0 Guia de Balance Termico y Psicrometria

Balance térmico y __psicrometría.

FADU-UBA.CÁTEDRA Ingeniero Javier Roscardi. Instalaciones III AÑO 2013

Autor: Arq. Gabriel Tomás Pirólo.

INSTALACIONES 3

CAT: ing. Javier Roscardi.Arq. Gabriel T. PIROLO

CARGAS DE ACONDICIONAMIENTO.

Confort térmico:

Es ei estado del medio ambiente que da las condiciones necesarias de confort para el aesarroilo de las actividades que deben desarrollarlas personas,Estas condiciones pueden variar por cuestiones referentes al hombre como ser: las distintas actividades que desarrollan, las edades, el genero, etc. Y también por cuestiones exteriores, como ser características constructivas de los edificios o la región donde están emplazados.

Variables de las personas:

El cuerpo humano en estado normal de salud tiene una temperatura de 36° C. aproximadamente. Por medio de un mecanismo complejo que nos dio la naturaleza la misma se mantiene constante aunque varíen las condiciones climáticas.Por medio de un proceso sensitivo y nervioso

el cuerpo capta las variaciones de temperatura

y envía la información a los distintos órganos para regular sus funciones.Por ejemplo: aumento de irrigación sanguínea o regulación de la exudación.Por los motivos descriptos las instalaciones de climatización deben generar cambios moderados y adecuarse a las necesidades de las distintas personas de acuerdo a las actividades que realizan en ios locales a acondicionar:Hospitales, oficinas, Restaurantes, Salas de Espectáculos, etc.Las personas eliminan calor de los siguientes modos:■ CONDUCCÓN a través de la piel.■ CONVECCIÓN Desde la periferia de la

piel al aire que la circunda.• RADIACIÓN Mediante la emisión de calor

del cuerpo.• EVAPORACIÓN Exudación de la piel y

respiración.

Variables Ambientales:

CONDICIONES DE DISEÑO.

Debemos considerar para las condiciones de diseño la estación del año y la actividad a desarrollar en el local a acondicionar. Las llamaremos condiciones de diseño interiores. Las condiciones climáticas zonales influyen en el diseño de acondicionamiento térmico. Las llamaremos condiciones de diseño exteriores. Las características de diseño del edificio en cuanto a la elección de materiales pensados para el uso racional de la energía puede lograr altos índices de aislación en verano para disminuir al máximo las ganancias y durante el invierno evitar las pérdidas de carga.

Como así también las orientaciones, las características de parasoles, el diseño de las carpinterías para el aprovechamiento de la iluminación diurna para disminuir las ganancias de los artefactos de iluminación.Con respecto a la constitución física de los materiales definiremos el coeficiente:“K" Es el coeficiente de transmisión Que define el calor transmitido por unidad de tiempo por metro cuadrado de superficie de pared, techo, etc. por grado centígrado de diferencia de temperatura entre el aire del lado interior y el aire del lado exterior de la pared, techo ,piso, etc.

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TEORICA: BALANCE TÉRMICO Y PSICROMETRÍA.

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CONDICIONES DE D ISEÑO INTERIORES.

Viviendas, oficinas.

Invierno 21.5°C 50% HR. Verano 25° C 50% HR.

Locales. Bancos, Tiendas.

Invierno 19°C 50% HR.Verano 26° C 50% HR.

Cines. Teatros. Auditorios.

Invierno 20°C 50% HR.Verano 25° C 60% HR.

Gimnasios: 15°C

Vestuarios Talleres: 18°C

CONDICIONES DE DISEÑO EXTERIORES. TABLA N°1

Para el cálculo del balance térmico se establecen valores de temperatura y humedad relativa representativos a las zonas donde están emplazados los edificios. Los valores que se consideran no son los máximos

estacionales sino el promedio entre el máximo y la media.

ESTUDIO DE LAS GANANCIAS EN VERANO.

Se considera ganancia de acondicionamiento a la cantidad de calor que ingresa al locai de diferentes maneras que a continuación describiremos y que por medio del sistema de climatización se deberá compensar para lograr las condiciones de confort,El proceso inverso ocurre durante el invierno. El local pierde carga térmica y el acondicionamiento debe compensarlas.En verano consideraremos tres tipos de cargas.

EXTERNAS

Son ganancias de calor exclusivamente sensible:Transmisión de calor a través de los cerramientos horizontales y verticales. Debido a la diferencia de temperatura del interior y del exterior.Radiación: El sol ejerce una influencia directa

sobre los cerramientos, pasando en forma instantánea por las carpinterías vidriadas y con un efecto con retardo en la mampostería y hormigón.

INTERNAS

Las ganancias que se producen en el interior de los locales aportan calor sensible y latente. Dentro de los locales aportan calor:Las personas. Calor sensible y latente. Iluminación. Calor sensible.Equipos. Calor sensible y latente.

AIRE EXTERIOR.

Se considera el aporte del aire exterior desde distintas situaciones. Como el aire necesario para las renovaciones y ventilación necesario para el desarrollo de las funciones orgánicas del hombre. También como el aire que se infiltra por las aberturas. En ambos casos el aporte de calor es sensible y latente.En El cálculo de balance térmico de verano consideraremos para el cálculo el método de las renovaciones.

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C A T ; jng. Javier Roscardi. Arq. Gabriel T. PIROLO

BALANCE TÉRMICO.

1ER PASO. REUNIR LOS DATOS BÁSICOS.

CONDICONES INTERIORES DE DISEÑO. Verano 25° C 50% HR.CONDICONES EXTERIORES. Verano 35° C 40% HR.

COMPONENTES DE LOS CERRAMIENTOS VERTICALES Y HORIZONTALES: MANPOSTERÍA, ACERO, MADERA, VIDRIO ETC.DETERMINAR EL COEFICIENTE “K” DE CADA UNO.Y SUS DIMENSIONES, SE DEBE REALIZAR UN ESTUDIO DE LA FACHADA.

2DO PASO ZONIFICACIÓN

• ESTABLECER ZONAS DE ACUERDO A SU USO. POR EJEMPLO:PLANTA BAJA : ACCESOS Y HALL. SALAS DE EXPOSICIONES O RESTAURANTES.PLANTA TIPO: SECTORES DE TRABAJO, OFICINAS, CIRCULACIONES, SALAS DE REUNIONES.

. SECTORES DE SERVICIO QUE NO SE ACONDICIONARÁN.

• ESTABLECER ZONAS DE ACUERDO A LA INCIDENCIA DE LOS RAYOS SOLARES,EN TODAS LAS PLANTAS :SECTORES PERIMETRALES.PLANTA DE AZOTEA.

3ERO SECTORES DE SERVICIO O SALAS DE MÁQUINAS

CONSIDERAR LA POSIBILIDAD DE EL EMPLAZAMIENTO EN LOS SUBSUELOS O PISOS INTERMEDIOS O AZOTEAS DE LAS SALAS DE MÁQUINAS O LUGARES PARA EQUIPOS.EN CADA PISO DISPONER DE ESPACIOS PARA LOS EQUIPOS DE ACONCIONAMIENTO DE ACUERDO AL DISEÑO DE CLIMATIZACIÓN ADOPTADO.

4TO CONSIDERACIONES DEL DISEÑO.

N° DE PERSONAS POR SECTOR Y CARACTERÍSTICAS DE USO DE LOS LOCALES, SI SON DE PERMANENCIA COMO UNA OFICINA O DE CONCURRENCIA TEMPORARIA COMO UN TEATRO O CINE.CRITERIO DE ILUMINACIÓN POR SECTOR CANTIDAD DE POTENCIA (watts x m2).UTILIZACIÓN DE EQUIPOS POR SECTOR.POTENCIA TOTAL POR SECTOR EN WATTS.

5TO REPRESENTACIONES EN PLANOS

CADA UNA DE LA ZONAS DETERMINADAS DE ACUERDO A LO MENCIONADO ANTERIORMENTE SE DOCUMENTARÁN EN LAS PLANTAS CON UN COLOR DETERMINADO Y UNA DENOMINACIÓN PROPIA.SE DEBERÁ REALIZAR EL BALANCE TERMICO DE CADA UNA DE LAS ZONAS Y LA SUMATORIA FINAL DARÁ LA NECESIDAD DE LA POTENCIA FRIGORÍFICA DEL O DE

LOS EQUIPOS A INSTALAR.

Planta tipo 2 sectores de oficinas y servicios.BALANCE TÉRMICO DE LA ZONA 1 + BALANCE TÉRMICO DE LA ZONA 2 = B.T. TOTAL

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RADIACION

n = >ULTIMO PISO

□r *>------TRANSMISION

AIRE. L L Z )

n = > éi

CARGAS INTERIORES: PERSONAS, ILUMINACIÓN, EQUIPOS.

PLANTA BAJA

GANANCIAS EXTERNAS:TRANSMISIÓN -CALOR SENSIBLE RADIACIÓN-CALOR SENSIBLE GANACIAS INTERNAS:PERSONAS-CALOR SENSIBLE +CALOR LATENTE ILUMINC1ÓN—CALOR SENSIBLE EQUIPOS-CALOR SENSIBLE VENTILACIÓN.AIRE EXTERIOR. CALOR SENSIBLE +CALOR LATENTE

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Ganancia de calor por transmisión.Se deberá calcular la ganancia de calor por diferencia de temperatura desde el exterior al interior sin considerar el efecto de ía radiación solar. Consideramos un lugar exterior en sombra a una temperatura de verano de 35°C de por separado con cada uno de los materiales que compone e! cerramiento, ya sea fachada o cubierta, El resultado final será igual a la sumatoria de las áreas vidriadas y las opacas es decir muros o demás cerramientos.

Qt = K . Sup . ( te - ti)Kcal/h= (kcal/h.m2.°C) . m2 . °C Siendo:

K: Coeficiente totai de transmisión de calor de cada material.Sup: Superficie a considerar por cálculo.Te: Temp ext.Ti: Temp int.

Ganancia de calor por Radiación solar.Cuando el sol incide contra los componentes del edificio los rayos del mismo en un determinado porcentaje rebotan y otros se convierten en calor que ingresa al edificio. Esta transmisión del calor por radiación llega a ser el 50% de las ganancias totales del edificio. De aquí que es tan importante en la etapa del diseño la consideración del concepto del uso racional de la energía, porque la orientación, los materiales que componen la piel del edificios, su protecciones como parasoles, y demás elementos como la consideración de los vientos predominantes lograrán una considerable reducción en la potencia de los equipos de acondicionamiento a colocar y mejorarán la calidad de vida de los usuarios. Para el cálculo de la ganancia por radiación tendremos en cuenta:

a) Mampostería.

Qrm = K . Sup . R

Kcal/h= (kcal/h.m2.°C) . m2 . °C Siendo:

K: Coeficiente total de transmisión de calor de cada material.Sup: Superficie a considerar por cálculo.R: Valor que surge de tabla por la incidencia del sol de acuerdo a la estación del año, los materiales de los cerramientos y la latitud del edificio.

b) Vidrios

Qri = I . Sup . C

Kcal/h= (kcal/h.m2.) , m2 . °C Siendo:

I: Intensidad de Radiación solar.Sup: Superficie de vidrio a considerar por cálculo.C: Coeficiente de corrección.Teniendo en cuenta la protección que tiene la ventana,

Entonces la ganancia total por radiación es la suma de la ganancia por radiación de los materiales más la ganancia por radiación del vidrio.

QRt= Qrm+Qri

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INTERNAS

Ganancia de calor sensible por Personas.

Qps= N° de personas . Kcal/h (sensible) por pers. según la actividad.

Siendo:

N° de personas . De acuerdo al factor de ocupación.Kcal/h (sensible) por pers. según la actividad. Sale de tabla y es debido a las distintas actividades que desarrollan las personas. Por ejemplo sentado trabajando, en un cine, en un gimnasio

Ganancia de calor latente por Personas.

Qpl= N° de personas . Kcal/h (latente) por pers.según la actividad

Siendo

N° de personas : De acuerdo al factor de ocupación,Kcal/h (latente) por pers. según la actividad. Sale de tabla y es debido a las distintas actividades que desarrollan las personas. Por ejemplo sentado trabajando, en un cine, en un gimnasio

Ganancia de calor por iluminación Lámparas incandescentes.

Qi= N °W att. Kcal/h Watt.Siendo

N°Watt : Hay dos maneras de obtener este dato Una es conociendo realmente el proyecto de iluminación y la otra es tomando un valor por m2 de 20 o 30 Watts.Kcal/h W att : Surge de una conversión 0.86 kcal/h

Ganancia de caior por iluminación Lámparas Fluorecentes.

Qi= N °W a tt. Kcal/h Watt.20%.S endo

N°Watt : Hay dos maneras de obtener este dato Una es conociendo realmente el proyecto de iluminación y la otra es tomando un valor por m2 de 20 o 30 Watts. !Kcal/h W att : Surge de una conversión 0.86 kcal/h20%: Representa los equipos adicionales que compone este sistema de iluminación

Ganancia de calor sensible por Equipos.

Qe.s= D equipos . 0.86 kcal/h.watt.Siendo

D equipos : Surge del calor de disipación que cada uno de los fabricantes debe indicar en una placa el equipo que produce. A los efectos del calculo existen tablas. Por ejemplo una computadora se cons.dera 300 watt. Ei valor total es la suma de todos los equipos.0.86 kcal/h.watt.En el caso de equipos de cocina aportan también una ganancia de calor latente.

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AIRE EXTERIOR.

Ganancia de calor sensible por la incorporación de aire exterior.

Qs= Ce. V. Pe . ( te - ti)

Qs= Kcaí/Kg . m3/h . Kg/m3 . °C.

Siendo:

Ce ; Calor específico del aire que es dato.0.24 kcal/kg.°CV: Es el volumen del aire y se caicula en función del n° de personas (que surge del factor de ocupación por tabla)y de la actividad que se desarrolla en el local (Por tablas según actividad).Pe : Peso específico del aire que es dato 1.14 kg/m3 ( ti - te)

Ganancia de calor latente por ia incorporación de aire exterior.

Ql= L. V. Pe . ( Me - Mi)

QL= Kcal/Kg . m3/h . Kg. vapor/Kg. aire seco.

Siendo:

L: Calor latente de vapor en la condición interior Mi. 0.576 kcal/grV: Es el volumen del aire y se calcula en función del n° de personas (que surge del factor de ocupación por tabla)y de la actividad que se desarrolla en el local (Por tablas según actividad).Pe: Peso específico del aire que es dato 1.14 kg/m3 ( Me - Mi): Es la humedad específica del aire 4.3 gr/kg

GANANCIAS POR LA INCORPORACIÓN DE AIRE DEL EXTERIOR. GANANCIAS TOTALES DE CALOR SENSIBLE.+ 10% GANANCIASTOTALES DE CALOR LATENTE.+5%

LA GANANCIA DE CALOR TOTAL ES LA SUMA DE ESTASGANANCIAS

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PSICROMETRIA.

Luego de calcular la totalidad de la ganancias de calor analizaremos el comportamiento del aire en función de la acción de los equipos de acondicionamiento y de las cargas térmicas internas y externas. Para ello utilizaremos el diagrama Psicrométrico en forma gráfica y teórica para ei estudio de las propiedades dei aire.

La atmósfera esta constituida por una mezcla de aire seco y vapor de agua. Los gases que componen la atmósfera son : Nitrógeno, Oxígeno, Anhídrido carbónico, otros gases y vapor de agua en un porcentaje variable. A medida que aumenta la temperatura aumenta la presión y disminuye la humedad.La Psicometría estudia las propiedades del aire húmedo , prestando especial interés en los lugares que se generan procesos relacionados con la vida del hombre. Con el diagrama psicrométrico conociendo la ubicación de dos puntos, podemos obtener información sobre los datos restantes. Los datos conocidos son : Humedad relativa interior y temperatura interior a este punto los llamaremos PUNTO I. Mientras que a la Humedad relativa exterior y temperatura exterior la llamaremos PUNTOE.

DEFINICIONES:

Calor:Es una forma de manifestarse ía energía, provocada por el movimiento a que están sometidas las moléculas de un cuerpo.

Calor especifico: Ce Kca(/kg°CEs la cantidad de calor necesaria para que 1 kg. De una sustancia aumente su temperatura en un grado centígrado. El calor específico varía en función de ¡a temperatura y en los gases en función de la presión. Su unidad es Kcal/kg°C.

Caloría:Es la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado 1°C ia temperatura de un kilogramo de agua destilada a presión atmosférica . Su unidad es la kilocaloría.

Calor Sensible: Qs Kcal/horaEs el calor que que se manifiesta a través de una modificación de la temperatura de una substancia y se mide con un termómetro. La temperatura puede aumentar o disminuir. Unidad Kcal/hora

Calor latente: Qi Kcal/horaEs el calor que suministrado o sustraído de una sustancia produce un cambio de estado, sin variar la temperatura. Unidad Kcal

Calor total: Qt Kcal/horaEs ia suma de calor sensible y calor latente.

Temperatura de Bulbo Seco: TBS °CEs la temperatura que puede leerse con un termómetro común. En le ábaco se lee sobre el eje horizontal.

Temperatura de Bulbo húmedo: TBC °CEs la temperatura que se mide con un termómetro común con el bulbo cubierto con un liencillo mojado. El mismo puede formar parte de un dispositivo que esta compuesto por un soporte que se encuentra vinculado a una manija o agarradera que permite por medio de un movimiento manual generar un recorrido circular del soporte mencionado que sostiene al termómetro con ei bulbo recubierto por el liencillo mojado, y otro termómetro común a esta herramienta la llamaremos Psicrómetro.Al agitar el termómetro el agua contenida en le liencillo pasa al medio ambiente, para los cual sufrió un Droceso de cambio de estado se evaporo. Para loarar este cambio tomo temoeratura del bulbo v este en consecuencia disminuyo la misma. En este caso que el agua pasa al medio es porque el mismo no se encuentra saturado. La HR es menor al 100%.

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“ E0R1CA: BALANCE TÉRMICO Y PSICROMETRO.

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Temperatura de Rocío: TR °C.Es la temperatura a ¡a cual se produce la condensación. En ese momento el vapor de agua contenido en el aire húmedo se condensa y comienza a separarse.

Humedad Específica: He g/Kg.Es la cantidad de agua medida en gramos que contiene el aire húmedo por kilogramo de aire seco.

Humedad Relativa: HR %Es la relación porcentual entre la humedad específica del aire húmedo y la humedad específica que tendría si estuviera saturado, a igual temperatura de bulbo seco.

E n ta lp ia : E Cal/kg.Es el contenido de calor del aire húmedo, obtenido como la sumatoria de los calores sensibles del aire y del líquido y el calor latente del agua evaporada.

Factor de calor sensible F.C.SEs la proporción existente entre el calor sensible y el calor total.

F.C.S= -Qs— = QsQt Qs + Ql

PROCESOS QUE SE PUEDEN LEER EN EL ABACO PSICROMETRICO.

1. Enfriamiento.2. Calentamiento.3. Humidificación4. Deshumidificación5. Enfriamiento Humidificación.6. Calentamiento y humidificación.7. Calentamiento y deshumidificación8. Enfriamiento y Deshumidificación.

CICLO DE ACGHDiCiO:.ALIENTO DEL AIRE EN bN PRCCECC DE REFRIGERACION.

El objetivo de un proceso de acondicionamiento térmico es obtener las condiciones de confort para el desarrollo de las actividades que deben realizar las personas o en el uso dentro de procesos industriales.

Para conseguir la situación deseada se deberá:

1. Modificar la temperatura.2. Modificar la humedad relativa.3. Circular y renovar el aire.4. Distribuir el aire dando sensación de bienestar regulando la velocidad de la salida del mismo en

los equipos.

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"TEORICA: BALANCE TÉRMICO V PSICROMETRÍA.

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PROCESOS PELA IR E.

A.M. Aire de mando es el aire que es impulsado p o r el equipo hacia el local luego de ser tratado.A.R. Aire de retorno es le aire que recorrió el local y absorbió calor latente y sensible e ingresa nuevamente al equipo a través de la cámara de m ezcla para ser tratado nuevamente.A.E. Aire exterior Es le aíre que se toma del exterior para asegurar las renovaciones necesarias que permitan el desarrollo normal de los procesos del organismo de las personas.P.T. o Equipo: Es la unidad o la sumatoria de elementos que intervienen en el proceso de acondicionamiento térmico, en su gran mayoría están compuestos por:PLANTA TÉRMICA: Frío o Calor. De expansión directa o indirecta.SECTOR DE TRATAMIENTO. Cámara de mezcla, Filtros, etc.ELEMENTO DE DISTRIBUCIÓN. Difusores, Rejas, Conductos.

USO DE ABACO PSICROMETRICO.

1ero. DETERMINAR EL F.C.S.

F.C.S= Qs = Qs Qt Qs + Ql

2do. PUNTO I - CONDICIONES DE HR Y TEMP EN EL INTERIOR DEL LOCAL

TEMP: 25°C HR: 50%

3ero. PUNTO E - CONDICIONES DE HR Y TEMP EN EL EXTERIOR DEL LOCAL.

TEMP; 35DC HR: 40%

Luego de obtener estos dos puntos indicados en el abaco se traza una recata que una al punto E con el Punto I. La lectura de esta recta dentro det ábaco nos indicará las variaciones que sufrirá el ábaco en el proceso de enfriamiento.

HR 40%

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—EORICA: BALANCE TÉRMICO Y PSICROMETRÍA.

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4 to. CONSTRUCCIÓN DE LA RECTA DESDE F.C.S,

Dentro del ábaco hay un punto central que esta incorporado al gráfico como un dato que llamaremos punto P. Se deberá trazar una recta desde el eje de F.C.S. hasta el punto P. La inclinación de la misma representa el % de calor latente con respecto al de calor sensible.

F.C.S

5to. DETERMINACIÓN DE PUNTO C.

Luego se trazará una recta paralela a la recta PUNTO P- F.C.S. Desde el punto I hasta cortar la curva de 95 % de Humedad relativa. El PUNTO C es la intersección de la recta con la curva de 95% de Humedad relativa H.R. Es la condición limite a la que se puede enr'riar el aire tratado.

En el ábaco leemos los siguientes datos correspondientes al PUNTÓ C.

T.B.Sc: Temperatura de bulbo seco en el Punto C.

H.Rc. Humedad relativa en le punto C.

V.e.c Volumen específico en el punto C.

E.c. Entalpia en el punto C.

6to CALCULO DEL PESO DEL AIRE.

Qs W(kg/hora)=

Ce (T B S í-T B S c )

W(kg/hora)= _______ kcal/hora £ e; Calor especifico dei aire es de 0.25 Cal/kg °C.

kcal/kg°C . °C

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7mo. CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE A CIRCULAR

C.A.M = W. Vec

M3/hora = kg/hora . m3/kg.W: Peso del aireV.e.c Volumen específico en el punto C.(ábaco Psicrometrico)

8vo CÁLCULO DEL CAUDAL DEL AIRE EXTERIOR.

C.A.E = n° personas. Renovaciones horarias.

M3/h = n° personas. M3/hora. Persona.

N° personas: Surge de tabla de un coeficiente de ocupación.

Las renovaciones horarias: varían de acuerdo a la actividad que se desarrolla dentro del local.

Salas de conferencias o Restaurantes muy concurridos 35 a 50 m3/hora.

Viviendas hoteles oficinas. 17 a 25 m3/hora.

Cines teatros, donde no hay fumadores 8 a 12 m3/hora.

Si el resultado de este cálculo arroja que el valor del C.A.E. es menor al 20% del C.A.M. Se adopta como valor mínimo de C.A.E el 20% del C.A.M.

En el caso de que e! resultado del cálculo del C.A.E. Diera mayor a un 20% del C.A.M. Se adoptará el valor surgido del resultado del cálculo.

9no CÁLCULO DEL CAUDAL DE AIRE DEL RECIRCULADO

C.A.R = C.A.M - C.A.E.

M3/hora = m3/hora - m3/hora.

C.A.M: Caudal total o caudal de mando.

C.A.E: caudal de aire que tomo del exterior para asegurarme las renovaciones horarias para los procesos fisiológicos y el confort de las personas

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~EORICA: BALANCE TÉRMICO v PSICROMETRÍA.

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10 mo. DETERMINACIÓN DEL PUNTO M

Luego de obtener los caudales de aire y sus proporciones, se deberá definir el punto de mezcla M en el diagrama y leer del mismo los siguientes datos.

Para construir el PUNTO M se deberá proceder geométricamente. La recta PUNTO E-l representa en el ábaco las variaciones que se aplican al 100% del aire en su tratamiento. De acuerdo al punto 8vo sobre el cálculo del C.A.E el mismo representa com o mínimo un 20% de la totalidad del aire a tratar mientras que el 80% restante representa el aire de recirculado .Sobre la misma recta geométricamente se debe marcar el segmento del 80% que representa al aire de retorno y el 20% (o el que corresponda) al aire exterior. El punto de encuentro entre ambos segmentos es el PUNTO M

T.B.S. m °C.: .{ábaco Psicrometrico)Luego de obtener el punto M en el ábaco tengo la lectura de la temperatura del bulbo seco en ese punto.

Em. Cal/kg. .{ábaco Psicrometrico)Luego de obtener el punto M en el ábaco tengo la lectura de la Entalpia en ese punto.

11 ero. CÁLCULO DEL CALOR A SUSTRAER AL EQUIPO.

R= W. ( Em - Ec)

kcal/hora = kg/hora . kcal/kg de aire seco

W: Peso del aire

Em. Cal/kg. {Abaco Psicrometrico)Luego de obtener el punto M en el ábaco tengo la lectura de la Entalpia en ese punto.

Ec. Cai/kg. (Ábaco Psicrométrico) punto c en el áuaco tengo la lectura de la Entalpia en ese punto.

12 do CÁLCULO DE LA CARGA DE REFRIGERACION NECESARIA.

SI 1 Tn de Refrigeración equivale a 3024 kcal/hora.

TR = R________

3024 kcal/hora.

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AIRE ACONDICIONADO:

Conociendo los conceptos de Calor Sensible, Calor Latente, Balance

Térmico y Psicrometría, estamos en condiciones de decir que: Si se tiene

que calcular la instalación de aire acondicionado central para un edificio,

o una Sala de exposiciones de un Museo, se debe realizar un cálculo

que contemple:

La ubicación del edificio, o la Sala, su orientación -

Los materiales con los cuales están construidos sus cerramientos (paredes, ventanas)

El destino del edificio, actividad a desarrollar, cantidad de personas.-

La iluminación interna del edificio.- (o la Sala de Exposiciones)

El equipamiento interno - (computadoras, cafeteras, fotocopiadoras, etc).-

Y de acuerdo ai uso o actividad a desarrollar, la cantidad de aire exterior que es

necesario suministrar para garantizar las renovaciones y ventilaciones de aire-

Luego de ese cálculo obtenemos la Potencia Frigorífica del Equipo o de ia

instalación de Aire Acondicionado necesaria para ese edificio o Sala de

Exposiciones.-

¿ Cómo funciona un equipo de aire acondicionado ?

La mayoría de los equipos de aire acondicionado funcionan con el

denominado “ Ciclo de Refrigeración p o r Compresión

En este ciclo intervienen cuatro elem entos fundamentales: un compresor, un

condensaaor, una válvula de expansión y un evaporador. Todos estos'

elementos están conectados por tuberías, y en su interior circula un fluido

refrigerante conocido como gas freón.-

Funcionamiento del Ciclo de Refrigeración por Compresión:

El freón en estado gaseoso, ingresa al compresor, éste lo comprime

aumentando su presión y com o consecuencia aumentando su

temperatura.- ( Calor Sensible ).-

El freón, a alta presión y tem peratura, circula por una tubería hacia el

condensador que está en contacto con el aire del exterior.

Como ei fr°ón se encuentra con un fluido ( aire exterior ) que está a

menor temperatura, al circular por el condensador, va cambiando de estado

hasta llegar a estado líquido al term inar su recorrido y salir del

condensador.- ( Calor Latente ).-

A alta presión y alta temperatura, pero en estado líquido, pasa por una

tubería y entra a la válvula de expansión, en donde pierde abruptamente

su presión y como consecuencia de e llo , pierde su temperatura.-( baja la

presión y baja la temperatura ) . - ( Calor Sensible).-

Sigue su recorrido por una tubería hacia el evaporador. que está en el

interior del local, o sea en contacto con el aire interior.-

El freón, en estado líquido a baja presión y baja temperatura al circular

por el evaporador, va tomando el calor del aire interior, y ese calor es e!

necesario para que cambie de estado, se evapore.- Al finalizar su

pasaje o recorrido por el evaporador, al salir del mismo, el freón estará

en estado gaseoso.- ( Calor Latente ).- Y así poder comenzar nuevamente

el ciclo entrando al compresor.-

Este proceso o Ciclo de Refrigeración por Compresión es e! que desarrolla una

heladera hogareña, comercial o industrial; el equipo de aire acondicionado de

un automóvil; un equipo de aire acondicionado hogareño, comercial o industrial.-

l_2s diferencias básicas entre ellos está dada por ia Potencia Frigorífica; tipos

y cantidad de compresores; si la condensación es por aire, o por agua

( existencia de la denominada: Torre d e Enfriamiento ); si la expansión es

directa o indirecta ( conocida como Sistema Mixto, con Máquina Enfriadora de

Líquido ).-

Si pl aire tratado por la máquina o equipo “ sale ” al local o recinto a

acondicionar directamente del equipo, se dice que la " distribución del aire

es directa ( por ejemplo un equipo ae ventana o muro, un spíit o un

multi-spiit).- \

Si el aire tratado por ia máquina o equipo “sale * al local o recinto a

acondicionar a través de conductos ( de inyección ), se dice que la

“distribución del aire es por conductos".- ( por ejemplo en una instalación

central de aire acondicionado ).-

Cuando decimos que la mayoría de los equipos funcionan con e! Ciclo de Refrigeración por

Compresión, es porque existe también el Ciclo d e Refrigeración por Absorción, el cual

no tiene compresor, se puede decir que es reemplazado por un concentrador, un

intercambiador y un absorbedor.-

Este Sistema era el utilizado por las antiguas heladeras de campo que tenían un pequeño

depósito de kerosene, no necesitaban energia eléctrica - Hoy en día existen máquinas

de absorción, de grandes potencias frigoríficas que funcionan con gas natural, pero no

son muy utilizadas debido a la baja eficacia de este ciclo, por lo que requiere un 30 %

mas de espacio que un equipo de igual potencia que uíiiiza compresores alternativos. -

Unidad de medida de los Equipos y/o Instalaciones de Aire

Acondicionado:

Los equipos de aire acondicionado se miden por su capacidad frigorífica.

Es común ver por ejemplo que un equipo es de 2000 trígonas, otro de

3000 trígonas y otro de 4500 t r í g o n a s Pero esta Unidad de medida es

en realidad la kcal / hora.-( kilocaloría por hora ).-

Cuando un Equipo es para una Instalación Central de Aíre

Acondicionado, no podríamos hablar d e 2.419.200 írigorías (ó kcal/h), sí

dos millones cuatrocientos diecinueve nn¡I doscientas írigorías, el número es

muy grande, incómodo de manejar v difícil de comprender, es por ello

que en Instalaciones Centrales, habíamos por ejemplo de 800 Toneladas

de Refrigeración ( 800 TR).-

El coeficiente de conversión es 3024, dado que 1 T R = 3024 kca l/ho ra .-

Por lo tanto, en el ejemplo anterior sería: 800 TR x 3024 kcal/hora =

2.419.200.- kcal/hora ( ó frigorías ).-

A modo de ejemplo se puede decir que un equipo de 6000 frigoríasV _(kcal/hora) es un equipo de 1,98 T R ‘ó 2 i R.¡ o un equipo de 9000

frigorías (kcal/hora) es un equipo de 2,97 TR ó 3 TR.-

Concepto de refrigerar o enfriar:

El concepto de enfriar es en realidad e! concepto de 11 quitar calor ’

Como ya vimos, se puede “ aportar calor ” a una sustancia, ( este calor

producirá un aumento de temperatura o un cambio de estado ), pero

¿Cómo aportamos frío, cómo enfriamos ? Esto no es posible. Lo posible

es quitar calor -

En el Ciclo de Compresión, esto ocurre en el evaporador cuando el

refrigerante (freón) a baja presión y temperatura " toma ” el calor del

ambiente ( pues lo necesita para evaporarse y volver a estado gaseoso),

y lo envía al exterior por medio del condensador.-

Por lo tanto, al quitar el calor de un local, lógicamente su temperatura

va a disminuir.- ( y esto da la idea de que se está enfriando ).-

Clasificación de los Equipos de A ire Acondicionado:

Una clasificación simple de ios Equipos de Aire Acondicionado es

considerarlos como Individuales y Centrales.-

Los Equipos Individuales son los utilizados en un local determinado,

solamente para ese local.- Son los que se conocen como “ ventana o muro ”

y “ split " - La distribución del aire es en forma directa ( e! aire sale

directamente del equipo).- El equipo se encuentra ubicado en el local.-

Los equipos centrales se utilizan para ciimatizar varios sectores y/o

grandes áreas.-

El equipo se encuentra instalado en otro sector ( Rala de Máquinas o

terraza por ejemplo ), y el aire llega al lugar a ciimatizar por medio de

conductos ( distribución del aire por conductos ) -

Mando, Retorno y Torna de Aire Exterio r:

Vamos a establecer como ejemplo que de acuerdo al cálculo, obtuvimos

la ‘potencia del Equipo en Toneladas de Refrigeración, y surgió que es

necesario tomar un 25 % de aire exterior para “ garantizar las

renovaciones de aire ” ( dentro del Edificio o de la Sala ).-

Quiere decir que el equipo enviará a la Sala un 100 % de aire (tratado)

por medio de los conductos de mando; el 75 % volverá por los

conductos de retorno, y el equipo tomará un 25 % de aire exterior

( nuevo ), que será tratado dentro del mismo para ser enviado a la

Sala.-

El Equipo posee un sector o área denominado “ cámara de mezcla ”, por

lo tanto, al entrar ei 75 % de aire de retorno ( que viene de la Sala ), más

el 25 % de aire (nuevo) que toma e l equipo del exterior, el total se

mezcla, es tratado adecuadamente ( filtrado, temperatura, humedad ) y

es enviado nuevamente a la Sala por medio de los conductos de

mando.-

Ahora bien, para poder “ regular y controlar " adecuadamente !a

temperatura y la humedad relativa deseadas, para mantener las mismas

de manera constante, se debe primero " medirlas correctamente " y

segundo, adicionar al equipo, de ser necesario * dispositivos adecuados "

para corregir los desajustes que puedan surgir en lo que respecta a las

variaciones de temperatura y humedad.-

En primera instancia es de fácil comprensión que: si deseo u medir ” la

temperatura y la humedad relativa que hay en las Sala, dichos “

controles de medición " deben instalarse en el “ conducto de retorno ” ,

( de ser posible a la saiida de la Sala o cerca del Equipo ).

Esta medición me dará realmente la temperatura y humedad del aire en

la Sala.- ( lo que está pasando en la Sala ).-

ABACO PSICROMETRICO035

/0.40

15 20 25 301EMPEHATURA DE BULBO SECO (EN ” C)

0.45 / S\n

ZLUen

0.50 ce

0.55<ijOceO

0.60 t < 11

0.65

0.70

0.75

. 0 8U

. 0.B5 0.90 0.95

: I 0

Arq. Pepe Fariña

INSTALACIONES III CATEDRA ROSCARDI Ejercicio Balance térmico

DATOS

EL VIDRIO VA DE LOSA A LOSA (h VIDRIO= 2,80 mts) CONDICIONES EXTERIORES: 352C 40% HR

CONDICIONES INTERIORES: 25?C S0% HR

COEFICIENTES DE TRANSMISION (K):HA + Revest. In terior enlucido ISmm: 3.07 kcal/h.m2.2C

Vidrio DVH incoloro: 1.686 Kcal/h.m2.sC

COEFICIENTE DE OCUPACION OFICINA: 8m2 X persona

1

INSTALACIONES III CATEDRA ROSCARDI Ejercicio Balance dérmico

ACTIVIDAD: sentado con trabajo liviano de oficina

EQUIPOS: considerar 1 computadora por persona

ILUMINACION: fluorescentes considerar 25 watts x m2

REQUERIMIENTO DE AIRE EXTERIOR: considerar oficinas generales.

RADIACION:(Las fórmulas que utilizaremos a continuación se pueden encontrar en el libro de Quadri de aire

acondicionado)Para las partes vidriadas usaremos la siguiente fórm ula:

Qrv: A.l.c

siendoA: superficie de incidencia1: intensidad de radiación solar según tabla (considerar latitud sur 352 y e| horario más desfavorable, 15hs) C: coeficiente de corrección, teniendo en cuenta la protección que tiene la ventana.

Para las partes que no sean de vidrio usaremos la siguiente fórmulaQrm: A.K.R

siendo

A: superficie de incidencia

K: coeficiente de conductividad térmicaR; diferencia equivalente de temperatura (analizo todo el edificio en el mismo horario, por ende aquí también consideraré las 15hs)

PARA PODER RESOLVER LOS EJERCICIOS UTILIZAR LAS TABLAS ANEXAS

2

INSTALACIONES III CATEDRA ROSCARDI Ejercicio Balance T érm ico

EJEMPLO RESUELTO:

CALCULO DE LA CANTIDAD DE PERSONAS A CONSIDERAR PARA EL SECTOR ANALIZADO:7,20mts X 9 ,H m ts = 65,59mts2

Entonces, si el F.O. es 8mJ x pers 65,59m 78 = 9 personasFACHADA NORTE CARGAS EXTERNAS

. TRANSMISION QT: K.SUP.ÍTE-Ttt

• H5A5: 3.07 X 5,60 X (35-25): 171,92

■ DVH: 1.686 X 19,88 X (35-25); 335,18

• RADIACION VIDRIO: QR: A.l.C

■ DVH: 19,88 X 190X 1: 3777,2

• RADIACION TABIQUE: QR: A.K.R

- 5,60 X 3,07 X 18= 309,46

FACHADA OESTE CARGAS EXTERNAS

• TRANSMISION QT: K.SUP.(TE-TI)

• H?A2: Se despreciarán por su baja incidencia en la sumatoria fina l (el área no es significativa)

- DVH: 1.686 X 20,16 X (35-25): 339.9

• RADiACION VIDRIO: QR: A.l.C

• DVH: 20.16 X 395 X 0.2(parasoles): 1592.64

» RADIACION TABIQUE: QR: A.K.R

• H9A2: Se despreciarán por su baja incidencia en la sumatoria fina l (el área no es significativa)

CARGAS INTERNAS

• CALOR SENSIBLE POR PER5QNAS APERSONAS X KCAL SEGÚN ACTIVIDAD

• QSP: 55kcal/h x9= 495

• CALOR LATENTE POR PERSONAS APERSONAS X KCAL SEGÚN ACTIVIDAD

• QSP: 45kcal/h x9 = 4 0 5

■ CALOR SENSIBLE POR ILUMINACION FLUORESCENTES N WATTS X KCAL/ H.WATTS + 20%

■ QL: 1639,75 watts.0.86 Kcal/h: 1410,18 x 1.2= 1692,20

■ CALOR SENSIBLE POR EQUIPOS

■ QE: 300 w atts x 9 x 0.86= 2322

AIRE EXTERIOR

• CALOR SENSIBLE: QS: CE X V X PE X (TE- TI)

■ QS: 0.24 X (0.5 X 60 X 9) X 1.14 X 10: 738.72

. CALOR LATENTE: QL: L X V X PE X (ME - M il

. QL: 0.576 X (0.5 X 60 X 9) X 1.14 X 4.3: 762.36

QS TOTAL:171,92 + 335,18 + 3777,2 + 309,46 +• 339,9 + 1592,64 -t- 495 + 1692,20 + 2322 + 738,72=11774,22

+ 10%:= 12951,64 Kcal/h

QL TOTAL: 405 + 762.36 = 1167.36

+ 5%: 1225.73 Kcal/h

Q TOTAL= QS total + QL total = 14177,37Kcal/h

VALOR INDICE POR M 2 :14177,37/67: 211,6 Kcal/h

3

COEFICIENTES I PARA RADIACIÓN EN VIDRIOS

Latitud 25*

Horc SE ! £ NE N NO 0 S O S Horiz.

10 155 | 232 354 185 38 38 38 30 587

12 36 ! .36 141 233 141 30 30 30 580

1’ 36 j 35 35 130 395 403 298 50 452

17 | 26 i 201 * 1 1 15 23 | 265 393 4ÜC • 96 158

Latitud 300

Hora SE E N E N NO 0 ' SO 1 '$1 Soriz.

10 149 276 282 222 35 35 ~ 38 38 588

12 38. 38 181 284 161 36 ■__38 678

15 38 35 32 -162 412 401 263 38 488

17 27 21 13 ' 24 ■ 265 39.B 377 78 165

Latitud 35a_ .Mora S E | E ¡Síí. N NO 0 S O S tíoriz.

10 110 272 i 408 259 38 30 38 38 580

12 38 33 * 215 335 . 215 38 38 36 * 665

15 38 35 32 190 427 395 230 38 . 487

17 27 22 22 27 260 415 366 64 192

Latitud 40° |Hora SE E HE N NO 0 SO S Horiz. j

10 SI 265 29<= 38 r>oU w 38 3S SRQ í"12 38 38 244 379 244 38 38 38 642 j15 35 35 32 219 439 390 198 35 485

17 27 27 13 32 257 436 360 54 222 |r

COEFICIENTES R PARA RADIACIÓN EN MUROS

C u a d r o 1 0 -L DIFERENCIA EQUIVALENTE DE TEMPERATURA ( - C ) .

Coeficiente de H O R A S O L A R

é->Orientación

y condicionestransmisión

K 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

3 6 11 14 16 17 16 13 10 10 10 10 10 10 9 8 7 6 5

SE2,3

1.6

o

424

55

105

165

16

81412

1111

1010

109

109

109

109

109

99

99

88

77

0,8 6 5 6 6 6 6 6 8 10 11 10 9 8 8 8 8 8 8

83 3 12 19 21 23 22 20 14 11 10 10 10 10 9 B 7 6 5

2,3 2 2 8 14 19 21 20 13 10 10 10 10 10 10 9 9 8 7K¡D E

1 ,6 5 5 6 7 10 14 16 17 16 14 12 11 10 10 10 10 9 95

0,8 8 8 8 8 8 8 8 11 12 13 12 12 11 10 10 10 10 10

3 8 8 10 13 17 18 19 17 16 13 11 11 10 9 8 7 6 5

NE2.3 3 3 5 10 14 16 18 17 16 14 12 11 10 10 9 9 8 7

1.6 6 6 6 6 6 9 11 12 12 13 12 12 10 10 9 9 8 8

0.8 7 7 7 7 7 7 7 9 10 11 11 12 11 11 10 10 9 9

3 2 2 2 3 5 10 15 17 19 18 17 14 11 9 8 6 6 5

N2 ,3 2 2 2 2 2 6 9 14 16 16 17 15 14 11 9 8 7 6

11.6 5 5 5 5i

5 5 5 7 9 11 12 13 12 11 10 9 8 8

0,8 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 8 10 11 11 12 11 10 9

NÉSTO

R Q

UA

DRT

AIRE A

CO

ND

ICIO

NA

DO

Y

CA

LEFAC

CIÓ

N

PR

INC

IPIO

S FISIC

OS

Y C

AL

CU

LO

S

DISIPACIÓN DE CALOR DE LOS EQUIPOS* 1 ,' V trabajo ffli él lOCát ÜCGIiCÍlí;¡uiLddG vor¡ ¿ c s i A ü ?

• Motor en el local y trabajo en el exterior 70 kcaMiHP

* Mcrtor en el exterior y trabajo en el loca* 630 kcal/hHP

• Televisor a color 300 Watts

• Heladera común 200 Watts

• Heladera con freezer 360 W atts

» Aspiradora 500 W atts

• Ventilador 50 a 150 Watts

» Equipos de audio 150 Watts

° Plancha 700 Watts

• Proyector 500 a 1.500 W atts

1 Lám paras vapor mercurio 200 a 500 Watts

® PC completa 300 W atts

DISIPACIÓN DE CALOR DE LAS PERSONAS

COEFICIENTES C PARA VIDRIOS

Viu^^o transparente sis protección— . . .

X

Vidrio esmerilado o grabado 0.80Vidrio transparente coa cortinas:

• Exteriores color a a ’-o 0 ,30* Ifiterir-es claras 0,50

Toldo de lona 0,20Parasoles 0,20

Grado de actividadCalor disipado

íhcal/h) Met(kca.lt hm 2)

Sensible ] Latente

Sentado inactivo 55 35 1

Sentado y trabaja muy liviano de oficina 55 45 1,2

Trabajo liviano 57 60 1.3

Trabajo pesado 80 160 2,7

Trabajo muy pecado 120 200 | 3,6

RENOVACIÓN DE AIRE MÍNIMAAplicaciones m % nin perB -

Lugares de trabajo en general 0 ,5

Oficinas generales 0,5

Oficinas privadas 0,6

Restaurantes y lugares afines (con personas fumando) 0,8

Oficina- privadas (con personas fumando) 0,8

Viviendas 0,5

Teatros, cines, auditorios 0 ,6

A) FACTOR DE OCUPACION (M2/PERSONA)Uso fo

! Auditorios, salas de concierto, salas de baile 1Luqares de trabaje, locales comerciales, restaurantes 3Gimnasios 5Edificios de escritorios y oficinas 8Viviendas privadas y colectivas 12Hoteles : planta baja 3Hoteles : pisos superiores (habitaciones) 20Depósitos 30

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0 Guia de Balance Termico y Psicrometria