Calculo termico sala 72-ER-001_Rev_A.pdf

Fecha Revisión12.11.10 A

N° DOC: 79130-1-MAC-REV-A SALA ELECTRICA TIPO CONTENEDOR TAG 72-ER-001Descripción

EMITIDO PARA APROBACION CLIENTE

ROLEC S.A.

Revisión A

Memoria de Cálculo de Aire Acondicionado y Presurización

Sala Eléctrica Tipo Contenedor

OT 78130ITEM 1

ROLEC S.A. MEMORIA DE CALCULO DE AIRE ACONDICIONADO Y PRESURIZACION

MINERA XTRATAProyecto Lomas Bayas

TAG 72-ER-001

O/C: PR 32355-7-8-9

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1.- ALCANCE

El alcance de esta memoria corresponde al cálculo de la capacidad de los equipos de aire acondicionado y presurización para poder obtener losrequisitos para una correcta operación de los equipos eléctricos que operan dentro de la sala eléctrica.

2.- NORMAS UTILIZADAS

Para esta memoria se ha ocupado la siguiente información:

"Especificación técnica N°A4JT-00-55-SPC-001"- ASHRAE Standard 52.1-92

3.- DATOS

Dimensiones exteriores de sala

Longitud: 13.200 mmAncho: 5.200 mmAltura Interior: 3.300 mm

N° puertas 1 c/uN° portones: 1 c/uN° puertas equipos: 0 c/u

Condiciones Ambientales

Rango de Tª en el exteriorTemperatura máxima: 31 ªC De acuerdo a punto 3 Especificación técnica N°A4JT-00-55-SPC-001Temperatura mínima: -1 ªC De acuerdo a punto 3 Especificación técnica N°A4JT-00-55-SPC-001

Rango de Tª en el interiorTemperatura máxima: 25 ªC De acuerdo a punto 5.9 Especificación técnica N°A4JT-00-55-SPC-001

Temperatura de seteo: 18 ªC De acuerdo a punto 5.9 Especificación técnica N°A4JT-00-55-SPC-001

Altura m.s.n.m: 2100 msnm

Presurización

Presión positiva al interior de sala: 5 mmca De acuerdo a punto 5.9 Especificación técnica N°A4JT-00-55-SPC-001Tasa renovación de aire: 6 veces /h Norma ASHRAE standard 62, indica valores para distintas aplicaciones

En caso de requerir otro valor, se debe indicar

Requerimiento de aislaciónPiso Poliuretano expandido 50 mm

Manta Cerámica 96 kg/m3 0 mm

Paredes Poliuretano expandido 50 mmManta Cerámica 96 kg/m3 0 mmLana de vidrio R11 0 mm

Techo Poliuretano expandido 50 mmManta Cerámica 96 kg/m3 0 mmLana de vidrio R11 0 mm

Puertas Poliuretano expandido 50 mmManta Cerámica 96 kg/m3 0 mmLana de vidrio R11 0 mm

IluminaciónCantidad de luminarias 19 un

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4.- DESARROLLO DEL CALCULO

Nomenclatura:Ti: Temperatura interna (°K)

Te: Temperatura externa (°K)hi: Coeficiente de convección interior (W/m2°K)

he: Coeficiente de convección exterior (W/m2°K) (*)υ: Coeficiente global de transferencia de calor (W/m2°K)e: EspesorA: Area de transferencia (m2)

∆T: Diferencia de temperatura (°K)

he: La Norma ASHRAE Fund.75, p.357, indica que este valor es directamente proporcional a la velocidad del viento, por esto señala 2 valores, para una velocidad de 3,35 y 6,7 m/s, se considera la condición más desfavorable aquella que entregue un coeficiente mayor (inv.prop), es decir, el valormás bajo que corresponde a 3,35 m/s, es decir, 22,71 (W/m2°K). La velocidad instantánea en cada punto de la sala es distinta, dependiendo de laorientación del viento, no obstante, para efectos de cálculo se ha considerado el mismo valor, es decir, el más desfavorable.hi: La Norma ASHRAE Fund.75, p.357, indica este valor equivalente a 8,29 para un ángulo de 90° y flujo de calor horizontal. El criterio de selección deeste valor es similar al indicado anteriormente. Debido a esto es que se considera el mismo valor.

Detalles de aislación de paredes, techo y piso

PAREDES y TECHO PISO

AceroAcero 6 mm

Poliuretano P. Expandido 50 mm

Acero λ1 λ2 λ3 1.9 50 1,5 DIMENSIONES EN mm

(*)(*) Este detalle corresponde al típico para pared y techo, no considera el pilar y vigas estructurales de la sala, pues este va distanciado a 2000 (mm) caso pared

Coeficientes Conductividad (λλλλ) (W/m°K) (perfil cuadrado 100x100x4) y a 1140 (mm) caso techo costanera 50 mm ancho de Acero 50 ala, por lo que se considera despreciable en el cálculo. Poliuretano 0,025Manta Cerámica 0,031Pintura Intumescente 0,055

Coeficiente global de transferencia paredes y techo

υ = 1(1 / hi + � ei / li + 1 / he)

υ = 1(1 / 8,29 + (1,9/50 + 50/0,025 + 1,5/50) x 1/1000 + 1/22,71)

υ = 0,46 (W/m2K)

Coeficiente global de transferencia piso

υ = 1(1 / hi + � ei / li + 1 / he)

υ = 1(1 / 8,29 + ( 6/50+50/0,025 ) x 1/1000 + 1/22,71)

υ = 0,46 (W/m2K)

DIMENSIONES

Altura Interior (m) Ancho Int (m) Longitud Int (m) VOLUMEN APROX. (m3)3,3 5,0 13 215

Descripción




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AREAS POR PARED CANTIDAD TOTALA PAREDES ANCHO = 16,5 2 33,0 (m2)

A PAREDES FONDO = 42,9 2 85,8 (m2)

TOTAL A PAREDES 118,8 (m2)

A TECHO = 65,000 1 65,000 (m2)

TOTAL A TECHO 65,000 (m2)

A PISO = 65,000 1 65,000 (m2)

TOTAL A PISO = 65,000 (m2)

I) CASO VERANO

∆T = Diferencia de temperatura externa e internaTi min = 18 °C (temperatura interior)

Te max = 31 °C (temperatura exterior)

∆ ∆ ∆ ∆T = 13

a) Pared opaca sin incidencia de radiación solar

Q = υ∗∆υ∗∆υ∗∆υ∗∆T∗∗∗∗A

υ PAREDES Y TECHO = 0,46 (W/m2K)

υ PISO = 0,46 (W/m2K)

Q = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ = = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ = = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ = = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ =

Q= 1.494 (W)

b) Fugas de aire (Presión interior positiva > presión exterior)

Q = f * l ∗ ∆∗ ∆∗ ∆∗ ∆T ( puertas/portones/puertas mantención)en donde:

l = Largo rendija 19,0 m (dimensiones de alto y ancho de c/ puerta y/o portón)a = ancho de rendija 0,02 mf = Coef. infiltración rendija = 4,2 W/( mt °K) (de ASHRAE Cap.25, se indican las pérdidas según ∆P, luego

este valor es multiplicado por calor específico del aire a 25°C)Q = fv * Av∗ ∆∗ ∆∗ ∆∗ ∆T (junturas secciones sala, otras)

en donde:Av = Area = 0,00 m2 (ver cálculo en pto e.4)fv= Coef. Infiltración pasada cables = 4,2 W/(mt2 °K )

Q total = ( f * l *a + Av * fv ) * DT =

Q = -21 (W) (este valor es despreciable, pero de igual forma se suma al total)

c) Aportes por personas

Kcal / h por persona = 100 kcal/h Cantidad de personas = 1 (la circulación de personas es sóloeventual, sala eléctrica desatendida)

Q = 116 (W)




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d) Aportes del Equipamiento

Equipos Fluorescentes:Valor referencial:Cantidad de luminarias en sala: 19 unSe considera que la eficiencia de cada luminaria es de: 90% (referencia IEC 60081, indica 8% para equipo T8)La potencia de cada equipo fluorescente es de (2x): 40 (W)

Por lo tanto, la energía disipada por los equipos fluorescentes es de: 76 (W) (2x)

Equipos eléctricos:

Equipo Disipación (W)Panel de Control 23kV 50Panel de Control 220kV 50Panel de protecciones linea de entrada 220kV 100Panel de protecciones transformador 220kV 100Panel de protecciones transformador 220kV 100Gabinete de Control 400Gabiente de PLC 400Banco de Condesadores Nº1 600Banco de Condesadores Nº2 600Tablero de Distribucion Corriente Alterna 50Tablero de Distribucion Corriente Continua 50Tablero de Distribucion Corriente Continua 50Tablero de Distribucion Corriente Continua 50Banco y Cargador de baterias Nº1 1.250Banco y Cargador de baterias Nº2 1.250Tablero de Transferencia automatica 50Tablero de Servicios Auxiliares 50

TOTAL (W) 5.200

TAG N°72-QCDS-101

72-QC-10272-QP1-10172-QP2-10272-QP3-10372-GC-101

72-GPLC-10172-BC1-101

DescripciónEMITIDO PARA APROBACION CLIENTE

72-BC2-10272-PDP-101

72-TDC1-101



72-TDC2-10272-TDC3-103

72-BB1-101 / 72-CB1-10172-BB2-102 / 72-CB2-102

72-TTA-10172-TDF-101

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e) Caudal de presurización:

Para el cálculo del volumen de presurización, se han considerado 4 métodos:

e.1) Según recomendación ASHRAE:

Para 5 mmca estructura metálica soldada: 6 renov/hrVolumen interior sala: 215 m3

Q = n°renov/hr x Volumen sala = Q = 1287 m3/h

e.2) Según recomendación API:

Q = 0,105 x Vol (m3/min)

Q = 1351 m3/h

e.3) Según Norma Chilena de Ventilación (con personas):

Q = 1950 m3/h

e.4) Según método rendija:

Para ∆P = 5 mmcaArea de rendija:

Puertas y portones: Longitud: 19,0 mAncho estimado: 2 mmArea rendija: 0,038 m2

Juntura unión sala: Altura Sala 4,0 mAncho techo: 5,5 mLongitud rendija: 0 mAncho estimado: 4 mmArea rendija: 0,00 m2

Area Total: 0,04 m2

Q = Vr x Area Total rendija

en donde: Vr = Velocidad de salida de aire de rendija (m/s) determinado de gráfico Vr vs ∆P para T° = 25°C ==> 6 m/s

Q = 821 m3/h

Como conclusión, considerando los 4 métodos, se selecciona capacidad de: Q = 1200 m3/h

En resumen los datos de selección del equipo de presurización son los sgtes:

Caudal: Q = 1200 m3/hPresión estática: P = 5 mmca (requerido al interior sala, se considera además las pérdidas de carga)

f) Renovación de aire fresco ( Presurizador y personas):

Qpr = 0,24 x q x δδδδa x (Text-Tint)

en donde: Qpr = Aporte térmico por la presurización, Kcal/h0,24 = Calor específico del aire, kcal / kg ºCq = Caudal de presurización, m3/h (*)

SALA ELECTRICA TIPO CONTENEDOR TAG 72-ER-001Descripción


Q = 30 x Arecinto (m3/h)


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δa = densidad del aire en las condiciones de diseño 0,85 kg/m3 a 2100 msnmText = Temperatura exterior, °C.Tint = Temperatura interior, ºC

Qpr = 3.733 (W)

g) Aportes Calor Latente

Se considera una humedad relativa de 32% en el aire de presurizaciónSe considera una Tª interior 18 °C

Ql = 2.532 x q x δδδδax (w2 – w1) x 0,95en donde:

Ql = ganancia por calor latente, Btu/hq = Caudal de presurización, m3/h (*)w(i) = contenido de vapor , kg vap / kg ASδa = densidad del aire2.532 = calor latente del vapor de agua, kJ/kg0,95 = constante de equivalencia de Btu a KJ

w2 (21ºC, 32% HR) = 0,007 kg/kgAS De carta Psycrometricw1 (26ºC, 32% HR) = 0,013 kg/kgAS

Ql= 4.317 (W)

h) Aportes por Radiación Solar

Se estima que la radiación solar es de: qr = 100 (W/m2)

Considerando la superficie de techo: A = 72,6 m2

Factor de absortividad acero pintado: α = 0,3 (gran parte de energía se refleja)Factor por convección natural: fc = 0,25 (considera un valor de 25% por disipación por convección natural)Factor de emisividad ε = 0,25

Qr = qr x A x α x fc x εQr = 1.225 (W)

i) Supuestos

No se consideran ganancias en los conductosNo se consideran fugas en los conductosNo se consideran ganancias debidas al ventilador de impulsión

j) Balance

Ganancias = 16.065 (W)Pérdidas = 0 (W)

HAY QUE EVACUAR 16.065 (W)54.780 BTU/h

Factor de corrección por capacidad: 2%= 1.096 BTU/h

Factor de corrección por altura 5%= 2.739 BTU/h

Por lo tanto la capacidad del equipo requerido: 58.615 BTU/h

II) CASO INVIERNO

∆T = Diferencia de temperatura externa e internaTe min = -1 °C (Temperatura exterior)Ti max = 18 °C (Temperatura interior) (caso mas desfavorable)




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∆ ∆ ∆ ∆T = -19

a) Pared opaca sin incidencia de radiación solar

Q = υ∗∆υ∗∆υ∗∆υ∗∆T∗∗∗∗Aυ PAREDES Y TECHO = 0,46 (W/m2K)

υ PISO = 0,46 (W/m2K)

Q = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ = = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ = = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ = = Σ(υι ∗ Αι) ∗ ∆Τ = Q= -2.184 (W) * *(signo negativo indica que flujo de calor sale de sala al exterior)

b) Fugas de aire

Q = f * l ∗ ∆∗ ∆∗ ∆∗ ∆T ( puertas/portones/puertas mantención)en donde:

l = Largo rendija 19 m (dimensiones de alto y ancho de c/ puerta y/o portón)f = Coef. infiltración rendija = 4,2 W/( mt °K)

Q = fv * Av∗ ∆∗ ∆∗ ∆∗ ∆T (pasadas de cables)en donde:

Av = Area celosias ( pasadas de cables) = 1 m2 (valor estimado por calados de piso)fv= Coef. Infiltración pasada cables = 4,2 W/(mt2 °K )

Q total = ( f * l + Av * fv ) * DT =

Q = -1.596 (W) *

c) Aportes por personas

Kcal / h por persona = 189 kcal/h Cantidad de personas = 2

Q = 439 (W)

d) Aportes de Energía calórica

Considerando en el aporte de equipos eléctricos el criterio del 100%

Q= 5.200 (W) (equipos + luminarias, ver pto I.d)

e) Caudal de presurización:

q= 1200 m3/h

f) Renovación de aire fresco ( Presurizador y personas):

Qpr = 0,24 x q x da x (Text-Tint)

en donde: Qpr = Aporte térmico por la presurización, Kcal/h0,24 = Calor específico del aire, kcal / kg ºCq = Caudal de presurización, m3/hda = densidad del aire en las condiciones de diseño, kg/m3

Text = Temperatura exterior, °C.Tint = Temperatura interior, ºC

Qpr = 5.456 - (W) *

g) Aportes Calor Latente

Se considera una humedad relativa de 32% en el aire de presurizaciónSe considera una Tª interior 18 °C




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Ql = 2.532 x m x (w2 – w1) x 0,95en donde:

Ql = ganancia por calor latente, Btu/hm = flujo másico, kg/h = 800w(i) = contenido de vapor , kg vap / kg AS2.532 = calor latente del vapor de agua, kJ/kg0,95 = constante de equivalencia de Btu a KJ

w2 (20ºC, 32% HR) = 0,007 kg/kgAS De carta Psycrometricw1 (23ºC, 32% HR) = 0,013 kg/kgAS

Ql= 5.587 (W)

h) Aportes por Radiación Solar

Se estima que la radiación solar es de: qr = 0 (W/m2) (se considera caso mas desfavorable de noche)

Considerando la superficie de techo: A = 72,6 m2

Factor de absortividad acero pintado: α = 0,3Factor por convección natural: fc = 0,25 (considera un valor de 25% por disipación por convección natural)Factor de emisividad ε = 0,25

Qr = qr x A x α x fc x ε

Qr = 0 (W)

i) Supuestos

No se consideran ganancias en los conductosNo se consideran fugas en los conductosNo se consideran ganancias debidas al ventilador de impulsión

j) Balance

Ganancias = 11.225 (W)Pérdidas = -9.236 (W)

HAY QUE EVACUAR 1.990 (W)6.784 BTU/h

Capacidad 2% 136Altitud 5% 339

Q = 7.259 BTU/h

5.- CONCLUSIONES

Las consideraciones para el cálculo de los equipos requeridos para la presente sala son los siguientes:

Cumplir con la disipación por aportes de energía de equipos, condición ambiental, pequeños aportes por presurización, radiación y otros indicados.Otros indicados en la memoria

En resumen, los resultados arrojados por la memoria fueron los siguientes:

a) Capacidad de refrigeración (caso verano): 58.615 BTU/hb) Capacidad de calefacción (caso invierno): -7.259 BTU/h (signo negativo, no requiere calefacción)

De acuerdo a lo anterior y a la estandarización de los equipos, se determina, que la cantidad y modelo de equipos requeridos son:

1 Equipos de 60.000 BTU/h




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