IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE AIRE
ACONDICIONADO DE CAUDAL VARIABLE DE
REFRIGERANTE DE 800,000 BTU/HR EN UN
RESTAURANT DE TRES PISOS UBICADO EN LA
CIUDAD DE LIMA.
INFORME DE SUFICIENCIA
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECÁNICO
RICHARD ANTHONY MERA HUERTA
PROMOCIÓN 2011-1
éxito.
A mi madre, por darme la vida y por el apoyo incondicional que me brinda en los buenos y
los malos momentos a lo largo de mi vida.
A mi Tío Lucho, por darme las fuerzas necesarias para seguir luchando por mis objetivos y seguir esforzándome cada día más.
A Zaida, por ser la mujer que me hizo mirar más allá de lo que mis ojos realmente me lo permiten.
A Manuel, porque de alguna u otra manera influyó en mi formación como profesional.
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
1.1 ANTECEDENTES ... 3
1.2 OBJETIVOS GENERALES ... 3
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 3
1.4 JUSTIFICACIÓN ... 4
CAPÍTULO 11 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO Y EL PROCESO DE INSTALACIÓN 2.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO ... 5
2.1.1 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA ... 6
2.1.2 FUNCIONES DEL SISTEMA. ... 9
2.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE INSTALACIÓN ... 11
CAPÍTULO 111 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA Y PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS DE TRABAJO 3.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA ... 2i
CAPÍTULO IV
FUNDAMENTO TEÓRICO
4.1 SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO ... 23
4.2 CONFORT TÉRMICO ... 30
4.3 CARGAS INTERNAS ... .42
4.4 CARGAS EXTERNAS ... 46
4.5 PSICROMETRÍA ... 51
4.6 LA CARTA PSICROMÉTRICA. ... 60
CAPÍTULO V DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA 5.1 CONDICIONES DE DISEÑO ... 66
5.2 CÁLCULO DE LA CARGA TÉRMICA ... 77
5.3 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LOS EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO EN LOS DIFERENTES RECINTOS ... 105
5.4 DETERMINACIÓN DE LA CARGA DE REFRIGERANTE Y LONGITUD DE TUBERÍA DE COBRE. ... 119
5.5 CÁLCULO DE COSTOS Y TIEMPO DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA ... 126
CONCLUSIONES RECOMENDACIONES ANEXOS
LISTADO DE TABLAS
1. TABLA 2.1: Comparación de sistema multi v plus y plus 11. 2. TABLA 2.2: Valores de presurización.
3. TABLA 4.1: Ambiente térmico aceptable para confort general.
4. TABLA 4.2: Variación de la temperatura operativa en un periodo de tiempo. 5. TABLA 4.3: Tasa de latido y oxigeno consumido en diferentes niveles de
actividades.
6. TABLA 4.4: Tasa metabólica para varias actividades. 7. TABLA 4.5: Valores de aislamiento de prendas.
8. TABLA 4.6: Valores para A en función de la velocidad relativa del aire. 9. TABLA 4.7: Factores de carga de enfriamiento (CLF).
1 O. TABLA 4.8: Grado de actividad de las personas.
11. TABLA 4.9: Valores de las constantes de la ecuación de la entalpia. 12. TABLA 5.1: Tabla de Tmáx, Tmín y HR (enero del 2008).
13. TABLA 5.2: Tabla de Tmáx, Tmín y HR (Febrero del 2008). 14. TABLA 5.3: Tabla de Tmáx, Tmín y HR (marzo del 2008). 15. TABLA 5.4: Tabla de Tmáx, Tmín y HR (enero del 2010). 16. TABLA 5.5: Tabla de Tmáx, Tmín y HR (febrero del 2010). 17. TABLA 5.6: Tabla de iluminación por área.
18. TABLA 5.7: Tabla de Tmáx, Tmín y HR (marzo del 201 O). 19. TABLA 5.8: Tabla de Tmáx obtenidos del SENAHMI.
20. TABLA 5.9: Estructura de muros, techos y pisos del restaurant. 21. TABLA 5.10: Cálculo de la CLTDcorr para el recibidor.
25. TABLA 5.14: Ganancia de calor sensible por conducción en los meses de verano para el recibidor.
26. TABLA 5.15: Ganancia de calor latente por conducción en los meses de verano para el recibidor.
27. TABLA 5.16: Ganancia de calor sensible por conducción en los meses de verano para el mezanine 1 (Btu/hr).
28. TABLA 5.17: Ganancia de calor latente por conducción en los meses de verano
para el mezanine 1 (Btu/hr).
29. TABLA 5.18: Ganancia de calor sensible por conducción en los meses de verano para el Salón principal (Btu/hr).
30. TABLA 5.19: Ganancia de calor latente por conducción en los meses de verano
para el Salón principal (Btu/hr).
31. TABLA 5.20: Ganancia de calor sensible por conducción en los meses de verano
para el Salón de té (Btu/hr).
32. TABLA 5.21: Ganancia de calor latente por conducción en los meses de verano
para el Salón de té (Btu/hr).
33. TABLA 5.22: Ganancia de calor sensible por conducción en los meses de verano para el mezanine 2 (Btu/hr).
34. TABLA 5.23: Ganancia de calor latente por conducción en los meses de verano para el mezanine 2 (Btu/hr).
35. TABLA 5.24: Ganancia de calor sensible por conducción en los meses de verano para el mezanine 3 (Btu/hr).
36. TABLA 5.25: Ganancia de calor latente por conducción en los meses de verano para el mezanine 3 (Btu/hr).
37. TABLA 5.26: Ganancia de calor sensible por conducción en los meses de verano para el juego para niños (Btu/hr).
38. TABLA 5.27: Ganancia de calor latente por conducción en los meses de verano para el juego para niños.
40. TABLA 5.29: Longitudes de tuberías de cobre a utilizar. 41. TABLA 5.30: Cantidad de branch para el proyecto. 42. TABLA 5.31: Unidades exteriores para el proyecto.
43. TABLA 5.32: Unidades interiores para el proyecto.
44. TABLA 5.33: Cuadro comparativo de sistema de aire acondicionado.
LISTADO DE ILUSTRACIONES
1. FIG. 2.1: Comparación de sistema multi V plus y sistema multi V plus 11. 2. FIG. 2.2: Gráfica Presión vs entalpia de un sistema multi V plus 11. 3. FIG. 2.3: Gráfica de compresores que operan alternadamente.
4. FIG. 2.4: Gráfica de respaldo automático en compresores.
5. FIG. 2.5: Gráfica de detección de falla en un sistema multi V plus 11.
6. FIG. 2.6: Gráfica de sistema de llenado de gas refrigerante para multi V plus 11.
7. FIG. 2.7: Gráfica del flujo de refrigerante para reparación de UE. 8. FIG. 2.8: Gráfica del flujo de refrigerante para reparación de UC.
9. FIG. 2.9: Tubería de cobre sellada.
1 O. FIG. 2.1 O: Tubería de cobre de almacenamiento correcto. 11. FIG. 2.11: Forma correcta de cortar la tubería de cobre.
12. FIG. 2.12: Limpieza de la rebaba después del corte.
13. FIG. 2.13: Recubrimiento correcto del aislante con cinta foam.
14. FIG. 2.14: Pases de la tubería de refrigeración de alta y de baja.
15. FIG. 2.15: Tubería con Hollín en su interior luego de ser soldada sin nitrógeno.
16. FIG. 2.16: Gráfica del proceso de soldadura de tubería de cobre.
17. FIG. 2.17: Bandejas instaladas a 20 cm del suelo.
18. FIG. 2.18: Gráfica de un sistema multi V plus 11.
19. FIG. 2.19: Brantch para evaporadores y condensadores.
20. FIG. 2.20: Sistema de limpieza interna.
21. FIG. 2.21: Gráfica de presurización vs tiempo.
22. FIG. 2.22: Filtro secador no utilizado en el sistema Multi V.
23. FIG. 2.23: Vacuometro digital.
24. FIG. 3.1: Diagrama de medios - fines (Simplificado).
26. FIG. 4.2: Transmisión de calor en el cuerpo humano.
27. FIG. 4.3: Cargas internas y externas de un recinto.
28. FIG. 4.4: Esquema del proceso de conducción en un material.
29. FIG 4.5: Curva de presión de vapor de agua.
30. FIG 4.6: Presión y temperatura de saturación.
31. FIG 4.7: Presión de saturación del vapor de agua.
32. FIG 4.8: Líneas de la temperatura de bulbo seco.
33. FIG 4.9: Líneas de la temperatura de bulbo húmedo.
34. FIG 4.10: Líneas de humedad absoluta.
35. FIG 4.11 Líneas de humedad relativa.
36. FIG 4.12: Líneas de volumen específico.
37. FIG 4.13: Líneas de entalpia de saturación.
38. FIG 4.14: Líneas de la temperatura de punto de rocío.
39. FIG 4.15: Factor de Calor sensible y el punto de pivote.
40. FIG 5.1: Ubicación geográfica del restaurant.
41. FIG 5.2: Orientación del restaurant según el Google Earth.
42. FIG 5.3: Gráfica de Tmáx del mes de enero del 2003.
43. FIG 5.4: Gráfica de Tmáx del mes de febrero del 2008.
44. FIG 5.5: Gráfica de Tmáx del mes de marzo del 2008.
45. FIG 5.6: Gráfica de Tmáx del mes de febrero 201 O. 46. FIG 5.7: Gráfica de Tmáx del mes de marzo del 201 O.
47. FIG 5.8: Gráfica de Tmáx de los meses de verano del 2008.
48. FIG 5.9: Gráfica de Tmáx de los meses de verano del 201 O.
49. FIG 5.1 O: Gráfica de la humedad relativa máxima en los meses de verano del 2008.
50. FIG 5.11: Gráfica de la humedad relativa máxima en los meses de verano del 201 O.
51. FIG 5.12: Ventana de ingresos de valores de condiciones de diseño interiores y
exteriores (CHVAC ELITE).
53. FIG 5.14: Resultado de la ganancia de calor sensible durante las horas de
operación en el mes de enero.
54. FIG 5.15: Resultado de la ganancia de calor sensible durante las horas de
operación en el mes de febrero.
55. FIG 5.16: Resultado de la ganancia de calor sensible durante las horas de
operación en el mes de marzo.
56. FIG 5.17: Resultado de la ganancia de calor latente durante las horas de operación
en el mes de enero.
57. FIG 5.18: Resultado de la ganancia de calor latente durante las horas de operación
en el mes de Febrero.
58. FIG 5.19: Resultado de la ganancia de calor latente durante las horas de operación
en el mes de marzo.
59. FIG 5.20: Diagrama Psicométrico para el recibidor.
60. FIG 5.21: Diagrama Psicométrico para el mezanine 1.
61. FIG 5.22: Diagrama Psicométrico para el salón principal.
62. FIG 5.23: Diagrama Psicométrico para el salón de té.
63. FIG 5.24: Diagrama Psicométrico para el mezanine 2. 64. FIG 5.25: Diagrama Psicométrico para el mezanine 3.
65. FIG 5.26: Diagrama Psicométrico para el juego de niños.
66. FIG 5.27: Diagrama de instalación del primer piso del restaurant.
67. FIG 5.28: Diagrama de instalación del segundo piso del restaurant.
68. FIG 5.29: Modelo esquemático de instalación del primer piso del restaurant.
69. FIG 5.30: Modelo esquemático de instalación del segundo piso del restaurant.
LISTADO DE ABREVIATURAS
1. PMV: Voto medio previsto.
2. PPD: Porcentaje pronosticado de personas.
3. M: Tasa de producción de calor por metabolismo.
4. L: Carga térmica sobre el cuerpo.
5. R0: Coeficiente respiratorio.
6. A0: Área superficial del cuerpo.
7. Q02: Tasa metabólica de oxigeno consumido a condiciones estándar.
8. m: Masa.
9. 1: Altura.
1 O. lcL: Aislamiento térmico de la ropa.
11. T0p: Temperatura operativa.
12. Ta: Temperatura del aire.
13. Tr: Temperatura media radiante.
14. A: Constante.
15. q5: Calor sensible de enfriamiento.
16. q5,: Calor sensible ganado por persona. 17. q1: Calor latente de enfriamiento.
18. q1,: Calor latente ganado por persona.
19. q¡: Vatios total de la lámpara.
20. Fu: Fracción de qi en uso.
21. FS: Factor de iluminación de subsidio especial.
22. CLF: Factor de carga de enfriamiento.
23. FL: Factor de carga de motores eléctricos.
25. U: Coeficiente general de transferencia de calor para el techo, paredes, pisos o
ventanas.
26. Atota1: Área total del techo, paredes y ventanas.
27. CL TDcorr: Diferencia de temperatura para la carga de enfriamiento corregida.
28. SC: Coeficiente de sombra.
29. SHGF: Factor máximo de ganancia de calor.
30. CL TD: Diferencia de temperatura para la carga de enfriamiento. 31. LM: Factor de corrección debido a la latitud y el mes.
32. Kc: Factor de ajuste de color.
33. hext: Coeficiente de película o convección del exterior.
34. hint: Coeficiente de película o convección del interior.
35. e: Espesor del material.
36. K: Conductividad térmica del material.
37. Pw: Presión del vapor agua.
38. Pws: Presión de saturación del vapor agua.
39. T m: Temperatura de la mezcla.
40. Tx: Temperatura de saturación del vapor de agua correspondiente a la presión "P".
41. P: Presión de saturación del vapor de agua.
42. Tabs: Temperatura absoluta.
43. Pa: Presión parcial del aire seco.
44. Pw: Presión parcial del vapor de agua.
45. V: Volumen total de la mezcla.
46. ma: masa de aire seco.
47. mw: masa de vapor de agua.
48. Ra: Constante de gas de aire seco.
49. Rw: Constante de gas del vapor de agua.
50. Pa: Presión parcial del aire seco.
51. Pw: Presión parcial del vapor de agua.
53. Tbh: Temperatura del bulbo húmedo.
54. Pws•= Presión de saturación del vapor agua a la temperatura del bulbo húmedo.
55. W: Relación de humedad.
56. Tpr: Temperatura del punto de rocío.
57. cp: Humedad relativa.
58. u: Volumen específico.
59. Cpa: Calor específico del aire seco.
60. hfg0: Calor latente de vaporización de agua a OºC.
61. Cpw: Calor específico del vapor de agua.
PRÓLOGO
El presente proyecto plantea el diseño de un sistema de climatización para un restaurant,
categoría tres estrellas, ubicado en la ciudad de Lima. Dicho restaurant posee tres pisos y
un sótano.
Previamente al desarrollo del proyecto se establecen definiciones relacionadas con los
sistemas de aire acondicionado con sus componentes y accesorios respectivamente. A su
vez se mencionan normas y recomendaciones a seguir para el diseño.
El sistema de climatización planteado como solución brindará confort térmico a los clientes y
personas de servicio del restaurant de acuerdo a las recomendaciones de la norma
ASHRAE HVAC APLICATIONS 1999 Capitulo 5, Capitulo 30, la norma ASHRAE
HANDBOOK FUNDAMENTALS, ASHRAE GRP 158, ASHRAE STANDARD 55 y ASHRAE
STANDARD 62. Este proyecto contempla la instalación de equipos tan coil y un equipo tipo
Split pared.
Luego se describe el proyecto, evaluando las condiciones climáticas del lugar al igual que la
orientación del restaurant, la configuración de los ambientes las cuales junto a otros
aspectos técnicos se detallan en el presente informe de suficiencia y la importancia de este
proyecto, el cual beneficiará a 200 personas en la ciudad de Lima, en el distrito de
Miraflores.
Por último se presenta una evaluación económica de la opción seleccionada comparándola
con una opción más eficiente como es el sistema multi v plus 11, la cual lamentablemente no
Este informe es importante porque nos muestra los pasos necesarios para un diseño
correcto a través de las normas ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS 1999, ASHRAE
GRP 158 con apoyo de software de diseño como CHVAC ELITE, LATS MUL TIV,
DUCTSIZER.
El informe consta de cinco capítulos y a continuación se mencionan los temas tratados:
El primer capítulo es la parte introductoria del informe donde se indican los antecedentes del
proyecto, el objetivo general, el objetivo específico y la necesidad del proyecto.
El segundo capítulo hace referencia a la descripción del sistema de aire acondicionado que
se va implementar en un restaurant. Se menciona las características del sistema y los
beneficios que estos sistemas tendrían en comparación a otros. Además se brindan los
pasos de instalación para el buen funcionamiento del sistema a implementar.
El tercer capítulo describe la identificación del problema que se basa en la ausencia del aire
acondicionado en un restaurant, por ende planteamos una hipótesis de trabajo para su
solución.
El cuarto capítulo es la parte teórica o fundamento teórico que fueron necesarios para la
solución del problema; también se describe los diferentes sistemas de aire acondicionado
que existen.
El quinto capítulo corresponde al desarrollo de la solución del problema de ausencia de aire
acondicionado en un restaurant, se explica paso a paso como calcular la carga térmica de
un tipo de restaurant, además se selecciona las capacidades de los equipos de aire
acondicionado (unidad interior) basados en la carta Psicrométrica y por último el uso de
software especializado para la selección de capacidad del equipo de aire acondicionado
(unidad exterior) y la longitud de tubería de cobre a utilizar. Finalmente se indican los costos
1.1 ANTECEDENTES
El aire acondicionado a nivel industrial, se utiliza más frecuentemente en: laboratorios,
talleres de mecánica de precisión, productos textiles; en cuanto al confort térmico de la
personas se utiliza en: residencias, hospitales, lugares de trabajo, restaurantes, etc. con el
propósito de conseguir las condiciones del aire requeridas.
En términos generales el aire acondicionado es aquel que ha seguido un tratamiento en un
equipo, para encontrarse a una temperatura, humedad específica y flujo adecuados. Su
misión es de proporcionar durante los meses que sean necesarios, el confort térmico y la
calidad del aire interior para la vida de las personas o el mejoramiento de los diferentes
procesos industriales.
1.2 OBJETIVO GENERAL
El objetivo general de este informe de suficiencia es implementar un sistema de aire
acondicionado de caudal variable de refrigerante de 800,000 Btu/hr en un restaurant de tres
pisos ubicado en la ciudad de Lima, en el distrito de Miraflores.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Los objetivos específicos a tratar en el presente informe desarrollado son los siguientes:
• Conocer el funcionamiento del sistema de aire acondicionado multi V plus 11.
• Elaborar el plan de ejecución del sistema de aire acondicionado.
• Estimar los costos y tiempos necesarios para la instalación del sistema de aire
acondicionado.
1.4 JUSTIFICACIÓN
Este informe de suficiencia se basa en la necesidad de crear ambientes confortables a las
personas en los meses de verano en dicho restaurant. Además el presente informe
constituye un aporte académico debido a que muestra de manera ordenada y eficaz de
como diseñar e instalar un sistema de aire acondicionado Multi V plus 11.
El aporte tecnológico lo constituye el programa informático que es una herramienta nueva
de diseño, que calculará la cantidad total de tubería de cobre, cantidad total del número de
brantch, cantidad de la carga del refrigerante y la capacidad en Btu/hr de la unidad
2.1 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO
2.1.1 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA
Es un sistema técnicamente avanzado que maximiza la capacidad de enfriamiento,
eficiente y económico, desarrollado para edificios enormes y de gran altura. A continuación
se muestran algunas características cualitativas y cuantitativas.
► Modelos de gran capacidad (5HP-64HP)
► Longitud mayor de tubería de 220 mts.
► Longitud máxima total de 1000 mts.
► Instalación fácil en edificios altos, utilizando los elevadores de servicio
,- Instalación piso por piso.
,.. Reducción los trabajos de instalación.
► Instalación flexible de las tuberías en tres posibles direcciones.
► Incorpora huecos para maniobras con montacargas.
► Combinación de compresores DC inverter con velocidad constante.
El sistema multi V plus 11 en comparación del sistema multi V genera un aumento del sub
-enfriamiento por el intercambiador de calor del tipo de placa a la vez permite que el largo de
las tuberías sea mayor y se obtiene mayor diferencia de altura y por último la operación de
2.1.1.1 Instalación de tuberías largas
El sistema multi V plus 11 a comparación del sistema multi V tiene una mayor nivel de
diferencia de altura vertical desde la unidad exterior hasta una unidad interior, una mayor
longitud de tubería de cobre, una mayor longitud hasta el primer brantch y mayor nivel de
diferencia entre las unidades exteriores.
A continuación mostramos un cuadro comparativo entre los dos sistemas:
TABLA 2.1 Comparación de sistema multi v plus y plus 11.
Sistema multi V Sistema multi V
plus plus 11
Longitud de tubería total 300 mts. 1000 mts.
Longitud equivalente 150 mts. 220 mts.
Longitud de la tubería hasta 40 mts. 90 mts. el primer brantch
Nivel de diferencia entre la
unidad exterior y la unidad SO mts. 100 mts. interior
Nivel de diferencia entre la
unidad interior y la unidad 15 mts. 15 mts.
interior
Nivel de diferencia entre la
2.1.1.2 se HEX tipo de placa
Una característica fundamental que las tuberías de cobre sean de mayor longitud y mayor
altura es por el intercambiador de calor utilizado del tipo placa, además dicho
intercambiador aumenta el sub enfriamiento y la operación de enfriamiento más poderosa.
IVIULTI
v.
PLUSIVIULTI
v.
PLUSillFIG. 2.1: Comparación de sistema multi V plus y sistema multi V plus 11.
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EEV
I
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SH
H
FIG. 2.2: Gráfica Presión vs entalpía de un sistema multi V plus 11.
2.1.1.3 Función del ciclo alternado
En este tipo de sistema para extender la vida útil de los compresores se operan
alternadamente para las diversas cargas de operación.
J, • ( +
1
. .
FIG. 2.3: Gráfica de compresores que operan alternadamente
2.1.1.4 Función del respaldo automático
En este tipo de sistema para emergencias, hace posible la operación de respaldo antes del
diagnóstico, además muestra error en la unidad interna: cuatro veces por día (Cada 6
horas).
!l�'.t-1
-.ft,;,t .. .,... �• ... ,:'\ �... .¡ ..¡-. .,. '.... • 1' t �· --t• ... --�-.. ' .. ,. 1 '� ··-�FIG. 2.4: Gráfica de respaldo automático en compresores.
���' . .
2.1.2 FUNCIONES DEL SISTEMA
2.1.2.1 Función de verificación del refrigerante
En el sistema multi V plus 11, cuenta con un microprocesador llamado diagnóstico de
detención de falla cuya función es para determinar escape, baja carga o sobre carga de
refrigerante, durante el arranque
Escilpe!
ESCilpe!
ESCilpe!
Diagnóstico de Detección de Falla ((Fault DetectJon Diagnosis)]
Esc;ape!
FIG. 2.5: Gráfica de detección de falla en un sistema multi V plus 11.
2.1.2.2 Función de carga automática del refrigerante
Para cargar la cantidad apropiada del refrigerante automáticamente a través del ciclo de operación. Durante el servicio, esta función es recomendada.
1 1 1 \
... I \
....
-
.,
\ \\
Diagnóstico de Detección de Fallas [Fault Detection Diagnosis (FDD))
Manltold: Usar el puerto de baja presión
� Diámetro menor de: 1.4mm Largo total : lm
� I
¡, Montaje del Caplllar
1
', I
.... ....
/....
.... ....
"'
.,
...
_____
_,
., ...
\ I..,
" I
Refrigerante
•
-2.1.2.2 Función de Pump Down y Pump Out
-► Pump Down
-Cuando falla la unidad interna, todo el refrigerante en la unidad interior es
bombeado a la unidad externa
Flujo del Refrigerante
-FIG. 2.7: Gráfica del flujo de refrigerante para reparación de UE.
, Pump Out
Cuando falla la unidad exterior, todo el refrigerante en la unidad exterior es
bombeado a la unidad interna
Flujo del Refrigerante
2.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE INSTALACIÓN
En el proceso de instalación del sistema multi V plus 11, existen elementos importantes a
tomar en cuenta para una correcta instalación. A continuación mostramos estos elementos:
2.2.1 Tubería de cobre: Es el medio por donde circula el gas refrigerante desde la unidad
exterior hasta la unidad interior. Por lo tanto este medio o canal tiene que estar libre de
impurezas. A continuación se muestran algunos pasos para evitar la contaminación de la
tubería de cobre.
✓ Siempre mantener la tubería de cobre sellada para evitar contaminación y humedad
antes de su instalación. Rechazando la tubería que no tenga sello.
FIG. 2.9: Tubería de cobre sellada.
✓ No almacenar la tubería verticalmente para evitar deformaciones.
✓ Cortar la tubería de cobre con cortatubos y no con cierras, serruchos, etc.
FIG. 2.11: Forma correcta de cortar la tubería de cobre.
✓ Realizar la limpieza de la rebaba post corte siempre con el extremo abierta hacia
abajo para evitar contaminación interna.
✓ Realizar el recubrimiento del aislante en la tubería de cobre y en el brantch de
manera correcta.
FIG. 2.13: Recubrimiento correcto del aislante con cinta foam.
✓ Siempre entubar los pases de la tubería de refrigeración
✓ Evitar la formación de hollín por oxidación del cobre durante la soldadura, ya que el
hollín se desprende y obstruye los coladores, filtros y válvulas de expansión.
FIG. 2.15: Tubería con Hollín en su interior luego de ser soldada sin nitrógeno.
Todo trabajo de soldadura debe realizarse con flujo permanente de nitrógeno, circulando
en la tubería: Presión mínima: 0.1 kgf/cm2.
El nitrógeno desplazará el aire y el oxígeno, evitando la oxidación del cobre. Al ser inerte, el
nitrógeno no forma óxido ni hollín.
Brazin s !ion
Copp r pip 1/
T. inc
.,,,
- -
-
....,,.
'
'
'
Pr sur r ul torHi fl Nitro n ylínd r
pr ur hos
✓ Instalar siempre bandejas para el tendido externo de la tubería de refrigeración.
FIG. 2.17: Bandejas instaladas a 20 cm del suelo.
✓ Respetar el diseño del proyecto (Longitud de tubería, Diámetro de tubería,
accesorios, carga adicional de refrigerante)
2
M
EVAP 1 4M
4M
10M
2M
FIG. 2.18: Gráfica de un sistema multi V plus 11.
EVAP2
4M
4M
✓ Instalación correcta de los Brantch en el plano horizontal (180º ± 1 Oº)
To outdoor unit
1
8 To branch piping or indoor unit
CID
-(
i�======�
)
:o
I
Within +/- 1 O
FIG. 2.19: Brantch para evaporadores y condensadores.
✓ Limpieza interna del sistema (Flushing)
®
Conectar el nitrógeno por el puerto de seNicio de la línea de líquido, en la
condensación a 0.5 MPa (72 Psi) para limpiar el sistema.
Repetir el proceso por la línea de gas.
Primary
srde
N1trogen
P =72 PSI
✓ Presurización para pruebas de fugas
2.9
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
o
Presurizar las tuberías del líquido, gas y todas las uniones soldadas de acuerdo al
siguiente procedimiento:
1.- Presurizar a 0.3 MPa (45 PSI) por tres minutos.
2.- Presurizar a 1.5 MPa (217 PSI) por tres minutos.
3.- Presurizar sin exceder a 3.8 MPa (551 PSI = 38 BAR = 38 kg/cm2) por 24 horas.
Durante el proceso de presurización las válvulas del condensador deben estar
cerradas.
-Step 3
3.8 MPa
'-
'-,-
---
Outdoor t
-emperature(
r •)
Step 1
1.
S
MP
a
x 5min
Step 1
0.3MPa x 3min
-
24 hours
-5 minutes
◄ ►
3 minutes
FIG. 2.21: Gráfica de presurización vs tiempo.2.8
9
25
(.20
(.15
(.✓ Secado por vacío
Los sistemas de caudal variable no utilizan filtros secadores, por ser elementos que
desequilibran el equilibrio del flujo de refrigerante. Entonces, el proceso de vacío
adecuado es muy importante.
FIG. 2.22: Filtro secador no utilizado en el sistema Multi V.
Utilizar siempre:
Un sistema de seguridad (Check o válvula solenoide) para evitar la contaminación
del sistema, en caso de que la bomba de vacío se detenga durante el proceso.
FIG. 2.23: Vacuometro digital.
Recomendaciones a utilizar:
Una bomba de vacío con las siguientes características:
❖ Caudal mayor a 2.5 CFM (más rápido)
Procedimiento del secado por vacío
1.- Aplicar vacío durante más de 02 horas y hasta alcanzar o exceder 5 Torr. de
vacío (-755 mmHg, 667 Pa).
2.- Luego, mantener operando la bomba de vacío durante al menos una hora
adicional.
3.- Detener la bomba y verificar que el vacío alcanzado (0.67 kPa o menos) se
mantenga por más de una hora.
Si las condiciones anteriores se cumplen podemos asegurar que se ha retirado toda
la humedad del sistema (secado por vacío).
1
TABLA 2.2: Valores de presurización
Boilng point of
Iola vacuum
The deg
ree
·,ater("C)
mmHg
40
-705
30
.724
26.7
.735
24.4
-738
22.2
-740
20.6
-742
17.8
.7 5
15.0
.747
11.7
-750
7.2
-752
o
.755
Pressure
Pa
Torr
7 333
55
4 800
36
3 333
25
3 066
22
2 666
20
2 400
18
2 000
15
1 733
13
1 333
10
1 066
8
✓ Cargas del refrigerante
1.- Las longitudes y diámetros para el cálculo de la carga de refrigerante deben ser
reales, no teóricos. Utilizar los últimos datos de obra o los planos /Lats multi V
actualizados: Retroalimentación.
2.- Comparar la cantidad calculada con la cantidad indicada en el Lats MultiV.
Utilizar el cálculo mayor.
3.- La carga de refrigerante tiene como objetivo cargar refrigerante a la tubería
instalada, no al equipo.
4.- Utilizar siempre una balanza electrónica en buen estado y calibrada.
5.-No utilizar refrigerante que no indique la marca del fabricante.
6.- El cálculo se hace sólo tomando en cuenta la longitud de la tubería de líquido en
todo el sistema.
7 .- Cargar únicamente refrigerante líquido. Nunca cargar gas (R 41 O: Mezcla de dos
gases al 50%: R 32 y R125)
8.- Instalar una válvula de servicio en la línea de líquido que servirá para presurizar
y para cargar refrigerante.
9.- R 41 O: Opera a presiones 1.6 veces mayores que el R 22.
HIPÓTESIS DE TRABAJO
3.1 IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
Luego de analizar el sistema de caudal variable de refrigerante (CVR), sabemos que estos
tipos de sistemas normalmente son instalados en edificios debido a las longitudes mayores
de tubería que el sistema de expansión directa convencional puede alcanzar, debido a esta
razón surge identificar el principal problema mediante la siguiente pregunta:
¿Es posible implementar un sistema de aire acondicionado de caudal variable de
refrigerante en un restaurant de tres pisos?
Además surgen problemas secundarios mediante las siguientes preguntas:
¿Es posible calcular la carga térmica del restaurant?
¿Es posible diseñar el sistema de aire acondicionado para el restaurant?
¿Es posible elaborar el plan de ejecución y costos del sistema de aire acondicionado para el
restaurant?
,,
3.2 DETERMINACIÓN DE LA HIPÓTESIS DE TRABAJO
Considerando que es posible realizar lo siguiente:
► Implementar un sistema de aire acondicionado de caudal de refrigerante variable en
un restaurant de tres pisos ubicado en la ciudad de Lima.
► Calcular la carga térmica del restaurant basado en la norma ASHRAE HANDBOOK
FUNDAMENTALS 2009, la norma ASHRAE STANDARD 55, la norma ASHRAE
STANDARD 62 y la norma ASHRAE GRP 158 utilizando el software CHVAC ELITE.
► Diseñar un sistema de aire acondicionado basado en los parámetros de diseño
dados por la empresa LG y a la vez basado en la norma SMACNA (HVAC DUCT
CONSTRUCTION STANDARDS) utilizando el software LATS MULTI V y
DUCTSISER respectivamente.
► Elaborar el plan de ejecución del sistema de aire acondicionado a través de los
indicadores relacionados a los costos mediante el Software MS. PROJECT y MS.
EXCEL.
, Instalar los equipos de aire acondicionado con las respectivas pruebas de
funcionamiento para asegurarnos la operatividad del sistema (mediciones de
temperatura, mediciones de caudal, mediciones de corriente). Sistema de aire acondicionado
¡ implementado con trece equipos de
aire acondicionado
• PRULNA HNAL
Se comprueba que en el restaurant se dispone;
13 equipos de aire ctcondicionctdo
Se calcula la carga térmica del restaurant
Se disena el sistema de aire
acondicionado a utilizar Se elabora el plan de ejecución y se estiman los costos Se instalan los equipos de aire acondicionado
• lJasados en ta Norma
ASHRAL HANDBOOK fUNDAM[N rAL5 2009 • • Selección Lflclcncla de los sistemas seleccionados del si!i.tcma a utilizar • d los COSlO'i Se obtienen los Indicadores relacionados
FIG. 3.1: Diagrama de medios -fines (Simplificado).
• Se observa que el equipo encienda cuimdo
4.1 SISTEMAS DE AIRE ACONDICIONADO
Un sistema de aire acondicionado es aquel que está destinado a producir en el interior de
los locales cambios en la temperatura, humedad relativa respecto a las condiciones
exteriores y de esta manera lograr obtener condiciones de confort para las personas
presentes dentro de los mismos.
El acondicionamiento de aire es el proceso más completo de tratamiento del aire ambiental
de los locales habitados; consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura
(calefacción o refrigeración), humedad, limpieza (renovación, filtrado) y movimiento de aire
dentro de los locales.
4.1.1 FUNCIONES BÁSICAS A CUMPLIR POR LOS SISTEMAS
Los sistemas de aire acondicionado deben garantizar condiciones en el local que conduzcan
confort, para cumplir con este fin, las funciones básicas a realizar por el sistema son:
Calentamiento, enfriamiento, humidificación, deshumidificación, además que debe
garantizar las funciones de ventilación, filtrado y circulación.
Los sistemas de aire acondicionado pueden clasificarse de acuerdo al sistema mecánico de
enfriamiento en;
a) Sistema de expansión directa
Asimismo pueden clasificarse de acuerdo a la descarga de aire o refrigerante en:
a) Sistema unizona
b) Sistema de doble dueto
e) Sistema multizona
d) Sistema de volumen de aire variable (VA V)
e) Sistema de caudal variable de refrigerante (CVR)
4.1.1.1 Sistema de expansión directa
La principal aplicación de este sistema es para capacidades de enfriamiento de 3.5 a 241.4
kW (1 a 80 TR). En este sistema, el medio que actúa como absorbedor de calor es el
refrigerante al evaporarse y requiere de un circuito de tuberías de refrigeración para
interconectar el serpentín evaporador, el compresor y serpentín condensador. El serpentín
evaporador tiene la función de cambiar el refrigerante de estado líquido a estado gaseoso,
elevando su temperatura y presión. En los equipos paquete se ubica en la sección de
expansión y en el sistema dividido se ubica en la unidad manejadora de aire. El compresor
aumenta la presión y temperatura del refrigerante hacia el aire y se lleva a cabo un cambio
de estado, de estado gaseoso a estado líquido a temperatura constante., se localiza junto
al compresor en la unidad condensadora. Para unidades acondicionadoras de aire tipo
paquete el circuito de refrigeración está integrado y para el sistema tipo dividido, los
diámetros de la tubería varían de acuerdo a la capacidad de enfriamiento, localización y
distancia entre la unidad manejadora de aire y la unidad condensadora.
4.1.1.2 Sistema de agua refrigerada
El sistema de agua refrigerada se utiliza principalmente para medianas y grandes
capacidades de enfriamiento 284.9 a 2,111.2 kW (81 a 600 TR), considerando como factor
principal para su instalación, que el costo de operación es menor que el sistema de
expansión directa. Para el proceso de enfriamiento de este sistema se pueden considerar
refrigeración mecánica ubicado en la unidad enfriadora de agua. En el evaporador se lleva a
cabo un intercambio de calor entre el agua refrigerada y el gas refrigerante, que es donde
realmente se lleva a cabo el enfriamiento del agua y evaporación del refrigerante. Una vez
enfriada el agua, se hace circular por tuberías aisladas térmicamente por un sistema de
bombeo, hasta los serpentines de enfriamiento de las diferentes zonas acondicionadas de
un edificio.
En el circuito secundario se lleva a cabo el enfriamiento y condensación de gas refrigerante,
el agente condensador puede ser aire o agua de condensación. Para el caso de agua de
condensación se requiere la instalación de una torre de enfriamiento, donde se bombea el
agua caliente que sale del serpentín evaporador hasta la parte superior de la torre, durante
el recorrido del agua por la torre y hasta llegar al depósito inferior, el agua de condensación
disminuye su temperatura. Por medio de un sistema de bombeo, se hace circular por
tuberías aisladas térmicamente hasta el serpentín evaporador de la unidad enfriadora.
Cuando el agente condensador es aire, se emplean condensadores enfriados por aire. el
cual generalmente es forzado con ventiladores axiales, ubicadas en lugares remotos en el
exterior. Hasta donde se envía y retorna el refrigerante de la unidad enfriadora de agua.
4.1.1.3 Sistema Unizona
El sistema unizona es aquel que cuenta con un solo dueto de inyección ya sea horizontal o
vertical. Este sistema tiene la característica de contar con los serpentines de enfriamiento y
calefacción en serie, empleando un dueto común para distribuir el aire y alimentar los
difusores de inyección. La aplicación más importante que tiene este sistema es en sistemas
de volumen constante, sistemas de volumen variable y sistema de recalentamiento por
zonas. El sistema de aire acondicionado tipo unizona es el más sencillo. Puede empelarse
con equipos tipo paquete o sistemas tipo dividido de expansión directa o de agua
refrigerada, manteniendo el concepto de emplear un solo control de temperatura para una
determinada área común. La unidad puede instalarse fuera o dentro del local acondicionado
temperatura, humedad y pueden apagarse cuando se desee sin afectar la operación de
otros locales.
El uso del sistema unizona se limita donde las variaciones de carga de la zona
acondicionada son casi uniformes. Un sistema unizona puede aplicarse a locales pequeños
o medianos. Una típica unidad paquete, que se complementa internamente con un sistema
de refrigeración y calefacción es considerada un sistema unizona. El control del sistema
unizona se lleva a cabo por medio de un termostato que controla una válvula solenoide para
el control de flujo del refrigerante o por la instalación de recalentamiento o por la
combinación de estos. Cuando se incluye un humidificador al sistema, se dispone de control
de humedad sensible a las necesidades del local acondicionado. El sistema unizona sin
recalentamiento ofrece flexibilidad de enfriamiento pero no puede controlar humedad de
verano independiente de los requerimientos de temperatura.
El sistema unizona tiene la ventaja de ser fácil de balancear y es fácilmente adaptable a
cualquier tipo de recurso de energía para calefacción o refrigeración. Para que el sistema
unizona siga siendo un sistema de ahorro de energía, debe dar servicio solamente a los
locales que se ocupan simultáneamente. La respuesta del sistema de aire permite una
rápida restauración de la temperatura del local con uso mínimo de energía. El sistema
unizona puede ampliar su aplicación en locales donde se cuente con varios locales con
diferentes variaciones de carga en forma simultánea, convirtiéndolo en sistema de volumen
de aire variable (VA V), como son, uso del local, orientación y hora del día, entre otros.
El control de temperatura en un local acondicionado requiere un equilibrio entre la carga del
local acondicionado y el aire suministrado para compensar la carga.
4.1.1.4 Sistema de doble dueto
El sistema de doble dueto acondiciona todo el aire en un equipo central y lo distribuye a
locales condicionado a través de los duetos principales paralelos. Un dueto lleva aire fria y el
tiempo. En cada local o zona acondicionada debe existir una válvula mezcladora que
corresponde a un termostato de cuarto y lleva a cabo la mezcla de las dos corrientes de aire
frio en proporciones apropiadas para satisfacer la carga térmica del local acondicionado.
Los sistemas de doble dueto pueden ser de alta velocidad o alta presión y operan de
manera similar a los sistemas de baja velocidad solo que el ventilador inyección trabaja a
una presión mucho más alta y cada zona requiere una válvula mezcladora con atenuación
de ruido. Además se requiere mayor energía para operar el ventilador de inyección además
de requerirse un ventilador de retorno de aire a altas presiones del sistema; por
consiguiente, esos sistemas no son recomendados para sistemas nuevos.
Los sistemas de volumen variable de doble dueto permiten por ellos mismos particularizar
requiriendo la flexibilidad en la carga máxima de enfriamiento y calefacción. El aire caliente
y frio son mezclados para permitir el control de temperatura del local. En zonas que
requieran enfriamiento máximo la temperatura y volumen necesarios de inyección son los
mismos que la aplicación de un sistema de volumen constante. Si la carga de enfriamiento
es reducida, el volumen de aire frio es modulado a un mínimo predeterminado. Con una
futura reducción en la carga de enfriamiento, el suministro de aire caliente se abre y la
mezcla ocurre hasta que exista la demanda para máxima calefacción.
La modulación del ventilador empleado en este sistema es el mismo que se emplea en el
sistema de sólo dueto de volumen variable, para lograr los ahorros de energía programados.
Para aprovechar al máximo la energía, las temperaturas del aire frio y del aire caliente
deben ser restablecidas automáticamente para los requerimientos de enfriamiento y
calefacción máximos. Los reguladores de caudal se encuentran en la CVV. Se recomienda
que el sistema sea provisto con control de velocidad en el ventilador para asegurar el control
4.1.1.5 Sistema Mutizona
El sistema multizona se aplica para dar servicio a un pequeño número de zonas con una
sola unidad manejadora de aire con sistema de enfriamiento de agua refrigerada. Los
requerimientos de las zonas las zonas acondicionadas son abatidos por una mezcla de aire
frio y caliente a través de las compuertas de las zonas de unidad manejadora de aire en
respuesta a los requerimientos de los termostatos de cuarto de cada zona. El aire
acondicionado mezclado es distribuido a lo largo del edificio por un sistema de duetos,
empleando ramales para cada zona acondicionada. El aire del retorno se maneja de una
manera convencional con retorno común. Este sistema no cuenta con control de velocidad
del ventilador de inyección.
4.1.1.6 Sistema de volumen de aire variable (VAV)
El sistema VAV consiste en variar el caudal de aire requerido en un local acondicionado
conforme las variaciones de carga manteniendo constante la temperatura del aire de
inyección, lo cual dependerá de diferentes variables, como son , uso del local, orientación y
hora, entre otros . El control de temperatura en un local requiere equilibrio entre la carga
térmica del local y el caudal de aire suministrado para compensar dicha carga. Durante el
proyecto, se debe decidir entre variar la temperatura del aire de inyección (volumen
constante) o variar el volumen de aire de inyección (volumen variable) conforme las
variaciones de carga del local acondicionado.
El sistema VAV se emplea en edificios donde la carga térmica es variable a lo largo del día
en múltiples áreas, principalmente en zonas interiores y zonas perimetrales de un edificio. El
sistema VAV puede aplicar a la variación de caudal del sistema principal y/o en las zonas
Es posible variar el caudal de aire en una zona mientras se mantiene el caudal del
ventilador de inyección constante, descargando el exceso de aire en un pleno de retorno o
directamente en el dueto de retorno (by-pass). <1l
<1>Ahorro de energía del sistema de aire acondicionado del edificio administrativo el imp. México D.F
(lng. Fernando Arellano Castillo)
4.1.1. 7 Sistema de caudal variable de refrigerante (CVR)
El sistema de climatización de caudal variable de refrigerante son relativamente modernos
en comparación a otros sistemas (sistemas todo aire, todo agua etc.), el parámetro o la
variable que se modifica en estos sistemas es el caudal o flujo del refrigerante, que se
regula gracias a diversas tecnologías en los compresores (lnverter) y a las válvulas de
expansión electrónicas (EXV-Electronic Expansión Valve) o válvulas de modulación de
impulsos (PMV- Pulse Motor Valve}, incorporados en unidades interiores y exteriores, con el
fin de ajustar la capacidad a la demanda. La idea no es otra que entregar a cada unidad
interior el refrigerante (Potencia frigorífica) que demanda en la zona que climatiza. De esta
manera se consigue que el consumo no sea el total del sistema, sino que es función de la
potencia que se entrega. (2)
4.2 CONFORT TÉRMICO
El cuerpo humano se ajusta a los cambios de temperatura que ocurren en su entorno, pues
la persona es el centro fundamental del proceso de aire acondicionado ya que para eso se
intenta crear un ambiente artificial confortable.
La temperatura interna del cuerpo humano es aproximadamente 37°C, mientras que la
exterior de su piel es de 21 ºC, se tiene una impresión anímica de calor o fria si la
temperatura del aire o cualquier cuerpo adyacente a la piel es inferior o superior a los 21
ºC_(3)
<3l CARNICIER E, Aire Acondicionado, 51ª Edición, Cap. 111
4.2.1 Balance Energético
El gráfico (FIG 4.1 ), nos muestra la iteración térmica del cuerpo humano con el medio
ambiente. La tasa metabólica total M dentro del cuerpo es la tasa metabólica requerida
para la actividad de la persona Mact mas el nivel metabólico requerido para el escalofrío
Mshiv (should shivering occur).
Una porción de la energía de producción del cuerpo puede ser expandida en los trabajos
externos W; El calor neto de producción M-W es transferido al ambiente a través a través de
la superficie de la piel (Qsk) y tracto respiratorio (qres) con algún excedente o déficit
(S)causante que la temperatura del cuerpo suba o baje. La expulsión de calor que se
produce en ef cuerpo humano de manera significativa son:
4.2.1.1 Convección: El calor se transmite de un sólido caliente a un fluido o
recíprocamente, de un fluido caliente a un sólido.
Si el fluido (aire ambiente) se encuentra a una temperatura inferior que el sólido (piel), se
ocasionaran perdidas por convección, esta convección se acrecentara con el movimiento
4.2.1.2 Evaporación: La regulación térmica se da a través de la piel, que por intermedio de
los nervios terminales detecta toda la variación en las condiciones del ambiente
(temperatura, humedad, velocidad del aire), informando al cerebro si la temperatura exterior
está bajando o subiendo para poner en marcha los mecanismos de acción.
4.2.1.3 Radiación: El calor se desplaza en línea recta a lo largo del espacio, desde un
cuerpo desde temperatura elevada a otro de temperatura inferior. La propagación del calor
por radiación sucede de igual manera que la propagación de la luz se desplaza en línea
recta en todas las direcciones.
Pérdida de calor por evaporación (Es,)
( ,., ,.,)
Arre de los alrededores (t. v. p.)
Convección (C) Pérdida de calor sensible de la piel
( -R) uerpo
Sudor (p,,, w)
Vestimenta (R,,R,,,)
Superfrcre expuesta (t,, f,, t)
FIG 4.1: Interacción térmica del cuerpo humano y el medio ambiente. (4l
<•> ASHRAE; Handbook Fundamentals 2009, capítulo 9.3.
Con este análisis y tomando en cuenta la ecuación desarrollada por Fanger para el balance
Dónde:
M: Tasa de producción de calor por metabolismo, W/m2.
W: Tasa de trabajo mecánico consumido, W/m2.
Qsk: Tasa total de calor perdido a través de la piel por convección y radiación, W/m�. Qres: Tasa total de calor perdido a través de la respiración, W/m2.
C+R: Calor sensible perdido a través de la piel por convección y radiación, W/m2.
Esk: Tasa total de calor perdida por evaporación a través de la piel, W/m2. Cres: Tasa de calor perdida por convección debida a la respiración, W/m2. Eres: Tasa de calor evaporativo perdido a través de la respiración, W/m2. Ssk: Tasa de acumulación de calor en el comportamiento de la piel, W/m2. Ser: Tasa de acumulación de calor en el cuerpo, W/m2.
RADIACION RADIACION
EVAPORACION EVAPORACION
RADIACION
'
/
•
RADIACIOl'I�
4
CONDUCCION CONDUCCION
FIG. 4.2: Transmisión de ca or en el cuerpo humano (S)
rsJAIRE ACONDICIONADO E. CARNICER ROYO CAP. 3
4.2.2 Condiciones que proveen el confort térmico
El confort térmico mental que expresa satisfacción con el medio ambiente, debido a que
existen muchas variaciones tanto psicológicas, como fisiológicas de persona a persona es
difícil satisfacer a todos en un espacio. Las condiciones ambientales requeridas para el
en laboratorios y en el campo se ha llegado a obtener información para proveer datos
estadísticos que definen condiciones para un porcentaje específico de ocupantes que se
encontrarían térmicamente confortables.
Hay seis factores primarios que deben ser tomados en cuenta cuando se definen las
condiciones para el confort térmico, los cuales se muestran a continuación:
❖ Actividad de las personas o tasa metabólica.
❖ Resistencia térmica de la ropa.
❖ Temperatura del aire.
❖ Temperatura radiante media.
❖ Velocidad del aire.
❖ Humedad relativa.
4.2.3 Escala de sensación térmica
El bienestar térmico que en principio se logra cuando el cuerpo mantiene su equilibrio con el
mínimo esfuerzo es una percepción de satisfacción fisiológica que por su subjetividad es
necesario definirla en virtud de ecuaciones empíricas determinadas mediante estudios
estadísticos.
Para valorar las condiciones climáticas de un ambiente Fanger (sentó las bases para el
estudio del comportamiento térmico y la interacción del cuerpo humano con el ambiente), ha
elaborado un índice conocido como PMV (Voto medio pronosticado), que se deriva de la
física de transferencia de calor combinada con una adaptación empírica para la sensación.
El PMV establece una tensión térmica basada en la transferencia de calor en estado
estacionario entre el cuerpo y el ambiente, y a la vez asigna un voto de confort a esa
cantidad de tensión, en virtud de que es imposible, técnicamente y económicamente
alcanzar un grado de confort óptimo. El modelo de Fanger a la vez considera otro índice
que es el PDD, definido como el porcentaje pronosticado de personas insatisfechas en cada
La ecuación del PMV para el confort térmico es un modelo en estado estacionario .Esta es
una ecuación empírica para predecir el voto medio en una escala de valores de tipo ordinal
de confort térmico de un grupo de personas. La ecuación usa un balance térmico en estado
estacionario para el cuerpo humano y asume un vínculo entre la desviación de la
acumulación mínima en el mecanismo ejecutor del balance térmico.
A continuación se muestras las ecuaciones del PMV y PPD:
PMV
=
[0.333 exp(-0.036 M)+
0.028]L}Dónde:
PMV: voto medio previsto
M: Tasa de producción de calor por metabolismo, w/m2.
L: Carga térmica sobre el cuerpo, definida como la diferencia entre el calor producido
internamente y el calor perdido hacia el ambiente, w/m2.
PPD
=
100 -95 expí-(0.03353PMV4+
0.2179PMV2)]Dónde:
PPD: Porcentaje pronosticado de personas.
El PMV está escalado para los votos pronosticados de sensación térmica en una escala de
siete. La mayor limitación del modelo PMV es la restricción explicita de la temperatura de la
piel y la perdida de calor por evaporación en valores para confort y sensación "neutral" en
un nivel dado de actividad.
La escala de sensación térmica se muestra a continuación:
+3 muy caliente
+2 caliente
+1 ligeramente caliente
-1 ligeramente fria
-2 fria
-3 muy fria
A continuación se muestra los valores recomendados por la ASHRAE STANDARD
55-2004 de PPD y PMV:
TABLA 4.1: Ambiente térmico aceptable para confort general. <5 )
PPD PMV (Rango)
< 10 -0.5 < PMV < -0.5
La siguiente tabla especifica el máximo cambio en temperatura operativa permitida durante
un periodo de tiempo.
TABLA 4.2: Variación de la temperatura operativa en un periodo de tiempo. <7l
PERIODO DE TIEMPO 0.25 h 0.5 h lh 2h 4h
1.1 ºC 1.7°( 2.2°( 2.8º( 3.3º(
MÁXIMO CAMBIO DE TEMPERATURA OPERATIVA PERMITIDA (2.0ºF) (3.0ºF) (4.0ºF) (5.0ºF) (6.0ºF)
(ª'ASHRAE STANDARD 55-2004 Pág. 9
17'ASHRAE STANDARD 55-2004 Pág. 6
4.2.4 Descripción de variables del medio ambiente térmico
4.2.4.1 Temperatura del aire
Es la temperatura promedio del aire que rodea a un ocupante. El promedio es respecto a la
localidad y al tiempo. Como mínimo, el promedio espacial es el promedio numérico de la
temperatura del aire al nivel de los tobillos, cintura y cabeza. Estos niveles son 0.1, 1.1 y
1.7mts para ocupantes parados. Cuando el ocupante está situado en una corriente de aire
directa, la temperatura del aire sobre el individuo puede ser usada. Como mínimo, el tiempo
tiempo. Sin embargo, el periodo puede extenderse por encima de los quince minutos si
existen muchas variaciones cíclicas.
4.2.4.2 Temperatura media radiante
Se define como la temperatura uniforme de un recinto negro imaginario que produce la
misma pérdida de calor por radiación en las personas como en el recinto real.
4.2.4.3 Temperatura operativa
Es la temperatura a la que corresponden valores dados de humedad, velocidad del aire,
actividad metabólica y resistencia térmica de la ropa, a partir de ellos se puede determinar
una zona de confort está definida en términos de un rango de temperaturas operativas que
proveen condiciones térmicas del ambiente aceptables.
4.2.4.4 Velocidad del aire
Es la velocidad promedio del aire a la cual el cuerpo es expuesto. El promedio es con
respecto a la localidad y tiempo. La toma de datos, se le realiza de la misma forma que se
emplea para la temperatura del aire.
4.2.4.5 Humedad
Es una referencia general del contenido de humedad del aire. Puede ser expresada en
términos de muchas variables termodinámicas, incluyendo la presión de vapor, la
temperatura del punto de rocío, y la relación de humedad. (S)
4.2.5 Cálculo de la temperatura ambiental
4.2.5.1 Medición de la tasa metabólica
La tasa de calor metabólico producido por el cuerpo es medida por la tasa de consumo de
oxígeno y la producción de dióxido de carbono. Una ecuación empírica para la tasa del
metabolismo es dada por Nishi (1981 ), la tasa metabólica se calcula de la siguiente manera:
Dónde:
M: Tasa metabólica, W/m2.
R0: Cociente respiratorio.
21 (0.23 RQ
+
0.77) x Q0M=
zAo
Q02 : Tasa metabólica de oxigeno consumido a condiciones estándar (condiciones estándar
t: 0ºC y la presión P: 101,325 kPa)
A0: Área superficial del cuerpo, m:?
El valor exacto del cociente respiratorio Ro depende de la actividad de la persona, dieta y la
condición física. Es posible determinarla mediante la medición de dióxido de carbono y
oxígeno en los flujos respiratorios, o puede ser estimada con precisión razonable. Una
buena estimación para el promedio adulto es Ro = 0.83 para actividades livianas o
sedentarias (M < 1.5 met). La estimación de estos valores no afecta rigurosamente el valor
de la tasa de metabolismo, debido a que un error del 10% en Ro resulta un error de menos
del 3% en la tasa metabólica. <9l
En la siguiente tabla se muestra la tasa de oxigeno consumido (Q0) en los diferentes
TABLA 4.3: tasa de latido y oxigeno consumido en diferentes niveles de actividades. (10)
nivel de esfuerzo tasa de latido (bpm) Oxigeno consumido (0.,2) (ft3/h)
trabajo ligero < 90 < 1
trabajo moderado 90 a 100 la2
trabajo fuerte 110 a 130 2a 3
trabajo muy fuerte 130 a 150 3 a4
trabajo extremadamente 150 a 170 >4
fuerte
En cuanto al área superficial del cuerpo (A0) está basado en la ecuación de DUBOIS (1916)
(10)
Ao
=
0.202 mº·42s10.nsDónde:
m: masa, Kg.
1: Altura, m
Tomando como referencia una persona promedio de 1.73 m de altura y 70 kg de peso, por
tanto el valor de su área superficial del cuerpo aplicando la ecuación de DUBOIS es 1.8 m2
<9>
ASHRAE; Handbook Fundamentals 2009, capítulo 9.7.
TABLA 4.4: Tasa metabólica para varias actividades. (11'
Actividades Btu/ hr-ft2 Met<•)
Descansando
dormido 13 0.7
recostado 15 0.8
sentado, quieto 18 1.0
parado, relajado 22 1.2
Caminando (sobre nivel de terreno)
2.9 fps (2mph) 37 2.0
4.4 fps (3mph) 48 2.6
5.9 fps (4mph) 70 3.8
Actividades de oficina
leyendo, sentado 18 1.0
escribiendo 18 1.0
tipeando 20 1.1
archivando, sentado 22 1.2
archivando, parado 26 1.8
caminando 31 2.4
empacando 39 2.1
Manejando, volando
carro 18 a 37 1.0 a 2.0
avión, rutina 22 1.2
avión, instrumento de aterrizaje 33 1.8
avión, combate 44 2.4
Vehículos pesados 59 3.2
Actividades ocupacionales variables
Cocinando 29 a 37 1.6 a 2.0
limpiando casa 37 a 63 2.0 a 3.4
sentado, movimiento de miembro pesado 41 2.2
Máquina de trabajo
serruchando (tabla de serruchar) 33 1.8
encendido (industria eléctrica) 37 a 44 2.0 a 2.4
pesado 74 4.0
manejo de 110 lbs de equipaje 74 4.0
trabajo de recoger y palear 74 a 88 4.0 a 4.8
Actividades libres variables
bailando, social 44 a 81 2.4 a 4.4
calistenia, ejercicio 55 a 74 3.0 a 4.0
tenis 66 a 74 3.6 a 4.0
básquetbol 90 a 140 5.0 a 7.6
lucha 130 a 160 7.0 a 8.7
