Cálculo de carga térmica y diseño de sistema de ductos.

(1)

1

INTRODUCCIÓN

Empezaremos hablando sobre que es la climatización: generalmente se entiende como una temperatura agradable en el exterior o interior de la habitación. Para crear el clima adecuado es necesario regular la temperatura del aire ambiente. La humedad debe estar de acuerdo con la temperatura, para que ésta no esté demasiado alta o demasiado baja. La velocidad y la calidad del aire también juegan un papel importante en la climatización. Una climatización ideal favorece el bienestar del cuerpo humano. Durante los meses de verano, la temperatura ideal es de aproximadamente 27º C con una humedad relativa de 50% y una velocidad de aire de 0.2 m/s. Esto es comparable a una ligera brisa. En los meses fríos estos valores deben cambiarse. Entonces la temperatura debe ser aproximadamente 21 ºC y la humedad el 55 % estas temperaturas son consideradas en el medio ambiente. Con los cambios que ha sufrido el planeta estas temperaturas van cambiando por lo que ahora se usa una temperatura de 23 °C y una humedad del 50 % para una temperatura agradable y confortable.

Sabemos que el acondicionamiento de un área implica considerar muchos factores que deben ser tomados en cuenta ya que afectan directamente la carga térmica o conocido comúnmente como aire acondicionado, en nuestro caso se implementará la carga térmica a una escuela por lo que los factores que se toman en cuenta son:

o La dirección del edifico

o Las características del edificio (dimensiones) o Las fuentes de calor interior

o La orientación de las paredes del edificio o Los datos atmosféricos

o El horario del día en que la temperatura llega a su pico o El sombreado de los vidrios

o El número de personas que estarán en el edificio o Y la cantidad de ventilación requerida

(2)

2

JUSTIFICACIÓN

Con los grandes cambios climáticos que está sufriendo el planeta a razón del calentamiento global, muchas veces en verano o en otras estaciones del año padecemos altas temperaturas, y la implementación del aire acondicionado puede proporcionar un confort en la estancia.

A estas alturas en muchos lugares se hace indispensable contar con un medio de acondicionamiento. Hasta no hace muchos años, las alternativas eran los ventiladores, portátiles o de techo que vestían y ambientaban muy decorativamente las estancias, pero con estos cambios se han vuelto poco efectivos y ya no son tan cómodos como antes. También existen los ruidosos acondicionadores de aire de ventana, antiguos pero efectivos a la hora de mantener el aire fresco en un ambiente.

En este proyecto se pretende acondicionar la primaria Ángel Albino Corzo, en la colonia El Cedro, municipio de Comitán de Domínguez, Chiapas, con la finalidad de que tanto alumnos como docentes tengan un mayor rendimiento académico. Como sabemos, entre mejor sean las condiciones ambientales de las aulas, mejor va a ser el desempeño de los alumnos. Para ello, se realizará el cálculo de la carga térmica y el diseño de ductos con la finalidad de llevar de manera adecuada y uniforme el aire fresco a cada aula.

OBJETIVOS

Objetivo general:

Realizar el cálculo de la carga térmica y el diseño de ductos de la primaria Ángel Albino Corzo con la finalidad de que se tenga una mejor selección del equipo adecuado para el acondicionamiento de la primaria Ángel Albino Corzo y tener un mejor ambiente laboral para un mejor desarrollo académico.

Objetivos específicos:

.

a. Mejor selección de los equipos que se instalarán en cada edificio.

(3)

3

CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA EN QUE PARTICIPÓ

La escuela Ángel Albino Corzo está situada en la colonia El Cedro en la 5ta. Calle norte oriente número 152a en Comitán de Domínguez, Chiapas. En donde los docentes trabajan en forma adecuada para bridar una buena educación a sus alumnos y así alcanzar las metas a final del ciclo escolar, en donde el objetivo como institución es la de formar alumnos con capacidades y conocimientos bien fundamentados, además de empezar a forjarlos como personas con los valores esenciales ante la sociedad actual, en el horario de las 9 AM hasta las 2 PM regularmente aunque los docentes por lo general se retiran a las 3 PM.

Los edificios se encuentran distribuidos (ver apéndice A) de forma adecuada, en un terreno no muy amplio de 1 hectárea aproximadamente, en dónde la institución abre sus puertas y recibe a residentes o practicantes que desean desarrollar sus conocimientos con la finalidad de mejorar las instalaciones de la escuela.

PROBLEMAS A RESOLVER

El cálculo de carga térmica y diseño de ductos que se realiza en este proyecto, tiene como finalidad proporcionar un mejor ambiente laboral, lo que permite resolver uno de los principales problemas que es la incomodidad del clima que se tiene en cada aula, debido a que las ventanas y la falta de ventiladores no cubren con el exceso de calor que se genera en los salones. Es por ello que se realiza esta residencia para poder proporcionar a la Primaria Ángel Albino Corzo una solución y proporcionar confort a los alumnos y maestros de esta escuela.

ALCANCES Y LIMITACIONES

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4

FUNDAMENTO TEÓRICO

Historia del aire acondicionado

Figura 1: Lord Kelvin

En 1842, Lord Kelvin inventó el principio del aire acondicionado. Con el objetivo de conseguir un ambiente agradable y sano, el científico creó un circuito frigorífico hermético basado en la absorción del calor a través de un gas refrigerante. Para ello, se basó en 3 principios:

 El calor se transmite de la temperatura más alta a la más baja, como cuando enfriamos un café introduciendo una cuchara de metal a la taza y ésta absorbe el calor.

 El cambio de estado del líquido a gas absorbe calor. Por ejemplo, si humedecemos la mano en alcohol, sentimos frío en el momento en que éste se evapora, puesto que absorbe el calor de nuestra mano.

 La presión y la temperatura están directamente relacionadas. En un recipiente cerrado, como una olla, necesitamos proporcionar menor cantidad de calor para llegar a la misma temperatura que en uno abierto.

Un aparato de aire acondicionado sirve, tal y como indica su nombre, para el acondicionamiento del aire. Éste es el proceso más completo de tratamiento del ambiente en un local cerrado y consiste en regular la temperatura, ya sea calefacción o refrigeración, el grado de humedad, la renovación o circulación del aire y su limpieza, es decir, su filtrado o purificación.

(5)

5 Figura 2: Willis Haviland Carrier

Aunque Willis Haviland Carrier es reconocido como el “padre del aire acondicionado”, el término “aire acondicionado” fue utilizado por primera vez por el ingeniero Stuart H. Cramer, en la

patente de un dispositivo que enviaba vapor de agua al aire en las plantas textiles para acondicionar el hilo.

Las industrias textiles del Sur de los Estados Unidos fueron las primeras en utilizar el nuevo sistema de Carrier. Por ejemplo, la fábrica de Algodón Chronicle Mill en Belmont, Carolina del Norte, que tenía un gran problema. Debido a la ausencia de humedad, se creaba un exceso de electricidad estática, haciendo que las fibras de algodón se deshilacharan y fuera difícil tejerlas. El sistema Carrier elevó y estabilizó el nivel de humedad para acondicionar las fibras, resolviendo así la cuestión. Debido a su calidad, un gran número de industrias se interesaron por el aparato de Carrier. La primera venta que realizó al extranjero fue en 1907, para una fábrica de seda en Yokohama, Japón.

(6)

6 Figura 3: Máquina de refrigeración centrífuga

En 1921, Willis Haviland Carrier patentó la Máquina de Refrigeración Centrífuga. También conocida como enfriadora centrífuga o refrigerante centrifugado, fue el primer método para acondicionar el aire en grandes espacios.

El nuevo sistema se estrenó en 1924 en la tienda departamental Hudson de Detroit, Michigan. Su uso pasó de las tiendas departamentales a las salas de cine. La película que se proyectó aquella noche fue olvidada, pero no el refrescante confort del aire acondicionado. La industria creció rápidamente y cinco años después, alrededor de 300 salas de cine tenían instalado ya el aire acondicionado. El éxito fue tal, que inmediatamente se instalaron este tipo de máquinas en hospitales, oficinas, aeropuertos y hoteles.

En 1928, Willis Haviland Carrier desarrolló el primer equipo que enfriaba, calentaba, limpiaba y hacía circular el aire para casas y departamentos. Las ventas de aparatos para uso residencial no empezaron hasta después de la Segunda Guerra Mundial. A partir de entonces, el confort del aire acondicionado se extendió a todo el mundo.

En el 2004 se tiene el primer prototipo de A/A residencial operado por celdas híbridas.

Importancia y aplicaciones del aire acondicionado

(7)

7 El calor es una forma de energía relacionada directamente con la vibración molecular. Cuando calentamos una sustancia, sus moléculas se mueven rápidamente, generando así una energía, el calor. Si la enfriamos, el movimiento molecular se detiene, bajando la temperatura.

La humedad se refiere a la cantidad de agua contenida en el aire y está directamente relacionada con la sensación de bienestar. El aire ambiente se controla para mantener la humedad relativa preestablecida mediante la humidificación o deshumidificación del aire ambiente.

Para obtener el confort deseado, es necesario que el aire sea distribuido y circule uniformemente por todo el recinto, sin producir corrientes desagradables.

Por último, la eliminación de las partículas de polvo es fundamental para la salud. Conseguir un adecuado filtrado de aire es una labor básica de un equipo de aire acondicionado.

Además de la comodidad que disfrutamos con el aire acondicionado en un día cálido y húmedo de verano, actualmente muchos productos y servicios vitales en nuestra sociedad dependen del control del clima interno, como los alimentos, la ropa y la biotecnología para obtener químicos, plásticos y fertilizantes. El aire acondicionado juega un rol importante en la medicina moderna, desde sus aplicaciones en el cuidado de bebés y las salas de cirugía hasta sus usos en los laboratorios de investigación. Sin el control exacto de temperatura y humedad, los microprocesadores, circuitos integrados y la electrónica de alta tecnología no podrían ser producidos. Los centros computacionales dejarían de funcionar.

Funcionamiento de un aire acondicionado

(8)

8

CÁLCULO DE CARGA TERMICA

A) EDIFICIO 1

Sexto “A”

Datos que deben ser tomados en cuenta para realizar los cálculos:

1) Aula, 88 °F de Bulbo seco, 59.62 ºF de Bulbo Húmedo, 1634 m SNM, Φ= 50 %

2) Pared exterior: pesada sin aislamiento 3) Pared interior: pesada sin aislamiento 4) Techo: solo y sin aislamiento

5) Piso: sobre tierra firme

6) Ventanas: sombreado exterior 7) Número de personas: 40

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Aparatos: Unidad de cómputo de 150 KW 10) Horarios: 14 a 17 horas

Nota: El Plano del edificio 1 puede verse en el Apéndice A de este trabajo.

a) Pared exterior

Ubicación Área (m2) Factor Calor (Btu/h)

Sur 24.915 80 1993.2

Este 12.1725 80 973.8

Oeste 12.1725 40 486.9

b) Pared interior

Norte 24.915 40 996.6

(9)

9 c) Techo

Área (m2) Factor Calor (Btu/h)

46.2929 180 8332.722

NOTA: Los factores se obtienen de la tabla B2

d) Piso

Los salones están construidos sobre piso firme con un área de 45.63 m2, de la tabla B3 se tiene que el factor es 0.

e) Ventanas

Este 4.5 220 990

Oeste 4.5 690 3105

f) Aire exterior sensible

Ventilación

Para el salón es recomendable 15 PCM por persona. Considerando 40 personas:

40 x 15 = 600 PCM

Infiltración

Para este cálculo se considera: (Volumen total m3) (0.6) = PCM

145.75 x 0.6 = 87.45 PCM

NOTA: se usa el valor más grande obtenido anteriormente para el cálculo de calor sensible y calor latente.

Entonces, para el cálculo del calor del aire exterior sensible

(10)

10 Interpolando para encontrar el factor sensible según la tabla mostrada en el apéndice B.

Además el diferencial de temperatura:

El calor sensible se calcula a partir de: (600) (0.8966) (16) = 8607.36 Btu/h

g) calor sensible generado por personas

Considerando que las personas en un salón están sentadas y en reposo se tiene un calor sensible por persona de 180 de la tabla B6 y al multiplicarlo por las 40 personas tenemos.

180 x 40 = 7200 Btu/h

h) calor sensible generado por aparatos

En este punto en la tabla del apéndice B se encuentra el factor sensible para cada aparato, la cual se multiplica por su potencia y bien por el número de aparatos

Concepto Cantidad Factor Calor (Btu/h)

Iluminación Fluorescente 224 4.25 952

PC 150 3.413 511.95

El calor sensible total de 34149.532 Btu/h

i) Aire exterior latente

PCM total 0.7

(

)

Calor (Btu/h)

600 0.7 21.83 9168.6

j) Calor latente generado por personas

Para una aplicación de aulas (personas sentadas en reposo) se tiene un factor de 150:

(11)

11 k) calor latente generados por aparatos, no se tiene ningún aparato que genere calor latente por lo tanto el calor generado es cero.

Se obtiene un calor latente total de 15168.6 Btu/h.

El calor total es la suma del calor sensible y latente: 49318.132 Btu/h.

Y en toneladas de refrigeración (T.R.):

̇= 49318.132 Btu/h (

⁄ = )

A continuación se muestra un resumen de este cálculo:

Dirección Cantidad Factor Calor (Btu/h)

A. Pared

exterior Sur 24.915 m

2 ₈₀ _1993.2

Este 12.1725 m2 80 973.8

Oeste 12.1725 m2 40 486.9

B. Pared

interior Norte 24.915 m

2

40 996.6

C. Ventanas Este 4.5 m2 220 990

Oeste 4.5 m2 690 3105

D. Techo (solo sin aislamiento) 46.2929 m2 180 8332.722

E. Piso (sobre piso firme) 45.63 m2 0 0

F. Aire exterior sensible 8607.36

G. Calor sensible generado por persona 7200

H. Calor sensible generado por aparatos 1463.95

CALOR SENSIBLE TOTAL (Btu/h) 34149.172

I. Aire exterior latente 9168.6

J. Calor latente generado por personas 6000

K. Calor latente generado por aparatos 0

CALOR LATENTE TOTAL 15168.6

(12)

12

Sexto “B”

Los d

atos que deben ser tomados en cuenta son:

1. Aula, 88 °F de Bulbo seco, 59.62 ºF de Bulbo Húmedo, 1634 m SNM, Φ= 50 %

2. Pared exterior: pesada sin aislamiento 3. Pared interior: pesada sin aislamiento 4. Techo: solo y sin aislamiento

5. Piso: sobre tierra firme

6. Ventanas: sombreado exterior 7. Número de personas: 40

8. Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9. Aparatos: Unidad de cómputo de 150 KW 10. Horario: 14 a 17 horas

Nota: El Plano del edificio 1 puede verse en el Apéndice A de este trabajo.

De manera similar que en el aula sexto “A” se realizan los cálculos y se presentan los

resultados en la tabla siguiente

A. Pared

exterior Este 12.1725 m

2

80 973.8

Oeste 12.1725 m2 40 486.9

B. Pared

2 ₄₀ _996.6

Sur 24.915 m2 40 996.6

Oeste 4.5 m2 690 3105

(13)

13 En toneladas de refrigeración.

̇=48321.532 Btu/h ( ⁄ )

CAPACIDAD CALCULADA: ̇ T.R.

Ahora, haciendo la sumatoria del calor de los dos salones, tenemos un calor total de: 97639.664 Btu/h, es decir, 8.136 T.R.

Para calcular el caudal necesario se utiliza la ecuación:

̇ ̇ De la tabla del texto: Termodinámica de Cengel 6ª ed.

Además, para la ciudad de Comitán:

̇ ( ⃗ ) ⃗ ̇ ̇

Sustituyendo valores:

⃗ (

_{) (}

) ( )

( ) ( )

SELECCIÓN DEL EQUIPO

Se selecciona en el catálogo Carrier 3-20 T.R.

CARRIER: 8.5 T.R.

MODELO: 50TJ009

(14)

14

B) EDIFICIO 2

Cuarto “A”

Los datos son:

6) Ventanas: con sombreado exterior 7) Número de personas: 40

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Horario de 14 a 17 horas.

De manera similar que en las aulas anteriores, el plano del edificio 2 puede verse en el Apéndice A de este trabajo y los resultados del cálculo se presentan en la tabla siguiente:

A. Pared

2 ₈₀ _2217.6

Este 14.0168 m2 80 1121.344

Oeste 14.0168 m2 40 560.672

B. Pared

2 ₄₀ _1108.8

C. Ventanas Este 4.032 m2 220 887.04

Oeste 4.032 m2 690 2782.08

D. Techo (solo sin aislamiento) 51.012m2 180 9182.16

H. Calor sensible generado por aparatos 952

CALOR TOTAL 49787.656

(15)

15

Cuarto “B”

Los datos son:

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Horario: 14 a 17 horas.

De manera similar que en las aulas anteriores, el plano del edificio 2 puede verse en el Apéndice A de este trabajo. Además, se realizan los cálculos y se presentan los resultados en la tabla siguiente:

A. Pared

2

80 1121.34

Oeste 14.0168 m2 40 560.672

B. Pared

2 ₄₀ _1108.8

Sur 27.72 m2 40 1108.8

C. Ventanas Este 4.032 m2 220 887.04

Oeste 4.032 m2 690 2782.08

(16)

16

Tercero “B”

Los datos son:

1. Aula, 88 °F de Bulbo seco, 59.62 ºF de Bulbo Húmedo, 1634 m SNM, Φ= 50 %

2. Pared exterior: pesada sin aislamiento 3. Pared interior: pesada sin aislamiento 4. Techo: solo y sin aislamiento

8. Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9. Horario: 14 a 17 horas

De manera similar que en las aulas anteriores, el plano del edificio 2 puede verse en el Apéndice A de este trabajo. Además, se realizan los cálculos y se presentan los resultados en la tabla siguiente:

A. Pared

2 ₈₀ _1121.34

Oeste 14.0168 m2 40 560.672

Norte 27.72 m2 20 554.4

B. Pared

interior Sur 27.72 m

2 ₄₀ _1108.8

C. Ventanas Este 4.032 m2 220 887.04

Oeste 4.032 m2 690 2782.08

(17)

17 Haciendo la sumatoria del calor en los tres salones, se tiene un calor total de: 146602.928 Btu/h, es decir, 12.216 T.R.

̇ ( ⃗ ) ⃗ ̇ ̇

⃗ (

_{) (}

) ( )

( ) ( )

Se selecciona en el catálogo Carrier de 3-20 T.R.

MODELO: 50TJ014

(18)

18

C) EDIFICIO 3

Quinto “A”

Los datos son:

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Aparatos: Unidad de cómputo de 150 KW 10) Horario: 14 a 17 horas.

De manera similar que en las aulas anteriores, el plano del edificio 3 puede verse en el Apéndice A. Los resultados de este cálculo son presentados en la tabla siguiente:

A. Pared

2 ₈₀ _1993.2

Este 12.1725 m2 80 973.8

Oeste 12.1725 m2 40 486.9

B. Pared

2

40 996.6

Oeste 4.5 m2 690 3105

(19)

19

Quinto “B”

Los datos son:

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Aparatos: Unidad de cómputo de 150 KW 10) Horario: 14 a 17 horas.

A. Pared

2

80 973.8

Oeste 12.1725 m2 40 486.9

B. Pared

2 ₄₀ _996.6

Sur 24.915 m2 40 996.6

Oeste 4.5 m2 690 3105

(20)

20

Tercero “B”

Los datos son:

1. Aula, 88 °F de Bulbo seco, 59.62 ºF de Bulbo Húmedo, 1634 m SNM, Φ= 50 2. Pared exterior: pesada sin aislamiento

3. Pared interior: pesada sin aislamiento 4. Techo: solo y sin aislamiento

8. Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9. Horario: 14 a 17 horas.

A. Pared

exterior Norte 24.915 m

2 ₂₀ _498.3

Este 12.1725 m2 80 973.8

Oeste 12.1725 m2 40 486.9

B. Pared

2 ₄₀ _996.6

Oeste 4.5 m2 690 3105

(21)

21 Haciendo la sumatoria del calor de los tres salones, tenemos un calor total de: 144950.946 Btu/h, es decir, 12.079 T.R.

̇ ( ⃗ ) ⃗ ̇ ̇

⃗ (

_{) (}

) ( )

( ) ( )

MODELO: 50TJ014

(22)

22

D) EDIFICIO 4

Segundo “A”

Los datos son:

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Horario: 14 a 17 horas

De manera similar que en las aulas anteriores, el plano del edificio 4 puede verse en el Apéndice A. Los resultados de este cálculo son presentados en la tabla siguiente

A. Pared

2 ₈₀ _1993.2

Este 12.1725 m2 80 973.8

Oeste 12.1725 m2 40 486.9

B. Pared

2 ₄₀ _996.6

Oeste 4.5 m2 690 3105

(23)

23

Segundo “B”

Los datos son:

1) Aula, 88 °F de Bulbo seco, 59.62 ºF de Bulbo Húmedo, 1634 m SNM, Φ= 50 % 2) Pared exterior: pesada sin aislamiento

3) Pared interior: pesada sin aislamiento 4) Techo: solo y sin aislamiento

8) Iluminación: 224 watts (8 lámparas de 28 watts) 9) Horarios: 14 a 17 horas

A. Pared

2 ₈₀ _973.8

Oeste 12.1725 m2 40 486.9

20 996.6 24.915 m2 20 498.3

B. Pared

interior Sur 24.915 m

2

40 996.6

Oeste 4.5 m2 690 3105

(24)

24 Haciendo la sumatoria del calor de los tres salones, tenemos un calor total de: 96117.464

Btu/h, es decir, 8.009 T.R.

̇ ( ⃗ ) ⃗ ̇ ̇

⃗ (

) ( ) ( )

(

) ( )

MODELO: 50TJ009

(25)

25

E) EDIFICIO 5

Primero “A”

Los datos son:

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Horarios: 14 a 17 horas

A. Pared

2 ₈₀ ₁₉₄₅

Este 12.75 m2 80 1020

Oeste 12.75 m2 40 510

B. Pared

2 ₄₀ _972.5

Oeste 4.35 m2 690 3001.5

(26)

26

Primero “B”

Los datos son:

8) Iluminación: 224 W (8 lámparas de 28 W) 9) Horarios: 14 a 17 horas

A. Pared

2 ₈₀ ₁₀₂₀

Oeste 12.75 m2 40 510

B. Pared

2 ₄₀ _972.5

Sur 24.3125 m2 40 972.5

Oeste 4.35 m2 690 3001.5

(27)

27

Dirección escolar

Los datos son:

8) Iluminación: 168 W (6 lámparas de 28 W) 9) Aparatos: Unidad de cómputo de 150 kW 10) Horario: 14 a 17 horas

De manera similar que en las aulas anteriores:

A. Pared

2 ₈₀ _614.76

Oeste 12.255 m2 40 490.2

Norte 9.1861 20 183.722

B. Pared

2 ₄₀ ₅₀₀

Sur 24.3125 m2 40 972.5

Este 9.69 40 387.6

C. Ventanas Este 0.6375m2 220 140.25

Oeste 1.425m2 690 983.25

Oeste 3.42 690 2359.8

Norte 2.6264 220 1812.216

(28)

28 Convirtiendo a Toneladas de Refrigeración:

̇

Realizando la sumatoria del calor de los tres salones, tenemos un calor total de: 128644.908 Btu/h, es decir, 10.720 T.R.

̇ ( ⃗ ) ⃗ ̇

̇

⃗ (

) ( ) ( )

(

) ( )

MODELO: 50TJ014

(29)

29

DISEÑO DE DUCTOS

A) Edificio 1

Ver el plano de ductos en el apéndice A de esta monografía

Ducto principal V-A’

Con los resultados obtenidos en la carga térmica:

⃗

Además, en las tablas del apéndice C, para el ducto principal:

⃗⃗ (

)

El caudal en este tramo de ducto será:

⃗

Entonces, el Área de la sección transversal del ducto es:

⃗ ⃗⃗

Por definición, para una sección circular:

√( )

Se establece que para condiciones óptimas:

( )

Sustituyendo la ecuación (A) en (B):

(30)

30

√ y

De la gráfica 1 (Apéndice C) para determinar la perdida por fricción en ductos:

Tramos (A’ – C) y (A’ – B)

Con los datos:

⃗ y

Se determina el diámetro equivalente a partir de la grafica 1 del apéndice C:

Y con el diámetro equivalente se calcula el área de la sección transversal circular:

Con este valor se encuentra H y W:

√ y

Tramos (C – E) y (B – J)

De manera similar que los tramos anteriores, utilizando la gráfica correspondiente:

⃗

(31)

31 Y entonces se determina H y W.

√ y

Tramos (E – H), (J – M), (E – F), (C – D), (B – I) y (J – K)

⃗

Y entonces se determina H y W.

√ y

Cálculo de la presión estática en el tramo más crítico del sistema

Tramo Codo H W H/W R/W Leq/W Leq.

V – A´ A 9.41 56.506 0.166 1.5 3.301 186.526

V – A´ A’ 9.41 56.506 0.166 1.5 3.301 186.526

A – C C 7.236 43.416 0.166 1.5 3.301 143.316

E – H G 4.77 28.65 0.166 1.5 3.301 94.573

NOTA: R/W Figura 1 del Apéndice C. Leq/W Figura 2 del Apéndice C de este trabajo.

Entonces, se calcula la longitud total a partir de:

(

) (

)

Considerando la pérdida de presión estática:

(32)

32 Considerando los accesorios siguientes:



La sumatoria es:

Y la fricción total es: ( ) ( )

“Analizando las pérdidas de la presión total (1.1009 plg H2O) y en el manual se observa que el

equipo seleccionado muestra una presión estática máxima de 2 pulgadas Se concluye entonces

que el equipo seleccionado es capaz de conducir adecuadamente el flujo de aire a través del

ramal crítico”.

Cálculo de lámina para el edificio 1

Se calcula la cantidad de lámina utilizado en la construcción de los ductos del edificio 1 a partir de la siguiente tabla:

Tramo W (plg) H (plg) Long (m) SP

(plg) Calibre

Factor Lamina Lámina (kg) Factor Aislante Aislante (m2)

V – A´ 56.506 9.41 3.7 65.916 22 34.756 128.597 4.035 14.929 A´ – C 43.416 7.236 1.462 50.652 22 26.696 38.073 3.149 4.605

C – E 37.554 6.259 1.462 43.813 22 23.288 34.047 2.753 4.025 E – H 28.65 4.77 1.762 33.42 24 14.518 25.580 2.150 3.788 C – D 28.65 4.77 0.3 33.42 24 14.518 4.3554 2.150 0.645 A´ – B 43.416 7.236 1.462 50.652 22 26.696 38.073 3.149 4.605

B – J 37.554 6.259 1.462 43.813 22 23.288 34.047 2.753 4.025 J – M 28.65 4.77 1.762 33.42 24 14.518 25.580 2.150 3.788 E – F 28.65 4.77 0.3 33.42 24 14.518 4.3554 2.150 0.645 B – I 28.65 4.77 0.3 33.42 24 14.518 4.3554 2.150 0.645

(33)

33 Resumen:

CALIBRE 22 Plg= 272.8372 kg

CALIBRE 24 Plg = 68.581 kg

AISLANTE DE 2 Plg = 42.345 m2

NOTA:

 Los calibres se obtienen del Apéndice C Tabla 2.

 Tanto el factor laminar como el factor aislante se obtienen de la tabla C3.

B) Edificio 2

Los planos de los ductos son presentados en el apéndice A de esta monografía.

Debido a que los cálculos son realizados de manera análoga como en el edificio 1, estos serán presentados de manera resumida.

Concepto Cantidad Unidades

⃗ 6250 PCM

⃗⃗ 1150

⃗ 694.44 PCM

A 5.4347

782.59

31.56

Considerando que:

( )

(34)

34 Sustituyendo (A) en (B)

y

De la gráfica1 del apéndice C:

Tramo (A’ – C) y (A’ – K)

⃗

Con este valor se calcula el tamaño del ducto:

√ y

Tramo (C – E) y (K – M)

⃗

(35)

35 Con este valor se calcula el tamaño del ducto:

y

Tramo (E – G) y (M –O)

⃗

√ y

Tramo (G – J), (O – R), (A – B), (C – D), (E – F), (G – H), (K – L), (M – H) y (O – P)

⃗

(36)

36

V – A´ A 11.42 68.52 0.166 1.5 3.301 226.249

V – A´ A’ 11.42 68.52 0.166 1.5 3.301 226.249

A – C C 8.32 49.92 0.166 1.5 3.301 164.78

G – J I 5.029 30.174 0.166 1.5 3.301 99.60

NOTA: R/W Figura 1 del Apéndice C. Leq/W Figura 2 del Apéndice C.

Entonces:

(

) (

)

Con el valor de:

Para una longitud de 98.1101 ft:

Accesorios:



La pérdida total en accesorios:

Finalmente:

( ) ( )

(37)

37

Tramo W (plg) H (plg)

Long (m)

SP

V – A´ 68.52 11.42 3.7 79.94 20 48.84 180.70 4.852 17.952

A´ – C 49.92 8.32 1.54 58.24 22 30.47 46.93 3.589 5.5270 C – E 45.15 7.52 3.08 52.67 22 27.705 85.331 3.2668 10.0619 E – G 39.07 6.51 1.54 45.58 22 24.17 37.2218 2.8556 4.397 G – J 30.17 5.03 1.84 35.2 22 19 34.96 2.2536 4.1416

A – B 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

A´ – K 49.92 8.32 1.54 58.24 22 30.47 46.93 3.589 5.5270 K – M 45.15 7.52 3.08 52.67 22 27.705 85.331 3.2668 10.0619 M – O 39.07 6.51 1.54 45.58 22 24.17 37.2218 2.8556 4.397

O – R 30.17 5.03 1.84 35.2 22 19 34.96 2.2536 4.1416

C – D 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

E – F 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

G – H 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

K – L 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

M – H 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

O – P 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

Resumen:

CALIBRE 20 Pul = 180.708 kg

CALIBRE 22 Pul= 448.78 kg

AISLANTE DE 2 Pul = 70.949 m2

NOTA:

(38)

38

C) Edificio 3

⃗ 6250 PCM

⃗⃗ 1150

⃗ 694.44 PCM

A 5.4347

782.59

31.56

Considerando que:

( )

Sustituyendo A en B

y

De la gráfica 1 del apéndice C:

(39)

39

Tramo (A’ – C) y (A’ – K)

⃗

y

Tramo (C – E) y (K – M)

⃗

y

Tramo (E – G) y (M –O)

⃗

(40)

40

√ y

Tramo (G – J), (O – R), (A – B), (C – D), (E – F), (G – H), (K – L), (M – H) y (O – P)

⃗

√ y

V – A´ A 11.42 68.52 0.166 1.5 3.301 226.249

V – A´ A’ 11.42 68.52 0.166 1.5 3.301 226.249

A – C C 8.32 49.92 0.166 1.5 3.301 164.78

G – J I 5.029 30.174 0.166 1.5 3.301 99.60

(41)

41 Entonces:

(

) (

)

Se determinó que:

Para una LT de 98.11 ft:

Considerando los siguientes accesorios:



La pérdida total de presión en accesorios es:

Y la pérdida total en el ramal crítico:

( ) ( )

Finalmente, se puede concluir:

(42)

42

Tramo W (plg) H (plg) Long (m) SP

V – A´ 68.52 11.42 3.7 79.94 20 48.84 180.70 4.852 17.952

A´ – C 49.92 8.32 1.462 58.24 22 30.47 44.547 3.589 5.2471 C – E 45.15 7.52 2.924 52.67 22 27.705 81.009 3.2668 9.5521 E – G 39.07 6.51 1.462 45.58 22 24.17 35.336 2.8556 4.1748 G – J 30.17 5.03 1.762 35.2 22 19 33.478 2.2536 3.9708

A – B 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

A´ – K 49.92 8.32 1.462 58.24 22 30.47 44.547 3.589 5.2471 K – M 45.15 7.52 2.924 52.67 22 27.705 81.009 3.2668 9.5521 M – O 39.07 6.51 1.462 45.58 22 24.17 35.336 2.8556 4.1748 O – R 30.17 5.03 1.762 35.2 22 19 33.478 2.2536 3.9708

C – D 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

E – F 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

G – H 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

K – L 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

M – H 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

O – P 30.17 5.03 0.3 35.2 22 19 5.7 2.2536 0.6760

Resumen:

NOTA:

(43)

43

D) Edificio 4

⃗ 4250 PCM

⃗⃗ 1150

⃗ 708.33 PCM

A 3.6956

532.173

26.03

Considerando que:

( )

Sustituyendo A en B

y

Con la gráfica 1 del apéndice C:

(44)

44

Tramo (A’ – C) y (A’ – B)

⃗

y

Tramo (C – E) y (B – J)

⃗

El tamaño del ducto:

y

Tramo (E – H), (J – M), (E – F), (C – D), (B – I), (J – K)

⃗

(45)

45

y

V – A´ A 9.41 56.506 0.166 1.5 3.301 186.526

V – A´ A’ 9.41 56.506 0.166 1.5 3.301 186.526

A – C C 7.236 43.416 0.166 1.5 3.301 143.316

E – H G 4.77 28.65 0.166 1.5 3.301 94.573

Entonces:

(

) (

)

Se determinó que:



La pérdida total de presión en accesorios es:

(46)

46 Finalmente, se puede concluir:

ramal crítico”.

Tramo W (plg) H (plg)

Long

(m) SP (plg) Calibre

V – A´ 56.506 9.41 3.7 65.916 22 34.756 128.597 4.035 14.929 A´ – C 43.416 7.236 1.462 50.652 22 26.696 38.073 3.149 4.605 C – E 37.554 6.259 1.462 43.813 22 23.288 34.047 2.753 4.025 E – H 28.65 4.77 1.762 33.42 24 14.518 25.580 2.150 3.788 C – D 28.65 4.77 0.3 33.42 24 14.518 4.3554 2.150 0.645

A´ – B 43.416 7.236 1.462 50.652 22 26.696 38.073 3.149 4.605 B – J 37.554 6.259 1.462 43.813 22 23.288 34.047 2.753 4.025 J – M 28.65 4.77 1.762 33.42 24 14.518 25.580 2.150 3.788 E – F 28.65 4.77 0.3 33.42 24 14.518 4.3554 2.150 0.645

B – I 28.65 4.77 0.3 33.42 24 14.518 4.3554 2.150 0.645 J – K 28.65 4.77 0.3 33.42 24 14.518 4.3554 2.150 0.645

Resumen:

NOTA:

(47)

47

E) Edificio 5

⃗ 6250 PCM

⃗⃗ 1150

⃗ 694.44 PCM

A 5.4347

782.59

31.56

Considerando que:

( )

Sustituyendo A en B

y

Con la gráfica 1 del apéndice C:

(48)

48

Tramo (A’ – B), (C – D), (E – F), (G – H), (I – J), (K – L), (M – N), (O – P) y (O – R).

⃗

y

Tramo (A’ – C)

⃗

y

Tramo (C –E)

⃗

(49)

49

y

Tramo (E – G)

⃗

√ y

Tramo (G – I)

⃗

(50)

50 Con este valor se calcula el tamaño del ducto:

y

Tramo (I – K)

⃗

y

Tramo (K – M)

⃗

(51)

51

Tramo (M – O)

⃗

y

V – A´ A 11.42 68.52 0.166 1.5 3.301 226.249

V – A´ A’ 11.42 68.52 0.166 1.5 3.301 226.249

O – R Q 5.029 30.174 0.166 1.5 3.301 99.60

Entonces:

(

) (

)

Se determinó que:



(52)

52 La pérdida total de presión en accesorios es:

( ) ( )

Finalmente, se puede concluir:

que el equipo seleccionado es capaz de conducir el flujo de aire a través del ramal crítico”.

Tramo W (plg) H (plg) Long (m)

SP

V – A´ 68.52 11.42 3.7 79.94 20 48.799 180.55 4.848 17.93 A´ – C 65.77 10.96 1.5 76.73 20 46.47 69.70 4.66 6.99

C – E 62.41 10.4 1.5 72.81 20 43.63 65.44 4.43 6.65

E – G 59.15 9.85 3 69 22 35.833 107.499 4.21 12.64

G – I 54.81 9.13 1.5 63.94 22 33.31 49.96 3.92 5.88

I – K 50.36 8.39 1.5 58.75 22 30.72 46.09 3.61 5.42 K – M 45.58 7.59 2.47 53.17 22 27.94 69.03 3.29 8.14 M – O 39.07 6.51 0.97 45.58 22 24.16 23.44 2.85 2.76 O – R 30.174 5.029 2.82 35.023 22 18.91 53.33 2.24 6.32

A´ – B 30.174 5.029 0.3 35.023 22 18.91 5.67 2.24 0.67 C – D 30.174 5.029 0.3 35.023 22 18.91 5.67 2.24 0.67 E – F 30.174 5.029 0.3 35.023 22 18.91 5.67 2.24 0.67 G – H 30.174 5.029 0.3 35.023 22 18.91 5.67 2.24 0.67

(53)

53

Resumen:

NOTA:

(54)

54

CONCLUSIONES

Después de haber concluido la elaboración de este proyecto, me doy cuenta que el cálculo de carga térmica es una forma bastante exacta de calcular matemáticamente el aire necesario para la implementación de climatización. También observé que existen muchos factores que intervienen considerablemente en los cálculos para diseñar un sistema de ductos óptimo y eficiente. Para ello es necesario utilizar todos los conocimientos adquiridos en la materia de Refrigeración.

Este proyecto individualmente me benefició en forma muy amplia, debido a que me ayudó como persona a forjar aún más el carácter en las tomas de decisiones para elaborarlo, y tener en cuenta las responsabilidades que conlleva cada una de ellas. Este proyecto se realizó en colaboración con mi asesor interno de Ingeniería Mecánica, quien me dió las bases fundamentales y los conocimientos adecuados para desarrollar el proyecto.

(55)

55

BIBLIOGRAFÍA

1. http://www.sol-tecnica.com/es/aire-acondicionado

2. http://www.okdecoracion.com/1269/beneficios-aires-acondicionados/

3. http://www.elaireacondicionado.com/articulos/historia_aire_acondicionado.html

(56)

56

(57)

57

(58)

58

(59)

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(60)

60

(61)

61

(62)

62

(63)

63

(64)

64

(65)

65

(66)

66

A9. Planta arquitectónica – edificio 4

(67)

67

(68)

68

(69)

69

(70)

70

(71)

71

(72)

72

(73)

73

(74)

74

(75)

75

B1. Factor de paredes

B2. Factores de techo

(76)

76

B4. Factor de vidrio

(77)

77

B6. Factor sensible a diferentes alturas

B7. Ganancia de calor

B8. Carga de alumbrado eléctrico y aparatos diversos

Altitud sobre el nivel del mar (m) Factor sensible (Fs)

0 1.08

500 1.01

1000 0.96

1500 0.91

2000 0.86

2500 0.81

(78)

78

(79)

79

C1. Velocidades recomendadas y máximas en ductos

C2. Calibre de lámina y refuerzos de ductos según el lado

Designación

Velocidades recomendadas, ft/min. Velocidades máximas, ft/min.

Residencias Escuelas, teatros, edificios públicos Edificios industriales Residencias Escuelas, teatros, edificios públicos Edificios industriales

Tomas de aire exterior 700 800 1000 800 900 1200

Filtros 250 300 350 300 350 350

Serpentines de calefacción 450 500 600 500 600 700 Lavadoras de aire 500 500 500 500 500 500 Conexión a succión 700 800 1000 900 1000 1400 Salidas de ventiladores 1000 - 1600 1300 - 2000 1600 - 2400 1700 1500 - 2200 1700 - 2800 Ductos principales 700 - 900 1000 - 1300 1200 - 1800 800 - 1000 1100 - 1600 1300 - 2200 Ductos ramales 600 600 - 900 800 - 1000 700 - 1000 800 - 1300 1000 - 1800 Ductos verticales 500 600 - 700 800 650 - 800 800 - 1200 1000 - 1600

Espesor de lámina Lado mayor (plg)

Conexiones de juntas transversales

Refuerzos (Angulo) Acero Aluminio

26 24 Hasta 12 Deslizable, bolsillo o barras deslizables a centros de 7´10´´

Ninguno

24 22 13 - 24 Deslizable, bolsillo o barras deslizables a centros de 7´10´´

Ninguno

24 22 25 - 30 Deslizable, bolsillo 1”o barras

deslizable 1” a centros de 7´10´´ 1”x 1” x 1

/8” a 4´ de la junta. 22 20 31 - 40 Deslizable, bolsillo 1”o barras

deslizable 1” a centros de 7´10´´ 1”x 1” x 1

/8” a 4´ de la junta. 22 20 41 - 60 Ángulos de 1 ½” , bolsillo de

1½, barras deslizables de 1½” con refuerzos de 13/8” a centros 7´10´´

1 ½ “ x 1 ½” x 1

/8” a 4´ de la junta. 20 18 61 - 90 Ángulos de1 ½”, bolsillo de 1½”,

barras deslizables de 1½” a distancia máxima de centros de 3´9”

con barra de refuerzo de 13/8”x 1/8”

1½” x 1½” x 1 /8” a 2´ de la junta.

18 16 91 y más Angulos de 2”, bolsillo de 1 ½” ó barras deslizables de 1 ½” a

distancia

máxima de centros de 3´9” con barras de refuerzo de 1 3/8” x 1/8”

(80)

80

C3. Tabla para el cálculo de lámina y aislante necesario en el sistema de ductos

plg cm 26 24 22 20 18 (1" E) (2" E)

8 20 2.91 0.560 0.676

9 23 3.24 0.618 0.734

10 25 3.56 0.676 0.792

11 28 3.89 0.734 0.850

12 30 4.21 0.792 0.908

13 33 4.54 6.27 0.850 0.966

14 35 4.87 6.67 0.908 1.024

15 38 5.19 7.08 0.966 1.082

16 40 5.52 7.48 1.024 1.140

17 43 5.84 7.89 1.082 1.198

18 45 6.17 8.29 1.140 1.256

19 48 6.50 8.69 1.198 1.314

20 51 6.82 9.10 1.256 1.372

21 53 7.15 9.50 1.314 1.430

22 56 7.47 9.91 1.372 1.488

23 58 10.31 1.430 1.546

24 61 10.71 1.488 1.604

25 63 11.12 1.546 1.662

26 66 11.52 1.604 1.720

27 68 11.93 1.662 1.778

28 71 12.33 1.720 1.836

29 73 12.73 1.778 1.894

30 76 13.14 1.836 1.952

31 78 13.54 16.91 1.894 2.010

32 81 13.95 17.41 1.952 2.068

33 83 14.35 17.91 2.010 2.126

34 86 14.75 18.40 2.068 2.184

35 89 15.16 18.90 2.126 2.242

36 91 15.56 19.40 2.184 2.300

37 94 15.97 19.90 2.242 2.358

38 96 16.37 20.40 2.300 2.416

39 99 16.77 20.89 2.358 2.474

40 101 17.18 21.39 2.416 2.532

41 104 21.89 2.474 2.590

42 106 22.39 2.532 2.648

43 109 22.89 2.590 2.706

44 111 23.38 2.648 2.764

45 114 23.88 2.706 2.822

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47 119 24.88 2.822 2.938

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60 151 31.35 3.576 3.692