Cargas de Acondicionamiento

(1)

Aire Acondicionado

El Instituto Argentino de Electricidad Aplicada

define el aire acondicionado de la siguiente

manera:

"Resultado de la combinación en grado adecuado,

bajo control automático y sin ruidos molestos de

las funciones que se especifican seguidamente:

para proporcionar en verano, invierno o durante

todo el año, la atmósfera interior más saludable y

confortable para la vida de las personas y el

mejoramiento de los distintos procesos

industriales."

(2)

Estas funciones con las siguientes:



Calefacción

(invierno)



Humectación

(invierno)



Filtrado

(invierno / verano)



Circulación

(invierno / verano)



Ventilación

(invierno / verano)



Refrigeración

(verano)

(3)

Cargas de

Acondicionamiento

1)

Carga de refrigeración en verano

2)

(4)

Carga de refrigeración en verano



Unidades

:



_{Frigoría/hora: equivalente a la}

Kcal/hora, pero de sentido opuesto.



_{Tonelada de refrigeración:}

(5)

Clasificación de las cargas de

acondicionamiento de verano



Por la Fuente

(6)



Por la Fuente

:

a)

Externas

a)

a) Transmisión de calor a través de paredes y Transmisión de calor a través de paredes y techos

techos..

b)

Internas

a)

a) PersonasPersonas

b)

b) IluminaciónIluminación

c)

c) ArtefactosArtefactos

c)

Ventilación

Clasificación de las cargas de

(7)



Por la Forma

:

a)

Calor Sensible

b)

Calor Latente

Clasificación de las cargas de

(8)

Condiciones Exteriores de Cálculo



Es un promedio de condiciones exteriores

que ocurren en un determinado lugar en

un gran número de años excluyendo los

valores extremos.

Ejemplo

:

_:

Para Bariloche:

Verano: Temp. 32°C y 40% de Hr.

Invierno: Temp. -5,6°C y 65% de Hr.

(9)

(10)



Variación diaria de temperatura



En invierno puede considerarse que la

_{En invierno puede considerarse que la}

temperatura exterior de proyecto se mantiene

“

constante”

durante todo el día.



En verano las variaciones de temperatura

_{En verano las variaciones de temperatura}

diaria son más pronunciadas. Puede

considerarse que las temperaturas de cálculo

se producen entre las 15 y las 16 horas,

según la latitud.

(11)

(12)



Ventilación



En un ambiente cerrado, el aire sufre cambios

_{En un ambiente cerrado, el aire sufre cambios}

físicos y químicos producidos por los

ocupantes (reducción de contenido de

oxígeno, aumento de anhídrido carbónico,

etc.)

(13)

A)

CARGAS EXTERNAS

1)

1) Transmisión del calorTransmisión del calor



La cantidad de calor que atraviesa los distintos La cantidad de calor que atraviesa los distintos

elementos del contorno de un local, está dado por la elementos del contorno de un local, está dado por la ecuación fundamental de la transmisión de calor, es ecuación fundamental de la transmisión de calor, es

decir: decir:

Q = K A (te - ti)

Donde: Donde:

Q

Q, cantidad de calor que gana el elemento considerado en , cantidad de calor que gana el elemento considerado en verano (kcal/hora)

verano (kcal/hora)

A

A, área transversal del elemento (m2), área transversal del elemento (m2)

K

K, coeficiente de transmitancia total (kcal/h m2 ºC), coeficiente de transmitancia total (kcal/h m2 ºC)

te

te, temperatura del aire exterior (ºC), temperatura del aire exterior (ºC)

ti

(14)

En el caso del análisis de la transmisión de calor para En el caso del análisis de la transmisión de calor para verano el problema es más complejo que en invierno, verano el problema es más complejo que en invierno, porque deben tenerse en cuenta estos dos factores: porque deben tenerse en cuenta estos dos factores:

a) En verano la variación diaria de temperatura es mucho a) En verano la variación diaria de temperatura es mucho

más pronunciada que en invierno. En invierno, más pronunciada que en invierno. En invierno,

generalmente, la condición de diseño exterior más generalmente, la condición de diseño exterior más

desfavorable se considera constante durante todas las desfavorable se considera constante durante todas las

horas del día. horas del día.

b) En invierno se desprecia la radiación solar, puesto que b) En invierno se desprecia la radiación solar, puesto que representa un beneficio en la instalación, mientras que representa un beneficio en la instalación, mientras que

en verano es necesario tenerla en cuenta, ya que su en verano es necesario tenerla en cuenta, ya que su

(15)

2)

2) Radiación solar Radiación solar



El efecto de la radiación solar, según sus características El efecto de la radiación solar, según sus características físicas, puede ejercer acciones muy diversas sobre los físicas, puede ejercer acciones muy diversas sobre los

cuerpos en los que incide según su longitud de onda. cuerpos en los que incide según su longitud de onda.

Así se puede mencionar: Así se puede mencionar:

Zona 1)

Zona 1) Rayos químicamente activos (longitud de onda Rayos químicamente activos (longitud de onda menor que 0,4 m)

menor que 0,4 m)

Zona 2)

Zona 2) Rayos visibles o luminosos (longitud de onda entre Rayos visibles o luminosos (longitud de onda entre 0,4 y 0,75 m)

0,4 y 0,75 m)

Zona 3)

Zona 3) Rayos infrarrojos (longitud de onda mayores de Rayos infrarrojos (longitud de onda mayores de 0,75 m)

(16)

Sólo los rayos de la

Sólo los rayos de la Zona 2Zona 2 son perceptibles y corresponden a son perceptibles y corresponden a la parte visible del espectro solar.

la parte visible del espectro solar. Los rayos invisibles de las

Los rayos invisibles de las Zonas 1Zonas 1 y y 33 se denominan se denominan ultravioletas o infrarrojos, respectivamente.

ultravioletas o infrarrojos, respectivamente.

La energía de todos los rayos puede convertirse en calor La energía de todos los rayos puede convertirse en calor

.

Existen tablas prácticas que dan los distintos valores de la Existen tablas prácticas que dan los distintos valores de la

intensidad solar para diversas latitudes, variables con la hora intensidad solar para diversas latitudes, variables con la hora

del día y posición de las superficies en kcal/hora m2. del día y posición de las superficies en kcal/hora m2.

Para el análisis de los factores indicados precedentemente o Para el análisis de los factores indicados precedentemente o

sea la variación diaria de la temperatura exterior y la radiación sea la variación diaria de la temperatura exterior y la radiación

solar se divide el cálculo en dos partes fundamentales: solar se divide el cálculo en dos partes fundamentales:

(17)

1º)

Flujo de calor a través de paredes y techos

.

Para ello se utiliza la

Para ello se utiliza la diferencia de temperatura equivalentediferencia de temperatura equivalente en la cual se tienen en cuenta todos los factores que

en la cual se tienen en cuenta todos los factores que

influyen en la entrada de calor por paredes y techos, como influyen en la entrada de calor por paredes y techos, como ser la curva diaria de variación de temperatura exterior, la ser la curva diaria de variación de temperatura exterior, la intensidad de radiación variable con la latitud, orientación y intensidad de radiación variable con la latitud, orientación y la hora del día, así como el retraso del pasaje de calor.

la hora del día, así como el retraso del pasaje de calor. De esa manera se aplica la ecuación fundamental de la De esa manera se aplica la ecuación fundamental de la transmisión, o sea:

transmisión, o sea:

QT = K A (

QT = K A (D_Dt)t)

En donde

En donde D_Dtt representa la representa la diferencia equivalente de diferencia equivalente de temperatura.

(18)



a)

Paredes y techos exteriores



El cuadro a continuación da el valor de El cuadro a continuación da el valor de D_Dtt en función del en función del tipo de pared o techo, orientación y hora solar considerada. tipo de pared o techo, orientación y hora solar considerada.

Está confeccionado para determinadas características de Está confeccionado para determinadas características de

(19)

(20)



_b)_b)_{Paredes y techos interiores}_{Paredes y techos interiores}



En este caso se puede aplicar la fórmula de la En este caso se puede aplicar la fórmula de la

transmisión, por lo que entonces debe considerarse el transmisión, por lo que entonces debe considerarse el

salto térmico entre la temperatura del aire a ambos salto térmico entre la temperatura del aire a ambos

lados del elemento considerado. lados del elemento considerado.



Para los cálculos prácticos puede suponerse que un Para los cálculos prácticos puede suponerse que un

(21)

2º)

Flujo de calor a través de vidrios

.



En este caso no existe ningún retardo o inercia

térmica como en el caso anterior. Entonces es

necesario analizar en forma independiente la

cantidad de calor que penetra por transmisión y

por radiación solar.

Así, puede establecerse:

QT = Qt + Qs

Donde:

QT

, cantidad de calor total que pasa (kcal/h)

Qt

, cantidad de calor por transmisión (kcal/h)

Qs

(22)

a)

Cantidad de calor por transmisión

Este valor se obtiene por medio de la fórmula

de transmisión de calor.

Qt = K A (te - ti)

Debe recordarse que en este caso

te es la

te

es la

temperatura del aire exterior, que es variable

según la hora considerada del día.

(23)

b)

Cantidad de calor por radiación solar

En este caso, sólo una pequeña parte del calor de radiación En este caso, sólo una pequeña parte del calor de radiación

solar solar

es absorbido por el cristal transparente, por lo que puede es absorbido por el cristal transparente, por lo que puede

suponerse que prácticamente toda la cantidad de calor por suponerse que prácticamente toda la cantidad de calor por

radiación atraviesa el vidrio. Estos rayos solares penetran radiación atraviesa el vidrio. Estos rayos solares penetran

instantáneamente, pudiéndose aplicar la siguiente ecuación: instantáneamente, pudiéndose aplicar la siguiente ecuación:

Qs = A l c

Donde: Donde:

Qs

cantidad de calor por radiación solar (kcal/h)

A

, área expuesta al Sol (m2)

I

, intensidad de radiación solar (kcal/h m2)

c

(24)

Tipo Coeficiente c

Vidrio transparente 1.00 Vidrio esmerilado o grabado 0.80 Vidrio transparente con cortinas:

- Exteriores color claro 0.30 - Interiores claras 0.50 Toldo de lona 0.20 Parasoles 0.20

Tipo de protección de la ventana:

(25)



1)

Carga debida a los ocupantes



2)

Disipación por artefactos eléctricos



3)

Ganancia de calor por diversos

aparatos



4)

Ganancias de calor varias

B)

(26)



1)

Carga debida a los ocupantes

La cantidad de calor cedido por una persona

depende de su tamaño y del grado de actividad

muscular, además de otros factores.

El cuerpo humano produce calor que es disipado al

aire que lo rodea como calor sensible y calor latente.

La disipación de calor de una persona media de 70

kg y 1,75 m de altura puede estimarse, para una

temperatura del aire de 25 ºC, según lo establece el

siguiente cuadro.

(27)

Es evidente que aumentando el grado de actividad

(28)



2)

Disipación por artefactos eléctricos

El calor proveniente de las lámparas y motores

eléctricos es totalmente sensible, salvo casos

excepcionales como secadores de ropa,

máquinas de café, etc., que producen a su vez

calor latente.

Es así que para el cálculo tendremos en cuenta

la siguiente división:

a)

Lámparas

b)

(29)

a)

a) LámparasLámparas

Para lámparas incandescentes por efecto Joule se dice Para lámparas incandescentes por efecto Joule se dice

que la emisión de calor es: que la emisión de calor es:

0,86 kcal/h por watt instalado

Para lámparas fluorescentes debe considerarse un Para lámparas fluorescentes debe considerarse un

factor adicional que es la reactancia. factor adicional que es la reactancia.

Este factor se considera en un

Este factor se considera en un 20 %20 % más para la más para la disipación calculada de la manera anterior.

(30)

b)

b) Máquinas impulsadas con motorMáquinas impulsadas con motor

Se puede hallar la conversión de la capacidad en CV de

los motores eléctricos en calor.

Así:

Así: 1 CV = 736 watt.1 CV = 736 watt. Por efecto Joule:

Por efecto Joule: 736 X 0,86 = 630 kcal/hora736 X 0,86 = 630 kcal/hora

Éste sería el equivalente térmico del trabajo realizado por

el motor. A ese valor hay que sumarle la pérdida de calor

por disminución del rendimiento del motor.

En la práctica se adoptan los siguientes valores a fin de

simplificar los cálculos según 3 casos específicos:

Motor y trabajo en el local acondicionado:

Motor y trabajo en el local acondicionado: 700 kcal/h CV700 kcal/h CV Motor en el local y trabajo en el exterior:

(31)



3)

Ganancia de calor por diversos aparatos

En el cálculo deben tenerse en cuenta los

distintos aparatos que disipan calor en los

ambientes.

En general es importante considerar los datos

de consumo y disipación dados en las chapas

de los fabricantes.

Debe tenerse presente que los artefactos por

tener en cuenta sólo son aquellos que se estima

que funcionarán a la hora del cálculo térmico

que se está realizando.

(32)



Iluminación: 20 a 30 watts/m2 de local. Iluminación: 20 a 30 watts/m2 de local.



Televisor: 300 watts. Televisor: 300 watts.



Heladera: 200 watts. Heladera: 200 watts.



Aspiradora: 500 watts. Aspiradora: 500 watts.



Ventilador: 50 a 150 watts. Ventilador: 50 a 150 watts.



Radio eléctrica: 50 watts. Radio eléctrica: 50 watts.



Centro musical, 150 watts. Centro musical, 150 watts.



Plancha: 700 watts. Plancha: 700 watts.



Proyector de diapositivas: 500 a 1.500 watts. Proyector de diapositivas: 500 a 1.500 watts.



Lámparas de vapor de mercurio: 200 a 500 watts. Lámparas de vapor de mercurio: 200 a 500 watts.



Cafetera eléctrica: 250 kcal/h (200 sensible, 50 latente).Cafetera eléctrica: 250 kcal/h (200 sensible, 50 latente). A continuación se detallan algunos valores que deben

(33)



4)

Ganancias de calor varias

a) Ganancia de conductos de suministro y

retorno, ver cuadro;

(34)



b) Pérdidas de aire del conducto de alimentación

Este factor depende de que los conductos estén

o no bien construidos para transportar las

cantidades de aire previstas y de la calidad de

mano de obra empleada.

Este factor puede estimarse en conductos mal

construidos, 20 %; en bien construidos, 5 a 10 %

en tendidos largos y 5 % en mediana longitud y

ninguna pérdida en tendidos cortos.

En general, suele adoptarse para estos dos

factores,

a) y b), 5 a 10 %

de la cantidad de calor

sensible por transmisión y efecto solar.

(35)

B.S.: B.H.: H.R.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: H.R.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: H.R.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.: B.S.: B.H.:

m2 m2 Kc/h m3 Kcal./hora Kc/h m3 Kcal./hora Kc/h m3 Kcal./hora ºC Kcal./hora Vidrio

Vidrio Vidrio Vidrio

m2 Kc/h cm Kcal/h ºC ºC ºC ºC ºC Pared

Pared Pared Pared Techo

m2 Kc/h cm Kcal/h ºC ºC ºC ºC ºC

nro. o Kw nro. o Kw

Kc/ cm2 Kcal/h ºC ºC ºC ºC ºC Personas (nro.) Luces (Kw) Equipos (Kw) Radiacíon Solar Ganancia Solar y Transmisión OR OR Cielorraso Piso

Hora Base: 15hs. Hora: Hora:

Superficie Coef. Reducción

Sup. x Coef.

Red. C.Rad. Ganancia C.Rad. Ganancia

Superficie K Sup. x K DT equiv.

Superficie K Sup. x K DT DT

DT equiv.

DT

C.Rad. Ganancia

DT equiv.

Aire Exterior Verano Ganancia Transmisión Vidrio Tabique Local: Coef. Reducción

Cant. x Coef. Reduc. Cantidad

Calor Interno

Volumen C Vol x C DT

Exterior Interior Diferencia

DT DT

DT

PLANILLA DE BALANCE TÉRMICO

DT Pérdida

DT Hora:

DT

Invierno