1.3. METODOLOGIA DE CÁLCULO

1.3.1. Para el Cálculo de la Carga Térmica Total de Recinto:

En un intento de relacionar estadísticamente los factores temperatura, humedad, movimiento y pureza del aire con los distintos grados de sensación de confortabilidad de esas personas, dando como resultado una zona dentro del diagrama sicrométrico, que se define como ZONA DE CONFORT.

Fig 1.1 Carta de Confort

La carta de confort (Figura 1.1) sirve de guía al proyectista de aire acondicionado a la hora de fijar unas condiciones interiores en el local, puesto que la reacción de los seres humanos será diferente ante las mismas condiciones. Siendo tarea difícil encontrar la condición óptima para el local en cuestión.

El acondicionamiento lleva implícito el suministrar el calor del aire, por lo tanto, nos interesa conocer cómo se gana ese calor del local en estudio.El calor que fluye del cuerpo de mayor al de menor temperatura se transmite en la naturaleza de las siguientes formas:

CONDUCCIÓN

CONVECCIÓN

RADIACIÓN

Hay un calor que es transmitido desde el exterior al interior del local, y otro generado dentro, como ya se ha citado anteriormente:

a. Procedente del exterior:

Calor recibido a través de paredes, techos y suelos.

Calor recibido a través de ventanas.

Calor procedente de la ventilación o infiltración de aire.

b. Generado en el interior:

Las personas que lo ocupan.

La iluminación.

Aparatos eléctricos.

Otros, como tuberías de agua caliente.

1.3.1.1. Datos a conocer para el cálculo:

Al comenzar a calcular una instalación de aire acondicionado, es necesario conocer previamente los siguientes datos:

Planos del local: planta, sección y fachada.

Situación, latitud, altura, tipo de atmósfera.

Tipo de instalación deseada.

Tipo de construcción, sección de paredes, suelos y techos.

Tipos y características de cerramientos: ventanas, puertas, claraboyas, etc.

Uso del local y condiciones interiores: temperatura y humedad.

Condiciones interiores de los locales contiguos.

Densidad de personas por metro cuadrado o número aproximado de ellas.

Maquinaria instalada y horarios de funcionamiento.

Iluminación instalada y horario de funcionamiento.

Fuentes de cargas latentes como baños, duchas, depósitos y su

temperatura.

Horario de funcionamiento del local.

Condiciones exteriores de diseño: temperatura y humedad.

Medio disponible para la refrigeración del agua de condensación: agua o

aire.

Temperatura del agua disponible y caudal.

Características de la energía eléctrica.

Dimensiones y situación de la sala de máquinas.

Renovaciones de aires necesarias.

Otras: sombras de otros edificios, uso de persianas o parasoles, velocidad

del aire en la localidad y dirección más frecuente, etc.

Con todos estos datos, el proyectista procederá al cálculo de las aportaciones y pérdidas de calor a compensar.

1.3.2. Procedimiento para obtener la carga térmica del recinto.

1) Seleccionar las condiciones de diseño exterior e interior, según la ubicación

geográfica del ambiente a acondicionar. Se obtienen tales valores de la

Tabla 1.1.

Tabla 1.1. Condiciones Exteriores e Interiores de Referencia para Varias Ciudades de Venezuela.

CONDICIONES EXTERIORES

CONDICIONES INTERIORES

LOCALIDAD Tbs (F) Tbh (F) Tbs (F) H. R. (%)Acarigua 95 78 75 50Barinas 95 78 75 50

Barquisimeto 95 76 75 50Cagua 95 78 75 50

Calabozo 96 80 75 50Caracas 95 73 75 50

Carúpano 95 81 75 55Ciudad Bolívar 95 80 75 50

Cúa 90 80 75 50Cumaná 95 81 75 55

Charallave 93 80 75 55El Tigre 95 80 75 50

Guarenas 95 80 75 50La Guaira 95 81 75 55Maracaibo 95 82 75 55Maracay 95 78 75 50Maturín 95 76 75 50

Ocumare del Tuy 95 78 75 50Porlamar 95 81 75 55

Puerto Cabello 95 81 75 55Puerto la Cruz 95 81 75 55Puerto Ordaz 95 80 75 50

Punto Fijo 96 82 75 50San Cristóbal 85 73 75 50

San Felipe 95 80 75 50San Fdo. De

Apure 96 80 75 50

Valencia 92 78 75 50Valera 90 82 75 55

V. de la Pascua 95 78 75 50

2) Establecer la fecha y hora crítica de diseño, donde la carga térmica del

espacio es mayor, según la orientación de las paredes exteriores. Se

obtiene de la Tabla 1.2.

Tabla1.2. Días Críticos de Diseño.

ORIENTACIÓN

FECHA HORA

Norte 21 de Junio 4 p.m.Sur 22 de Diciembre 12 m.Este 22 de Septiembre / 22de Marzo 10 a.m.

Oeste22 de Septiembre / 22 de

Marzo04 p.m.

Noreste 21 de Junio 10 a.m.Sureste 22 de Diciembre 10 a.m.

Noroeste 21 de Junio 04 p.m.Suroeste 22 de Diciembre 04 p.m.

Notas:

La fecha crítica se selecciona de acuerdo a la orientación de sus paredes y

vidrios exteriores.

Si 30 % o más de las áreas de techo están expuestas al sol las horas 4

p.m. y 6 p.m. se deben considerar.

Si las áreas del vidrio orientación Este son mayores del 20 % de las áreas

totales de paredes exteriores en la misma orientación Este, se debe

agregar a 22 de Sept. / 22 Marzo a las 8 a.m.

3) Calcular las áreas de interés paredes, techos, pisos, puertas y ventanas

exteriores; así como también las resistencias, pesos y coeficientes de

transferencia calor para cada elemento de la barrera (paredes, techos,

pisos, puertas, ventanas). Se obtienen de la Tabla 1.3.

Tabla1.3. Resistencias térmicas de los materiales más comunes utilizados en Venezuela.

MATERIALESESPESOR

(Pulg)DENSIDAD

(lb/pie3)PESO

(lb/pie2)RESISTENCIA

(Hr.pie2.°F/BTU)

Ladrillo macizo 4 130 43 0,44

Ladrillo hueco de arcilla

1 celda 3 60 15 0,80

1 celda 4 48 16 1,11

2 celdas 6 50 25 1,52

2 celdas 8 45 30 1,85

2 celdas 10 42 35 2,22

3 celdas 12 40 40 2,50

Bloque de concreto de 3

huecos, de agregado de

arena y piedra

2 - - 0,22

3 76 19 0,40

4 69 23 0,71

6 64 32 0,91

8 64 43 1,11

10 63 63 1,28

Fieltro elástico en laminas

3/8 70 2,2 0,33

Friso de cemento y arena

½ 116 4,8 0,10

¾ 116 7,2 0,15

Ec. 1.1

Vermiculita 2 - 20,0 2,86

Bloque de cerámica

1 - - 0,08

Linóleum 1/8 80 0,83 0,08

Láminas contraenchapada

s¼ - 1,42 0,31

Cerámica ½ - 5,5 0,04

Puertas de Madera

1 - - 1,45

2 - - 2,17

3 - - 3,00

Vidrio 1/4 - - 0,88

AIRE POSICIÓNFLUJO DE

CALORRESISTENCIA

(Hr.pie2.°F/BTU)

Aire Quieto

Horizontal Arriba 0,61

Horizontal Abajo 0,92

Vertical Horizontal 0,68

Espacio de aire,¾ pulg

Vertical Horizontal 0,86

Viento 15MPH - - 0,17

Viento 71/2MPH - - 0,25

U= 1

∑ R [ BtuHr . pie2 . ° F ]4) Seleccionar y corregir los valores de

ΔT Eq para paredes exteriores, según

lo explicado a continuación:

Ec. 1.2

Ec. 1.3

Ec. 1.4

4.1. En la Tabla 1.4. se encuentran los diferenciales de temperaturas

equivalente (ΔT Eq ) para paredes y techos exteriores con el peso

correspondiente.

4.2. Se determina la TbsExt-Corregida. La temperatura de bulbo seco exterior

TbsExt de diseño de cada hora de estudio se corrige el factor de

corrección (FC) de la Tabla 1.5. que se obtiene con el rango diario y

la hora de estudio; es decir:

TbsExt−Corregida=Tbs−FC

4.3. Calcular el T, usando la siguiente ecuación:

T=TbsExt−Corregida−Tbs∫¿ ¿

4.4. Determinar el Factor de Corrección Real. En la Tabla 1.6., se

encuentra con el valor de T y el rango diario. Luego:

∆T Eq−Corregido=∆T Eq±FCReal

Tabla 1.4. Diferencial de temperaturas equivalentes (ΔT Eq ) para paredes y techos

exteriores (°F).CONDICIONES: Latitud: 10 0N- Septiembre y Marzo Rango diario: 20 ºF Temperatura diseño exterior: 95ºF bS Temperatura diseño interior: 80ºF bS Color oscuroParedes exteriores:

ExposiciónPeso

(lb/pie2)

HORA ( DÍA )

8 10 12 2 4 6

Norte60

100

-4 -2 0 6 10 12

0 0 0 2 4 5

Este60

100

0 30 31 14 12 14

6 14 24 24 18 14

Ec. 1.5

Sur60

100

-4 -2 4.8 13.3 16.4 15.2

0.8 0.8 1.6 6 8.8 10.2

Oeste60

100

0 0 4 10 26 40

6 6 6 8 12 20

Techos exteriores:Característica

sPeso

(lb/pie2)HORA ( DÍA )

8 10 12 2 4 6Expuesto al

sol40 2 6 16 29 39 4260 6 8 16 28 36 40

En sombra40 -4 -2 2 8 12 1260 -2 -2 0 4 8 10

Tabla 1.5. Correcciones para la temperatura de bulbo seco de diseño exterior (por hora del día)

HORA (DÍA)RANGO DIARIO (°F) 8 10 12 2 4 6

10 -9 -7 -5 -1 -1 -215 -12 -9 -5 -1 -1 -220 -14 -10 -5 -1 -1 -3

Tabla1.6. Correcciones para los diferenciales de temperaturas equivalentesTemp. Bulbo seco Diseño

exterior menos Temp. Bulbo seco Diseño interior (°F)

RANGO DIARIO (°F)

10 12 14 15 16 18

5 -5 -6 -7 -7,5 -8 -910 0 -1 -2 -2,5 -3 -415 5 4 3 2,5 2 120 10 9 8 7,5 7 6

5) Calcular la Ganancia de Calor por Conducción y Convección de Paredes

Exteriores

QPE=U PE∗APE∗T PE(Eq−Corregido)

Donde:

Ec. 1.6

Ec. 1.7

Ec. 1.8

QPE = ganancia neta de calor combinada por conducción, convección y radiación a través de paredes exteriores, (BTU/h). UPE = coeficiente global de transferencia de calor de paredes exteriores,(BTU/h- pies2-ºF),APE = área de paredes exteriores (pies2)TPEequiv Corregido = diferencial de temperatura equivalente entre el ambiente interior y el exterior corregido para cada hora de estudio, para paredes exteriores (0F), Resultante del paso 4.4 para paredes exteriores.

6) Calcular la Ganancia de Calor por Conducción y Convección de Techos

Exteriores

QTE=UTE∗ATE∗TTE(Eq−Corregido)

Donde:QTE = ganancia neta de calor a través de techos exteriores, (BTU/h).UTE = coeficiente global de transferencia de calor de techos exteriores,(BTU/h- pies2-ºF).ATE = área de techos exteriores (pies2)TTEequiv Corregido = diferencial de temperatura equivalente entre el ambiente interior y el exterior corregido para cada hora de estudio, para paredes exteriores (0F), Resultante del paso 4.4 para techos exteriores.

7) Calcular la Ganancia de Calor por Conducción y Convección de Ventanas

Exteriores

QVE=U VE∗AVE∗T VE

Donde:QVE = ganancia neta de calor a través de techos exteriores, (BTU/h).UVE = coeficiente global de transferencia de calor de techos exteriores,(BTU/h- pies2-0F).AVE = área de techos exteriores (pies2)TVE= diferencial de temperatura de bulbo seco entre el interior y el exterior.

8) Calcular la Ganancia de calor por radiación solar a través de Vidrios

Exteriores.

Debido a que los cuerpos dentro del ambiente a acondicionar absorben parte de la energía de radiación, se ha establecido una ecuación para calcular el calor por radiación:

QR=(ID+d∗AVI+ I d∗AVS)∗FA∗FM Donde:

QR = ganancia neta de calor a través de los vidrios exteriores, (BTU/h- pies2-ºF).

ID, Id = radiación directa y difusa (Tomado de la tabla 1.7. al NORTE)ID+d = sumatoria de radiación directa y difusa según Tabla 1.7.FM = factor de implementos de sombra según Tabla 1.8.FA = factor de almacenamiento en base a valores de intensidad solar

máxima, Tabla 1.9.

Tabla1.7. Ganancia de calor a través de vidrio ordinario (ID+d) Btu/h-pie2 de vidrio.Latitud: 10° N

MesesExposició

nHORA ( DÍA )

8 10 12 2 4 6

21 Junio

Norte 50 44 41 44 50 2Este 155 98 14 14 11 2Sur 11 14 14 14 11 2

Oeste 8 14 14 98 155 18

22Sept. 22

Marzo

Norte 11 14 14 14 11 1Este 164 106 14 14 11 1Sur 13 24 28 24 13 1

Oeste 11 14 14 106 164 1

22 Dic.

Norte 9 13 14 13 9 0Este 137 91 14 13 9 0Sur 74 109 120 109 74 0

Oeste 9 13 14 91 137 0

Correcciones: - Marco de metal: x 1.17 - Altitud: + 0.7% por 1000 pies

- Temperatura de rocío: > 67 o F, - 7% por 10 o F < 67 o F, + 7% por 10 o F

Tabla1.8. Factores de ganancia solar a través de vidrios (FM).Ángulo de incidencia solar: 30°Velocidad del viento: 8 Km/h

Tipo de Vidrio Factor vidrio

sin sombr

a

Persiana veneciana interior a 45°

Persiana veneciana

exterior a 45°

Toldo exterior

Color

Color medio

Color oscur

Color

Claro afuera,

Color

Color medio

Ángulo de altitud solar

Superficie horizontal

z (ángulo de azimut)Lugar en consideración

Componente horizontal de los rayos del sol

claro o clarooscuro adentr

oclaro

u oscur

oVidrio ordinario 1 0,56 0,65 0,75 0,15 0,13 0,20 0,25Vidrio Regular,

6mm0,94 0,56 0,65 0,74 0,14 0,12 0,19 0,24

Vidrio Absorbente:

40-48% 0,80 0,56 0,62 0,72 0,12 0,11 0,16 0,2048-56% 0,73 0,53 0,59 0,62 0,11 0,10 0,15 0,1856-70% 0,62 0,51 0,54 0,56 0,10 0,10 0,12 0,16

Doble CapaVidrio ordinario 0,90 0,54 0,61 0,67 0,14 0,12 0,18 0,22Vidrio Regular,

6mm0,80 0,52 0,59 0,65 0,12 0,11 0,16 0,20

Triple CapaVidrio ordinario 0,83 0,48 0,56 0,64 0,12 0,11 0,16 0,20Vidrio Regular,

6mm0,69 0,47 0,52 0,57 0,10 0,10 0,14 0,17

Tabla1.9. Factores de almacenamiento (FA)Latitud Norte; 12 de operación; Persiana interiorExposició

nPeso(lb/pie2

de piso )Hora

8 10 12 2 4

Norte100 0.98 0.98 0.98 0.98 0.9830 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

Este100 0.73 0.58 0.29 0.24 0.1930 0.82 0.65 0.25 0.16 0.11

Sur100 0.38 0.64 0.79 0.77 0.5130 0.48 0.79 0.89 0.56 0.24

Oeste100 0.28 0.24 0.20 0.44 0.7230 0.25 0.17 0.13 0.44 0.82

Fig1.2. Azimut de una pared

Los valores de z, m, mostrados en la figura 1.2. se obtienen de las Tablas 1.10. y 1.11.

Tabla 1.10. Ángulos de Altitud (α) y Azimut solar (z)

HORA21 JUNIO 22 SEPT. / 22 MARZO 22 DICIEMBRE

Altitud()Azimut

(z)Altitud() Azimut (z) Altitud() Azimut (z)

8 am 32 68 30 95 23 12110 am 58 61 59 106 46 13912 m 77 0 80 180 57 1802 pm 58 299 59 254 46 2214 pm 32 292 30 265 23 2396 pm 4 293 1 270 - -

Tabla 1.11. Valores de Azimut de una pared (m)Orientación N NE E SE S SO O NOAzimut (m) 0 45 90 135 180 135 90 45

Nota: Para determinar la Azimut solar de una pared ( n ), se debe considerar:

Ec. 1.9

Ec. 1.11

Ec. 1.10

Ec. 1.12

Ec. 1.13

Ec. 1.14

Ec. 1.15

Para las orientaciones: Norte, Noreste, Este y Sureste

n = Z-m, desde las 8 am hasta las 11:59 amn = Z+m, desde las 12 m hasta las 6 pm

Para las orientaciones: Sur, Suroeste, Oeste y Noroeste

n = Z+m, desde las 8 am hasta las 11:59 amn = Z-m, desde las 12 m hasta las 6 pm

Figura 1.3. Insolación producida en un módulo de ventana provista de artefactos.

El área de irradiación y sombra se calcula de la siguiente manera:

Tg()=WL

Tg()=Wb

cos (n )= bL

Tg()= Y

R'

Donde:

y=R ´∗Tg()=R´∗Wb

=R´∗W

LCos (n)

y=R´∗Tg()cos (n )

Por otra parte:x=R∗Tg(n)

A = 4

B = 1

X

YR’= 0.5

Avs

Avs

Avi

R= 1

Ec. 1.16

Ec. 1.17

Ec. 1.18

Ec. 1.19

Ec. 1.20

Ec. 1.21

Siendo: x = sombra horizontal producida por el paral vertical.y = sombra vertical producida por el alero vertical.

xR

=Tg(n)=Sl

yR '=

Tg()cos (n )

=S h

Donde: Sl : Sombra lateral unitariaSh : Sombra horizontal unitaria

Así mismo podremos calcular el Área de vidrio en Sombra y el Área de vidrio insolada necesarias para el cálculo de calor por radiación:

AVS=A∗ y+(B− y )∗x

AVI=A∗B−AVS

Siendo: AVS = área de vidrio en sombraA, B = dimensiones módulo de la ventanaAVI = = área de vidrio insolada.

9) Determinar la Ganancia Interna. Calor de a través de pisos, techos, puertas

o paredes interiores mediante la siguiente forma general :

Q=U∗A∗2/3(T )Donde:

Q = ganancia neta de calor a través de pisos interines, techos interiores o paredes interiores, (BTU/h).U = coeficiente global de transferencia de pisos interines, techos interiores o paredes interiores, (BTU/h- pies2-0F).A = área acorde a lo que se esté calculando bien sea de pisos, techos, puertas o paredes interiores.(pies2)T= diferencial de temperatura equivalente entre el ambiente interior y el exterior acorde con la ubicación designada para estudio (0F).

10)Determinación de Ganancia de Calor por Iluminación.

La carga térmica debida a la iluminación del ambiente será determinada de acuerdo a la siguiente ecuación:

Q ILUM .=ASU∗F IL∗¿∗C

Donde:QILUM. = ganancia neta de calor debido a la iluminación del ambiente, (BTU/h- pies2-0F).ASUSU = área de piso, (m2)FIL = Factor de iluminación (W/m2) de la tabla 1.12. = factor de almacenamiento para iluminación artificial, tabla 1.13 = factor que depende del tipo de luminaria ( = 1 cuando la luminaria fluorescente o incandescente no tienen el balastro en el ambiente, y = 1.25 para luminarias fluorescente con el balastro en el ambiente).C = factor de conversión (3.412 BTU/h/W).

Tabla 1.12. Potencia Estimada en Alumbrado con Lámparas IncandescentesLOCAL W/m2

Dormitorios 10Viviendas 40

Salones del hotel 30Oficinas 60Bancos 40Tiendas 70

Oficinas de dibujo 60Restaurantes 20

Salas de fiestas 10Auditorios, Salas de

conferencias20

Teatros, cines 10

Tabla 1.13. Factores de almacenamiento por iluminación artificial ().Horas de operación: 10

TipoPeso

(lb/pie2)Horas luces encendidas

2 4 6 8 10

Fluorescente150 0.91 0.93 0.95 0.95 0.9630 0.91 0.95 0.98 0.99 0.99

Incandescente150 0.89 0.91 0.92 0.94 0.9530 0.88 0.93 0.97 0.98 0.99

11) Determinar la Ganancia de Calor por Ocupación Humana.

Ec. 1.22

Ec. 1.23

Ec. 1.24

Ec. 1.25

Para determinar la cantidad de calor sensible y latente generado por las personas, se utilizan las siguientes ecuaciones:

QS ,PERS=qs , pers∗nQL, PERS=q l , pers∗n

Siendo:QS, PERS = ganancia de calor sensible por ocupación humana,(BTU/h). QL, PERS = ganancia de calor latente por ocupación humana, (BTU/h).qs, pers = calor sensible por personas (BTU/h/pers), Tabla1.14.ql, pers = calor sensible por personas (BTU/h/pers), Tabla 1.14.n = número de personas.

Tabla 1.14. Ganancia de calor por personas (Btu/h)

ACTIVIDADAPLICACIÓN

TÍPICACALOR

SENSIBLECALOR

LATENTESentado, reposo Teatro 230 120

Sentado, trabajo liviano Escuela 240 160Sentado, trabajo ligero Oficinas, Hoteles 245 205

De pie, caminando despacio

Tiendas, Almacenes

245 205

De pie, caminando despacio

Bancos 255 245

Sentado, comiendo Restaurant 280 270Trabajo ligero Maquinado 345 695

Baile moderado Salones de Baile 325 525Trabajo pesado Fábricas 525 925

12)Determinar la Ganancia de Calor por Equipos.

Si el local a acondicionar tiene ciertos equipos que generen calor, este calor debe formar parte de la carga térmica calculada. La tabla 1.15 contiene valores del calor sensible y calor latente disipado por equipos de uso más común en edificaciones. El calor sensible y latente por equipos se determina de la siguiente manera:

QS , EQUIPOS=qs ,equipos∗nQL, EQUIPOS=q l ,equipos∗n

Donde:QS , EQUIPOS = ganancia de calor sensible por equipos,(BTU/h). Ql, EQUIPOS = ganancia de calor latente por equipos, (BTU/h).qs, equipos = calor sensible por equipos(BTU/h/equipo), Tabla 1.15.ql, equipos = calor sensible por personas (BTU/h/equipo), Tabla 1.15.

n = número de equipos.

Tabla 1.15. Valores de calor sensible, latente y total, producidos por diversos artefactos

EQUIPOCALOR

SENSIBLE Qs (W)CALOR LATENTE

Ql (W)CALOR TOTAL

Aparatos EléctricosAspiradora 500 0 500Cafetera 23 60 290

Computadora de escritorio o “desktop”

210-300 210-300

Computadora tipo “notebook”

45 0 45

Equipo de audio 15 0 150Fotocopiadora 500 0 500

Heladera común 310 0 310Heladera c/freezer 360 0 360

Impresora 450-1100 0 450-1100Lavadora 300 0 300Monitor 45 0 45

Motores, por HP 645 0 645Plancha 700 0 700

Proyector de diapositivas

500-1500 0 500-1500

Secador de pelo 675 115 790Televisor 300 0 300

Tostadores 800 200 1000Ventilador 50-150 0 50-150

Aparatos a GasHorno (coc.gas nat.)

(xm3/h)6977 3373 10350

Mechero b. Grandee 977 267 1244Mechero b. Pequeño 280 70 350

Alimentos por personas

8 8 16

Cafetera (11 Lts) 849 849 1698Calentador de agua

(2 Lts)116 29 145

Calienta platos 2687 1419 4106

Ec. 1.26

Ec. 1.27

Fridora 123 820 2053Horno 1326 1326 5280

Parrillera 4216 1064 5280

13) Determinar la Ganancia de calor por Aire Fresco.

En general, todo ambiente ocupado por personas requiere por lo menos 2.5 litros/minuto/persona (5 PCM/pers.) de aire fresco para diluir el bióxido de carbono producido por el metabolismo expirado por los pulmones. La Tabla1.3.16 contiene los requerimientos de aire exterior para ambientes con aire acondicionado.Si se suministra aire de ventilación al local, ya sea por razones de exigencia de las normas de ventilación, u otras razones técnicas y ambientales, se debe calcular el calor sensible y latente por las ecuaciones:

QS , AF=1.08∗Flujo∗(T E−T I)QS , AF=0 ,68∗Flujo∗(W E−W I )

Donde:

QS, AF = Calor sensible por aire fresco. (BTU/h). QS, AF = Calor latente por aire fresco. (BTU/h). Flujo = flujo de aire de ventilación, (PCM) tabla 1.16.(TE - TI) = Diferencia de temperatura entre el exterior (corregida) y el interior,( 0F ) (WE - WI) = Diferencia de humedad entre el exterior y el interior,( granos/lb de aire seco )

* 1 lb = 7000granos.

Tabla 1.16. Requerimientos de aire exterior para ambientes con aire acondicionado

APLICACIÓNRECOMENDADO MÍNIMO

Pie3/min. por persona Pie3/min. por personaApartamentos 20 15

Bancos 10 8

Barberías 15 10Bares 40 25

Cafeterías 12 10Billares 30 25

Comedores 15 12Comercios 10 8

Cuartos de Hotel 30 25Farmacias 12 8

Laboratorios 20 10Oficina general 15 10Oficina Privada 30 25

Sala de Conferencias 50 30Salón de Baile 40 25

Teatros 15 10Tienda al Detal 10 8

Tienda por Departamentos

8 5

14)Sumar las cargas sensibles internas y aplicar un factor de seguridad del

10%. Para cada hora de estudio.

15)Sumar las cargas latentes internas y aplicar un factor de seguridad del 5%.

Para cada hora de estudio.

16)Sumar las sensibles y latentes internas para determinar la Carga total

interna.

17)Sumar las cargas sensibles y latentes externas

18)Sumar las Cargas totales internas con las externas para determinar el calor

máximo generado en el recinto para cada hora de estudio.

1.3.3. Pasos para el Estudio de la Psicrometría:

Ec. 1.29

Ec. 1.30

Ec. 1.31

Ec. 1.28

1) Determinar la carga sensible y latente de recinto, que viene dado por el

resumen dado anterior, obteniendo también la carga térmica total.

2) Calcular el Factor de Seguridad del calor sensible del recinto.

FCSR= QSRQSR+QLR

Donde:FCSR: Factor de calor sensible del recinto.QSR: Ganancia neta de calor sensible del recinto (Btu/h).QSL: Ganancia neta de calor latente del recinto (Btu/h).

3) Aplicar la norma ASHRAE para obtener T1: ∆T=T 2−T 1=20℉

4) Realizar un balance de energía en el filtro, donde se obtiene:

m4+m0=m5

Donde:m4: flujo másico en el estado 4 (Lb/min).m5: flujo másico en el estado 5 (Lb/min).m0: flujo másico en el estado 0 (Lb/min).

∀4∗h4+∀0∗h0=∀5∗h5

Donde¥0: Se determinará con la tabla 1.3.16 antes mostrada.

5) Graficar las condiciones exteriores (Tbs=To; Tbh) y la condiciones interiores

(Tbs= T2; H.R), obteniéndose así los estados cero (0) y dos (2).

6) Hallar la temperatura de roció (T6) en la carta psicométrica con una línea

paralela traída de la unión entre el FCSR y el punto focal, la cual debe cortar la

curva de 100% H.R.

7) Realizar el balance de energía en el recinto, donde:

QSR=1,08∗∀2(T2−T 1)Donde:

Ec. 1.32

QSR: Ganancia neta de calor sensible del recinto (Btu/h).¥2: Flujo en el recinto (PCM).T2: Temperatura del estado 2 (ºF).T1: Temperatura del estado 1 (ºF).

8) Calcular el flujo volumétrico del estado dos (2) mediante este flujo, que es el

mismo flujo volumétrico para los estados 1 y 5

9) Se procede a calcula el flujo volumétrico del estado cuatro (4), despejándolo

de la Ec. 1.29.

10)Se procede a determinar la temperatura del estado cinco (5), despejándola de

la Ec. 1.30.

11)Se grafica el estado cinco en la carta psicométrica.

12)Se determina el calor total del equipo:

Qc=4,5∗∀2(h5−h1)Donde:Qc: Capacidad del equipo (Btu/h).¥2: Flujo en el recinto (PCM).h5: Entalpía del estado 5 (Btu/Lb).h1: Entalpía del estado 1 (Btu/Lb).

13)Con el calor total del equipo se determinan las toneladas de refrigeración

necesarias para acondicionar el recinto y se determinó la capacidad del chiller

mediante el catálogo de carrier.

1.3.4. Pasos para el Diseño de Ductos:

1) Realizar una distribución de los ductos en el espacio a acondicionar.

2) Seleccionar la longitud de cada tramo de los ductos.

3) Distribuir el caudal de acuerdo a la carga térmica de cada espacio.

4) Construir tabla para determinación de dimensiones de ductos.

Ec. 1.33

Ec. 1.34

5) Asumir una velocidad recomendada de 1600 PPM según la tabla 1.17. de

acuerdo con la aplicación asignada.

Tabla 1.17. Velocidades recomendadas y máximas en ductos para ciertas

aplicaciones

APLICACIÓNEscuelasTeatros

Auditorios

IndustriasComerciosCafeterías

Ductos Velocidades Recomendadas (PPM)

Principales 1000-1300 1200-1800

Ramales 600-900 800-1000Verticales 600-700 800Ductos Velocidades Máximas (PPM)

Principales 1100-1600 1300-2200Ramales 800-1300 1000-1800Verticales 800-1200 1000-1600

6) Aplicar método de igual fricción, con éste valor se determina la velocidad y el

diámetro requerido para cada tramo del ducto.

7) Determinar las dimensiones del ducto entrando con el diámetro, utilizando la

tabla 4.1.

8) Comprobar el cumplimiento de la relación de aspecto. No debe ser mayor que

6

9)

Relaciondeaspecto= AB

Donde:A : Anchodel ducto . B: Alto del ducto .

10)Determinar el calibre del ducto con el ancho de tubería y con el semi-perimetro

del ducto se ubicaran y registraran los valores de Kg/m de ductería.

Semiperimeto=A+B

11) Sumar 4 pulgadas al semiperimetro para ubicar y registrar valores de m2/m de

ductería.

Ec. 1.35

Ec. 1.36

Ec. 1.37

Ec. 1.38

Ec. 1.39

12) Calcular los valores de Kg y m2 multiplicando por la longitud de cada tramo en

metros a fin de obtener el peso y los metros cuadrados de tubería requeridos

en cada rama.

13)Determinar la relación ⅀Kg⅀m2 a fin de comprobar que este valor oscile entre 6 y

7, haciendo constar que el diseño es económico y eficiente.

14)Calcular la caída de presión estática por tramo de tubería.

∆ pi=f∗LDonde:L=longitud del tramo deducter í ael pies

f=factor de fricci ó nen Pulgadas por columnadeagua por cada100 pies .

15)Calcular la caída de presión estática por accesorios, rejillas y difusores.

∆ paccesorios=⅀K i( V i

4005 )2

+Perdidas Difusores

Donde: Vi=velocidad de entradaal accesorio

16) Determinar la caída de presión estática de la trayectoria más desfavorable.

∆ ptd=⅀∆pi+∆ paccesorios

17)Determinar el valor de recuperación estática, corrigiendo la velocidad en el

tramo final.

Pr=R [( Vx4005 )

2

−( Vy4005 )

2]Donde:

R=0.75Vx=velocidad en eltramoinicialVy=velociadad enel tramo final

Nota: Vy se corrige con la ecuación de continuidad: V=Q /A

18)Calcular la caída de presión total del sistema.

Ec. 1.40

Ec. 1.41

Ec. 1.42

Ec. 1.43

Ec. 1.44

Ec. 1.45

∆ pT=∆ptd−Pr

1.3.5. Pasos para Determinar de la bomba necesaria para el flujo del

sistema de agua helada

1) Plantear un Bernoulli en un tramo antes de la entrada de la bomba con el

mismo punto de referencia, tomando el recorrido más desfavorable para el

fluido.

Bernoulli de 1 a 2:

P1γ

+V 12

2g+z1+hb=

P2γ

+V 22

2g+z2+ht

2) Determinar la pérdida generada por el CHILLER de la ecuación anterior,

según el modelo seleccionado del catálogo de CHILLER de la empresa

CARRIER la caída de presión de la CHILLER equivale a 42,1 KPa, pero

esta vez tomando los puntos de estudio justamente en la entrada y la salida

de la CHILLER.

Pe

γ+V e2

2g+ze=

P s

γ+V s2

2g+zs+hUMA

3) Asumir las pérdidas generadas por las UMAS a un tercio de las pérdidas

generadas por el CHILLER para tener un estimado.

hUMA=13hChiller

4) Calcular un diámetro nominal para cada régimen de flujo, de manera tal que

la velocidad no pasara de 2 m/s, ya que 3 m/s es la máxima permitida por la

norma PDVSA, y los caudales manejados por el CHILLER fueron obtenidos

del catálogo.

5) Determinar la pérdida de carga para toda la tubería mediante la siguiente

ecuación:

H t=α∗Q2

Donde

α= 8∗f∗lπ 2∗g∗d5

Ec. 1.46

Ec. 1.47

Ec. 1.48

6) Asumir un flujo turbulento, y el factor de fricción de cálculo por la ecuación

de Karman Prandtl:

f=(1

2 log (0,5ED

)+1,74 )2

7) Calcular la altura de la bomba:

H b=H t+8HUMA+HCHILLER

8) Determinar la potencia hidráulica de la bomba:

W b=γ∗∀∗H b

1.4. SUPOSICIONES Y LIMITACIÓNES.

Se desea acondicionar con un sistema de agua helada un Edificio de Locales Comerciales de 8 pisos, dimensiones según plano anexo, con las siguientes condiciones generales:

Ubicación: Maturín Rango de variación de temperatura diario promedio: 15 °F Uso: Locales Comerciales Horario: 8:00 am a 6:00 pm

1.4.1. ESPECIFICACIONES DE MATERIALES. Techo: Placa compuesta de bloque arcilla (8 pulg., 2 celdas), friso interior de cemento y

arena (3/4 pulg.) y fieltro asfáltico (3/8 pulg) Paredes Exteriores: Bloque-de arcilla (8 pulg., 2 celdas), friso interior y exterior de

cemento y arena (1/2 pulg.). . Paredes Interiores: Bloque de arcillas (6 pulg ,2 celdas), y como acabado por ambos lados

friso de cemento y arena (1/2 pulg.). Pisos: Placa compuesta de bloque de arcilla (8 pulg ,2 celdas), concreto (3 pulg), friso

interior de cemento y arena (1/2 pulg) y cerámica (1/4 pulg) Puertas: Dos laminas de maderas contrachapadas (1/4 pulg) con espacio de aire entre

ellas (3/4 pulg). Altura entre pisos: 3.5 m Ocupación: 60 personas / planta tipo Iluminación: 70 Watts/m2, lámparas fluorescentes con balastro dentro del ambiente, luces

encendidas 10 horas. Equipos por planta tipo: 1 Nevera, 1 televisor, 3 computadores de escritorio, 1 cafetera

eléctrica, 1 equipo de audio. Peso estructura: 100 Ib/pie2

1.4.2. Nota importante: Considere lo siguiente: El techo del último piso está totalmente expuesto Las ventanas en la orientación Este y Oeste de 4 m x 2m de altura tienen marcos metálicos

con vidrio ordinario doble capa con un alero horizontal de 4 m y un paral vertical de 1 m c/u, además de persianas interiores color oscuro

Se realiza el estudio usando el método de igual fricción. Se asume una diferencia de temperatura entre la temperatura de aire a la entrada y la

salida del recinto de 20ºF, según la norma ASHRAE. Se considera para el estudio de aires acondicionados que el flujo másico es

aproximadamente igual al flujo volumétrico.

Se asume que el coeficiente de transferencia de calor en cada una de las ventanas es de 1,13 BTU/h- pies2-ºF

Se añadieron nuevos espacios al croquis original, así como elevadores, puertas y escaleras.

Las dimensiones de las puertas internas fueron 0,8m x 1m. Se desprecio el accesorio que conecta las UMAS con las tuberías de

suministro. Se asumieron velocidades para industrias, comercios y cafeterías según la

tabla 1.3.17. El CHILLER y las UMAS están ubicados en la orientación sur del edificio. Para la distribución de aire por ductos, se estima el caudal de salida por

cada rejilla mediante relaciones de áreas de cada espacio a tratar para lograr una repartición de flujo eficiente.

El material de las tuberías usadas en el sistema de agua helada es PVC. Se considera una velocidad de fluido a través de las tuberías no mayor de los 2m/s según

normas PDVSA. La distancia entre el cielo raso y techo de cada planta del edificio es de 24 pulg. Se considera que las pérdidas menores en las tuberías del sistema de agua helada fueron

aproximadamente 0. Se considera que la caída de presión en cada UMA es 1/3 de la caída de presión del

CHILLER. Se asumió un tanque de 5000Lts necesario para abastecer los requerimientos de la unidad

de agua helada en caso de que el servicio de agua presente un corte programado o no. Se considera que los baños están ubicados hacia la pared sur de la planta y están

ventilados naturalmente.

NORMAS UTILIZADAS

Normas ASHRAE.

Normas Venezolanas publicadas en Gaceta Oficial en 1988.

ESTUDIO SICROMÉTRICO

PARA EL PISO 8:

QSR=225008,5417Btuhora

QLR=51051,4999Btuhora

VENTILADOR

RECINTO

FILTRO

1

23

4

5

0

Hora crítica: 04:00 pm.

FCSR= 225008,5417225008,5417+51051,4999

≅ 0,92

Se tiene que:

Estado 0:

Tbsext-corr=T0=94ºF

Tbhext=76ºF

h0=39,4 Btu/lb.

Estado 2-3-4:

Tbsint=T2=75ºF

Ø2=50%

h2=28,2 Btu/lb.

Por normas ASHRAE se toma un T = 20ºF; entonces se tiene que:

T 1=75 º F−20℉=55 ºF

Aplicando un balance de energía en el filtro se tiene que:

m4+m0=m5

∀4∗h4+∀0∗h0=∀5∗h5

El ¥0, flujo de aire exterior se determina teniendo en cuenta la actividad a realizar

en el recinto según tabla 1.3.16; entonces se tiene

∀0=8 PCMper

∗60 per=480 PCM

Aplicando un balance de energía al recinto se tiene:

QSR=1,08∗∀2(T2−T 1)

Teniéndose como resultado que el flujo 2 es igual al flujo en 5.

∀5=∀2=225008,54171,08 (75−55)

=10417,062PCM

Se tiene un flujo en 4 de:

∀4=10417,062−480=9937,062PCM

Cálculo de la h5:

h5=(9937,062∗28,2 )+(480∗39,4)

10417,062=28,72Btu / lb

Inmediatamente de la carta psicrométrica se obtiene:

T5=76ºF

h1=23 Btu/lb

Cálculo de la capacidad del equipo

Qc=4,5∗10417,062 (28,72−23 )=268135,1759BtuHora

≅ 23TR

Como para cada tonelada de refrigeración se recomienda un flujo de 400 PCM

400PCM→1TR

X----------→23TR

X=9200PCM

El tonelaje no cumple con los flujos requeridos en el recinto ¥2=10417,062PCM

Por lo tanto se debe diseñar con el caudal requerido ¥2.

400PCM→1TR

10417,062-→X

X≈26TR por piso.

Debido a que los FCSR son aproximadamente iguales, tanto para el piso intermedio y planta baja a la misma hora y orientación, la selección de la UMA se basará en el tonelaje antes determinado.