SISTEMA HVAC CLIMATIZACIÓN, VENTILACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO.

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1

ANEXO B

SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN CON INGENIERÍA BÁSICA Y DE DETALLE PARA EL LABORATORIO

DE REFRIGERADORAS DEL SERVICIO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN INEN

MEMORIA TÉCNICA

SISTEMA HVAC – CLIMATIZACIÓN, VENTILACIÓN Y

AIRE ACONDICIONADO.

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2

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Conductividad térmica de los materiales. ... ¡Error! Marcador no definido.

Tabla 2. Resumen Determinación del U en paredes sin aislar y aislada. VERANO

Laboratorio de Refrigeradoras. ... 12

Tabla 3. Influencia porcentual de la carga térmica en paredes sin aislar y aislada. Laboratorio de Refrigeradoras. ... 12

Tabla 4. Resumen Determinación del U en paredes sin aislar y aislada. INVIERNO Laboratorio de refrigeradoras. ... 13

Tabla 5. Influencia porcentual de la carga térmica en paredes sin aislar y aislada. INVIERNO. Laboratorio de Refrigeradoras. ... 13

Tabla 6. argas de enfriamiento y calefacción. Laboratorio de Refrigeradora... 13

Tabla 7. Procedimiento de cálculo para carga de enfriamiento . ... 15

Tabla 8. Consumo energético de equipos bajo condiciones actuales . ... 15

Tabla 9. Consumo energético de equipos cuartos aislados . ... 15

INDICE DE FIGURAS Figura 1. Localización estaciones meteorológicas. ... 6

Figura 2. Temperatura en la ciudad de Quito. ... 6

Figura 3. Distribución temporal de precipitación y temperatura. ... 7

Figura 4. Vista de planta laboratorio de refrigeradoras. Paredes y techo sin aislar... 8

Figura 5. Vista de planta laboratorio de refrigeradoras. Paredes y techo aislado ... 8

Figura 6. Vista lateral laboratorios de refrigeradoras. Paredes y techo sin aislar ... 8

Figura 7. Vista lateral laboratorios de refrigeradoras. Paredes y techo aislado ... 9

Figura 8. Mapa anual de isotermas ... 8

Figura 9. Ubicación Laboratorios INEN, sector Conocoto ... 8

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3 1.- ANTECEDENTES

La Subsecretaría de Energía Renovable y Eficiencia Energética (SEREE), entidad ejecutora del proyecto, con el apoyo del PNUD como agencia implementadora del Fondo para el Medio Ambiente Mundial (GEF por sus siglas en inglés), requiere la

“Adquisición e instalación de los equipos y accesorios para implementar un (1) sistema de climatización en el área de ensayos del Laboratorio de Refrigeradoras del INEN.

El sistema de climatización deberá implementarse acorde a los diseños de ingeniería descritos en el presente documento.

2.- OBJETIVO GENERAL

 Elaborar la ingeniería básica y de detalle del sistema de climatización y acondicionamiento ambiental del Laboratorio de Refrigeradoras del INEN ubicado en Quito, sector Conocoto.

3.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

 Realizar el análisis del diseño y condiciones de funcionalidad del sistema de climatización para el Laboratorio de Refrigeradoras del INEN en Quito.

 Definir los aspectos de ingeniería básica (diseño y dimensionado de equipos y definición de materiales), y de ingeniería de detalle (selección de elementos auxiliares, prescripciones de montaje, pruebas de funcionamiento).

 Apoyar al establecimiento de laboratorios adecuados para cumplir con la verificación y desarrollo de estándares de eficiencia energética (EE).

 Contribuir al diseño y aplicación de estándares de eficiencia energética para equipos eléctricos.

4.- IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN

Lograr el adecuado uso energético en el diseño del sistema de climatización con equipos de alta eficiencia energética (SEER), con certificaciones internacionales tal como AHRI, UL, ISO.

La eficiencia energética consiste en el ahorro y uso inteligente de la energía sin pérdidas ni desperdicios, utilizando la mínima energía y manteniendo la calidad de bienes y servicios, para conservar el confort.

Las organizaciones que son consumidores directos de la energía pueden reducir su consumo energético para la disminución de costos y promover la sustentabilidad económica y ambiental.

4.1.- DEFINICIONES Y ABREVIATURAS

Contratista. Empresa encargada de proveer un servicio.

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4

HVAC. Del ingles HVAC Heat, Ventilation and Air Conditioning Systems.

Significa Sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado

Ambiente. Área cerrada, localidad o habitación a climatizar con HVAC con o sin personas.

Nivel de confort. Son los niveles de temperatura, humedad, limpieza, olores y velocidad de aire adecuados para las personas y/o equipos especiales en el ambiente y niveles de ruido que no perturben a las personas y/o equipos especiales.

Fluido de trabajo. Líquido o gas refrigerante cuya función es tomar cargas térmicas de un lugar de mayor temperatura a otro de menor temperatura.

QA / QC. Quality Assurance / Quality Control / (Aseguramiento de calidad / Control de calidad).

U: Coeficiente global de transferencia de calor. Btu/h/ft² °F K: Conductividad Térmica. Btu/h-in/ft² °F

CLTD: Cooling Load Temperature Difference. Diferencia de Temperatura para carga de enfriamiento.

4.2.- UNIDADES

 Temperatura. Grados Fahrenheit (°F), Grados Celsius (°C).

 Presión absoluta. Pulgadas por columna de agua (pulgadas c.a), Pascal (Pa).

 Presión diferencial. Pulgadas por columna de agua (pulgadas c.a), Pascal (Pa).

 Longitud. Pies (ft), metros (m)

 Diámetro. Pies (ft), metros (m)

 Densidad. Libras por pie cúbico (lb/ft3), kilogramo por metros cúbicos (kg/m3). Inverso del v, volumen específico.

 Velocidad. Pie por minuto (fpm), metros por segundo (m/s), metros por minuto (m/min).

 Flujo de aire. Pies cúbicos por minuto (CFM), metros cúbicos por hora (m3/h).

 Calor. Unidades térmicas británicas por hora (Btu/h), Kilovatio (kW).

 Potencia. Horse power (HP), Vatio (W).

 Conductividad térmica. (Btu/h -in / ft² °F)

 Coeficiente global de transferencia de calor. (Btu / h* ft²*°F) 5.- INGENIERÍA BÁSICA

5.1.- DOCUMENTOS

5.1.1.- BALANCE TÉRMICO

Para un óptimo funcionamiento de un laboratorio es absolutamente necesario el

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5

control de las condiciones ambientales y su estabilidad temporal dentro de estrechos rangos de tolerancia.

La calidad del servicio del laboratorio, entendida como la exactitud (veracidad y precisión) de los resultados, está fuertemente influenciada por las magnitudes de influencia externa, en el caso dimensional la fuente de mayor incidencia es la temperatura en la sala de medición y los gradientes térmicos temporales.

Las características del área bajo estudio están bajo la influencia de las condiciones adversas de la naturaleza; por la acción de los vientos variables y condiciones climáticas. Además, las características de los materiales de construcción de la edificación tienen un rol fundamental a la hora de determinar la vía más eficiente en el diseño del sistema de climatización y acondicionamiento.

Entendido lo anterior, este estudio explica cómo se comportan térmicamente los materiales que componen las paredes y techo del Laboratorio de Refrigeradoras del INEN.

Se plantea dos alternativas factibles que permitirán evidenciar al final del estudio cuál de ellas es la mejor en consumos anuales de operación y mantenimiento. La primera alternativa evalúa el comportamiento térmico de cada área con paredes hacia el exterior existente (sin aislamiento térmico), mientras que la segunda alternativa propone la colocación de una cámara aislada térmicamente (fibra de vidrio con paredes de gypsum).

Para la realización del presente estudio es necesario conocer las condiciones ambientales exteriores y las condiciones deseadas de confort térmico dentro del área de interés; la temperatura máxima registrada en exterior del lugar es de 28 °C y la mínima es de 8 °C, estos datos han sido obtenidos del anuario meteorológico del INHAMI del año 2012. Las condiciones de confort térmico son; temperatura en el interior de 21°C y humedad relativa del 50%.

Temperatura Interior de diseño:

Temperatura = 21° C (70°F), Humedad Relativa: 50% HR

Condiciones Exteriores:

Temperatura máxima. Verano: 28°C (82.4°F) Temperatura mínima. Invierno: 8°C (46.4°F).

Temperatura punto de rocío. 8.7 °C (47.66 °F).

Humedad relativa anual. 74% HR

Velocidad máxima. 14 m/s - NE

Velocidad promedio. 4.2 m/s

Datos tomados del INHAMI, Anuario Meteorológico 2012, p. 31.

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6

Para el presente diseño se ha tomado la estación meteorológica M0024 QUITO- IÑAQUITO tomando el mes de septiembre las temperaturas máximas, media mensual y la humedad relativa media.

Figura 1. Localización estaciones meteorológicas.

Fuente: INHAMI Anuario Meteorológico 2012. p. 31

Figura 2. Temperatura en la ciudad de Quito.

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7

Fuente: INHAMI Anuario Meteorológico 2012. p. 31 Figura 3. Distribución temporal de precipitación y temperatura.

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8

5.1.1.1 Cálculo del U. Coeficiente Global de Transmisión de Calor

Se considera el cálculo térmico tanto de enfriamiento como de calefacción, para el Laboratorio de Refrigeradoras, considerando las condiciones meteorológicas en la ciudad de Quito, que al ser variantes en alta temperatura en Verano (28°C) y en invierno muy bajas (8°C), puesto que el área debe mantenerse permanente en las condiciones de trabajo de 21°C y 50% HR.

De acuerdo a lo indicado en los numerales anteriores se presenta el estudio térmico de paredes y techo sin aislar y aislados.

Alternativa 1: Área actual sin aislamiento térmico.

Cálculo térmico en paredes sin aislar.

La configuración constructiva de las paredes y techo del laboratorio de refrigeradoras se muestra en la figura 6.

Figura 4. Vista de planta laboratorios de refrigeradoras.

Fuente: El Autor

Se determina el coeficiente global de transferencia de calor para las paredes indicadas en el gráfico, tomando de la tabla 1 los coeficientes de transmisión de calor K.

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9

Tabla 1. Conductividad térmica de los materiales.

Fuente: Y. Cengel. Transferencia de Calor y Masa; 3ra Edición, p. 880.

Se debe indicar que únicamente las paredes 1,2 y 4 están al exterior y se considera su aislamiento térmico, la pared 3 no se considera porque térmicamente no influye en la carga energética del sistema de acondicionamiento de aire.

Pared 1: Ladrillo, espesor = 250 mm; K= 5.0 (Btu/h in / ft²°F) Pared 2: Ladrillo, espesor = 250 mm; K= 5.0 (Btu/h in / ft²°F) Pared 3: Ladrillo, espesor = 250 mm; K= 5.0 (Btu/h in / ft²°F) Pared 4: Ladrillo, espesor = 250 mm; K= 5.0 (Btu/h in / ft²°F) Techo: Concreto, espesor = 200mm; K= 5.6 (Btu/h in / ft²°F) Gypsum, espesor = 15 mm; K= 1.1 (Btu/h in / ft²°F)

Pared 1: Ladrillo 250 mm.

Determinación de U (coeficiente global transmisión calor) Ladrillo K= 5 Btu/h-in / ft²°F, espesor 250 mm (9.84”).

Aire en movimiento + Ladrillo (250mm) + aire quieto

 Aire exterior F1=4

 Ladrillo K2=5

 Aire quieto F3=1.65 Por lo tanto:

R= 1/4 + 9.84/5 + 1/1.65 = 2.82

U = 1/ R = 0.35 Btu / h* ft²*°F U= 0.35 Btu / h* ft²*°F

(10)

10 Pared 2: Ladrillo 250 mm

U= 0.35 Btu / h* ft²*°F

Pared 3: No influye cálculo térmico.

Pared 4: Ladrillo 250 mm U= 0.35 Btu / h* ft²*°F

Techo: Concreto 200 mm, Gypsum 15 mm.

Determinación de U (coeficiente global transmisión calor)

Concreto K= 5.6 Btu/h-in / ft²°F espesor 200 mm (7.87”), Gypsum K= 1.1 Btu/h-in / ft²°F

Aire en movimiento + Concreto (200mm) + aire quieto + Gypsum (15mm) + aire quieto

 Concreto K2=5.6

 Aire quieto F3=1.65

 Gypsum K4=1.1

 Aire quieto K5=1.65 Por lo tanto:

R= 1/4 + 7.87/5.6 + 1/1.65 + 0.625/1.1 + 1/1.65= 3.44

U = 1/ R = 0.29 Btu / h* ft²*°F U= 0.29 Btu / h* ft²*°F Alternativa 2: Área actual con aislamiento térmico.

Cálculo térmico en paredes con aislamiento.

La configuración constructiva de las paredes y techo del laboratorio de Refrigeradoras se muestra en la figura 7.

Figura 5. Vista de planta laboratorio aislado de refrigeradores.

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11

Pared 1: Ladrillo 250 mm con cámara de aislamiento de fibra de vidrio.

Determinación de U (coeficiente global transmisión calor).

Ladrillo K= 5 Btu/h-in / ft²°F espesor 250 mm (9.84”), fibra de vidrio 100mm (3.94”).

Aire en movimiento + Ladrillo (250mm) + Fibra de vidrio (100mm) + aire quieto

 Ladrillo K2=5

 Fibra de vidrio K3=0.3

Por lo tanto:

R= 1/4 + 9.84/5 + 3.94/0.3 + 1/1.65 = 15.96

U = 1/ R = 0.063 Btu / h* ft²*°F U= 0.063 Btu / h* ft²*°F

Pared 2: Ladrillo 250 mm con cámara de aislamiento de fibra de vidrio.

Aire en movimiento + Ladrillo (250mm) + Fibra de vidrio (100mm) + aire quieto

 Ladrillo K2=5

Por lo tanto:

R= 1/4 + 9.84/5 + 3.94/0.3 + 1/1.65 = 15.96

U = 1/ R = 0.063 Btu / h* ft²*°F U= 0.063 Btu / h* ft²*°F Pared 3: No influye cálculo térmico.

Pared 4: Ladrillo 250 mm. Aislado con cámara de aislamiento de fibra de vidrio.

U= 0.063 Btu / h* ft²*°F

Techo: Concreto 200 mm, Gypsum 15 mm con fibra de vidrio de 100mm.

Determinación de U (coeficiente global transmisión calor)

Concreto K= 5.6 Btu/h-in / ft²°F espesor 200 mm (7.87”), Gypsum K= 1.1 Btu/h-in / ft²°F, fibra de vidrio K= 0.3 Btu/h-in / ft²°F espesor 100 mm (3.94”)

Aire en movimiento + Concreto (200 mm) + aire quieto +Fibra de vidrio (100 mm) +Gypsum (15 mm) + aire quieto

 Concreto K2=5.6

 Gypsum K4=1.1

 Aire quieto K5=1.65

(12)

12 Por lo tanto:

R= 1/4 + 7.87/5.6 + 1/1.65 +3.94/0.3+ 0.625/1.1 + 1/1.65= 16.57 U = 1/ R = 0.060 Btu / h* ft²*°F U= 0.060 Btu / h* ft²*°F

Resumen de las alternativas planteadas

En la tabla 2 se muestra los resultados obtenidos en los cálculos anteriores, además, se procede a determinar la carga térmica de las paredes y techo. El área es un dato conocido y el diferencial de temperatura en verano es el resultado de la diferencia entre la temperatura máxima registrada y la temperatura de confort.

Considerando DT = 28-21 = 7 °C (12.6 °F).

Tabla 2. Resumen Determinación del U en paredes sin aislar y aislada. VERANO Laboratorio de Refrigeradoras.

ELEMENTO ESTRUCTUR

AL

COEFICIENTE GLOBAL DE TRASFERENCIA

(Btu / h* ft²*°F)

AREA (ft²)

DIFERENCIA L DE TEMPERATU

RA (°F)

CARGA TÉRMICA (Btu/h)

SIN AISL AMI ENT O CON AI SL AMI ENTO SIN AISL AMI ENT O CON AI SL AMI ENTO

PARED 1 0.350 0.063 264.66 12.6 1,167.15 210.09 PARED 2 0.350 0.063 264.66 12.6 1,167.15 210.09 PARED 4 0.350 0.063 80.69 12.6 355.84 64.05

TECHO 0.290 0.060 234.00 12.6 855.04 176.90 CARGA TÉRMICA TOTAL 3,545.18 661.13

La influencia porcentual de la carga térmica en verano de cada elemento estructural se muestra en la tabla 3.

Tabla 3. Influencia porcentual de la carga térmica en paredes sin aislar y aislada.

Laboratorio de Refrigeradoras.

ELEMENTO ESTRUCTURAL

CARGA TÉRMICA (%)

SIN AISLAMIENTO

CON AISLAMIENTO

PARED 1 1,167.15 210.09 32.92 31.77

PARED 2 1,167.15 210.09 32.92 31.77

PARED 4 355.84 64.05 10.04 9.69

TECHO 855.04 176.90 24.12 26.77

CARGA TÉRMICA

TOTAL

3,545.18 661.13 100 100

(13)

13

Los resultados de carga térmica en invierno se muestran en la tabla 4. El diferencial térmico es el resultado de la diferencia entre la temperatura de confort y la mínima registrada en invierno.

Considerando DT = 40-8 = 32 °C (57.6 °F).

Tabla 4. Resumen Determinación del U en paredes sin aislar y aislada. INVIERNO Laboratorio de refrigeradoras.

ELEMENTO ESTRUCTU

RAL

COEFICIENTE GLOBAL DE TRASFERENCIA

(Btu / h* ft²*°F)

AREA (ft²)

DIFERENCI AL DE TEMPERAT

URA (°F)

CARGA TÉRMICA (Btu/h) SIN

AISLAMI ENTO

CON AISLAMIE

NTO

SIN AISLAMIE

NTO

NTO PARED 1 0.350 0.063 264.66 57.6 5,335.55 960.40 PARED 2 0.350 0.063 264.66 57.6 5,335.55 960.40 PARED 4 0.350 0.063 80.69 57.6 1,626.71 292.81 TECHO 0.290 0.060 234.00 57.6 3,908.74 808.70 CARGA TÉRMICA TOTAL 16,206.55 3,022.31

La influencia porcentual de la carga térmica en verano de cada elemento estructural se muestra en la tabla 5.

Tabla 5. Influencia porcentual de la carga térmica en paredes sin aislar y aislada.

INVIERNO. Laboratorio de Refrigeradoras.

CARGA TÉRMICA (%)

PARED 1 5,335.55 960.40 32.92 31.78

PARED 2 5,335.55 960.40 32.92 31.78

PARED 4 1,626.71 292.81 10.04 9.69

TECHO 3,908.74 808.70 24.12 26.75

CARGA TÉRMICA

TOTAL

16,206.55 3,022.31

100 100

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14 5.1.1.2 Cálculo de cargas térmicas

Calculo cargas de enfriamiento y calefacción:

Varios son los factores a tener en cuenta para el cálculo de cargas térmicas los mismos se relacionan a continuación:

 Condiciones climáticas internas y externas (humedad y temperatura)

 Características de las paredes exteriores y cubierta (tipo de material)

 Características de las ventanas (cantidad y tipo de ventana)

 Iluminación (cantidad, modo de uso y potencia de lámparas)

 Equipos eléctricos (cantidad, modo de uso y potencia)

 Personas (cantidad de personas y actividad que realizan)

 Caudal de aire (cantidad de renovaciones de aire exterior)

5.1.1.3 Método de cálculo.

Teniendo en cuenta los parámetros anteriormente mencionados se procede a realizar el cálculo de cargas térmicas para el laboratorio utilizando lo descrito en la norma ASHRAE GRP 158 (Cooling and Heating Load Calculation Manual). (Tabla 6).

Tabla 6: Procedimiento de cálculo para carga térmicas.

(15)

15

Fuente: (Cooling and heating Load Calculation Manual, 1980). P.

 Cargas por conducción a través de paredes, ventanas, techo y piso.

Las ganancias de calor por conducción que se dan a través de paredes, techos, ventanas, pisos, que dan al exterior y se calculan con la siguiente ecuación:

Q= U*A*CLTD Dónde:

Q = Ganancia neta del recinto por conducción a través del techo, paredes o vidrio.

U = Coeficiente general de transferencia de calor para el techo, paredes o vidrios.

A = Área del techo, paredes o vidrios.

CLTD = Diferencia de temperatura para carga de enfriamiento.

 Cargas por radiación a través de vidrios.

La energía radiante del sol pasa a través de materiales transparentes como el vidrio y se transforma en ganancias de calor del recinto. Su valor varía con la hora, la orientación, el sombreado y el efecto de almacenamiento.

Las ganancias netas de calor se pueden calcular mediante la siguiente ecuación:

Q = FGCS*A*CS*FCE Dónde:

Q = Ganancia neta por radiación solar a través del vidrio.

FGCS = Factor de ganancia máxima de calor solar.

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16 A = Área del vidrio.

CS = Coeficiente de sombreado.

FCE = Factor de caga de enfriamiento para el vidrio.

 Cargas por iluminación y aparatos eléctricos

Las ganancias de calor por iluminación y aparatos eléctricos se calculan a través de la siguiente ecuación:

Q = 3.4*W*FB*FCE Dónde:

Q = Ganancia de calor debida al alumbrado.

W = Capacidad de alumbrado.

FB = Factor de balastra.

FCE = Factor de enfriamiento para la iluminación.

 Cargas por personas.

Las ganancias de calor por personas se dan a través de la actividad que se realice dentro del recinto y ocasionan una ganancia de calor, tanto sensible como latente y se calcula con las siguientes ecuaciones:

Qs= qs*n*FCE Ql= ql*n

Dónde:

Qs, Ql = Cargas de calor sensible y latente, BTU/h.

qs, ql = Ganancia de calor sensible y latente por persona.

n = número de personas.

FCE = Factor de carga de enfriamiento para las personas.

 Cargas por ventilación e infiltración de aire

La infiltración de aire a través de fisuras en las ventanas o puertas ocasiona una ganancia de calor, tanto sensible como latente del recinto y se calcula con las siguientes ecuaciones:

Qs= 1,08*CFM*∆T Ql= 4,840 * CFM*(We – Wi)

Ql= 0.68 * CFM*(we – wi) Donde:

Qs, Ql = Cargas de calor sensible y latente debido al aire de ventilación, BTU/h.

CFM = flujo de aire de ventilación

∆T = Diferencia de temperatura entre el aire exterior e interior.

We, Wi = Relación de humedad exterior e interior.

we, wi = Relación de humedad exterior e interior (granos agua/granos aire). 7,000 granos/lb

(17)

17

 Cargas por ductos

El aire acondicionado que pasa por los ductos gana calor a los alrededores. Si el ducto pasa a través de espacios acondicionados, la ganancia de calor ocasiona un efecto útil de enfriamiento, pero para los ductos que pasan por lugares no acondicionados representa una pérdida de calor sensible. La ganancia de calor se calcula mediante la siguiente ecuación:

Q = U*A*∆T Dónde:

Q = Ganancia de calor del ducto.

U = Coeficiente general de transferencia de calor.

A = Área del aislamiento.

∆T = Diferencia de temperatura entre el aire en el ducto y los alrededores.

Balance Térmico. INEN Laboratorio Refrigeradoras

Tabla 7. Balance Térmico. INEN Laboratorio Refrigeradoras.

CARGA TÉRMICA (Btu/h). ENFRIAMIENTO

CARGA TÉRMICA (Btu/h). CALEFACCIÓN SIN

AISLAMIENTO

CON AISLAMIENTO Laboratorio

Refrigeradoras

22,111 13,012 51,471 41,497

5.1.2.- CÁLCULO DE CAUDALES

LABORATORIO DE REFRIGERADORAS

Caudal nominal: 1,700 CFM

Con 2 (cuatro) difusores de suministro de 10”x10”, cada uno 150 CFM

Con 4 (cuatro) Rejillas de suministro lineal 24”x2”, slot

Figura 6. Vista lateral laboratorio refrigeradores.

(18)

18

Dibujo indicado en el plano con la nomenclatura correspondiente.

5.1.3. CONSUMOS ENERGÉTICOS

Tabla 8: Consumo energético de equipos bajo condiciones actuales

AREA EQUIPO CAPACIDAD (Btu/h)

CONSUMO ELECTRICO

(kW)

TIEMPO DE TRABAJO

MES (h)

COSTO UNITARIO

(USD/Kw)

COSTO TOTAL MES (USD) LAB

REFRIGERADORAS UIP/UEP-1 52,000 3.80 224 0,07 59,58

Tabla 9: Consumo energético de equipos cuartos aislados

AREA EQUIPO CAPACIDAD (Btu/h)

CONSUMO ELECTRICO

(kW)

TIEMPO DE TRABAJO

MES (h)

COSTO UNITARIO

(USD/Kw)

COSTO TOTAL MES (USD) LAB

REFRIGERADORAS

UIP/UEP-

1 22,471 1,42 224 0,07 22,32

5.1.5.1 Tipos de sistema

Sistema de climatización mediante equipo de Precisión “Down flow”, significa con descarga del aire hacia abajo por el piso falso, se debe indicar que está cotizado un

(19)

19 piso falso.

El equipo de Climatización del tipo Precisión es un equipo especial que permite controlar el enfriamiento, calefacción, humedad relativa, con alto FCS (factor de calor sensible), dispone de software de control y monitoreo especial de T y HR, alarmas del tipo visual y sonoro ante una falla de cualquiera de estas variables.

5.1.5.2 Condiciones de diseño

Para el proyecto del laboratorio de Refrigeradoras del INEN, se utilizará la siguiente distribución isotérmica. La misma que se encuentra dentro del rango 19.5 – 21.3, para lo cual se realizó el estudio de cargas térmicas.

Figura 7. Mapa anual de isotermas

(20)

20

Figura 8. Ubicación laboratorios INEN. Conocoto

Fuente: (Google Maps, 2016)

Coordenadas INAMHI estación M0024 Latitud. 0° 59' 20” S

Longitud. 78 º 29 ' 0” W Altitud. 2850 msnm Cantón Quito

INAMHI – Anuario Meteorológico 2012. p. 31

5.1.5.3 Normativas de diseño

Las siguientes Normas y Estándares han regido el diseño, así como deberán aplicarse para los sistemas HVAC como mínimo:

 INEN 2495: Ventilación 2012.

 RTE INEN 035 y la RTE INEN 2206.

 NEC-10 Norma Ecuatoriana de la Construcción. Parte 9-1 Instalaciones electromecánicas

 ASHRAE GRP 158: Cooling and Heating Load Calculation Manual.

 ASHRAE 2011: HVAC APPLICATIONS

 ASHRAE 62 1 2007: Ventilación y calidad del aire interior.

 ASHRAE 15: Estándar de seguridad para sistemas de refrigeración.

 ASHRAE 34: Definición y clasificación de refrigerantes.

 ASHRAE ESTÁNDAR 90.1 – 2010 ENERGY STANDAR FOR BUILDING EXCEPT LOW RISE RESIDENTIAL BUILDING (ANSI – APPROVED). El propósito de esta norma es establecer los requisitos mínimos para obtener eficiencia energética en el diseño de edificios.

 SMACNA: Sheet Metal and Air Conditioning Contractors National Association.

 AMCA: Air Movement and Control Association

 AHRI: Air-Conditioning, Heating and Refrigeration Institute

(21)

21

 NFPA 90B: Standard for the Installation of Warm Air Heating and Air- Conditioning Systems.

 Industrial Ventilation.

 Manual de Carrier.

 Manual de Aire Acondicionado. Autor Edward Pita.

5.1.5.4 Funcionamiento del sistema

El concepto de un equipo de aire acondicionado de Precisión se define como un equipo diseñado para lograr un ambiente, donde, en forma simultánea y continua, se controlen la temperatura, la humedad, la circulación y la limpieza del aire, a la vez que se mantiene una presión positiva en el ambiente, en relación con otros ambientes, para una exigencia de trabajo de 24 horas al día durante los 365 días del año, por un tiempo de vida útil entre 15 y 20 años.

La relación de calor sensible con la cantidad de enfriamiento sensible, como un porcentaje de la capacidad total de enfriamiento (calor sensible + calor latente), es un valor entre 90 y 95 % de la carga total en un sistema de Precisión, puesto que el calor seco generado por las máquinas requiere una alta relación de calor sensible.

Por lo tanto se requiere una alta cantidad de aire del orden de 500 a 600 CFM por tonelada de refrigeración.

Los sistemas de aire acondicionado de Precisión proporcionan el control simultáneo de la humedad y la temperatura; además, aseguran que la humidificación y la des humidificación operen separadas una de otra.

5.1.5.5 Tipos de materiales

- Equipo de Aire Acondicionado de Precisión. Capacidad mínima de 52,000 Btu/h. Capacidad de enfriar, calentar, humidificar o deshumidificar.

Dispone de:

 Unidad de Climatización de Precisión Interior.

 Condensador exterior remoto adecuado a la capacidad de evaporación de la sección principal.

 Descarga vertical inferior (down flow)

 Expansión directa a R-410ª / R407C

 Compresores herméticos Scroll

 Unidad de control electrónico

 Tablero electrónico

 Humidificador

 Banco de resistencias

 Ventiladores centrífugos de acople directo

 Switch de flujo

 Switch de filtro retorno

 Filtros de 30%-35%

 Válvulas de expansión

 Control de alta y baja presión

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22

 Filtros secadores

 Válvulas solenoide

 Válvulas de servicio

 Indicador de liquido

 Gabinete metálico con estructura y paneles en lámina galvanizada con aislamiento térmico-acústico

- Resistencia eléctrica mínimo de 10kW, que permita al equipo calentar hasta los 40°C, para pruebas en refrigeradoras.

Tuberías de cobre rígida tipo L, en diámetros 7/8” y 1/2”. Tipo L si aislamiento térmico. Cada unión se realizará con soldadura oxiacetilénica con soldadura de plata al 15%.

Material: Cobre al 99.90% ASTM B 280 o ASTM B 88. Rígido tipo L, espesor de pared: 0.032 plg, fabricación: Fundición de Cobre, presión de trabajo: 400 psi, presión de prueba: 600 psi.

- Acometidas eléctricas con cable AWG 3x8. En tubería EMT de 3/4”, con uniones y accesorios. Tubería EMT galvanizada según INEN 1374.

- Tubería de drenaje de 1”. Tubos de PVC para desalojar el agua de condensación del equipo de climatización, el agua trabaja a gravedad, su instalación va desde el equipo interior hacia el exterior, debe tener la respectiva trampa tipo sifón para evitar el ingreso de malos olores al interior del sitio acondicionado. Tubería PVC del tipo INEN 1374.

- Difusor de suministro. Rejillas de aluminio anodizado color blanco en las dimensiones indicadas en los planos. Se encargan de distribuir el aire al interior del sitio acondicionado. La distribución del aire con suavidad sin causar notables corrientes de aire mayores a 50 fpm (15 m/min, 0.25 m/s), en zonas ocupadas. Su instalación debe ser realizadas de manera de no interferir con luminarias u otros equipos de otros sistemas de instalaciones.

- Refrigerante del tipo ecológico R410A o R407C, son mezclas del tipo casi azeotrópica de gases HFC. Son refrigerantes de alta seguridad por ASHRAE cmo A1/A1, es decir, no tóxico y no inflamable aún en caso de fugas.

-

5.1.5.6 Sistema de control

- Sistema de control con microprocesador Equipo de Aire Acondicionado de Precisión. Capacidad mínima de 52,000 Btu/h. Capacidad de enfriar, calentar, humidificar o deshumidificar.

- Microprocesador: Confiere una alta precisión en el manejo de las variables de humedad y temperatura a través de la regulación y programación en el encendido y apagado de los diferentes componentes del equipo que actúan en el aire que circula a través de la unidad de precisión. El control de temperatura y humedad se realiza por medio de un avanzado sistema por microprocesador. Este tipo de control permite mantener las condiciones del cuarto con variaciones de 1°C en la temperatura y 1% en la humedad relativa.

- Pantalla digital que permite la indicación de todas las condiciones de

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23

operación de la unidad. Dispone de teclas tipo membrana para acceder en forma instantánea a la lectura de los puntos de ajuste, condiciones del cuarto, estado operacional e historial de alarmas.

- Por cada alarma visual ocurre una alarma sonora, la cual puede ser silenciada por medio de un interruptor de reposición, la memoria guarda el historial de las ultimas 50 alarmas ocurridas incluyendo los mensajes relacionados a las mismas; Hora y fecha en que ocurrió así como la fecha de corrección de la alarma y la temperatura y humedad del cuarto.

- La programación se guarda en memoria EPROM que no requiere el respaldo por batería para su recuperación después de un corte de energía, esperar la programación. Una batería de Litio, de larga vida, conserva en la memoria los puntos de ajuste, las historias de alarmas y el reloj del tiempo real.

- Cambio automático de secuencia de los compresores y de las etapas de recalentamiento eléctrico, extendiendo así, al máximo posible.

- El controlador con opción de comunicación en red LAN empleando los puertos de comunicación RS422/RS485, una tarjeta especial de red y el protocolo de comunicación, esta configuración permite supervisar hasta 16 equipos en red y emitir reportes en un punto central sobre las diferentes alarmas de cada equipo.

- Comunicación por Protocolos SNMP/HTTP IP/MAIL/BACNET.

5.1.5.6 Garantías

- La garantía de los equipos ofertados debe ser mayor o igual a la vida útil de los equipos con un mínimo de 3 años. (Adjuntar certificado del fabricante donde se especifique lo solicitado).

- Garantizar la disponibilidad de repuestos, accesorios, partes y piezas del o los equipos a través de la provisión directa, de empresas distribuidoras, de concesionarias, representantes o proveedores locales autorizados. El

oferente deberá garantizar su disponibilidad durante el tiempo de vigencia de la garantía técnica. Por un período mayor o igual a la vida útil del o los equipos años. (Adjuntar certificado especificando lo solicitado).

- Procedimientos claros, precisos y efectivos para la ejecución de la garantía técnica, números de contacto y casos específicos en los cuales se garantice la reposición temporal y definitiva de los bienes así como identificación clara de las exclusiones de cobertura de la garantía técnica. (Adjuntar certificado especificando lo solicitado).

- Mínimo 3 AÑOS a partir del acta entrega recepción definitiva.

6. PLANOS

Se adjunta en el presente documento los siguientes planos:

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24 6.1.3. PLANOS ARQUITECTÓNICOS 6.1.4. PLANOS DE UBICACIÓN GENERAL 6.1.5. PLANOS DE UBICACIÓN DE EQUIPOS 6.1.6. DIAGRAMAS P&ID DEL SISTEMA

7. INGENIERIA DE DETALLE 7.1. SIMULACIONES

Presentadas en las tablas 2 y 4, también en el Anexo 8 al final del documento.

7.2. MANUAL DE PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO

- Realizar pruebas de funcionamiento del caudal de aire en el ducto con instrumento verificador tipo tubo pitot.

- El caudal de aire en rejillas y difusores con el instrumento llamado balómero.

- Pruebas en el circuito de refrigeración con presión de Nitrógeno a 100 psi, dejar 24 horas; luego realizar vacío y carga de gas refrigerante.

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

- El sistema propuesto conlleva un análisis y un estudio térmico de las áreas a acondicionarse. Se puede observar que existe un gran energético con el aislamiento térmico de paredes y techo.

- Una forma de aislar térmicamente las paredes es con lana de vidrio en un espacio de 100 mm y forrando con una plancha de gypsum de 15 mm de espesor, luego la plancha de gyspum se le da una acabado para que logre conjugar con las paredes interiores.

- El aislamiento del techo es interior con lana de vidrio sobre el techo falso, ya que la losa exterior es muy complicado su aislamiento exterior con las planchas tipo sanduche en un lado metal galvanizado y en el otro poliuretano expandido de 25 mm, porque sería necesario una estructura metálica y el ahorro energético no sería mayo considerando la alternativa del aislamiento interior con lana de vidrio.

- Los equipos de climatización deben cumplir las especificaciones y características técnicas indicadas.

- Es fundamental las pruebas de funcionamiento de los equipos para ser recibidos a satisfacción una vez que se hayan generado los informes sin novedad.

(25)

25

- Es necesario la implementación de la obra civil y eléctrica, junto con los equipos de climatización para así lograr un gran ahorro energético.

- Se recomienda seguir el procedimiento del mantenimiento preventivo en los equipos por el tiempo de garantía. Una vez concluido el período de garantía (3 años), se debe contratar el servicio a una empresa especializada en el tema para seguir recibiendo el servicio a satisfacción y así conservar en buen funcionamiento los equipos HVAC.

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26 ANEXO 1.

Fuente: 2009 ASHRAE Handbook – Fundamentals, Chapter 18, Page 18.27

(27)

27 ANEXO 2

ANEXO 3

(28)

28 ANEXO 4

ANEXO 5

Tabla de potencia de iluminación por bloques y por ambientes.

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29 ANEXO 6

ANEXO 7

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30 ANEXO 8

Resumen Determinación del U en paredes sin aislar y aislada.

VERANO. INEN Refrigeradoras

ELEMENTO ESTRUCTUR

AL

COEFICIENTE GLOBAL DE TRASFERENCIA

(Btu / h* ft²*°F)

AREA (ft²)

DIFERENCIA L DE TEMPERATU

RA (°F)

AISLAMIE NTO

NTO

SIN AISLAMIEN

TO

CON AISLAMIEN

TO PARED 1 0.350 0.063 264.66 12.6 1,167.15 210.09 PARED 2 0.350 0.063 264.66 12.6 1,167.15 210.09 PARED 4 0.350 0.063 80.69 12.6 355.84 64.05

TECHO 0.290 0.060 234.00 12.6 855.04 176.90 CARGA TÉRMICA TOTAL 3,545.18 661.13

Resumen Determinación del U en paredes sin aislar y aislada. INVIERNO Laboratorio de refrigeradoras.

ELEMENTO ESTRUCTU

RAL

COEFICIENTE GLOBAL DE TRASFERENCIA

(Btu / h* ft²*°F)

AREA (ft²)

DIFERENCI AL DE TEMPERAT

URA (°F)

AISLAMI ENTO

NTO

SIN AISLAMIE

NTO

NTO PARED 1 0.350 0.063 264.66 57.6 5,335.55 960.40 PARED 2 0.350 0.063 264.66 57.6 5,335.55 960.40 PARED 4 0.350 0.063 80.69 57.6 1,626.71 292.81 TECHO 0.290 0.060 234.00 57.6 3,908.74 808.70 CARGA TÉRMICA TOTAL 16,206.55 3,022.31

Fuente: PNUD/MEER

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