Refrigeracin y Acondicionamiento de Aire

Fecha de entrega: 13/11/2013

Seccin: 10

Proyecto

Grupo 3

Introduccin

El siguiente trabajo es el desarrollo de clculos para encontrar la carga de enfriamiento

necesaria para una oficina. Dicha oficina alberga a 10 personas, equipos, iluminacin, y

tiene paredes de concreto y de ladrillo.

Lo que se encontr para este proyecto es la carga de refrigeracin que se debe suministrar

a dicha oficina para que el ambiente de trabajo se mantenga agradable. Es importante

tomar muchas consideraciones en el diseo y clculos debido a que si es un espacio en el

que estn varias personas trabajando, ste debe ser cmodo para que trabajen bien y

exista un ambiente agradable. Sumado al problema se tiene que es una oficina bien

iluminada, lo cual incluye varias ventanas en donde van a existir ms entradas de calor.

Objetivos Objetivo General:

Calcular la carga de enfriamiento para una oficina localizada en un edificio de vario pisos.

Objetivos Especficos:

Considerar las suposiciones correctas para los clculos.

Calcular la prdida de carga por ocupantes.

Calcular las infiltraciones en las puertas y ventanas.

Marco Terico Carga de enfriamiento

Calor que pasa del exterior al espacio refrigerado por conduccin a travs de las paredes.

Calor que llega del espacio por radiacin directa a travs de vidrieras o de otros materiales transparentes.

Calor que pasa al espacio debido al aire exterior caliente, el cual pasa a travs de puertas que se abren y a travs de rendijas que se tienen alrededor de puertas y ventanas.

Calor cedido por el producto caliente a medida que su temperatura baja hasta el nivel deseado.

Calor cedido por las personas dentro del espacio refrigerado.

Calor cedido por algn equipo productor de calor localizado dentro del espacio, tal como motores elctricos, alumbrados, equipos electrnicos, etc.

No necesariamente todas estas fuentes de calor intervienen en cada caso y la importancia de cualquiera de stas con respecto a la carga de enfriamiento total, vara considerablemente para cada aplicacin especfica

Prdida de carga por paredes, techo y piso.

La prdida de carga o carga de fuga por paredes, es una medicin del calor que fluye por

conduccin a travs de las paredes del espacio refrigerado del exterior hacia el interior.

Esta prdida de carga es calculada a partir de la siguiente ecuacin:

= (2 1)

Qper: Prdida de carga a travs de paredes, techo y piso.

U: Coeficiente global de transmisin de calor a travs de las paredes.

A: Superficie de la pared en calculo.

1: Temperatura exterior de la pared.

2: Temperatura interior de la pared.

Prdida de carga por efecto de iluminacin

Esta prdida corresponde a las llamadas cargas varias, junto al calor cedido por los motores elctricos dentro del espacio refrigerado y el personal circulante dentro de ste.

La determinacin de la prdida de calor por efecto de iluminacin se calcula por medio de la siguiente ecuacin:

=

: Prdida de carga por iluminacin

W: potencia de las luces

n: nmero de luces

F: factor de conversin

Prdidas de carga por personal circulante

Estas prdidas estn referidas al calor que se disipa por efecto de las personas que laboran dentro del espacio refrigerado.

La cual se determina por medio de la siguiente expresin:

=

: Prdida de carga por personal circulante

N: Nmero de personas

F: Factor de equivalencia calorfica de los ocupantes

Clculo de la Carga de Enfriamiento de la oficina

El procedimiento para calcular la Carga Trmica de la oficina que contrarreste los efectos del calor ganado por la estructura, se basa en el anlisis de cada una de las variables que contribuyen a dicha ganancia, es decir, estudiar individualmente la carga debido a la transferencia de calor externo a travs de los vidrios, paredes externas e internas, techo, piso; adicionalmente, la carga interna debido a las personas, luces, herramientas, etc. Como esta oficina est en un edificio de varios pisos, se va a tomar en cuenta tambin la

prdida o ganancia de calor desde el piso. Aparte de esto ser importante calcular la

trayectoria del sol en un da normal para ver por cunto tiempo el sol est incidiendo en

las ventanas y paredes de la oficina.

Caractersticas de la oficina que se tomaron en cuenta para los

clculos Altura del techo: 10 ft

Ventanas: 3 ft x 6 ft c/u

Luces: 1300 W

Ocupantes: 10 oficinistas

Techo: 12 in concreto con aislamiento

Piso: 12 in concreto con aislamiento

Espacio superior: sin acondicionar

Espacio inferior: sin acondicionar

Corredor: sin acondicionar

Paredes exteriores:

4 in ladrillo + 8 in bloque concreto+ 5/8 in yeso, acabado interior

Paredes interiores: 4 in bloque concreto + 5/8 in yeso, acabado interior ambos lados

Temperaturas exteriores de diseo: 95 F bs, 76 F bh

Temperaturas interiores de diseo: 78 F bs, 65 F bh

Localizacin: 45 latitud norte

Clculos

Se asumi que la carga mxima ocurre a las 2 pm.

Velocidad de viento promedio para diseo de mes de noviembre

- 12.8 millas/h 17 millas/h

As que se asumi una velocidad de 15 millas / h

Pared sur:

- Pared exterior:

- B91 = U = 0.50 BTU / h ft F

- Se asume in de yeso (tabla 4-7)

Pared con pintura clara:

- = 95F 78 F = 17 15 = 2F (Tabla 17-7)

- T = 95 F 78 F =17 -15 = 2

- Tef = 2F

- Tef, coef = 2F + 2F = 4F

- = ( 15 + 10 ) 2(3 6 ) = 114

- = 0.5 114 4 = (), = 228 /

Ventanas

- Interpolando : 89.5 BTU / h (Tabla 17-2)

- 18 BTU / h (Tabla 17-3)

- Se supone que se utiliza ventanas con persianas (Tabla 17-6)

Ventanas blancas

- = 0.56

- = ( + ) + ( + ) = 0.56 + (2 + (3*6)) + (89.5+18) =

= 2,167.2 BTU / h

NOTA: Se asume que la oficina est en una esquina del edificio

Pared Oeste

- Pared interior oeste: B77

- 0.78 BTU /h ft F (Extrapolando)

- = 0.78 BTU /h ft F

- =2

3( i) =

2

3 ( 95 78 ) = 11.33

- , = (24 10) = 240 2

- , = , = 11.33 240 0.78 = 2,120.976 BTU / h

Pared Este

- Pared exterior oeste

- B91

- = 0.5 BTU /h ft F

- Se assume yeso de inch (Tabla 4-7)

- , = 2

- , = 2 + 10 = 14

- = ( 24 10) (3(3 6)) = 186

- Qp = 0.5*186*14= 1302 BTU/h

Ventanas Este

- Interpolando : 125.5 ( Tabla 17 -2 )

- 16 BTU / h ft ( Tabla 17-3 )

- NOTA: se asumen ventanas con persianas venecianas (Tabla 17-6)

- = 0.56

- = 0.56 (3(3 6)) ( 125.5 + 16) = 4,278.96 BTU / h

Pared norte

- Pared interior norte

- B77

- = 0.78 BTU / h ft2F

- =2

3( ) =

2

3 ( 95 78 ) = 11.33

- = ( 24 10) ( 3 7 ) = 219

NOTA: Se asume una puerta de 3 ft * 7 ft

- = 219 0.78 11.33 = 1,935.390 BTU/h

- Q= 1,935.39BTU/h

Techo

- Tabla 17-8, (t)ef = 4F , (t)corregido=4+2=6F

- U=0.13 (asumiendo un aislamiento de 2pulgadas)

- Qtecho=0.13*6*360= 280.8 BTU/h

Piso

- Se asume el mismo t=6F

- Se tom piso de azulejo y pulgada de aislamiento , U=0.44

- Qpiso=0.44*6*360= 950.4 BTU/h

Infiltraciones

Ventanas: Marco simple metlico de uso industrial

- 176cfh/ft, 5 ventanas

Puerta: adentro del edificio se toma la velocidad del aire como 5mph

- 27cfh/ft, 1 puerta

Infiltracin en puerta:

- 3cfm por persona (se toma puerta de 36in, con pivote vertical)

qpuerta= 10*2*27=540cfh

qventana= 90*176=15840cfh

qapertura= 3*60*10=1800cfh

qtotal= 18,180cfh

Aire exterior

- 95 F BS wo=0.015 lbmvapor/lbmaireseco

- 76 F w=0.015*7000= 105 grain vap/ lbm aire seco

Vo=14.28 ft3/lbm aire seco wi=0.01*7000=70

D=1/14.3 =0.07 lbm aire seco/ft3

Qs infiltracin= 0.244qd(to-ti) = 0.244*18180*0.07*(95-78)

Qs infiltracin= 5278.75BTU/h

Ql infiltracin= (3/20)*18180*0.07*(105-70)

Ql infiltracin= 6681.11 BTU/h

Ocupantes

Tabla 10-3

Carga sensible: 200BTU/h (trabajo de oficina ligero)

Carga latente: 250 BTU/h

Qs=10*200=2000BTU/h

Ql =10*250= 2500BTU/h

Equipos

Consumo luz:

1.3KW*3413*1.2 = 5324.28 BTU/h

Equipo de oficina (Mcquinston): 3.4BTU/hft2

3.4*80*50 = 13600BTU/h

Qtotal equipos= 18,924.28 BTU/h

Carga de enfriamiento total: Sensible: 5,278.75 + 18,924.28 + 2,000 + 950.4 + 280.8 + 1,935.39 + 1,302 + 4,278.96 +

2,120.98 + 2,167.2 + 228 = 39,466.76 /

Latente: 2,500 + 6,681.11 = 9,181.11

SHR:

: 39,466.76

39,466.76 + 9,181.11= 0.81

Discusion: La carga de enfriamiento del espacio a acondicionado

El objetivo del proyecto se alcanz al calcular la carga de enfriamiento para el restaurante. Se

tuvieron que hacer varios supuestos tomando en cuenta las caractersticas proporcionadas en el

proyecto.

Entre los supuestos que se validaron fue que la velocidad del viento de 15mph aplica para el

estado de Kansas. Las ventanas se escogieron sin ninguna consideracin de normativa, solamente

esttico. La consideracin importante es la puerta de la pared norte que se tom como la puerta

principal en trminos de infiltraciones. Aunque no se conocen datos sobre el uso de esa rea. El

techo fue considerado como techo de concreto de 6 pulgadas lo que podra ser un error. Sin

embargo esto se toma del lado de la seguridad, porque el techo de 12 pulgadas evita el paso de

calor al tener un U mayor. Las ventanas que se encuentran sobre la puerta sureste no se abren y

sirven solamente para iluminacin.

Para reducir costos se puede instalar en esta cafetera dos equipos piso-techo de 60 000 Btu/h.

Este equipo an tiene ventajas al estar aproximadamente 5000 Btu/h arriba de la capacidad de

diseo. Las ventanas que se encuentran sobre la puerta sureste no se abren y son solamente el

Conclusiones: La carga de enfriamiento que se debe suministrar es de 39,466.76 BTU/h por del calor

sensible y 9,181.11 BTU/h por calor latente

Por conveniencia se asumieron las paredes como paredes de 12 pulgadas de concreto

La carga de enfriamiento puede variar segn la hora pero se prefiere basarse en la hora

donde hay carga mxima

Recomendaciones: Se recomienda que siempre en el clculo de cargas de acondicionamiento de aire se

tomen los datos exactos y se consideren posibles cambios en el espacio para que el

sistema que se implemente resulte adecuado para mantener las condiciones.

Realizar las suposiciones correctas para obtener resultados fiables a las condiciones

iniciales de cada problema.

Considerar siempre todas las prdidas de carga, ya que en algunos casos pueden llegar a

despreciarse ciertos elementos que estn dentro del rea de clculo.

Considerar siempre la carga de enfriamiento en las pocas crticas, como en el invierno y

verano, ya que la carga de enfriamiento vara considerablemente entre estas.

Bibliografa: Pinazo,M.Cargas de refrigeracin en edificios. Sitio web:

http://www.vpclima.upv.es/ponencias/CongInt14.pdf

McQuinston,Faye.Calefaccin y aire acondcionado644p