para el cálculo de pérdida de presión debida a accesorios se ha elegido la
siguiente nomenclatura y se ha calculado de la misma manera especificada en las
anteriores tablas tomadas para la planta baja.
D1-D7 = Descargas o rejillas
C1-C10 = codos
t1-t4 = transiciones o cambios de sección.
c8
c7
c6
c1
c2
c3
c4
c5
c9
c10
D6
D5
D3
D4
D2
D1
D3
t1
t3
t2
t4
ACCESORIOS PLANTA ALTA
DESCARGAS CODOS TRANSICIONES
REJILLA CAUDAL
(l/s)
R
cm
D
cm
W
cm
R/D W/D Co ΔP
(Pa)
a0 b0 a1 b1 A0/A1 angulo
θ
Co ΔP
(Pa)
D1 122,2 c1 31 31 31 1 1 0,2 3,2 t1 31 31 16 31 1,9 15 0,52 7,8
D2 52,2 c2 31 31 31 1 1 0,2 3,2 t2 12 31 10 25 1,5 15 0,52 7,8
D3 55,5 c3 31 31 31 1 1 0,2 3,2 t3 10 25 8 20 1,6 15 0,52 7,8
D4 53,3 c4 25 25 10 1 0,4 0,3 4,2 t4 31 31 16 31 1,9 20 0,6 9
D5 46,1 c5 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5
D6 48,8 c6 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5
D7 -189,05 c7 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5
c8 31 12 31 2,6 2,6 0,1 1,5
c9 50 50 50 1 1 0,2 3,2
c10 50 50 50 1 1 0,2 3,2
3.4.5) PERDIDA DE PRESION DEBIDO A LOS FILTROS O
DEPURADORES DE AIRE CAUSADOS EN LA PRIMERA Y SEGUNDA
PLANTA.
Los depuradores de aire son equipos que eliminan los contaminantes de una
corriente de aire o gas. Existe una amplia gama de diseños, capaces de cumplir los más
variados requisitos de depuración del aire. El grado de eficacia necesario, la cantidad y
características de los contaminantes que deben ser eliminados de la corriente gaseosa y
las condiciones de ésta influyen en la selección del equipo para una aplicación concreta.
Los filtros de aire están diseñados para tratar aire con concentraciones de polvo
bajas, del orden de magnitud de la que existe en la atmósfera. Se utilizan en
instalaciones de ventilación, acondicionamiento de aire y sistemas de calefacción, en
estos casos la concentración de polvo raramente supera el valor de 2 mg/m3, y
generalmente es inferior a 0,2 mg/m3. (Un valor típico de la concentración de polvo en
una atmósfera urbana es 0,1 mg/m3.)
Los siguientes valores fueron extraidos del manual de ventilación de Salvador Escoda
S.A. ( Segunda Edición)
PERDIDA DE CARGA EN LOS FILTROS
TIPO DE
FILTRO
MATERIAL VELOCIDAD
DEL AIRE m/s
PERDIDA
DE CARGA
mmcda
RENDIMIENTO
%
Filtro húmedo paneles tamiz tela de
alambre, metal
estampado
1,5-2,5 2 a 15 65 a 80
continuo
2,5 3a 17 80 a 90
Filtro seco paneles celulosa,
material
sintético, papel
o fieltro de
vidrio
0,1-1 2,5 a 25 5'0 a 95
continuo
0,25 3 a 18 50 a 95
Filtros absolutos material
sintético, papel
1-2,5 25 a 60 97 a 99
En la primera planta donde solo se va a realizar renovación de aire utilizamos un
filtro seco de paneles que trabaje al 80% rendimiento donde la pérdida es 18 mmcda.
Para la segunda planta donde el sistema es atemperado utilizamos un filtro
absoluto que trabaje al 97% de rendimiento, donde la pérdida es 30 mmcda.
3.4.6) PERDIDA DE PRESION TOTAL EN LOS DOS SISTEMAS
Pérdida de presión total = pérdida debido a fricción en los ductos + pérdida de presión
en los codos + pérdida de presión en transiciones + pérdida de presión en el filtro.
Para la pérdida de presión total en la planta baja tomamos el camino crítico ósea el mas
largo en longitud; entonces analizando los tramos partimos desde el ducto a2 hasta el
tramo e2:
mmdcaPT
PT
pfiltroPfricciónpcpcpc
ptptpcpcptpcpcPT bajaplanta
77.34
1813.115.0
15.015.062.1143.120.020.043.115.015.0
765
3243121
Para escoger el equipo necesario y asegurar el buen desempeño del mismo se
tiene un factor de seguridad añadido del 10% del total de la pérdida, recomendado por
los diseñadores como margen de seguridad.
Tramo Dp Total
[mmH2O]
a2 0,06297304
a1 0,07516138
a 0,04672194
b 0,13643084
c1 0,0507427
c 0,23878919
c2 0,0596973
d 0,25109144
e 0,11872055
e1 0,04047291
e2 0,0485675
1,12936879
mmdcaPTotal
PTPTPTotal bajaplanta
24.38
77.3477.34*1.0
*1.0
Para comprar el ventilador necesitamos la presión estática que se calcula de la
siguiente forma.
vts
velocidadestáticatotal
PPP
esiónesiónesión PrPrPr
a1,5285mmdc
*15
2
)/5(*/2.1
2
* 232
v
v
P
sm
KgsmmkgVP
mmdcaP
P
s
s
71.36
5285.124.38
Para la planta baja necesitamos un ventilador de 3720cfm con una carga
estática de 37mmdca.
Para la pérdida de presión total en la planta alta tomamos el camino crítico ósea
el mas largo en longitud; entonces analizando los tramos partimos desde el ducto a3
hasta el tramo f:
Tramo Dp Total
[mmH2O]
a3 0,07434992
a2 0,00619583
mmdcaPT
PT
pfiltro
PfricionptpcptptpcpcpcPT altaplanta
68.30
2588.179.043.079.079.033.033.033.0
3421321
mmdcaPTotal
PTPTPTotal
altaplanta
altaplanta
74.33
68.3068.30*1.0
*1.0
vts
velocidadestáticatotal
PPP
esiónesiónesión PrPrPr
mmdcaP
P
s
s
21.32
5285.174.33
Para la planta alta necesitamos un ventilador de 831cfm con una carga
estática de 32mmdca.
3.5) CALCULO DE LA CARGA TERMICA EN EL DEPOSITO DE
BIBLIOGRAFIA
Para la región de la sierra se recomienda trabajar desde 400-500BTU/hora por
m2, para el cálculo de la carga térmica total se multiplica el área que va acondicionarse
climáticamente por carga unitaria por metro cuadrado.
a1 0,17967898
a 0,16728732
b 0,3359305
c 0,06573264
d 0,0153539
d1 0,70627919
f 0,33797322
1,8887815
CARGA TERMICA PARA PLANTA ALTA
Carga térmica recomendada = 500 BTU/h*m2
AREAS LARGO ANCHO AREA CARGA
TERMICA
m m m2 (BTUhora)m2
LIBROS a 3,16 2,65 8,4 4187
b 4,96 1,6 7,9 3968
c 10,81 4,41 47,7 23836
g 4,91 3,8 18,7 9329
TESIS 4,6 3,8 17,5 8740
REVISTAS 6,8 2,82 19,2 9588
OFICINA 4,4 3,8 16,7 8360
AREA TOTAL 136
CARGA TERMICA TOTAL 68008
3.6) ELECCCION DE EQUIPOS
3.6.1) SELECCION DEL VENTILADOR BASADO EN SU APLICACION
Ventilar un local o edificio es simplemente reemplazar el aire contaminado o
sucio con aire limpio y fresco.
Aunque el proceso de ventilación es requerido en muchas aplicaciones
diferentes, los fundamentos del flujo del aire nunca cambian:
Fuera el aire indeseable, adentro el aire fresco, los elementos variables que si cambian
dependiendo de la aplicación son el modelo del ventilador y el rango de volumen del
aire (pcm).
Otras consideraciones incluyen la resistencia a la corriente del aire (presión
estática o Pe) y el ruido producido por el ventilador (sones).
Ocasionalmente, un cliente va a requerir que un ventilador opere a una función
particular, sin saber cual modelo utilizar o cuantos pcm serian necesarios.
En este caso, se debe hacer una especificación para el ventilador. Típicamente, la
especificación del ventilador no es un método preciso, pero puede hacerse
confiablemente cuando la aplicación del ventilador es implícita.
De acuerdo a la aplicación, existen 4 elementos que necesitan ser determinados.
Estos son:
1. El Modelo del Ventilador
2. pcm (Pies Cúbicos por Minuto)
3. Presión Estática (Pe)
Para la planta baja se tiene un requerimiento de un ventilador de (3720cfm o
3320m3/h) con una carga estática de (1.45 plgH2O o 37mmdca ).
El ventilador FKd20 tiene un caudal de 4000 cfm y se cruza con 1.80plgH20
3.6.1) SELECCION DEL EQUIPO DE ACONDICIONADO DE AIRE
Para la planta alta se eligio un equipo compacto que tiene las unidades
condensadora y manejadora que cumple los siguientes requerimientos: Carga térmica=
68000BTU; 32mmdca.
Se escojio el MODELO PUHY-P200THM marca Mitsubishi que tiene una
potencia de 76400 BTU.
CAPITULO 4
COSTOS
Nuestro objetivo es determinar el costo total, que será el que nos determine el
diseño más económico.
Ctotal = C.operación + C.capital + C.accesorios + C.equipos
Ct = Co + Cc+ Cac + Ceq
4.1) COSTOS DE CAPITAL (INVERSIÓN EN EL DESARROLLO DEL
DISEÑO, MANO DE OBRA, HERRAMIENTAS, ETC).
4.1.1) COSTO CAPITAL: (Cc)
Cc = Lf * A * Cd
donde:
Lf = Largo físico de los ductos, mts
A = área de los ductos, m2
Cd = Costo desarrollo, (construcción ductos) US$/m3
Volumen = Lf * A
Cc = Volumen * Cd
Cd = 54 USS/m3 (precio de plancha galvanizada 27 dólares)
DUCTOS PLANTA BAJA
DUCTO ancho alto largo Volumen Cd Cc
m m m m3 USS/m3 USS
a2 1,5 0,71 3,1 3,3 54 178,28
a1 1,5 0,71 3,7 3,9 54 212,78
a 1,5 0,71 2,3 2,4 54 132,27
b 1,5 0,54 5,6 4,5 54 244,94
c1 0,8 0,68 1,7 0,9 54 49,93
c 0,8 0,68 8 4,3 54 235
c2 0,8 0,68 2 1,08 54 58,75
d 0,8 0,35 5,5 1,54 54 83,16
e 0,35 0,13 4,4 0,2 54 10,81
e1 0,35 0,13 1,5 0,06 54 3,68
e2 0,35 0,13 1,8 0,08 54 4,42
f 0,4 0,33 2,3 0,30 54 16,39
f1 0,4 0,33 0,9 0,11 54 6,41
f2 0,4 0,33 2,8 0,36 54 19,95
f3 0,4 0,33 1,9 0,25 54 13,54
g 0,35 0,25 3,9 0,34 54 18,42
h 0,35 0,13 6,4 0,29 54 15,72
NUM PLANCHAS 50
TOTAL USS = 1404,52
DUCTOS PLANTA ALTA
DUCTO ancho alto largo Volumen Cd Cc
m m m m3 USS/m3 USS
a3 0,31 0,31 1,2 0,25 54 13,5
a2 0,31 0,31 0,1 0,15 54 8,1
a1 0,31 0,31 2,9 0,65 54 35,53
a 0,31 0,31 2,7 0,58 54 31,80
b 0,31 0,16 3,1 0,45 54 24,35
c 0,31 0,12 0,5 0,24 54 13,33
d 0,25 0,1 0,1 0,12 54 6,75
d1 0,25 0,1 4,6 0,35 54 19,11
f 0,2 0,08 2,5 0,13 54 7,23
e 0,2 0,08 1,7 0,36 54 19,73
g 0,31 0,12 0,4 0,25 54 13,93
g1 0,31 0,12 0,7 0,36 54 19,73
g2 0,31 0,12 0,3 0,12 54 6,72
g3 0,31 0,12 0,8 0,36 54 19,71
g4 0,31 0,12 2,8 0,58 54 31,32
g5 0,31 0,12 0,8 0,35 54 19,15
h 0,31 0,31 0,7 0,21 54 11,58
h1 0,31 0,31 0,7 0,15 54 8,52
NUM PLANCHAS 12
TOTAL USS = 410,13
Al resultado obtenido le incrementamos el valor de mano de obra, considerando
el tiempo que tome la fabricación de los ductos, herramientas a utilizar y personal a
contratar durante un período de 2 meses, el valor por concepto de esto es: 2500 dólares.
DUCTOS PLANTA BAJA: 1404,52 dólares
DUCTOS PLANTA ALTA: 410,13 dólares
TOTAL = 1814,65 USS. + 2400 = 4414,65 USS. ≈ 4500USS
4.2) COSTOS DE OPERACIÓN (ENERGÍA). (Co)
Co = Potencia * Ce
Potencia = Watt
Ce = Costo energía, US$/Watt – hora
Además sabemos que:
Potencia = H * Q = K*P*L*Q2*Q = K*P*L*Q
3
A3 * n A
3 * n
H = Caída de presión, kgrs/m2
L = Largo total, mts
Q = Caudal, m3/seg
A = Área, m2
n = Eficiencia mecánica del ventilador
Luego el costo total queda:
CT = Lf * A * Cd + K*P*L*Q3 * Ce
A3 * n
Consideremos una labor circular:
Perímetro = * D = 3.14 * D
Área = * D2 = 0.785 * D
2
Reemplazando en la ecuación anterior, nos queda:
Ct = Lf * 0.785*D2*Cd+ K*3.14*D*L*Q
3*Ce
0.7853 * D
6 * n
Ct = Lf * 0.785 * D2* Cd + K*6.61 *L*Q
3*Ce
D5*n
Para nuestro caso, se posee el valor de potencia, obtenido de la elección del
equipo a utilizar en la ventilación, por lo tanto tenemos que:
Co = Potencia * Ce
Costo Energía = 0.04 USS /KWH * 0.746 KWH / HP - H * 24 HR/DIA * 365
DIAS/AÑO
Ce = 261,40 US$/HP- AÑO Hp = 2 + 8 (ventilador + acondicionador)
Co = 10 hp * 261,40 Us/hp
Co = 2614 USS/ AÑO
4.3.- COSTOS DE ACCESORIOS:
CODOS:
CODOS PLANTA BAJA
CODO R D AREA W AREA 1 AREA TOTAL
m m m2 m m2 m2
c1 1,5 0,71 0,19 1,5 8,76 8,96
c2 1,5 0,71 0,19 1,5 8,76 8,96
c3 0,8 0,68 0,18 0,8 2,87 3,05
c4 0,8 0,68 0,18 0,8 2,87 3,05
c5 0,35 0,13 0,006 0,35 0,45 0,46
c6 0,35 0,13 0,006 0,35 0,45 0,46
c7 0,35 0,13 0,006 0,35 0,45 0,46
c8 0,4 0,33 0,042 0,4 0,71 0,75
c9 0,4 0,33 0,042 0,4 0,71 0,75
c10 0,35 0,25 0,024 0,35 0,52 0,54
SUMA AREA
TOTAL = 27,48
AREA PLANCHA = 2,98
NUM. PLANCHAS = 10
COSTO USS= 270
CODOS PLANTA ALTA
CODO R D AREA W AREA 1 AREA TOTAL
m m m2 m m2 m2
c1 0,31 0,31 0,037 0,31 0,45 0,49
c2 0,31 0,31 0,037 0,31 0,45 0,49
c3 0,31 0,31 0,037 0,31 0,45 0,49
c4 0,25 0,25 0,024 0,1 0,11 0,14
c5 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36
c6 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36
c7 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36
c8 0,31 0,12 0,005 0,31 0,36 0,36
c9 0,5 0,5 0,098 0,5 1,18 1,27
c10 0,5 0,5 0,098 0,5 1,18 1,27
SUMA AREA
TOTAL = 5,64
AREA PLANCHA = 2,98
NUM. PLANCHAS = 2
COSTO USS= 54
TOTAL COSTOS CODOS= 270+54= 324 * 20 construcción ≈ 390 dólares
TRANSICIONES:
TRANSICIONES PLANTA BAJA
TRANSIC a0 b0 a1 b1 w AREA 1 AREA 2 AREA TOTAL
m m m2 m m m2 m2 m2
t1 0,54 1,5 0,68 0,8 0,8 0,97 1,84 2,81
t2 0,68 0,8 0,35 0,8 0,6 0,61 0,96 1,57 t3 0,35 0,35 0,16 0,31 0,6 0,30 0,39 0,70
t4 0,33 0,33 0,25 0,35 0,6 0,34 0,40 0,75
N PLANCHAS 5
COSTO USS= 135
TRANSICIONES PLANTA ALTA
T. COST TRANSICIONES= 135 + 81 = 216 * 20 construcción ≈ 260 dólares
REJILLAS:
Se necesitan 8 rejillas para la planta baja, y 7 para la planta alta y el costo de cada
rejilla es 7,4 dólares
Por lo tanto el costo de rejillas es ≈ 120 dólares.
Cca = Costo de codos + costo de transiciones + costo de rejillas
Cca = 390 +260 + 120 = 770 + 130 dólares por concepto de mecanismos de sujeción de
los ductos, varillas, pernos de anclaje, etc., entonces:
Cca = 900 dólares.
4.4.- COSTOS DE EQUIPOS:
TRANSIC a0 b0 a1 b1 w AREA 1 AREA 2 AREA TOTAL
M m m2 m m m2 m2 m2
t1 0,31 0,31 0,16 0,31 0,8 0,376 0,496 0,872
t2 0,12 0,31 0,1 0,25 0,6 0,132 0,336 0,468
t3 0,1 0,25 0,08 0,2 0,6 0,108 0,27 0,378
t4 0,31 0,31 0,16 0,31 0,6 0,282 0,372 0,654
N PLANCHAS 3
COSTO USS= 81
Sus precios en el mercado local van desde $ 200 a cerca de $ 700, dependiendo
de los BTU (unidad internacional que mide la capacidad del equipo según el volumen a
renovar).
Los acondicionadores de aire de ventana poseen en una misma unidad el
compresor, ventilador, evaporador, y otros. Son poco atractivos estéticamente y emiten
ruido, pero en el mercado ya existen modelos de funcionamiento silencioso.
Los Split tienen sus componentes divididos en una unidad interior y exterior. En
la primera está el evaporador, ventilador, filtro de aire y sistema de control. En la
exterior, el condensador y el compresor, lo que elimina el ruido dentro de la habitación.
El rango de BTU para acondicionadores de aire de uso residencial oscila entre
los 5.000 y 36.000 BTU. A más BTU, mayor tamaño, peso y costo del equipo. Para
calcular los BTU que necesita, determine el área de la habitación en m² y multiplíquelo
por 500. Por ejemplo: 4,5 (largo) por 4,0 (ancho) es igual a 18, que multiplicado por
500 es igual a 9000. Esto es que necesita una unidad de 9.000 BTU.
Según datos de la empresa eléctrica Categ y de la Escuela Superior Politécnica
del Litoral (ESPOL), un acondicionador de 12.000 BTU, que se usa en promedio en los
hogares, consume entre 240 y 360 kWh al mes, si está encendido entre ocho y doce
horas al día.
Antes de comprar un equipo, consulte sobre el costo de la instalación. En el caso
de los Split, puede llegar a $ 180.
Es que estos últimos, por su tecnología y diseños, cuestan más: de $ 370 a más
de $ 1.000, si son de uso residencial, pues para áreas grandes hay equipos de hasta
60.000 BTU, que superan los $ 2.000.
COSTO EQUIPO PLANTA BAJA:
En el caso de la planta baja se necesita un ventilador para la renovación del aire con las
siguientes características:
Se tiene un requerimiento de un ventilador de (3720cfm o 3320m3/h) con una carga
estática de (1.45 plgH2O o 37mmdca)
Potencia: 2 Hp
Modelo: FKD20
El costo del ventilador para la planta baja es de 1356 dólares.
COSTO DEL EQUIPO PARA LA PLANTA ALTA:
Para el acondicionado del aire se necesita un equipo compacto individual,
El equipo elegido es de la serie 8Hp y modelo PUHY-P200THM-A, marca
mitsubishi.
Su precio en el mercado se encuentra alrededor de los 2954 dólares.
Costo total de equipos: 1356 +2954 = 4310 dólares.
4.5) COSTOS TOTAL DE IMPLEMENTACION
Costo total = (Cc + Cac + Ceq) + Co
Co = Costo de operación (durante un año de funcionamiento)
Cc = Costo de capital
Cac = Costo de accesorios
Ceq = Costo de equipos
Costo total = 4500 + 900 + 4310 = 9710dolares
Ct = 9710 dólares, a este valor se le agrega un valor del 10% por imprevistos, lo que nos
da:
Ct=9710 + 971 = 10681 ≈ 10700 dólares
CONCLUSIONES
El estudio a cerca de la ventilación en nuestro medio es un mercado creciente
cada día más exigente, para lo cual es nuestra obligación estar preparado y dar
respuesta a estas necesidades.
Se debe tomar en cuenta, para todo tipo de edificación al inicio de los estudios
de arquitectura, los sistemas de ventilación, evitando así la rotura de paredes y
las distribuciones innecesarias de los ductos, sin embargo; si no es posible la
instalación de equipos se debe aminorar el impacto de daño en las
construcciones.
La tecnología y los equipos disponibles permiten hacer instalaciones para el
equilibrio y el confort sensorial eliminando el impacto visual negativo.
Considerar los valores más altos o críticos en los cálculos de los caudales para
que no exista problemas en el cumplimiento de los requerimientos de los
equipos al hacer una mala elección de los mismos.
La construcción de los ductos, accesorios y los acoples son de fácil elaboración,
necesitando para esto pocas herramientas.
Se debe realizar algunos diseños de la distribución de los ductos y ubicación
de los equipos, para elegir el más adecuado a los requerimientos del local a
acondicionar o ventilar.
Los espacios que son usados para salas de lectura y depósitos de bibliografía
necesitan parámetros determinados para la conservación de los libros, tesis y
material de estudio.
El Confort Humano eleva el rendimiento de los seres humanos y mucho mas si
estos tienen determinada actividad como el estudio.
La Microbiología del aire que circula por la biblioteca debe ser libre de polvos y
ciertas bacterias para mejorar el Confort Humano, para esto existe una gama
amplia de opciones que pueden ayudar a cumplir con esta necesidad