Unidad Ii Leon Gonzalez Daniel.docx

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas “Año del Centenario de la Promulgación de la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos”

INSTITUTO TECNOLOGICO DE LAZARO CARDENAS REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO

INGENIERIA ELECTROMECANICA

REPORTE UNIDAD II AIRE ACONDICIONADO Y CONFORT INTEGRANTES LEON GONZALEZ DANIEL

DOCENTE: ING. RAYA VILLALPANDO RAFAEL

CD. LAZARO CARDENAS, MICH 20 DE MARZO DEL 2018

Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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2.1 TABLAS Y CARTA PSICOMÉTRICA Una comprensión de la psicometría y uso de la carta psicométrica es esencial para el proceso de diseño de sistemas y dimensionamiento de serpentines que son parte de estos sistemas. Cualquiera que sea el tipo de serpentín, la corriente de aire que va a través de él puede ser trazada en la carta psicométrica y puede ser aprendida una importante información sobre ella. Con este conocimiento, un diseñador puede responder preguntas y tomar decisiones durante el proceso de selección del serpentín. Este artículo cubrirá algunos de los principios básicos y conceptos del uso de la carta psicométrica. Una carta psicométrica es un esfuerzo por mostrar las relaciones en muchas de las propiedades del aire. La carta muestra todas las siguientes propiedades: temperatura de bulbo seco, temperatura de bulbo húmedo, humedad relativa, punto de rocío, relación de humedad, calor total (entalpía) y volumen específico. Si por lo menos dos de estas propiedades listadas son conocidas, el resto pueden ser obtenidas. Antes de que uno pueda entender la carta psicométrica, se requiere una comprensión de cada propiedad. Las definiciones y como ellas son trazadas en la carta psicométrica están mencionadas abajo. Consulte el “esqueleto” de la carta para aclarar las descripciones. Temperatura de Bulbo Seco (DB): La temperatura de una substancia tal como se lee de un termómetro común. La temperatura de bulbo seco es una indicación del calor sensible contenido en una substancia. Las temperaturas de bulbo seco se muestran en líneas verticales con origen en el eje horizontal al fondo de la carta. Temperatura de Bulbo Húmedo (WB): La temperatura de bulbo húmedo es usada como una medición del contenido de agua en la humedad del aire. Se obtiene por pasar aire sobre un termómetro que tiene un trapo húmedo sobre su bulbo sensor. Cuanto más seco es el aire, mas agua se evaporar del trapo lo que reduce la lectura del termómetro. Si el aire es saturado (100% de humedad relativa), no se evaporará agua del trapo y la temperatura de bulbo húmedo se igualará a la temperatura de bulbo seco. Las líneas de bulbo húmedo se originan donde las líneas de bulbo seco intersectan la línea de saturación y se inclina hacia abajo y a la derecha. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Las líneas de bulbo húmedo son casi pero no exactamente paralelas a las líneas de entalpía. Humedad Relativa (RH): La relación de la cantidad de vapor de agua en una muestra dada de aire a la máxima cantidad de vapor de agua que el mismo aire puede mantener. El 100% de humedad relativa indica aire saturado (el aire no puede mantener mas vapor de agua), y 0% de humedad relativa indica aire seco. (Nota: La definición de arriba es exacta para todos los procesos prácticos. La correcta definición de humedad relativa es la relación actual de presión de vapor de agua en una muestra de aire, para la presión de vapor de agua en aire saturado a la misma temperatura). El 100% de RH es la línea de saturación y las líneas de menor RH caen hacia abajo y a la derecha de esta línea. Temperatura de Punto de Rocío (DP): La temperatura a la cual el aire tiene que ser enfriado antes de que comience la condensación de su humedad. Ya que una muestra de aire es enfriada, su RH sube hasta que alcanza 100% RH (aire saturado). Esta es la temperatura de punto de rocío. En la saturación, la temperatura de punto de rocío, la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de bulbo seco se igualan, y la RH es 100%. Si el aire es pasado a través de una superficie que está debajo del punto de rocío, la humedad del aire se condensara en esa superficie. Es el punto de rocío del aire yendo a través de las aletas del serpentín enfriador, la que determina si las aletas serán húmedas o secas. El punto de rocío se muestra en la línea de saturación. Radio de Humedad (W): A veces llamado como “Humedad específica”, este es el peso actual de vapor de agua en una libra de aire seco. La W se mide en Libras (o granos) de vapor de agua por libras de aire seco. Las líneas de Relación de Humedad están en horizontal en el eje vertical del lado derecho de la carta. Entalpía (H): Este término se usa para describir el total de calor de una substancia y se mide en BTU/lb. Para la humedad del aire, la entalpía indica el total de calor en la mezcla de airevapor y se mide en BTU/lb de aire seco. Aire seco a 0°F ha sido asignado una entalpía de 0 BTU/lb. Los valores de la entalpía se encuentran en la escala encima y a la izquierda de la línea de saturación. Las líneas de entalpia constante están inclinadas hacia abajo a la derecha y paralelamente cerca de las líneas de bulbo húmedo. Volumen Específico (SpV):

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Es el reciproco de la densidad, el volumen especifico se mide en pies cúbicos de mezcla agua-vapor por libras de aire seco. Las líneas de volumen específico comienzan en el eje horizontal y se inclinan hacia arriba y a la izquierda. Como se dijo anteriormente, si por lo menos se sabe dos de las siete propiedades antes mencionadas para una muestra de aire húmedo, el estatus del aire puede ser trazado en una carta psicométrica y el resto de las cinco propiedades se pueden determinar gráficamente. Un ejemplo de esto se muestra en el esqueleto de la carta de abajo. Cualquier proceso que consista en calentar, enfriar, deshumidificar o humidificar aire puede ser trazado en la carta psicométrica. Las siguientes afirmaciones aplican:  Cualquier proceso de enfriamiento o calor sensible se muestra como una línea horizontal en la carta. La relación de humedad y el punto de rocío están constantes en este proceso.  Cualquier proceso de enfriamiento o calor latente se muestra como una línea vertical. La temperatura de bulbo seco es constante en este proceso.  Un proceso típico de enfriamiento/des-humidificación se representa como una línea que va de abajo a la izquierda. Este proceso teóricamente se movería horizontalmente a la izquierda hasta que el punto de rocío es alcanzado, y entonces se sigue la línea de saturación hasta el punto final. El proceso actual es más exactamente representado por una línea curva que se mueve abajo y a la izquierda. Esto es debido al proceso de mezcla de algunas partes de la corriente de aire que han alcanzado el punto de rocío con otras partes que se siguen enfriando sensiblemente.  Un proceso calentamiento/deshumidificación se representa por una línea que crece y se mueve a la derecha. El proceso actual depende del tipo de deshumidificación involucrada, pero el punto final siempre estará encima y a la derecha del punto de inicio. Conclusión Para usar las ecuaciones apropiadas y la información que se presenta aquí en psicometría, el lector debería tener una clara comprensión de lo que pasa en el lado del aire de un serpentín de enfriamiento o calentamiento. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Las propiedades de mezclado de aire como el vapor de agua pueden ser presentadas de forma gráfica a través de las cartas psicométricas. las cartas psicométricas son muy usadas en las aplicaciones de acondicionamiento de aire.Debe recordar que son necesarias tres propiedades termodinâmicas independentes para describir el estado de una mezcla binária (ex. presión, temperatura e composición de la mezcla). Para comprender el uso de este tipo de carta, es necesario entender el significado de Psicrometría, que se define como la medición del contenido de humedad del aire. Ampliando esta definición a términos más técnicos, psicrometría es la ciencia que involucra las propiedades termo-dinámicas del aire húmedo, y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales y el confort humano. La carta psicrométrica es un diagrama de doble entrada, en el que se relacionan múltiples parámetros referentes a una mezcla de aire húmedo: temperatura, humedad relativa, humedad absoluta, punto de rocío, entalpía específica o calor total, calor sensible, calor latente y volumen específico del aire. Así: 

% Humedad Relativa La humedad relativa (hr), es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa en porciento, tal como 50%, 75%, 30%, etc.

%Hr = (PvH2O/PvH2O)* 100Donde:  

PvH2O: Presión de vapor del agua en aire. PvH2O*:Presión de vapor del agua líquida, se obtiene de tablas.

Cuando PvH2O = PvH2O* el aire está saturado de humedad, es decir, el aire es 100% húmedo. En las siguientes gráficas se muestra la humedad relativa a diferentes temperaturas en grados Celsius y Fahrenheit:

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En grados Fahreinheit:

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Relación entre Humedad relativa y específica del Aire Como ya se ha mencionado, la humedad representa la cantidad de vapor de agua existente en el aire. Puede ser expresada en valores absolutos, específicos o relativos dependiendo el caso. Si sabemos la humedad relativa del aire y la densidad de vapor de agua, además de la densidad del aire, la humedad específica puede ser expresada en la formula a continuación descrita: x = 0.622 φ ρws / (ρ - ρws) 100%

Donde:    

x = es la humedad específica de la mezcla de vapor de aire (kg/kg) φ = huemdad relativa (%) ρws = densidad de vapor de agua (kg/m3) ρ = densidad del aire húmedo (kg/m3)



Humedad Absoluta El término "humedad absoluta" (ha), se refiere al peso del vapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio de un metro cúbico (o un pie cúbico). En este espacio, normalmente hay aire también, aunque no necesariamente. y = WH2O / W Aire Seco Donde



W: peso

Los valores del diagrama no son constantes, varían según la altura sobre el nivel del mar. En bibliografía es usual encontrarlo referido a «la altura» del nivel del mar. La mayoría de cartas psicrométicas tienen dos decimales, pero se puede encontrar hasta con cuatro decimales para una mayor precisión. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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2.2 ANÁLISIS DE LA CARTA PSICOMÉTRICA.

ASHRAE desarrolló 7 cartas que toman en cuenta la variación de las características del aire en función de la temperatura y la altura como sigue 2:        

Las cartas # 1,2,3,4 están elaboradas para las características del aire húmedo al nivel del mar. La carta #5 es para 750 m de altura (92.66 kPa). La carta #6 es para 1500 m de altura (84.54 kPa). La carta #7 es para 2250 m de altura (77.04 kPa). La carta #1 es la más utilizada con un rango de temperatura de bulbo seco (tbs) −40ºC a +10ºC. La carta #2 es para bajas temperaturas de –40ºC a +10ºC. La carta #3 es para altas temperaturas de 10ºC a 120ºC. La carta #4 es para muy altas temperaturas de 100ºC a 200ºC. Las propiedades o carta psicrométrica para otros valores de Pbarométrica se pueden obtener interpolando. A continuación un ejemplo de carta psicrométrica con temperaturas normales y a nivel del mar: Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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2.3 PROCESOS DE CALENTAMIENTO-ENFRIAMIENTO CON HUMIDIFICACIÓN Y DESHUMIDIFICACIÓN DEL AIRE

Cuando nos referimos al termino humidificación, hablamos de una mezcla de un gas y de un vapor. Si esta mezcla obedece las leyes ideales de los gases podemos aplicar la ley de Dalton de las presiones parciales:

"La presión total (PT ) de una mezcla de gases es igual a la suma de las presiones parciales (p) de los gases constituyentes" Si la mezcla esta constituida por los elementos vapor y gas, las presiones parciales serán igual : Vapor; se refiere a la forma gaseosa del componente que también está presente como líquido. Gases; el componente que solamente está presente en forma gaseosa. El proceso de evaporación, esta influenciado por la presión que ejerce el gas sobre el líquido. Entre mayor sea esta presión, mayor energía se requerirá para evaporar un líquido. Al aumentar la temperatura en el liquido aceleramos el proceso de vaporización, es decir, habrá una mayor cantidad de vapor, presente en el gas en donde la concentración total Humedad másica, absoluta o a saturación absoluta (Y) Humedad relativa saturación relativa Humedad porcentual o saturación porcentual. Humedad molar, saturación molar o humedad molar a saturación (Ym). Volumen especifico del gas húmedo

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Entalpía especifica Calor especifico del gas húmedo Las torres de enfriamiento son equipos que se usan en la industria para enfriar agua en grandes volúmenes por su bajo costo ya que usan aire atmosférico. EQUIPOS PARA HUMIDIFICACIÓN El agua caliente suele introducirse por la parte superior, y el aire fluye en forma ascendente, de forma natural o forzada. En el interior de la torre se utilizan rellenos de diversos tipos que favorecen el contacto entre las dos fases. Existe transferencia de calor y energía.

Operación que consiste en reducir la cantidad de vapor presente en una corriente gaseosa, mediante enfriamiento, incremento de presión total y por desecantes. DESHUMIDIFICACIÓN Aplicación general

Principal: en el acondicionamiento de aire, en el secado de gases, en el enfriamiento de aguas después de un proceso industrial con el fin de poder ser utilizada, entre otros como en los hornos de prueba, producción de queso, saquitos de té y maduración de frutas.

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2.4 CREACIÓN DE LAS CONDICIONES DE CONFORT

El confort térmico es la sensación que expresa la satisfacción de los usuarios de los edificios con el ambiente térmico. Por lo tanto, es subjetivo y depende de diversos factores. El cuerpo humano “quema” alimento y genera calor residual, similar a cualquier máquina. Para mantener su interior a una temperatura de 37°C, tiene que disipar el calor y lo hace por medio de conducción, convección, radiación y evaporación. En la medida como se acerca la temperatura ambiental a la temperatura corporal, el cuerpo ya no puede transmitir calor por falta de un gradiente térmico, y la evaporación queda como única forma de enfriamiento. Una de las funciones principales de los edificios es proveer ambientes interiores que son térmicamente confortables. Entender las necesidades del ser humano y las condiciones básicas que definen el confort es indispensable para el diseño de edificios que satisfacen los usuarios con un mínimo de equipamiento mecánico. Factores La producción de calor del cuerpo depende principalmente del nivel de actividad de la persona. Para la disipación de calor, estos factores son críticos: 

Factores ambientales



Temperatura del aire



Humedad relativa del aire



Movimientos de aire



Temperatura media radiante



Factores personales



Vestimenta de la persona

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La sensación térmica además depende fuertemente de las expectativas de la persona. Así que influyen el clima exterior, la estación del año y la hora del día, el asoleamiento, la iluminación y la calidad del aire interior, entre otros. Las recomendaciones y normas pueden diferir bastante en los valores concretos para los factores ambientales. Esto se debe a la complejidad de las interacciones entre los diferentes elementos. Además, hay que considerar que la mayoría de los criterios fueros desarrollados para el caso de invierno, con temperaturas exteriores bajas y calefacción ambiental, y para ambientes de estadía permanente. Temperatura del aire La temperatura del aire determina cuánto calor el cuerpo pierde hacia el aire, principalmente por convección. La temperatura del aire basta para calificar el confort térmico siempre y cuando la humedad y la velocidad del aire y el calor radiante no influyen mucho en el clima interior. El rango de confort se extiende de alrededor de 20°C en invierno a alrededor de 25°C en verano. Para el confort también es importante el gradiente térmico vertical. Se aconseja que entre la cabeza y los pies no debería haber una diferencia mayor a 3 Kelvin. No deseables son cambios fuertes de temperatura. La temperatura del aire percibida como agradable está en estrecha relación con los otros factores ambientales. De tal manera que una temperatura ambiental insatisfactoria puede compensarse, dentro ciertos rangos, mediante ajustes de uno o más de los otros factores ambientales. El uso de la vestimenta apropiada también entra en esta categoría, pero a nivel personal. Humedad relativa del aire La evaporación de humedad de la piel es principalmente una función de la humedad del aire. El aire seco absorbe la humedad y enfría el cuerpo efectivamente. Favorable para la salud humana es una humedad relativa del aire entre los 30 a 40% como mínimo y 60 a 70% como máximo. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Confort térmico Movimientos de aire El movimiento del aire influye fuertemente en la pérdida del calor del cuerpo por convección y por evaporación. Las velocidades de aire hasta 0,1 m/s por lo general no se perciben. En general son agradables y deseables los movimientos entre 0,1 a 0,2 m/s. Cuando los movimientos de aire enfrían el cuerpo humano más allá de lo deseado se habla de corrientes. Representan un serio problema de confort térmico en los edificios. No obstante, a temperaturas ambientales altas, las brisas hasta 1,0 m/s pueden sentirse agradables, en dependencia del nivel de actividad y de la temperatura. Sobre los 37°C el aire en movimiento calienta la piel por convección y a la vez la enfría por medio de evaporación. Más alta la temperatura, menor es el efecto refrigerante.

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Confort térmico Temperatura radiante media La temperatura radiante media representa el calor emitido en forma de radiación por los elementos del entorno y se compone de las temperaturas superficiales ponderadas de todos los cerramientos. Es deseable que el valor no difiera mucho de la temperatura del aire.

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Confort térmico Temperatura operativa La temperatura operativa es útil para la evaluación del confort térmico, gracias a que de manera más fidedigna representa la temperatura “sentida” por una persona en un ambiente interior. Es, de manera simplificada, el valor medio entre la temperatura del aire y la temperatura radiante media. Para el invierno se recomienda entre 20 y 22°C mientras en verano se considera aceptable entre 25 y 27°C. En invierno se aceptan valores más bajos para los dormitorios, las cocinas y los pasillos, y se exige valores más altos para los cuartos de baño y los dormitorios de personas enfermas. Habitabilidad El concepto del confort térmico va mucho más allá de la habitabilidad de los edificios. Como condición fundamental se puede establecer que los recintos habitables no tengan moho.

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Para garantizarlo, la temperatura superficial interior de la envolvente, en ningún punto debe estar debajo del punto de rocío, para prevenir la condensación superficial. De esta regla solo se pueden exceptuar las ventanas. La temperatura de rocío es una función de la temperatura y la humedad relativa del aire, claves para el confort térmico. Eficiencia energética El confort térmico también está vinculado con la eficiencia energética. La humedad del aire no solo es esencial para el confort, también influye directamente en la eficiencia térmica de un edificio: 

El aire húmedo es más difícil de calentar que el aire seco.



Materiales de construcción húmedos tienen un efecto aislante drásticamente reducido.

Consecuentemente es conveniente limitar la humedad del aire en estación fría a un máximo de 50 a 60%. Confort higro-térmico Es evidente que la humedad es tan importante para el comportamiento térmico de un edificio como las propiedades de temperatura. Por ese motivo en la actualidad también se habla del “confort higro-térmico”.

2.5 CARTA DE CONFORT Se refiere al conjunto de tecnologías que se utilizan para neutralizar y eliminar la presencia de calor, polvo, humo, gases, condensaciones, olores, etc. en los lugares de trabajo, que puedan resultar nocivos para la salud de los trabajadores. Muchas de estas partículas disueltas en la atmósfera no pueden ser evacuadas al exterior porque pueden dañar el medio ambiente Para evitar que los vapores y humos se disipen por todo el recinto de las naves industriales se realiza la instalación de campanas adaptadas al mismo foco de producción de residuos para su total captación.

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El caudal procedente de la zona de captación se conduce hacia el filtro correspondiente según el producto e instalación, donde se separan las partículas del aire limpio Ventilación estática o natural: mediante la colocación de extractores estáticos situados en las cubiertas de las plantas industriales aprovechan el aire exterior para ventilar el interior de las naves industriales y funcionan por el efecto Venturi (Principio de Bernoulli) Ventilación dinámica o forzada: se produce mediante ventiladores extractores colocados en lugares estratégicos de las cubiertas de las plantas industriales.[ El aire exterior introducido en una edificación forma parte de la carga de acondicionamiento del espacio, la cual es una razón para limitar la cuota de intercambio de aire en las edificaciones a un mínimo requerido. El intercambio de aire típicamente representa de un 20% a un 40% de la carga térmica de la edificación. intercambio de aire incrementa la carga térmica de una edificación de 3 maneras: La primera, el aire entrante debe ser calentado o enfriado desde la temperatura del aire exterior a la temperatura del aire interior. La tasa de consumo de energía esta dada por q s = carga de calor sensible bth/hr, Donde Q = tasa de flujo de aire, cfm. e = densidad de aire, lbm/ft3 (aprox. 0.075) c p = calor específico del aire, Btu/lbºf (aprox 0.24) D t = diferencia de temperatura interior ² exterior, º F. El Segundo, el intercambio de aire incrementa el contenido de humedad, particularmente en verano y en algunas áreas cuando el aire húmedo del exterior debe ser deshumidificado. El consumo de energía asociada con estas cargas está dado por: Donde: q1 = carga de calor latente, Btu/h H fg = calor latente de vapor a la temperatura del aire apropiado, Btu/lbm (aprox. 1.000) D W = radio de humedad de aire interior menos el radio de humedad del aire exterior, lbm agua/ lbm aire seco. Sistema tradicional de calefacción de Carbón y leña: es el sistema de calefacción más antiguo y tradicional, aun utilizado en zonas rurales o pueblos alejados, su utilización implica cierto grado de riesgo y no existe una buena regulación para su control, además presenta otros inconvenientes como el almacenamiento y la limpieza de residuos, su precio oscila bastante; dentro de sus ventajas esta su fácil consecución e instalación. Calefacción por suelo radiante: Se trata de tubos colocados en el suelo de la vivienda.

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Su principal ventaja es el ahorro, ya que basta calentar el agua a unos 40 grados para que el sistema funcione. Su desventaja es que tarda mucho tiempo en calentar la casa a la temperatura deseada. El sistema consiste en la instalación en el forjado del hormigón de cables, tubos, láminas o paneles calefactores, que desprenden calor a la vivienda sin ser visibles, por lo tanto no ocupan espacio y están preinstalados en la vivienda. Pueden ser calentados por la electricidad por paneles solares. Calefacción por energía eléctrica: puede utilizarse tanto de forma individual como en una instalación centralizada. También sirve como combustible complementario, con procedencia de otras energías alternativas. En la actualidad este sistema ya no estan costoso, ya que existen las tarifas nocturnas. Si se elige un sistema de bomba de calor, puede ser mixto y funcionar como calentador en invierno y aire acondicionado en verano. Una de sus ventajas radica en que según el aparato que se utilice puede ser portátil y el mantenimiento que precisa es poco además de no requerir instalaciones complicadas. Es confortable, se puede programar y automatizar con sencillez y su rendimiento es elevado. También es una energía limpia y segura. Cal facci r Gas: ocupa un puesto predominante entre los combustibles más empleados en la actualidad. l as natural es limpio, no contamina es eficaz. Además, su coste de instalaci n ueda rápidamente amortizado por el ahorro ue ofrece. Se caracteriza por ser un combustible cómodo pues el usuario no debe preocuparse ni de su aprovicionamiento, almacenamiento, ni de su distribución. na vez instalado, puede ser utilizado tanto como calefacción, como para la producción de agua caliente para la cocina. a calefacción mediante gas natural permite una fácil regulación del calor en cada estancia. Calefacción por gas propano: puede presentar varias modalidades para su almacenamiento. Se puede almacenar en recipientes pequeños (en lugares aireados como terrazas o balcones) o en depósito fijo, a sea individual o colectivo centralizado. Su potencia calorífera es superior al gas natural.

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Su costo resulta algo inferior al gas natural, siempre dependiendo del tipo de instalación almacenamiento Calefacción por gasóleo C: es el más económico de los combustibles presentes en el mercado pero de alto riesgo debido a los cuidados en su almacenamiento y combustión por los gases generados. Para tener uso apropiado como refrigerante, se busca que los fluidos cumplan con lamayoría de las siguientes características: ð Baja temperatura de ebullición: Un punto de ebullición por debajo de la temperatura ambiente, a presión atmosférica. (evaporador) ð Fácilmente manejable en estado líquido: El punto de ebullición debe ser controlable con facilidad de modo que su capacidad de absorber calor sea controlable también. ð Alto calor latente de vaporización: Cuanto mayor sea el calor latente de vaporización, mayor será el calor absorbido por kilogramo de refrigerante en circulación. No inflamable, no explosivo, no tóxico. Químicamente estable: A fin de tolerar años de repetidos cambios de estado. No corrosivo: Para asegurar que en la construcción del sistema puedan usarse materiales comunes y la larga vida de todos los componentes. Moderadas presiones de trabajo: las elevadas presiones de condensación(mayor a 2528kg/cmª)requieren un equipo extrapesado. La operación en vacío(menor a 0kg/ cmª)introduce la posibilidad de penetración de aire en el sistema. Fácil detección y localización de pérdidas: Las pérdidas producen la disminución del refrigerante y la contaminación del sistema. Inocuo para los aceites lubricantes: La ación del refrigerante en los aceites lubricantes no debe alterar la acción de lubricación. Bajo punto de congelación: La temperatura de congelación tiene que estar muy por debajo de cualquier temperatura a la cuál pueda operar el evaporador. Alta temperatura crítica: Un vapor que no se condense a temperatura mayor que su valor crítico, sin importar cuál elevada sea la presión. La mayoría de los refrigerantes poseen críticas superiores a los 93°C. Moderado volumen específico de vapor: Para reducir al mínimo el tamaño del compresor. Bajo costo: A fin de mantener el precio del equipo dentro de lo razonable y asegurar el servicio adecuado cuando sea necesario. Haremos hincapié en las más importantes para la selección del refrigerante adecuado para la aplicación de que se trate y el equipo disponible. Todos los refrigerantes se identifican mediante un número reglamentario Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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2.6 FACTORES DE CARGA DE CALOR

DEFINICIÓN DE CARGA TÉRMICA: También nombrada como carga de enfriamiento, es la cantidad de energía que se requiere vencer en un área para mantener determinadas condiciones de temperatura y humedad para una aplicación especifica (ej. Confort humano). Es la cantidad de calor que se retira de un espacio definido, se expresa en BTU, la unidad utilizada comercialmente relaciona unidad de tiempo, Btu/hr. INTRODUCCIÓN, INFORMACION GENERAL: A través de años de trabajo, diversas compañías y organizaciones han evaluado múltiples factores requeridos para determinar las cargas de enfriamiento en diversas aplicaciones. Cuando se utilizan estos factores para el cálculo de cargas en espacios y edificios, lo importante es aplicar un buen criterio para desarrollar algún procedimiento definido. Para realizar el estimado de la carga de enfriamiento requerida con la mayor exactitud posible en espacios y edificios, las siguientes condiciones son de las más importantes para evaluar: 

Datos atmosféricos del sitio.



La característica de la edificación, dimensiones físicas.



La orientación del edificio, la dirección de las paredes del espacio a acondicionar.



El momento del día en que la carga llega a su pico.



Espesor y características de los aislamientos.



La cantidad de sombra en los vidrios.



Concentración de personar en el local.



Las fuentes de calor internas.



La cantidad de ventilación requerida.

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Existen diferentes métodos para calcular la carga de enfriamiento en un área determinada, en cualquier caso es necesario evaluar diversas características como las condiciones del lugar (condiciones atmosféricas), tipo de construcción y aplicación del espacio a acondicionar. CONSIDERACIONES Las variables que afectan el cálculo de cargas térmicas son numerosas, frecuentemente difíciles para definir en forma precisa, y no siempre están en cada momento mutuamente relacionadas. Muchas variables de cargas de enfriamiento cambian extensamente en magnitud durante un período de 24 horas. Los cambios de estas variables pueden producirse en momentos diferentes unos de otros, por ello deben analizarse detalladamente para establecer la carga de enfriamiento necesaria para un establecimiento o dividirse este en zonas. La necesidad de dividir un sistema en zonas, origina mayor capacidad de carga de enfriamiento que un sistema total; pero permite manejar la carga para cada zona en su hora pico. En el cálculo de carga de enfriamiento, es determinante el uso de valores adecuados para aplicarlos en un procedimiento determinado. La variación en los coeficientes de transmisión de calor de los materiales y montajes compuestos en edificio típicos, la forma de construcción, orientación del edificio y la manera en cual el edificio opera son algunas de las variables que imposibilitan un cálculo numéricamente preciso. Mientras que los procedimientos sean usados en forma razonable por el diseñador para incluir estos factores, él cálculo es aceptado como correcto, pero todavía es solamente una estimación buena de la real carga de enfriamiento.

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TASA DE FLUJO DE CALOR: En diseño de aire acondicionado existen cuatro (4) tasas relativas de flujo de calor, cada una de las cuales varía en el tiempo y debe ser diferenciada: 1. Aumento de calor del espacio 2. Carga de enfriamiento del espacio 3. Tasa de extracción de calor del espacio 4. Carga del serpentin. La ganancia de Calor Espacial (tasa instantánea de aumento de calor) es la tasa a la cual el calor entra y/o es generado internamente en un espacio en un momento determinado. La ganancia de calor es clasificada por (1) El modo en el cual entra en el espacio y (2) Si es una ganancia sensible o latente. Los modos de ganancia de calor pueden ser como (1) radiación solar a través de fuentes transparentes, (2) conducción de calor a través de paredes exteriores y techos, (3) conducción de calor a través de divisiones internas, techos y pisos, (4) calor generado en el espacio por los ocupantes, luces y aplicaciones, (5) energía transferida como resultado de ventilación e infiltración de aire del exterior o (6) aumentos de calor misceláneos. La ganancia de calor es directamente agregada a espacios acondicionados por conducción, convención, radiación eventualmente el factor acumulación. CONSIDERACIONES INICIALES DE DISEÑO Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio, se requiere información de diseño detallada de la edificación e información climática a las condiciones de diseño seleccionados. Generalmente, los siguientes pasos deben ser seguidos: Características de la Edificación. Obtenga las características de la Edificación. Materiales de construcción, tamaño de los componentes, colores externos de fuentes y formas son normalmente determinados a partir de los planos de la edificación y especificaciones. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Configuración: Determine la ubicación, orientación y sombra externa de la edificación a partir de los planos y especificaciones. Las sombras de edificaciones adyacentes pueden ser determinadas por un plano del sitio o visitando el sitio propuesto. Su permanencia probable debe ser cuidadosamente evaluada de ser incluida en los cálculos. Condiciones Exteriores de Diseño: Obtenga información climática apropiada y seleccione las condiciones de diseño exterior. La condición climática puede ser obtenida de la estación metereológica local o del centro climático nacional. Condiciones de Diseño Interior: Seleccione las condiciones de diseño interior tales como temperatura de bulbo seco interior, temperatura interior de bulbo húmedo y tasa de ventilación. Incluya variaciones permisibles y límites de control. Rutina de Operación: Obtenga una rutina de iluminación, ocupantes, equipo interno, aplicaciones y procesos que contribuyan a incrementar la carga térmica interna. Determine la probabilidad de que el equipo de refrigeración sea operado continuamente o apagado durante períodos de no ocupación (ej. Noches y/o fines de semana). Fecha y Tiempo: Seleccione el tiempo del día y el mes para realizar los cálculos de la carga de enfriamiento. Frecuentemente varias horas del día y varios meses son requeridos. Consideraciones Adicionales: El diseño apropiado y el tamaño de los sistemas de aire acondicionado central requieren más que el cálculo de la carga de enfriamiento en el espacio a ser condicionado. El tipo de sistema de acondicionamiento de aire, energía de ventilación, ubicación del ventilador, pérdida de calor de los ductos y ganancia, filtración de los ductos, sistemas de iluminación por extracción de calor y tipo de sistema de retorno de aire, todos afectan la carga del sistema y el tamaño de los componentes.

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MÉTODOS DE CALCULO: La ashrae reconoce la vigencia de cuatro métodos de cálculo de cargas térmicas para seleccionar la capacidad de los equipos de aire acondicionado. Los cuales se nombran a continuación: Uno de los procedimientos mayor utilizados es el método de Función de Transferencia (tmf). Una versión simplificada de este método con aplicaciones para diferentes tipos de construcción fue publicado en el manual de fundamentos ashrae de 1977. 

Este método tiene como fundamento el estimar las cargas de enfriamiento hora por hora, predecir las condiciones del espacio para varios sistemas, establecer programas de control y programas de operación.



El método de función de transferencia (tfm) es aplicado para el cálculo de flujo unidimensional de transferencia de calor en paredes y techos soleados. Los resultados debido a las variaciones de construcción se consideran insignificantes, se si toman en cuenta la carga de los componentes normalmente dominantes. La ASHRAE (1988) generó factores de decremento efectivos de calor y períodos de retraso de tiempo para 41 diferentes tipos de pared y 42 tipos de techo, que son presentados para utilizarse como coeficientes de función de transferencia. El método de "Cálculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de Enfriamiento" (cltd/clf). Es el método que debe ser aplicado al considerarse como la primera alternativa de procedimiento de cálculo manual.



El método de Temperatura Diferencial para Carga de Enfriamiento es simplificado, por utilizar un factor "U" para calcular la carga de enfriamiento para techos y paredes, presentando resultados equivalentes. Así, la ecuación básica para carga de enfriamiento en superficies exteriores es: q = U * A (cltd).

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

El método de cálculo de carga por temperatura diferencial se basa en la suposición de que el flujo de calor a través de un techo o pared puede ser obtenido por multiplicar la



temperatura diferencial (exterior - interior) por los valores tabulados "U" de techos y paredes, respectivamente. Otro procedimiento usado para el cálculo de cargas térmicas es el de "Valores de Temperatura Diferencial Total Equivalente y Tiempo Promedio" (tetd/ta). La primera presentación de este método se hizo en el manual de fundamentos ashrae de 1967, este procedimiento es recomendado para usuarios experimentados. Para calcular la carga de enfriamiento de un espacio usando la convención del tetd/ta, aplican los mismos procedimientos generales empleados para el tfm. El cuarto método publicado es un capitulo especial de cltd/clf, utilizado para cálculo de cargas en residencias. El aplicar el procedimiento TETD/TA en forma manual, especialmente el cálculo de promedio de tiempo, resulta tedioso en la práctica. Este hecho más el interés creciente en el TFM condujo a la ASHRAE a desarrollar el proyecto de investigación RP-158, con el objetivo original de comparar las diferencias y similitudes entre estos métodos (TEDT y TFM),

para

establecer

un

obtuvieron técnicasautomatizadas,

procedimiento que

al

utilizar

común

para

el TETD/TA

ambos.

provee

Se

resultados

aproximados a la precisión del TFM con menor esfuerzo en cuanto a cómputos se refiere. La técnica del CLTD evoluciona como una operación manual que involucra menos cálculos matemáticos y reemplaza el procedimiento de TETD/TA, para cálculos manuales; pero requiere el uso de tablas de factores precalculados. Proyectos de investigación subsiguientes (ASHRAE 1984, 1988) aclaran el alcance de aplicación efectiva de los factores utilizados para el método de CLTD.

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Actualmente está en desarrollo la "Aprobación experimental del Cálculo de Cargas térmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)" Motivo para el desarrollo de este trabajo experimental Motivado a que el Manual actual de Normas de la ASHRAE, en el Capítulo 28 incluye la discusión de cuatro metodologías de cálculo de cargas térmicas (Equilibrio de Calor, TFM, CLTD/CLF y TETD/TA) está confundiendo a los usuarios del Manual, la ASHRAE ha sometido una Propuesta de la Investigación para desarrollar un método alternativo de cálculo de ganancias de calor bajo el Título "Aprobación experimental del Cálculo de Cargas térmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)". El Equilibrio de Calor (HB) es el método científicamente más riguroso. En la descripción de este método en el Manual de Fundamentos ASHRAE del año 2.001 se extenderán totalmente en el procedimiento. Un nuevo y único método simplificado, el RTS (Serie de Tiempo Radiante), derivado del método de equilibrio de calor, también será incluido en el Manual. Todos los otros métodos simplificados (TFM, CLTD/CLF, y TETD/TA) quedarán anulados en este manual. El proyecto de investigación ASHRAE 875 (RP-875) ha documentado el método de HB y ha desarrollado el Método de RTS. Los resultados han estado impresos en una nueva publicación de ASHRAE titulado, "PRINCIPIOS de CALCULO de CARGA." Se usarán datos de este proyecto para hacer revisiones posteriores al Manual de Fundamentos de año 2.001. Este cambio en metodologías será la culminación de 20 años de investigación y debate de la

ASHRAE.

Casi

todos

estas investigaciones son

basadas

en

simulaciones

de computadoras. El proyecto "Aprobación experimental del Cálculo de Cargas térmicas por Balance de Calor / RTS (1117-TRP)" proporcionará la aprobación del método, debido a que ninguna aprobación experimental de gran potencia hasta ahora a tenido la completación del método.

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Justificación. Aunque los principios de ganancias de calor incluyeron en el método de equilibrio de calor bien conocido, ningún edificio se ha construido basado en cálculos que usan ese método. Para lograr aceptación extendida del nuevo, las metodologías entre practicar una serie de experimentos deben

completarse medidas de

carga

térmicas.

La

aprobación

experimental requiere que proporcione evidencia de confianza en edificios, bien al diseñador que usa este procedimiento del cálculo de carga para la primera vez. Los análisis de sensibilidad dirigieron como la parte de este proyecto ayudará a todos los diseñadores a entender el impacto de las decisiones hicieron rutinariamente como parte de la carga que estima un proceso. Objetivo El objetivo de este proyecto es proporcionar aprobación experimental del equilibrio de calor y la serie de tiempo radiante a la metodología de cálculo de cargas térmicas y para mantener la inclusión de datos en el Manual de Fundamentos. MÉTODO SELECCIONADO: En este trabajo se desarrollara un procedimiento para el cálculo de las ganancias de calor en locales comerciales que pueden utilizar equipos y sistemas de aire acondicionados unitarios. El procedimiento no es utilizable para el caso de grandes edificios en los que se recomiendan sistemas centrales. La información se basa en el manual N publicado por la ACCA, que es un procedimiento reconocido como válido por la ASHRAE, siendo equivalente al método de "Cálculo de Cargas por Temperatura Diferencial y Factores de Carga de Enfriamiento" (cltd/clf). El objetivo de este trabajo es establecer los siguientes puntos: 1. El significado de los términos utilizados en el cálculo de cargas térmicas para Aire Acondicionado. 2. Las condiciones de diseño interiores y exteriores. 3. Los requisitos de una ventilación adecuada. 4. Los procedimientos y factores a utilizar en el cálculo de las cargas de enfriamiento. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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El

procedimiento

debe

ser

interpretado

como

un

conjunto

de

prácticas

recomendadas. DESARROLLO DEL MÉTODO: Carga de diseño Carga impuesta en el equipo mientras este mantiene las condiciones interiores de diseño y cuando las condiciones exteriores de temperatura y humedad están dentro de lo especificado. Condiciones interiores de diseño Son la temperatura interior de bulbo seco y la humedad relativa interior, especificadas para el cálculo de una carga de diseño. CONDICIONES DE EVALUACIÓN: 1)Condiciones exteriores de diseño Son la temperatura exterior de bulbo seco y la humedad relativa exterior del ambiente donde se requiere calcular la carga de diseño. Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), deben contrarrestar las fuerzas del tiempo cuando la temperatura al aire libre (temperatura del ambiente exterior) o humedad se mueve en un rango aceptable en favor de la seguridad y comodidad (confort). Por consiguiente, un entendimiento claro del comportamiento del tiempo es útil para diseñadores y operadores de estos sistemas. Limitaciones en esa comprensión son a menudo la raíz de problemas, que envuelve calidad del aire interior pobre y deterioro prematuro de la edificación y del equipo. Ingenieros, técnicos de servicio y operadores de la construcción constantemente analizan y localizan fallas en problemas normales de sistemas HVAC (siglas en ingles). A menudo, conocer las condiciones del tiempo presentes y recientes pueden ayudar a explicar la causa de un problema, y lleva a una rápida solución. Recientemente, el World Wide Web (mundo virtual en internet) ha llegado a ser una fuente para observaciones actuales. Uno de los desafíos más grandes para un diseñador consiste en la total comprensión del clima en una localidad desconocida, el conocimiento acerca del comportamiento del clima local está menos disponible para el diseñador en localidades

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remotas, a veces con consecuencias costosas. Un procedimiento standard para seleccionar equipo de refrigeración para un restaurante en Chicago no aplicaría para el mismo restaurante establecido en Puerto Rico, con carga latente diez veces más grande. Como información general, este dato puede tomarse de observatorios climatológicos locales que contengan esta información como base de datos a lo largo de los años, sin embargo, una de las publicaciones internacionales con mayor información al respecto es el manual de fundamentos de la ASHRAE que en la edición de 1.997 en capitulo 26, incluye parte esencial de los resultados del proyecto de investigación 890-RP de la ASHRAE, que definió nuevas condiciones pico de diseño para equipos viscoso. La revisión y extensión de la información representa un progreso significativo sobre la información antigua contenida en el manual de 1.993, algunas de las cuales se obtuvo por medio de interpolación de gráficas de un lapso de tiempo tan pequeño como cinco años de datos. El manual de 1.997 refleja la intención de la sociedad de hacer una organización más internacional. La cobertura fuera de los Estados Unidos y Canadá han extendido desde 243 localidades a 801, desdichadamente, algunas localidades previamente listadas quedaron fuera en el manual nuevo, motivado a que datos recientes disponibles a la ASHRAE para esas localidades no coincidieron con las normas nuevas uniformes para integridad, a lo largo de sus períodos de registro. En los datos contenidos en el manual 1993 y en ediciones más antiguas se estimó en momentos diferentes usando metodología diferente. Por ejemplo se basó la información en el extremo para la estación del verano la cual consta de junio, julio y agosto. Para asegurar uniformidad para cálculos mundiales, en el de 1.997 los datos se basan en extremos anuales en lugar de estacional o picos de un solo mes. Por ejemplo manuales anteriores mostraron que la temperatura de bulbo seco excede en 1% de las horas durante los períodos del verano. Ahora, las del manual de 1.997, muestra que la temperatura se excede en 0.4% de las observaciones para el año completo. Igualmente, el viejo 99% de bulbo seco de la estación invernal para calentamiento se ha substituido por el nuevo 99.6% valor del anuario. Los porcentajes de 0.4, 1 y 2.5% para enfriamiento y 99.6% y 99% para calefacción se eligieron porque

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producen valores que, para la mayoría de las estaciones, correspondió estrechamente al extremo estacional más antiguo. Así los valores del anuario nuevos son cercanos, pero raramente el mismo como el extremo estacional antiguo. El usuario puede esperar que resulten más variaciones de los métodos de cálculo diferentes en lugar de cualquier cambio del clima significativo. Esta metodología nueva es especialmente útil a la luz de los compromisos de la ASHRAE para con sus miembros internacionales en climas tropicales en densas poblaciones. Las estaciones verano e invierno cerca del ecuador suceden durante meses diferentes comparado a estaciones en localidades continentales como Canadá y Argentina. Por eso, anuarios en lugar de cálculos estacionales son más adecuados por una uniforme metodología mundial. Datos del tiempo característico de cada hora para localidades fuera de los Estados Unidos, Canadá y Europa no están fácilmente disponibles al dominio público. Como un sustituto para datos característicos, las Observaciones Internacional Superficiales del Tiempo (INSWO) contiene registros actuales de cada hora para 1,500 sitios, que están disponible a través del Centro Nacional de Datos climáticos de U.S. además, algunos programas (software) comercialmente disponibles para el análisis de la energía para construcción incluyen 8,760 horas de registros actuales para localidades Latinoamericanas y asiáticas incluidos

en

el programa,

pero

estos

datos

patentados

no

están

disponibles

como archivos separados. Una investigación en desarrollo por la ASHRAE contendrá registros típicos de cada hora para 200 localidades no norteamericano y se publicarán dentro de dos años. Extremos de Humedad Correctos. Algo sorprendente (quizá a causa del énfasis en controlar temperatura en lugar de humedad), los manuales de la ASHRAE anteriores a 1.997 no incluyeron descripción de datos extremos de humedad. El de 1.993 y los manuales anteriores mostraron sólo el promedio de la humedad durante períodos de temperatura extrema. Esos valores no representan la humedad extrema, que ocurre a temperaturas moderadas durante temporales o durante la mañana cuando el rocío se evapora.

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La mala impresión o información sobre la humedad produjo que en la temperatura superior a menudo era bastante significante el margen de error. Se puede ver un ejemplo en la inscripción por Huntsville, Ala.. La temperatura pico de bulbo seco es 94°F (34.4°C) con un promedio de temperatura de bulbo húmedo (MWB) de 75°F (23.9°C). Esos valores pico de bulbo seco producen la impresión que la relación de la humedad extrema es 14.3 gr./Kg. De hecho, la humedad del pico real es muy superior a 19.3 g/ kg., por tener un 0.4% en las columnas del punto del rocío. Estas columnas también muestran que la humedad pico ocurre a un promedio de temperatura de bulbo seco (MDB) de 83°F (28.3°C) en lugar de a 95°F (35°C). Esto representa una reducción significante en la relación del calor sensible para un espiral refrescante del aire externo, y probablemente sugiere una selección del equipo diferente para tales aplicaciones. Contar con datos correctos de la humedad pico debe significar mejorías en los equipos y sistemas para la deshumidificación. 2) MOMENTO DEL DÍA CON CARGA PICO DE ENFRIAMIENTO Este momento no es detectable fácilmente, ya que los componentes principales de la carga de enfriamiento no se dan al mismo tiempo. La carga máxima de temperatura exterior se toma como las 3:00 p.m., la máxima ganancia solar a través de vidrios llega a cualquier hora desde la 7:00 a.m. hasta las 5:00 p.m., dependiendo de la orientación geográfica. Las ganancias de calor internas pueden llagar a su pico en cualquier momento. Se hace necesario entonces efectuar un cálculo de las ganancias de calor en varios puntos a lo largo del día para poder determinar el pico máximo de la carga de enfriamiento. Debido a la variedad de factores que influyen en el cálculo de la carga pico, es recomendable que en los casos en que haya alguna duda; se calcule la carga para varias horas. Un aspecto importante del cálculo de cargas de enfriamiento a horas diferentes de las 3:00 p.m. y que algunas veces es obviado, es la corrección que debe hacerse a la temperatura exterior de diseño de bulbo seco para cada momento del día en particular. Obviamente si la máxima temperatura exterior de bulbo seco se presenta todos los días a las 3:00 p.m., en cualquier otro momento debe ser menor. Por consiguiente, la temperatura interior y la Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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exterior de bulbo seco a otras horas distintas de las 3:00 p.m. será menor que en las condiciones de diseño que se presentan a las 3:00 p.m. Las correcciones no solamente afectan la diferencia de temperatura de exterior a interior, sino también las diferencias totales equivalentes en las temperaturas de paredes y techos. 3) GANANCIA DE CALOR POR RADIACIÓN SOLAR A TRAVÉS DE VIDRIOS Fenestraje o ventanaje se refiere a cualquier abertura vidriada en la envoltura de la edificación. Los componentes del fenestraje incluyen: (1) Material vidriado ya sea vidrio o plástico. (2) Marcos, divisiones, etc. (3) Dispositivos externos de sombreado. (4) Dispositivos internos de sombreado. (5) Sistemas integrales de sombreado (entrevidrios). El diseñador debe considerar los siguientes factores a la hora de seleccionar ventanas: (1) arquitectónicas: identificando las opciones de diseño y su capacidad de lograr conservación de energía, incluyendo el posible uso de iluminación eléctrica y luz del día con controles para reducir la luz eléctrica automáticamente cuando la luz del día esté disponible; (2) Térmico: Diseñando para pérdidas de calor y/o ganancia para el confort de los ocupantes y conservación de la energía. (3) Económico: evaluando los costos y los costos de ciclos de vida de los diseños de ventanas alternativas. (4) La necesidad humana determinando el deseo psicológico o la necesidad física para ventanas y los estándar de iluminación apropiada para el proyecto de uso del espacio, para el confort de los ocupantes y aceptación. Sombreado de ventanas con aleros Cuando una ventana está sombreada con un alero, la porción del vidrio que no recibe el sol está sujeta a la mínima ganancia de calor solar que recibe una ventana según la tabla de "Ganancias de calor por radiación solar a través de vidrios", del manual N publicado por la ACCA. 4) GANANCIA DE CALOR A TRAVÉS DE COMPONENTES ESTRUCTURALES La conducción es el modo de transferencia de calor por el cual se verifica un intercambio de energía desde una región de alta temperatura hacia otra de baja temperatura, debido al impacto cinético o directo de moléculas. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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La ley de fourier de la conducción de calor establece que la rapidez de flujo por conducción en un sentido dado es proporcional al gradiente de temperatura en ese sentido y al área normal a la dirección del flujo de calor. Es decir, el flujo de calor en la dirección x, qx, está dado por la ecuación: qx= k.A (¶ T/¶ x) Donde A es el área normal al flujo de calor, ¶ T/¶ x es el gradiente de temperatura y k es la conductividad térmica del material. El calor fluye por conducción térmica,y su valor es expresado por la ecuación: Q = U * A * DT; esta es la misma ecuación definida en la ley de fourier de la conducción de calor para calcular la rapidez de flujo por conducción. Donde: Q= velocidad a la que el calor pasa a través de un componente en Btu/hr. U= factor general de transmisión de calor para el componente estructural en Btu/hr por pie2 por grado F de diferencia de temperatura entre la superficie exterior y la superficie interior del componente. (Btu/hr.pie2 .°f). A= área del componente estructural que queda expuesto a la temperatura interior y la temperara exterior en pie2. DT= diferencia de temperatura entre el interior y el exterior en grado Fahrenheit. Para el cálculo son utilizadas las tablas que contienen los Factores de transmisión de calor (valores U) para vidrios, paredes, techos y pisos comúnmente utilizados en construcción, del manual N publicado por la ACCA. Diferencias equivalentes de temperaturas Es muy importante tener en cuenta la diferencia de temperatura equivalentes, que se aplican a paredes y techos; efectos de la radiación solar, efecto de retardo o efecto de almacenamiento y diferencias en la temperatura del aire. Esta diferencia de temperatura se produce realmente por la acción simultánea de la Conducción, radiación y convección, se muestran en las tablas "Diferencias de temperaturas equivalentes para paredes sombreadas y soleadas" y "Diferencias de temperaturas equivalentes para ganancias de calor a través de techos planos". Estos

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factores dan las diferencias de temperaturas equivalentes para varios tipos de construcciones en distintos momentos del día para techos y paredes respectivamente, estan incluidas en el del manual N publicado por la ACCA. . 5) CONCENTRACIÓN DE PERSONAS COMO BASE DE DISEÑO Las personas que ocupan el espacio que debe ser acondicionado contribuyen con cantidades importantes de calor sensible y calor latente, que aumenta la carga total de enfriamiento de dicho espacio. El cálculo debe basarse en el número promedio de personas dentro del espacio durante el periodo de la máxima carga de enfriamiento de diseño. La cantidad de calor debida a las personas, que va a aumentar la carga total de enfriamiento, debe estar de acuerdo a la actividad desarrollada por estás personas como indica la Tabla "Ganancias de calor por persona". La tabla publicada en el manual N de la ACCA titulada "Concentración de personas estimados" muestra valores estimados en pies cuadrados por personas para ser usados cuando no se disponga de datos mas exactos. 6) GANANCIAS DE CALOR ORIGINADAS POR EQUIPOS INSTALADOS EN EL INTERIOR DE UN ESPACIO A ACONDICIONAR Entre las fuentes de calor dentro del espacio que será condicionado están las luces, las maquinas

de oficina,

equipos

de computación,

los

electrodomésticos

y

los motores eléctricos. La tablas anexas que muestran la ganancia de calor generada por algunos de estos aparatos son, "Ganancias de calor por motores eléctricos" y "Ganancias de calor por electrodomésticos" y "Ganancias de calor generado por equipos de oficinas", del manual N publicado por la ACCA. Cuando los equipos que producen calor están cubiertos por una campana de extracción, debe calcularse la carga adicional debida al aire fresco que se debe introducir para compensar el aire extraído por la campana. Esto se calcula en la secuencia de Ganancias de calor por infiltración y ventilación. Con respecto al alumbrado, el mismo constituye una fuente de calor sensible. Este calor se emite por radiación, convección y conducción. Un porcentaje del calor

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emitido por radiación es absorbido por los materiales que rodean el local, pudiendo también producirse estratificación del calor emitido por convección. Las ganancias de calor reales se determinan aplicando los valores mostrados en la tabla "Ganancias debidas al alumbrado". Las lamparas incandescentes transforman en luz un 10% de la energía absorbida, mientras el resto la transforman en calor que se disipa por radiación, convección y conducción. Un 80% de la potencia absorbida se disipa por radiación, y solo el 10% restante por conducción y conducción. Los tubos fluorescentes transforman un 25% de la energía absorbida en luz, mientras que otro 25% se disipa por radiación hacia las paredes que rodean el local, y el resto por conducción y convección. Debe tenerse en cuenta, además, el calor emitido por la reactancia o resistencia limitadora, que representa un 25% de la energía absorbida por la lampara. Tabla Ganancias debidas al alumbrado TIPO

GANANCIA DE CALOR SENSIBLE EN BTU/HR

Fluorescente

Potencia útil en vatios x 4,1

Incandescente

Potencia útil en vatios x 3,4

Generalmente la placa de identificación de los equipos darán la información necesaria para obtener el dato aproximado del calor generado por el aparato. En la placas que se especifique la potencia consumida, esta se puede tratar del mismo modo que las luces incandescentes, multiplicando los vatios por 3,4 para obtener Btu/hr. Si lo especificado es la potencia del motor, puede usarse la tabla "Ganancias de calor por motores eléctricos" para obtener Btu/hr. Si solo se especifican el voltaje y los amperios consumidos a plena carga, se multiplica el voltaje por el amperaje por un factor de utilización razonable (se recomienda 0,6 para motores pequeños y 0,9 para motores grandes) y por 3,4 para obtener Btu/hr. En todos los casos, aplique un factor de utilización.

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7) GANANCIA DE CALOR POR INFILTRACIÓN Y VENTILACIÓN El aire del exterior que fluye a través de una edificación, ya sea como aire de ventilación, o no intencionalmente como infiltración (y exfiltración) es importante por dos razones. El aire del exterior es utilizado muchas veces para diluir contaminantes en el aire del interior y la energía asociada con calentamiento o enfriamiento de este aire exterior es una significativa carga de relación espacio - acondicionamiento. La magnitud de estos valores de flujo de aire debe ser conocida a máxima carga para calcular adecuadamente el tamaño de equipo y en condiciones promedio, estimar adecuadamente el consumo de energía promedio y estacionario. Deben conocerse también los valores de intercambio de aire para asegurar un adecuado control de los niveles de contaminantes en el interior. En grandes edificaciones deben ser determinados el efecto de infiltración y ventilación en distribución, y los patrones de flujo de aire interzonal, los cuales incluyen patrones de circulación de humo en caso de incendio. El intercambio de aire entre el interior y las afueras está dividido en: ventilación (intencional e idealmente controlada) e infiltración (no intencional y descontrolada). La ventilación puede ser natural y forzada. La ventilación natural: es un flujo de aire sin energía a través de ventanas abiertas, puertas y otras aberturas intencionales de una edificación. La ventilación forzada: es intencional, es un intercambio de aire propulsado por un ventilador y con ventanillas de toma y descarga o escapes que son especialmente designadas e instaladas para ventilación. La infiltración, es flujo de aire no controlado a través de grietas, intersticios y otras aberturas no intencionales. Infiltración, exfiltración y flujo de ventilación natural son causados por diferencias de presión debido al viento, diferencia de temperatura interior – exterior y operaciones de aplicaciones o dispositivos. Este trabajo, se enfoca en residencias y pequeñas edificaciones comerciales en las cuales el intercambio de aire es debido primeramente a infiltración. Los principios físicos también son discutidas en relación a grandes edificaciones en las cuales el intercambio de aire Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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depende más de ventilación mecánica que en el rendimiento de la envoltura de la edificación. TIPOS DE INTERCAMBIO DE AIRE Los edificios tienen tres diferentes modos de intercambio de aire: (1) ventilación forzada; (2) ventilación natural (3) infiltración. Estos modos difieren significativamente en como ellos afectan la energía, la calidad del aire y el confort térmico. También ellos difieren en la habilidad de mantener una cuota de intercambio deseada. La cuota de intercambio de aire de una edificación en un momento dado generalmente incluye los 3 modos y todos ellos deben ser considerados aunque uno de ellos sea el predominante. La cuota de intercambio de aire asociada con sistemas de ventilación forzada depende en la taza de flujo de aire en los sistemas de ventilación, de la resistencia al flujo de aire asociada con los sistemas de distribución, de la resistencia del flujo de aire entre las zonas del edificio y el hermetismo de la envoltura del edificio. Si alguno de estos factores no está a nivel de diseño o no esta propiamente calculado, la taza o cuota de intercambio de aire del edificio puede resultar diferente de sus valores de diseño. La ventilación forzada proporciona el mayor potencial para el control de la cuota de intercambio de aire y la distribución de aire dentro de una edificación a través de un diseño adecuado. Un sistema de ventilación forzada ideal tiene una cuota suficiente de ventilación para controlar los niveles de contaminante en el interior y a la misma vez evita la sobreventilación, adicionalmente mantiene un buen confort térmico. La ventilación forzada es generalmente obligatoria en grandes edificaciones, donde una mínima cantidad de aire exterior es requerida para la salud y confort de los ocupantes y donde los sistemas mecánicos de expulsión aconsejables son necesarios. La ventilación forzada generalmente no es utilizada en residencias o en otro tipo de estructuras con envolturas. Sin embargo, edificaciones más herméticas requieren mayores sistemas de ventilación para asegurar una adecuada cantidad de aire exterior para mantener una aceptable calidad de aire interior.

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La ventilación natural a través de aberturas intencionales es causada por presiones del viento y diferencias de temperaturas interior – exterior. Flujo de aire a través de ventanas y puertas u otras aberturas de diseño pueden ser utilizadas para proveer una ventilación adecuada para diluir contaminantes y controlar temperaturas. Aperturas no intencionales en la envoltura de la edificación y la infiltración asociada puede interferir con los patrones de distribución de aire de ventilación natural deseada y cargas mayores que la tasa de diseño de flujo de aire. La ventilación natural algunas veces incluye infiltración. Infiltración es flujo de aire descontrolado a través de aberturas no intencionales producidas por vientos, diferencia de temperaturas y presiones inducidas de aplicación. Infiltración es menos confiable de proveer ventilación adecuada y distribución, ya que este depende de condiciones climáticas y la distribución de aberturas no intencionales. Es la fuente principal de distribución, en edificios de envolturas dominante y también es un factor importante en edificaciones ventiladas mecánicamente. VENTILACIÓN Y CARGAS TÉRMICAS El aire exterior introducido en una edificación forma parte de la carga de acondicionamiento del espacio, la cual es una razón para limitar la cuota de intercambio de aire en las edificaciones a un mínimo requerido. El intercambio de aire típicamente representa de un 20% a un 40% de la carga térmica de la edificación. El intercambio de aire incrementa la carga térmica de una edificación de 3 maneras: La primera, el aire entrante debe ser calentado o enfriado desde la temperatura del aire exterior a la temperatura del aire interior. La tasa de consumo de energía esta dada por q s = carga de calor sensible bth/hr, Donde Q = tasa de flujo de aire, cfm. e = densidad de aire, lbm/ft3 (aprox. 0.075) c p = calor específico del aire, Btu/lbºf (aprox 0.24) D t = diferencia de temperatura interior – exterior, º F.

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Segundo, el intercambio de aire incrementa el contenido de humedad, particularmente en verano y en algunas áreas cuando el aire húmedo del exterior debe ser deshumidificado. El consumo de energía asociada con estas cargas está dado por:

Donde: q1 = carga de calor latente, Btu/h H fg = calor latente de vapor a la temperatura del aire apropiado, Btu/lbm (aprox. 1.000) D W = radio de humedad de aire interior menos el radio de humedad del aire exterior, lbm agua/ lbm aire seco. Finalmente el intercambio de aire puede incrementar la carga en una edificación, disminuyendo el rendimiento del sistema de envoltura o aislamiento. El aire fluyendo alrededor y a través del aislamiento puede incrementar la tasa de transferencia sobre las tasas de diseño. El efecto de dicho flujo de aire en el rendimiento del sistema de aislamiento es difícil de cuantificar, pero debe ser considerado. El flujo de aire en el sistema de aislamiento puede disminuir también el rendimiento del sistema debido a la humedad condensada dentro y sobre el aislamiento. VENTILACIÓN Y CALIDAD DE AIRE Los requerimientos del aire exterior han sido discutidos por más de un siglo, y diferentes estudiosos han producido estándares de ventilación radicalmente diferentes (Klauss et al 1970, Yaglou 1936, 1937). Las consideraciones han incluido la cantidad de aire requerida para remover aire exhalado y para controlar la humedad interior, dióxido de carbono (CO2) y olor. El mantenimiento de los niveles de dióxido de carbono (CO2) es un criterio común para determinar la cuota de ventilación. Una concentración típica exterior del CO2 es 0.03 %. El estándar 62 de la ASHRAE especifica la tasa de ventilación requerida para mantener una aceptable calidad del aire interior para una variedad de usos de espacios. La forma contiene un requerimiento básico de 15 cfm de aire exterior por persona basado en un límite de concentración de CO2 de 0,1 %. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Mientras una persona de salud normal tolera 0.5 % de CO2 sin síntomas desagradables (Mc. Hattie 1.960) y los submarinos algunas veces operan con 1% de CO2 en la atmósfera a nivel de 0.1 % provee un factor de seguridad para actividad continua, carga de ocupación inusual, ventilación reducida y control de olores. Alternativamente la norma 62 puede ser completada manteniendo la concentración de ciertos contaminantes dentro de los límites prescritos por la norma, por medio de la combinación de control de fuentes, tratamiento del aire y ventilación. En caso de fuentes contaminantes de alto nivel, impracticamente se requieren altos niveles de ventilación para controlar los niveles de contaminación, ya que otros métodos de control son más efectivos. Una efectiva forma de control es la remoción o reducción de fuentes contaminantes, otra alternativas es especificar materiales de construcción con bajas cuotas de emisión de contaminantes. Selladores pueden ser utilizados en algunas situaciones para prevenir entrada de gases. Ventilación del lugar como ventanillas del baño, rejillas para controlar una fuente determinada es también efectiva. Las partículas pueden ser removidas por medio de filtros de aire. Gases contaminantes con mayor peso molecular pueden ser controladas con carbón activo, con pelotillas de alúmina impregnadas con sustancias como permanganato de potasio. El capítulo 10 del volumen HVAC de 1.988 tiene información sobre la limpieza del aire. La norma 62 permite que el aire limpio sea sustituido por aire del exterior. La cuota de circulación debe incrementarse pero debe haber ahorro de energía al acondicionar aire del exterior. Cada contaminante y un método apropiado de limpieza debe ser considerado. La práctica de ventilación industrial está bien desarrollada y es discutida en los capítulos 41 y 43 del volumen HVAC de 1995 y el Manual de Ventilación Industrial ACEIH de 1.986. MECANISMO DE FUNCIONAMIENTO La ventilación natural y la infiltración son producidas por diferencias de presión causadas por viento, diferencias de temperatura entre el aire del interior y el aire del exterior (efecto Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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de chimenea), y la operación de equipos como dispositivas de combustión y sistemas de ventilación mecánica. Las diferencias de presión en una zona depresión de la magnitud de estos mecanismos de funcionamiento, así también como de las características de las aberturas en el diseño de la edificación, su ubicación y la relación entre las diferencias de presión y el flujo de aire para cada abertura. Las diferencias de presión a lo largo de la estructura de la edificación están basadas en los requerimientos de que el flujo de la masa de aire que entra en la edificación son iguales a las masas que fluyen hacia fuera. En general la diferencia de densidad entre las interiores y las exteriores pueden ser descartadas, tal que la tasa de flujo de aire volumétrico que entra al edificio se iguala a la tasa de aire volumétrico que sale. Asumiendo que las diferencias de presión de la envoltura pueda ser determinada siempre, tal determinación requiere una gran cantidad de información detallada que sencillamente es imposible de obtener. Cuando el viento choca contra una edificación produce una distribución de presiones estáticas sobre la superficie exterior de la edificación, la cual depende de la dirección del viento y de la ubicación en el exterior de la edificación. Cuando existe una diferencia de temperatura interior – exterior, se impone un gradiente en la diferencia de presión. Esta diferencia de presión D pi es una función de la altura y la diferencia de temperatura.

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2.7 CALCULO DE CARGA – RESIDENCIAL Cuando se habla de carga térmica sobre un edificio, se entiende que se habla de un fenómeno que tiende a modificar la temperatura interior del aire o su contenido en humedad. En este sentido se puede establecer una primera clasificación de las cargas térmicas, según su incidencia: • Cargas térmicas sensibles: aquellas que van a originar una variación en la temperatura del aire. • Cargas térmicas latentes: las que van a originar una variación en la humedad absoluta del ambiente (contenido de agua en el aire). Por otro lado, el conocimiento de las cargas térmicas es imprescindible, como paso previo para acometer la tarea de diseñar el sistema de acondicionamiento del aire interior de un edificio, dependencia o local. Precisamente en el diseño de un sistema de aire acondicionado habrá que calcular las cargas térmicas para las situaciones de diseño de verano y de invierno, dimensionando la instalación para la situación más desfavorable. Componentes de la carga térmica Según la procedencia se pueden distinguir dos grandes grupos de cargas térmicas: • Cargas térmicas procedentes del ambiente exterior del edificio: A su vez, las cargas térmicas externas pueden ser de diversos tipos: - Cargas a través de cerramientos; - Cargas a través de superficies acristaladas, ventanas y claraboyas; Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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-Cargas introducidas a través de la ventilación; - Cargas debidas a infiltración. • Cargas térmicas generadas en el interior del edificio: A su vez, las cargas térmicas internas pueden ser de diversos tipos: - Cargas generadas por las personas; - Cargas de iluminación; - Cargas generadas por equipos eléctricos, informáticos... - Otras cargas generadas en el interior. Cálculo de la carga térmica para refrigeración Este tutorial se va a centrar en el cálculo de las cargas térmicas para satisfacer las necesidades de refrigeración de un edificio, dependencia o local. El cálculo de la carga térmica de refrigeración (Qr) es necesario para saber la capacidad de refrigeración de los aparatos de aire acondicionado que se deben utilizar, y en última instancia de su potencia eléctrica de consumo. La carga térmica total de refrigeración (Qr) de un local se obtiene de la siguiente expresión: Qr = Qs + Ql

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Donde: Qs

es la carga térmica sensible (W);

Ql

es la carga térmica latente (W).

En los siguientes apartados se expone cómo calcular las cargas térmicas sensible y latente que se transmiten al local, con objeto de sumarlas y obtener de esta forma la carga térmica total. 2- Cálculo de la carga térmica sensible Expresión general Para el cálculo de la carga térmica sensible (Qs) se emplea la siguiente expresión: Qs = Qsr + Qstr + Qst + Qsi + Qsai Donde: Qsr

es el valor de la carga sensible debida a la radiación solar a través de las superficies

acristaladas (W); Qstr es la carga sensible por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores (W); Qst

es la carga sensible por transmisión a través de paredes, techos, suelos y puertas

interiores (W); Qsi Qsai

es la carga sensible transmitida por infiltraciones de aire exterior (W); es la carga sensible debida a aportaciones internas (W). Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Por lo tanto, el cálculo de la carga sensible se basa en calcular cada una de las diferentes cargas anteriores y sumarlas, obteniéndose así el valor de la carga sensible total. Y esto es precisamente lo que se va a realizar en los próximos apartados. Carga por radiación solar a través de cristal "Qsr" La radiación solar atraviesa las superficies traslúcidas y transparentes e incide sobre las superficies interiores del local, calentándolas, lo que a su vez incrementa la temperatura del ambiente interior. La carga térmica por radiación a través de cristales y superficies traslúcidas (Qsr)se calcula como sigue: Qsr = S · R · F Donde: Qsr

es la carga térmica por radiación solar a través de cristal, en W.

S

es la superficie traslúcida o acristalada expuesta a la radiación, en m2.

R

es la radiación solar que atraviesa la superficie, en W/m2, correspondiente a la

orientación, mes y latitud del lugar considerado.

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Como referencia se adjuntan algunos enlaces que proporcionan valores de la radiación solar: F

es el factor de corrección de la radiación en función del tipo de vidrio empleado en la

ventana, efectos de sombras que pueda existir, etc. Este valor se puede obtener de las tablas incluidas en el documento CTE-DB HE Ahorro de energía. Se adjunta un extracto que incluye cómo calcular el factor solar (F) de huecos y lucernarios: Carga por transmisión y radiación a través de paredes y techos exteriores "Qstr" La carga por transmisión y radiación que se transmite a través de las paredes y techos opacos que limitan con el exterior (Qstr) se calcula como sigue: Qstr = K · S · (Tec - Ti) Donde: Qstr K

es la carga por transmisión a través de paredes y techos exteriores, en W.

es el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento, también llamado

transmisión térmica, expresado en W/m2ºC. S

es la superficie del muro expuesta a la diferencia de temperaturas, en m2.

Ti

es la temperatura interior de diseño del local (ºC)

Tec

es la temperatura exterior de cálculo al otro lado del local (ºC)

Para el cálculo del coeficiente de transmisión térmica del cerramiento (K) se adjuntan los siguientes enlaces:

Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Como temperatura interior de diseño (Ti) se pueden tomar los valores de la siguiente tabla, que recoge las condiciones de diseño para la temperatura y humedad relativa del aire interior, según las estaciones del año:

Condiciones interiores de diseño Por último, para obtener el valor de la temperatura exterior de cálculo (Tec) se parte a su vez de la llamada temperatura exterior de diseño (Te). La temperatura exterior de diseño (Te) se calcula teniendo en cuenta la temperatura media del mes más cálido (Tme) y la temperatura máxima del mes más cálido (Tmáx) del lugar, a partir de la siguiente expresión: Temperatura exterior de diseño, Te = 0,4·Tme + 0,6·Tmáx Para obtener los valores de la temperatura media del mes más cálido (Tme) y la temperatura máxima del mes más cálido (Tmáx) se adjunta el siguiente enlace donde se puede obtener dicha información: La temperatura exterior de cálculo (Tec) se calculará finalmente a partir de la temperatura exterior de diseño (Te) y de la orientación que tenga el cerramiento que se está considerando, a partir de la siguiente tabla:

Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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*Temperatura exterior de cálculo (Tec) Carga por transmisión a través de paredes, techos, suelos y puertas interiores "Qst". La carga por transmisión a través de los cerramientos interiores del local que lo limitan con otras estancias del edificio (Qst) se calcula aplicando la expresión siguiente: Qst = K · S · (Te-Ti) Donde: Qst K

es la carga por transmisión a través de los cerramientos interiores, en W. es el coeficiente global de transmisión térmica del cerramiento, también llamado

transmitancia térmica, expresado en W/m2ºC. S

es la superficie del cerramiento interior, en m2.

Te

es la temperatura de diseño al otro lado del cerramiento (ºC).

Ti

es la temperatura interior de diseño del local (ºC).

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Como temperatura interior de diseño (Ti) se pueden tomar los valores indicados en la tabla 1 anterior, que recoge las condiciones de diseño para la temperatura y humedad relativa del aire interior, según las estaciones del año. Por último, para elegir la temperatura exterior de diseño (Te) correspondiente a las estancias del edificio que limitan con el local de cálculo, se tendrá en cuenta los usos dados a estas estancias. Carga transmitida por infiltraciones de aire exterior "Qsi". La carga transmitida por infiltraciones y ventilación de aire exterior (Qsi) se determina mediante la siguiente expresión: Qsi = V · ρ · Ce,aire · ΔT Donde: Qsi

es la carga térmica por infiltración y ventilación de aire exterior (W);

V

es el caudal de aire infiltrado y de ventilación (m3/s);

ρ

es la densidad del aire, de valor 1,18 kg/m3;

Ce,aire ΔT

es el calor específico del aire, de valor 1012 J/kgºC;

es la diferencia de temperaturas entre el ambiente exterior e interior.

En el capítulo 4 del tutorial Nº. 251 "Ventilación y Renovación de Aire Interior en los Edificios" se puede obtener el caudal de ventilación de locales y dependencias de los edificios en función de su uso.

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De esta manera, una vez obtenido el caudal de ventilación de aire del exterior que entra en el local y aplicando la formulación anterior se puede obtener la carga térmica debida a ventilación e infiltración. Carga sensible por aportaciones internas "Qsai" La ganancia de carga sensible debida a las aportaciones internas del local (Qsai)se determina a su vez como suma de las siguientes tipos de cargas que se generan dentro del mismo: Qsai = Qsil + Qsp + Qse Donde: Qsil

es el valor de la ganancia interna de carga sensible debida a la iluminación interior

del local (W); Qsp

es la ganancia interna de carga sensible debida a los ocupantes del local (W);

Qse

es la ganancia interna de carga sensible debida a los diversos aparatos existentes

en el local, como aparatos eléctricos, ordenadores, etc. (W). • Carga sensible por iluminación (Qsil): Para el cálculo de la carga térmica sensible aportada por la iluminación interior del establecimiento se considerará que la potencia íntegra de las lámparas de iluminación se transformará en calor sensible. En el caso de las lámparas de tipo fluorescente o de descarga se multiplicará la potencia total de todas las lámparas por 1.25 para considerar el consumo complementario de las reactancias.

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- Lámparas incandescentes:

Qsil,incandescente = n · PotLámp. incandescente Siendo n el número de lámparas de tipo incandescentes colocadas. - Lámparas de descarga o fluorescentes: Qsil,descarga = 1,25 · n · PotLámp. descarga Siendo n el número de lámparas fluorescentes colocadas. La ganancia de carga sensible por iluminación se obtendrá como la suma de las anteriores: Qsil = Qsil,incandescente + Qsil,descarga. • Carga sensible por ocupantes (Qsp): Para calcular la carga sensible que aporta cada persona (Qsp), es necesario conocer previamente las distintas cargas térmicas que origina: - Radiación: debido a que la temperatura media del cuerpo es superior a la de los objetos que le rodean. - Convección: ya que la superficie de la piel se encuentra a mayor temperatura que el aire que la rodea, creándose pequeñas corrientes de convección que aportan calor al aire. - Conducción: originada a partir del contacto del cuerpo con otros elementos que le rodeen. - Respiración: lo que origina un aporte de calor por el aire exhalado, que se encuentra a mayor temperatura. Aquí se produce también un aporte de vapor de agua que aumentará la humedad relativa del aire. - Evaporación cutánea: este aporte de calor puede ser importante en verano. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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La carga por ocupación tiene, por tanto, una componente sensible y otra latente, debido ésta última tanto a la respiración como a la transpiración. En ambos casos habrá que tener en cuenta el número de ocupantes de la estancia. En la tabla siguiente se indican los valores de calor latente y sensible, en kcal/h, desprendido por una persona según la actividad y la temperatura existente en el local:

Calor latente y sensible desprendido por persona La expresión para obtener el calor sensible de aporte por la ocupación del local sería la siguiente: Qsp = n · Csensible,persona siendo: n

es el número de personas que se espera que ocupen el local;

Csensible,persona

es el calor sensible por persona y actividad que realice, según la tabla

3.

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• Carga sensible por aparatos eléctricos (Qse):

Para el cálculo de la carga térmica aportada por la maquinaria, equipos y demás electrodomésticos presentes en el espacio climatizado del local se considerará que la potencia integra de funcionamiento de las máquinas y equipos presente en ese recinto se transformará en calor sensible. Por otro lado, todos los equipos y electrodomésticos se considera que no funcionarán todos a la vez, por lo que se le afectará de un coeficiente de simultaneidad del 0,75 a la suma obtenida de todas las potencias. Carga sensible total "Qs". La carga sensible total (Qs) aportada al local es la suma de todas las anteriores: Qs = Qsr + Qstr + Qst + Qsi + Qsil + Qsp + Qse 3- Cálculo de la carga térmica latente Expresión general Para el cálculo de la carga térmica latente (Ql) se emplea la siguiente expresión: Ql = Qli + Qlp Donde: Qli Qlp

es la carga latente transmitida por infiltraciones de aire exterior (W); es la carga latente debida a la ocupación del local (W).

Por lo tanto, el cálculo de la carga latente se basa en calcular cada una de las diferentes cargas anteriores y sumarlas, obteniéndose así el valor de la carga latente total. Y esto es precisamente lo que se va a realizar en los próximos apartados. Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 101 e-mail: [email protected] Internet: www.itlac.mx.

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Carga latente transmitida por infiltraciones de aire exterior "Qli".

La carga latente transmitida por infiltraciones y ventilación de aire exterior (Qli) se determina mediante la siguiente expresión: Qli = V · ρ · Cl,agua · Δw Donde: Qli

es la carga térmica latente por ventilación de aire exterior (W)

V

es el caudal de aire infiltrado y ventilación (m3/s);

ρ

es la densidad del aire, de valor 1,18 kg/m3;

Cl,agua Δw

es el calor específico del agua, de valor 2257 kJ/kg;

es la diferencia de humedad absoluta entre el ambiente exterior e interior.

En el capítulo 4 del tutorial Nº. 251 "Ventilación y Renovación de Aire Interior en los Edificios" se puede obtener el caudal de ventilación de locales y dependencias de los edificios en función de su uso. De esta manera, una vez obtenido el caudal de ventilación de aire del exterior que entra en el local y aplicando la formulación anterior se puede obtener la carga térmica latente debida a ventilación e infiltración en el local. Carga latente por ocupación "Qlp". La carga latente por ocupación del local (Qlp) se determina multiplicando la valoración del calor latente emitido por la persona-tipo y por el número de ocupantes previstos para el local.

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Como se ha visto, en la anterior tabla 3 se indican los valores de calor latente y sensible, en kcal/h, desprendido por una persona según la actividad y la temperatura existente en el local. La expresión para obtener el calor latente de aporte por la ocupación del local sería la siguiente: Qlp = n · Clatente,persona siendo: n

es el número de personas que se espera que ocupen el local;

Clatente,persona

es el calor latente por persona y actividad que realice, según la tabla 3.

.Carga latente total "Ql". La carga latente total (Ql) aportada al local es la suma de todas las anteriores: Ql = Qli + Qlp

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BIBLIOGRAFÍA (climayoreo, 2016) (monografia, 2099) (raffo, 2015) (cardozo, 2014) (Berg, 2016)

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