Asignatura: CLIMATIZACIÓN

MMáásterster De EnergDe Energíía: Generacia: Generacióón, Gestin, Gestióón Y Uso Eficiente. Asignatura: Climatizacin Y Uso Eficiente. Asignatura: Climatizacióón.n. 11

Escuela de Ingenierías IndustrialesDr. Eloy Velasco Gómez

Profesor Titular de UniversidadDpto. Ingeniería Energética y Fluidomecánica

CONCEPTOS BÁSICOS:PRODUCCIÓN DE CALOR Y FRÍO.

DISTRIBUCIÓN:TUBERÍAS, CONDUCTOS Y REFRIGERANTE

(Tecnología VRV)

MÁSTER DE ENERGÍA: GENERACIÓN, GESTIÓNY USO EFICIENTEAsignatura:

CLIMATIZACIÓN


CONDUCTOS DE AIRE


DISEÑO DE CONDUCTOS DE AIRE

Éxito de una instalación:30 % Estimación correcta de la carga30 % Elección del sistema, máquinas y regulación30 % Dimensionado de conductos, ubicación y

selección de difusores10 % Otros

Caudal de aire debe ser capaz de eliminar:Carga ContaminanteCarga Térmica

Selección de difusores. (Empresa específica)Dimensionado de redes de conductos:

Repartir el caudal de aire en cada difusor.Caída de presión total adecuada al ventilador .Cumplir características constructivas (altura, trazado, etc).Acercarse al óptimo económico (inversión + funcionamiento)


DISEÑO DE CONDUCTOS DE AIRE

Elementos de la Instalación:UTA (Tratamiento del aire + ventilador)Conductos de aire (Rectangulares o circulares)Impulsores: Difusión de aire

De techo.Rejillas.Difusores lineales.Techos perforados.


DISEÑO DE CONDUCTOS DE AIREConceptos que dependen del impulsor:

Flecha: Distancia hasta velocidad de 0,25 m/sÁrea de distribución: área con velocidad de 0,25 m/sCaída de difusor: Distancia vertical para v = 0,25 m/sZona habitable: 2,4 m sobre el suelo.Amplitud: Anchura de zona horizontal abarcada.

0,5 m/s

0,25 m/s

Flecha

Caída

Área de distribución

Zona habitable2,40 m

Rejilla

Anchura


RITE: EXIGENCIA PARA CONFORT TÉRMICOIT 1.1.4.1 Exigencia de calidad térmica del ambiente.

Para la velocidad del aire se considera:Depende del met, clo, Taire e Intensidad turbulenta.

CALCULO Taire (20 – 27 C) :Difusión por mezcla Int. Turb. 40 % y PPD 15 %:

Difusión por desplazamiento Int. Turb. 15 % y PPD 10 %:

0,07 [ / ]100

aireTV en m s

0,1 [ / ]100

aireTV en m s


DISEÑO DE CONDUCTOS: ClasificaciónPor su forma: Circulares, rectangulares

Por la velocidad del aire:Baja o alta velocidad (límite 11 m/s)Locales industriales (normalmente v > 12 m/s)

Por presión de aire:Clase I (Baja Presión) < 900 PaClase II (Media) 900 Pa < P < 1800 PaClase III (Alta) 1800 Pa < P < 3000 Pa

Conducto de impulsión o retorno.Instalaciones extremas:

Todo aire exteriorTodo aire recirculado


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdidas de presión por rozamiento: (Fluido incompresible)


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdidas de presión por rozamiento: (Fluido compresible):

COMPLICACIÓN EN EXPRESIONES


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdidas de presión por rozamiento: (Fluido compresible):

Aparecen diferentes correlaciones (experimentales)

Adicionalmente hay que hacer correcciones por:El aire no es seco, pues contiene vapor de agua.No siempre la presión es la atmosférica (altitud).Se produce modificación de la temperatura.

Ecuación final:

Referencia:


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de presión por rozamiento generalizada: Referencia:

Ke: Corrección por fluido compresibleKT: Corrección por temperaturaKZ: Corrección por altitud (presión)KW: Corrección por humedad específica

Ejemplo:Corrección por temperatura


DISEÑO DE CONDUCTOSDiámetros equivalentes:

Se utiliza para dimensionar tubería no circular.Se dimensiona en circular y se calcula conducto rectangular.

W

H25,0

625,0e

)WH()W·H(3,1D

Métodos más habituales:Reglas de cálculoTablas de conversión

B

A

0,6255

0,2512

( 2( ))1,5504

( )4

eA B ADA A B A

2e

WHPOSIBLE DW H


DISEÑO DE CONDUCTOS

Caudal: Siempre velocidad por sección.

Pérdida de carga: al igual que en tuberías:Pérdidas principales: En tramos rectosPérdidas secundarias: Por singularidades:

Derivaciones. Curvas. Transformaciones.Expansiones. Contracciones. Entradas. Salidas.Obstáculos internos. Filtros.

PERDIDAS PRINCIPALES: (Situación más sencilla)

2c

Df

LP 2

D·c·Re

fRe

51,27,3

D·ln86858,0f

1

La realidad es mucho más compleja por las correccionesHabitualmente: ABACOS Ó REGLAS DE CÁLCULO


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga PRINCIPALES: ABACO


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga SECUNDARIAS: Pérdidas por accesorios

Se conoce como singularidad cualquier modificación que provoque variación en la velocidad o dirección del aire.

La pérdida de carga se hace con medidas experimentales y relacionandocon la carga dinámica del flujo de aire.

Se relaciona con un parámetro K (factor de forma del accesorio) característico de la singularidad.

También se puede calcular mediante el método de longitud equivalente2

cKLP 2

2c

DL

fLP 2

e

fDKLe


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga SECUNDARIAS:

DERIVACIONESCODOS SIN GUIASCODOS CON GUIASTRANSFORMACIONESEXPANSIÓNCONTRACCIÓNENTRADASALIDAOBSTACULO INTERNO

Referencia: DTIE 5.01 CÁLCULO DE CONDUCTOS.Tablas para determinar coeficientes singulares.


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga SECUNDARIAS: Conductos circulares

Existe una tabla para cada singularidad


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga SECUNDARIAS: Conductos rectangulares

Existe una tabla para cada singularidad


DISEÑO DE CONDUCTOS: Principales singularidades

Pérdida de carga SECUNDARIAS: DERIVACIONES

2

· · ·90 2

pderivación

CP K


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga SECUNDARIAS: CODOS SIN GUIAS

126,0

GN·13,2

e GR·33,0G

90L


Le = La longitud equivalente, en m. = el ángulo de giro del codo, en grados.G = la dimensión del conducto que gira, en m.N = la dimensión del conducto que no gira, en m.R = el radio, en m.


DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga SECUNDARIAS:CODOS CON GUIAS



DISEÑO DE CONDUCTOSPérdida de carga SECUNDARIAS: TRANSFORMACIONES


2c··04,0P

2


DISEÑO DE CONDUCTOSDISEÑO DE CONDUCTOS: Principales singularidades

2

cc··KP

22

21

Pérdida de carga SECUNDARIAS: EXPANSIÓN O CONTRACCIÓN(Ganancia o Pérdidas de presión estática)



Pérdida de carga SECUNDARIAS: ENTRADA O SALIDA(Pérdida o Ganancia de presión estática)

Nula

2

cc··KP

22

21

Ganancia en orificio



Pérdida de carga SECUNDARIAS: OBSTÁCULOS2

· ·2

CP K

Otras p

érdida

s esp

ecífi

cas:

Datos p

ropo

rcion

ados

por e

l fab

rican

te


DISEÑO DE CONDUCTOSDISEÑO DE CONDUCTOS.RECUPERACIÓN DE PRESIÓN ESTÁTICA EN DERIVACIONES

2c

P2

cP

22

221

1

320 VVV

2cc

PPP22

21

12

2cc75,0P

22

21

.E.R

P2 > P1

Sistemas de dimensionado más conservadores, algunas veces no la tienen en cuenta


DISEÑO DE CONDUCTOSDISEÑO DE CONDUCTOS.PÉRDIDAS TOTALES EN LA INSTALACIÓN

.TOTAL CONDUCTO RECTO ACCESORIOS RECUPERACION ESTATICAP P P P DETERMINACIÓN DEL VENTILADOR:

Conocer los caudales y la pérdida de cargaSimilar a la determinación de la bomba para tuberías.

Ver ejemplo:

7012080120140P (Pa)

2615204661Caudal (L/s)

BEADBCABOATRAMO

330260340P (Pa)

OEODOCTRAMO

10800Exceso de Presión Pexc (Pa)

EDCBOCA

Desequilibrio:

El caudal se modificará hasta tener misma pérdida de carga en todos los ramales:

Cerrar difusor D y E para equilibrar


DISEÑO DE CONDUCTOSDISEÑO DE CONDUCTOS:MÉTODOS DE DIMENSIONADO

SISTEMA DE DIMENSIONADO HABITUALES:

REDUCCIÓN DE VELOCIDAD.

PERDIDA DE CARGA CONSTANTE.

RECUPERACIÓN ESTÁTICA.

IMPORTANTE:Conocer planos del edificio para saber por donde pasan los conductos.Conocer el caudal de aire que hay que disipar desde cada difusor.Determinar el difusor más alejado (o el más desfavorable), para calcular el resto.


DISEÑO DE CONDUCTOSMÉTODOS DE DIMENSIONADO

SISTEMA DE REDUCCIÓN DE VELOCIDAD:Objetivo: Dimensionar el conducto utilizando las velocidades que la experiencia

recomienda, de manera que la velocidad vaya descendiendo desde el ventilador a los difusores.

Criterios habituales de dimensionado

68810Comercios / Cafeterías

7.591115Industria

67.579Bancos/Restaurantes6779Oficinas56.567.5Dormitorios45.556.5Auditorios3435Residencia

DerivadoPrincipalDerivadoPrincipal

Conductos de retornoConductos de impulsiónAplicación


DISEÑO DE CONDUCTOSMÉTODOS DE DIMENSIONADO

SISTEMA DE PÉRDIDA DE PRESIÓN CONSTANTE:Objetivo: Dimensionar el conducto más largo con la misma caída de presión que el

comprendido entre el primer tramo del ventilador y la primera derivación.

Criterios para el tramo inicial: FACTORES ACÚSTICOS Y DE UTILIZACIÓN.

Valores para conductos de baja velocidad:

Tipo de edificio Velocidad (m/s)Edificios residenciales 5-7Edificios públicos 6-7Salas de espectáculos 7Industria 8-12


DISEÑO DE CONDUCTOS: MÉTODOS DE DIMENSIONADOSISTEMA DE PÉRDIDA DE PRESIÓN CONSTANTE.

Método de cálculo:Numeración de tramos. (Específico de cada programa)

Normalmente desde el ventilador hasta el difusor más alejado ocon mayor pérdida de carga.A continuación numerar las derivaciones. (Puede ser complejo).

Determinación de caudales que pasan por cada tramo a partir delcálculo de cargas.

Se establecen cuales son las singularidades (accesorios) de cada tramo(a partir del plano de distribución en el local).

Determinar la velocidad (C) en el primer tramo (salida del ventilador)

p

QVC T


DISEÑO DE CONDUCTOS: MÉTODOS DE DIMENSIONADOSISTEMA DE PÉRDIDA DE PRESIÓN CONSTANTE.Método de cálculo: (Continúa)Se calcula el área de conducto para esa velocidad.

Determinar las dimensiones de conducto rectangular (ver limitaciones)

Calcular el diámetro equivalente.

Calcular la pérdida de carga unitaria:Formulas específicas. Ej. chapa galvanizada.

Abacos, reglas de cálculo, etc.

VAC

1,82

1,22

´0,01427· ·e

P cfL D


DISEÑO DE CONDUCTOS: MÉTODOS DE DIMENSIONADOSISTEMA DE PÉRDIDA DE PRESIÓN CONSTANTE.Método de cálculo: (Continúa)

DIMENSIONADO DEL CONDUCTO PRINCIPALVa desde la salida del ventilador hasta la boca mas alejada.Ser parte del cálculo del tramo 0-1 anterior:

Con la pérdida de carga, el caudal del tramo y el método elegido para determinar el rozamiento (ábacos, ecuaciones, etc.) se determina el diámetro equivalente.

86,41

82,1

e

LP3600

Vf·02215,0D

Con De se calculan las dimensiones del conducto rectangular.

Con el área de conducto se puede calcular la velocidad en el tramo, comprobando que no sobrepasa los límites establecidos

Se calcula la pérdida de cada tramo con la pérdida de carga lineal, la de los accesorios (coeficientes de pérdidas singulares o longitudes equivalentes) y la de recuperación estática en las derivaciones.

Se determina la presión en los nudos (zonas de salida de los conductos secundarios)



PRESION EN LOS NUDOS

Determina la presión de distribución hacia los circuitos secundarios.

Contemplar la presión del difusor para proporcionar el caudal.



PRESION EN LOS CONDUCTOS SECUNDARIOS

Se parte de la presión en nudo.

Al final cada conducto secundario debe tener como pérdida de carga, la diferencia entre la presión en el nudo y la necesaria para la rejilla o difusor, contemplando las pérdidas singulares y la recuperación estática si hubiere otras derivaciones.

Proceso iterativo: Estimar pérdida de carga unitaria Determinar sección y velocidad para ese caudal Determinar pérdidas singulares y recuperación estática recalcular pérdida unitaria para conseguir que todas las pérdidas sean iguales.

COMPROBAR RESULTADOS:Observar que todas las velocidades son adecuadas.En caso contrario sustituir el difusor utilizado en el comienzo.

rejillaoiniciotram PPP


DISEÑO DE CONDUCTOS: MÉTODOS DE DIMENSIONADOSISTEMA DE RECUPERACIÓN ESTÁTICA.Método de cálculo:

Compensar la pérdida de presión aumentando sección.Adecuado para conductos muy largos.El resultado siempre conduce a redes equilibradas por diseño.

ETAPAS:

Plantear la red de conductos, numerar los tramos, calcular caudal, etc. (igual que antes).

Dimensionado del conducto principal:

Primer tramo igual que el de pérdida de presión constante, los demás tramos por el método de recuperación estática.

Siguiente tramo a una derivación, se calcula la velocidad para que compense la pérdida por rozamiento, igualando las expresiones de pérdida de carga y de recuperación estática.



Dimensionado del conducto principal (Continúa):

Pérdida de carga en tramo anterior (ej.):

Recuperación estática en la derivación:

IGUALANDO EXPRESIONES:

Siendo:

Siempre proceso iterativo hasta calcular la velocidad del tramo siguiente, que permitirádeterminar la pérdida de carga del mismo, y que posteriormente habrá que recuperar aumentando la sección en la derivación.

Existen métodos gráficos que reducen la complejidad. Existen pocos programas de ordenador que utilizan este método.

22,1

82,1

Dcf01427,0

LP

2cc

75,0P22

21

.E.R

12 0,52,43 0,43

20,61

0,02461· · · · 1· ·

e

ccf L c

V

2

4· ·· e

W HD



Dimensionado de los conductos secundarios:

Dado que en cada derivación se produce una recuperación de presión, el ventilador solo deberá dar la pérdida de carga del primer tramo a la salida del ventilador y la de las rejillas o difusores.


DISEÑO DE CONDUCTOS: MÉTODOS DE DIMENSIONADOCOMPARACION DE SISTEMAS:

Pérdida Constante Recuperación estática

Más pérdida de carga en la red. Menor pérdida de carga

Menor superficie de conducto. Mayor superficie de conducto

Mayor tamaño del ventilador. Menor tamaño del ventilador

Equilibrado final en difusores. Equilibrada por diseño.

El más habitual Recomendado para conductos muy largos.

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Asignatura: CLIMATIZACIÓN