UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE SANTIAGO

UTESA

Juan Rafael Guzmán

Francisco Rafael Guzmán

1-08-0370

1-10-1019

Profesor

Ing. Frank Espino

Tema

Proyecto Final

Materia

Aire Acondicionado y Refrigeración

Santiago,22 de agosto 2013

República Dominicana

Introducción

Una de las condiciones propias del ser humano es que busca siempre la manera

de sentirse cómodo en todo el sentido de la palabra. Una de las cosas que irrita a

las persona en sentir temperaturas muy altas como las que son común en nuestro

país, además los niveles de humedad no son los más adecuado para que las

persona se sientan en confort. Debido a esto el ser humano se ha visto en la

necesidad de crear sistema que regulen y climaticen de manera artificial la

temperatura en su medio ambiente. Estos son los llamados sistemas de aire

acondicionado.

Como nuestro país es un país tropical en el cual se registran temperatura elevada

casi todo el año se hace necesario el uso de equipo de acondicionadores de aire

para poder llevar la temperatura a niveles deseado.

Problema

El presente proyecto tiene como finalidad el diseño de las instalaciones de

climatización de un edificio de oficinas ubicado en la localidad de Santiago de los

caballeros, basándose para ello en las condiciones técnicas y legales

establecidas. Los pasos seguidos se detallan a continuación

Para el cálculo de las instalaciones es necesario determinar primero las

características de las oficinas en el último nivel: ubicación, orientación,

distribución, superficie, materiales de construcción y cerramientos.

Las condiciones interiores de confort se establecen en 24º C y 50% de humedad

relativa en verano para los locales y 22º C y 50% de humedad relativa en invierno.

Basándose en ello y en los estudios meteorológicos-climáticos de RD, se diseña la

instalación para asegurar que se superan las condiciones más desfavorables

posibles tanto en verano como en invierno. En verano, las cargas térmicas son

debidas a la transmisión, la infiltración, la ocupación, la iluminación, los equipos y

principalmente, a la radiación, que depende de la orientación. En invierno, los

factores que alteran las condiciones de confort son sólo la transmisión y las

infiltraciones, ya que el resto contribuyen a favorecer la situación. Igualmente, es

necesario establecer las necesidades del caudal de ventilación en función del nivel

de ocupación.

Condiciones de diseño

Para inicial la ejecución de los cálculos del proyecto hay que determinar cuáles son las condiciones iníciales del local es decir conocer la temperatura máxima y la humedad registrada en la región donde se va a instalar el equipo de refrigeración. Por tal razón se consultaron varios datos del internet para determinar los valores máximo alcanzado en la temperatura.

1. según el periódico El Nacional en junio del año 2013 en la ciudad de la

Santiago se han registrado temperaturas de hasta 36°C.

2. Velocidad promedio del viento registrada hasta el mes de julio del año

2013 es de 25km/h.

Condiciones interiores del local

Dimensiones (metro): 60 x 22 x 2 metro

Equipos: 64 computadoras, 2 bebederos, una nevera, 1 estufa de 2000 watt

Personas: 50

Ventanas (1x2m): 24

Puertas del edificio (2.5 x 2m): 1

Oficinas: 46

Área de Pasillo: 120 metro

Material de construcción: hormigón

Espesor del techo: 20 cm

Espesor de las paredes: 30 cm

Altura del plafón del techo: 60 cm

Temperatura de confort 23°C

Iluminación: 80 luminaria de 4 tubo de 40 watt cada uno

Vista en Planta de las oficinas

Vista y diseño de ducto de aire acondicionado

Cálculos de carga térmica

Al momento de calcular la instalación de un sistema de aire acondicionado una

de las cosas principales que hay que saber es que cantidad de energía

térmica hay que extraer del local en cuestión a esto se le llama carga térmica,

también nombrada como carga de enfriamiento, que no es más que la

cantidad de energía que se requiere extraer en una área para mantener las

condiciones de temperaturas y humedad en la que el hombre se siente en

confort. La cantidad de calor que se retira de un espacio definido, se expresa

en BTU.

En los cálculos de carga térmica que se realizaran serán tomados en cuenta

tanto el calor latente como el calor sensible de los diferentes cuerpos

existentes.

QL= calor latente

Qs= calor sensible

Tabla del tipo de calor aportado por diferentes tipos de cuerpos

Concepto QS QL

Transmisión de muros, pisos y techo #

Personas # #

Iluminación #

Aparatos eléctricos # #

Ganancia de calor por transmisión

El método que se selecciono es el cálculo de cargas por temperatura

diferencial y factores de carga de enfriamiento. Este método considera los

coeficientes de transferencia de calor de cada uno de los materiales de la

biblioteca, diferencias de temperatura y su efecto en la carga de enfriamiento

en el espacio a acondicionar.

Diferencia de temperatura

Las condiciones de verano

Tint.=23°C

Text.=36°C

Calculo de la diferencia de temperatura

Ubicación Calculo Delta T (°C)

Muro Norte 36 - 23 13

Ventanas Norte 36 - 23 13

Muro Sur (36– 23) + 2.22 15.22

Ventanas Sur (36– 23) + 4.44 17.4

Muro Este (36– 23) + 3.33 16.33

Ventanas Este (36– 23) + 6.66 19.66

Muro Oeste (36– 23) + 3.33 16.33

Ventanas Oeste (36– 23) + 6.66 19.66

Techo (36– 23) + 8.3 21.3

Piso 25 - 24 1

Puerta 36- 23 13

Los valores de factor de corrección de temperatura por efecto solar fueron

tomados del manual de fundamento de ASHRAE Tabla 3, ver anexo

Calculo de área del local

Todas las dimensiones de las áreas mostradas en la tabla siguiente fueron

tomadas de los datos proporcionados.

Calculo de áreas

Muro Norte 90M2

Ventana Norte 60M2

Techo 1200 M2

Muro Este 90M2

Ventana Este 120 M2

Piso 1200 M2

Muro Sur 90 M2

Ventana Sur 60M2

Muro Oeste 80M2

Ventana Oeste 120 M2

Calor debido a la radiación solar atravez de las ventanas

Tipo de vidrio: 6mm con un factor de 0.94

Ventana este por radiación

A= 1X2 = 2M2

AREA CANTIDAD DE VENTANAS AREA TOTAL2 M2 4 8 M2

QSR= AXRXF

8 M2 38Kcal/h. M2 0.94 285.76 Kcal/h

Ventana sur por radiación

A= 1X2 = 2M2

AREA CANTIDAD DE VENTANAS AREA TOTAL2 M2 8 16 M2

QSR= AXRXF

16 M2 119Kcal/h. M2 0.94 1789.76 Kcal/h

Ventana oeste por radiación

A= 1X2 = 2M2

AREA CANTIDAD DE VENTANAS

AREA TOTAL

2 M2 4 8 M2

QSR= AXRXF

8 M2 265Kcal/h. M2 0.94 1992.8 Kcal/h

Ventana norte por radiación

A= 1X2 = 2M2

AREA CANTIDAD DE VENTANAS

AREA TOTAL

2 M2 8 16 M2

QSR= AXRXF

16 M2 38Kcal/h. M2 0.94 571.52 Kcal/h

Calor debido a la radiación y transmisión atreves de paredes y techos

La fórmula a utilizar es QSTR= K.A.DTE

DE pared de concreto= 2400kg/m³ x 0.34 = 816 kg/ m³

DE techo = 2400 kg/ m³ x 0.24 = 576 kg/ m³

Según la tabla 7 para la pared

Este 9.7Sur 1.9Oeste 5.3norte 0.3

Según tabla 8 para el techo en hora 14

14.11

∆t= 23°c-36°c= 13°c 13+3.5= 16.5

Pared por radiación y transmisión con la formula QSTR= K.A.DTE

Muros K Área DTE TotalEste 1.5 Kcal/h. °c 44 m² 9.7 640.2 kcal/hNorte 1.5 Kcal/h. °c 120 m² 0.3 54 kcal/hOeste 1.5 Kcal/h. °c 44 m² 5.3 349.8 kcal/hSur 1.5 Kcal/h. °c 120 m² 1.9 342 kcal/h

Techo soleado por radiación y transmisión

QST= K.A.DTE

Techo 1.5 Kcal/h. °c 1320 m² 34,056 kcal/h

Calor sensible debido al aire de infiltración

QSI= VI (∆T)(0.29)

VI= 13.5 x 1 puerta x 50 personas = 675 m³/h

(675 m³/h) (13°c) (0.29) = 2,544.75 kcal/h

Ganancia de calor por ocupantes

De acuerdo a la actividad que realice una persona dentro de un establecimiento se

pueden encontrar diferentes estados de metabolismo del cuerpo que resultan

completamente en calor y que deben ser continuamente disipados y regulados

para mantener una temperatura normal del cuerpo humano.

Un adulto en reposo produce aproximadamente 390 Btu/h de calor, y debido a que

la mayor cantidad de este calor es transferido al ambiente es conveniente

caracterizar el

Metabolismo humano en términos de producción de calor sensible y latente

dependiendo de los diferentes estados de actividad del cuerpo humano. (ASHRAE

Handbook, p.18-3)

El calor sensible transferido por medio de una persona a la carga térmica de un

establecimiento, se encuentra afectado por las condiciones térmicas propias del

establecimiento dado que un porcentaje del calor sensible es energía radiante.

Cantidad de personas Calor Latente Calor sensible

50 35 kcal/h 65 kcal/h

QSP= valor de la tabla 4 x # de personas

50 65 kcal/h 3,250 kcal/h50 35 kcal/h 1750 kcal/h

Ganancia de calor por equipos electrónicos

La energía eléctrica aplicada a los equipos electrónicos tales como computadoras

no es totalmente aprovechada por estos, parte de esta energía se convierte en

calor el cual es aportado por estos siendo una considerable carga térmica.

Una computadora promedio aporta un calor sensible promedio de 325 Watts

Cantidad de

computadoras

Qs (Watts) Total

64 360 19,440 kcal/h

1 Refrigerador 368 watt

1 Estufa Eléctrica 2000 watt

2 bebederos x 120 watt c/uno 240 watt

Dato tomado de la Tabla .7 Ganancias por aparatos eléctricos (ver anexos)

Qs total=Num.decomputadoras∗Calor Sensible

Qs total=54∗360

Qs total=19,440Watts

Ganancia de calor por Iluminación

Luminaria fluorescente transforman un 25% de la energía absorbida en luz,

mientras que el otro 25% se disipa en radiación hacia las paredes y el resto en

conducción y convección.

La carga por iluminación dentro de la Biblioteca es un importante componente de

la carga de térmica.

La fuente primaria de calor de la luminaria proviene de elementos emisores de luz

como por ejemplo las lámparas. El calor adicional puede ser generado a partir de

los balastos y otros accesorios propios de las luminarias.

La carga térmica aportada por la luminaria es un dato suministrado por lo que será

considerado sin necesidad de cálculos.

Luminaria Qs

Lámparas Fluorescentes 12.8 kw

80 luminaria de 4 tubo = 320 tubo x 40 watt = 12,800 watt = 12.8 kw

12.8kw x (860) (1.25) = 13,760 kcal/h

Partida latente debido al aire de infiltración

QLI= VI (∆w) 0.72

(675 m³/h) (80-50) 0.72 = 14,580 kcal/h

Total de cargas Térmica

Concepto Qs QL

Transmisión Muro, ventanas,

Techo

6,025.9 kcal/h -

Ocupantes 3250 kcal/h 1750 kcal/h

Iluminación 13,760 kcal/h -

Aparatos 22,048 kcal/h -

Aire de infiltración 2,544.75 kcal/h 14,580 kcal/h

Total 72,408.75 kcal/h 16,330 kcal/h

1 kcal = 3.96832 BTU 1TR= 3,516.853 watt 1TR= 12,000 BTU

Total de carga sensible a BTU Total de carga latente a BTU287,341.09 + 10%= 316,075.19 64,802.6+ 10%= 71,282.86

Total de TR = 23.94 + 5.94 = 29.88 TR

Selección del equipo

Unidades York Tipo PaqueteModelo Millennium - Premium

25-40 Ton.Refrigerante 410aTarjeta “Simplicity Elite” para control de la unidad desde una computadora local y monitoreo de 86 alarmas de falla. Tarjeta es estándar.Construcción de doble pared como estándar.Charolas de condensación de acero inoxidable manteniendo calidad del aire.Múltiples circuitos de refrigeración para trabajo a cargas parciales.Puertas de acceso con perillas en ambos lados de la unidad.Resortes anti vibratorios de 1" instalados como estándar.Parrillas de protección de serpentín condensador y compresores.Conexiones eléctricas y de gas de un solo punto.Múltiples opciones instaladas en fábrica para cumplir cualquier especificación.

Diseño de sistema de ventilación

Calculo de pies cúbicos por minutos a recircular en el local de la biblioteca

1) Primero determinaremos el volumen de aire que necesitamos remover los

cuales estarán dados en pies³/min o CFM por sus siglas en inglés (Cubic

Feet Minutes).

Tomamos las dimensiones del local

Ancho=30

Largo= 40 mts

Alto = 6 mts

Volumen = (L x A x A)= (30 x 40 x 6) = 7200 mts³

Frecuencia de renovación del volumen para un local público (Biblioteca)= 5 veces

por hora

7200mts³ x 5veces/hora= 36,000 mts³ ,

Realizando la conversión de unidades

36,000mts3hx

1h60mins

=600 mts3mins

x 35.28pie 31mts3

=21,168 pie 3mins

(CFM)

Como el local tiene un volumen extenso, dividiremos la carga en dos máquinas

para reducir el tamaño de los ductos.

Determinación de los difusores

Los difusores son los dispositivos encargados de entregar el aire

acondicionado a la carga, depende de la correcta selección de estos el que no

generen ruido por velocidad excesiva y que el volumen de aire cumpla con los

requisitos esperados.

Altura desde el suelo

H = 6mts – 1mt de plafón = 5mts

De la siguiente tabla verificamos el nivel de ruido recomendado según el uso

del local.

De la grafica ( figura 7 ) verificamos la velocidad recomendada para esta altura

y el nivel de ruido recomendado para locales de estudio como bibliotecas el

cual está determinado en 35 Db

 

 El resultado es de 4.8 m/s

Con este dato consultamos las especificaciones de difusores de techo según

fabricantes lo que nos dice que con una velocidad de 4.8 m/s y un nivel de ruido

de <35dB el caudal recomendado para un difusor es de +- 984 CFM p 1400

m³/mins.

El aérea efectiva del difusor se determinará mediante la grafica siguiente, desde el

lado izquierdo verificamos la velocidad del difusor, el la diagonal izquierda el

caudal, y en la diagonal derecha, el nivel de ruido, trazando una línea recta hacia

abajo nos da un área efectiva de difusor de 52 cms de diámetro.

Para determinar la cantidad de difusores se divide el caudal total a manejar por

una de las maquinas entre el caudal que circulara por el difusor.

CFM827CFM

= 25 difusores

Diseño del sistema de ductos

Aunque existen varios métodos para el diseño de los conductos de aire

acondicionado, nos basaremos en el método de Perdida de presión constante el

cual consiste en determinar el dimensionamiento del ducto en función de la

perdida de carga que sufre un fluido al circular por una tubería.

Los factores que serán tomados en cuenta para la correcta selección de la

dimensión de los ductos serán: velocidad del aire para garantizar bajos nivele de

ruido, caudal de aire a remover, y perdida por rozamiento.

La velocidad del aire del ducto principal para una biblioteca es de 300mts/min,

para residencias 450 mts/min y para locales donde no se requiera de silencio has

500 mts /min.

De la grafica siguiente tomamos el caudal en la columna derecha, de la diagonal

izquierda la velocidad en pies/min y donde se cruzan estas dos líneas la diagonal

derecha nos indica el diámetro en pulgadas del ducto redondo a utilizar

Lo que nos da un diámetro de ducto de 55 pulgs de diámetro el cual, en la tabla de

conversión de redondo a rectangular buscamos la equivalencia; para un ducto

rectangular de

Tabla de ducto

Despejando en área de B

AB=QA−2 (Va1 Aa1 )

VB

ANEXOS

TABLA 7. GANACIAS POR APARATOS ELECTRICOS

Rejilla que se van a utilizar ventiladores para los baño